国内常见振动钻孔装置整理归类

一、振动钻孔装置

１．主轴振动．

<1>（1）《新型微小孔振动钻床》杨兆军王立江

（2）原理：压电陶瓷振动元件直接振动主轴电机

压电陶瓷安装在精密中频主轴电机和套筒之间，在低频放大器的驱动下带动主轴电机作轴向振动。电机主轴轴承经调隙预紧，使主轴随电机一起振动。进给机构用步进电机做动力元件，驱动谐波减速器。齿轮与套筒上的齿条啮合，实现主轴的进给运动。在减速器输出轴和齿轮之间设置手动进给装置——机动进给装置转换。优点：钻床主体的其他部分与普通台钻相同。模拟切削力在0—8N变化时，钻头振幅小于8%，频率在100—400Hz范围变化时，振幅变化小于15%。由此说明钻床的承载能力较强，频率范围较宽。振动和切削参数采用单片微型计算机控制，操作方便。

(3)实验：采用直径0.28mm的高速钢麻花钻对18Cr2Ni4WA工件（属难加工材料）进行振动钻孔，振幅A=3µm，主轴转速15000r/min，进给速度60mm/min，振动频率250Hz；同时普通钻削（A=无穷大）钻孔。

对比指标：孔位置偏移量。

对比结果：振动钻床钻孔降低了孔的偏移量和孔径的分散程度，提高了加工精度。（4）结论：与各种振动工作台的振动钻削装置相比，振幅不受工件结构尺寸和重量的影响，具有良好的通用性。

<2>《微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计》黄文

摘要:超声振动钻削属于脉冲式的断续切削,在深孔加工方面具有普通孔加工技术无法比拟的工艺效果。文章介绍了作者基于高频振动切削原理设计的一台超声

轴向振动钻削装置的结构,并将该装置用于立式加工中心上对铝、 铜等材料进行了切削加工实验。实验结果表明, 超声振动加工可提高微细深孔的加工精度和表面质量, 这种方法特别适合于软质材料的微细深孔的精密和超精密加工。

（1）原理：超声波发生器将 220 V 、 50 Hz 的交流电转换成超声频电振荡信号,以向系统提供振动能量。压电陶瓷换能器将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动。轴向振动变幅杆将换能器输出的小振幅放大后有效地传递给工具系统,从而实现钻头的超声频振动。

（2）结构：

工作时,来自超声波发生器1 的励振和励磁电流,通过碳刷2 传送到集流环3 上, 再经过钎焊在集流环上的导线,与可以回转的压电陶瓷换能器( 由5、 6、 8、

9、 10 组成) 相接。换能器的输出端通过螺钉5 与锥型变幅杆11 的输入端相连,而变幅杆的输出端做成莫式锥柄状, 并与莫式短锥孔钻夹头14 相配。这样只要将直柄高速钢麻花钻15 紧固在钻夹头中就可以进行超声轴向振动钻削了。

本设计采用了数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器, 其最大输出功率为 500W, 输出频率为16 ~ 25 kHz 。超声轴向振动钻削装置振动频率为20 ±1 kHz 、 振幅为25m μ。压电陶瓷换能器的伸缩变形小,一般情况下,其振幅为4~ 10 m μ,而超声振动钻削对振幅的要求往往需要达到10~ 100 m μ,故超声波振动装置需要变幅杆放大振幅。

（3）实验：利用高速钢麻花钻对并分别对孔径 φ0. 2 mm 、0. 5 mm 、0. 8 mm 、

1. 0 mm、1. 5mm、

2. 0 mm、深径比L / D= 15 的铝、铜、聚碳酸脂试件进行振动钻削。

（4）结论：○1超声轴向振动装置特别适合于软质材料上的微细深孔，只要振动参数(振动频率和振幅)与切削参数(进给量、切削速度和切削深度)选择合理,超声轴向振动钻削能够显著地提高孔的加工精度和表面质量,还能够改善切削条件。○2结构装置复杂，实验前设备调整要求高。

