[发明专利]用于细小深孔加工的工件装载装置及加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别是一种用于细小深孔加工的工件装载装置及加工装置。

技术背景

随着机械行业的发展，对机械零件加工质量的要求越来越高，采用普通钻削进行细小深孔加工时，所用的钻头直径小，刚性差，在钻削过程中，碰到被加工材料中的硬质点、进刀时力量过大或者不均匀、切屑阻塞、不稳定的钻头角位移以及具有随机性和无法控制的激振频率时，会迅速增大扭矩，形成加工过程中的强烈扭振，钻头便会发生扭转变形，变形到一定程度时，便会折断钻头；钻削细小深孔时，由于孔径小而深，刀具处于半封闭状态，冷却液和润滑液体很难到达切削区，钻头冷却润滑困难，影响加工条件；此外，由于细小深孔孔径小，排屑槽宽度和钻心厚度难以均衡，排屑槽大时，钻头抗扭和抗弯能力降低，影响孔的直线度和圆柱度，钻心厚度大时，轴向走刀抗力也会增加，钻头容易走偏，影响孔加工精度；此外，普通钻削时还易产生积屑瘤和内孔划伤等问题，影响机械零件的加工质量。

为了克服普通钻削的上述缺点，中国专利200520100155.9号披露了一种用于深孔加工的智能刀具，包括上下连为一体的夹持部位和切屑刃部位，在刀具的夹持部位和切削刃部位之间的刀杆上嵌装有智能材料，该智能材料暴露在激励装置的作用下。这种智能刀具的智能材料在激励装置的作用下使刀具的切削刃部位产生主动可控激振，从而使金属冷切削加工中的连续金属切削带断裂，实现主动激振断屑。

使用这种智能刀具进行加工时，在传统加工的同时，仅依靠刀具切削面的振动，施加到待钻孔工件上的振动形式单一，振动钻削的效率有限。另外，刀具对待钻孔工件施加扭转振动时，待钻孔工件将产生无规律、不可控振动，影响加工效率和加工精度。

发明内容

为了克服现有的振动钻削的上述缺点，本发明提供了一种能够提高细小深孔加工效率和加工精度的高频扭转振动钻削的工件装载装置及加工装置。

用于细小深孔加工的工件加载装置，包括底座，用于承载待钻孔工件的上盖，和连接底座与上盖的保护壳；底座与上盖、保护壳同轴，保护壳内具有扭转振动发生机构，扭转振动发生机构包括产生扭转振动的扭转驱动器和为扭转振动驱动器提供激励信号的激励装置；扭转驱动器由智能材料产生扭转振动。常见的智能材料有压电纤维，磁致伸缩材料，电致伸缩材料，形状记忆合金，压电陶瓷材料等对外界信号能相应改变材料物理特性的材料。

进一步，扭转驱动器包括套筒，驱动器基体和多个智能材料片，套筒插入驱动器基体内，智能材料片均匀分布于驱动器基体的外侧面，智能材料片与激励装置连接。

进一步，底座包括底盘和连接柱，连接柱与底盘同轴，套筒与连接柱固定。

进一步，扭转驱动器的套筒两端分别外露于驱动器基体，连接柱插入套筒内，套筒的外露段分别通过螺钉与连接柱固定；连接柱顶部与上盖键连接。

进一步，保护壳包括与上盖通过螺栓固定连接的上法兰，与底盘通过螺栓固定连接的下法兰，和连接上法兰与下法兰的筒体。

进一步，上盖包括三个从小到大依次设置的圆柱段，第一圆柱段插入筒体内，第二圆柱段与上法兰固定，第三圆柱段与待钻孔工件夹具固定，第一圆柱段最小，第三圆柱段最大；与连接柱配合的键槽开设于第一圆柱段中央。待钻孔工件置于夹具上，夹具固定于第三圆柱段上。

细小深孔加工装置，包括钻床，主轴，与主轴固定的钻头夹，钻头，驱动钻头发生扭转振动的智能材料和上述的工件加载装置，钻头和工件加载装置反向扭转振动。

扭转振动钻削，是一种刀具与工件不分离的断续切削方式，扭转振动钻削时，刀具在工件孔壁内扭转，冷却液和润滑液容易到达钻尖，孔的表面加工质量提高；扭转振动钻削可以将原有的无规律不可控的扭振变为有规律可控的强迫扭转振动，达到减少钻削阻力、扭矩以及以振制振的效果，提高钻头寿命；此外扭转振动钻削时，当强迫振动频率为高频时，可以减少待钻孔工件和钻头之间摩擦和钻削阻力，可以减少切屑产生，利于切屑过程排屑，获得良好的孔扭转振动钻削效果，提高孔的加工质量。本发明的细小深孔加工装置的刀具和工件加载装置同时对待钻孔工件施加振动扭转作用，使待钻孔工件实际承受的扭转振动是刀具的扭转振动和工件加载装置的扭转振动的叠加，增强了细小深孔加工时的扭转振动效果，提高孔的加工质量。

进一步限定驱动钻头发生扭转振动的结构如下：智能材料为多个扭转振动薄片，扭转振动薄片均匀地分布于扭转致动基体的侧面，扭转致动基体与钻头夹固定，钻头夹上设有对扭转振动薄片施加驱动信号的集电环。