一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種攻絲主軸，更特別的說(shuō)，是涉及一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲 主軸。屬于金屬切削機(jī)床部件及螺紋加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在螺紋機(jī)械加工領(lǐng)域，采用普通攻絲方法加工難加工材料（如高強(qiáng)度鋼、鈦合金 和高溫合金等）的螺紋孔，經(jīng)常由于攻絲扭矩過(guò)大而導(dǎo)致絲錐折斷，造成工件報(bào)廢。振動(dòng)攻 絲能夠顯著降低攻絲扭矩，提高絲錐壽命及螺紋質(zhì)量，可以有效解決難加工材料的螺紋孔 攻絲這一加工難題。
[0003] 振動(dòng)攻絲技術(shù)是指在絲錐上附加一個(gè)沿被加工螺紋孔螺旋線的有規(guī)律的扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)，使傳統(tǒng)攻絲方法的連續(xù)切削過(guò)程變成斷續(xù)的切削過(guò)程。
[0004] 振動(dòng)攻絲機(jī)的主軸機(jī)構(gòu)有很多種形式，機(jī)械式振動(dòng)攻絲機(jī)主軸傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)采 用機(jī)械式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，這種主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，振幅調(diào)整困難，這些都一定程度 限制了其應(yīng)用范圍；采用步進(jìn)電機(jī)為振源的攻絲機(jī)，其主軸雖然機(jī)械結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，但是仍 然存在體積大，振動(dòng)慣量大，加工時(shí)對(duì)工件有沖擊，難以實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)加工，影響加工螺紋質(zhì)量， 甚至無(wú)法完成加工。為了實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)柔性攻絲，此類(lèi)主軸與攻絲卡頭之間一般采用滑動(dòng)副連 接。現(xiàn)有的振動(dòng)攻絲主軸多采用普通花鍵連接，一定程度解決了這個(gè)問(wèn)題，但是仍然有很多 缺點(diǎn)：
[0005] 1、主軸定位精度低，剛性差、間隙大，導(dǎo)致絲錐卡頭和主軸同心度差，影響螺紋精 度；
[0006] 2、由于普通花鍵摩擦阻力大，主軸磨損嚴(yán)重，壽命低，容易產(chǎn)生較大噪音；
[0007] 3、振動(dòng)攻絲過(guò)程中存在頻繁往復(fù)振動(dòng)，速度快，頻率高，會(huì)加劇主軸磨損，影響螺 紋加工精度，難以實(shí)現(xiàn)精密攻絲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提出一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，振動(dòng)源提供扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，利用滾 動(dòng)花鍵副傳遞扭矩，并可軸向浮動(dòng)，絲錐引扣后可以自引導(dǎo)進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)攻絲。本發(fā)明結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，振動(dòng)慣量小，定位精度高，傳遞扭矩大；攻絲噪音和對(duì)工件振動(dòng)沖擊小，延長(zhǎng)了刀具 壽命，提高了螺紋質(zhì)量；適用于不同振源振動(dòng)攻絲機(jī)，應(yīng)用范圍廣。
[0009] 本發(fā)明一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，它包括主軸套筒、花鍵系組件及連 接螺釘。三者之間的關(guān)系是：花鍵系組件置于主軸套筒內(nèi)，而通過(guò)螺釘將它們固接在一起。 [0010] 所述主軸套筒是中空帶臺(tái)階的軸狀件。其頭部通孔開(kāi)有鍵槽，尾部設(shè)置為主軸套 筒座。
[0011] 所述花鍵系組件，包括花鍵軸、花鍵套、彈簧及彈簧堵頭。其位置連接主關(guān)系是：彈 簧套接在花鍵軸上并一起插入花鍵套中，彈簧堵頭位于花鍵軸之上。該花鍵軸是中心帶孔 的圓軸，該花鍵套是帶法蘭的圓筒件；該彈簧是按需選用的市購(gòu)件；該彈簧堵頭是帶臺(tái)階 的軸狀件。
[0012] 本發(fā)明的原理及工況簡(jiǎn)介如下：
