细长轴高效加工装置的制作方法

本实用新型属于超声波加工技术领域，尤其涉及一种细长轴高效加工装置。

背景技术：

在机械制造领域中，由于大长径比(长径比大于20倍)细长轴的刚性弱，加工时受装夹力、切削力、切削热、机床振动等影响明显，加工过程中易出现让刀过大、颤振等现象，影响其加工精度。目前对于细长轴的加工通常采用一夹一顶的装夹方式，并且一般还要采用车床中心架进行辅助支撑，虽然可以提高加工精度，但是加工刀具的加工时，还需要反复调节车床中心架的位置，避免对刀具加工造成干涉，操作过程复杂，效率低。

细长轴加工时，为了满足表面的高精度，目前常采用磨削、抛光等方法，但是其加工效率均较低。目前，超声波已经广泛应用于金属工件表面加工，以降低工件表面的粗糙度值，提高加工精度。因此，细长轴工件表面的超声波加工也是降低其表面的粗糙度值、提高加工精度的有效方法。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种设计合理、效率高、加工精度高的细长轴高效加工装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：细长轴高效加工装置，包括安装座，所述安装座上沿细长轴工件周向均布有至少三个用于超声加工细长轴工件表面的超声波加工刀具，各所述超声波加工刀具的加工作用区沿细长轴工件轴线分布位于不同平面。

作为优选的技术方案，所述超声波加工刀具包括固定安装在所述安装座上的刀具缸体，所述刀具缸体内滑动安装有朝向细长轴工件表面做进给运动的驱动活塞，所述驱动活塞的前端安装有固定压盖，所述驱动活塞与固定压盖内安装有变幅杆，所述变幅杆的后端安装有位于所述驱动活塞内的换能器，所述变幅杆的前端安装有工具体，所述工具体的外端设置有伸出所述固定压盖外与细长轴工件表面相切接触的加工作用区。

作为优选的技术方案，所述刀具缸体上设置有用于驱动所述驱动活塞恒压接触在细长轴工件表面的工具头动力通道；所述驱动活塞与所述刀具缸体之间还设置有使所述驱动活塞复位的工具头复位弹簧。

作为优选的技术方案，所述刀具缸体的尾端安装有缸体端盖，所述工具头动力通道设置在所述缸体端盖上，所述工具头复位弹簧安装在所述驱动活塞的后端与所述缸体端盖之间。

作为优选的技术方案，所述工具头动力通道设置为油道或气道。

作为优选的技术方案，所述变幅杆的前端设置有工具体支撑槽，所述固定压盖的前端设置有工具体安装槽，所述工具体配合安装在所述工具体支撑槽与所述工具体安装槽之间。

作为优选的技术方案，所述驱动活塞的外周面上设有行程限位导槽，所述刀具缸体上开设有与所述行程限位刀槽相对应的限位螺钉安装孔。

作为优选的技术方案，所述工具体为圆柱超声滚刀或圆球超声滚刀。

作为优选的技术方案，所述超声波加工刀具设置有三个，相邻两所述超声波加工刀具之间的夹角为120°。

作为优选的技术方案，所述安装座的顶端安装有与机床固定连接的安装架。

由于采用了上述技术方案，细长轴高效加工装置，包括安装座，所述安装座上沿细长轴工件周向均布有至少三个用于超声加工细长轴工件表面的超声波加工刀具，各所述超声波加工刀具的加工作用区沿细长轴工件轴线分布位于不同平面；本实用新型的有益效果是：加工前，通过所述安装架将本实施例安装在机床上，并通过机床带动所述超声波加工刀具靠近工件，使得各个所述超声波加工刀具的加工作用区均接触到细长轴工件的表面；加工过程中，机床带动所述超声波加工刀具沿着细长轴工件的旋转轴线方向运动，同时，工件绕着自身轴线旋转，旋转过程中所述加工作用区对细长轴工件进行加工；由于各所述超声波加工刀具均布在细长轴工件的外周侧，各所述超声波加工刀具从外周方向同时对细长轴进行对等的压力支撑，形成了与现有技术中车床中心架一样的对中性能，加工过程中，机床带动各所述超声波加工刀具从一侧向另一侧加工时，各所述超声波加工刀具能始终保持细长轴工件的加工同轴度，加工精度较高，此时还不再需要车床中心架进行辅助支撑，使得加工过程简单方便；同时由于各所述超声波加工刀具的加工作用区沿细长轴工件轴线分布位于不同平面，因此相当于多个超声波加工刀具在细长轴外周的不同位置同时进行超声加工，细长轴工件旋转且超声波加工刀具沿细长轴工件轴线运动，使得每个超声波加工刀具在细长轴工件表面均形成一个螺旋加工路线，各螺旋加工路线相互不重叠，且在细长轴工件表面形成一个完整的加工区域；与现有技术中仅一个加工刀具或多个加工刀具在相同加工位置同时加工相比，当细长轴旋转相同转数时，本实用新型中的加工宽度是现有技术中的至少3倍，加工效率明显较高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的主视剖视图；

