[发明专利]一种用两个步进电机控制主轴运动的振动制孔装置

说明书

技术领域

本发明专利属于金属切削设备，具体涉及一种振动制孔(振动攻丝、振动钻孔、振动扩孔、振动铰孔和振动珩磨)的装置。

背景技术

普通的孔加工方法，就是使刀具与工件产生匀速的相对运动，刀具切削工件，实现孔的加工，如钻孔、攻丝、铰孔。振动孔加工就是给刀具或工件附加一个有规律的扭振振动。使传统加工方法的连续切削过程变成间断、瞬间和重复的切削过程。

按刀具相对工件振动的方式，分周向扭转振动、轴向振动和复合振动。现有独立的振动孔加工设备(不含在机床上附加的振动机构)实现的方式有下面几种：(1)刀具匀速转动，工件扭转振动或轴向振动。由于振动与主轴旋转运动分开，结构简单，易于实现；但对工件的适应性差，振动部分的转动惯量与工件有关，工件较大时转动惯量迅速增大，不利于振动。(2)工件不动，刀具(主轴)作复合运动，即主轴在作旋转运动的同时附加了一个扭转振动。振动实现的方法有超声波，机械式，电磁式，液压式等结构。一般只能实现扭振。用机械式实现振动，一般采用内凸轮结构，斜凸轮机构，曲柄滑块结构。该类振动机构，由于要进行运动合成，结构比较复杂，且轴向进给不易控制。如振动攻丝时，需要靠模保证轴向进给，靠模要根据攻丝的螺距更换，结构复杂，更换工作量大。否则依靠被加工工件的螺纹自导向，很难保证质量；在钻孔时，不易保证切削进给量。(3)主轴直接用步进电机或伺服电机驱动，由控制系统控制步进电机或伺服电机实现“正向-反向-正向”的运动，当正向转动角度与反向转动角度不等时，主轴就会在扭转振动的同时，实现圆周旋转运动。该振动方式结构简单；但步进电机大多运行在加速、减速阶段，振动频率不高；由于无法利用机械惯性存储能量，振动功率不大，否则装置功率很大。同时，该机构也存在轴向进给的控制和较难实现轴向振动。

发明内容

本发明专利提供了一种能够用于孔振动加工的装置，该装置的主轴上有外螺纹，和外面的螺母相配合，采用一个步进电机驱动主轴转动，另一个步进电机驱动螺母转动，控制主轴的轴向运动；该装置采用了行星轮系和曲柄摇杆机构组合的机械式激振器；能实现主轴的旋转运动、扭转振动和轴向振动的复合运动；采用双偏心机构调节振幅；通过改变振动输入运动的转速实现振动频率的调节。

为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案包括机箱、主轴、导向套、振动发生组件和主轴驱动组件；主轴的一端是外花键，中部是外螺纹，另一端是与刀具夹头联接的锥体；主轴驱动组件由主轴驱动步进电机、上支架、螺杆驱动齿轮副、转臂、主轴螺母、螺母驱动步进电机、下支架和螺母驱动齿轮副组成；振动发生组件由振动驱动电机、振动驱动齿轮副、行星轮系、曲柄摇杆机构、花键套组成；转臂是一空心轴状结构，由转臂上半轴和转臂下半轴组成，用螺钉联接在一起，转臂上半轴下部有一缺口，在转臂上半轴的一端径向有悬臂，悬臂上有中心与转臂中心平行的孔，偏心组件由轴承支撑在孔内，花键套通过轴承安装在空心腔内部，转臂两端通过轴承与机箱联接；柱塞一端插入到柱塞套中，另一端穿过转臂上半轴的缺口，采用过盈配合插入到花键套径向的孔中；振动驱动电机通过振动驱动齿轮副、行星轮系带动偏心轴组件转动，偏心轴组件通过轴承与柱塞套联接，柱塞套通过柱塞、花键套、花键将运动和力矩传递给主轴；螺杆驱动步进电机由上支架固定在机箱上，步进电机带动主轴驱动齿轮副，使转臂旋转，转臂带动偏心轴，通过柱塞套、柱塞、花键套、花键将运动和力矩传递给主轴，当振动驱动电机和主轴驱动电机分别做匀速转动时，主轴的输出运动为扭转振动与轴向振动复合的旋转运动；螺套驱动步进电机通过下支架与机箱联接，螺套与主轴上的螺杆配合，由螺母驱动步进电机带动螺母驱动齿轮副使螺母转动；通过控制装置分别控制螺母驱动步进电机和主轴驱动步进电机，可以控制主轴运动的速度；偏心轴组件是由偏心套、偏心轴、锁紧螺母组成，偏心套中间有偏心孔，孔的一端是锥孔，偏心轴的一段是锥轴，偏心轴放置在偏心孔中，偏心轴上的锥轴与偏心套的锥孔配合，偏心轴和偏心套通过螺旋装置预紧，传递运动和力矩，改变偏心轴相对偏心套在圆周上的位置，就可以改变振幅。