專利名稱：螺旋銑孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋銑孔裝置，尤其涉及大型工件多孔系的高效加工、難加工材 料生產(chǎn)中孔的高精度加工的螺旋銑孔方法與裝置，屬于切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
裝配制孔是飛機(jī)、大型飛行器制造裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制孔效率直接制約飛機(jī)總裝 周期，而制孔質(zhì)量也將直接影響連接結(jié)構(gòu)件的抗疲勞性能。對此，目前多采用傳統(tǒng)的鉆削加 工技術(shù)。但是鉆削制孔是一個(gè)連續(xù)的切削過程，對于導(dǎo)熱較差的鈦合金而言，鉆削熱量能迅 速導(dǎo)致刀具的磨損失效。其次，傳統(tǒng)鉆削的軸向力很大，對于碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料來說容易導(dǎo) 致撕裂、劈裂、起毛、分層等致命性缺陷。此外，對于航空領(lǐng)域大量復(fù)雜孔系的裝配制孔，采 用傳統(tǒng)的鉆削方式需要大量的換刀操作，這直接影響裝配制孔的生產(chǎn)效率。尤其隨著航空 結(jié)構(gòu)件向著薄壁化、整體化和復(fù)雜化方向發(fā)展，機(jī)體結(jié)構(gòu)長壽命、高質(zhì)量、高效率、氣動(dòng)等方 面的要求，使裝配制孔比以往要求更高、更精；同時(shí)，復(fù)合材料、鈦合金等難加工材料的用量 大幅度增加，這些都為大飛機(jī)的裝配采用新的制孔方法及其裝置提出了明顯需求。針對上 述問題，目前一種基于螺旋銑削原理的制孔工藝，因具有切削力小、加工精度好、制孔效率 高等優(yōu)勢，得到了國內(nèi)外航空制造業(yè)及各大研究院所的高度重視。美國專利US2003/0143049、PCT/SE2008/050719、PCT/SE03/00467 公開了幾種螺 旋銑孔方法及裝置，其工作原理都比較接近，刀具的徑向偏移均是通過分別具有偏心內(nèi)孔 的內(nèi)、外殼體的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生兩次偏心調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，且每個(gè)裝置都是利用三個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)刀具的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和軸向進(jìn)給。其優(yōu)點(diǎn)是刀具的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、軸向進(jìn)給三者的速度可單獨(dú) 控制，而且通過內(nèi)外殼體相互運(yùn)動(dòng)進(jìn)行偏心調(diào)節(jié)，使整個(gè)裝置的質(zhì)量偏心帶來的振動(dòng)得到 了很好抑制。但其裝置組成復(fù)雜，增添了影響制孔精度的干擾因素，并且重量較大，這對與 其配套的工作平臺(tái)的性能要求很高，如工業(yè)機(jī)器人。此外，中國申請(專利)號(hào)200910068518. 8，名稱螺旋銑孔方法及裝置，該裝置 也是由刀具的自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軸向進(jìn)給系統(tǒng)、徑向偏移機(jī)構(gòu)四部分組成，但其徑 向偏移是采用一個(gè)外為橢圓、內(nèi)為圓孔的內(nèi)套筒與一蝸輪蝸桿傳動(dòng)副來實(shí)現(xiàn)。刀具的旋轉(zhuǎn) 速度是由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)來控制，而刀具的軸向進(jìn)給是由帶有進(jìn)排氣量的 閥體來控制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜易導(dǎo)致制造困難、制作成本高、加工精度難以保證以及 重量大影響應(yīng)用效益等方面的不足，基于螺旋銑削原理提出了一種利用一級(jí)絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn) 刀具螺旋進(jìn)給與以光柵尺輔助徑向偏移定位的螺旋銑孔方法及裝置。一種螺旋銑孔裝置，其特征在于該裝置包括用以實(shí)現(xiàn)刀具的軸向進(jìn)給與公轉(zhuǎn)的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)、用以調(diào)節(jié)刀具相對 孔軸線公轉(zhuǎn)半徑的徑向偏移機(jī)構(gòu)、用于帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
3[0008]所述螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括柱形殼體、通過滑槽安裝于柱形殼體內(nèi)的滑動(dòng)支架、固定 于滑動(dòng)支架的公轉(zhuǎn)電機(jī)、一端與公轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸相連并通過螺紋運(yùn)動(dòng)副安裝于殼體內(nèi)的柱 形中空絲杠；所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括自轉(zhuǎn)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)通過所述徑向偏移機(jī)構(gòu)安裝于上述柱 形中空絲杠的另一端。