用于細小深孔加工的工件裝載裝置及加工裝置制造方法
【專利摘要】用于細小深孔加工的工件加載裝置，包括底座，用于承載待鉆孔工件的上蓋，和連接底座與上蓋的保護殼；底座與上蓋、保護殼同軸，保護殼內具有扭轉振動發(fā)生機構，扭轉振動發(fā)生機構產生扭轉振動的扭轉驅動器和為扭轉振動驅動器提供激勵信號的激勵裝置；扭轉驅動器由智能材料產生扭轉振動。細小深孔加工裝置，包括鉆床，主軸，與主軸固定的鉆頭夾，鉆頭，驅動鉆頭發(fā)生扭轉振動的智能材料和所述的工件加載裝置，鉆頭和工件加載裝置反向扭轉振動。本發(fā)明具有能夠提高細小深孔加工效率和加工精度的優(yōu)點。
【專利說明】用于細小深孔加工的工件裝載裝置及加工裝置【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械加工領域，特別是一種用于細小深孔加工的工件裝載裝置及加工
裝直。
技術背景
[0002]隨著機械行業(yè)的發(fā)展，對機械零件加工質量的要求越來越高，采用普通鉆削進行細小深孔加工時，所用的鉆頭直徑小，剛性差，在鉆削過程中，碰到被加工材料中的硬質點、進刀時力量過大或者不均勻、切屑阻塞、不穩(wěn)定的鉆頭角位移以及具有隨機性和無法控制的激振頻率時，會迅速增大扭矩，形成加工過程中的強烈扭振，鉆頭便會發(fā)生扭轉變形，變形到一定程度時，便會折斷鉆頭；鉆削細小深孔時，由于孔徑小而深，刀具處于半封閉狀態(tài)，冷卻液和潤滑液體很難到達切削區(qū)，鉆頭冷卻潤滑困難，影響加工條件；此外，由于細小深孔孔徑小，排屑槽寬度和鉆心厚度難以均衡，排屑槽大時，鉆頭抗扭和抗彎能力降低，影響孔的直線度和圓柱度，鉆心厚度大時，軸向走刀抗力也會增加，鉆頭容易走偏，影響孔加工精度；此外，普通鉆削時還易產生積屑瘤和內孔劃傷等問題，影響機械零件的加工質量。
[0003]為了克服普通鉆削的上述缺點，中國專利200520100155.9號披露了一種用于深孔加工的智能刀具，包括上下連為一體的夾持部位和切屑刃部位，在刀具的夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上嵌裝有智能材料，該智能材料暴露在激勵裝置的作用下。這種智能刀具的智能材料在激勵裝置的作用下使刀具的切削刃部位產生主動可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續(xù)金屬切削帶斷裂，實現(xiàn)主動激振斷屑。
[0004]使用這種智能刀具進行加工時，在傳統(tǒng)加工的同時，僅依靠刀具切削面的振動，施加到待鉆孔工件上的振動形式單一，振動鉆削的效率有限。另外，刀具對待鉆孔工件施加扭轉振動時，待鉆孔工件將產生無規(guī)律、不可控振動，影響加工效率和加工精度。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的振動鉆削的上述缺點，本發(fā)明提供了一種能夠提高細小深孔加工效率和加工精度的高頻扭轉振動鉆削的工件裝載裝置及加工裝置。
[0006]用于細小深孔加工的工件加載裝置，包括底座，用于承載待鉆孔工件的上蓋，和連接底座與上蓋的保護殼；底座與上蓋、保護殼同軸，保護殼內具有扭轉振動發(fā)生機構，扭轉振動發(fā)生機構包括產生扭轉振動的扭轉驅動器和為扭轉振動驅動器提供激勵信號的激勵裝置；扭轉驅動器由智能材料產生扭轉振動。常見的智能材料有壓電纖維，磁致伸縮材料，電致伸縮材料，形狀記憶合金，壓電陶瓷材料等對外界信號能相應改變材料物理特性的材料。
[0007]進一步，扭轉驅動器包括套筒，驅動器基體和多個智能材料片，套筒插入驅動器基體內，智能材料片均勻分布于驅動器基體的外側面，智能材料片與激勵裝置連接。
[0008]進一步，底座包括底盤和連接柱，連接柱與底盤同軸，套筒與連接柱固定。
[0009]進一步，扭轉驅動器的套筒兩端分別外露于驅動器基體，連接柱插入套筒內，套筒的外露段分別通過螺釘與連接柱固定；連接柱頂部與上蓋鍵連接。
[0010]進一步，保護殼包括與上蓋通過螺栓固定連接的上法蘭，與底盤通過螺栓固定連接的下法蘭，和連接上法蘭與下法蘭的筒體。
