專利名稱：一種便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于螺旋銑孔加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對新型材料如碳纖維復(fù)合材料、鋁合金、鈦合金等難加工材料的便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)代裝備制造業(yè)業(yè)的快速發(fā)展，鋁合金、鈦合金和先進(jìn)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工等領(lǐng)域，用于制備大型客機(jī)及軍用飛機(jī)的機(jī)翼、艙段等。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件裝配時通常需要與作為承載支撐件的鈦合金和鋁合金零件局部連接，形成復(fù)合材料/合金的疊層構(gòu)件，疊層構(gòu)件的制孔是飛機(jī)制造中應(yīng)用廣泛且極為重要的加工工序。現(xiàn)代飛行器機(jī)體中疊層構(gòu)件裝配中制孔數(shù)量多、難度大、要求高、工作繁重，同時大型飛行器采用復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)，機(jī)體結(jié)構(gòu)長壽命、高質(zhì)量、高氣動性能等要求使裝配制孔的精度和質(zhì)量比以往要求更高更嚴(yán)。目前國內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)廣泛采用傳統(tǒng)的鉆、擴(kuò)、鉸工藝進(jìn)行制孔，制孔精度和質(zhì)量差、缺陷嚴(yán)重，加工方法流程長、使用刀具多，刀具磨損嚴(yán)重，工藝參數(shù)匹配困難，鉆孔加工排屑不暢、熱影響嚴(yán)重，難以滿足疊層結(jié)構(gòu)的制孔要求。美國專利PCT/SE94/00085，名稱為 “HAND TOOL FOR MAKING HOLES INe.g.FIBRE-REINFORCED COMPOSITES, BY MEANS OF AN ORB I TALLY MOVING CUTTER”，發(fā)明人ERIKSSON INGVAR等公開了一種制孔的手動工具。該專利包括:一個可以繞自身軸線和主軸線旋轉(zhuǎn)的刀具夾具，一個用于沿位于該點表面的垂直方向上調(diào)節(jié)該刀具夾具的轉(zhuǎn)動軸線部件，一個相對于工件的軸向進(jìn)給部件，一個用于調(diào)節(jié)刀具夾具的主軸線和旋轉(zhuǎn)軸線之間的徑向距離的部件。盡管該專利總結(jié)了一些原理，但是這種手動制孔工具不能滿足航天航空領(lǐng)域?qū)χ瓶踪|(zhì)量的要求，原因是該手動工具定位靠手動，嚴(yán)重影響孔的位置精度，加工過程中需手持，不能提供太大的剛度，影響孔的同軸度和表面質(zhì)量。專利申請?zhí)枮?00910306026.8，專利名稱為“自動螺旋銑孔單元”專利，由天津大學(xué)的秦旭達(dá)等人發(fā)明的自動螺旋銑孔裝置，使用了雙偏心套筒來實現(xiàn)刀具偏心量的調(diào)整，來解決航空航天領(lǐng)域中難加工材料的制孔問題，整個裝置的徑向尺寸大，重量重，還需安裝在機(jī)械手上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法，提高制孔精度。發(fā)明的加工方法采用固定套和鉆模板聯(lián)合定位，采用此方法使轉(zhuǎn)換加工位置時工藝簡單，搬運(yùn)方便，定位準(zhǔn)確，加工過程中不再需要人手把持，保證了加工過程中設(shè)備具有足夠的穩(wěn)定性和剛性，采取了人手搬運(yùn)的形式來實現(xiàn)不同位置的加工，不需使用機(jī)械手，節(jié)約成本。