一种小型低频振动钻孔装置

1.本发明涉及振动切削技术领域，具体为一种小型低频振动钻孔装置。


背景技术：

2.碳纤维复合材料由于其质量轻、强度高、耐腐蚀等优点，在航空航天、高铁等领域广泛应用。通常情况下，复合材料构件与其他结构件是通过螺纹或铆接方式联接，因此，钻孔就成为复合材料加工的重要工序。然而由于复合材料的特殊性质使钻孔过程变得十分困难。
3.超声振动钻削装置相对普通钻削轴向力更低，对钻头的磨损也有一定的减轻，表面加工质量也进一步提高。但是超声振动钻孔过程中，其断屑效果并不好，切削温度过高也不能得到有效解决，低频振动钻削可以有效断屑和降低切削温度。当前大部分低频振动装置大部分都是通过改造旧机床的主轴部分或者工作台来实现，这些设备十分笨重，不利于携带，加工地点限制多，不能得到充分利用。因此设计一种小型低频振动钻孔装置，对于有效解决新型材料孔加工问题具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明一种小型低频振动钻孔装置，包括床身、钻削模块、起振模块，
5.所述床身包括底座、工作台升降柱、立柱，所述工作台升降柱和立柱前后安装在底座上；工作台与立柱滑动连接，底座上方且位于立柱前面安装有工作台升降柱的固定端，工作台升降柱的移动端上方固定设置有工作台，立柱中间旋转安装有丝杠，丝杠通过轴承与底座旋转连接；立柱上端通过螺钉固定安装有顶盖，顶盖与电机固定连接；电机的输出轴固定连接丝杠；
6.钻削模块包括顶部电机、变速箱，顶部电机固定安装在变速箱顶部，顶部电机连接变速箱内部的变速结构并通过变速箱将动力传递至与变速箱输出轴固定连接的主轴上；变速箱与立柱滑动连接；主轴外部设置有主轴外壳，主轴下端与钻头可拆卸连接；
7.起振模块包括起振模块主轴，起振模块主轴与钻削模块主轴相互垂直，且起振模块主轴与钻削模块主轴位于同一平面内，下壳体的侧面固定安装起振模块外壳安装在钻削模块主轴上；起振模块包括普通摩擦轮和偏心摩擦轮，普通摩擦轮固定安装在钻削模块主轴上，而偏心摩擦轮安装在起振模块主轴上，起振模块主轴通过轴承安装在起振模块外壳内部；在普通摩擦轮下方安装弹簧。
8.优选的，所述立柱直立在底座上，立柱与底座固定连接，立柱整体为长方体，立柱侧面固定设置有导轨；工作台靠近立柱的一侧与导轨滑动配合，立柱为中空的结构。
9.优选的，所述立柱与导轨所在面垂直的两个侧面分别设置有照明灯和冷却液喷头，照明灯和冷却液喷头均通过万向导管与立柱相连。
10.优选的，所述变速箱侧面固定安装有导轨滑块，导轨滑块与导轨滑动相连；
11.所述主轴外壳分为上下两部分，两部分分别为上壳体和下壳体；上壳体和下壳体
螺钉连接在一起。
12.优选的，所述上壳体内腔为圆柱体，腔体由下到上分为三大段，直径逐渐增大，最下端的直径最大；中间段内腔轴线的垂直方向上开有一个通孔；内腔最上端的直径最小，在内腔外壁上设有圆环形凸起，将上端小直径腔体分为上下两段；圆环形凸起之下部分安装推力球轴承，承担轴向载荷；圆环形凸起之上安装滚针轴承；
13.所述下壳体内腔为圆柱形，下壳体上右侧开有斜方向上的油孔；所述下壳体侧面开孔，孔的轴线与钻削模块主轴的轴线位于同一平面内且相互垂直。
14.优选的，所述述钻削模块的主轴分为上主轴和下主轴；上主轴位于下主轴上方，上主轴与变速箱旋转相连；下主轴与刀具可拆卸相连；上主轴和下主轴之间通过滚珠花键副相连；
15.所述上主轴上有两段轴肩，位于上端的轴肩由下到上依次与一个端面球轴承和一个滚针轴承配合，端面球轴承和滚针轴承之间被圆环形凸起隔开；上壳体上方固定连接端盖，滚针轴承上端顶在上壳体的端盖下端面；