[0011]進一步，上蓋包括三個從小到大依次設置的圓柱段，第一圓柱段插入筒體內，第二圓柱段與上法蘭固定，第三圓柱段與待鉆孔工件夾具固定，第一圓柱段最小，第三圓柱段最大；與連接柱配合的鍵槽開設于第一圓柱段中央。待鉆孔工件置于夾具上，夾具固定于第三圓柱段上。
[0012]細小深孔加工裝置，包括鉆床，主軸，與主軸固定的鉆頭夾，鉆頭，驅動鉆頭發(fā)生扭轉振動的智能材料和上述的工件加載裝置，鉆頭和工件加載裝置反向扭轉振動。
[0013]扭轉振動鉆削，是一種刀具與工件不分離的斷續(xù)切削方式，扭轉振動鉆削時，刀具在工件孔壁內扭轉，冷卻液和潤滑液容易到達鉆尖，孔的表面加工質量提高；扭轉振動鉆削可以將原有的無規(guī)律不可控的扭振變?yōu)橛幸?guī)律可控的強迫扭轉振動，達到減少鉆削阻力、扭矩以及以振制振的效果，提高鉆頭壽命；此外扭轉振動鉆削時，當強迫振動頻率為高頻時，可以減少待鉆孔工件和鉆頭之間摩擦和鉆削阻力，可以減少切屑產生，利于切屑過程排屑，獲得良好的孔扭轉振動鉆削效果，提高孔的加工質量。本發(fā)明的細小深孔加工裝置的刀具和工件加載裝置同時對待鉆孔工件施加振動扭轉作用，使待鉆孔工件實際承受的扭轉振動是刀具的扭轉振動和工件加載裝置的扭轉振動的疊加，增強了細小深孔加工時的扭轉振動效果，提高孔的加工質量。
[0014]進一步限定驅動鉆頭發(fā)生扭轉振動的結構如下:智能材料為多個扭轉振動薄片，扭轉振動薄片均勻地分布于扭轉致動基體的側面，扭轉致動基體與鉆頭夾固定，鉆頭夾上設有對扭轉振動薄片施加驅動信號的集電環(huán)。
[0015]為了進一步提高加工效率和精度，在扭轉振動的同時，也使鉆頭產生軸向高頻微幅振動，產生軸向高頻微幅振動的結構如下:鉆頭夾與產生軸向振動的壓電疊堆致動器固定連接，壓電疊堆致動器由多個環(huán)形壓電陶瓷片疊堆而成，集電環(huán)對環(huán)形壓電陶瓷片施加激勵信號。
[0016]鉆頭在軸向高頻微幅振動和周向扭轉振動的共同作用下，鉆頭產生軸向和周向的復合振動，完成對待鉆孔工件的細小深孔加工，加工效率提高，加工精度提高。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
1.待鉆孔工件在受到鉆頭旋轉切削的同時，受到工件裝載裝置產生的高頻微幅扭轉振動，將鉆削過程中工件產生的振動由無規(guī)律、不可控振動變?yōu)橛幸?guī)律、可控的高頻微幅強迫扭轉振動。
[0018]2.減小待鉆孔工件和鉆頭之間摩擦和鉆削阻力、扭矩以及增強冷卻潤滑效果，從而提聞細小深孔加工質量。
[0019]3.扭轉驅動器的在底座上的固定位置和數(shù)量根據(jù)待鉆孔工件的材料和硬度不同方便的可調。
[0020]4.施加在工件上的扭轉振動為鉆頭和工件裝載裝置的扭轉振動的疊加，極大地提高了加工效率，減少切屑產生，利于切屑過程排屑，提高孔的加工精度和表面質量，提高打孔深度和打孔效率。
[0021]5.結構簡單、體積小、重量輕、操作方便以及現(xiàn)有鉆削設備改造簡便。[0022]6、對鉆頭施加軸向聞頻微幅振動，使鉆頭廣生軸向和軸向的復合振動，提聞鉆孔的效率和精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是工件裝載裝置的示意圖。
[0024]圖2是圖1的分解示意圖。
[0025]圖3是扭轉驅動器的示意圖。
[0026]圖4是底座的示意圖。
[0027]圖5是保護殼的示意圖。
[0028]圖6是上蓋的示意圖。
[0029]圖7是待鉆孔工件固定于工件裝載裝置上的示意圖。
[0030]圖8是細小深孔加工裝置的示意圖。
[0031]圖9是鉆頭夾上具有扭轉致動基體和扭轉振動薄片的示意圖。
[0032]圖10是鉆頭夾上具有扭轉致動基體和壓電疊堆致動器的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例1
