专利名称：一种用于钻孔的振动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连接在钻床输出端上的振动装置，特别是指一种用于钻孔的振动装置。
背景技术：
现有钻孔技术中，在难加工材料(如GH4169、高温合金、硬质合金、不锈钢等)上钻孔加工尚未得到有效的解决途径。采用普通钻削加工方法加工难加工材料时钻头磨损很快，并且频繁地重磨钻头和更换钻头，严重影响了待加工产品的质量、降低了加工效率和提高了加工成本。
振动钻孔技术是一种通过在钻孔过程中附加一种振动运动而改善钻削过程的加工技术。
已有的振动钻孔机构中，所产生的振动力需要通过杠杆机构传递给主轴，而且当需要频/转比大于1时需要增加齿轮变速装置，这些都将增加成本、噪音和结构尺寸。有些机构中主轴的受力点偏离轴线，这会增加轴承的负荷，缩短轴承的寿命。
本发明提出一种在钻孔加工过程中，钻孔主轴在作回转运动时也同时作沿其轴线方向的振动运动，形成由回转运动和轴向振动运动复合而成的振动钻削运动。
本发明提出一种新型的振动钻孔装置，该装置通过均布在主轴周围的三个或者三个以上的滚针轴承同时驱动主轴作必要的轴向振动运动，其合力作用点通过主轴轴线，因此该装置结构紧凑，轴承受力状况良好，使用寿命长。
发明内容
本发明的一种用于钻孔的振动装置，包括钻床，其振动装置通过上壳体安装在钻床输出端上，该振动装置可作为钻床附件使用。所述的振动装置由上壳体、中壳体、下壳体组成，上、中、下壳体采用活动连接。所述的上壳体内设有并紧螺杆，并紧螺杆与滑动套下端面并紧，用于传递轴向力；所述的中壳体内设有插入钻床主轴中的输入轴、支承输入轴的滚动轴承、随输入轴旋转的主轴、支承主轴上端的直线轴承和滚动轴承、滚轮组件、双面圆柱凸轮、锥销、键，所述的双面圆柱凸轮通过锥销与主轴连接，双面圆柱凸轮上下各安装有一组滚轮组件，滚轮支架通过键与中壳体连接，主轴下端端部设有弹簧卡头和螺帽；所述的下壳体内设有支承主轴下端的滚动轴承和直线轴承；所述的滚轮组件由上、下滚轮组件组成，上滚轮组件由滚轮支架、心轴和滚针轴承组成，下滚轮组件由滚轮支架、心轴和滚针轴承组成，心轴安装在滚轮支架的孔内，滚针轴承安装在心轴上，滚轮支架上的孔沿圆周方向360°均匀分布，数目为3个以上的奇数个，上、下滚轮组件结构尺寸相同。
所述的用于钻孔的振动装置，其将回转运动转换成为回转运动和轴向振动运动的复合运动。
所述的用于钻孔的振动装置，其双面圆柱凸轮可以更换以符合不同加工要求的需要。
所述的用于钻孔的振动装置，其双面圆柱凸轮与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为奇数个周期的正弦曲线，相应滚针轴承的数目与所述的正弦曲线周期个数相同。
所述的用于钻孔的振动装置，其双面圆柱凸轮与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为等加速曲线。
所述的用于钻孔的振动装置，其双面圆柱凸轮与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为高次多项式凸轮曲线。
所述的用于钻孔的振动装置，其双面圆柱凸轮与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线的周期数目为三、五、七、九，相应的滚轮组件上的滚针轴承个数为三、五、七、九，分别实现频/转比为三、五、七、九的振动钻孔方式。
所述的用于钻孔的振动装置，其输入轴和主轴通过端面键连接，实现二者之间在具有相同转动运动的情况下能作小范围的轴向相对运动；输入轴和主轴端面键可以是滑动平键、普通花键、滚动花键、弹性联轴器。
所述的用于钻孔的振动装置，其直线轴承和滚动轴承结合方式消除主轴(18)作轴向振动和回转运动时的间隙；主轴上两个所述的支承组件还可以采用液体动压轴承、液体静压轴承或气浮轴承方式之一。
