一种振动钻削深孔的设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种振动钻削深孔的设备，包括立柱，立柱通过导轨水平设有横梁，横梁的一端固定设有授油器，横梁的另一端设有振动主轴箱，振动主轴箱的一端水平设有中空的刀杆，且刀杆从授油器穿出，所述振动主轴箱的另一端设有排屑管。本发明克服了现有刀具回转深孔的加工设备存在的断排屑不可靠、加工孔的质量差、加工效率低的问题，提高了深孔加工质量。
【专利说明】一种振动钻削深孔的设备
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工设备【技术领域】，涉及一种振动钻削深孔的设备。
【背景技术】
[0002]深孔加工是机械加工领域的一个重要分支，在国防工业、石油采掘、航空航天、机床、汽车等行业有着广泛的应用。深孔加工与车削、铣削等相比有着很大的区别，在深孔加工过程中，钻头切削条件十分恶劣，切屑的产生和的排出都是在狭小的半封闭空间内完成，钻头磨损快，容易产生崩刃、破损和切屑堵塞等现象，尤其是超长深孔的加工，由于刀杆长、强度低、刚度差，极易出现钻头偏斜与加工孔质量达不到要求。因此，深孔加工一直是机械加工领域的一个难题。
[0003]深孔加工技术起源于十九世纪末至二十世纪初，为了解决枪管的加工，发明了将高压液体通过钻杆内通道送到切削区，从而带走铁屑和热量，并在钻头外径上加上导向条，以保证孔的正确方向的加工方法一枪钻。枪钻与传统的加长麻花钻深孔加工方式相比，是深孔加工技术的一次飞跃，它解决了麻花钻在深孔加工中钻头的不易冷却，排屑困难的问题，但它仍属于外排屑加工方式，排屑时易划伤已加工的孔表面，且排屑不够通畅。
[0004]1942年德国的Beisher发明了内排屑深孔钻的加工方式。二战后，国际上成立了一个以德、瑞典、英、法国为主要参与国的国际孔加工协会(Boring and TrepanningAssociation)，推出了一种具有单边切削刃、自导向钻头和高压切削液的内排屑深孔钻，称为BTA钻或称为Beisner内排屑深孔钻。它能够自动地完成排屑、冷却与润滑，同时又具有自导向功能，属于外进油内排屑。BTA钻在枪钻的基础上增加了钻杆的刚性，改善了排屑条件，并提高了孔的表面加工质量。经过几十年的生产实践，BTA法(内排屑加工法)己经形成一套较完整的加工系统，钻头的发展也己经基本定型。但BTA钻系统存在密封装置制造复杂问题，为克服BTA系统存在的不足之处，1963年瑞典Sandvik公司发明了喷吸钻系统。喷吸式深孔钻是在内排屑深孔钻基础上发展起来的新型实心深孔加工方法，它是利用流体的喷吸效应原理，当高压流体经过一个狭小的通道(喷嘴)高速喷射时，在这股喷射流的周围形成一个低压区，可以将喷嘴附近的流体吸走，它比较巧妙的解决了 BTA系统的复杂压力头制造及密封问题。喷吸钻存在的缺点是由于采用双管系统，排屑空间授到限制，所以只适用于钻削直径较大的孔，同时加工精度也略低于BTA系统。
[0005]随着我国经济建设的快速发展，对深孔加工技术的需求日益增长。但国内企业在深孔加工领域普遍存在技术落后、设备陈旧，许多生产行业还沿用落后的传统加工方式，力口工效率低，加工质量差。对深孔加工技术需求的快速增长同我国目前深孔加工技术的落后局面形成了尖锐矛盾。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种振动钻削深孔的设备，以解决现有技术存在的断排屑不可靠、加工孔的质量差、加工效率低的问题。[0007]本发明所采用的技术方案是:一种振动钻削深孔的设备，包括立柱，立柱通过导轨水平设有横梁，横梁的一端固定设有授油器，横梁的另一端设有振动主轴箱，振动主轴箱的一端水平设有中空的刀杆，且刀杆从授油器穿出，振动主轴箱的另一端设有排屑管。
[0008]本发明的特点还在于:
[0009]刀杆通过振动主轴箱固定在横梁上，横梁上设有刀杆支架。
[0010]排屑管远离振动主轴箱的一端通过粗油箱连接有精油箱，精油箱通过泵站与授油器连接。
[0011]振动主轴箱上装有振动驱动伺服电机，振动驱动伺服电机通过偏心轴和偏心套组件与双连杆驱动机构连接，双连杆驱动机构通过驱动滑体与驱动主轴组件连接，驱动主轴组件与刀杆连接，偏心轴和偏心套组件包括偏心轴及套在其上的偏心轴套，偏心轴套与双连杆驱动机构连接，刀杆通过驱动主轴组件与同步带轮连接，同步带轮与主轴驱动调速电机连接。
