專利名稱：一種用于車床的螺旋銑孔裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的一種銑孔裝置及其方法，具體涉及的是一種用于車床的螺旋銑孔裝置及其方法，屬于切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)車床采用鉆頭、鏜刀、鉸刀，能完成鉆孔、鏜孔、擴(kuò)孔、鉸孔等一系列加工。但由于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔的過程均屬于半封閉的連續(xù)切削，不宜排除的大量切削熱能迅速引起刀具過熱而產(chǎn)生退火失效，經(jīng)常出現(xiàn)停車進(jìn)行刀具刃磨；同時帶狀鉆屑使鉆孔過程需設(shè)置退刀環(huán)節(jié)；對于工件的不同孔徑，需提供多把刀具，而且還要頻繁換刀。這些將直接影響傳統(tǒng)車床的制孔效率。加工精度方面，利用車床尾架進(jìn)行的鉆孔通常適用于粗加工階段，其鉆孔精度一般為IT13 IT11，粗糙度可達(dá)Ra50 12.5。對于一些高精度的內(nèi)孔，必須通過預(yù)制底 ？L——擴(kuò)孔——鍵孔/鉸孔等多道組合工序。而且孔的精度與質(zhì)量是由刀具的幾何形狀與公差直接決定，日常生產(chǎn)中常因刀具種類繁多而誤用刀具引起工件報廢情形。尤其對于碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料來說，由于傳統(tǒng)鉆削的軸向力很大，撕裂、劈裂、起毛、分層等致命性缺陷時有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種刀具更換頻率少、磨損率低、可提高制孔效率的螺旋銑孔裝置及其方法，且制得的孔面質(zhì)量好。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明的用于車床的螺旋銑孔裝置，包括刀具、與刀具相連接的刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和可調(diào)節(jié)刀具自轉(zhuǎn)軸線與車床主軸線沿X軸方向等高的高度調(diào)節(jié)裝置，刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過固定支架與高度調(diào)節(jié)裝置相連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便于安裝，制造成本低。上述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括安裝在固定支架上端的驅(qū)動裝置和用于連接驅(qū)動裝置與刀具的刀具夾持機(jī)構(gòu)，驅(qū)動裝置包括輸出軸和可控制輸出軸轉(zhuǎn)速的運動控制器。上述刀具夾持機(jī)構(gòu)包括夾具體、安裝在夾具體一端內(nèi)的彈簧夾頭和設(shè)置在夾具體上用于固定彈簧夾頭的并緊螺帽；刀具的一端貫穿并緊螺帽并安裝在彈簧夾頭中，輸出軸設(shè)置在夾具體的另一端內(nèi)；所述刀具、輸出軸和夾具體同軸安裝。上述高度調(diào)節(jié)裝置包括與固定支架底端相連接的活動墊塊、設(shè)置在活動墊塊下方的固定墊塊和調(diào)高部件；調(diào)高部件包括安裝在固定墊塊一側(cè)的多個高度調(diào)節(jié)螺柱和安裝在另一側(cè)的主動齒輪軸及多個被動齒輪軸，主動齒輪軸和被動齒輪軸上分別設(shè)有主動齒輪和均與主動齒輪相嚙合的被動齒輪；高度調(diào)節(jié)螺柱及主動齒輪軸的另一端分別設(shè)有用于驅(qū)動高度調(diào)節(jié)螺柱及主動齒輪軸旋轉(zhuǎn)的第一內(nèi)六角孔和第二內(nèi)六角孔，被動齒輪軸的另一端與活動墊塊相連接。上述活動墊塊及固定支架上分別設(shè)有與第一內(nèi)六角孔及第二內(nèi)六角孔相對應(yīng)的