所述的用于钻孔的振动装置，其上壳体与中壳体横截面的相对位置可以微调，以消除与其相连接的钻床主轴轴线和滑动套轴线不重合所引起的问题。
本发明的振动钻孔装置具有以下特点
(1)通过均布在主轴周围的三个或者三个以上奇数个的滚轮组件中的滚针轴承同时驱动主轴作轴向振动运动，其合力作用点通过主轴轴线，降低了各轴承之间产生的负荷，提高了钻床钻头的使用寿命同时也降低了噪音干扰；(2)通过均布在主轴周围的三个滚轮组件中的滚针轴承与主轴上的具有三个周期的双面圆柱凸轮相互作用使主轴在回转一周过程中自然地实现三个周期的振动运动，即实现频/转比为3的振动钻孔运动方式；该方式也可以通过采用具有5、7、9个曲线周期的双面圆柱凸轮和具有5、7、9个滚针轴承的滚轮组件实现频/转比分别为5、7、9的轴向振动方式。
(3)该振动装置结构简单，易拆装，可作为钻床附件独立使用。
图1为本发明的振动钻孔装置剖视图。
图2为本发明的上滚轮组件剖视图。
图3为本发明的下滚轮组件剖视图。
图4为本发明的双面圆柱凸轮外圆柱面上的上下两条理论廓线和实际廓线的关系图。
图中1.钻床主轴 2.滑动套 3.上壳体 4.输入轴 5.并紧螺杆 6.螺钉7.滚动轴承 8.滚动轴承 9.直线轴承 10.滚动轴承 11.滚动轴承 12.滚轮支架13.滚针轴承 14.心轴 15.双面圆柱凸轮 16.中壳体 17.滚轮支架 18.主轴19.滚动轴承 20.滚动轴承 21.直线轴承 22.下壳体 23.弹簧卡头 24.螺帽25.螺钉 26.锥销 27.键 28.心轴 29.滚针轴承 30.滚针轴承 31.心轴32.滚针轴承 33.心轴滚针轴承 34.心轴 35.滚针轴承 36.滚针轴承 37.心轴具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明为一种用于钻孔的振动装置，振动装置通过上壳体3安装在钻床输出端上，该振动装置可作为钻床附件使用，所述的振动装置分为上壳体3、中壳体18、下壳体23，上、中、下壳体分别采用六个螺栓6固定连接。所述的上壳体3内设有并紧螺杆5，并紧螺杆5与滑动套2下端面并紧，用于传递轴向力。所述的中壳体16内设有插入钻床主轴2中的输入轴4、支承输入轴4的滚动轴承7、8、随输入轴4旋转的主轴18、支承主轴18上端的直线轴承9和滚动轴承10、11、滚轮组件、双面圆柱凸轮15、锥销26、键27，所述的双面圆柱凸轮15通过锥销26与主轴18连接，双面圆柱凸轮15上下各安装有一组滚轮组件，滚轮支架12、17通过键27与中壳体16连接，主轴18下端端部设有弹簧卡头23和螺帽24用于卡紧钻头；所述的下壳体内设有支承主轴18下端的滚动轴承19、20和直线轴承21。
由图1看出，输入轴4插入钻床主轴1中并锁紧，上壳体3与钻床滑动套2相联，并紧螺杆5安装后与滑动套2下端面并紧，起到传递轴向力的作用。上壳体3通过六个螺栓6与中壳体16连接，其横截面的相对位置可以微调，以消除与其相连接的钻床主轴轴线和滑动套轴线不重合所引起的问题。
钻床主轴1旋转时带动输入轴4旋转，输入轴4下部由两个滚动轴承7、8支承，输入轴4下端的矩形槽与主轴18上端的端面键27配合，带动主轴18旋转，其中的端面键结构容许二者在轴向产生两倍轴向振幅大小的轴向运动。主轴18旋转时通过锥销26带动双面圆柱凸轮15转动，双面圆柱凸轮15上下各安装有一套滚轮组件，如图2所示，上滚轮组件包括一个滚轮支架12，三个心轴14、28、31和三个滚针轴承13、29、30。如图3所示，下滚轮组件包括一个滚轮支架17，三个心轴33、34、37和三个滚针轴承32、35、36，上、下滚轮组件的结构尺寸相同。滚轮支架12、17通过键27与中壳体16联接，因此，主轴18带动双面圆柱凸轮15旋转时，滚轮支架12、17不动，双面圆柱凸轮15在滚轮组件中的滚针轴承作用下产生轴向的上下振动，并通过锥销26将上下振动传递给主轴18，从而主轴18形成了边旋转边轴向振动的复合运动。将钻头通过弹簧卡头23和螺帽24安装到主轴18上，就可以实现振动钻削。