[0012]还包括电气控制柜和移动工作台。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014](I)本发明采用钻头回转并进给、工件静止的BTA内排屑深孔钻削加工方式，结合三坐标的机床总体结构布局，可以满足各种非回转类深孔零件同一端面孔阵的加工。
[0015]( 2 )本发明提供的深孔钻削设备在钻头旋转的同时伴随小幅度的轴向振动，可有效实现切屑的自主控制，使切屑能更可靠地被冷却液从切削区排出，大大减小了钻削过程切屑堵塞的可能性。
[0016](3)本发明提供的深孔钻削设备通过控制振动参数(A、f)与钻削用量(n、s)匹配关系，可使振动钻削形成断续的加工条件，改善钻头切削区恶劣的工作条件与润滑效果，从而提高深孔的加工精度，尤其是孔的直线度，可广泛用于非回转类深孔零件加工领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明振动钻削深孔的设备的主体结构示意图；
[0018]图2为本发明振动钻削深孔的设备的结构示意图；
[0019]图3为本发明振动钻削深孔的设备的振动主轴箱的传动原理图；
[0020]图4为本发明振动钻削深孔的设备中横梁沿Z轴方向移动、振动主轴箱沿Y轴方向移动的工作原理图；
[0021]图5为本发明一种振动钻削深孔的工作台沿X轴方向移动、钻头沿Y方向低频振动以及钻头绕Y轴的回转运动的工作原理图。
[0022]图中，1.电气控制柜，2.移动工作台，3.工件，4.授油器，5.刀杆，6.刀杆支架，
7.振动主轴箱，8.横梁，9.立柱，10.粗油箱，11.精油箱，12.主轴组件，13.偏心轴和偏心套组件，14.振动驱动伺服电机，15.排屑管，16.同步带轮，17.主轴驱动调速电机，18.双连杆驱动机构，19.滑体，20.工作台驱动伺服电机，21.横梁驱动伺服电机，22.振动箱驱动伺服电机。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。[0024]一种振动钻削深孔的设备，其结构参见图1和图2，包括立柱9，立柱9通过导轨水平设有横梁8，横梁8的一端固定设有授油器4，横梁8的另一端设有振动主轴箱7，振动主轴箱7的一端水平设有中空的刀杆5，且刀杆5从授油器4穿出，振动主轴箱7的另一端设有排屑管15。
[0025]刀杆5通过振动主轴箱7固定在横梁8上，横梁8上设有刀杆支架6。刀杆支架6对刀杆5起辅助支撑作用。
[0026]排屑管15远离振动主轴箱7的一端通过粗油箱10连接有精油箱11，精油箱11通过泵站与授油器4连接。
[0027]振动主轴箱7上装有振动驱动伺服电机14，振动驱动伺服电机14通过偏心轴和偏心套组件13与双连杆驱动机构18连接，双连杆驱动机构18通过驱动滑体19与驱动主轴组件12连接，驱动主轴组件12与刀杆5连接，偏心轴和偏心套组件13包括偏心轴及套在其上的偏心轴套，偏心轴套与双连杆驱动机构18连接，刀杆5通过驱动主轴组件12与同步带轮16连接，同步带轮16与主轴驱动调速电机17连接。
[0028]还包括电气控制柜I和移动工作台2。
[0029]刀杆5、振动主轴箱7、排屑管15、粗油箱10与精油箱11构成排屑系统。泵站、工件3、授油器4、刀杆5、振动箱7、排屑管15和粗油箱10、精油箱11构成的封闭液压油路循环系统。
[0030]电气控制柜I通过电线与振动驱动伺服电机14连接，通过控制电机转速控制振动频率；电气控制柜I通过电线与主轴驱动调速电机17连接，控制主轴转速；电气控制柜I通过电线与工作台驱动伺服电机20连接，通过控制电机转速，经丝杠、丝杠螺母座，进而控制工作台移动。电气控制柜I通过电线与横梁驱动伺服电机21连接，通过控制电机转速，经丝杠、丝杠螺母座，进而控制横梁上下移动。电气控制柜I通过电线与振动箱驱动伺服电机22连接，通过控制电机转速，经丝杠、丝杠螺母座，进而控制振动箱的水平进给，以完成钻头的进给。从而实现深孔加工过程可靠断排屑，提高孔加工精度。
[0031]钻孔时，高压冷却液由精油箱11泵出，经输油管送到授油器4，通过授油器4到达切削区，一方面降低切削区的温度，一方面将切屑冲出切削区，含切屑的混合液通过刀杆5内部、振动王轴箱7、排屑管15进入粗油箱10,完成油屑分尚后，最终到达精油箱11，完成冷却液的循环。