[0013] 主軸套筒與振動(dòng)源主軸通過(guò)鍵連接，主軸套筒座與花鍵套螺釘連接，花鍵軸作為 振動(dòng)輸出軸與花鍵套之間軸向浮動(dòng)，花鍵軸在非工作狀態(tài)下靠壓縮彈簧抬起，使其縮于主 軸套筒內(nèi)。攻絲時(shí)主軸套筒做低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，花鍵套帶動(dòng)花鍵軸也做低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，絲錐 開(kāi)始引扣后，由于絲錐產(chǎn)生具有公轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，工件會(huì)對(duì)絲錐產(chǎn)生一定平行于主軸軸線 方向的作用力，使絲錐根據(jù)加工螺紋的尺寸產(chǎn)生與周向運(yùn)動(dòng)成比例的軸向運(yùn)動(dòng)，花鍵軸軸 向浮動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的自引導(dǎo)進(jìn)給。振動(dòng)攻絲過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)，但是采用滾動(dòng)花 鍵結(jié)構(gòu)，花鍵軸的軸向振動(dòng)不會(huì)傳遞給主軸套筒，減少了機(jī)床的振動(dòng)；本發(fā)明主軸振動(dòng)慣量 小，對(duì)工件振動(dòng)沖擊小，可以實(shí)現(xiàn)精密振動(dòng)攻絲。
[0014] 設(shè)攻絲主軸整體質(zhì)量為M，軸向振幅為A，振動(dòng)頻率為F，則
[0015] 攻絲時(shí)主軸軸向振公式為y(t) = Asin(2 π Ft) (I)
[0016] 攻絲時(shí)主軸加速度為a = 一)=八(2補(bǔ))、丨1(27沿）， ⑵
[0017] 所以主軸對(duì)工件的沖擊力為P = Ma = ΜΑ(2 π F) 2Sin (2 π Ft)， (3)
[0018] 一般扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲過(guò)程中，絲錐各刀齒對(duì)已加工表面重復(fù)切削，使已加工表面彈 性回復(fù)量顯著下降，從根本上降低了絲錐后刀面的摩擦，從而大幅度降低了攻絲扭矩，顯著 提高了絲錐壽命。所以重復(fù)切削次數(shù)Q直接影響振動(dòng)攻絲效果。Q由回退量L e和純切削量 Lt決定，較大的重復(fù)切削次數(shù)Q有利于降低攻絲扭矩，提高螺紋質(zhì)量。而L e隨A增大而增 大。故當(dāng)保持Lt不變時(shí)，振幅A增大會(huì)使Q增大，但是振幅A增大后主軸對(duì)工件的沖擊也 隨之增大，影響攻絲效果。所以減輕主軸質(zhì)量M，可以減小主軸對(duì)工件的沖擊，同時(shí)可以采用 大的重復(fù)切削次數(shù)Q，提高螺紋質(zhì)量。
[0019] 從提高攻絲效率的角度來(lái)說(shuō)，提高攻絲頻率F和攻絲振幅A都有助于提高效率，但 是由公式（3)可以看出，這樣會(huì)增加主軸對(duì)工件的沖擊力。此外采用較大的純切削量L T& 有利于提高效率，但是這樣會(huì)使重復(fù)切削次數(shù)Q降低，影響螺紋加工質(zhì)量。
[0020] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，減輕質(zhì)量M，減小振動(dòng)慣量，降低了振動(dòng)攻絲時(shí)主軸對(duì)工件 孔的沖擊，又便于采用較高的頻率F和振幅A，有效提高攻絲加工效率。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0022] (1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，振動(dòng)慣量，傳遞扭矩大，承載能力強(qiáng)，對(duì)機(jī)床和工件沖擊小，并 且具有較長(zhǎng)的壽命。
[0023] (2)通過(guò)振動(dòng)源的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)直接帶動(dòng)花鍵軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，整個(gè)裝置中傳遞扭矩的部 件較少，有利于刀桿處實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)輸出。
[0024] (3)振動(dòng)源、主軸套筒、花鍵軸形成運(yùn)動(dòng)傳遞部件，該運(yùn)動(dòng)傳遞部件均為剛性，不存 在間隙，裝置整體精度和裝置使用壽命高，刀具的回轉(zhuǎn)精度高，攻絲螺紋質(zhì)量好。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸剖視圖。
[0026] 圖2是一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸結(jié)構(gòu)分解圖。
[0027] 其中：