在本发明中，主轴18由上下两个支承组件支承。直线轴承9和两个滚动轴承10、11组成主轴上部支承组件，直线轴承21和两个滚动轴承19、20组成主轴下部支承组件，由于两个支承组件全部采用了滚动轴承结构，可以完全消除主轴18支撑的间隙，从而提高主轴18的运动精度。
图4所示为外圆柱面上的上下两条理论廓线和实际廓线的关系图。其中凸轮理论廓线可以是正弦曲线、或等加速曲线、或其它高次凸轮曲线。该圆柱凸轮的特点是上下两条理论廓线相互平行。设滚针轴承半径为R、凸轮上实际廓线的最低点与下实际廓线最低点之间的距离(凸轮的基本厚度)为H、使主轴产生轴向振动的振幅为A、凸轮的转角为α、圆柱凸轮的半径为Rp，设坐标系如图4所示，则当采用正弦凸轮曲线时，可以得到上理论廓线的方程为 同理，下理论廓线的方程为 由图4可见，双面圆柱凸轮15旋转一周，其上下两条理论廓线和实际廓线上任意一点C有C-E，E-G，G-C三个周期，上下两个圆代表滚针轴承，双面圆柱凸轮旋转过程中上下滚针轴承沿双面圆柱凸轮表面滚动，迫使双面圆柱凸轮沿轴线上下振动，因此双面圆柱凸轮旋转一周，沿轴线振动三次，即实现频转/比为3的运动。
本发明的装置在使用时，首先松开上壳体3与中壳体16之间的联结螺钉，但保持二者之间无间隙，然后将并紧螺杆5向下拧至适当位置。此后，将所述的振动装置的输入轴4插入钻床主轴1的锥孔中，并使其联结牢固。拧紧上壳体3上的螺杆使上壳体3与钻床主轴1的滑动套2紧密地联结在一起，然后拧紧并紧螺杆5，使其上端面与滑动套2下端面并紧，最后拧紧6个螺钉6将上壳体3与中壳体16固定。钻床主轴1的运动通过输入轴4传递到所述的振动钻孔装置中，输入轴4通过端面键结构或其它类型的滑动运动副将回转运动传递给主轴18。主轴18的轴向位置由双面圆柱凸轮15决定。由于滚轮组件固定于中壳体16上，因此双面圆柱凸轮15的轴向位置由滚轮组件的角向安装位置以及主轴18的角向运动位置决定。结果当主轴18匀速回转一周时，如果双面圆柱凸轮15的叶数(理论廓线和实际廓线的周期数)为3，则主轴18将其沿轴向作三个周期的振动运动，同时作一周匀速回转运动。该运动可以通过主轴18下端的弹性夹头23将运动传递给钻头。进给运动通过台式钻床的手柄转动实现，也可以通过其它自动进给系统实现自动进给运动。这样，当从外部输入一个主运动和一个进给运动时，通过所述的振动钻孔装置，在钻头上可以得到一个回转主运动、一个轴向振动和进给运动，从而实现振动钻削加工。
在本发明中的滚轮组件上的滚针轴承个数可以设置为三、五、七、九，分别实现频/转比为三、五、七、九的振动钻孔方式。
本发明的振动装置可以将钻床主轴输入的回转运动转换成振动主轴的回转运动和轴向振动的复合运动。本发明适合于作为钻床的附件，也可以连接于其它类型的机床上实现振动钻孔加工。
权利要求
1.一种用于钻孔的振动装置，包括钻床，其特征在于振动装置通过上壳体(3)安装在钻床输出端上，该振动装置可作为钻床附件使用，所述的振动装置由上壳体(3)、中壳体(18)、下壳体(23)组成，上、中、下壳体采用活动连接；所述的上壳体(3)内设有并紧螺杆(5)，并紧螺杆(5)与滑动套(2)下端面并紧，用于传递轴向力；所述的中壳体(16)内设有插入钻床主轴(1)中的输入轴(4)、支承输入轴4的滚动轴承(7、8)、随输入轴(4)旋转的主轴(18)、支承主轴(18)上端的直线轴承(9)和滚动轴承(10、11)、滚轮组件、双面圆柱凸轮(15)、锥销(26)、键(27)，所述的双面圆柱凸轮(15)通过锥销(26)与主轴(18)连接，双面圆柱凸轮(15)上下各安装有一组滚轮组件，滚轮支架(12、17)通过键(27)与中壳体(16)连接，主轴(18)下端端部设有弹簧卡头(23)和螺帽(24)；所述的下壳体内设有支承主轴(18)下端的滚动轴承(19、20)和直线轴承(21)；所述的滚轮组件由上、下滚轮组件组成，上滚轮组件由滚轮支架(12)、心轴和滚针轴承组成，下滚轮组件由滚轮支架(17)、心轴和滚针轴承组成，心轴安装在滚轮支架的孔内，滚针轴承安装在心轴上，滚轮支架上的孔沿圆周方向360°均匀分布，数目为3个以上的奇数个，上、下滚轮组件结构尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于振动装置将回转运动转换成为回转运动和轴向振动运动的复合运动。
