專利名稱：間歇微量進給微小孔鉆床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鉆削設(shè)備，尤其是涉及一種釆用間歇微量進給的用于微小孔鉆削的 間歇微量進給微小孔鉆床。
技術(shù)背景在現(xiàn)代的制造業(yè)中，微小孔的加工越來越多，由于所要加工的微小孔的質(zhì)量要求也越來 越高，而且對所要加工微小孔的材料也日益增多，因此高效率、高質(zhì)量、高精度和低成本、 易操作、易維護的微小孔的加工技術(shù)已成為現(xiàn)代制造業(yè)急于解決的一個技術(shù)難題?？资菣C械 零件的重要組成部分之一，而且隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了大量的難加工的材料， 如工程陶瓷、不銹鋼、復合材料、合金材料和永磁材料等，在這些材料上加工孔尤其是微 小孔，不是很容易。當今加工微小孔的主要方法有激光打孔、電火花加工、高速鉆孔、超聲 波打孔、超聲波振動鉆孔和復合超聲波振動電火花加工等，以上加工方法各自存在一定的缺 陷，比如激光打孔、電火花加工的小孔表面產(chǎn)生加工硬化；超聲波打孔只是在脆硬材料上 才有優(yōu)勢，而且這些方法不是穩(wěn)定性適應性差、自動化程度低，就是設(shè)備價格很貴，相對制 造成本高，所加工的孔的精度也不高，不太適合批量鉆孔的生產(chǎn)需要。于是急需一種具有先 進理念的鉆削工藝及其設(shè)備，來滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需要。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的微小孔鉆削設(shè)備中存在的上述缺陷，提供一種將鉆削 時的時間、空間、鉆削工藝參數(shù)細微化并重新匹配，使之協(xié)調(diào)合理的應用于實際鉆削中，滿 足微小孔鉆削需要的間歇微量進給微小孔鉆床。本實用新型設(shè)有底座、升降調(diào)節(jié)機構(gòu)、鉆床本體、交流伺服電機、精密微量進給機構(gòu)、 高速電主軸、鉆夾頭組件和控制機構(gòu)。升降調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)于底座上，鉆床本體設(shè)于升降調(diào)節(jié)機構(gòu)頂部。精密微量進給機構(gòu)用于鉆削的進給入鉆和退鉆運動，精密微量進給機構(gòu)設(shè)有進給機構(gòu)底 座、精密直線導軌副、精密滾珠絲桿副及其雙螺母機構(gòu)、聯(lián)軸器、預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)、上高速 軸承、下高速軸承和滑動座，進給機構(gòu)底座固定于鉆床本體上，精密直線導軌副固定于進給 機構(gòu)底座上，精密滾珠絲桿副通過雙螺母機構(gòu)和預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)與滑動座連接，精密滾珠絲桿副通過聯(lián)軸器與交流伺服電機的電機軸連接，滑動座固定于精密直線導軌副上，上高速軸 承和下高速軸承分別設(shè)于精密滾珠絲桿副兩端并分別和精密滾珠絲桿的上下軸承部裝配配 合。交流伺服電機正反旋轉(zhuǎn)帶動精密滾珠絲桿副的滾珠絲桿正反旋轉(zhuǎn)。高速電主軸固定在精密微量進給機構(gòu)的滑動座上，高速電主軸帶動鉆頭做高速精密旋轉(zhuǎn) 運動。鉆夾頭組件用于鉆頭的夾緊固定，鉆夾頭組件設(shè)于高速電主軸下端。控制機構(gòu)設(shè)有程序控制器(PLC)、觸摸屏和變頻調(diào)速器，程序控制器的輸入端接觸摸屏 的人機界面，變頻調(diào)速器的輸入端接程序控制器的輸出端，變頻調(diào)速器的輸出端接高速電主 軸的輸入端；程序控制器通過"間歇鉆削"軟件與交流伺服電機的伺服驅(qū)動器連接，交流伺 服電機的伺服驅(qū)動器和交流伺服電機連接，根據(jù)使用者通過人機界面輸入的相關(guān)工藝參數(shù)自 動計算出交流伺服電機運動所需要的PA、 PB及脈沖類型和頻率等參數(shù)并可保存相關(guān)數(shù)據(jù)，實 現(xiàn)自動鉆削。