一種超聲螺旋銑孔裝置及加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲螺旋銑孔裝置，包括主軸支架，超聲套筒，內(nèi)偏心套筒，外偏心套筒，變幅桿和位于超聲套筒內(nèi)的換能器，變幅桿通過彈簧夾頭與制孔工具連接，制孔工具為銑刀或砂輪，變幅桿通過環(huán)形法蘭與換能器連接，環(huán)形法蘭通過用于測(cè)量環(huán)形法蘭軸向和徑向受力情況的環(huán)形力傳感器與超聲套筒的內(nèi)壁連接，所述一種超聲螺旋銑孔裝置還包括與所述超聲套筒連接的螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、與所述外偏心套筒連接的螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述主軸支架沿所述變幅桿的軸線進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng)。本發(fā)明還公開了一種使用上述所述的一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銑孔加工方法。本發(fā)明具有制孔質(zhì)量高、制孔質(zhì)量一致性好、加工穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種超聲螺旋銑孔裝置及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲螺旋銑孔裝置及加工方法，具體涉及一種超聲輔助螺旋銑孔 裝置及制孔方法，適用于難加工材料制孔，屬于螺旋銑孔的改進(jìn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前廣泛應(yīng)用于航空航天和國(guó)防軍工等領(lǐng)域的復(fù)合材料、鈦合金、鋁合金以及由 其構(gòu)成的疊層材料均表現(xiàn)出難加工特性，如:碳纖維復(fù)合材料具有很強(qiáng)的不均質(zhì)性和各向 異性，硬度高、強(qiáng)度大，且在切削過程中不允許添加冷卻液，導(dǎo)致在傳統(tǒng)加工過程中加工質(zhì) 量差且刀具磨損嚴(yán)重，而鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，鋁合金沾刀現(xiàn)象嚴(yán)重、疊層材料制孔缺陷大等 問題都為切削加工帶來了很大困難。
[0003] 制孔質(zhì)量嚴(yán)重影響了器件的疲勞強(qiáng)度，在航空航天領(lǐng)域不僅制孔數(shù)量大，且制孔 精度要求高，尤其針對(duì)廣泛使用的難加工材料制孔，傳統(tǒng)制孔技術(shù)很難滿足要求，目前螺旋 銑孔和超聲輔助鉆削是已經(jīng)出現(xiàn)的針對(duì)難加工材料的兩種先進(jìn)制孔技術(shù)，螺旋銑孔除了刀 具高速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外增加了刀具公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得一把刀具可以加工出不同直徑的孔，同時(shí)可 以有效增加散熱，降低切削溫度，提高制孔質(zhì)量，而超聲輔助加工能夠減小切削力，因此如 果引入螺旋銑孔加工，能夠很好地改善疊層結(jié)構(gòu)螺旋銑孔存在的問題。但是螺旋銑孔在進(jìn) 行疊層材料制孔時(shí)，由于疊層材料特性不一樣，容易出現(xiàn)孔徑誤差、加工缺陷等，但目前并 無能夠集成超聲輔助鉆削及螺旋銑孔功能的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種超聲螺旋銑孔裝置及加工方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
[0006] -種超聲螺旋銑孔裝置，包括主軸支架，超聲套筒，內(nèi)偏心套筒，外偏心套筒，變幅 桿和位于所述超聲套筒內(nèi)的換能器，所述變幅桿通過彈簧夾頭與制孔工具連接，所述制孔 工具為銑刀或砂輪，
[0007] 所述變幅桿通過環(huán)形法蘭與所述換能器連接，所述環(huán)形法蘭通過用于測(cè)量所述環(huán) 形法蘭軸向和徑向受力情況的環(huán)形力傳感器與所述超聲套筒的內(nèi)壁連接，所述超聲套筒的 底部設(shè)有兩個(gè)同心銅環(huán)，所述銅環(huán)與所述超聲套筒之間設(shè)有電極絕緣套，所述兩個(gè)銅環(huán)分 別與所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述主軸支架上設(shè)有碳刷支架，所述碳刷支架上設(shè)有 與所述銅環(huán)接觸的碳刷，所述碳刷通過碳刷套與所述碳刷支架連接，所述碳刷套內(nèi)設(shè)有將 所述碳刷壓在所述銅環(huán)上的彈簧套，
[0008] 所述超聲套筒的外壁通過軸承與所述內(nèi)偏心套筒的內(nèi)壁連接，