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法，螺旋銑孔裝置由刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和加工定位機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，所述的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，主軸8為機(jī)械主軸，并且主軸8具有4段不同形狀的軸頸:主軸右端軸頸8-a為圓柱形，依次向左為主軸錐形軸頸8-b、主軸主體軸頸8-c為圓柱形、主軸左端軸頸8-d為圓柱形，主軸右端軸頸8-a軸線的中心Ol與主軸主體軸頸8-c軸線的中心O偏置設(shè)置；套筒12的內(nèi)孔軸線中心與套筒12外殼的中心02偏置；主軸8裝在套筒12內(nèi)孔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)主軸右端軸頸8-a相對套筒12的轉(zhuǎn)角，來調(diào)整刀具的偏心量；主軸右端軸頸8-a與刀具夾具7相連，主軸左端軸徑8-d通過聯(lián)軸器16與第一動力源17相連；所述的徑向偏移機(jī)構(gòu)中，蝸輪11固定在主軸右端軸頸8-a上，蝸桿10固定在前端蓋9的前端，蝸輪11端部裝有蝸輪端面指針23-a和蝸輪端面刻度盤24-a，蝸桿(10)端部裝有蝸桿端面指針23-b和蝸桿端面刻度盤24-b ;所述的加工定位機(jī)構(gòu)中，固定支架5安裝在底板21上，固定套3裝在支架5上，吸塵管4裝在固定套3或鉆模板2上，吸塵管4外連真空吸塵器，鉆模板2與工件I相連。所述的一種便攜式螺旋銑孔裝置，其特征在于，裝置采用的加工方法中，采用固定套3和鉆模板2聯(lián)合定位方式，具體加工步驟如下:①根據(jù)選用的刀具尺寸與所加工孔的尺寸調(diào)整偏心量，通過旋轉(zhuǎn)蝸桿10調(diào)整主軸右端軸頸8-a相對套筒12的偏心量，蝸輪11和蝸桿10上的刻度盤24_a、24_b顯示當(dāng)前的偏心量；②通過手持的形式移動本裝置，使固定套3連接在鉆模板2上，加工過程中不再需要人手把持；③啟動螺旋銑孔裝置，加工過程中的切屑通過吸塵管4排除；④若所加工孔尺寸不變，則加工完一個孔之后，手持移動到另一孔加工位置，重復(fù)上述2— 3步驟，直至加工完；當(dāng)加工孔的直徑改變時，則需要重新調(diào)節(jié)偏心量，再重復(fù)I一3步驟，直至加工完畢。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明裝置克服了傳統(tǒng)鉆孔工藝的不足，利用螺旋銑孔工藝使加工質(zhì)量和效率明顯提高；本發(fā)明采用了偏置的主軸8和偏置的套筒12來實現(xiàn)刀具徑向偏移量的調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，便于手持；本發(fā)明在調(diào)整偏心量使用的蝸輪11和蝸桿10端面分別安裝有刻度盤和指針，用于指示偏心量值，使偏心量調(diào)節(jié)更準(zhǔn)確且實現(xiàn)可視化。


圖1為本發(fā)明的一種便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的徑向偏移機(jī)構(gòu)的剖面示意圖，圖3為本發(fā)明部分軸視圖，圖4為本發(fā)明的偏心主軸8和偏心套筒12配合關(guān)系示意圖，其中:1、工件，2、鉆模板，3、固定套，4、吸塵管，5、固定支架，
6、刀具，7、刀具夾具，8、主軸，8-a、主軸右端軸頸，8-b、主軸錐形軸頸，8-c、主軸主體，8-d,主軸左端軸頸，9、前端蓋，10、蝸桿，11、蝸輪，12、套筒，13、殼體，14、第一同步帶輪，15、第二動力源，16、聯(lián)軸器，17、第一動力源，18、第三動力源，19、第二同步帶輪，20、滑塊，21、底板，23-a、蝸輪端面指針，23-b、蝸桿端面指針，24_a、蝸輪端面刻度盤，24_b、蝸桿端面刻度盤。
具體實施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施，加工材料可為鈦合金、鋁合金、碳纖維、復(fù)合材料/合金疊層構(gòu)件等難加工材料。
