專利名稱：自動(dòng)螺旋銑孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開了一種用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，屬于柔性切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國產(chǎn)支線飛機(jī)ARJ21成功投產(chǎn)以及大客C919研制不斷推進(jìn)，如何提高大型骨架件裝配制孔的質(zhì)量與效率成為了整機(jī)總裝階段的研究熱點(diǎn)。機(jī)器人化自動(dòng)制孔系統(tǒng)，是今后飛機(jī)大型、超大型工件智能化制孔的發(fā)展主流。但該類制孔系統(tǒng)由于多采用傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)，導(dǎo)致制孔時(shí)軸向力過大，目前僅適用于小孔徑的加工場(chǎng)合，而且鉆孔工藝往往需要采用多道組合工序，需要設(shè)置大量的換刀環(huán)節(jié)。為了滿足不同航空材料的大孔徑制孔要求，尤其是鈦合金、碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料、高強(qiáng)度航空鋁合金等難加工材料，迫切需要開發(fā)一些面向大型工件的新型高效精密制孔裝置。螺旋銑孔，也稱為軌道式銑孔，是一項(xiàng)以銑削方式對(duì)實(shí)體工件直接制孔的新技術(shù)，它不是鉆削與銑削兩種加工方法的簡(jiǎn)單組合，而是利用刀具相對(duì)工件的三維螺旋進(jìn)給完成孔的加工。制孔時(shí)，刀具相對(duì)待制孔軸線的偏置，使該項(xiàng)技術(shù)具有了一刀加工多種孔徑的功能，同時(shí)能通過較少工序使孔在位置精度、形狀精度、表面粗糙度等方面達(dá)到規(guī)定的使用要求。因此，基于螺旋銑孔技術(shù)的機(jī)器人化制孔系統(tǒng)在航空、航天、造船等領(lǐng)域的大型工件高效精密制孔中具有廣闊的應(yīng)用前景。至今，國內(nèi)外航空領(lǐng)域相繼出現(xiàn)一些基于螺旋銑孔技術(shù)的制孔裝置專利報(bào)導(dǎo)。如，美國專利PCT/SE2008 /050719、US2003/0143049、PCT/SE03/00467 公開了幾種螺旋銑孔裝置，這些裝置都包括刀具公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)系統(tǒng)、刀具自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、刀具公轉(zhuǎn)系統(tǒng)、刀具軸向進(jìn)給系統(tǒng)。四個(gè)子系統(tǒng)均采取獨(dú)立控制，使整個(gè)裝置集成度不高，導(dǎo)致整機(jī)質(zhì)量偏重，這對(duì)與之配套的工作平臺(tái)的性能要求很高，尤其是關(guān)節(jié)型機(jī)械手。又如，中國專利CN101633060A公開的一種自動(dòng)螺旋銑孔單元，該銑孔單元主要包括由刀具自轉(zhuǎn)系統(tǒng)、徑向偏移系統(tǒng)、公轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分，但此螺旋銑孔單元因缺少軸向進(jìn)給系統(tǒng)，使其工程應(yīng)用受到了一定限制。再如，中國專利CN101664821A公開的一種銑孔裝置，該裝置具有公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)功能，但公轉(zhuǎn)半徑的大小因受到傳動(dòng)齒輪尺寸的制約，使部分小孔徑的加工難以完成，而且其軸向進(jìn)給系統(tǒng)沒有給出相關(guān)實(shí)施詳案。另外，中國專利CN101786180A、CN102145405 A公開了兩種螺旋銑孔裝置，這兩種螺旋銑孔裝置都不具備公轉(zhuǎn)半徑自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，因而使孔的加工效率受到了一定影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有螺旋銑孔裝置設(shè)計(jì)方案存在自動(dòng)化程度不高、組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整機(jī)重量偏大。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，包括L型的組合支架、設(shè)置在組合支架上的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及裝于螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)；組合支架:包括水平方向的底板、垂直方向的背板；螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu):包括軸向進(jìn)給殼體、絲桿、支撐筒，以及位于支撐筒內(nèi)的軸向滑塊；軸向進(jìn)給殼體的底部通過滑塊與組合支架底板上導(dǎo)軌滑動(dòng)相連；支撐筒位于背板的后部，其內(nèi)壁上沿軸向設(shè)有導(dǎo)向條，導(dǎo)向條與軸向滑塊的外側(cè)面之間以滑軌副連接；軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)輸出軸上設(shè)有主動(dòng)齒輪，與主動(dòng)齒輪相嚙合的從動(dòng)齒輪套接在絲桿的輸入端；絲桿從后向前依次貫穿裝于軸向滑塊上軸承一、背板以及過渡端蓋一的組合軸承后，其輸出端插入過渡端蓋二內(nèi)孔；與過渡端蓋一相連的軸向進(jìn)給殼體通過兩端內(nèi)孔的軸承與公轉(zhuǎn)殼體相連，軸向進(jìn)給殼體公轉(zhuǎn)殼體小端設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔；公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu):包括與公轉(zhuǎn)殼體內(nèi)孔端面相連的支撐端蓋、裝于支撐端蓋上的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，