控制機構(gòu)的各元件之間以及與高速電主軸、交流伺服電機等之間通過電纜和相 關(guān)接口連接。通過交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)帶動精密滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，通過精密直線導軌副和精密滾珠絲桿 副將交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成工藝需要的精密微量進給入鉆和退鉆運動，利用PA、 PB 脈沖信號(脈沖輸入口A和脈沖輸入口B)實現(xiàn)交流伺服電機的正反轉(zhuǎn)。進給機構(gòu)底座可通過螺紋連接固定于鉆床本體上，精密直線導軌副可通過螺紋連接固定 于進給機構(gòu)底座上，滑動座可通過螺紋連接固定于精密直線導軌副上。在精密微量進給機構(gòu)上最好設(shè)有防塵蓋。本實用新型在使用時，先將工件裝夾定位，調(diào)整高速電主軸的起始高度，根據(jù)工藝需要 在人機界面上輸入有關(guān)參數(shù)，鉆削開始，高速電主軸的轉(zhuǎn)速V在整個鉆孔過程中基本上保持 恒速，控制部分的"間歇鉆削"軟件會自動根據(jù)公式計算出交流伺服電機的脈沖頻率、正反 轉(zhuǎn)需要的脈沖數(shù)等參數(shù)，完成鉆削深度L后自動提升高速電主軸到起始位置高度，等待下一 個鉆削的開始。與現(xiàn)有的微小孔鉆削床相比，本實用新型具備如下的突出特點1. 切削的微量化因為根據(jù)實際鉆削需要，可以合理地選擇每次的微小鉆削深度Ln， 可以將每次的微小鉆削深度U精確到0. 25 30u m，做到微量切削。2. 微小孔鉆削只需合理調(diào)節(jié)各個工藝參數(shù)，即可很容易地切削直徑為①0.1 1.0mm 的微小孔。3. 切削力很小由于可以做到微量切削，因此根據(jù)鉆削需要切削力可以非常的小。4. 切削熱很小由于可以做到微量切削、切削力也很小，因此每次的微小鉆削深度Ln切削產(chǎn)生的切削熱也非常小。5. 間歇鉆削由于每鉆削一個微小鉆削深度都是由進鉆鉆削和退鉆這幾個主要階段組成， 根據(jù)實際需要合理調(diào)整選擇每次進鉆鉆削和退鉆的距離如此連續(xù)累積鉆削N次含N次以上， 則完成一個深度為L的孔的鉆削，因此鉆削是間歇進行的。而且在每一個微小鉆削深度的鉆 削所用的時間中實際切削所用的時間小于未切削(空程如退鉆)所占用的時間，這樣配置 每一個微小鉆削深度中進鉆鉆削和退鉆等各個時間段的時間長短主要是為了保證在每一個微 小鉆削深度的鉆削中鉆頭有相對充足的時間冷卻，所以在每一個微小鉆削深度的鉆削中鉆頭 行程分配都是"鉆削少退鉆多"的。6. 切削溫度很低由于間歇切削微量切削并且切削液或其他冷卻氣體或空氣(干切削時) 的進入及排出可以大大帶走切削熱，因此實際切削溫度很低。7. 易于排屑由于可以做到微量切削和間歇切削，根據(jù)實際需要適當調(diào)整好相關(guān)鉆孔參 數(shù)完全可以做到幾何斷屑，并且斷屑十分微小極易排出，并且進給入鉆時對切削液或其他冷 卻氣體或空氣(干切削時)的急速壓縮使其快速排出也有助于排屑。8. 環(huán)保切削、鉆削速度相對快由于可以做到微量切削、間歇切削、切削熱很小、易于 排屑、空氣可以進入易于冷卻降溫等原因，根據(jù)實際情況可以不用切削液(干切削)或采用 微量切削液(半干切削)，既降低制造成本又做到環(huán)保切削。同時根據(jù)實際需要合理調(diào)整各項 鉆削參數(shù)使每次微量切削都變得非常簡單容易，因此可以快速連續(xù)反復進行微量間歇切削， 鉆削的速度相對較快。9. 自動鉆削調(diào)整好鉆削及鉆床各參數(shù)后，鉆削過程是自動實現(xiàn)的。