[0028] 1.主軸套筒；la.是帶鍵槽的通孔；Ib.是主軸套筒座；2.花鍵系組件；2a.花鍵 軸；2b.花鍵套；2c.彈簧；2d.彈簧堵頭；3.螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 請(qǐng)參見(jiàn)附圖1、圖2所示，本發(fā)明一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，包括主軸 套筒1、花鍵系組件2及螺釘3?；ㄦI系組件包括花鍵軸2a、花鍵套2b、彈簧2c及彈簧堵頭 2d〇
[0031] 主軸套筒上帶鍵槽的通孔Ia內(nèi)有鍵槽，通過(guò)鍵與振動(dòng)源相連；彈簧2c套接在花鍵 軸2a上端，花鍵軸2a上端安裝有彈簧堵頭2d，花鍵軸2a的下端穿過(guò)花鍵套2b成為輸出 軸，花鍵軸2a、彈簧2c、彈簧堵頭2d和花鍵套2b的連接形成花鍵系，該花鍵系置于主軸套 筒帶鍵槽的通孔Ia內(nèi)；花鍵系組件的花鍵套2b與主軸套筒座Ib通過(guò)螺釘3連接。
[0032] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，在振動(dòng)源提供的低頻扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)條件下，主軸套筒1隨振動(dòng)源的輸出軸一起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；主軸套筒1下端套接有花鍵套2b， 花鍵套2b與花鍵軸2a軸組成的花鍵副可以傳遞扭矩，所以由花鍵套2b帶動(dòng)花鍵軸2a產(chǎn) 生低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，花鍵軸2a作為輸出軸與刀具連接。
[0033] 在加工過(guò)程中，刀具對(duì)工件進(jìn)行攻絲，引扣后，由于刀具產(chǎn)生具有公轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)，工件會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生一定平行于主軸軸線方向的作用力，使刀具根據(jù)加工螺紋的尺寸產(chǎn) 生與周向運(yùn)動(dòng)成比例的軸向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具對(duì)工件的自引導(dǎo)攻絲過(guò)程得以進(jìn)行。攻絲 過(guò)程的軸向浮動(dòng)通過(guò)花鍵2b與花鍵軸2a組成的滾動(dòng)花鍵副來(lái)實(shí)現(xiàn)。刀具的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng) 花鍵軸2a，花鍵軸2a可相對(duì)于花鍵套2b在軸向方向自由滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置的軸向浮動(dòng)功能， 對(duì)被加工的螺紋進(jìn)行有效的螺距補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲操作。
[0034] 加工過(guò)程中彈簧2c處于壓縮狀態(tài)，攻絲完成后，刀具反轉(zhuǎn)退出螺紋孔，在彈簧2c 的作用下，花鍵軸2a重新縮回主軸套筒1內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，其特征在于：它包括主軸套筒、花鍵系組件 及螺釘；花鍵系組件置于主軸套筒內(nèi)，而通過(guò)螺釘將它們固接在一起； 所述主軸套筒是中空帶臺(tái)階的軸狀件，其頭部通孔開(kāi)有鍵槽，尾部設(shè)置為主軸套筒 座； 所述花鍵系組件，包括花鍵軸、花鍵套、彈簧及彈簧堵頭；該彈簧套接在花鍵軸上并一 起插入花鍵套中，彈簧堵頭位于花鍵軸之上；該花鍵軸是中心帶孔的圓軸，該花鍵套是帶法 蘭的圓筒件，該彈簧堵頭是帶臺(tái)階的軸狀件。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自引導(dǎo)浮動(dòng)式扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲主軸，它包括主軸套筒、花鍵系組件及螺釘；花鍵系組件置于主軸套筒內(nèi)，而通過(guò)螺釘將它們固接在一起；該花鍵系組件包括花鍵軸、花鍵套、彈簧及彈簧堵頭。主軸套筒與振動(dòng)源主軸通過(guò)鍵連接，主軸套筒座與花鍵套通過(guò)螺釘連接，花鍵軸作為振動(dòng)輸出軸與花鍵套之間軸向浮動(dòng)，花鍵軸在非工作狀態(tài)下靠彈簧抬起，使其縮于主軸套筒內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，振動(dòng)慣量小，定位精度高，花鍵系組件提供了刀具的軸向浮動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)攻絲加工。
【IPC分類(lèi)】B23B19-02, B23G1-44
【公開(kāi)號(hào)】CN104801728
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510208345
【發(fā)明人】張德遠(yuǎn), 李光軍, 姜興剛, 李晉生
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日