3.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于双面圆柱凸轮(15)可以更换以符合不同加工要求的需要。
4.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于双面圆柱凸轮(15)与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为奇数个周期的正弦曲线，相应滚针轴承的数目与所述的正弦曲线周期个数相同。
5.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于双面圆柱凸轮(15)与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为等加速曲线。
6.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于双面圆柱凸轮(15)与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线可以为高次多项式凸轮曲线。
7.根据权利要求1、4、5、6所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于双面圆柱凸轮(15)与滚轮组件中的滚针轴承相接触区域的任意柱面上的理论廓线的展开线的周期数目为三、五、七、九，相应的滚轮组件上的滚针轴承个数为三、五、七、九，分别实现频/转比为三、五、七、九的振动钻孔方式。
8.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于输入轴(4)和主轴(18)通过端面键连接，实现二者之间在具有相同转动运动的情况下能作小范围的轴向相对运动；输入轴(4)和主轴(18)端面键可以是滑动平键、普通花键、滚动花键、弹性联轴器。
9.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于直线轴承(9、21)和滚动轴承(10、11、19、20)结合方式消除主轴(18)作轴向振动和回转运动时的间隙；主轴(18)上两个所述的支承组件还可以采用液体动压轴承、液体静压轴承或气浮轴承方式之一。
10.根据权利要求1所述的用于钻孔的振动装置，其特征在于上壳体(3)与中壳体(16)横截面的相对位置可以微调，以消除与其相连接的钻床主轴(1)轴线和滑动套(2)轴线不重合所引起的问题。
全文摘要
本发明公开了一种用于钻孔的振动装置，通过上壳体安装在钻床输出端上，振动装置由上壳体、中壳体、下壳体组成，上壳体内设有并紧螺杆，并紧螺杆与滑动套下端面并紧，用于传递轴向力；中壳体内设有插入钻床主轴中的输入轴、支承输入轴的滚动轴承、随输入轴旋转的主轴、支承主轴上端的直线轴承和滚动轴承、滚轮组件、双面圆柱凸轮、锥销，双面圆柱凸轮通过锥销与主轴连接，双面圆柱凸轮上下各安装有一组滚轮组件，滚轮支架通过键与中壳体连接，主轴下端端部设有弹簧卡头和螺帽；下壳体内设有支承主轴下端的滚动轴承和直线轴承。本发明的振动装置可以将钻床主轴输入的回转运动转换成振动主轴的回转运动和轴向振动的复合运动。本发明适合于作为钻床的附件，也可以连接于其它类型的机床上实现振动钻孔加工。
文档编号B23B47/00GK1476949SQ0313758
公开日2004年2月25日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者陈志同, 郑新芬, 张德远 申请人:北京航空航天大学