[0032]本发明通过导轨和丝杠螺母在立柱9上设置可上下移动的横梁8，横梁8的前端固接有授油器4，中间设置可移动刀杆支架6，后端通过导轨和丝杠螺母连接可实现进给移动的振动主轴箱7。振动主轴箱7前端通过螺纹连接中空的刀杆5，后端与排屑管15相连，刀杆5支撑在刀杆支架6中，刀杆5前端与深孔钻头相连，授油器4提供钻头导向、刀杆5的支撑、与工件3之间的密封以及输送高压油至切削区，从而实现刀具回转BTA深孔振动钻削功能。
[0033]参见图3，振动主轴箱7通过振动驱动伺服电机14、偏心轴和偏心套组件13和连杆驱动机构18，带动滑体19完成低频轴向振动；通过主轴驱动调速电机17、同步带轮16带动驱动主轴组件12实现主轴回转运动。同步带轮的从动轮套设在主轴上，通过花键完成动力的传递；前端滑体19也是套设在主轴上，之间装有轴承。在滑体19中完成旋转主运动，同时，振动主轴箱7的一端与排屑管15旋转密封连接。[0034]参见图4，振动主轴箱7沿Y轴方向移动，工作台2固定于立柱9的一侧，主要完成工件3的安装以及带动工件3作X轴方向的移动，配合立柱9上横梁8作Z轴方向的移动，从而实现钻削工件3上深孔的精确定位。
[0035]参见图5，在深孔加工时，深孔钻头随刀杆5做旋转运动、轴向进给运动以及低频轴向振动。旋转主运动和低频轴向振动由振动主轴箱7提供，并经刀杆5传递至钻头；进给运动由进给伺服电机即振动箱驱动伺服电机22通过滚珠丝杠副、拖板、振动主轴箱7和刀杆5传递至钻头。设备工作台2沿X轴方向移动，钻头沿Y方向低频振动，钻头绕Y轴作回转运动。
[0036]1.本发明集成了传统钻削加工方式与振动钻削加工方式，通过振动钻削解决断排屑不可靠的问题。如果控制振动驱动伺服电机14不动，整个偏心轴偏心套组件13，双连杆驱动机构18，滑体19都不会运动，也就是传统的深孔加工方式；控制振动驱动伺服电机14以一定频率转动，则可实现振动钻削。采用振动钻削可以改善断排屑效果差的情况，从而提
高加工效率。
[0037]2.本发明通过电气控制系统对振动钻削频转比f/n、振幅与进给量之比a/s进行控制。合理的选取切削参数可以降低切削力，减少切削过程的冲击振动，从而提高加工精度。
[0038]本发明是BTA深孔加工技术、振动切削技术以及数控技术的集成，通过控制振动驱动伺服电机可实现普通深孔加工与振动深孔加工的转换，扩大了工艺范围；通过控制振动钻削工艺参数可实现切屑的自主控制，解决了断排屑效果差的难题；通过控制振动参数与钻削用量的匹配关系，可改善钻头恶劣的切削条件，提高了加工精度，克服了现有刀具回转深孔加工设备存在的断排屑不可靠、加工孔的质量差、加工效率低的问题。
【权利要求】
1.一种振动钻削深孔的设备，其特征在于:包括立柱(9)，所述立柱(9)通过导轨水平设有横梁(8)，所述横梁(8)的一端固定设有授油器(4)，所述横梁(8)的另一端设有振动主轴箱(7)，所述振动主轴箱(7)的一端水平设有中空的刀杆(5)，且所述刀杆(5)从授油器(4)穿出，所述振动主轴箱(7)的另一端设有排屑管(15)。
2.如权利要求1所述的振动钻削深孔的设备，其特征在于:所述刀杆(5)通过振动主轴箱(7)固定在横梁(8)上，所述横梁(8)上设有刀杆支架(6)。
3.如权利要求1或2所述的振动钻削深孔的设备，其特征在于:所述排屑管(15)远离振动主轴箱(7)的一端通过粗油箱(10)连接有精油箱(11)，所述精油箱(11)通过泵站与授油器(4)连接。
4.如权利要求3所述的振动钻削深孔的设备，其特征在于:所述振动主轴箱(7)上装有振动驱动伺服电机(14)，所述振动驱动伺服电机(14)通过偏心轴和偏心套组件(13)与双连杆驱动机构(18)连接，所述双连杆驱动机构(18)通过驱动滑体(19)与驱动主轴组件(12)连接，所述驱动主轴组件(12)与刀杆(5)连接，所述偏心轴和偏心套组件(13)包括偏心轴及套在其上的偏心轴套，所述偏心轴套与双连杆驱动机构(18)连接，所述刀杆(5)通过驱动主轴组件(12)与同步带轮(16)连接，所述同步带轮(16)与主轴驱动调速电机(17)连接。
5.如权利要求4所述的振动钻削深孔的设备，其特征在于:还包括电气控制柜(I)和移动工作台(2)。
【文档编号】B23Q3/00GK103706835SQ201310680473
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】郑建明, 贠梦麟, 刘爽, 肖继明, 杨明顺, 袁启龙, 李言, 李淑娟 申请人:西安理工大学