16.所述的端盖中心位置开孔，开孔用于上主轴穿过，端盖中部开有截面为梯形的环状槽，环状槽内部安装有密封橡胶圈；下主轴与下壳体通过滚珠花键相连，下主轴下端穿过第二端盖，第二端盖固定连接在下壳体上；
17.所述第二端盖中间开通孔，所述第二端盖中部开有环形的梯形槽，梯形槽内部安装有密封橡胶圈；密封橡胶圈内径与下主轴接触，第二端盖上表面中心有下沉孔，下沉孔的孔径大于通孔，下沉孔作为轴承座使用。
18.优选的，所述普通摩擦轮直径比偏心摩擦轮大；
19.普通摩擦轮和偏心摩擦轮接触，普通摩擦轮和偏心摩擦轮的轴线相互垂直，偏心摩擦轮的侧面与普通摩擦轮的端面接触。
20.优选的，所述起振模块主轴两端设置有螺纹，所述起振模块主轴一端设置有圆台，圆台的轴线与起振模块主轴存在偏心距；偏心摩擦轮安装在起振模块主轴右端；起振模块主轴的偏心距与偏心摩擦轮的偏心距相等，二者相互配合，实现振幅的调节；起振模块主轴旋转安装在旋转套右端盖之中，旋转套右端盖与旋转套、旋转套左端盖固定连接之后与起振模块外壳滑动连接，普通摩擦轮通过键和销安装在下主轴上；起振模块主轴通过一对深沟球轴承连接旋转套，所述旋转套左边固定连接旋转套左端盖。
21.优选的，所述旋转套左端盖固定连接的长圆柱体伸出起振模块外壳，旋转套左端盖与长圆柱体之间安装有密封圈；长圆柱体上安装有调整把手，所述旋转套左端盖依靠紧定螺钉安装在起振模块外壳内。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.1.不使用电动机作为振动来源，使振动装置结构简单紧凑，使设备小型化，利于携带，使加工更容易，且如果不需要振动切削，将起振模块拆掉即可实现普通钻削。
24.2.偏心轮机构设计在装置的内部，不仅可以增大传递效率，还能减少振动发生装置到刀具振动之间的能量损耗，使振幅传递效果更好。
25.3.通过调节两个摩擦轮之间的距离可以在一定范围内调整低频振动的频率、通过更换摩擦轮可以改变摩擦轮的振幅。
26.本发明一种小型低频振动钻孔装置，低频振动的振幅调节范围在0～0.6mm内，因
为本装置是关于轴和偏心轮的双偏心设计，对于轴和偏心轮设计其各偏心0.3mm。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明的低频振动钻削装置的总装配图；
29.图2为本发明的起振模块和钻削模块的装配图；
30.图3为本发明的下主轴的结构示意图；
31.图4为本发明的上壳体结构示意图；
32.图5为本发明的下壳体结构示意图；
33.图6为本发明的起振模块主轴的结构示意图；
34.图7为本发明的普通摩擦轮的结构示意图；
35.图8为本发明的第二端盖的结构示意图；
36.图9为本发明的旋转套的结构示意图；
37.图10为本发明的端盖的结构示意图；
38.图11为本发明的图2的a处放大结构示意图。
39.图中：底座(1)、工作台升降柱(2)、立柱(3)、导轨(3-1)、工作台(4)、照明灯(5)、冷却液喷头(6)、万向导管(7)、丝杠(8)、顶盖(9)、电机(10)、顶部电机(11)、变速箱(12)、导轨滑块(13)、上壳体(15)、通孔(15-1)、圆环形凸起(15-2)、下壳体(16)、油孔(16-1)、孔(16-2)、钻头(17)、起振模块主轴(18)、起振模块外壳(19)、普通摩擦轮(20)、端面(20-1)、偏心摩擦轮(21)、弹簧(22)、滚针轴承(23)、上主轴(24)、下主轴(25)、轴肩(25-1)、滚珠花键副(26)、端盖(27)、开孔(27-1)、环状槽(28-2)、第二端盖(29)、通孔(30-1)、梯形槽(30-2)、下沉孔(30-3)、密封橡胶圈(30)、旋转套(31)、旋转套右端盖(32)、旋转套左端盖(33)、长圆柱体(34-1)、紧定螺钉(35)，调整把手(34-2)。