[0009] 所述內(nèi)偏心套筒的外壁與所述外偏心套筒的內(nèi)壁可滑動(dòng)連接，
[0010] 所述內(nèi)偏心套筒的前端伸出所述外偏心套筒，且與渦輪連接，所述外偏心套筒上 設(shè)有與所述渦輪相匹配的蝸桿，
[0011] 所述主軸支架具有容納所述外偏心套筒的通孔，
[0012] 所述外偏心套筒的外壁通過軸承與所述通孔的內(nèi)壁連接，
[0013] 所述一種超聲螺旋銑孔裝置還包括與所述超聲套筒連接的螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝 置、與所述外偏心套筒連接的螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述主軸支架沿所述變幅桿的 軸線進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng)，
[0014] 切削加工前，通過所述蝸輪和所述蝸桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述內(nèi)偏心套筒與所述外 偏心套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而改變所述變幅桿的軸線的偏心量，待得到所需偏心量后，通過 鍵將所述內(nèi)偏心套筒與所述外偏心套筒固定，所述內(nèi)偏心套筒通過所述鍵與所述外偏心套 筒傳遞扭矩。
[0015] 所述超聲套筒具有容納所述環(huán)形力傳感器的凹槽，所述環(huán)形力傳感器具有環(huán)形凹 槽，所述環(huán)形法蘭的側(cè)壁通過所述環(huán)形凹槽的槽壁與所述凹槽的槽壁連接，所述環(huán)形法蘭 的一側(cè)端面通過所述環(huán)形凹槽的槽底與所述凹槽的槽底連接，所述環(huán)形凹槽的槽深與所述 環(huán)形法蘭的厚度相匹配，
[0016] 所述環(huán)形凹槽的槽底伸出所述凹槽的槽底且與所述換能器的外壁間隙配合，即保 證所述環(huán)形力傳感器與所述換能器之間留有一定間隙，防止過定位。
[0017] 所述環(huán)形法蘭和所述環(huán)形力傳感器通過環(huán)形壓板與所述凹槽的槽底壓緊，
[0018] 所述環(huán)形壓板與所述超聲套筒的內(nèi)壁螺紋連接。
[0019] 所述環(huán)形壓板防止所述變幅桿、所述超聲套筒和所述換能器整體向外軸向竄動(dòng)。
[0020] 所述銅環(huán)的寬度滿足所述變幅桿的軸線的偏心量在上下限變化時(shí)，所述銅環(huán)始終 與所述碳刷接觸。所述銅環(huán)的寬度滿足以下公式：
[0021 ] R-4c>d?a+2emax
[0022] 其中，a為所述碳刷的橫截面寬度，d為所述銅環(huán)寬度，c為所述電極絕緣套的壁厚， R為所述超聲套筒的底部半徑，emax為所述變幅桿的軸線的最大偏心量，emax滿足以下公式：
[0023] emax = ei+e2,
[0024] ei為所述內(nèi)偏心套筒的偏心量，e2為所述外偏心套筒的偏心量。
[0025] 所述兩個(gè)銅環(huán)分別通過引線與所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述換能器為壓電 陶瓷換能器。
[0026] 所述螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述超聲套筒連接的從動(dòng)帶輪I，與所述主軸 支架連接的電機(jī)I，所述電機(jī)I的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪I，所述從動(dòng)帶輪I與所述主動(dòng)帶輪I之 間通過皮帶I連接。
[0027] 所述螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述外偏心套筒連接的從動(dòng)帶輪Π ，與所述主 軸支架連接的電機(jī)Π ，所述電機(jī)Π 的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪Π ，所述從動(dòng)帶輪Π 與所述主動(dòng) 帶輪Π 之間通過皮帶Π 連接。
[0028] 所述進(jìn)給系統(tǒng)包括底板，與所述變幅桿的軸線平行的兩條導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)，所述 主軸支架通過引導(dǎo)滑塊與所述導(dǎo)軌連接，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述主軸支架 沿所述導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的絲杠，所述絲杠通過絲杠支撐座與所述底板連接。
[0029] 所述內(nèi)偏心套筒的前端還設(shè)有主軸端蓋，所述主軸端蓋具有所述變幅桿穿過的 孔。