10. 全自動鉆削該設(shè)備可根據(jù)實際需要配置自動送料、卸料、夾具等機構(gòu)，實現(xiàn)大批 量的全自動鉆削，大大提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。11. 操作方便鉆床調(diào)整好后，鉆削時根據(jù)實際鉆削工藝需要只要在操作面板上輸入高 速精密主軸轉(zhuǎn)速V(r/min)、鉆削深度L (ram)、微小鉆削深度Ln(mm)、退鉆距離D(mm)、鉆削 速度Vz(mm/s)等參數(shù)即可進行自動鉆孔。


圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型設(shè)有底座1、升降調(diào)節(jié)機構(gòu)2、鉆床本體3、交流伺服電機4、精 密微量進給機構(gòu)(101 109)、高速電主軸5、鉆夾頭組件6、控制機構(gòu)7和防塵蓋8。升降 調(diào)節(jié)機構(gòu)2設(shè)于底座1上，鉆床本體3設(shè)于升降調(diào)節(jié)機構(gòu)2頂部。精密微量進給機構(gòu)用于鉆削的進給入鉆和退鉆運動，精密微量進給機構(gòu)設(shè)有進給機構(gòu)底座101、精密直線導軌副102、 精密滾珠絲桿副103及其雙螺母機構(gòu)104、聯(lián)軸器105、預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)106、上高速軸承107、 下高速軸承108和滑動座109，進給機構(gòu)底座101通過螺紋連接固定于鉆床本體3上，精密 直線導軌副102通過螺紋連接固定于進給機構(gòu)底座101上，精密滾珠絲桿副103通過雙螺母 機構(gòu)104和預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)106與滑動座109連接，精密滾珠絲桿副103通過聯(lián)軸器105與 交流伺服電機4機軸連接，滑動座109通過螺紋連接固定于精密直線導軌副102上，上高速 軸承107和下高速軸承108分別設(shè)于精密滾珠絲桿副103兩端并分別和精密滾珠絲桿的上下 軸承部裝配配合。交流伺服電機4正反旋轉(zhuǎn)帶動精密滾珠絲桿副103的滾珠絲桿正反旋轉(zhuǎn)。高速電主軸5固定在精密微量進給機構(gòu)的滑動座109上，高速電主軸5帶動鉆頭做高速 精密旋轉(zhuǎn)運動。鉆夾頭組件6用于鉆頭的夾緊固定，鉆夾頭組件6設(shè)于高速電主軸5下端?？刂茩C構(gòu)7設(shè)有程序控制器(PLC)、觸摸屏和變頻調(diào)速器，程序控制器的輸入端接觸摸 屏的人機界面，變頻調(diào)速器的輸入端接程序控制器的輸出端，變頻調(diào)速器的輸出端接高速電 主軸的輸入端；程序控制器通過"間歇鉆削"軟件與交流伺服電機的伺服驅(qū)動器連接，交流 伺服電機的伺服驅(qū)動器和交流伺服電機連接，根據(jù)使用者通過人機界面輸入的相關(guān)工藝參數(shù) 自動計算出交流伺服電機運動所需要的PA、 PB及脈沖類型和頻率等參數(shù)并可保存相關(guān)數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)自動鉆削?？刂茩C構(gòu)的各元件之間以及與高速電主軸、交流伺服電機等之間通過電纜和 相關(guān)接口連接。控制機構(gòu)7中的程序控制器、觸摸屏、變頻調(diào)速器和伺服驅(qū)動器等可采用市 售產(chǎn)品或現(xiàn)有通用的電路；上述高速電主軸、精密直線導軌副、精密滾珠絲桿副等也可采用 市售產(chǎn)品。本實用新型通過精密直線導軌副和精密滾珠絲桿副將精密滾珠絲桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榫?密微量進給機構(gòu)滑動座的直線運動，帶動高速電主軸進行上下運動來滿足鉆削的進給入鉆和 退鉆運動。