具体实施方式
40.以下将以图示揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实物上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实物上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实物上的细节是非必要的。此外，为简化图示起见，一些习知惯用的结构与组件在图示中将以简单的示意的方式绘示之。
41.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
42.请参阅图1-10，本发明的一种小型低频振动钻孔装置，包括床身、钻削模块、起振模块，
43.所述床身包括底座1、工作台升降柱2、立柱3，所述工作台升降柱2和立柱3前后安装在底座1上；工作台4与立柱3滑动连接，底座1上方且位于立柱3前面安装有工作台升降柱2的固定端，工作台升降柱2的移动端上方固定设置有工作台4，立柱3中间旋转安装有丝杠8，丝杠8通过轴承与底座1旋转连接；立柱3上端通过螺钉固定安装有顶盖9，顶盖9与电机10
固定连接；电机10的输出轴固定连接丝杠8；
44.钻削模块包括顶部电机11、变速箱12，顶部电机11固定安装在变速箱12顶部，顶部电机11连接变速箱12内部的变速结构并通过变速箱12将动力传递至与变速箱12输出轴固定连接的主轴上；变速箱12与立柱3滑动连接；主轴外部设置有主轴外壳，主轴下端与钻头17可拆卸连接；
45.起振模块包括起振模块主轴18，起振模块主轴18与钻削模块主轴相互垂直，且起振模块主轴18与钻削模块主轴位于同一平面内，下壳体16的侧面固定安装起振模块外壳19安装在钻削模块主轴上；起振模块包括普通摩擦轮20和偏心摩擦轮21，普通摩擦轮20固定安装在钻削模块主轴上，而偏心摩擦轮21安装在起振模块主轴18上，起振模块主轴18通过轴承安装在起振模块外壳19内部；在普通摩擦轮20下方安装弹簧22。
46.进一步地，所述立柱3直立在底座1上，立柱3与底座1固定连接，立柱3整体为长方体，立柱3侧面固定设置有导轨3-1；工作台4靠近立柱3的一侧与导轨3-1滑动配合，立柱3为中空的结构。
47.进一步地，所述立柱3与导轨3-1所在面垂直的两个侧面分别设置有照明灯5和冷却液喷头6，照明灯5和冷却液喷头6均通过万向导管7与立柱3相连。
48.进一步地，所述变速箱12侧面固定安装有导轨滑块13，导轨滑块13与导轨3-1滑动相连；
49.所述主轴外壳分为上下两部分，两部分分别为上壳体15和下壳体16；上壳体15和下壳体16螺钉连接在一起。
50.进一步地，所述上壳体15内腔为圆柱体，腔体由下到上分为三大段，直径逐渐增大，最下端的直径最大；中间段内腔轴线的垂直方向上开有一个通孔15-1；内腔最上端的直径最小，在内腔外壁上设有圆环形凸起15-2，将上端小直径腔体分为上下两段；圆环形凸起15-2之下部分安装推力球轴承，承担轴向载荷；圆环形凸起15-2之上安装滚针轴承23；
51.所述下壳体16内腔为圆柱形，下壳体16上右侧开有斜方向上的油孔16-1；所述下壳体16侧面开孔16-2，孔16-2的轴线与钻削模块主轴的轴线位于同一平面内且相互垂直。
52.进一步地，所述述钻削模块的主轴分为上主轴24和下主轴25；上主轴24位于下主轴25上方，上主轴24与变速箱12旋转相连；下主轴25与刀具可拆卸相连；上主轴24和下主轴25之间通过滚珠花键副26相连；
