一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴.pdf

本发明公开了一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，它包括主轴套筒、花键系组件及螺钉；花键系组件置于主轴套筒内，而通过螺钉将它们固接在一起；该花键系组件包括花键轴、花键套、弹簧及弹簧堵头。主轴套筒与振动源主轴通过键连接，主轴套筒座与花键套通过螺钉连接，花键轴作为振动输出轴与花键套之间轴向浮动，花键轴在非工作状态下靠弹簧抬起，使其缩于主轴套筒内。本发明结构简单，振动惯量小，定位精度高，花键系组件提供了刀具的轴向浮动，实现扭转振动攻丝加工。

1.  一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，其特征在于：它包括主轴套筒、花键系组件及螺钉；花键系组件置于主轴套筒内，而通过螺钉将它们固接在一起；
所述主轴套筒是中空带台阶的轴状件，其头部通孔开有键槽，尾部设置为主轴套筒座；
所述花键系组件，包括花键轴、花键套、弹簧及弹簧堵头；该弹簧套接在花键轴上并一起插入花键套中，弹簧堵头位于花键轴之上；该花键轴是中心带孔的圆轴，该花键套是带法兰的圆筒件，该弹簧堵头是带台阶的轴状件。

一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴
技术领域
本发明涉及一种攻丝主轴，更特别的说，是涉及一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴。属于金属切削机床部件及螺纹加工领域。
背景技术
在螺纹机械加工领域，采用普通攻丝方法加工难加工材料(如高强度钢、钛合金和高温合金等)的螺纹孔，经常由于攻丝扭矩过大而导致丝锥折断，造成工件报废。振动攻丝能够显著降低攻丝扭矩，提高丝锥寿命及螺纹质量，可以有效解决难加工材料的螺纹孔攻丝这一加工难题。
振动攻丝技术是指在丝锥上附加一个沿被加工螺纹孔螺旋线的有规律的扭转振动，使传统攻丝方法的连续切削过程变成断续的切削过程。
振动攻丝机的主轴机构有很多种形式，机械式振动攻丝机主轴传递转矩的同时采用机械式结构产生扭转振动，这种主轴结构复杂，体积大，振幅调整困难，这些都一定程度限制了其应用范围；采用步进电机为振源的攻丝机，其主轴虽然机械结构得以简化，但是仍然存在体积大，振动惯量大，加工时对工件有冲击，难以实现浮动加工，影响加工螺纹质量，甚至无法完成加工。为了实现浮动柔性攻丝，此类主轴与攻丝卡头之间一般采用滑动副连接。现有的振动攻丝主轴多采用普通花键连接，一定程度解决了这个问题，但是仍然有很多缺点：
1、主轴定位精度低，刚性差、间隙大，导致丝锥卡头和主轴同心度差，影响螺纹精度；
2、由于普通花键摩擦阻力大，主轴磨损严重，寿命低，容易产生较大噪音；
3、振动攻丝过程中存在频繁往复振动，速度快，频率高，会加剧主轴磨损，影响螺纹加工精度，难以实现精密攻丝。
发明内容
本发明提出一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，振动源提供扭转振动，利用滚动花键副传递扭矩，并可轴向浮动，丝锥引扣后可以自引导进给，实现振动攻丝。本发明结构简单， 振动惯量小，定位精度高，传递扭矩大；攻丝噪音和对工件振动冲击小，延长了刀具寿命，提高了螺纹质量；适用于不同振源振动攻丝机，应用范围广。
本发明一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，它包括主轴套筒、花键系组件及连接螺钉。三者之间的关系是：花键系组件置于主轴套筒内，而通过螺钉将它们固接在一起。
所述主轴套筒是中空带台阶的轴状件。其头部通孔开有键槽，尾部设置为主轴套筒座。
所述花键系组件，包括花键轴、花键套、弹簧及弹簧堵头。其位置连接主关系是：弹簧套接在花键轴上并一起插入花键套中，弹簧堵头位于花键轴之上。该花键轴是中心带孔的圆轴，该花键套是带法兰的圆筒件；该弹簧是按需选用的市购件；该弹簧堵头是带台阶的轴状件。
本发明的原理及工况简介如下：
主轴套筒与振动源主轴通过键连接，主轴套筒座与花键套螺钉连接，花键轴作为振动输出轴与花键套之间轴向浮动，花键轴在非工作状态下靠压缩弹簧抬起，使其缩于主轴套筒内。攻丝时主轴套筒做低频扭转振动，花键套带动花键轴也做低频扭转振动，丝锥开始引扣后，由于丝锥产生具有公转的扭转振动，工件会对丝锥产生一定平行于主轴轴线方向的作用力，使丝锥根据加工螺纹的尺寸产生与周向运动成比例的轴向运动，花键轴轴向浮动实现刀具对工件的自引导进给。振动攻丝过程中会产生轴向振动，但是采用滚动花键结构，花键轴的轴向振动不会传递给主轴套筒，减少了机床的振动；本发明主轴振动惯量小，对工件振动冲击小，可以实现精密振动攻丝。