本實用新型將所需要鉆削的深度為L的孔分為N次微小鉆削逐漸來完成，每次入 鉆鉆削的微小鉆削深度為U，則L^L/N (即把L分為N等份)。例如將完成鉆削一個深度為 L的孔稱為一個鉆削單元，可根據(jù)實際鉆削需要把這一個鉆削單元細分為N個微小鉆削單元 來完成，所以每個微小鉆削單元所鉆削的孔的深度應該為U。在本實用新型中每鉆削一個微 小鉆削深度Ln都是由入鉆鉆削和退鉆這幾個主要階段組成，這樣就把一個鉆孔的工作量根據(jù) 實際鉆削需要細分了，把N個Ln累加就等于L，即把鉆孔微觀化了。站在微觀的角度來解決 宏觀的問題，也將切削力和切削精度細微化了，從根本上將復雜有難度的工作簡單化了。以下就其中的一個微小鉆削單元的工藝特點進行分析，根據(jù)實際鉆削工件材料、鉆頭、 轉(zhuǎn)速、鉆削速度等實際情況來合理地選擇N的值，每鉆削一個微小鉆削深度Ln后鉆頭就會立即后退使鉆頭切削刃部分迅速脫離接觸正在被鉆削的材料表面一個距離D，從而產(chǎn)生一個相 對的真空區(qū)間，隨即切削液或其他冷卻氣體或空氣(干切削時)馬上進入填充這個相對真空 區(qū)間，并充分滲透到材料由于被鉆削而產(chǎn)生的帶有微小裂痕的表面縫隙中產(chǎn)生良好的冷卻和 潤滑作用，緊接著隨著下一個微小鉆削單元的鉆削進入這個相對真空區(qū)間的切削液或其他冷 卻氣體或空氣(千切削時)立刻被鉆頭的進入而壓縮排出，將產(chǎn)生的切削熱充分帶走，大大 降低了切削的溫度，大大改善了切削、潤滑條件，延長了刀具的壽命。鉆床本體3可與普通的鉆床類似，可以用現(xiàn)有的床身改造而成。根據(jù)需要可以設(shè)計成臺 式鉆床、立式鉆床或搖臂鉆床等形式。由于高速電主軸采用變頻調(diào)速，因此省去了帶輪或齒輪傳動，基本實現(xiàn)了鉆床的"零傳 動"，提高了傳動效率和傳動精度。由于高速電主軸的剛性好、回轉(zhuǎn)精度高、快速響應性好， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)極高的轉(zhuǎn)速和加、減速度，調(diào)速范圍寬。高速電主軸固定在精密微量進給機構(gòu) 的滑動座上，高速電主軸帶動鉆頭做高速精密旋轉(zhuǎn)運動，因為要鉆削微小孔(通常稱直徑為 Olmm以下的孔為微小孔)，所以選擇的高速電主軸的回轉(zhuǎn)精度高，徑向跳動小于5 um，轉(zhuǎn) 速V可達60000 r/min，當然也可以根據(jù)需要選擇具有其他參數(shù)的高速精密主軸。精密微量進給機構(gòu)負責鉆削的進給入鉆和退鉆運動，精密微量進給機構(gòu)的雙螺母機構(gòu)可 以消除滾珠絲桿和螺母之間的間隙，做到無間隙高精度傳動，交流伺服電機的電機軸通過精 密聯(lián)軸器和精密滾珠絲桿連接，根據(jù)實際工藝需要伺服電機正反旋轉(zhuǎn)帶動精密滾珠絲桿正反 旋轉(zhuǎn)，通過精密直線導軌副和精密滾珠絲桿副將精密滾珠絲桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榫芪⒘窟M 給機構(gòu)滑動座的直線運動，從而帶動高速精密電主軸進行上下運動來滿足鉆削的進給入鉆和 退鉆運動。進給量可以根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)，最小進給量可達0.25 ym，如果需要還可以將最 小進給量調(diào)節(jié)在更細小的范圍。通過交流伺服電機的旋轉(zhuǎn)帶動精密滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，通過精密直線導軌副和精密滾珠絲桿 副將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成工藝需要的精密微量進給入鉆和退鉆運動，利用PA、 PB實現(xiàn) 伺服電機的正反轉(zhuǎn)，每給一個脈沖，伺服電機即執(zhí)行一步，同時利用伺服電機的電子齒輪比 可以實現(xiàn)0.01 100倍比的脈沖比例控制，從而得到非常高的伺服系統(tǒng)的定位精度，滿足鉆 削的需要。