53.所述上主轴24上有两段轴肩，位于上端的轴肩25-1由下到上依次与一个端面球轴承和一个滚针轴承配合，端面球轴承和滚针轴承之间被圆环形凸起15-2隔开；上壳体15上方固定连接端盖27，滚针轴承上端顶在上壳体15的端盖27下端面；
54.所述的端盖27中心位置开孔27-1，开孔27-1用于上主轴24穿过，端盖27中部开有截面为梯形的环状槽28-2，环状槽28-2内部安装有密封橡胶圈28；下主轴25与下壳体16通过滚珠花键相连，下主轴25下端穿过第二端盖29，第二端盖29固定连接在下壳体16上；
55.所述第二端盖29中间开通孔30-1，所述第二端盖29中部开有环形的梯形槽30-2，梯形槽30-2内部安装有密封橡胶圈30；密封橡胶圈30内径与下主轴25接触，第二端盖29上表面中心有下沉孔30-3，下沉孔30-3的孔径大于通孔30-1，下沉孔30-3作为轴承座使用。
56.进一步地，所述普通摩擦轮20直径比偏心摩擦轮21大；
57.普通摩擦轮20和偏心摩擦轮21接触，普通摩擦轮20和偏心摩擦轮21的轴线相互垂
直，偏心摩擦轮21的侧面与普通摩擦轮20的端面20-1接触。
58.进一步地，所述起振模块主轴18两端设置有螺纹，所述起振模块主轴18一端设置有圆台18-2，圆台18-2的轴线与起振模块主轴18存在偏心距；偏心摩擦轮21安装在起振模块主轴18右端；起振模块主轴18的偏心距与偏心摩擦轮21的偏心距相等，各偏心0.3mm，二者相互配合，实现振幅的调节；起振模块主轴18旋转安装在旋转套右端盖32之中，旋转套右端盖32与旋转套31、旋转套左端盖33固定连接之后与起振模块外壳19滑动连接，普通摩擦轮20通过键和销安装在下主轴25上；起振模块主轴18通过一对深沟球轴承连接旋转套31，所述旋转套31左边固定连接旋转套左端盖33。
59.进一步地，所述旋转套左端盖33固定连接的长圆柱体34-1伸出起振模块外壳19，旋转套左端盖33与长圆柱体34-1之间安装有密封圈；长圆柱体34-1上安装有调整把手34-2，所述旋转套左端盖33依靠紧定螺钉35安装在起振模块外壳19内。需要调节振动频率时，将紧定螺钉35松开，旋转套31与起振模块外壳19之间不在紧密接触，可以发相对移动，于是可以实现频率或者振幅的调节。
60.实施例：在使用时，被加工工件固定在工作台4上，钻削模块和起振模块安装在立柱的导轨3-1上，通过滚珠丝杠实现切削过程中的进给。在钻削过程中，起振模块通过偏心摩擦轮21和普通摩擦轮20之间不发生相对滑动，偏心摩擦轮21被普通摩擦轮20带着转动，由于偏心摩擦轮2偏心，使得摩擦轮20产生一个竖直方向的振动，实现低频振动钻削。需要调整时，松开紧定螺钉35，之后即可调节振幅和拉动调整把手34-2，即可改变偏心摩擦轮21和普通摩擦轮20的相对位置。偏心摩擦轮21和普通摩擦轮20的相对位置改变之后，偏心摩擦轮21的转速也会随之发生改变，转速的改变也使得有偏心产生的振动频率发生改变。若需要改变振幅，则将振模块外壳19上的紧定螺钉35拧开，拉动调整把手34-2将起振模块主轴18连同旋转套31一起拆出。拆除之后松开右端的双螺母，转动偏心摩擦轮21，使得振模块主轴18与偏心摩擦轮21之间产生一定的相对转动，由于二者存在偏心，在二者偏心距的整体作用下，完成振幅的改变。如果将起振模块整体拆出，即可实现普通钻削。
