专利名称：一种应用于气钻的超声振动锪窝装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声振动锪窝装置，更特别地说，是指一种应用于气钻的超声振 动锪窝装置。该超声振动钻削装置更佳适用于对飞机蒙皮碳纤维复合材料与钛合金叠层紧 固件大孔的高精密紧锪窝加工。
背景技术：
超声振动切削是将一超声振动附加于刀具上，使原本连续的切削过程变成断续 的，具有特殊切削效果的切削方式，是日本学者率先提出来的。超声振动切削具有降低切削 力和切削温度、提高表面质量和形位精度的独特优点。但是，以往的振动加工装置存在着结 构较复杂、体积大，都是应用于机床或各类加工中心上面。因此振动装置的便携性能差，限 制了振动技术在轻巧便携的手动工具中的应用，尤其是目前飞机蒙皮装配现场中无法在普 通气钻上应用振动技术优势加工大量难加工叠层材料高精密紧固件孔。
发明内容
为了解决飞机蒙皮装配现场中复合材料和钛合金叠层紧固件大孔的高质高效低 成本加工，本发明提供一种应用于气钻的超声振动锪窝装置。本发明的一种应用于气钻的超声振动锪窝装置，包括有手动气钻(1 、锪刀(7)， 以及滑环(1)、前盖板(2)、轴套(3)、三脚支架(4)、法兰盘(5)、挡圈(6)、中心轴(8)、中心 套(9)、衬套(10)、外弹簧(14)、内弹簧(15)、卡簧(16)、B陶瓷片(17)、A陶瓷片(18)、后 盖板(19)、卡环(20)；所述的气钻(13)的外壳与法兰盘(5)连接，气钻(13)的主轴连接在 前盖板⑵的内螺纹孔中；锪刀⑵连接在中心轴⑶的安装段(86)上；前盖板⑵的轴向中心为内螺纹孔(21)，前盖板⑵的外部从一端至另一端为外 螺纹段(22)、第一光滑段(23)、阶梯挡板(M)、第二光滑段0 ；所述的外螺纹段02)上 套接有后盖板(19)；后盖板(19)的外环面上套接有滑环(1)，滑环(1)与法兰盘( 之间 连接有挡圈(6)；所述的第一光滑段03)上套接有B陶瓷片(17)、A陶瓷片(18)；所述的 第二光滑段0 上套接有中心轴(8)的一端；轴套(3)的轴向中心是A沉头孔(31)，轴套(3)的一端端面设有与三脚支架(4) 的B齿轮齿GB)相匹配啮合的A齿轮齿(33)；所述A沉头孔(31)用于中心套(9)的一端 穿过，且使中心套(9)的第一螺纹段(9 连接在三脚支架的内螺纹(4A)上；A沉头孔 (31)中的凸台(32)用于挡着套接在中心套(9)的光滑段(95)上的外弹簧(14) 一端；三脚支架(4)的一端端部设有B齿轮齿(4B)，三脚支架(4)的另一端设有三个夹 持爪(4C)，三脚支架(4)的轴向中心为内螺纹通孔(4A)；所述的内螺纹通孔(4A)上螺纹连 接有中心套(9)上的第一螺纹段(93)；所述的B齿轮齿GB)与轴套(3)的A齿轮齿(33) 匹配啮合；所述的三个夹持爪GC)之间的开口能够观察到锪刀(7)的加工情况，以及便于 排屑；中心轴(8)的轴向中心是A通孔(87)，且A通孔(87)的一端开有内螺纹(82)，所述内螺纹(8 用于连接锪刀(7)；中心轴(8)的外部从一端至另一端顺次为外螺纹段 (81)、挡板(83)、导向段(84)、间隙(85)、安装段(86)，中心轴(8)的另一端顺次套接有内 弹簧(15)、衬套(10)、卡簧(16)；所述的外螺纹段(81)连接在前盖板(2)的螺纹孔(21) 上；所述的导向段(84)上顺次套接有内弹簧(15)、衬套(10)，该内弹簧(1 