權(quán)利要求1.間歇微量進給微小孔鉆床，其特征在于設(shè)有底座、升降調(diào)節(jié)機構(gòu)、鉆床本體、交流伺服電機、精密微量進給機構(gòu)、高速電主軸、鉆夾頭組件和控制機構(gòu)；升降調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)于底座上，鉆床本體設(shè)于升降調(diào)節(jié)機構(gòu)頂部；精密微量進給機構(gòu)設(shè)有進給機構(gòu)底座、精密直線導軌副、精密滾珠絲桿副及其雙螺母機構(gòu)、聯(lián)軸器、預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)、上高速軸承、下高速軸承和滑動座，進給機構(gòu)底座固定于鉆床本體上，精密直線導軌副固定于進給機構(gòu)底座上，精密滾珠絲桿副通過雙螺母機構(gòu)和預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)與滑動座連接，精密滾珠絲桿副通過聯(lián)軸器與交流伺服電機的電機軸連接，滑動座固定于精密直線導軌副上，上高速軸承和下高速軸承分別設(shè)于精密滾珠絲桿副兩端并分別和精密滾珠絲桿的上下軸承部裝配配合；高速電主軸固定在精密微量進給機構(gòu)的滑動座上；鉆夾頭組件設(shè)于高速電主軸下端；控制機構(gòu)設(shè)有程序控制器、觸摸屏和變頻調(diào)速器，程序控制器的輸入端接觸摸屏的人機界面，變頻調(diào)速器的輸入端接程序控制器的輸出端，變頻調(diào)速器的輸出端接高速電主軸的輸入端；程序控制器與交流伺服電機的伺服驅(qū)動器連接，交流伺服電機的伺服驅(qū)動器和交流伺服電機連接，控制機構(gòu)的各元件之間以及與高速電主軸、交流伺服電機之間通過電纜和相關(guān)接口連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的間歇微量進給微小孔鉆床，其特征在于進給機構(gòu)底座通過螺紋連 接固定于鉆床本體上。
3. 如權(quán)利要求l所述的間歇微量進給微小孔鉆床，其特征在于精密直線導軌副通過螺紋 連接固定于進給機構(gòu)底座上。
4. 如權(quán)利要求l所述的間歇微量進給微小孔鉆床，其特征在于滑動座通過螺紋連接固定 于精密直線導軌副上。
5. 如權(quán)利要求1所述的間歇微量進給微小孔鉆床，其特征在于在精密微量進給機構(gòu)上設(shè) 有防塵蓋。
專利摘要間歇微量進給微小孔鉆床，涉及一種鉆削設(shè)備，尤其是涉及一種采用間歇微量進給的用于微小孔鉆削的間歇微量進給微小孔鉆床。提供一種將鉆削時的時間、空間、鉆削工藝參數(shù)細微化并重新匹配，使之協(xié)調(diào)合理的應用于實際鉆削中，滿足微小孔鉆削需要的間歇微量進給微小孔鉆床。設(shè)有底座、升降調(diào)節(jié)機構(gòu)、鉆床本體、交流伺服電機、精密微量進給機構(gòu)、高速電主軸、鉆夾頭組件和控制機構(gòu)。升降調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)于底座上，鉆床本體設(shè)于升降調(diào)節(jié)機構(gòu)頂部。精密微量進給機構(gòu)設(shè)有進給機構(gòu)底座、精密直線導軌副、精密滾珠絲桿副及其雙螺母機構(gòu)、聯(lián)軸器、預緊力調(diào)節(jié)機構(gòu)、高速軸承和滑動座，高速電主軸固定在滑動座上，控制機構(gòu)設(shè)有程序控制器、觸摸屏和變頻調(diào)速器。
文檔編號B23B39/16GK201095006SQ20072000808
公開日2008年8月6日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者陳安源 申請人:陳安源