專利名稱：基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置及方法，屬于螺旋銑孔加工技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床，是現(xiàn)代機(jī)器制造業(yè)的主流設(shè)備，被視為一國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。數(shù)控 機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的柔性化制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)機(jī)械加工裝備產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè) 的重要基礎(chǔ)，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異 而穩(wěn)定的精度、靈活而多樣化的功能引起世人矚目。它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展 的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。通過持續(xù)地開發(fā)研究以及對(duì) 信息技術(shù)的深化應(yīng)用，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床性能和質(zhì)量的進(jìn)一步提升，使數(shù)控機(jī)床成為國民經(jīng) 濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要制造裝備。如何提高數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量成為了人們?nèi)找嬷匾暤囊粋€(gè)問題，本專利針對(duì)銑孔 這一操作對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了 一些改進(jìn)。。美國專利US0143049公開了一種用于螺旋銑孔的手動(dòng)工具，專利名稱Hand Tool Apparatus For Orbital Drilling.該裝置包括刀具的自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、公轉(zhuǎn)系統(tǒng)、軸向進(jìn)給系統(tǒng) 以及徑向偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)。工作時(shí)，偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)利用螺紋傳動(dòng)將刀具相對(duì)孔的軸線進(jìn)行徑 向偏心調(diào)整，為了實(shí)現(xiàn)螺旋銑孔功能，刀具的自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、公轉(zhuǎn)系統(tǒng)、軸向進(jìn)給系統(tǒng)被分別配 置了一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，刀具的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，該齒輪承擔(dān)周向轉(zhuǎn)動(dòng)與軸 向滑動(dòng)的雙重運(yùn)動(dòng)功能。此外，美國專利PCT/SE2008/050719也公開了一種螺旋鉆孔單元，專利名稱An Orbital Drilling Tool Unit.該裝置主要包括刀具自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)。工作 時(shí)，其偏心調(diào)整是通過在線控制伺服電機(jī)經(jīng)一個(gè)齒輪減速器與一級(jí)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)具有內(nèi)孔外 圓偏心的刀具自轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐殼體來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，中國申請(qǐng)(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。刀具的 徑向偏移是采用一個(gè)外為橢圓、內(nèi)為圓孔的內(nèi)殼體與一蝸輪蝸桿傳動(dòng)副實(shí)現(xiàn)了刀具自轉(zhuǎn)系 統(tǒng)的偏心調(diào)整。刀具的旋轉(zhuǎn)速度是由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)來控制， 而刀具沿軸向的進(jìn)給量是由帶有進(jìn)排氣量的閥體來控制。美國專利An Orbital Drilling Tool Unit與本專利最為接近，但是由于其采用 帶輪控制偏心，偏心調(diào)整好之后不具有自鎖的功能，同時(shí)引入伺服電機(jī)控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 其他的專利對(duì)于偏心調(diào)節(jié)有所改進(jìn)，但是都作為一種獨(dú)立的銑孔裝置，不能很好的與數(shù)控 機(jī)床結(jié)合，這就大大限制了它們的應(yīng)用范圍。