[0030] 本發(fā)明還公開了一種使用上述所述的一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銑孔 加工方法，其具有如下步驟：
[0031] si、所述蝸桿沿其軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述變幅桿的軸線的偏心量的調(diào)節(jié)，所述變幅桿 的軸線的偏心量滿足以下公式
[0032] 其中，e為所述變幅桿的軸線的偏心量，m為所述銑刀直徑，D2為待加工孔直徑；
[0033] S2、開啟與所述換能器連接的超聲電源，調(diào)節(jié)所述一種超聲螺旋銑孔裝置的諧振 頻率；
[0034] S3、啟動(dòng)所述電機(jī)I和所述電機(jī)Π ，控制所述一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行螺旋銑 孔；
[0035] S4、當(dāng)切削力小于等于已設(shè)定切削力上限時(shí)，切削正常進(jìn)行，直至制孔結(jié)束；當(dāng)切 削力大于已設(shè)定切削力上限時(shí)，進(jìn)行超聲輔助鉆削，直至切削力小于等于已設(shè)定切削力上 限，超聲輔助取消，直至制孔結(jié)束。
[0036]螺旋銑孔過程中由所述環(huán)形力傳感器對(duì)切削力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，即所述銑刀受到的 切削力通過所述彈簧夾、所述變幅桿和環(huán)形法蘭傳遞給所述環(huán)形力傳感器，所述換能器根 據(jù)切削過程中切削力的變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整超聲功率，以保障制孔質(zhì)量的一致性。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0038] 1、制孔質(zhì)量高。本發(fā)明兼具超聲輔助鉆削和螺旋銑孔的優(yōu)勢(shì)，可有效降低切削力， 提高切削質(zhì)量。
[0039] 2、制孔質(zhì)量一致性好。本發(fā)明可利用內(nèi)置環(huán)形力傳感器在切削過程中對(duì)切削力進(jìn) 行實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)換能器根據(jù)切削過程中切削力的變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整超聲功率，以保障制 孔質(zhì)量的一致性。
[0040] 3、加工穩(wěn)定性好。超聲套筒的銅環(huán)-碳刷設(shè)計(jì)可保證在偏心調(diào)節(jié)及加工過程中碳 刷與銅環(huán)一直接觸，保證了超聲能量的實(shí)時(shí)傳輸，提高了加工過程的穩(wěn)定性。
[0041 ]基于上述理由本發(fā)明可在螺旋銑孔等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0042]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0043]圖1是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中一種超聲螺旋銑孔裝置的空間結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖2是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中一種超聲螺旋銑孔裝置（除進(jìn)給系統(tǒng)外）的剖視 圖。
[0045] 圖3是圖2中I部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖4是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中超聲套筒的底部與碳刷接觸示意圖。
[0047] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2中一種使用一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銑孔加 工方法的流程圖。
[0048] 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2中偏心量的計(jì)算方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] -種超聲螺旋銑孔裝置，包括主軸支架，超聲套筒，內(nèi)偏心套筒，外偏心套筒，變幅 桿和位于所述超聲套筒內(nèi)的換能器，所述變幅桿通過彈簧夾頭與制孔工具連接，所述制孔 工具為銑刀或砂輪，
