一种超声波钻孔装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声波钻孔装置，主要由套杯、感应线圈组、冷却系统、换能器、变幅杆和钻杆，所述套杯顶部通过夹紧机构与机床主轴相连，套杯的下部开口，且套杯的外壁缠绕有与换能器匹配的感应线圈组；所述冷却系统和换能器内设于套杯的开口端内；所述换能器的驱动端与变幅杆的输入端相连，变幅杆通过连接螺栓固定于套杯的开口端端面，变幅杆的输出端与钻杆的上端相连，钻杆的下端设有刀具。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术所述超声钻孔装置通过夹紧机构与机床主轴相连接，机床主轴旋转和换能器纵向振动组成纵‑扭复合振动，即可对工件实施钻孔加工；内部集成冷却系统，可同时冷却换能器和工件，无需外加冷却系统；本发明专利技术的加工速度快，加工精度高，加工质量好，钻杆的磨损小。

An ultrasonic drilling device

The invention discloses an ultrasonic drilling device, which is mainly composed of a sleeve cup, an induction coil group, a cooling system, a transducer, a horn rod and a drill pipe. The top of the sleeve cup is connected with the spindle of the machine tool through a clamping mechanism, the lower opening of the sleeve cup, and the outer wall of the sleeve cup is wound with an induction coil group matching with the transducer. The driving end of the transducer is connected with the input end of the horn. The horn is fixed at the open end of the cup through a connecting bolt. The output end of the horn is connected with the upper end of the drill pipe, and the lower end of the drill pipe is provided with a tool. The beneficial effects of the invention are as follows: the ultrasonic drilling device of the invention is connected with the spindle of the machine tool by a clamping mechanism, the spindle rotation of the machine tool and the longitudinal vibration of the transducer constitute a longitudinal-torsional compound vibration, and the workpiece can be drilled; the internal integrated cooling system can simultaneously cool the transducer and the workpiece without additional cooling. The invention has the advantages of fast processing speed, high processing accuracy, good processing quality and little wear and tear of drill pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波钻孔装置
本专利技术涉及超声波
，具体涉及一种超声波钻孔装置。
技术介绍
