[发明专利]一种复合振动钻削装置及加工方法

摘要

本发明公开了一种复合振动钻削装置及加工方法，复合振动钻削装置包括机床主轴电机和钻头，其特征在于，还包括振动刀柄和振动控制系统。所述振动控制系统包括监测系统和执行系统；所述执行系统包括低频振动发生器、超声振动发生器、步进电机、伺服驱动电机、电刷；所述振动控制器通过伺服驱动电机和步进电机控制低频振动发生器，所述振动控制器通过电刷控制超声振动发生器。本发明的加工方法在传统叠层构件钻削加工的基础上，针对不同材料的材料属性差异，复合超声或者低频轴向振动，并能够通过振动控制器，实现加工过程中进行振动钻削与普通钻削的转换、超声振动钻削与低频振动钻削的转换，以及振动参数的调整，获得高质量的制孔。

主权项

1.一种使用复合振动钻削装置进行加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：判断是否对工件厚度和空间位置已知：如果已知，则通过手动编程的方式，进行振动加工；如果不清楚工件厚度或空间位置，则通过自动识别的方法，对振动形式进行判断，然后进行振动加工；自动识别的方法采用声发射方法或者扭矩信号识别方法；所述声发射方法包括以下步骤：11）通过声发射传感器，输入声发射信号给信号处理器，并对声发射信号做典型特征识别，对特征进行判断后，将判断结果输送给振动控制器；由振动控制器确定振动辅助加工类型；所述扭矩信号识别方法包括以下步骤：21）通过加工状态监测器监测机床主轴电机的转速与功率，进而由信号处理器进行数据处理，并计算出钻削工作扭矩；22）对扭矩做典型特征识别，并对特征进行判断，进而将判断结果输送给振动控制器，由振动控制器确定振动辅助加工类型；所述复合振动钻削装置，包括机床主轴电机和钻头，其特征在于，还包括振动刀柄和振动控制系统；所述振动刀柄由机床夹持，所述钻头由所述振动刀柄夹持；所述振动控制系统包括监测系统和执行系统；所述监测系统包括振动控制器、加工状态监测器、信号处理器；所述振动控制器通过加工状态监测器、信号处理器来判断振动状态；所述执行系统包括低频振动发生器、超声振动发生器、步进电机、伺服驱动电机、电刷；所述振动控制器通过伺服驱动电机和步进电机控制低频振动发生器，所述振动控制器通过电刷控制超声振动发生器；所述执行系统安装在振动刀柄中；所述振动刀柄还设置有止动块，所述步进电机安装在止动块中，所述步进电机用于控制低频振动发生器；振动刀柄还包括主轴接口、刀具连接口和连接器，所述主轴接口用于连接机床主轴，所述刀具连接口用于连接钻头，所述连接器将旋转运动从主轴经低频振动发生器或超声振动发生器传递至刀具连接口；将所述振动控制器通过加工状态监测器、信号处理替换为声发射传感器、声信号处理器，所述振动控制器通过声发射传感器、声信号处理器来判断振动状态；所述监测系统还包括可编程逻辑控制器；所述振动控制器通过读取可编程逻辑控制器来判断振动状态；所述低频振动发生器包括低频振动控制机构 、低频振动执行机构和低频振动发生器外壳；所述超声振动发生器包括压电陶瓷组件、超声电源和超声振动发生器外壳；所述振动控制器通过控制伺服驱动电机驱动步进电机，进而控制低频振动执行机构；所述振动控制器通过超声电源控制压电陶瓷组件的振动参数；所述低频振动发生器采用凸轮装置，能够实现振幅500μm以下的定频转比振动，转速可以达到8000rpm；所述超声振动发生器，能够实现振幅20μm以下，频率在15KHz~60KHz的高频振动。