[0050] 所述變幅桿通過環(huán)形法蘭與所述換能器連接，所述環(huán)形法蘭通過用于測(cè)量所述環(huán) 形法蘭軸向和徑向受力情況的環(huán)形力傳感器與所述超聲套筒的內(nèi)壁連接，所述超聲套筒的 底部設(shè)有兩個(gè)同心銅環(huán)，所述銅環(huán)與所述超聲套筒之間設(shè)有電極絕緣套，所述兩個(gè)銅環(huán)分 別與所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述主軸支架上設(shè)有碳刷支架，所述碳刷支架上設(shè)有 與所述銅環(huán)接觸的碳刷，所述碳刷通過碳刷套與所述碳刷支架連接，所述碳刷套內(nèi)設(shè)有將 所述碳刷壓在所述銅環(huán)上的彈簧套，
[0051] 所述超聲套筒的外壁通過軸承與所述內(nèi)偏心套筒的內(nèi)壁連接，
[0052]所述內(nèi)偏心套筒的外壁與所述外偏心套筒的內(nèi)壁可滑動(dòng)連接，
[0053]所述內(nèi)偏心套筒的前端伸出所述外偏心套筒，且與渦輪連接，所述外偏心套筒上 設(shè)有與所述渦輪相匹配的蝸桿，
[0054]所述主軸支架具有容納所述外偏心套筒的通孔，
[0055] 所述外偏心套筒的外壁通過軸承與所述通孔的內(nèi)壁連接，
[0056] 所述一種超聲螺旋銑孔裝置還包括與所述超聲套筒連接的螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝 置、與所述外偏心套筒連接的螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述主軸支架沿所述變幅桿的 軸線進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng)，
[0057] 切削加工前，通過所述蝸輪和所述蝸桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述內(nèi)偏心套筒與所述外 偏心套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而改變所述變幅桿的軸線的偏心量。
[0058]所述超聲套筒具有容納所述環(huán)形力傳感器的凹槽，所述環(huán)形力傳感器具有環(huán)形凹 槽，所述環(huán)形法蘭的側(cè)壁通過所述環(huán)形凹槽的槽壁與所述凹槽的槽壁連接，所述環(huán)形法蘭 的一側(cè)端面通過所述環(huán)形凹槽的槽底與所述凹槽的槽底連接，所述環(huán)形凹槽的槽深與所述 環(huán)形法蘭的厚度相匹配，
[0059] 所述環(huán)形凹槽的槽底伸出所述凹槽的槽底且與所述換能器的外壁間隙配合，
[0060] 所述環(huán)形法蘭和所述環(huán)形力傳感器通過環(huán)形壓板與所述凹槽的槽底壓緊，
[0061] 所述環(huán)形壓板與所述超聲套筒的內(nèi)壁螺紋連接。
[0062] 所述兩個(gè)銅環(huán)分別通過引線與所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述換能器為壓電 陶瓷換能器。
[0063] 所述螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述超聲套筒連接的從動(dòng)帶輪I，與所述主軸 支架連接的電機(jī)I，所述電機(jī)I的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪I，所述從動(dòng)帶輪I與所述主動(dòng)帶輪I之 間通過皮帶I連接。
[0064] 所述螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述外偏心套筒連接的從動(dòng)帶輪Π ，與所述主 軸支架連接的電機(jī)Π ，所述電機(jī)Π 的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪Π ，所述從動(dòng)帶輪Π 與所述主動(dòng) 帶輪Π 之間通過皮帶Π 連接。
[0065] 所述進(jìn)給系統(tǒng)包括底板，與所述變幅桿的軸線平行的兩條導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)，所述 主軸支架通過引導(dǎo)滑塊與所述導(dǎo)軌連接，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述主軸支架 沿所述導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的絲杠，所述絲杠通過絲杠支撐座與所述底板連接。
[0066] 所述內(nèi)偏心套筒的前端還設(shè)有主軸端蓋，所述主軸端蓋具有所述變幅桿穿過的 孔。
[0067] -種使用上述所述的一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銑孔加工方法，具有如 下步驟：