61.以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理以内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种小型低频振动钻孔装置，包括床身、钻削模块、起振模块，其特征在于：所述床身包括底座(1)、工作台升降柱(2)、立柱(3)，所述工作台升降柱(2)和立柱(3)前后安装在底座(1)上；工作台(4)与立柱(3)滑动连接，底座(1)上方且位于立柱(3)前面安装有工作台升降柱(2)的固定端，工作台升降柱(2)的移动端上方固定设置有工作台(4)，立柱(3)中间旋转安装有丝杠(8)，丝杠(8)通过轴承与底座(1)旋转连接；立柱(3)上端通过螺钉固定安装有顶盖(9)，顶盖(9)与电机(10)固定连接；电机(10)的输出轴固定连接丝杠(8)；钻削模块包括顶部电机(11)、变速箱(12)，顶部电机(11)固定安装在变速箱(12)顶部，顶部电机(11)连接变速箱(12)内部的变速结构并通过变速箱(12)将动力传递至与变速箱(12)输出轴固定连接的主轴上；变速箱(12)与立柱(3)滑动连接；主轴外部设置有主轴外壳，主轴下端与钻头(17)可拆卸连接；起振模块包括起振模块主轴(18)，起振模块主轴(18)与钻削模块主轴相互垂直，且起振模块主轴(18)与钻削模块主轴位于同一平面内，下壳体(16)的侧面固定安装起振模块外壳(19)安装在钻削模块主轴上；起振模块包括普通摩擦轮(20)和偏心摩擦轮(21)，普通摩擦轮(20)固定安装在钻削模块主轴上，而偏心摩擦轮(21)安装在起振模块主轴(18)上，起振模块主轴(18)通过轴承安装在起振模块外壳(19)内部；在普通摩擦轮(20)下方安装弹簧(22)。2.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述立柱(3)直立在底座(1)上，立柱(3)与底座(1)固定连接，立柱(3)整体为长方体，立柱(3)侧面固定设置有导轨(3-1)；工作台(4)靠近立柱(3)的一侧与导轨(3-1)滑动配合，立柱(3)为中空的结构。3.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述立柱(3)与导轨(3-1)所在面垂直的两个侧面分别设置有照明灯(5)和冷却液喷头(6)，照明灯(5)和冷却液喷头(6)均通过万向导管(7)与立柱(3)相连。4.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述变速箱(12)侧面固定安装有导轨滑块(13)，导轨滑块(13)与导轨(3-1)滑动相连；所述主轴外壳分为上下两部分，两部分分别为上壳体(15)和下壳体(16)；上壳体(15)和下壳体(16)螺钉连接在一起。5.根据权利要求4所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述上壳体(15)内腔为圆柱体，腔体由下到上分为三大段，直径逐渐增大，最下端的直径最大；中间段内腔轴线的垂直方向上开有一个通孔(15-1)；内腔最上端的直径最小，在内腔外壁上设有圆环形凸起(15-2)，将上端小直径腔体分为上下两段；圆环形凸起(15-2)之下部分安装推力球轴承，承担轴向载荷；圆环形凸起(15-2)之上安装滚针轴承(23)；所述下壳体(16)内腔为圆柱形，下壳体(16)上右侧开有斜方向上的油孔(16-1)；所述下壳体(16)侧面开孔(16-2)，孔(16-2)的轴线与钻削模块主轴的轴线位于同一平面内且相互垂直。6.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述述钻削模块的主轴分为上主轴(24)和下主轴(25)；上主轴(24)位于下主轴(25)上方，上主轴(24)与变速箱(12)旋转相连；下主轴(25)与刀具可拆卸相连；上主轴(24)和下主轴(25)之间通过滚珠