图3是本实用新型实施例的侧视图；

图4是图3中a处的放大示意图；

图5是本实用新型实施例的各工具体加工示意图；

图中：1-安装座；2-安装架；3-刀具缸体；4-驱动活塞；5-固定压盖；6-变幅杆；7-换能器；8-工具体；9-工具头动力通道；10-工具头复位弹簧；11-缸体端盖；12-行程限位导槽；13-细长轴工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1至图5所示，细长轴高效加工装置，包括安装座1，所述安装座1的顶端安装有与机床固定连接的安装架2；所述安装座1上沿细长轴工件13周向均布有至少三个用于超声加工细长轴工件13表面的超声波加工刀具，各所述超声波加工刀具的加工作用区沿细长轴工件13轴线分布位于不同平面。加工前，通过所述安装架2将本实施例安装在机床上，并通过机床带动所述超声波加工刀具靠近工件，使得各个所述超声波加工刀具的加工作用区均接触到细长轴工件13的表面；加工过程中，机床带动所述超声波加工刀具沿着细长轴工件13的旋转轴线方向运动，同时，工件绕着自身轴线旋转，旋转过程中所述加工作用区对细长轴工件13进行加工；由于各所述超声波加工刀具均布在细长轴工件13的外周侧，各所述超声波加工刀具从外周方向同时对细长轴进行对等的压力支撑，形成了与现有技术中车床中心架一样的对中性能，加工过程中，机床带动各所述超声波加工刀具从一侧向另一侧加工时，各所述超声波加工刀具能始终保持细长轴工件13的加工同轴度，加工精度较高，此时还不再需要车床中心架进行辅助支撑，使得加工过程简单方便；同时由于各所述超声波加工刀具的加工作用区沿细长轴工件13轴线分布位于不同平面，参见图4，因此相当于多个超声波加工刀具在细长轴外周的不同位置同时进行超声加工，细长轴工件13旋转且超声波加工刀具沿细长轴工件13轴线运动，使得每个超声波加工刀具在细长轴工件13表面均形成一个螺旋加工路线，各螺旋加工路线相互不重叠，但是相邻两螺旋加工路线相连，因此在细长轴工件13表面形成一个完整的加工区域，参见图5；与现有技术中仅一个加工刀具或多个加工刀具在相同加工位置同时加工相比，当细长轴旋转相同转数时，本实用新型中的加工宽度是现有技术中的至少3倍，加工效率明显较高。

参见图2，在本实施例中，所述超声波加工刀具设置有三个，相邻两所述超声波加工刀具之间的夹角为120°，三个所述超声波加工刀具均布支撑在细长轴工件13的外周，与现有技术中的车床中心架的支撑原理相同；三个所述超声波加工刀具的加工作用区均不在同一平面，同时相邻两所述超声波加工刀具沿着超声波加工滚刀之间的距离为0.1-0.2mm，参见图3和图4，使得形成的螺旋加工路线相连接，加工后可以形成一个整体的加工面；并且加工宽度是现有技术中的3倍，参见图5，一个所述超声波加工刀具的加工宽度为l，三个所述超声波加工刀具同时加工的宽度为l1，l1＝3*l。

