一种由车床刀架固定的轴向超声振动钻削装置的制作方法

本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种轴向超声振动钻削装置。

背景技术：
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在机械制造领域，各种难加工材料被日益广泛地使用，以及微小孔加工数量的增多，使得孔的加工难度不断提高，另外，工件形状越来越复杂，对表面粗糙度、精度以及某些特殊要求需达到的标准也越来越高，这对机械加工技术提出了更高的要求。由于在传统钻削过程中通常伴随着钻削力大、钻削温度高以及排屑困难等问题，极易导致钻头磨损严重、钻头寿命低等不利条件，使得钻削加工效率降低、加工成本增高，因此，传统钻削存在着很大的局限性，已经很难满足生产生活对于孔加工的要求，在某些场合其加工根本无法进行，而轴向超声振动钻削就是在这种条件下提出并开展研究的。在近几年，国内外许多学者和专家对其理论和加工工艺进行深入研究，然后通过大量实验验证了其相对于传统钻削加工方式的一系列优点，并取得了关键性的进展，使得轴向超声振动钻削加工技术在近几年发展非常迅速，尤其在难加工材料的加工以及深小孔加工中解决了许多关键性的难题，取得了良好的效果。

但是，目前的研究大多在钻床上进行，由于钻头和超声振动装置随钻床主轴旋转，为了避免超声振动装置在旋转时出现绕线现象，需要集流环或者碳刷给超声振动装置中的换能器供电，且需要对钻床进行较大的改装，因此结构复杂，造成装置拆装不便，成本较高。

技术实现要素：
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针对现有技术存在的问题，本发明提供一种固定于车床刀架上的结构简单，装拆容易的轴向超声振动钻削装置。

为实现上述目的，本发明提供的由车床刀架固定的轴向超声振动钻削装置，包括钻头，变幅杆，换能器，悬梁式固定装置以及与所述换能器电性连接的超声波发生器，钻头固定于一钻夹头上，所述钻夹头通过一第一双头螺柱与所述变幅杆的前端连接，所述换能器通过一第二双头螺柱与所述变幅杆的后端连接，所述悬梁式固定装置固定于车床刀架上，包括悬梁，前压板，后压板和固定压板，所述前压板和所述后压板分别通过一短紧固螺钉固定于所述悬梁的前端和后端，所述前压板固定所述变幅杆的前端，所述后压板固定所述换能器，所述固定压板位于所述前压板和所述后压板之间，其通过多个长紧固螺钉与所述前压板连接来固定所述变幅杆的中间部位。

所述变幅杆上设有一变幅杆固定环，所述变幅杆固定环位于所述前压板和所述固定压板之间，所述前压板与所述固定压板压紧所述变幅杆固定环。

所述前压板包括上前压板和下前压板，所述下前压板通过所述短紧固螺钉固定于所述悬梁上，所述上前压板和所述下前压板之间通过螺钉进行连接并形成一套接固定所述变幅杆的通孔，所述后压板包括上后压板和下后压板，所述下后压板通过所述短紧固螺钉固定于所述悬梁上，所述上后压板和所述下后压板之间通过螺钉进行连接并形成一套接固定所述换能器的通孔，所述固定压板包括上固定压板和下固定压板，所述上固定压板和所述下固定压板通过螺钉连接并形成一套接固定所述变幅杆的通孔。

本发明的轴向超声振动钻削装置实现了轴向超声振动钻削，且结构简单，安装方便，加工省时省力，与现有技术相比具有如下优势：

1、本发明的轴向超声振动装置固定于普通车床的刀架上，无需对机床进行任何特殊改装；另外，由于采用工件旋转的方式，不会出现绕线现象，无需使用集流环或碳刷等部件，简化了结构，节约了成本，而且其前压板，后压板以及固定压板均由上下两部分组合而成，便于拆装，利于超声振动钻削的进行。

2、本发明采用超声波发生器与换能器电性连接来辅助钻削，增加了一个沿钻头进给方向的周期性的振动，使钻削过程中的加工用量按某种特定规律变化，从而改变传统钻削加工方式的连续钻削机理，改善钻削效能。

3、本发明在超声振动钻削中钻头和工件表面直接产生周期性的分离和接触，从而产生规则的细小振痕，这种非连续的钻削方式能有效降低钻削力，减小加工硬化效果，从而大大改善加工质量。