如圖1、2所示，用于細小深孔加工的工件加載裝置，包括底座83，用于承載待鉆孔工件9的上蓋81，和連接底座83與上蓋81的保護殼82 ;底座83與上蓋81、保護殼82同軸，保護殼82內具有扭轉振動發(fā)生機構，扭轉振動發(fā)生機構包括產生扭轉振動的扭轉驅動器85和為扭轉振動驅動器提供激勵信號的激勵裝置；扭轉驅動器85由智能材料產生扭轉振動。常見的智能材料有壓電纖維，磁致伸縮材料，電致伸縮材料，形狀記憶合計，壓電陶瓷材料等對外界信號能相應改變材料物理特性的材料。
[0034]如圖3所示，扭轉驅動器85包括套筒84，驅動器基體851和多個智能材料片852，套筒84插入驅動器基體851內，智能材料片852均勻分布于驅動器基體851的外側面，智能材料片852與激勵裝置連接。驅動器基體851與套筒84固定連接。驅動器基體851呈正棱柱形，智能材料片852粘貼在驅動器基體851的各個側面，驅動器基體851中央開設有與套筒84配合的通孔，驅動器基體851與套筒84通過螺釘固定。
[0035]如圖4所示，底座83包括底盤833和連接柱832，連接柱832與底盤833同軸，套筒84與連接柱832固定。
[0036]扭轉驅動器85的套筒84兩端分別外露于驅動器基體851，連接柱832插入套筒84內，套筒84的外露段分別通過螺釘與連接柱832固定；連接柱832與上蓋81鍵連接，鍵831設置于連接柱832頂部。
[0037]當然，套筒84與連接柱832的固定方式還可以是粘接固定，螺紋固定等。套筒84與連接柱832的固定方式不局限于本實施例的舉例。
[0038]如圖5所示，保護殼82包括與上蓋81通過螺栓固定連接的上法蘭821，與底盤833通過螺栓固定連接的下法蘭822，和連接上法蘭821與下法蘭822的筒體823。
[0039]如圖6所示，上蓋81包括三個從小到大依次設置的圓柱段，第一圓柱段811插入筒體823內，第二圓柱段812與上法蘭821固定，第三圓柱段813與待鉆孔工件夾具10固定，第一圓柱段811最小，第三圓柱段813最大；與連接柱832配合的鍵槽814開設于第一圓柱段811中央。待鉆孔工件9置于夾具10上，夾具10固定于第三圓柱段813上。鍵槽814，第一圓柱段811和第二圓柱段812，保護殼筒體823以及底座連接柱832配合作用使得底座83、保護殼82和上蓋81同軸。
[0040] 本發(fā)明在使用時，根據(jù)待鉆孔工件9的材料和硬度調整扭轉驅動器85的固定位置和數(shù)量，然后使鉆頭進行鉆削工作，之后高頻信號發(fā)生器產生高頻信號，經驅動電源后加載到扭轉驅動器85上，扭轉驅動器85產生高頻微幅扭轉信號，經套筒84、底座83、上蓋81、保護殼82和夾具10傳遞到待鉆孔工件9上，使得待鉆孔工件9在受到鉆頭低速旋轉鉆削加工的同時，還具有高頻扭轉振動的特性，待鉆孔工件9的振動由無規(guī)律、不可控振動變?yōu)橛幸?guī)律、可控的高頻微幅強迫扭轉振動，同時減小待鉆孔工件9和鉆頭8之間摩擦和鉆削阻力和扭矩、減少切屑產生以及增強冷卻潤滑效果，從而更好的完成對細小深孔的加工。
[0041 ] 扭轉驅動器85位于保護殼82內的封閉空間內，不容易受到外界環(huán)境的影響，使用壽命長。
[0042]實施例2
如圖8所示，細小深孔加工裝置，包括鉆床1，主軸2，與主軸2固定的鉆頭夾3，鉆頭7，驅動鉆頭7發(fā)生扭轉振動的智能材料和上述的工件加載裝置8，鉆頭7和工件加載裝置8反向扭轉振動。
[0043]如圖9所示，限定驅動鉆頭7發(fā)生扭轉振動的結構如下:智能材料為多個扭轉振動薄片61，扭轉振動薄片61均勻地分布于扭轉致動基體62的側面，扭轉致動基體62與鉆頭夾3固定，鉆頭夾3上設有對扭轉振動薄片61施加驅動信號的集電環(huán)5。
[0044]扭轉致動器基體61呈正棱柱形，扭轉振動薄片61粘貼在扭轉致動器基體61的各個側面，扭轉致動器基體61中央開設有與鉆頭夾3配合的通孔。扭轉致動器基體61可以通過螺釘與鉆頭夾3固定，也可以粘接固定。