花键副(26)相连；所述上主轴(24)上有两段轴肩，位于上端的轴肩(25-1)由下到上依次与一个端面球轴承和一个滚针轴承配合，端面球轴承和滚针轴承之间被圆环形凸起(15-2)隔开；上壳体(15)上方固定连接端盖(27)，滚针轴承上端顶在上壳体(15)的端盖(27)下端面；所述的端盖(27)中心位置开孔(27-1)，开孔(27-1)用于上主轴(24)穿过，端盖(27)中部开有截面为梯形的环状槽(28-2)，环状槽(28-2)内部安装有密封橡胶圈(28)；下主轴(25)与下壳体(16)通过滚珠花键相连，下主轴(25)下端穿过第二端盖(29)，第二端盖(29)固定连接在下壳体(16)上；所述第二端盖(29)中间开通孔(30-1)，所述第二端盖(29)中部开有环形的梯形槽(30-2)，梯形槽(30-2)内部安装有密封橡胶圈(30)；密封橡胶圈(30)内径与下主轴(25)接触，第二端盖(29)上表面中心有下沉孔(30-3)，下沉孔(30-3)的孔径大于通孔(30-1)，下沉孔(30-3)作为轴承座使用。7.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述普通摩擦轮(20)直径比偏心摩擦轮(21)大；普通摩擦轮(20)和偏心摩擦轮(21)接触，普通摩擦轮(20)和偏心摩擦轮(21的轴线相互垂直，偏心摩擦轮(21)的侧面与普通摩擦轮(20)的端面(20-1)接触。8.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述起振模块主轴(18)两端设置有螺纹，所述起振模块主轴(18)一端设置有圆台(18-2)，圆台(18-2)的轴线与起振模块主轴(18)存在偏心距；偏心摩擦轮(21)安装在起振模块主轴(18)右端；起振模块主轴(18)的偏心距与偏心摩擦轮(21)的偏心距相等，二者相互配合，实现振幅的调节；起振模块主轴(18)旋转安装在旋转套右端盖(32)之中，旋转套右端盖(32)与旋转套(31)、旋转套左端盖(33)固定连接之后与起振模块外壳(19)滑动连接，普通摩擦轮(20)通过键和销安装在下主轴(25)上；起振模块主轴(18)通过一对深沟球轴承连接旋转套(31)，所述旋转套(31)左边固定连接旋转套左端盖(33)。9.根据权利要求1所述的一种小型低频振动钻孔装置，其特征在于，所述旋转套左端盖(33)固定连接的长圆柱体(34-1)伸出起振模块外壳(19)，旋转套左端盖(33)与长圆柱体(34-1)之间安装有密封圈；长圆柱体(34-1)上安装有调整把手(34-2)，所述旋转套左端盖(33)依靠紧定螺钉(35)安装在起振模块外壳(19)内。

技术总结
本发明公开了一种小型低频振动钻孔装置，包括床身、钻削模块、起振模块，床身包括底座、工作台升降柱、立柱，所述工作台升降柱和立柱前后安装在底座上；工作台与立柱滑动连接，丝杠通过轴承与底座旋转连接；立柱上端通过螺钉固定安装有顶盖，顶盖与电机固定连接；电机的输出轴固定连接丝杠；钻削模块包括顶部电机、变速箱，顶部电机固定安装在变速箱顶部；起振模块包括起振模块主轴，起振模块主轴与钻削模块主轴相互垂直，起振模块包括普通摩擦轮和偏心摩擦轮，在普通摩擦轮下方安装弹簧。振动装置结构简单紧凑，使设备小型化，利于携带，使加工更容易，且如果不需要振动切削，将起振模块拆掉即可实现普通钻削。拆掉即可实现普通钻削。拆掉即可实现普通钻削。


技术研发人员：杨振朝 郭昊 陈子阳 刘帅 原文豪 李言
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/15