[0068] SI、所述蝸桿沿其軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述變幅桿的軸線的偏心量的調(diào)節(jié)，所述變幅桿 的軸線的偏心量滿足以下公式：
[0069] 其中，e為所述變幅桿的軸線的偏心量，m為所述銑刀直徑，D2為待加工孔直徑；
[0070] S2、開啟與所述換能器連接的超聲電源，調(diào)節(jié)所述一種超聲螺旋銑孔裝置的諧振 頻率；
[0071] S3、啟動(dòng)所述電機(jī)I和所述電機(jī)Π ，控制所述一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行螺旋銑 孔；
[0072] S4、當(dāng)切削力小于等于已設(shè)定切削力上限時(shí)，切削正常進(jìn)行，直至制孔結(jié)束；當(dāng)切 削力大于已設(shè)定切削力上限時(shí)，進(jìn)行超聲輔助鉆削，直至切削力小于等于已設(shè)定切削力上 限，超聲輔助取消，直至制孔結(jié)束。
[0073] 實(shí)施例1
[0074] 如圖1-圖4所示，一種超聲螺旋銑孔裝置，包括主軸支架1，超聲套筒2,內(nèi)偏心套筒 3，外偏心套筒4，變幅桿5和位于所述超聲套筒2內(nèi)的換能器6，所述變幅桿5通過彈簧夾頭7 與銑刀8連接，
[0075] 所述變幅桿5通過環(huán)形法蘭9與所述換能器6連接，所述環(huán)形法蘭9通過用于測(cè)量所 述環(huán)形法蘭9軸向和徑向受力情況的環(huán)形力傳感器10與所述超聲套筒2的內(nèi)壁連接，所述超 聲套筒2的底部設(shè)有兩個(gè)同心銅環(huán)11，所述銅環(huán)11與所述超聲套筒2之間設(shè)有電極絕緣套 12,所述兩個(gè)銅環(huán)11分別與所述換能器6的正極13和負(fù)極14連接，所述主軸支架1上設(shè)有碳 刷支架15,所述碳刷支架15上設(shè)有與所述銅環(huán)11接觸的碳刷16,所述碳刷16通過碳刷套17 與所述碳刷支架15連接，所述碳刷套17內(nèi)設(shè)有將所述碳刷16壓在所述銅環(huán)11上的彈簧套 18，
[0076] 所述超聲套筒2的外壁通過軸承19與所述內(nèi)偏心套筒3的內(nèi)壁連接，
[0077] 所述內(nèi)偏心套筒3的外壁與所述外偏心套筒4的內(nèi)壁可滑動(dòng)連接，
[0078]所述內(nèi)偏心套筒3的前端伸出所述外偏心套筒4,且與渦輪20連接，所述外偏心套 筒4上設(shè)有與所述渦輪20相匹配的蝸桿21，
[0079] 所述主軸支架1具有容納所述外偏心套筒4的通孔，
[0080] 所述外偏心套筒4的外壁通過軸承19與所述通孔的內(nèi)壁連接，
[0081] 所述一種超聲螺旋銑孔裝置還包括與所述超聲套筒2連接的螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝 置、與所述外偏心套筒4連接的螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述主軸支架1沿所述變幅桿 5的軸線進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng)，
[0082]切削加工前，通過所述蝸輪20和所述蝸桿21的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述內(nèi)偏心套筒3與 所述外偏心套筒4產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而改變所述變幅桿5的軸線的偏心量。
[0083]所述超聲套筒2具有容納所述環(huán)形力傳感器10的凹槽22,所述環(huán)形力傳感器10具 有環(huán)形凹槽23,所述環(huán)形法蘭9的側(cè)壁通過所述環(huán)形凹槽23的槽壁與所述凹槽22的槽壁連 接，所述環(huán)形法蘭9的一側(cè)端面通過所述環(huán)形凹槽23的槽底與所述凹槽22的槽底連接，所述 環(huán)形凹槽23的槽深與所述環(huán)形法蘭9的厚度相匹配，
[0084]所述環(huán)形凹槽23的槽底伸出所述凹槽22的槽底且與所述換能器6的外壁間隙配 合，
[0085] 所述環(huán)形法蘭9和所述環(huán)形力傳感器10通過環(huán)形壓板24與所述凹槽22的槽底壓 緊，
[0086]所述環(huán)形壓板24與所述超聲套筒2的內(nèi)壁螺紋連接。
[0087] 所述兩個(gè)銅環(huán)11分別通過引線25與所述換能器6的正極13和負(fù)極14連接，所述換 能器6為壓電陶瓷換能器。
[0088] 所述螺旋銑孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述超聲套筒2連接的從動(dòng)帶輪126,與所述主 軸支架1連接的電機(jī)127,所述電機(jī)127的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪128,所述從動(dòng)帶輪126與所述 主動(dòng)帶輪128之間通過皮帶129連接。