4第一調(diào)節(jié)孔及第二調(diào)節(jié)孔。 上述驅(qū)動裝置為氣動馬達(dá)或電主軸。本發(fā)明的螺旋銑孔方法，包括以下幾個步驟(A)將螺旋銑孔裝置安裝在車床橫向拖板的刀架接口部位，并通過車床橫向拖板， 使刀具自轉(zhuǎn)軸線相對車床主軸線無X軸方向的偏移，完成初始化；(B)初始化完成后，根據(jù)待制孔的直徑D和刀具的直徑d，確定刀具自轉(zhuǎn)軸線相對車床主軸線沿X軸方向的偏移量ΔΧ:當(dāng)?shù)毒咦赞D(zhuǎn)軸線與車床主軸線沿X軸方向等高時，則偏移量ΔΧ= (D-d)/2 ；當(dāng)?shù)毒咦赞D(zhuǎn)軸線與車床主軸線沿X軸方向不等高時，首先通過高度調(diào)節(jié)裝置使刀具自轉(zhuǎn)軸線與車床主軸線沿X軸方向等高，同理可得出偏移量ΔΧ= (D-d)/2 ；(C)根據(jù)所確定的偏移量Δ X，通過車床橫向拖板，將刀具自轉(zhuǎn)軸線相對車床主軸線沿X軸方向移動Δ X，螺旋銑孔裝置被調(diào)至所需的制孔狀態(tài)；(D)步驟(C)完成后，使安裝在車床卡盤上的工件隨同車床主軸一同旋轉(zhuǎn)，刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動刀具自轉(zhuǎn)，同時刀具在車床縱向拖板的帶動下實現(xiàn)軸向進(jìn)給，工件的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀具的公轉(zhuǎn)進(jìn)給，刀具最終以組合的螺旋進(jìn)給完成螺旋銑孔；(E)步驟⑶完成后，判斷是否需要繼續(xù)銑孔當(dāng)不需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟G ；當(dāng)需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟F ；(F)判斷下一孔徑是否改變當(dāng)孔徑不改變時，轉(zhuǎn)至步驟D ；當(dāng)孔徑改變時，轉(zhuǎn)至步驟B ；(G)螺旋銑孔結(jié)束。本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明的一把刀具能連續(xù)加工多種孔徑，避免了大量換刀操作；(2)采用一次螺旋銑孔便能抵達(dá)終孔尺寸，簡化了加工流程，提高了制孔效率；(3)本發(fā)明的螺旋銑孔方法區(qū)別于傳統(tǒng)鉆削，切削力大幅度降低，刀具的使用壽命也被大大延長，且散熱方便、加工精度好，也可用于鈦合金、碳纖復(fù)合增強(qiáng)材料、模具鋼等難加工材料的高精度孔加工；(4) 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便于安裝，制造成本低，很好拓展了傳統(tǒng)臥式車床的制孔能力。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的使用狀態(tài)圖；圖3為本發(fā)明的高度調(diào)節(jié)裝置卸去活動墊塊后的俯視圖；圖4為本發(fā)明的刀具夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的原理示意圖；圖6為本發(fā)明的工作流程圖；其中，O1O1表示車床主軸線，O2O2表示刀具中心軸線，ω表示車床主軸轉(zhuǎn)速，η表示刀具自轉(zhuǎn)速度，e表示刀具中心軸線相對車床主軸線沿X軸方向的偏移距離，F(xiàn)a表示刀具的軸向進(jìn)給。
具體實施例方式為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的螺旋銑孔裝置100包括刀具0、刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和高度調(diào)節(jié)裝置，刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過L型的固定支架3與高度調(diào)節(jié)裝置相連接，高度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)刀具0自轉(zhuǎn)軸線與車床4主軸線沿X軸方向等高。刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動裝置10和用于連接驅(qū)動裝置10與刀具0的刀具夾持機(jī)構(gòu)11，驅(qū)動裝置10通過刀具夾持機(jī)構(gòu)11帶動刀具0產(chǎn)生自轉(zhuǎn)；驅(qū)動裝置10通過端面螺栓 (圖中未畫出)以懸臂方式安裝于L型的固定支架3上，驅(qū)動裝置10包括輸出軸102和運動控制器103，運動控制器103用以調(diào)整輸出軸102的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制刀具0轉(zhuǎn)速。刀具夾持機(jī)構(gòu)11包括夾具體110、安裝在夾具體110左端內(nèi)的彈簧夾頭111和設(shè)置在夾具體110上用于固定彈簧夾頭111的并緊螺帽112 ；刀具0的右端貫穿并緊螺帽112 并安裝在彈簧夾頭111中，輸出軸102設(shè)置在夾具體110的右端內(nèi)，且與夾具體110以螺紋副連接；刀具0、夾具體110和輸出軸102同軸安裝。高度調(diào)節(jié)裝置包括活動墊塊20、設(shè)置在活動墊塊20下方的固定墊塊21和調(diào)高部件，活動墊塊20的上端通過第一緊固件30與L型的固定支架3相連接?；顒訅|塊20和固定墊塊21通過八個第二緊固件23相固定，八個第二緊固件23均勻設(shè)置在固定墊塊21的上側(cè)、下側(cè)和右側(cè)。調(diào)高部件包括安裝在固定墊塊21上的兩個高度調(diào)節(jié)螺柱220和安裝在固定墊塊 21上的主動齒輪軸221及四個被動齒輪軸222 ；主動齒輪軸221通過主動軸承(圖中未畫出)安裝在固定墊塊21上，被動齒輪軸222和高度調(diào)節(jié)螺柱220分別通過傳動型螺紋與固定墊塊21相連接；高度調(diào)節(jié)螺柱220分別設(shè)置在固定墊塊21的左側(cè)上方和左側(cè)下方，主動齒輪軸221設(shè)置在固定墊塊21的右側(cè)中間位置；主動齒輪軸221和被動齒輪軸222上分別設(shè)有主動齒輪2211和同時與主動齒輪2211相嚙合的被動齒輪2220，被動齒輪2220均勻分布在主動齒輪2211的四周；高度調(diào)節(jié)螺柱220及主動齒輪軸221的上端分別設(shè)有用于驅(qū)動高度調(diào)節(jié)螺柱220及主動齒輪軸221旋轉(zhuǎn)的第一內(nèi)六角孔(圖中未表示)和第二內(nèi)六角孔 (圖中未表示)，被動齒輪軸222的上端通過被動軸承(圖中未畫出)與活動墊塊20相連接；活動墊塊20及固定支架3上分別設(shè)有與第一內(nèi)六角孔及第二內(nèi)六角孔相通的第一調(diào)節(jié)孔200及第二調(diào)節(jié)孔31。本發(fā)明螺旋銑孔裝置100的螺旋銑孔方法，包括以下幾個步驟(A)卸下車床刀架部件(圖中未畫出)，將螺旋銑孔裝置100通過螺釘安裝在車床橫向拖板41的刀架接口部位，并通過車床橫向拖板41，使刀具0自轉(zhuǎn)軸線相對車床4主軸線沿X軸方向的偏移量為零，完成初始化；(B)初始化完成后，根據(jù)工件5待制孔的直徑D和刀具0的直徑d，確定刀具0自轉(zhuǎn)軸線相對車床4主軸線沿X軸方向的偏移量ΔΧ:當(dāng)?shù)毒?自轉(zhuǎn)軸線與車床4主軸線沿X軸方向等高時，則偏移量ΔΧ= (D-d)/2 ；當(dāng)?shù)毒?自轉(zhuǎn)軸線與車床4主軸線沿X軸方向不等高時，首先通過高度調(diào)節(jié)裝置
6使刀具0自轉(zhuǎn)軸線與車床4主軸線沿X軸方向等高，同理可得出偏移量ΔΧ= (D-d)/2 ；(C)根據(jù)所確定的偏移量ΔΧ，通過車床橫向拖板41，將刀具0自轉(zhuǎn)軸線相對車床 4主軸線沿X軸方向向左或向右移動ΔΧ= (D-d)/2距離，使螺旋銑孔裝置100被調(diào)至所需的制孔狀態(tài)；(D)步驟(C)完成后，開始銑孔使安裝在車床卡盤40上的工件5隨同車床4主軸一同旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動裝置10帶動刀具0自轉(zhuǎn)，同時刀具0在車床縱向拖板42的帶動下實現(xiàn)軸向進(jìn)給，當(dāng)?shù)毒?