而數(shù)控機(jī)床的螺旋銑孔是通過主軸的向下進(jìn) 給與周向圓弧的插補(bǔ)這兩方面同時(shí)進(jìn)行完成的。由于插補(bǔ)的操作，必不可免的就有殘差的 存在，影響到制孔的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種避免插補(bǔ)誤差、提高制孔精度的基于數(shù)控機(jī)床上的螺 旋銑孔裝置及方法。一種基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置，其特征在于包括氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)、氣動(dòng) 主軸及其供氣機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、加工刀具；其中氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)包括外筒、內(nèi)筒、下端 蓋、下軸承、上端蓋、上軸承、刀柄；其中下端蓋與外筒下端固定，上端蓋與外筒上端固定，內(nèi) 筒上端通過上軸承安裝于上端蓋上，內(nèi)筒下端通過下軸承安裝于下端蓋上；刀柄一端與下 端蓋固定另一端與數(shù)控加工中心相連；其中氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)包括固定于下端蓋上的 環(huán)形擋塊I和環(huán)形擋塊II，以及嵌于上述兩擋塊之間的可與其相對(duì)滑動(dòng)的環(huán)形T型塊，上 述兩擋塊和環(huán)形T型塊與下端蓋形成一個(gè)供氣腔；上述氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)還包括固定 于內(nèi)筒內(nèi)的偏心安裝的氣動(dòng)主軸、一端連接氣動(dòng)主軸另一端連接供氣腔的內(nèi)氣管、一端連 接供氣腔另一端連接氣源的外氣管；上述氣動(dòng)主軸伸出上端蓋并與加工刀具連接；其中徑 向偏移機(jī)構(gòu)由一個(gè)固定且套裝于內(nèi)筒外側(cè)的蝸輪和一個(gè)通過軸承安裝于外筒上的與該蝸 輪配合的蝸桿組成。利用上述基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置的螺旋銑孔方法，其特征在于包括以下 過程(a)、利用刀柄將螺旋銑孔裝置集成到數(shù)控機(jī)床上，由數(shù)控機(jī)床的主軸提供公轉(zhuǎn)與進(jìn) 給兩方向上的運(yùn)動(dòng)；(b)、由氣動(dòng)主軸帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)；(C)、由蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)筒相對(duì) 外筒的偏心量，即調(diào)節(jié)了刀具相對(duì)于刀柄的偏心量。數(shù)控機(jī)床是靠插補(bǔ)來完成曲線加工的，插補(bǔ)過程中刀具不是嚴(yán)格地按照要求加工 的曲線運(yùn)動(dòng)，而是用折線軌跡逼近所要加工的曲線，這就存在一個(gè)較大的加工誤差。而螺旋 銑孔又是數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用面比較廣的操作，減小甚至消除數(shù)控機(jī)床上由螺旋銑孔時(shí)產(chǎn)生的 插補(bǔ)誤差，提高制孔精度，具有重要意義。螺旋銑孔方法很好的解決了這一問題，它存在一 個(gè)公轉(zhuǎn)，一個(gè)自轉(zhuǎn)和一個(gè)進(jìn)給三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得刀具走的路徑是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 的圓，這就避免了插補(bǔ)誤差的產(chǎn)生，再配合自轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)材料的去除，；來完成了精 確的銑孔操作。國內(nèi)外專利也已對(duì)此進(jìn)行了一系列的研究，如上一節(jié)所述。針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有專利技術(shù)不能很好的與數(shù)控機(jī)床配合，限制了其使用范圍；以及國 外的現(xiàn)有專利技術(shù)在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜并缺少鎖緊機(jī)構(gòu)的問題。本專利給出了一種新的改進(jìn)的方 法，首先，將刀柄與銑孔單元整合到一起，這就方便的與數(shù)控機(jī)床相配合，大大提高了裝置 的應(yīng)用范圍；其次采用蝸輪，蝸桿的配合來調(diào)節(jié)偏心，調(diào)節(jié)精度高且易于自鎖，解決了調(diào)偏 之后的鎖緊問題。使該專利具有了更好的可行性。本發(fā)明具有如下效果1、發(fā)明中的刀柄為標(biāo)準(zhǔn)的刀柄加工而來，大大提高了應(yīng)用 的范圍；2、發(fā)明中的裝置通過刀柄與機(jī)床配合，實(shí)現(xiàn)不需要插補(bǔ)即可完成螺旋銑孔的操作。 對(duì)于數(shù)控機(jī)床提高制孔精度具有極大的促進(jìn)意義，并應(yīng)用了螺旋銑孔的方法，大大提高了 加工效率。3、由于采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)調(diào)節(jié)偏移量，傳動(dòng)比大、易于自鎖，可調(diào)范圍增大；4、由 于采用氣動(dòng)馬達(dá)作為自轉(zhuǎn)主軸，易于實(shí)現(xiàn)高速加工，提高效率；5、本發(fā)明能實(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.為本發(fā)明的螺旋銑孔裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2.為本發(fā)明的徑向偏移機(jī)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3.為本發(fā)明的俯視圖，圖中，刀具位于最大偏移量位置；