本發(fā)明是一種便攜式螺旋銑孔裝置，它由刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及加工定位機(jī)構(gòu)組成。圖1中，所述的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括偏置的主軸8，其右端軸頸8-a與刀具夾具7相連，左端軸徑8-d與第一動力源17靠聯(lián)軸器16相連。加工過程中由第一動力源17帶動機(jī)械主軸8轉(zhuǎn)動完成自轉(zhuǎn)。第一動力源17既可以采用電動機(jī)，也可以采用氣動馬達(dá)。所述的公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，套筒12通過軸承與殼體13相連，第二動力源15安裝在殼體13頂部。圖1中，第二動力源15的輸出端與第一同步帶輪14相連，第二同步帶輪19套裝在套筒12外面，第一同步帶輪14和第二帶輪19靠同步齒形帶連接。第二動力源15通過同步帶輪和齒形帶的作用帶動套筒12轉(zhuǎn)動，套筒12帶動刀具6轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)刀具6的公轉(zhuǎn)。第二動力源15既可采用電動機(jī)，也可采用氣動馬達(dá)。主軸8和套筒12均帶有互相配合的錐面，并通過給主軸8施加軸向力，利用圓錐配合面實現(xiàn)偏心調(diào)整量鎖死，對所述主軸8施加軸向力的具體形式可為螺紋壓緊、彈簧壓緊或壓電晶體壓緊。所述的軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，在底部的第三動力源18帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠帶動滑塊20在導(dǎo)軌上滑動。第三動力源18可為電動機(jī)、直線電機(jī)、氣缸或油缸，當(dāng)所述的第三動力源18為電動機(jī)時，直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠，當(dāng)?shù)谌齽恿υ?8為直線電機(jī)、氣缸或油缸時，直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)為第三動力源本身。所述的加工定位機(jī)構(gòu)中，固定支架5裝在底板21上，固定套3裝在支架5上，吸塵管4裝在固定套3上，鉆模板2連接在工件I上，用來確定加工孔的位置和角度；螺旋銑孔裝置通過手持形式，利用固定套3與鉆模板2連接，實現(xiàn)加工的定位與固定，提高了定位精度，加工中不再需要人手把持，保證了加工過程中設(shè)備具有足夠的穩(wěn)定性和剛性。外接在真空吸塵器上的吸塵管4既可以安裝在固定套3上，也可以安裝在鉆模板2上，來排除加工中的切屑，保證加工環(huán)境的清潔。在圖2中，徑向偏移機(jī)構(gòu)包括蝸輪11和與其嚙合的蝸桿10，蝸輪11固定在主軸右端軸頸8-a上，蝸桿10固定在所述前端蓋9前端；本發(fā)明利用嚙合的蝸輪11和蝸桿10調(diào)整主軸8與外套筒12之間的角度來調(diào)整加工的偏心量。所述的主軸右端軸頸8-a軸線中心01與主軸主體軸頸8-b軸線中心O偏置設(shè)置，在該主軸8外部套有偏心套筒12，套筒12外殼軸線中心02和內(nèi)孔軸線偏置設(shè)置，因此通過旋轉(zhuǎn)蝸桿10，蝸輪11帶動主軸8旋轉(zhuǎn)，就能實現(xiàn)主軸8與外套筒12之間的角度調(diào)節(jié)，從而調(diào)整偏心量。在圖3中，蝸輪11端部裝有蝸輪端面指針23-a和蝸輪端面刻度盤24-a，蝸桿10端部裝有蝸桿端面指針23_b和蝸桿端面刻度盤24-b，用于顯示當(dāng)前的偏心量值。在圖4中，O點為主軸主體軸頸8-c中心，同時也是套筒12內(nèi)孔中心，01為主軸右端軸徑8-a中心，02為套筒12外殼的中心，當(dāng)主軸8相對套筒12轉(zhuǎn)動時0、01、02三點的相對位置發(fā)生變化，從而改變線段0102的長度，實現(xiàn)偏心調(diào)節(jié)。實施例1:用Φ8的銑刀加工Φ 10的孔，具體加工過程如下:①根據(jù)選用的刀具尺寸與所加工孔的尺寸調(diào)整偏心量，通過旋轉(zhuǎn)蝸桿10調(diào)整偏心量，使蝸輪10和蝸桿11上的刻度盤顯示當(dāng)前偏心量為Imm ；②通過手持的形式移動本裝置，使固定套3連接在鉆模板2上，加工過程中不再需要人手把持；③啟動螺旋銑孔裝置，加工過程中的切屑通過吸塵管4排除；
④若所加工孔尺寸Φ 10不變，則加工完一個孔之后，手持移動到另一孔加工位置，重復(fù)上述2— 3步驟，直至加工完；如用同一把φ 8銑刀在加工完Φ 10的孔后需加工Φ 12的孔，則通過旋轉(zhuǎn)蝸桿10調(diào)整偏心量，使偏心量調(diào)節(jié)為2_，按上述步驟②-④繼續(xù)加工即可。本發(fā)明除采用手持形式實現(xiàn)不同加工位置的移動之外，也可將本發(fā)明連接在機(jī)械手上，由機(jī)械手實現(xiàn)加工位置的移動，定位并承受加工中產(chǎn)生的切削力。