與工件5接觸時，工件5的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀具0的公轉(zhuǎn)進(jìn)給，刀具0最終以組合的螺旋進(jìn)給完成螺旋銑孔；通過運動控制器103可控制刀具0的轉(zhuǎn)速；(E)判斷是否需要繼續(xù)銑孔當(dāng)不需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟G ；當(dāng)需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟F ；(F)判斷下一孔徑是否改變當(dāng)孔徑不改變時，轉(zhuǎn)至步驟D ；當(dāng)孔徑改變時，轉(zhuǎn)至步驟B ；(G)螺旋銑孔結(jié)束。高度調(diào)節(jié)裝置通過以下幾個步驟，使刀具0自轉(zhuǎn)軸線與車床4主軸線沿X軸方向
等高(a)松開第二緊固件23;(b)分別通過第一內(nèi)六角孔及第二內(nèi)六角孔驅(qū)動高度調(diào)節(jié)螺柱220及主動齒輪軸 221旋轉(zhuǎn)，主動齒輪2211在主動齒輪軸221的驅(qū)動下，帶動被動齒輪2220 —同旋轉(zhuǎn)，直到刀具0自轉(zhuǎn)軸線相對車床4主軸線無Y軸方向的偏移，停止操作；(c)擰緊第二緊固件23，結(jié)束調(diào)節(jié)。本實施例的第一緊固件30及第二緊固件23均為緊固螺栓和定位銷。本實施例的驅(qū)動裝置10可采用氣動馬達(dá)或電主軸。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，包括刀具(0)、與刀具(0)相連接的刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和可調(diào)節(jié)刀具(0)自轉(zhuǎn)軸線與車床(4)主軸線沿X軸方向等高的高度調(diào)節(jié)裝置，所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過固定支架(3)與高度調(diào)節(jié)裝置相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括安裝在固定支架(3)上端的驅(qū)動裝置(10)和用于連接驅(qū)動裝置(10)與刀具(0)的刀具夾持機(jī)構(gòu)(11)，所述驅(qū)動裝置(10)包括輸出軸(10 和可控制輸出軸(10 轉(zhuǎn)速的運動控制器(103)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，所述刀具夾持機(jī)構(gòu) (11)包括夾具體(110)、安裝在夾具體(110) —端內(nèi)的彈簧夾頭(111)和設(shè)置在夾具體 (110)上用于固定彈簧夾頭(111)的并緊螺帽(112)；所述刀具(0)的一端貫穿并緊螺帽 (112)并安裝在彈簧夾頭(111)中，所述輸出軸(102)設(shè)置在夾具體(110)的另一端內(nèi)；所述刀具(0)、輸出軸(102)和夾具體(110)同軸安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，所述高度調(diào)節(jié)裝置包括與固定支架C3)底端相連接的活動墊塊00)、設(shè)置在活動墊塊00)下方的固定墊塊和調(diào)高部件；所述調(diào)高部件包括安裝在固定墊塊—側(cè)的多個高度調(diào)節(jié)螺柱(220)和安裝在另一側(cè)的主動齒輪軸(221)及多個被動齒輪軸022)，所述主動齒輪軸 (221)和被動齒輪軸(22 上分別設(shè)有主動齒輪0211)和均與主動齒輪0211)相嚙合的被動齒輪O220)；所述高度調(diào)節(jié)螺柱(220)及主動齒輪軸021)的另一端分別設(shè)有用于驅(qū)動高度調(diào)節(jié)螺柱(220)及主動齒輪軸(221)旋轉(zhuǎn)的第一內(nèi)六角孔和第二內(nèi)六角孔，所述被動齒輪軸022)的另一端與活動墊塊00)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，所述活動墊塊00) 及固定支架C3)上分別設(shè)有與第一內(nèi)六角孔及第二內(nèi)六角孔相對應(yīng)的第一調(diào)節(jié)孔(200)及第二調(diào)節(jié)孔(31)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的用于車床的螺旋銑孔裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(10)為氣動馬達(dá)或電主軸。