<3>《振幅可调式深孔振动钻削装置的设计与应用》韩旭吴伏家

《低频机械式深孔振动钻削装置的设计与应用》徐旭松刘战锋彭海

摘要：介绍了一种新型振幅可调式振动钻削装置—偏心式振动装置的结构、特点、应用效果。

强迫振动切削装置有机械、电磁、电气、气动、液压等形式, 并可组成复合形式的振动装置(如机械-液压、电气-液压等)。

机械式振动装置, 结构简单、造价低、使用和维护方便, 振动参数受负载影响较小; 其结构有偏心式、曲柄- 滑块式、四连杆机构等。

（1）振动装置结构

工作原理：直流电动机通过皮带轮带动中心轴, 而中心轴与偏心套 1 为紧配合,偏心套2 和偏心套 1 为松配合, 可以调整两个偏心套的相对位置, 然后通过两端螺母压紧(未画出) , 随着中心轴一起作旋转运动。保持架可把由滚动轴承传来的偏心套2 的旋转运动转换成往复直线运动, 实现轴向振动。钻杆通过夹紧螺母固定在保持架上, 钻杆带动钻头, 随着保持架做轴向振动。振动箱安装在车床大托板上, 随大托板做轴向进给运动。工件转动, 钻头轴向进给同时振动, 实现了振动钻削。

（2）结论：○1用直流电机驱动振动装置, 振动频率在0～100 Hz内连续调节; ○2偏心量可以调节,不仅降低了偏心轮的制造精度和制造难度, 且使调整振幅方

便可靠, 振幅在0～0. 5mm的较大范围内连续可调,适应性强。

<4>《振动切削深孔加工技术的开发》薛万夫

我国最原始的机械类型振动钻削装置之一

普通车床上配用的一种凸轮式振动刀架的结构如图1所示.工作时电机带动凸轮回转,并推动滚子使振动轴带动刀具产生轴向振动,并配备有数显系统可显示主轴转速、振动频率及其比例关系,可实现无级调频,能根据加工需要随意调整振动参数,以达到更好的切削效果。

<5>《振动钻削新钻削力模型及定、变参数振动钻削的研究》王昕吉大博士论文

1993年杨兆军博士研制开发了利用压电陶瓷的电致伸缩效应来实现低频振动的钻削装置在该振动钻削装置中，如图1-2，电机轴即为钻削主轴，振源组件不需随主轴高速旋转，只需安装在主轴套筒和主轴电机之间，实现钻头与工件间的相

对振动。本论文中所作的实验都是在该装置上进行的。该钻床可按照加工要求随时改变振动频率Fre、振幅A、进给速度ft 的值来满足变参数的要求，其最大的参数变化范围为：（1）Fre:200-500Hz；（2）A：2-10μm；（3）ft：40-100mm/min。

H. G. Toews所进行的低频振动钻削研究使用的振源也是压电传感器，所不同的是，他们用压电传感器激振工件：测力仪置于工作台上，压电传感器固定在测力仪上表面，最上面连接用于夹持工件的夹具。这种激振方式，使得无论钻削进行与否，由于压电传感器的作用，对于测力仪总是有输入，需要对测量数据进行相应的处理；另外，该系统很难对重量较大的工件进行激振。

2.工作台振动

原理：与常见的刀具振动钻削不同，介绍了一个实现轴向振动的工作台。轴向振动工作台可以带动工件实现轴向振动。

<1>《工作台振动钻削的初步试验研究》刘普，李福援

（1）大多数试验是以刀具做周期性的振动，本文利用自行研制的振动工作台，通过调整振动工作台的振幅和振动频率来实现工件的轴向振动。

振动钻削试验台是由ＹＺＳ1.５－２型振动变频电动机作为激振源，用变频器调节电动机转速来改变激振力的频率，利用调整振动变频电动机轴上２个偏心块的相对角度来调整激振力的大小。

（2）实验：试验用钻床为Z512B台钻，刀具为直径5.2mm的高速钢麻花钻头，试验材料为硬铝（2Al2），工件厚度10mm，干切削（没有切削液）

○1进出口毛刺实验：在1400r/min主轴转速下，不同的振动频率（0、18、32、40）对硬铝进行钻孔加工，发现在18Hz下出口毛刺比传动钻削明显减小。

○2断屑实验：在1400r/min不变时，振动钻削能够实现自行断屑，振动频率大时，切屑长度短。