權(quán)利要求
1.一種便攜式螺旋銑孔裝置由刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和加工定位機(jī)構(gòu)組成，其特征在于，所述的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，主軸(8)為機(jī)械主軸，并且主軸(8)具有4段不同形狀的軸頸:主軸右端軸頸(8-a)為圓柱形，依次向左為主軸錐形軸頸(8-b)、主軸主體軸頸(8-c)為圓柱形、主軸左端軸頸(8-d)為圓柱形，主軸右端軸頸(8-a)軸線的中心Ol與主軸主體軸頸(8-c)軸線的中心O偏置設(shè)置；套筒(12)的內(nèi)孔軸線中心與套筒(12)外殼的中心02偏置；主軸(8)裝在套筒(12)內(nèi)孔內(nèi)，通過調(diào)節(jié)主軸右端軸頸(8-a)相對套筒(12)的轉(zhuǎn)角，來調(diào)整刀具的偏心量；主軸右端軸頸(8-a)與刀具夾具(7)相連，主軸左端軸徑(8-d)通過聯(lián)軸器(16)與第一動力源(17)相連； 所述的徑向偏移機(jī)構(gòu)中，蝸輪(11)固定在主軸右端軸頸(8-a)上，蝸桿(10)固定在前端蓋(9 )的前端，蝸輪(11)端部裝有蝸輪端面指針(23-a)和蝸輪端面刻度盤(24-a)，蝸桿(10)端部裝有蝸桿端面指針(23-b)和蝸桿端面刻度盤(24-b);所述的加工定位機(jī)構(gòu)中，固定支架(5)安裝在底板(21)上，固定套(3)裝在支架(5)上，吸塵管(4)裝在固定套(3)或鉆模板(2)上，吸塵管(4)外連真空吸塵器，鉆模板(2)與工件(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式螺旋銑孔裝置，其特征在于，裝置采用的加工方法中，采用固定套3和鉆模板2聯(lián)合定位方式，具體加工步驟如下: ①根據(jù)選用的刀具尺寸與所加工孔的尺寸調(diào)整偏心量，通過旋轉(zhuǎn)蝸桿(10)調(diào)整主軸右端軸頸(8-a)相對套筒(12)的偏心量，蝸輪(11)和蝸桿(10)上的刻度盤(24_a、24_b)顯示當(dāng)前的偏心量； ②通過手持的形式移動本裝置，使固定套(3)連接在鉆模板(2)上，加工過程中不再需要人手把持； ③啟動螺旋銑孔裝置，加工過程中的切屑通過吸塵管(4)排除； ④若所加工孔尺寸不變，則加工完一個孔之后，手持移動到另一孔加工位置，重復(fù)上述2-3步驟，直至加工完；當(dāng)加工孔的直徑改變時，則需要重新調(diào)節(jié)偏心量，再重復(fù)I一3步驟，直至加工完畢。
全文摘要
本發(fā)明為一種便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法屬于螺旋銑孔加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對新型材料如碳纖維復(fù)合材料、鋁合金、鈦合金等難加工材料的便攜式螺旋銑孔裝置及加工方法。該裝置由刀具自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、徑向偏移機(jī)構(gòu)、軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和加工定位機(jī)構(gòu)組成。在裝置中，自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主軸為機(jī)械主軸，主軸具有4段不同形狀的軸頸，主軸右端軸頸軸線的中心O1與主軸主體軸頸軸線的中心O偏置設(shè)置。該裝置采用鉆模板和固定套聯(lián)合定位，使轉(zhuǎn)換加工位置時工藝簡單，定位準(zhǔn)確，同時保證了加工過程中設(shè)備具有足夠的穩(wěn)定性和剛性。本發(fā)明在調(diào)整偏心量使用的蝸輪和蝸桿端面分別安裝有刻度盤和指針，用于指示偏心量值，使偏心量調(diào)節(jié)更準(zhǔn)確且實現(xiàn)可視化。
文檔編號B23C3/00GK103192125SQ20131010552
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者康仁科, 楊國林, 董志剛, 王歡, 朱祥龍 申請人:大連理工大學(xué)