[0089] 所述螺旋銑孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括與所述外偏心套筒4連接的從動(dòng)帶輪Π 30，與所 述主軸支架1連接的電機(jī)Π 31，所述電機(jī)Π 31的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪Π 32，所述從動(dòng)帶輪Π 30與所述主動(dòng)帶輪Π 32之間通過皮帶Π 33連接。
[0090] 所述進(jìn)給系統(tǒng)包括底板34,與所述變幅桿5的軸線平行的兩條導(dǎo)軌35和步進(jìn)電機(jī) 36,所述主軸支架1通過引導(dǎo)滑塊37與所述導(dǎo)軌35連接，所述步進(jìn)電機(jī)36的輸出端上設(shè)有驅(qū) 動(dòng)所述主軸支架1沿所述導(dǎo)軌35運(yùn)動(dòng)的絲杠38,所述絲杠38通過絲杠支撐座與所述底板34 連接。
[0091] 所述內(nèi)偏心套筒3的前端還設(shè)有主軸端蓋39,所述主軸端蓋39具有所述變幅桿5穿 過的孔。
[0092] 實(shí)施例2
[0093]如圖1-圖6,一種使用實(shí)施例1所述的一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銑孔加 工方法，具有如下步驟：
[0094] S1、所述蝸桿21沿其軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述變幅桿5的軸線的偏心量的調(diào)節(jié)，所述變幅 桿5的軸線的偏心量滿足以下公式：
[0095] 其中，e為所述變幅桿5的軸線的偏心量，滿足公式_，Di為所述 銑刀8直徑，D2為待加工孔直徑，ei為所述內(nèi)偏心套筒3的偏心量，e2為所述外偏心套筒4的偏 心量，α為所述內(nèi)偏心套筒3與所述外偏心套筒4的相對(duì)偏角；
[0096] S2、開啟與所述換能器6連接的超聲電源，調(diào)節(jié)所述一種超聲螺旋銑孔裝置的諧振 頻率α;
[0097] S3、啟動(dòng)所述電機(jī)127和所述電機(jī)Π 31，控制所述一種超聲螺旋銑孔裝置進(jìn)行螺旋 銑孔；
[0098] S4、當(dāng)切削力小于等于已設(shè)定切削力上限時(shí)，切削正常進(jìn)行，直至制孔結(jié)束；當(dāng)切 削力大于已設(shè)定切削力上限時(shí)，進(jìn)行超聲輔助鉆削，直至切削力小于等于已設(shè)定切削力上 限，超聲輔助取消，直至制孔結(jié)束。
[0099]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:包括主軸支架，超聲套筒，內(nèi)偏屯、套筒，外偏屯、 套筒，變幅桿和位于所述超聲套筒內(nèi)的換能器，所述變幅桿通過彈黃夾頭與制孔工具連接， 所述制孔工具為銳刀或砂輪， 所述變幅桿通過環(huán)形法蘭與所述換能器連接，所述環(huán)形法蘭通過用于測(cè)量所述環(huán)形法 蘭軸向和徑向受力情況的環(huán)形力傳感器與所述超聲套筒的內(nèi)壁連接，所述超聲套筒的底部 設(shè)有兩個(gè)同屯、銅環(huán)，所述銅環(huán)與所述超聲套筒之間設(shè)有電極絕緣套，所述兩個(gè)銅環(huán)分別與 所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述主軸支架上設(shè)有碳刷支架，所述碳刷支架上設(shè)有與所 述銅環(huán)接觸的碳刷，所述碳刷通過碳刷套與所述碳刷支架連接，所述碳刷套內(nèi)設(shè)有將所述 碳刷壓在所述銅環(huán)上的彈黃套， 所述超聲套筒的外壁通過軸承與所述內(nèi)偏屯、套筒的內(nèi)壁連接， 所述內(nèi)偏屯、套筒的外壁與所述外偏屯、套筒的內(nèi)壁可滑動(dòng)連接， 所述內(nèi)偏屯、套筒的前端伸出所述外偏屯、套筒，且與滿輪連接，所述外偏屯、套筒上設(shè)有 與所述滿輪相匹配的蝸桿， 所述主軸支架具有容納所述外偏屯、套筒的通孔， 所述外偏屯、套筒的外壁通過軸承與所述通孔的內(nèi)壁連接， 所述一種超聲螺旋銳孔裝置還包括與所述超聲套筒連接的螺旋銳孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、與 所述外偏屯、套筒連接的螺旋銳孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)所述主軸支架沿所述變幅桿的軸線 進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng)， 切削加工前，通過所述蝸輪和所述蝸桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得所述內(nèi)偏屯、套筒與所述外偏屯、 