的一端由挡板 (83)压紧，内弹簧(15)的另一端由衬套(10)压紧；所述的间隙(84)中安装有卡簧(16)； 所述的安装段(86)的内部开有内螺纹(82)，所述内螺纹(82)用于连接锪刀(7)；中心套(9)的轴向中心为B沉头孔(97)，中心套(9)的外部从一端至另一端顺次 为第一螺纹段(93)、光滑段(95)、第二螺纹段(94)；所述的第一螺纹段(9 连接在三脚支 架(4)的内螺纹通孔(4A)上；所述的光滑段(％)上套有外弹簧(14)，该外弹簧(14)置于 轴套(3)的A沉头孔(31)内，且外弹簧(14)的一端由A沉头孔(31)内的凸台(32)压紧， 外弹簧(14)的另一端由中心套(9)的凸台(99)压紧；所述的第二螺纹段(94)上连接有卡 环(20)，通过调节卡环00)在第二螺纹段(94)上的位置，调节外弹簧(14)的压紧程度。所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其滑环(1)、前盖板O)、法兰盘(5)、挡 圈(6)、B陶瓷片(17)、A陶瓷片(18)和后盖板(19)构成换能器；所述换能器能够为锪刀 (7)提供单一方向或者椭圆轨迹振动。所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其轴套(3)、三脚支架0)、中心轴(8)、 中心套(9)、衬套(10)、外弹簧(14)、内弹簧(15)、卡簧(16)和卡环(20)构成锪窝钻套；所 述锪窝钻套保证了锪刀(7)垂直于A被加工件(11)的平面。所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，当按下气钻(1 的扳机，气钻主轴旋 转，主轴带动前盖板( 旋转；运动着的前盖板( 将旋转运动传递给中心轴(8)和后盖板 (19)，因此，中心轴(8)带动其前端连接的锪刀(7)旋转，从而实现了对复合材料的锪窝加 工；而后盖板(19)的旋转带动滑环(1)的内圈旋转，解决了换能器的旋转供电；滑环(1)的 外圈通过螺栓与挡圈(6)与法兰盘(5)固定连接，使得气钻(1 的枪体外壳固定不动；由 此实现了气钻(1 将转动运动通过振动换能器传给锪刀(7)。本发明的超声振动锪窝装置的优点在于①在中心轴8的外部套接中心套9，有利于旋转着的前盖板2将旋转运动传给锪刀 7,同时也使得锪刀7在加工过程中实现垂直于工件方向的进给运动。②在后盖板19的外缘上安装滑环1，利用法兰盘5使滑环1的外圈与气钻13的外 壳固连，实现了换能器的旋转供电。③本发明的超声振动钻削装置是基于朗之万换能器模型，通过结构的巧妙设计， 换能器材料的选择，使其在结构小巧轻便的基础上，保证了振动效果的优良发挥，并且通过 选择安装不同振动形式的陶瓷堆，可以分别实现锪刀7单一方向振动或椭圆振动不同振动 加工模式。更佳适合在飞机蒙皮装配现场中对不同难加工蒙皮材料的精密紧固件孔的锪窝加工。④本发明中锪刀7和气钻主轴的螺纹接口装配，不但便于换能器与普通气钻主轴 和锪刀7拆卸，保证整个气钻工具的回转精度，而且使换能器更有效地将振动传递给刀具。⑤本发明通过实现普通气钻的超声振动加工，可以有效降低切削力和切削温度， 提高加工精度和表面质量，延长锪刀7寿命，降低加工成本，从而更加适合飞机蒙皮各种难 加工材料紧固孔的锪窝精密加工。
⑥实现了振动工具小型化，精密化的设计，这更佳有利于与普通气钻的配套使用。