传统的钻孔装置由于重量体积大、能耗高、钻头压力大,存在常规机械失效形式，已远不能满足硬脆材料如陶瓷、碳纤维等复合材料的加工。超声钻孔设备具有结构简单、体积小、重量轻、能耗低、轴向力小等优点被广泛应用。超声波加工系统中，变幅杆和工具装配在一起，通过设计调整变幅杆的形状、尺寸以达到机械谐振的目的；但这种方法计算复杂且不能自动调整输出频率，在装配过程中也会出现装配误差、工具磨损、换能器产热等影响加工的问题。超声钻孔振动系统在于机床主轴连接时，需要对机床主轴做改动,由于设计和装配误差，超声换能器、变幅杆、钻杆的轴线会出现同轴度误差。因此，在设计超声换能器变幅杆时，法兰位置设置对换能器谐振频率和节面位置的影响被忽略。钻孔加工中，换能器会产生大量的热量，如不及时散热，在超声振动系统中会集聚大量的热，严重影响超声振动系统中各部分的使用寿命和加工精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种超声钻孔装置，解决现有钻孔装备钻孔精度低，效率低、能耗高、发热大的问题。本专利技术采用的技术方案为：一种超声波钻孔装置，主要由套杯、感应线圈组、冷却系统、换能器、变幅杆和钻杆，所述套杯顶部通过夹紧机构与机床主轴相连，套杯的下部开口，且套杯的外壁缠绕有与换能器匹配的感应线圈组；所述冷却系统和换能器内设于套杯的开口端内；所述换能器的驱动端与变幅杆的输入端相连，变幅杆通过连接螺栓固定于套杯的开口端端面，变幅杆的输出端与钻杆的上端相连，钻杆的下端设有刀具。按上述方案，所述冷却系统包括冷却液箱、除杂结构和导液管，所述冷却液箱内灌满冷却液，冷却液箱的底部通过除杂结构与导液管的上端相连，导液管的下端依次垂直穿过换能器、变幅杆和钻杆。按上述方案，所述换能器包括预应力螺栓、后盖板、电极片、压电陶瓷片和绝缘套筒，所述预应力螺栓的下端穿过后盖板，与变幅杆的上端面贴紧；在后盖板与变幅杆之间的预应力螺栓上设有绝缘套筒，绝缘套筒的下端与变幅杆的上端相连；沿绝缘套筒的高度方向间隔布置环形的压电陶瓷片和电极片；所述电极片通过导线与感应线圈组相连；所述导液管穿过预应力螺栓。按上述方案，所述夹紧机构包括与套杯顶部内侧配合的弹性夹头，以及与套杯顶部外侧配合的夹紧螺母，所述弹性夹头夹紧机床主轴。按上述方案，所述变幅杆和钻杆之间环套有自由质量块，自由质量块为成圆筒状。按上述方案，预应力螺栓为空心螺栓；所述钻杆为空心钻杆，所述变幅杆为空心变幅杆。按上述方案，所述套杯的开口端上分别开设有散热孔。按上述方案，所述感应线圈组包括原边线圈和副边线圈。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所述超声钻孔装置通过夹紧机构与机床主轴相连接，机床主轴旋转和换能器纵向振动组成纵-扭复合振动，即可对工件实施钻孔加工；本专利技术的加工速度快，加工精度高，加工质量好，钻杆和刀具的磨损小；2、本专利技术所述套杯内设置冷却系统，冷却液自冷却液箱流出，经过除杂结构、单向流通阀、预应力螺栓、变幅杆和钻杆，最终流向加工接触部位；导液管促进冷却液及时流向加工部位，冷却装置集成于装置内部，加工时无需再外接冷却系统；3、本专利技术在变幅杆和钻杆之间设有自由质量块，自由质量块在超声波钻孔装置的动力传递中起桥梁和纽带作用，同时可以调整振动轨迹；4、本专利技术利用弹性夹头和夹紧螺母将套杯连接至钻床主轴上，不需要对机床主轴作任何改动，当机床主轴发生变化时，只需更换相应的弹性夹头和夹紧螺母的尺寸即可，通用性强；5、本专利技术超声变幅杆由传统的圆锥过渡段变幅杆改变而来，且设计成空心结构以便于冷却液由变幅杆内部流出；变幅杆与套杯通过法兰螺栓连接，法兰位置设于变幅杆节面位置处，减小了换能器和套杯固定后对变幅杆振动振幅的影响；6、本专利技术所述换能器供电方式由传统的碳刷接触式改变成线圈感应式，解决了传统供电方式易摩擦磨损的问题，延长了所述超声钻孔装置的使用寿命；7、本专利技术所述换能器的后盖板、压电陶瓷片均设于套杯内部，安装时只需将换能器安装在套杯内部，保证了换能器、套杯、机床主轴的同轴度要求；8、本专利技术所述超声钻孔装置设计合理，操作使用方便。附图说明图1为本专利技术一个具体实施例的结构示意图。图2为本实施例中弹性夹头的结构示意图。图3为本实施例中变幅杆的结构示意图。图4为图3的俯视图。图5为本实施例中自由质量块的结构示意图。图6为本实施例中冷却系统的结构示意图。