以及內(nèi)嚙合的小齒輪和大齒輪；公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸出軸連接小齒輪，大齒輪連接刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)；支撐端蓋也設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔；刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu):包括自轉(zhuǎn)殼體、自轉(zhuǎn)殼體端蓋、刀桿、刀具、設(shè)置在自轉(zhuǎn)殼體內(nèi)的自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；自轉(zhuǎn)殼體安裝于公轉(zhuǎn)殼體的偏心孔內(nèi)，其與偏心孔內(nèi)壁之間還設(shè)有連接軸承一，其輸入端穿過軸承二，并套接有前述大齒輪；自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝于自轉(zhuǎn)殼體端蓋的偏心孔內(nèi)，其輸出軸連接刀桿；刀桿前端裝有刀具，采用螺母夾緊。為提高組合支架的支撐效果，支架還包括兩個(gè)直角三角形的加強(qiáng)板，加強(qiáng)板的兩條直角邊分別貼合連接底板和背板。為保證絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)刀具的螺旋進(jìn)給，上述絲桿與公轉(zhuǎn)殼體的過渡端蓋二采用花鍵連接，并用防松螺母軸向并緊，同時(shí)絲桿與軸向進(jìn)給殼體的過渡端蓋一的組合軸承過盈相配。為保證銑孔裝置具備多種制孔功能，公轉(zhuǎn)殼體與支撐端蓋裝配后，兩者的偏心孔同軸；公轉(zhuǎn)殼體與自轉(zhuǎn)殼體端蓋兩者的偏心內(nèi)孔的偏心量大小相等，且位于初始狀態(tài)時(shí)兩者偏向相反，從而實(shí)現(xiàn):當(dāng)公轉(zhuǎn)半徑為零時(shí)，制孔方式為傳統(tǒng)鉆孔；當(dāng)公轉(zhuǎn)半徑不等于零時(shí)，制孔方式為螺旋銑孔。作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)方案，自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)采用氣動(dòng)馬達(dá)或電主軸。本實(shí)用新型具有如下效果:1、刀具公轉(zhuǎn)半徑調(diào)整采取驅(qū)動(dòng)裝置自動(dòng)控制，既實(shí)現(xiàn)了一刀多孔的功能，也使公轉(zhuǎn)半徑的調(diào)節(jié)精度得到很好保證，這大大提高了制孔的效率與質(zhì)量；2、通過一根多功能絲桿和一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)刀具螺旋進(jìn)給，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)組成，降低了整機(jī)重量；3、傳動(dòng)方式均采用內(nèi)嚙合的齒輪組件，保證了裝置的驅(qū)動(dòng)能力，縮小了裝置的徑向尺寸；4、裝置的各運(yùn)動(dòng)部件之間均采用精密軸承或高精度直線導(dǎo)軌副進(jìn)行互配連接，能有效保證螺旋銑孔的加工精度。

圖1為本實(shí)用新型自動(dòng)螺旋銑孔裝置的立體圖。圖2為本實(shí)用新型自動(dòng)螺旋銑孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2俯視圖。圖1、圖2、圖3中標(biāo)號(hào)名稱:100、螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)，101、支撐筒，102、軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，103、軸向滑塊，104、主動(dòng)齒輪105、從動(dòng)齒輪，106、軸承一，107、軸承端蓋一，108、絲桿，109、組合軸承端蓋，110、過渡端蓋一，111、組合軸承，112、防松螺母，114、軸承二，115、過渡端蓋二，116、公轉(zhuǎn)殼體，117、軸向進(jìn)給殼體，118、滑塊，119、軸承五，120、軸承端蓋五，121、導(dǎo)向條；200、公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，201、支撐端蓋，202、公轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，203、小齒輪，204、大齒輪，205、軸承三，206、軸承端蓋三，207、軸承四；300、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)，301、自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，302、自轉(zhuǎn)殼體，303、自轉(zhuǎn)殼體端蓋，304、螺釘，305、刀桿，306、螺母，307、刀具;400、組合支架，401、底板，402、背板，403、加強(qiáng)板，404、滑軌。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的自動(dòng)螺旋制孔裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖1和圖2所示為本實(shí)用新型公開的一種用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，該裝置主要包括L型的組合支架400、設(shè)置在組合支架400上的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)100，以及裝于螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)100內(nèi)部的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)200、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)300 ；組合支架400包括水平方向的底板401、垂直方向的背板402、兩個(gè)直角三角形的加強(qiáng)板403，加強(qiáng)板403的兩條直角邊分別貼合連接底板401和背板402，并設(shè)置在支架400軸向的兩側(cè)；螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)100包括軸向進(jìn)給殼體117、支撐筒101，以及位于支撐筒101內(nèi)的軸向滑塊103和絲桿108 ;支撐筒101設(shè)置在背板402的后部；軸向滑塊103外側(cè)面與支撐筒101內(nèi)孔壁上導(dǎo)向條121以滑軌副連接，其端面裝有軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)102 ;軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)102輸出軸上裝有主動(dòng)齒輪104，與主動(dòng)齒輪104相嚙合的從動(dòng)齒輪105連接絲桿108的輸入端；絲桿108從后向前依次貫穿裝于軸向滑塊上軸承一 106、背板402的螺紋孔以及過渡端蓋一 110的組合軸承108后，其輸出端插入過渡端蓋二 115花鍵孔，并用防松螺母112軸向并緊；與過渡端蓋一 110相連的軸向進(jìn)給殼體117通過兩端內(nèi)孔的軸承二 114和軸承五119與公轉(zhuǎn)殼體116相連，軸向進(jìn)給殼體117底部通過滑塊118與組合支架400底板上導(dǎo)軌404滑動(dòng)相連；公轉(zhuǎn)殼體116小端設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔；公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)200:包括與公轉(zhuǎn)殼體116內(nèi)孔端面相連的支撐端蓋201、裝于支撐端蓋201上的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)202，以及內(nèi)嚙合的小齒輪203和大齒輪204 ;公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)202輸出軸連接小齒輪203，大齒輪204連接刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)300 ;支撐端蓋201也設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔。刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)300:包括自轉(zhuǎn)殼體302、自轉(zhuǎn)殼體端蓋303、刀桿305、刀具307、設(shè)置在自轉(zhuǎn)殼體302內(nèi)的自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)301 ;自轉(zhuǎn)殼體302安裝于公轉(zhuǎn)殼體116的偏心孔內(nèi)，其與偏心孔內(nèi)壁之間還設(shè)有連接軸承四207，其輸入端穿過軸承三205，并套接有前述大齒輪204 ;自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)301裝于自轉(zhuǎn)殼體端蓋303的偏心孔內(nèi)，其輸出軸連接刀桿305 ;刀桿305前端裝有刀具307，采用螺母306夾緊；公轉(zhuǎn)殼體116與支撐端蓋201裝配后,兩者的偏心孔同軸；公轉(zhuǎn)殼體116與自轉(zhuǎn)殼體端蓋303兩者的偏心內(nèi)孔的偏心量大小相等，且位于初始狀態(tài)時(shí)兩者偏向相反；前述的自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)301采用氣動(dòng)馬達(dá)或電主軸。本實(shí)用新型裝置的工作原理如下:[0032]螺旋銑孔前，根據(jù)待制孔徑和刀具直徑，公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)202通過內(nèi)嚙合的小齒輪203和大齒輪204帶動(dòng)自轉(zhuǎn)殼體301繞著進(jìn)給公轉(zhuǎn)殼體116偏心孔的軸心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刀具公轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。螺旋銑孔時(shí)，軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)102通過內(nèi)嚙合的主動(dòng)齒輪104和從動(dòng)齒輪105帶動(dòng)絲桿108產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在組合軸承111、絲杠108輸出端花鍵連接部和包括導(dǎo)向條121和滑軌404組成的導(dǎo)軌副的共同約束下，絲桿108的輸出端在帶動(dòng)螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)100、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)200和公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)300完成前后移動(dòng)的同時(shí)，也帶動(dòng)刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)200和公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)300發(fā)生公轉(zhuǎn)；自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)301調(diào)節(jié)控制刀具307的自轉(zhuǎn)速度，最終完成螺旋銑孔。以上所述僅為本實(shí)用新型涉及的自動(dòng)螺旋銑孔裝置及方法的一個(gè)較佳實(shí)施案例，但本實(shí)用新型的實(shí)施范圍并不局限于此例。