所述徑向偏移機(jī)構(gòu)包括用于與中空絲杠固定相連的支撐端蓋、用于與自轉(zhuǎn)電機(jī) 固定相連的偏移滑塊，偏移滑塊上固定安裝或加工有齒條，支撐端蓋上安裝有與偏移滑塊 的齒條配合的驅(qū)動(dòng)齒輪；支撐端蓋與偏移滑塊之間還設(shè)置有與上述齒條平行的滑槽限位結(jié) 構(gòu)，設(shè)置有鎖緊螺釘和并緊螺栓。在支撐端蓋與偏移滑塊之間還設(shè)置有用于表示偏移量的 光柵尺。所述驅(qū)動(dòng)齒輪的內(nèi)孔一端被套裝于徑向偏移滑塊的固定芯軸上，另一端為內(nèi)六角 的扭轉(zhuǎn)固定孔。另外，上述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電源供給是通過固定于中空絲杠底部的導(dǎo)電滑環(huán)與固 定于滑動(dòng)支架上的固定電極間的電性連接來實(shí)現(xiàn)。一種根據(jù)上述螺旋銑孔裝置的螺旋銑孔方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、刀具通過徑向偏移機(jī)構(gòu)相對孔的中心軸線被調(diào)至一定的偏置狀態(tài)實(shí)現(xiàn)加 工孔半徑調(diào)節(jié)；步驟2、銑孔時(shí)，刀具的螺旋進(jìn)給通過絲杠副實(shí)現(xiàn)，而刀具自轉(zhuǎn)通過自轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí) 現(xiàn)；本發(fā)明具有如下效果1、由于軸向進(jìn)給與公轉(zhuǎn)是通過一級(jí)絲杠副實(shí)現(xiàn)，使螺旋銑 孔裝置結(jié)構(gòu)變得簡單易行，重量更輕，制造成本降低；2、因絲杠運(yùn)動(dòng)傳遞精度高，利用一級(jí) 絲杠副同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)給與公轉(zhuǎn)使制孔精度得到了可靠保證；3、徑向偏移調(diào)整采用一級(jí)齒 輪齒條驅(qū)動(dòng)，配以光柵尺使刀具與外殼體間能進(jìn)行精確定位，從而保證制孔的尺寸精度；4、 本發(fā)明涉及的方法與裝置區(qū)別于傳統(tǒng)鉆削方式，切削力小，散熱方便，刀具磨損小，可用于 鈦合金、碳纖復(fù)合增強(qiáng)材料等難加工材料的高精度孔系加工；5、本裝置重量輕盈，可用作機(jī) 器人自動(dòng)制孔的末端制孔單元，實(shí)現(xiàn)一些特殊場合的自動(dòng)制孔，如航空裝配制孔；6、能實(shí)現(xiàn) 一把刀具加工多種規(guī)格孔徑，避免了頻繁換刀，一次切削便可達(dá)到終孔尺寸，簡化了工藝流 程，提高了制孔效率。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的螺旋銑孔裝置一較佳實(shí)施案例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的刀具位于最大偏心狀態(tài)，且螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)的軸向進(jìn)給處于初始位 置的示意圖。圖3為本發(fā)明的刀具位于最大偏心狀態(tài)，且螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)的軸向進(jìn)給處于最大位 置的示意圖。圖4為本發(fā)明的徑向偏移機(jī)構(gòu)沿圖1剖切位置A-A的剖視圖。圖5為圖1的螺旋銑孔裝置的底部向視圖。圖6為本發(fā)明的螺旋銑孔方法一較佳實(shí)施案例的工作流程圖。圖1、圖2、圖3、圖4、圖5中標(biāo)號(hào)名稱1100、螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)，1101、柱形殼體，1102、 中空絲杠，1103、公轉(zhuǎn)電機(jī)，1104、導(dǎo)線，1105、滑動(dòng)支架，1106、固定螺栓，1107、固定電極， 1108、滑槽，1109、傳動(dòng)軸，1110、導(dǎo)電滑環(huán)，1111、并緊螺帽，1112、固定螺栓，1113、蓋板二，1114、蓋板一，1115、絲杠副。1200、徑向偏移機(jī)構(gòu)，1201、偏移滑塊，1202、芯軸，1203、驅(qū)動(dòng)齒輪，1204、光柵尺， 1205、支撐端蓋，1206、并緊螺栓，1207、鎖緊螺釘。1300、刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，1301、自轉(zhuǎn)電機(jī)，1302、刀具夾持機(jī)構(gòu)，1303、刀具。圖中e 表示刀具徑向偏移距離。圖6中標(biāo)號(hào)名稱401_404、方法實(shí)施步驟。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明的螺旋銑孔裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖1是本發(fā)明公開的一種螺旋銑孔裝置，該裝置主要包括螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)1100、徑 向偏移機(jī)構(gòu)1200、刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300。所述的徑向偏移機(jī)構(gòu)1200通過調(diào)整支撐端蓋1205 經(jīng)周向均布螺栓1112與螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)1100相連，同時(shí)通過徑向偏移滑塊1201與刀具自轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)1300固連。刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300，其自轉(zhuǎn)電機(jī)1301通過末端的刀具夾持機(jī)構(gòu)1302與一定直徑 的刀具1303相連。螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括柱形殼體1101、通過滑槽1108安裝于殼體內(nèi)的滑動(dòng)支架1105、 固定于滑動(dòng)支架1105的公轉(zhuǎn)電機(jī)1103、底部與公轉(zhuǎn)電機(jī)1103輸出軸相連并通過螺紋運(yùn)動(dòng) 副安裝于殼體內(nèi)的中空絲杠1102，還包括通過徑向偏移機(jī)構(gòu)1200安裝于中空絲杠1102上 部的自轉(zhuǎn)電機(jī)1301，自轉(zhuǎn)電機(jī)1301輸出軸安裝刀具1303 ；通過公轉(zhuǎn)電機(jī)1103驅(qū)動(dòng)中空絲 杠帶動(dòng)徑向偏移機(jī)構(gòu)1200和刀具1303同時(shí)進(jìn)行軸向進(jìn)給和公轉(zhuǎn)。徑向偏移機(jī)構(gòu)1200包括固定于中空絲杠1102上部的支撐端蓋1205、還包括用 于固定自轉(zhuǎn)電機(jī)的偏移滑塊1201，偏移滑塊1201 —側(cè)通過齒條與安裝于支撐端蓋上的驅(qū) 動(dòng)齒輪1203配合，另一側(cè)通過燕尾槽與支撐端蓋1205滑動(dòng)互配，同時(shí)偏移滑塊1201和支 撐端蓋1205間還設(shè)置有鎖緊螺釘1207和并緊螺栓1206，還包括用于顯示偏移滑塊1201與 支撐端蓋1205相對偏移量的光柵尺1204。該光柵尺1204的滑塊被固定在調(diào)整支撐端蓋 1205和偏移滑塊1201之一上，而導(dǎo)軌被固定在偏心調(diào)整支撐端蓋1205和偏移滑塊1201中 另一個(gè)上。上述驅(qū)動(dòng)齒輪1203的內(nèi)孔一端被套裝于徑向偏移滑塊的固定芯軸1202上，另 一端為內(nèi)六角的扭轉(zhuǎn)固定孔。徑向偏移機(jī)構(gòu)1200上端面固定了一防屑落蓋板一 1113，其上 方中心部位裝有一個(gè)隨刀具徑向偏移的防屑落蓋板二 1114。此外，刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300的電源供給是通過中空絲杠1102底部的導(dǎo)電滑環(huán)1110 在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終與滑動(dòng)支架1105上的固定電極1107間發(fā)生電性連接來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明裝置的工作原理如下銑孔時(shí)，首先根據(jù)孔的直徑利用徑向偏移機(jī)構(gòu)1200 將刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300相對柱形殼體1101的軸線調(diào)至所需偏置狀態(tài)，然后在螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu) 1100驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)一把由自轉(zhuǎn)電機(jī)1301帶動(dòng)的刀具對多種規(guī)格孔徑進(jìn)行連續(xù)的銑孔操作。 螺旋銑孔的一個(gè)較佳實(shí)施案例的工作流程如圖6所示。刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300，通過末端的刀具夾持機(jī)構(gòu)1302實(shí)現(xiàn)刀具1303的換刀與裝夾， 同時(shí)利用自轉(zhuǎn)電機(jī)1301的調(diào)速功能來孔控制刀具1303的轉(zhuǎn)速。徑向偏移調(diào)整如4所示。調(diào)整時(shí)，徑向偏移機(jī)構(gòu)1200，首先松開調(diào)整支撐端蓋1205 上端面兩并緊螺栓1206與一個(gè)側(cè)面的鎖緊螺釘1207，利用專用扭轉(zhuǎn)扳手旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪 1203，在燕尾槽貼合面與齒輪齒條副的共同作用下偏移滑塊1201帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300
5沿著柱形殼體1101的徑向進(jìn)行滑移，具體調(diào)偏位置由固定在偏移滑塊1201與調(diào)整支撐端 蓋1205間的光柵尺1204及其外帶數(shù)字顯示器(圖中未示出)來控制。到達(dá)所需位置時(shí)， 先擰緊側(cè)向鎖緊螺釘1207以消除齒輪齒條間傳遞間隙，然后并緊端面軸向并緊螺栓1206， 確保制孔時(shí)刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300與螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)1100之間的準(zhǔn)確定位。螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)1100工作時(shí)，該機(jī)構(gòu)的公轉(zhuǎn)電機(jī)1103通過傳動(dòng)軸1109帶動(dòng)中空絲 杠1102 —同產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)。