圖中標(biāo)號(hào)名稱101.外筒，102.內(nèi)筒，103.下端蓋，104.下軸承，105.上端蓋，106.上 軸承，107.刀柄；201.環(huán)形擋塊I，202.環(huán)形擋塊11，203。環(huán)形T型塊，204.氣動(dòng)主軸， 205.內(nèi)氣管，206.外氣管；301.蝸輪，302.蝸桿；401.加工刀具；圖中各機(jī)構(gòu)連接部位的螺 栓與定位銷未畫出。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔方法及裝置，主要是利用加工過的刀柄 將該裝置安裝于數(shù)控機(jī)床上，將數(shù)控機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)用于螺旋銑孔中的公轉(zhuǎn)，并由數(shù)控機(jī) 床提供進(jìn)給，裝置自身提供刀具的自轉(zhuǎn)以及偏移量的調(diào)節(jié)，這樣在機(jī)床主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，加 工刀具將圍繞機(jī)床主軸的軸線產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，配合機(jī)床主軸的進(jìn)給，最終實(shí)現(xiàn)一把刀具能對(duì)多 種不同孔徑進(jìn)行螺旋銑孔操作。以下具體介紹本發(fā)明涉及方法和裝置的具體實(shí)施方案。圖1是本發(fā)明公開的一種基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔方法及裝置，該裝置主要包 括氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)和加工刀具四部分。氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)，通過加工過的刀柄107與數(shù)控機(jī)床相連，刀柄107與下端蓋 103通過刀柄末端的螺紋相連，外筒101向下與下端蓋103通過外圍的均布螺栓固連，向上 與外殼體端蓋105固連，從而組成一個(gè)完整的外殼體，內(nèi)筒102通過上軸承106和下軸承 104可旋轉(zhuǎn)的固定于外殼體內(nèi)部，并存在一個(gè)偏心。氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)主軸204上端與加工刀具401相連，并通過端面的偏 心的安裝孔安裝于內(nèi)筒102上，內(nèi)氣管205通過接頭一端連接在氣動(dòng)主軸204上，一端連 接在下端蓋103上，接受來自氣源通過環(huán)形T型塊203供的氣，用以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)主軸。環(huán)形T 型塊203通過環(huán)形擋塊I 201和環(huán)形擋塊II 202可旋轉(zhuǎn)的固定在下端蓋103上，環(huán)形擋塊 I 201和環(huán)形擋塊II 202通過周向均布的螺釘固定于下端蓋103上。徑向偏移機(jī)構(gòu)，蝸輪301通過過盈配合安裝于內(nèi)筒102上，并通過鍵將扭矩傳到內(nèi) 筒102上，蝸桿302通過軸承安裝于外筒101上，并由軸承蓋軸向固定，蝸桿302 —端位于 外筒101外部，用于調(diào)節(jié)偏心。本發(fā)明裝置的工作原理如下制孔時(shí)，該螺旋銑孔裝置首先利用徑向偏移機(jī)構(gòu)將 氣動(dòng)主軸相對(duì)制孔軸線調(diào)至所需的偏置狀態(tài)，再利用氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)將氣動(dòng)力輸 入，使氣動(dòng)主軸實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)，然后通過氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)將數(shù)控機(jī)床的公轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳送 到銑孔裝置上完成銑孔操作。徑向偏移調(diào)整如2所示。首先記錄內(nèi)筒102的無偏移位置為初始位置，通過要制 孔的尺寸，推導(dǎo)出偏移量，計(jì)算出蝸輪301旋轉(zhuǎn)的角度，然后根據(jù)蝸輪301蝸桿302的傳動(dòng) 比，計(jì)算出蝸桿相對(duì)于初始位置的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，然后調(diào)節(jié)蝸桿301在外筒101外部的軸，轉(zhuǎn)到