参见图2，所述超声波加工刀具包括固定安装在所述安装座1上的刀具缸体3，所述刀具缸体3内滑动安装有朝向细长轴工件13表面做进给运动的驱动活塞4，所述驱动活塞4的前端安装有固定压盖5，所述驱动活塞4与固定压盖5内安装有变幅杆6，所述变幅杆6的后端安装有位于所述驱动活塞4内的换能器7，所述变幅杆6的前端安装有工具体8，所述工具体8的外端设置有伸出所述固定压盖5外与细长轴工件13表面相切接触的加工作用区。

所述刀具缸体3上设置有用于驱动所述驱动活塞4恒压接触在细长轴工件13表面的工具头动力通道9，所述工具头动力通道9设置为油道或气道，所述工具头动力通道9用于通入驱动源，驱动源作为驱动所述超声波加工刀具恒压接触在细长轴工件13表面的动力装置，当所述工具头动力通道9为气道时，则驱动源为气源；当所述工具头动力通道9为油道时，则驱动源为液压油；在本实施例中，驱动源为气源；所述驱动活塞4与所述刀具缸体3之间还设置有使所述驱动活塞4复位的工具头复位弹簧10，所述工具头复位弹簧10为拉力弹簧，具有始终拉动所述驱动活塞4向内运动的趋势。

所述刀具缸体3的尾端安装有缸体端盖11，所述工具头动力通道9设置在所述缸体端盖11上，所述工具头复位弹簧10安装在所述驱动活塞4的后端与所述缸体端盖11之间。

所述变幅杆6的前端设置有工具体支撑槽，所述固定压盖5的前端设置有工具体安装槽，所述工具体8配合安装在所述工具体支撑槽与所述工具体安装槽之间。所述工具体8为圆柱超声滚刀或圆球超声滚刀；在本实施例中，所述工具体8为圆球超声滚刀，所述工具体支撑槽设置为与圆球超声滚刀的球体表面配合的支撑圆弧面，所述工具体安装槽设置为与圆球超声滚刀的球体表面配合的安装球弧面，圆球超声滚刀配合安装在支撑圆弧面与安装球弧面之间，所述工具体8的球体表面的前部作为与细长轴工件13表面相切接触的加工作用区。

所述驱动活塞4的外周面上设有行程限位导槽12，所述行程限位导槽12的长度即为所述驱动活塞4在所述刀具缸体3内的往复运动行程；所述刀具缸体3上开设有与所述行程限位导槽12相对应的限位螺钉安装孔，所述限位螺钉安装孔内安装有限位螺钉，将所述驱动活塞4的运动行程限制在所述行程限位导槽12内。

本实用新型的工作原理为：

加工前，将所述安装架2固定安装在机床上，然后通过机床带动所述工具体8靠近工件，使得所述工具体8的加工作用区与细长轴工件13的表面接触，所述工具体8与细长轴工件13之间的状态参见图2和图3；

加工时，工件旋转，同时机床带动所述工具体8沿着工件的轴线移动，超声波产生后，通过所述换能器7转化为机械能，通过所述变幅杆6传递至所述工具体8，所述工具体8受到超声波作用，可以产生高频振动，工件旋转过程中，当所述工具体8的加工作用区与细长轴工件13的表面相切接触时，对细长轴工件13进行超声加工；

加工过程中，驱动源通过所述工具头动力通道9进入至所述刀具缸体3内，在所述刀具缸体3内产生压力，克服所述工具头复位弹簧10的拉力，推动所述驱动活塞4向外运动，所述驱动活塞4带动所述变幅杆6、所述工具体8向着细长轴工件13表面运动，即通过驱动源提供加工压力作用在细长轴工件13表面上，使得所述工具体8的加工作用区紧贴在细长轴工件13表面，同时细长轴工件13表面会对所述工具体8有一个反作用力，由细长轴工件13表面将所述工具体8顶回，所述工具体8与细长轴工件13表面之间产生一定预压力，利用气体可压缩的原理，所述刀具缸体3内具有恒定压力，所述工具体8与细长轴工件13表面之间的预压力与所述刀具缸体3内的气压呈一定比例，在细长轴工件13表面始终保持预压力一致，从而使细长轴工件13表面整体可以达到一致性的要求；

加工完成后，驱动源关闭，所述刀具缸体3内的压力降低，所述工具头复位弹簧10拉动所述驱动活塞4向内运动发生复位，使得所述工具体8与细长轴工件13脱离。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。