图l是本发明超声振动钻削装置的结构图。
图lA是本发明超声振动钻削装置的分解图。
图lB是未装配三脚支架、轴套的本发明超声振动钻削装置的结构图。
图lC是本发明超声振动钻削装置中中心轴与换能器的结构图。
图2是本发明超声振动钻削装置中前盖板的结构图。
图2A是本发明超声振动钻削装置中前盖板的另一视角结构图。
图3是本发明超声振动钻削装置中轴套的结构图。
图4是本发明超声振动钻削装置中中心轴的结构图。
图5是本发明超声振动钻削装置中中心套的结构图。
图5A是本发明超声振动钻削装置中中心套的另一视角结构图。
图中1．滑环2．前盖板21．内螺纹孔22．外螺纹段
23．第一光滑段24．阶梯挡板 25．第二光滑段3．轴套31．A沉头孔
32．凸台33．A齿轮达i4．三脚支架4A．内螺纹通孔 4B．B齿轮齿
4(．夹持爪5．法兰盘6．挡圈7．锪刀8．中心轴
8]．外螺纹82．内螺纹83．挡板84．导向段85．间隙
86．安装段87．A通孔9．中心套91．空腔92．内凸台
93．第一螺纹段94．第二螺纹段95．光滑段96．第一端面97．B沉头孔
98．第二端面99．凸台lo．衬套11．A被加工件12．B被加工件
13．气钻14．外弹簧15．内弹簧16．卡簧17．B陶瓷片
18．A陶瓷片19．后盖板20．卡环20A．内螺纹具体实施方式
；面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图l、图lA、图lB、图lC所示，本发明的一种应用于气钻的超声振动钻削装置，其包括有滑环l、前盖板2、轴套3、三脚支架4、法兰盘5、挡圈6、锪刀7、中心轴8、中心套9、衬套lo、气钻13、外弹簧14、内弹簧15、卡簧16、B陶瓷片17、A陶瓷片18、后盖板19、卡环20。在本发明中，气钻13的外壳与法兰盘5连接，气钻13的主轴连接在前盖板2的内螺纹孔2l中。锪刀7连接在中心轴8的安装段86上。为了实现在施工现场的移动性，气钻13采用手动气钻。参见图IA所示，在本发明中，A被加工件11的材料为碳纤维复合材料，B被加工件 12的材料为钛合金。A被加工件11与B被加工件12为叠层放置。参见图1A、图1B、图IC所示，在本发明中，滑环1、前盖板2、法兰盘5、挡圈6、B陶 瓷片17、A陶瓷片18和后盖板19构成换能器。所述换能器能够为锪刀7提供单一方向或 者椭圆轨迹振动，可以有效降低切削力和切削温度，提高加工精度和表面加工质量，延长刀 具寿命。参见图1A、图1B、图IC所示，在本发明中，轴套3、三脚支架4、中心轴8、中心套9、 衬套10、外弹簧14、内弹簧15、卡簧16和卡环20构成锪窝钻套。所述锪窝钻套保证了刀具 垂直于被加工件的平面(如图1所示，锪刀7垂直于A被加工件11的平面)，以及控制加工 深度。前盖板2参见图2、图2A所示，前盖板2的轴向中心为内螺纹孔21，前盖板2的外部从一端 至另一端为外螺纹段22、第一光滑段23、阶梯挡板M、第二光滑段25 ；所述的外螺纹段22上套接有后盖板19 ；后盖板19的外环面上套接有滑环1，滑环 1与法兰盘5之间连接有挡圈6;所述的第一光滑段23上套接有B陶瓷片17、A陶瓷片18 ；所述的第二光滑段25上套接有中心轴8的一端；在本发明中，前盖板2的外螺纹段22端顺次穿过B陶瓷片17、A陶瓷片18后，在 外螺纹段22上螺纹连接有后盖板19。