權(quán)利要求1.一種用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，其特征在于:包括L型的組合支架(400)、設(shè)置在組合支架(400)上的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)(100)，以及裝于螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)(100)內(nèi)部的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(200)、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)(300); 組合支架(400):包括水平方向的底板(401)、垂直方向的背板(402)； 螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)(100):包括軸向進(jìn)給殼體(117)、絲桿(108)、支撐筒(101)，以及位于支撐筒(101)內(nèi)的軸向滑塊(103);軸向進(jìn)給殼體(117)的底部通過滑塊(118)與組合支架(400)底板上導(dǎo)軌(404)滑動(dòng)相連；支撐筒(101)位于背板(402)的后部，其內(nèi)壁上沿軸向設(shè)有導(dǎo)向條(121)，導(dǎo)向條(121)與軸向滑塊(103)的外側(cè)面之間以滑軌副連接；軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)(102)輸出軸上設(shè)有主動(dòng)齒輪(104)，與主動(dòng)齒輪(104)相嚙合的從動(dòng)齒輪(105)套接在絲桿(108)的輸入端；絲桿(108)從后向前依次貫穿裝于軸向滑塊上軸承一(106)、背板(402)以及過渡端蓋一(110)的組合軸承(111)后，其輸出端插入過渡端蓋二(115)內(nèi)孔；與過渡端蓋一(110 )相連的軸向進(jìn)給殼體(117 )通過兩端內(nèi)孔的軸承(114/119 )與公轉(zhuǎn)殼體(116)相連，軸向進(jìn)給殼體(117)公轉(zhuǎn)殼體(116)小端設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔； 公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(200):包括與公轉(zhuǎn)殼體(116)內(nèi)孔端面相連的支撐端蓋(201)、裝于支撐端蓋(201)上的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)(202)，以及內(nèi)嚙合的小齒輪(203)和大齒輪(204);公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)(202)輸出軸連接小齒輪(203)，大齒輪(204)連接刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)(300);支撐端蓋(201)也設(shè)有一個(gè)偏心內(nèi)孔； 刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)(300):包括自轉(zhuǎn)殼體(302)、自轉(zhuǎn)殼體端蓋(303)、刀桿(305)、刀具(307),設(shè)置在自轉(zhuǎn)殼體(302)內(nèi)的自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(301);自轉(zhuǎn)殼體(302)安裝于公轉(zhuǎn)殼體(116)的偏心孔內(nèi)，其與偏心孔內(nèi)壁之間還設(shè)有連接軸承四(207)，其輸入端穿過軸承三(205)，并套接有前述大齒輪(204);自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(301)裝于自轉(zhuǎn)殼體端蓋(303)的偏心孔內(nèi)，其輸出軸連接刀桿(305);刀桿(305)前端裝有刀具(307)，采用螺母(306)夾緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，其特征在于:組合支架(400)還包括兩個(gè)直角三角形的加強(qiáng)板(403)，加強(qiáng)板(403)的兩條直角邊分別貼合連接底板(401)和背板(402)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，其特征在于:上述絲桿(108)與背板(402)以螺紋副相連；絲桿(108)與過渡端蓋二(115)采用花鍵連接，并用防松螺母(112 )軸向并緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，其特征在于:公轉(zhuǎn)殼體(116)與支撐端蓋(201)裝配后,兩者的偏心孔同軸；公轉(zhuǎn)殼體(116)與自轉(zhuǎn)殼體端蓋(303)兩者的偏心內(nèi)孔的偏心量大小相等，且位于初始狀態(tài)時(shí)兩者偏向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，其特征在于:自轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(301)采用氣動(dòng)馬達(dá)或電主軸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于大型工件多孔系的自動(dòng)螺旋銑孔裝置，所述裝置包括L型的支架，以及設(shè)置在支架上的公轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、刀具自轉(zhuǎn)調(diào)速機(jī)構(gòu)、螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型既能用作手持式螺旋制孔工具，也可作為機(jī)器人自動(dòng)制孔系統(tǒng)的末端執(zhí)行單元，且能大大提高大型工件多孔系加工的質(zhì)量與效率。
文檔編號(hào)B23Q5/32GK202963571SQ201220280200
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者單以才, 李一民, 章婷, 舒平生, 聶睿瑞, 任長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院