其中：1-夹紧螺母；2-套杯；3-冷却液；4-冷却液箱；5-除杂结构；6-单向流通阀；7-预应力螺栓；8-后盖板；9-压电陶瓷片；10-电极片；11-连接螺栓；12-变幅杆；13-导液管；14-钻杆；15-自由质量块；16-导线孔；17-导线；18-副边线圈；19-原边线圈；20-绝缘套筒；21-散热孔；22-机床主轴；23-弹性夹头。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步地描述。如图1所示的一种超声波钻孔装置，主要由套杯2、感应线圈组、冷却系统、换能器、变幅杆12和钻杆14，所述套杯2顶部通过夹紧机构与机床主轴22相连，套杯2的下部开口，且套杯2的外壁缠绕有与换能器匹配的感应线圈组；所述冷却系统和换能器内设于套杯2的开口端内；所述换能器的驱动端与变幅杆12的输入端相连，变幅杆12通过连接螺栓12固定于套杯2的开口端端面，变幅杆12的输出端与钻杆14的上端相连，钻杆14的下端设有刀具。本专利技术中，如图6所示，所述冷却系统集成安装于换能器的正上方，冷却系统包括冷却液箱4、除杂结构5和导液管13，所述冷却液箱4内灌满冷却液3，冷却液箱4的底部依次通过除杂结构5和单向流通阀6，与导液管13的上端相连，导液管13的下端依次垂直穿过换能器、变幅杆12和钻杆14。本实施例中，冷却液3自冷却液箱4流出，经过除杂结构5、单向流通阀6、换能器、变幅杆12和钻杆14，最终流向加工接触部位，导液管13促进冷却液3及时流向加工部位吸收热量，钻孔加工时无需再外接冷却系统。本专利技术中，所述换能器包括预应力螺栓7、后盖板8、电极片10、压电陶瓷片9和绝缘套筒20，所述预应力螺栓7的下端穿过后盖板8，与变幅杆12的上端面贴紧；在后盖板8与变幅杆12之间的预应力螺栓7上设有绝缘套筒20，绝缘套筒20的下端与变幅杆12的上端相连；沿绝缘套筒20的高度方向间隔布置环形的压电陶瓷片9和电极片10；所述电极片10通过导线17与感应线圈组相连；所述导线17穿过设于套杯内部的导线孔16。本实施例中，所述压电陶瓷片9为四片。本专利技术中，所述感应线圈组包括原边线圈19和副边线圈18。本实施例将传统换能器的碳刷接触式供电改变成感应供电，且原边线圈19固定于机床其他位置，不随机床主轴22旋转，副边线圈18固定在套杯2上，可随套杯18一起旋转，这种结构设计无需更换碳刷，使用寿命更长。本专利技术中，如图2所示，所述夹紧机构包括与套杯2顶部内侧配合的弹性夹头23，以及与套杯4顶部外侧配合的夹紧螺母1，所述弹性夹头23夹紧机床主轴22。本专利技术无需对机床主轴22作任何改动，当机床主轴22发生变化时，只需更换相应的弹性夹头23和夹紧螺母1即可。优选地，如图1、图3和图4所示，所述变幅杆12与钻杆14通过螺纹连接，方便钻杆14损坏后及时更换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波钻孔装置，其特征在于，主要由套杯、感应线圈组、冷却系统、换能器、变幅杆和钻杆，所述套杯顶部通过夹紧机构与机床主轴相连，套杯的下部开口，且套杯的外壁缠绕有与换能器匹配的感应线圈组；所述冷却系统和换能器内设于套杯的开口端内；所述换能器的驱动端与变幅杆的输入端相连，变幅杆通过连接螺栓固定于套杯的开口端端面，变幅杆的输出端与钻杆的上端相连，钻杆的下端设有刀具。

【技术特征摘要】
1.一种超声波钻孔装置，其特征在于，主要由套杯、感应线圈组、冷却系统、换能器、变幅杆和钻杆，所述套杯顶部通过夹紧机构与机床主轴相连，套杯的下部开口，且套杯的外壁缠绕有与换能器匹配的感应线圈组；所述冷却系统和换能器内设于套杯的开口端内；所述换能器的驱动端与变幅杆的输入端相连，变幅杆通过连接螺栓固定于套杯的开口端端面，变幅杆的输出端与钻杆的上端相连，钻杆的下端设有刀具。2.如权利要求1所述的超声波钻孔装置，其特征在于，所述冷却系统包括冷却液箱、除杂结构和导液管，所述冷却液箱内灌满冷却液，冷却液箱的底部通过除杂结构与导液管的上端相连，导液管的下端依次垂直穿过换能器、变幅杆和钻杆。3.如权利要求2所述的超声波钻孔装置，其特征在于，所述换能器包括预应力螺栓、后盖板、电极片、压电陶瓷片和绝缘套筒，所述预应力螺栓的下端穿过后盖板，与变幅杆的上端面贴紧；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，项超，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42