套筒產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而改變所述變幅桿的軸線的偏屯、量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:所述超聲套筒具有容納 所述環(huán)形力傳感器的凹槽，所述環(huán)形力傳感器具有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形法蘭的側(cè)壁通過所 述環(huán)形凹槽的槽壁與所述凹槽的槽壁連接，所述環(huán)形法蘭的一側(cè)端面通過所述環(huán)形凹槽的 槽底與所述凹槽的槽底連接，所述環(huán)形凹槽的槽深與所述環(huán)形法蘭的厚度相匹配， 所述環(huán)形凹槽的槽底伸出所述凹槽的槽底且與所述換能器的外壁間隙配合， 所述環(huán)形法蘭和所述環(huán)形力傳感器通過環(huán)形壓板與所述凹槽的槽底壓緊， 所述環(huán)形壓板與所述超聲套筒的內(nèi)壁螺紋連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:所述兩個(gè)銅環(huán)分別通過 引線與所述換能器的正極和負(fù)極連接，所述換能器為壓電陶瓷換能器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:所述螺旋銳孔自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 裝置包括與所述超聲套筒連接的從動(dòng)帶輪I，與所述主軸支架連接的電機(jī)I，所述電機(jī)I的輸 出端設(shè)有主動(dòng)帶輪I，所述從動(dòng)帶輪I與所述主動(dòng)帶輪I之間通過皮帶I連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:所述螺旋銳孔公轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 裝置包括與所述外偏屯、套筒連接的從動(dòng)帶輪Π ，與所述主軸支架連接的電機(jī)Π ，所述電機(jī) Π 的輸出端設(shè)有主動(dòng)帶輪Π ，所述從動(dòng)帶輪Π 與所述主動(dòng)帶輪Π 之間通過皮帶Π 連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于：所述進(jìn)給系統(tǒng)包括底 板，與所述變幅桿的軸線平行的兩條導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)，所述主軸支架通過引導(dǎo)滑塊與所述 導(dǎo)軌連接，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出端上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述主軸支架沿所述導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的絲杠，所述 絲杠通過絲杠支撐座與所述底板連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲螺旋銳孔裝置，其特征在于:所述內(nèi)偏屯、套筒的前端 還設(shè)有主軸端蓋，所述主軸端蓋具有所述變幅桿穿過的孔。8. -種使用權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的一種超聲螺旋銳孔裝置進(jìn)行超聲螺旋銳 孔加工方法，其特征在于具有如下步驟： 51、 所述蝸桿沿其軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述變幅桿的軸線的偏屯、量的調(diào)節(jié)，所述變幅桿的軸 線的偏屯、量滿足W下公式其中，e為所述變幅桿的軸線的偏屯、量，Di為所述銳刀直徑，D2為待加工孔直徑； 52、 開啟與所述換能器連接的超聲電源，調(diào)節(jié)所述一種超聲螺旋銳孔裝置的諧振頻率； 53、 啟動(dòng)所述電機(jī)I和所述電機(jī)Π ，控制所述一種超聲螺旋銳孔裝置進(jìn)行螺旋銳孔； 54、 當(dāng)切削力小于等于已設(shè)定切削力上限時(shí)，切削正常進(jìn)行，直至制孔結(jié)束；當(dāng)切削力 大于已設(shè)定切削力上限時(shí)，進(jìn)行超聲輔助鉆削，直至切削力小于等于已設(shè)定切削力上限，超 聲輔助取消，直至制孔結(jié)束。
【文檔編號(hào)】B23C3/00GK106077774SQ201610532267
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】董志剛, 康仁科, 朱祥龍, 張園, 王毅丹, 楊國(guó)林
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)