預(yù)期位置。氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)主軸204的供氣主要通過由環(huán)形擋塊I 201、環(huán)形擋 塊II 202和可周向旋轉(zhuǎn)的環(huán)形T型塊203組成的供氣腔供入，工作時(shí)，數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣 動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，環(huán)形T型塊203相對(duì)于機(jī)床體不動(dòng)，保證外部的氣管不被繞死，順利將氣輸入。氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)中的內(nèi)筒102，其與氣動(dòng)主軸的安裝孔與自身的軸線有一個(gè)偏 移量e，上端蓋105與下端蓋103上的軸承安裝孔與外筒101的軸線之間也存在一個(gè)同樣的 偏移量e，當(dāng)氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)安裝好之后，加工刀具與外殼體中心加工孔軸線就存在一個(gè) 最大值2e可調(diào)偏心量，如圖3所示。以上所述僅為本發(fā)明涉及的基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔方法及裝置的一個(gè)較佳 實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施范圍并不局限于此例。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)控機(jī)床的螺旋銑孔裝置，其特征在于包括氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、加工刀具(401)； 其中氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)包括外筒(101)、內(nèi)筒(102)、下端蓋(103)、下軸承(104)、上端 蓋(105)、上軸承(106)、刀柄(107)；其中下端蓋與外筒下端固定，上端蓋與外筒上端固定， 內(nèi)筒上端通過上軸承安裝于上端蓋上，內(nèi)筒下端通過下軸承安裝于下端蓋上；刀柄一端與 下端蓋固定另一端與數(shù)控加工中心相連；其中氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)包括固定于下端蓋上的環(huán)形擋塊I (201)和環(huán)形擋塊II (202)，以及嵌于上述兩擋塊之間的可與其相對(duì)滑動(dòng)的環(huán)形T型塊(203)，上述兩擋塊和環(huán) 形T型塊與下端蓋形成一個(gè)供氣腔；上述氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)還包括固定于內(nèi)筒內(nèi)的偏 心安裝的氣動(dòng)主軸(204)、一端連接氣動(dòng)主軸另一端連接供氣腔的內(nèi)氣管(205)、一端連接 供氣腔另一端連接氣源的外氣管(206)；上述氣動(dòng)主軸伸出上端蓋并與加工刀具(401)連 接；其中徑向偏移機(jī)構(gòu)由一個(gè)固定且套裝于內(nèi)筒外側(cè)的蝸輪(301)和一個(gè)通過軸承安裝于 外筒上的與該蝸輪配合的蝸桿(302)組成。
2.利用權(quán)利要求1所述基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置的螺旋銑孔方法，其特征在于 包括以下過程(a)、利用刀柄將螺旋銑孔裝置集成到數(shù)控機(jī)床上，由數(shù)控機(jī)床的主軸提供公轉(zhuǎn)與進(jìn)給 兩方向上的運(yùn)動(dòng)；(b)、由氣動(dòng)主軸帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)；(C)、由蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)筒相對(duì)外筒的偏心量，即調(diào)節(jié)了刀具相對(duì)于刀柄的偏心量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)控機(jī)床上的螺旋銑孔裝置及方法，屬于螺旋銑孔加工技術(shù)領(lǐng)域。該裝置基于螺旋銑削原理，通過加工過的刀柄與數(shù)控機(jī)床配合，由數(shù)控機(jī)床提供制孔所需的公轉(zhuǎn)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由氣動(dòng)主軸提供自轉(zhuǎn)，由蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)偏移量來實(shí)現(xiàn)螺旋銑孔。其裝置包括氣動(dòng)主軸固定機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)主軸及其供氣機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)偏便捷、性能可靠、加工精度高、應(yīng)用范圍廣、簡化了數(shù)控編程、顯著提高加工效率。
文檔編號(hào)B23Q5/32GK102139388SQ20111008815
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者何寧, 單以才, 李亮, 楊吟飛, 秦曉杰, 陳建立 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)