[發明專利]用于細小深孔加工的工件裝載裝置及加工裝置

有效

• 申請號: 201310549012.5
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103586504A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 魏燕定;楊依領;婁軍強;武敏;謝鋒然;趙曉偉;林晨陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B23B41/00
• 分類號: B23B41/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 黃芳

技術領域

本發明涉及機械加工領域，特別是一種用于細小深孔加工的工件裝載裝置及加工裝置。

技術背景

隨著機械行業的發展，對機械零件加工質量的要求越來越高，采用普通鉆削進行細小深孔加工時，所用的鉆頭直徑小，剛性差，在鉆削過程中，碰到被加工材料中的硬質點、進刀時力量過大或者不均勻、切屑阻塞、不穩定的鉆頭角位移以及具有隨機性和無法控制的激振頻率時，會迅速增大扭矩，形成加工過程中的強烈扭振，鉆頭便會發生扭轉變形，變形到一定程度時，便會折斷鉆頭；鉆削細小深孔時，由于孔徑小而深，刀具處于半封閉狀態，冷卻液和潤滑液體很難到達切削區，鉆頭冷卻潤滑困難，影響加工條件；此外，由于細小深孔孔徑小，排屑槽寬度和鉆心厚度難以均衡，排屑槽大時，鉆頭抗扭和抗彎能力降低，影響孔的直線度和圓柱度，鉆心厚度大時，軸向走刀抗力也會增加，鉆頭容易走偏，影響孔加工精度；此外，普通鉆削時還易產生積屑瘤和內孔劃傷等問題，影響機械零件的加工質量。

為了克服普通鉆削的上述缺點，中國專利200520100155.9號披露了一種用于深孔加工的智能刀具，包括上下連為一體的夾持部位和切屑刃部位，在刀具的夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上嵌裝有智能材料，該智能材料暴露在激勵裝置的作用下。這種智能刀具的智能材料在激勵裝置的作用下使刀具的切削刃部位產生主動可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續金屬切削帶斷裂，實現主動激振斷屑。

使用這種智能刀具進行加工時，在傳統加工的同時，僅依靠刀具切削面的振動，施加到待鉆孔工件上的振動形式單一，振動鉆削的效率有限。另外，刀具對待鉆孔工件施加扭轉振動時，待鉆孔工件將產生無規律、不可控振動，影響加工效率和加工精度。

發明內容

為了克服現有的振動鉆削的上述缺點，本發明提供了一種能夠提高細小深孔加工效率和加工精度的高頻扭轉振動鉆削的工件裝載裝置及加工裝置。

用于細小深孔加工的工件加載裝置，包括底座，用于承載待鉆孔工件的上蓋，和連接底座與上蓋的保護殼；底座與上蓋、保護殼同軸，保護殼內具有扭轉振動發生機構，扭轉振動發生機構包括產生扭轉振動的扭轉驅動器和為扭轉振動驅動器提供激勵信號的激勵裝置；扭轉驅動器由智能材料產生扭轉振動。常見的智能材料有壓電纖維，磁致伸縮材料，電致伸縮材料，形狀記憶合金，壓電陶瓷材料等對外界信號能相應改變材料物理特性的材料。

進一步，扭轉驅動器包括套筒，驅動器基體和多個智能材料片，套筒插入驅動器基體內，智能材料片均勻分布于驅動器基體的外側面，智能材料片與激勵裝置連接。

進一步，底座包括底盤和連接柱，連接柱與底盤同軸，套筒與連接柱固定。

進一步，扭轉驅動器的套筒兩端分別外露于驅動器基體，連接柱插入套筒內，套筒的外露段分別通過螺釘與連接柱固定；連接柱頂部與上蓋鍵連接。

進一步，保護殼包括與上蓋通過螺栓固定連接的上法蘭，與底盤通過螺栓固定連接的下法蘭，和連接上法蘭與下法蘭的筒體。

進一步，上蓋包括三個從小到大依次設置的圓柱段，第一圓柱段插入筒體內，第二圓柱段與上法蘭固定，第三圓柱段與待鉆孔工件夾具固定，第一圓柱段最小，第三圓柱段最大；與連接柱配合的鍵槽開設于第一圓柱段中央。待鉆孔工件置于夾具上，夾具固定于第三圓柱段上。

細小深孔加工裝置，包括鉆床，主軸，與主軸固定的鉆頭夾，鉆頭，驅動鉆頭發生扭轉振動的智能材料和上述的工件加載裝置，鉆頭和工件加載裝置反向扭轉振動。

扭轉振動鉆削，是一種刀具與工件不分離的斷續切削方式，扭轉振動鉆削時，刀具在工件孔壁內扭轉，冷卻液和潤滑液容易到達鉆尖，孔的表面加工質量提高；扭轉振動鉆削可以將原有的無規律不可控的扭振變為有規律可控的強迫扭轉振動，達到減少鉆削阻力、扭矩以及以振制振的效果，提高鉆頭壽命；此外扭轉振動鉆削時，當強迫振動頻率為高頻時，可以減少待鉆孔工件和鉆頭之間摩擦和鉆削阻力，可以減少切屑產生，利于切屑過程排屑，獲得良好的孔扭轉振動鉆削效果，提高孔的加工質量。本發明的細小深孔加工裝置的刀具和工件加載裝置同時對待鉆孔工件施加振動扭轉作用，使待鉆孔工件實際承受的扭轉振動是刀具的扭轉振動和工件加載裝置的扭轉振動的疊加，增強了細小深孔加工時的扭轉振動效果，提高孔的加工質量。

進一步限定驅動鉆頭發生扭轉振動的結構如下：智能材料為多個扭轉振動薄片，扭轉振動薄片均勻地分布于扭轉致動基體的側面，扭轉致動基體與鉆頭夾固定，鉆頭夾上設有對扭轉振動薄片施加驅動信號的集電環。