[发明专利]一种超声螺旋铣孔装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声螺旋铣孔装置及加工方法，具体涉及一种超声辅助螺旋铣孔装置及制孔方法，适用于难加工材料制孔，属于螺旋铣孔的改进技术。

背景技术

目前广泛应用于航空航天和国防军工等领域的复合材料、钛合金、铝合金以及由其构成的叠层材料均表现出难加工特性，如：碳纤维复合材料具有很强的不均质性和各向异性，硬度高、强度大，且在切削过程中不允许添加冷却液，导致在传统加工过程中加工质量差且刀具磨损严重，而钛合金导热系数低，铝合金沾刀现象严重、叠层材料制孔缺陷大等问题都为切削加工带来了很大困难。

制孔质量严重影响了器件的疲劳强度，在航空航天领域不仅制孔数量大，且制孔精度要求高，尤其针对广泛使用的难加工材料制孔，传统制孔技术很难满足要求，目前螺旋铣孔和超声辅助钻削是已经出现的针对难加工材料的两种先进制孔技术，螺旋铣孔除了刀具高速自转运动外增加了刀具公转运动，使得一把刀具可以加工出不同直径的孔，同时可以有效增加散热，降低切削温度，提高制孔质量，而超声辅助加工能够减小切削力，因此如果引入螺旋铣孔加工，能够很好地改善叠层结构螺旋铣孔存在的问题。但是螺旋铣孔在进行叠层材料制孔时，由于叠层材料特性不一样，容易出现孔径误差、加工缺陷等，但目前并无能够集成超声辅助钻削及螺旋铣孔功能的装置。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种超声螺旋铣孔装置及加工方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种超声螺旋铣孔装置，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，待得到所需偏心量后，通过键将所述内偏心套筒与所述外偏心套筒固定，所述内偏心套筒通过所述键与所述外偏心套筒传递扭矩。

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，即保证所述环形力传感器与所述换能器之间留有一定间隙，防止过定位。

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。

所述环形压板防止所述变幅杆、所述超声套筒和所述换能器整体向外轴向窜动。

所述铜环的宽度满足所述变幅杆的轴线的偏心量在上下限变化时，所述铜环始终与所述碳刷接触。所述铜环的宽度满足以下公式：

R-4c>d>>a+2e_max

其中，a为所述碳刷的横截面宽度，d为所述铜环宽度，c为所述电极绝缘套的壁厚，R为所述超声套筒的底部半径，e_max为所述变幅杆的轴线的最大偏心量，e_max满足以下公式：

e_max＝e₁+e₂，