设攻丝主轴整体质量为M，轴向振幅为A，振动频率为F，则
攻丝时主轴轴向振公式为y(t)＝Asin(2πFt)                  (1)
攻丝时主轴加速度为a=y(t)··=A(2πF)2sin(2πFt),---(2)]]>
所以主轴对工件的冲击力为P＝Ma＝MA(2πF)²sin(2πFt)，          (3)
一般扭转振动攻丝过程中，丝锥各刀齿对已加工表面重复切削，使已加工表面弹性回复量显著下降，从根本上降低了丝锥后刀面的摩擦，从而大幅度降低了攻丝扭矩，显著提高了丝锥寿命。所以重复切削次数Q直接影响振动攻丝效果。Q由回退量L_G和纯切削量L_T决定，较大的重复切削次数Q有利于降低攻丝扭矩，提高螺纹质量。而L_G随A增大而增大。故当保持L_T不变时，振幅A增大会使Q增大，但是振幅A增大后主轴对工件的冲击也随之增大，影响攻丝效果。所以减轻主轴质量M，可以减小主轴对工件的冲击，同时可以采用大的重复切削次数Q，提高螺纹质量。
从提高攻丝效率的角度来说，提高攻丝频率F和攻丝振幅A都有助于提高效率，但是由公式(3)可以看出，这样会增加主轴对工件的冲击力。此外采用较大的纯切削量L_T也有利于提高效率，但是这样会使重复切削次数Q降低，影响螺纹加工质量。
本发明结构简单紧凑，减轻质量M，减小振动惯量，降低了振动攻丝时主轴对工件孔的冲击，又便于采用较高的频率F和振幅A，有效提高攻丝加工效率。
本发明的优点在于：
(1)结构简单、紧凑，振动惯量，传递扭矩大，承载能力强，对机床和工件冲击小，并且具有较长的寿命。
(2)通过振动源的扭转振动直接带动花键轴扭转振动，整个装置中传递扭矩的部件较少，有利于刀杆处实现扭转输出。
(3)振动源、主轴套筒、花键轴形成运动传递部件，该运动传递部件均为刚性，不存在间隙，装置整体精度和装置使用寿命高，刀具的回转精度高，攻丝螺纹质量好。
附图说明
图1是一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴剖视图。
图2是一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴结构分解图。
其中：
1.主轴套筒；1a.是带键槽的通孔；1b.是主轴套筒座；2.花键系组件；2a.花键轴；2b.花键套；2c.弹簧；2d.弹簧堵头；3.螺钉。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
请参见附图1、图2所示，本发明一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，包括主轴套筒1、花键系组件2及螺钉3。花键系组件包括花键轴2a、花键套2b、弹簧2c及弹簧堵头2d。
主轴套筒上带键槽的通孔1a内有键槽，通过键与振动源相连；弹簧2c套接在花键轴2a上端，花键轴2a上端安装有弹簧堵头2d，花键轴2a的下端穿过花键套2b成为输出轴，花键轴2a、弹簧2c、弹簧堵头2d和花键套2b的连接形成花键系，该花键系置于主轴套筒带键槽的通孔1a内；花键系组件的花键套2b与主轴套筒座1b通过螺钉3连接。
本发明设计的一种自引导浮动式扭转振动攻丝主轴，在振动源提供的低频扭转振动条件下，主轴套筒1随振动源的输出轴一起扭转振动；主轴套筒1下端套接有花键套2b，花键套 2b与花键轴2a轴组成的花键副可以传递扭矩，所以由花键套2b带动花键轴2a产生低频扭转振动，花键轴2a作为输出轴与刀具连接。
在加工过程中，刀具对工件进行攻丝，引扣后，由于刀具产生具有公转的扭转振动，工件会对刀具产生一定平行于主轴轴线方向的作用力，使刀具根据加工螺纹的尺寸产生与周向运动成比例的轴向运动，从而实现刀具对工件的自引导攻丝过程得以进行。攻丝过程的轴向浮动通过花键2b与花键轴2a组成的滚动花键副来实现。刀具的上下运动带动花键轴2a，花键轴2a可相对于花键套2b在轴向方向自由滑动，实现装置的轴向浮动功能，对被加工的螺纹进行有效的螺距补偿，最终实现低频扭转振动攻丝操作。
加工过程中弹簧2c处于压缩状态，攻丝完成后，刀具反转退出螺纹孔，在弹簧2c的作用下，花键轴2a重新缩回主轴套筒1内。