轴套3参见图3所示，轴套3的轴向中心是A沉头孔31，轴套3的一端端面设有与三脚 支架4的B齿轮齿4B相匹配啮合的A齿轮齿33 ；所述A沉头孔31用于中心套9的一端穿 过，且使中心套9的第一螺纹段93连接在三脚支架4的内螺纹4A上；A沉头孔31中的凸 台32用于挡着套接在中心套9的光滑段95上的外弹簧14 一端。三脚支架4参见图IA所示，三脚支架4的一端端部设有B齿轮齿4B，三脚支架4的另一端设 有三个夹持爪4C，三脚支架4的轴向中心为内螺纹通孔4A。所述的内螺纹通孔4A上螺纹连接有中心套9上的第一螺纹段93。所述的B齿轮齿4B与轴套3的A齿轮齿33匹配啮合。所述的三个夹持爪4C之间的开口能够观察到锪刀7的加工情况，以及便于排屑；在本发明中，三脚支架4能够保证锪刀7垂直于被加工件的表面。中心轴8参见图4所示，中心轴8的轴向中心是A通孔87，且A通孔87的一端开有内螺纹 82，所述内螺纹82用于连接锪刀7 ；中心轴8的外部从一端至另一端顺次为外螺纹段81、挡板83、导向段84、间隙85、 安装段86，中心轴8的另一端顺次套接有内弹簧15、衬套10、卡簧16 ；所述的外螺纹段81连接在前盖板2的螺纹孔21上；所述的导向段84上顺次套接有内弹簧15、衬套10，该内弹簧15的一端由挡板83压紧，内弹簧15的另一端由衬套10压紧；所述的间隙84中安装有卡簧16 ；所述的安装段86的内部开有内螺纹82，所述内螺纹82用于连接锪刀7 ；当三角支架4顶在被加工材料11的平面上时，中心轴8向被加工材料11移近时， 中心轴8上的挡板83端面与衬套10将内弹簧15压紧。中心套9参见图5、图5A所示，中心套9的轴向中心为B沉头孔97，中心套9的外部从一端 至另一端顺次为第一螺纹段93、光滑段95、第二螺纹段94 ；所述的第一螺纹段93连接在三脚支架4的内螺纹通孔4A上；所述的光滑段95上套有外弹簧14，该外弹簧14置于轴套3的A沉头孔31内，且 外弹簧14的一端由A沉头孔31内的凸台32压紧，外弹簧14的另一端由中心套9的凸台 99压紧。
所述的第二螺纹段94上连接有卡环20，通过调节卡环20在第二螺纹段94上的位 置，调节外弹簧14的压紧程度，从而影响刀具伸出三脚支架4的长度。本发明的一种应用于手钻的超声振动锪窝装置的连接关系为气钻13的外壳安装在法兰盘5，气钻13的主轴安装在前盖板2的内螺纹孔21内； 前盖板2的阶梯接板M与外螺纹段22上顺次套接有B陶瓷片17、A陶瓷片18后，通过螺 纹与后盖板19连接；滑环1和挡圈6套在后盖板19上，滑环1外圈通过螺栓与挡圈6、法 兰盘5连接；前盖板2的第二光滑段25安装在中心套9的空腔91内。前盖板2的内螺纹 孔21与中心轴8的外螺纹81段连接。中心轴8的外部设有一间隙84，该间隙84内放置有 卡簧16，衬套10紧配合中心轴8的导向段84上，衬套10与卡簧16顶紧，在衬套10和中心 轴8的衬套段84接有内弹簧15。中心轴8的前端螺纹连接刀具7。中心套9的B沉头孔 97用于放置中心轴8的衬套段84接有内弹簧15，中心套9上套接有外弹簧14，外弹簧14 由中心套9与轴套3内的A沉头孔31上的凸台压紧。中心套9的第一螺纹段93螺纹连接 在三脚支架4的内螺纹通孔4A上，光滑段95上套有外弹簧14，轴套3自由套在中心套9的 第一段螺纹段93上；第二螺纹段94上螺纹连接有卡环20，通过调节卡环20在第二螺纹段 94上的位置，调节外弹簧14的压紧程度，从而影响刀具伸出三脚支架4的长度。