[0045]扭轉振動鉆削，是一種刀具與工件不分離的斷續(xù)切削方式，扭轉振動鉆削時，刀具在工件孔壁內扭轉，冷卻液和潤滑液容易到達鉆尖，孔的表面加工質量提高；扭轉振動鉆削可以將原有的無規(guī)律不可控的扭振變?yōu)橛幸?guī)律可控的強迫扭轉振動，達到減少鉆削阻力、扭矩以及以振制振的效果，提高鉆頭7壽命；此外扭轉振動鉆削時，當強迫振動頻率為高頻時，可以減少待鉆孔工件9和鉆頭7之間摩擦和鉆削阻力，可以減少切屑產生，利于切屑過程排屑，獲得良好的孔扭轉振動鉆削效果，提高孔的加工質量。本發(fā)明的細小深孔加工裝置的刀具和工件加載裝置8同時對待鉆孔工件9施加扭轉振動，使待鉆孔工件9實際承受的扭轉振動是刀具的扭轉振動和工件加載裝置8的扭轉振動的疊加，增強了細小深孔加工時的扭轉振動有益效果，提高孔的加工質量。
[0046]實施例3
本實施例與實施例2的區(qū)別之處在于:為了進一步提高加工效率和精度，在扭轉振動的同時,也使鉆頭7產生軸向高頻微幅振動，產生軸向高頻微幅振動的結構如下:鉆頭7夾3與產生軸向振動的壓電疊堆致動器4固定連接，壓電疊堆致動器4由多個環(huán)形壓電陶瓷片疊堆而成，集電環(huán)5對環(huán)形壓電陶瓷片施加激勵信號，如圖10所示。其余結構均與實施例2相同。
[0047]鉆頭7在軸向高頻微幅振動和周向扭轉振動的共同作用下，鉆頭7產生軸向和周向的復合振動，完成對待鉆孔工件9的細小深孔加工，加工效率提高，加工精度提高。
[0048] 本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:包括底座，用于承載待鉆孔工件的上蓋，和連接底座與上蓋的保護殼；底座與上蓋、保護殼同軸，保護殼內具有扭轉振動發(fā)生機構，扭轉振動發(fā)生機構包括產生扭轉振動的扭轉驅動器和為扭轉振動驅動器提供激勵信號的激勵裝置；扭轉驅動器由智能材料產生扭轉振動。
2.如權利要求1所述的用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:扭轉驅動器包括套筒，驅動器基體和多個智能材料片，套筒插入驅動器基體內，智能材料片均勻分布于驅動器基體的外側面，智能材料片與激勵裝置連接。
3.如權利要求2所述的用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:底座包括底盤和連接柱，連接柱與底盤同軸，套筒與連接柱固定。
4.如權利要求3所述的用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:扭轉驅動器的套筒兩端分別外露于驅動器基體，連接柱插入套筒內，套筒的外露段分別通過螺釘與連接柱固定；連接柱頂部與上蓋鍵連接。
5.如權利要求4所述的用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:保護殼包括與上蓋通過螺栓固定連接的上法蘭，與底盤通過螺栓固定連接的下法蘭，和連接上法蘭與下法蘭的筒體。
6.如權利要求5所述的用于細小深孔加工的工件加載裝置，其特征在于:上蓋包括三個從小到大依次設置的圓柱段，第一圓柱段插入筒體內，第二圓柱段與上法蘭固定，第三圓柱段與待鉆孔工件夾具固定，第一圓柱段最小，第三圓柱段最大；與連接柱配合的鍵槽開設于第一圓柱段中央。
7.細小深孔加工裝置，包括鉆床，主軸，與主軸固定的鉆頭夾，鉆頭，驅動鉆頭發(fā)生扭轉振動的智能材料和如權利要求1-6之一所述的工件加載裝置，鉆頭和工件加載裝置反向扭轉振動。
8.如權利要求7所述的用于細小深孔加工裝置，其特征在于:智能材料為多個扭轉振動薄片，扭轉振動薄片均勻地分布于扭轉致動基體的側面，扭轉致動基體與鉆頭夾固定，鉆頭夾上設有對扭轉振動薄片施加驅動信號的集電環(huán)。
9.如權利要求8所述的用于細小深孔加工裝置，其特征在于:鉆頭夾與產生軸向振動的壓電疊堆致動器固定連接，壓電疊堆致動器由多個環(huán)形壓電陶瓷片疊堆而成，集電環(huán)對環(huán)形壓電陶瓷片施加激勵信號。
【文檔編號】B23B41/00GK103586504SQ201310549012
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權日:2013年11月7日
【發(fā)明者】魏燕定, 楊依領, 婁軍強, 武敏, 謝鋒然, 趙曉偉, 林晨陽 申請人:浙江大學