[发明专利]高低频复合振动钻削装置

说明书

本发明公开了一种高低频复合振动钻削装置，它包括低频振动系统和高频振动系统。低频振动系统包括装置外壳、带锥柄端面凸轮、从动端面凸轮、固定盘和环状柔性铰链五个组成部分，通过机床主轴的转动使得带锥柄端面凸轮回转并产生激励，通过固定盘中的滑块、从动端面凸轮及环状柔性铰链的协调作用，实现变幅杆在高速旋转的同时产生轴向低频振动。高频振动系统包括超声波发生器、无线传输装置、换能器和变幅杆，通过超声波发生器、无线传输装置和换能器将电信号转化为高频机械振动信号，经变幅杆放大后传递给刀具，实现刀具的轴向高频振动。本发明直接安装在机床主轴上，针对不同材料改变高低频振动参数和高低频复合方法进行高精度的制孔加工。

技术领域：

本发明涉及一种机械加工中钻孔设备，特别是涉及一种高低频复合振动钻削装置。

背景技术：

随着现代科学技术的不断发展，在航空、航天、国防和交通等领域对材料的要求越来越高。碳纤维复合材料（CFRP）和钛合金基于各自优良的特性，在航空航天领域应用广泛，CFRP一般和钛合金部件是通过螺栓和铆钉连接装配，为了保证装配精度、提高生产效率，需要采用叠层结构加工连接孔。在CFRP/钛合金叠层结构制孔时，由于两种材料都属于难加工材料并且性能和加工工艺参数差异较大，使得制孔质量差、刀具寿命短。

国内外的专家学者已经对CFRP、钛合金和CFRP/钛合金叠层结构采用振动辅助钻削的方法进行了试验，研究表明：低频轴向振动钻削CFRP时可以明显降低切削温度和切削力，但是分层缺陷没有得到改善；钻削钛合金时能够很好地断屑排屑，降低轴向力和切削温度，提高孔的表面质量、形状精度和尺寸精度，减少出入口毛刺。采用超声振动钻削CFRP时能够减少轴向力，减少分层缺陷，降低刀具磨损，但是温度有所上升；钻削钛合金时能够降低切削力和扭矩，减缓刀具磨损，但是温度高于普通钻削。在CFRP/钛合金叠层结构的制孔加工中，如果能够将低频振动和超声振动合理的结合起来，发挥各自的优势，弥补各自的不足，必将产生良好的效果。采用高低频振动复合钻削的加工方法应当是CFRP/钛合金叠层结构制孔研究的一个重要方向。

目前，已有学者提出了复合振动钻削装置，如专利“一种复合振动钻削装置” （申请号201610002983.1，公开号CN 105499626 A，公开日期：2016.04.20）发明的一种复合振动钻削装置，利用超声扭转振动系统驱动钻头实现所需的超声扭转振动，借助低频轴向振动系统驱动工件实现低频轴向振动，高频系统和低频系统需要分开进行安装调试，且其低频振幅较小，加负载后振幅不稳定，容易缺失。专利“一种复合振动钻削装置及加工方法”（申请号201710502563.4，公开号CN 107262761 A，公开日期：2017.10.20）发明的一种复合振动钻削装置，使用凸轮和低频振动执行机构来实现低频振动，通过弹簧来提供低频振动的恢复力，步进电机通过控制低频执行机构的位置来控制低频振动的振幅，工作时，低频振动执行机构与凸轮间为滑动摩擦，发热较大；超声振动系统中电流的传输通过电刷将电信号传递给压电陶瓷组，摩擦严重，导致温度过高，影响系统稳定性。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够针对不同材料改变高低频振动参数和高低频复合方法的高低频复合振动钻削装置。

本发明的技术方案是：