三脚支架 4的三个夹持爪4C顶紧在A被加工件11，A被加工件11与B被加工件12叠在一起。采用本发明的超声振动钻削装置进行振动锪窝加工时的过程为按下气钻13的扳机，气钻主轴旋转，主轴带动前盖板2旋转；运动着的前盖板2将 旋转运动传递给中心轴8和后盖板19，因此，中心轴8带动其前端连接的锪刀7旋转，从而 实现了对复合材料的锪窝加工；而后盖板19的旋转带动滑环1的内圈旋转，解决了换能器 的旋转供电；滑环1的外圈通过螺栓与挡圈6与法兰盘5固定连接，使得气钻13的枪体外 壳固定不动；由此实现了气钻13将转动运动通过振动换能器传给锪刀7。三脚支架4的三个夹持爪4C顶住A被加工工件11表面，则轴套3也固定不动，此 时换能器中的前盖板2在旋转的同时带动中心轴8在中心套9内作往复直线运动；由此实 现了锪刀7的进给运动。
权利要求
1.一种应用于气钻的超声振动锪窝装置，包括有手动气钻(13)、锪刀(7)，其特征在 于还包括有滑环(1)、前盖板(2)、轴套(3)、三脚支架(4)、法兰盘(5)、挡圈(6)、中心轴 (8)、中心套(9)、衬套(10)、外弹簧(14)、内弹簧(15)、卡簧(16)、B陶瓷片(17)、A陶瓷片 (18)、后盖板(19)、卡环(20)；所述的气钻(13)的外壳与法兰盘(5)连接，气钻(13)的主 轴连接在前盖板O)的内螺纹孔中；锪刀(7)连接在中心轴(8)的安装段(86)上；前盖板O)的轴向中心为内螺纹孔(21)，前盖板O)的外部从一端至另一端为外螺纹 段(22)、第一光滑段(23)、阶梯挡板(M)、第二光滑段0 ；所述的外螺纹段0 上套接 有后盖板(19)；后盖板(19)的外环面上套接有滑环(1)，滑环⑴与法兰盘(5)之间连接 有挡圈(6)；所述的第一光滑段03)上套接有B陶瓷片(17)、A陶瓷片(18)；所述的第二 光滑段0 上套接有中心轴(8)的一端；轴套(3)的轴向中心是A沉头孔(31)，轴套(3)的一端端面设有与三脚支架的B 齿轮齿GB)相匹配啮合的A齿轮齿(33)；所述A沉头孔(31)用于中心套(9)的一端穿过， 且使中心套(9)的第一螺纹段(9 连接在三脚支架的内螺纹(4A)上；A沉头孔(31) 中的凸台(32)用于挡着套接在中心套(9)的光滑段(95)上的外弹簧(14) 一端；三脚支架(4)的一端端部设有B齿轮齿(4B)，三脚支架(4)的另一端设有三个夹持爪 (4C)，三脚支架的轴向中心为内螺纹通孔(4A)；所述的内螺纹通孔(4A)上螺纹连接 有中心套(9)上的第一螺纹段(93)；所述的B齿轮齿GB)与轴套(3)的A齿轮齿(33)匹 配啮合；所述的三个夹持爪GC)之间的开口能够观察到锪刀(7)的加工情况，以及便于排 屑；中心轴(8)的轴向中心是A通孔(87)，且A通孔(87)的一端开有内螺纹(82)，所述 内螺纹(8 用于连接锪刀(7)；中心轴(8)的外部从一端至另一端顺次为外螺纹段(81)、 挡板(83)、导向段(84)、间隙(85)、安装段(86)，中心轴(8)的另一端顺次套接有内弹簧 (15)、衬套(10)、卡簧(16)；所述的外螺纹段(81)连接在前盖板(2)的螺纹孔(21)上；所 述的导向段(84)上顺次套接有内弹簧(15)、衬套(10)，该内弹簧(15)的一端由挡板(83) 压紧，内弹簧(15)的另一端由衬套(10)压紧；所述的间隙(84)中安装有卡簧(16)；所述 