4、本发明不仅能改善普通金属材料的加工质量，而且在诸如高温合金等难加工材料的加工中具有良好的加工效果。

附图说明：

图1为本发明的由机床刀架固定的轴向超声振动钻削装置的结构示意图；

图2为图1所示的轴向超声振动钻削装置与车床刀架的装配示意图；

图3为图1所示的轴向超声振动钻削装置与车床整体装配示意图；

图4为图1所示的轴向超声振动钻削装置中变幅杆与换能器连接的示意图；

图中：1-钻头，2-钻夹头，3-变幅杆，4-上前压板，5-变幅杆固定环，6-固定压板，7-换能器，8-上后压板，9-短紧固螺钉，10-下后压板，11-悬梁，12-长紧固螺钉，13-下前压板，14-车床刀架，15-车床，16-车床卡盘，17-工件，18-前压板，19-后压板，20-上固定压板，21-下固定压板。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1至图3所示的一种由车床刀架固定的轴向超声振动钻削装置，包括超声振动装置和悬梁式固定装置，所述超声振动装置包括一钻头1，变幅杆3，换能器7以及与所述换能器7通过导线连接的超声波发生器(未图示)。

如图1和图4所示，所述钻头1固定于所述钻夹头2上，所述钻夹头2通过一第一双头螺柱与所述变幅杆3的前端连接，且钻头1与变幅杆3保持同轴设置，所述换能器7通过一第二双头螺柱与所述变幅杆3的后端连接。如图1、图2和图3所示，所述悬梁式固定装置固定于车床刀架14上，包括前压板18，后压板19，位于所述前压板18和所述后压板19之间的固定压板6和悬梁11，所述前压板18和所述后压板19以及所述固定压板6均是由上下两部分组成，所述前压板18包括一上前压板4和一下前压板13，所述后压板19包括一上后压板8和一下后压板10，所述固定压板6包括一上固定压板20和一下固定压板21，所述轴向超声振动装置在组装时，将所述悬梁11固定于车床刀架14上，所述下前压板13通过一短紧固螺钉9与悬梁11的前端连接，所述下后压板10通过一短紧固螺钉9与悬梁11的后端连接，所述超声振动装置固定于所述下前压板13和所述下后压板10上，其中所述下前压板13对应固定所述变幅杆3的前端，所述下后压板10对应固定所述换能器7，之后，所述上前压板4与所述下前压板13之间通过螺钉进行连接，形成了一用于套接固定所述变幅杆3的圆形通孔，所述上后压板8与所述下后压板10之间通过螺钉进行连接，形成了一用于套接固定所述换能器7的圆形通孔，并实现了与所述换能器7的过盈配合。所述上固定压板20和所述下固定压板21之间通过螺钉进行连接并套接在所述变幅杆3的中间部位，所述固定压板6与所述前压板18之间通过四个长紧固螺钉12连接。最终保证所述超声振动装置的同轴度与旋转自由度，并在一定程度上限制了超声振动装置的轴向移动。

为了更好的固定所述变幅杆3，所述变幅杆上还设有一变幅杆固定环5，所述变幅杆固定环5位于所述前压板18与所述固定压板6之间，且所述前压板18与所述固定压板6夹紧所述变幅杆固定环5。

结合附图说明本实施例的使用过程：

本实施例在CA6140普通机床15上对工件进行钻削加工，所述钻头1采用直径为6mm的含钴高速钢钻头加工45号钢材料，直径为30mm，厚度为15mm的工件17。首先，将本发明中的换能器7与超声波发生器(未图示)通过导线相连，悬梁式固定装置将超声振动装置与车床刀架14固定连接，通过装夹在车床卡盘16上的工件17的旋转运动和车床刀架14的进给运动实现轴向超声振动钻削加工。

启动超声波发生器，超声波发生器将20kHz的超声激励信号通过换能器7传递给变幅杆3，变幅杆3再将超声激励信号传递给钻头1，进而使钻头1产生20Hz超声频率的轴向振动。钻削时，机床15主轴高速旋转，带动工件17高速旋转，本发明的轴向超声振动钻削装置向工件17运动，以10um～15um振幅振动的钻头1进入到工件17内部进行钻削，当钻头1钻入到工件17后，加工出直径为6mm通孔。车床刀架14带动轴向超声振动钻削装置远离工件17运动，钻头1退出工件17，加工通孔完毕。