由于該公轉(zhuǎn)電機(jī)1103的滑動(dòng)支架1105受到柱形殼體1101內(nèi) 表面上四等分滑槽1108的周向約束以及柱形殼體1101與中空絲杠1102間的螺旋運(yùn)動(dòng)傳 遞，所述中空絲杠1102、公轉(zhuǎn)電機(jī)1103及滑動(dòng)支架1205將刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300、徑向偏移機(jī) 構(gòu)1200 —起沿著柱形殼體1101軸線方向前后移動(dòng)，即完成刀具軸向的切削進(jìn)給。圖2、圖 3分別表示中空絲杠1102處于軸向進(jìn)給的初始位置和最大位置。因刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)1300經(jīng) 偏移機(jī)構(gòu)1200已調(diào)至相對柱形殼體1101處于偏置狀態(tài)，所述刀具1303在進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的 同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了相對孔軸線的螺旋式公轉(zhuǎn)，即銑孔刀具也完成了公轉(zhuǎn)的切削進(jìn)給，最終以螺 旋進(jìn)給達(dá)到螺旋銑孔目的。以上所述僅為本發(fā)明涉及的螺旋銑孔裝置及方法的一個(gè)較佳實(shí)施案例，但本發(fā)明 的實(shí)施范圍并不局限于此例。
權(quán)利要求一種螺旋銑孔裝置，其特征在于該裝置包括用以實(shí)現(xiàn)刀具(1303)的軸向進(jìn)給與公轉(zhuǎn)的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)(1100)、用以調(diào)節(jié)刀具(1303)相對孔軸線公轉(zhuǎn)半徑的徑向偏移機(jī)構(gòu)(1200)、用于帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(1300)；所述螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括柱形殼體(1101)、通過滑槽(1108)安裝于柱形殼體內(nèi)的滑動(dòng)支架(1105)、固定于滑動(dòng)支架(1105)的公轉(zhuǎn)電機(jī)(1103)、一端與公轉(zhuǎn)電機(jī)(1103)輸出軸相連并通過螺紋運(yùn)動(dòng)副安裝于殼體內(nèi)的柱形中空絲杠(1102)；所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(1300)包括自轉(zhuǎn)電機(jī)(1301)，自轉(zhuǎn)電機(jī)通過所述徑向偏移機(jī)構(gòu)(1200)安裝于上述柱形中空絲杠(1102)的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋銑孔裝置，其特征在于上述徑向偏移機(jī)構(gòu)包括用于與中空絲杠(1102)固定相連的支撐端蓋(1205)、用于與 自轉(zhuǎn)電機(jī)(1301)固定相連的偏移滑塊(1201)，偏移滑塊(1201)上固定安裝或加工有齒條， 支撐端蓋(1205)上安裝有與偏移滑塊的齒條配合的驅(qū)動(dòng)齒輪(1203)；支撐端蓋(1205)與 偏移滑塊(1201)之間還設(shè)置有與上述齒條平行的滑槽限位結(jié)構(gòu)，設(shè)置有鎖緊螺釘(1207) 和并緊螺栓(1206)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋銑孔裝置，其特征在于上述支撐端蓋(1205)與偏移滑塊(1201)之間還設(shè)置有用于表示偏移量的光柵尺 (1204)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺旋銑孔裝置，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)齒輪(1203)的內(nèi)孔一 端被套裝于徑向偏移滑塊(1201)的固定芯軸(1202)上，另一端為內(nèi)六角的扭轉(zhuǎn)固定孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋銑孔裝置，其特征在于上述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(1300)的電 源供給是通過固定于中空絲杠(1102)底部的導(dǎo)電滑環(huán)(1110)與固定于滑動(dòng)支架(1105) 上的固定電極(1107)間的電性連接來實(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種螺旋銑孔裝置，屬于切削加工技術(shù)領(lǐng)域。該裝置主要該裝置包括用以實(shí)現(xiàn)刀具(1303)的軸向進(jìn)給與公轉(zhuǎn)的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)(1100)、用以調(diào)節(jié)刀具(1303)相對孔軸線公轉(zhuǎn)半徑的徑向偏移機(jī)構(gòu)(1200)、用于帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(1300)。本實(shí)用新型涉及的裝置與方法能顯著提高大型工件表面復(fù)雜孔系的制造質(zhì)量與加工效率。
文檔編號(hào)B23C3/00GK201760639SQ20102014867
公開日2011年3月16日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者何寧, 單以才, 卞榮, 李亮, 楊吟飛, 秦曉杰, 趙威, 陳建立 申請人:南京航空航天大學(xué);南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院