[发明专利]一种超声螺旋铣孔装置及加工方法

权利要求书

1.一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：包括主轴支架，超声套筒，内偏心套筒，外偏心套筒，变幅杆和位于所述超声套筒内的换能器，所述变幅杆通过弹簧夹头与制孔工具连接，所述制孔工具为铣刀或砂轮，

所述变幅杆通过环形法兰与所述换能器连接，所述环形法兰通过用于测量所述环形法兰轴向和径向受力情况的环形力传感器与所述超声套筒的内壁连接，所述超声套筒的底部设有两个同心铜环，所述铜环与所述超声套筒之间设有电极绝缘套，所述两个铜环分别与所述换能器的正极和负极连接，所述主轴支架上设有碳刷支架，所述碳刷支架上设有与所述铜环接触的碳刷，所述碳刷通过碳刷套与所述碳刷支架连接，所述碳刷套内设有将所述碳刷压在所述铜环上的弹簧套，

所述超声套筒的外壁通过轴承与所述内偏心套筒的内壁连接，

所述内偏心套筒的外壁与所述外偏心套筒的内壁可滑动连接，

所述内偏心套筒的前端伸出所述外偏心套筒，且与蜗轮连接，所述外偏心套筒上设有与所述蜗轮相匹配的蜗杆，

所述主轴支架具有容纳所述外偏心套筒的通孔，

所述外偏心套筒的外壁通过轴承与所述通孔的内壁连接，

所述一种超声螺旋铣孔装置还包括与所述超声套筒连接的螺旋铣孔自转驱动装置、与所述外偏心套筒连接的螺旋铣孔公转驱动装置和驱动所述主轴支架沿所述变幅杆的轴线进给的进给系统，

切削加工前，通过所述蜗轮和所述蜗杆的相对运动使得所述内偏心套筒与所述外偏心套筒产生相对转动，进而改变所述变幅杆的轴线的偏心量。

2.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述超声套筒具有容纳所述环形力传感器的凹槽，所述环形力传感器具有环形凹槽，所述环形法兰的侧壁通过所述环形凹槽的槽壁与所述凹槽的槽壁连接，所述环形法兰的一侧端面通过所述环形凹槽的槽底与所述凹槽的槽底连接，所述环形凹槽的槽深与所述环形法兰的厚度相匹配，

所述环形凹槽的槽底伸出所述凹槽的槽底且与所述换能器的外壁间隙配合，

所述环形法兰和所述环形力传感器通过环形压板与所述凹槽的槽底压紧，

所述环形压板与所述超声套筒的内壁螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述两个铜环分别通过引线与所述换能器的正极和负极连接，所述换能器为压电陶瓷换能器。

4.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述螺旋铣孔自转驱动装置包括与所述超声套筒连接的从动带轮Ⅰ，与所述主轴支架连接的电机Ⅰ，所述电机Ⅰ的输出端设有主动带轮Ⅰ，所述从动带轮Ⅰ与所述主动带轮Ⅰ之间通过皮带Ⅰ连接。

5.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述螺旋铣孔公转驱动装置包括与所述外偏心套筒连接的从动带轮Ⅱ，与所述主轴支架连接的电机Ⅱ，所述电机Ⅱ的输出端设有主动带轮Ⅱ，所述从动带轮Ⅱ与所述主动带轮Ⅱ之间通过皮带Ⅱ连接。

6.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述进给系统包括底板，与所述变幅杆的轴线平行的两条导轨和步进电机，所述主轴支架通过引导滑块与所述导轨连接，所述步进电机的输出端上设有驱动所述主轴支架沿所述导轨运动的丝杠，所述丝杠通过丝杠支撑座与所述底板连接。

7.根据权利要求1所述的一种超声螺旋铣孔装置，其特征在于：所述内偏心套筒的前端还设有主轴端盖，所述主轴端盖具有所述变幅杆穿过的孔。

8.一种使用权利要求1-7任一权利要求所述的一种超声螺旋铣孔装置进行超声螺旋铣孔加工方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、所述蜗杆沿其轴向移动实现所述变幅杆的轴线的偏心量的调节，所述变幅杆的轴线的偏心量满足以下公式：

其中，e为所述变幅杆的轴线的偏心量，D₁为所述铣刀直径，D₂为待加工孔直径；

S2、开启与所述换能器连接的超声电源，调节所述一种超声螺旋铣孔装置的谐振频率；

S3、启动所述电机Ⅰ和所述电机Ⅱ，控制所述一种超声螺旋铣孔装置进行螺旋铣孔；

S4、当切削力小于等于已设定切削力上限时，切削正常进行，直至制孔结束；当切削力大于已设定切削力上限时，进行超声辅助钻削，直至切削力小于等于已设定切削力上限，超声辅助取消，直至制孔结束。