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述螺旋銑孔裝置的螺旋銑孔方法，其特征在于， 包括以下幾個步驟(A)將螺旋銑孔裝置(100)安裝在車床橫向拖板Gl)的刀架接口部位，并通過車床橫向拖板(41)，使刀具(0)自轉(zhuǎn)軸線相對車床(4)主軸線無X軸方向的偏移，完成初始化；(B)初始化完成后，根據(jù)工件( 待制孔的直徑D和刀具(0)的直徑d，確定刀具(0) 自轉(zhuǎn)軸線相對車床(4)主軸線沿X軸方向的偏移量ΔΧ:當(dāng)?shù)毒?0)自轉(zhuǎn)軸線與車床(4)主軸線沿X軸方向等高時，則偏移量ΔΧ = (D-d)/2 ；當(dāng)?shù)毒?0)自轉(zhuǎn)軸線與車床(4)主軸線沿X軸方向不等高時，通過高度調(diào)節(jié)裝置使刀具(0)自轉(zhuǎn)軸線與車床(4)主軸線沿X軸方向等高，同理可得出偏移量ΔΧ = (D-d)/2 ；(C)根據(jù)所確定的偏移量ΔΧ，通過車床橫向拖板(41)，將刀具(0)自轉(zhuǎn)軸線相對車床 (4)主軸線沿X軸方向移動ΔΧ，則所述螺旋銑孔裝置(100)被調(diào)至所需的制孔狀態(tài)；(D)步驟(C)完成后，使安裝在車床卡盤GO)上的工件(5)隨同車床(4)主軸一同旋轉(zhuǎn)，所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動刀具(0)自轉(zhuǎn)，同時刀具(0)在車床縱向拖板G2)的帶動下實現(xiàn)軸向進(jìn)給，所述工件( 的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀具(0)的公轉(zhuǎn)進(jìn)給，刀具(0)最終以組合的螺旋進(jìn)給完成螺旋銑孔；(E)步驟(D)完成后，判斷是否需要繼續(xù)銑孔 當(dāng)不需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟G ；當(dāng)需要繼續(xù)銑孔時，轉(zhuǎn)至步驟F ；(F)判斷下一孔徑是否改變 當(dāng)孔徑不改變時，轉(zhuǎn)至步驟D ； 當(dāng)孔徑改變時，轉(zhuǎn)至步驟B;(G)螺旋銑孔結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于車床的螺旋銑孔裝置及其方法，包括刀具(0)、與刀具(0)相連接的刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和可調(diào)節(jié)刀具(0)自轉(zhuǎn)軸線與車床(4)主軸線沿X軸方向等高的高度調(diào)節(jié)裝置，所述刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過固定支架(3)與高度調(diào)節(jié)裝置相連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、便于安裝，制造成本低，很好拓展了傳統(tǒng)臥式車床的制孔能力；且本發(fā)明的螺旋銑孔方法區(qū)別于傳統(tǒng)鉆削，切削力大幅度降低，刀具(0)的使用壽命也被大大延長，且散熱方便、加工精度好，也可用于鈦合金、碳纖復(fù)合增強(qiáng)材料、模具鋼等難加工材料的高精度孔加工。
文檔編號B23C7/02GK102179559SQ201110075618
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者丁友生, 任長春, 單以才, 李一民, 章婷 申請人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院