的安装段(86)的内部开有内螺纹(82)，所述内螺纹(82)用于连接锪刀(7)；中心套(9)的轴向中心为B沉头孔(97)，中心套(9)的外部从一端至另一端顺次为第 一螺纹段(93)、光滑段(95)、第二螺纹段(94)；所述的第一螺纹段(9 连接在三脚支架 (4)的内螺纹通孔(4A)上；所述的光滑段(％)上套有外弹簧(14)，该外弹簧(14)置于轴 套⑶的A沉头孔(31)内，且外弹簧(14)的一端由A沉头孔(31)内的凸台(32)压紧，外 弹簧(14)的另一端由中心套(9)的凸台(99)压紧；所述的第二螺纹段(94)上连接有卡环 (20)，通过调节卡环OO)在第二螺纹段(94)上的位置，调节外弹簧(14)的压紧程度。
2.根据权利要求1所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其特征在于A被加工件 (11)的材料为碳纤维复合材料，B被加工件(1 的材料为钛合金，A被加工件(11)与B被 加工件(1 为叠层放置。
3.根据权利要求1所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其特征在于滑环(1)、前 盖板O)、法兰盘(5)、挡圈(6)、B陶瓷片(17)、A陶瓷片(18)和后盖板(19)构成换能器； 所述换能器能够为锪刀(7)提供单一方向或者椭圆轨迹振动。
4.根据权利要求1所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其特征在于轴套(3)、三脚支架(4)、中心轴(8)、中心套(9)、衬套(10)、外弹簧(14)、内弹簧(15)、卡簧(16)和卡 环00)构成锪窝钻套；所述锪窝钻套保证了锪刀(7)垂直于A被加工件(11)的平面。
5.根据权利要求1所述的应用于气钻的超声振动锪窝装置，其特征在于按下气钻 (13)的扳机，气钻主轴旋转，主轴带动前盖板( 旋转；运动着的前盖板( 将旋转运动传 递给中心轴(8)和后盖板(19)，因此，中心轴(8)带动其前端连接的锪刀(7)旋转，从而实 现了对复合材料的锪窝加工；而后盖板(19)的旋转带动滑环(1)的内圈旋转，解决了换能 器的旋转供电；滑环(1)的外圈通过螺栓与挡圈(6)与法兰盘( 固定连接，使得气钻(13) 的枪体外壳固定不动；由此实现了气钻(1 将转动运动通过振动换能器传给锪刀(7)。
全文摘要
本发明公开了一种应用于气钻的超声振动锪窝装置，其包括有滑环、前盖板、轴套、三脚支架、法兰盘、挡圈、锪刀、中心轴、中心套、衬套、气钻、外弹簧、内弹簧、卡簧、B陶瓷片、A陶瓷片、后盖板、卡环。气钻的主轴连接在前盖板的内螺纹孔中，B陶瓷片、A陶瓷片和后盖板安装在前盖板的一端上，前盖板的另一端与中心轴的一端连接，中心轴套接在中心套内，中心轴的另一端连接有锪刀；滑环的内圈安装在后盖板的外缘上，滑环的外圈与法兰盘之间有接圈，气钻的外壳与法兰盘连接；三脚支架、轴套和卡环套接在中心套上，三脚支架能够保证锪刀垂直于被加工件的表面。本发明的超声振动钻削装置能够应用于飞机蒙皮碳纤维复合材料和钛合金叠层紧固件大孔的高精密紧锪窝加工。
文档编号B23B35/00GK102049544SQ201010543608
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者刘静, 姜兴刚, 张德远, 徐菁, 秦龙刚, 陈丽丽, 陈允全 申请人:北京航空航天大学, 成都飞机工业(集团)有限责任公司