CN103128354B - 应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置与螺旋铣孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏心调节机构及其手持式螺旋铣孔装置与螺旋铣孔方法，属于柔性加工装备技术领域。偏心调节机构用于对被控设备的偏心调整。手持式螺旋铣孔装置用于对工件的螺旋铣孔。将手持式螺旋铣孔装置作为被控设备，偏心调节机构可对手持式螺旋铣孔装置进行刀具偏心调节，使铣孔装置能实现一把刀具加工不同孔径的操作。本发明结构简单，偏心调节方便，能有效降低偏心调节机构与手持式螺旋铣孔装置的设计难度与整机重量。

Description

应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置与螺旋铣孔方法

技术领域

本发明公开了一种偏心调节机构及其手持式螺旋铣孔装置与螺旋铣孔方法，属于柔性加工装备技术领域。

背景技术

参照美国专利PCT/SE2008 /050719、US2003/0143049、PCT/SE03/00467以及中国专利CN101633060A、CN101664821A、CN101786180A、CN102794491A等，现有的螺旋铣孔装置一般包括刀具自转系统、刀具公转系统、刀具轴向进给系统以及刀具偏心调节机构。刀具偏心调节机构是用以调整刀具铣孔时公转半径的大小，其调节精度将直接影响制孔的加工精度。由于刀具偏心调节机构通常是偏心安装于刀具的公转系统与自转系统之间，其导致的质量偏心往往会带来加工时振动问题，尤其高速、超高速铣孔时。而且，偏心调节机构的设置，也会使螺旋铣孔装置设计变得更加复杂，重量偏重，从而使限制了螺旋铣孔装置的应用范围。中国专利CN1814409A公开了一种偏心距调节机构，但其结构复杂，直接用于螺旋铣孔装置的偏心调节具有一定困难。本发明专利得到了“数控机床专项”项目资助。

发明内容

本发明针对现有的偏心调节机构结构复杂、螺旋铣孔装置整机偏重与结构复杂等方面的不足，公开了一种操作简单的应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置与螺旋铣孔方法。

一种偏心调节机构，其特征在于：包括壳体、蜗轮轴、蜗轮、蜗杆、第一驱动电机、第一对接套筒、第二对接套筒；所述蜗轮轴通过轴承安装于所述壳体内，所述蜗轮安装于蜗轮轴上，所述蜗杆通过轴承安装于壳体内并与蜗轮配合，所述第一驱动电机固定在壳体上，其输出轴与蜗杆一端相固连；所述的蜗轮轴一端伸出壳体并与所述第一对接套筒同轴固定连接；所述的第二对接套筒位于第一对接套筒外侧，并与壳体固定连接；第二对接套筒和第一对接套筒之间具有偏心量。

一种应用所述偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：该手持式螺旋铣孔装置包括所述偏心调节机构，其中偏心调节机构的第一对接套筒上设置有N个第一定位销，第二对接套筒上设置有M个第二定位销；所述的手持式螺旋铣孔装置包括组合枪筒；组合枪筒内被中间隔板分成前枪筒和后枪筒；后枪筒内安装有轴向进给滑块，轴向进给滑块上设置有导向柱，后枪筒上设置有与导向柱配合的导向槽；前枪筒内通过滑动轴承安装有公转壳体；组合枪筒的中间隔板内安装有传动螺母；传动螺母中安装中空丝杆，中空丝杆后端通过上轴承安装于轴向给滑块中；轴向进给滑块上固定着第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴与中空丝杆后端相连；公转壳体后端与中空丝杆前端固连，公转壳体前端固定有第一端盖，第一端盖上具有偏心孔；公转壳体内以偏心方式安装有自转组件，自转组件包括第三驱动电机、与第三驱动电机相固连的第二端盖；第二端盖前部具有出轴颈，出轴颈伸出第一端盖上的偏心孔，并通过安装于出轴颈上的并紧螺母使第二端盖与第一端盖锁紧；第三驱动电机输出轴伸出出轴颈依次连接刀杆、刀具；第一端盖上设置有与偏心调节机构的第二定位销对应的M个定位孔；第一端盖上在偏心孔周围还设置有与偏心调节机构的第一定位销对应的N条弧形槽；第二端盖的端面上在出轴颈周围还设置有与偏心调节机构的第一定位销对应的N个导向定位螺栓，导向定位螺栓正好穿过弧形槽；上述后枪筒下方还安装有手柄；上述前枪筒前端还安装有支撑排屑罩，支撑排屑罩上还安装有排屑管。

所述的手持式螺旋铣孔装置的螺旋铣孔方法，其特征在于包括以下过程：

第一步，将偏心调节机构调整至初始状态，即偏心调节量为零；根据待制孔直径和所用刀具，确定第一驱动电机进行偏心调节的控制量；第二步，利用偏心调节机构调整手持式螺旋铣孔装置的自转组件与公转壳体之间的偏心距，具体过程如下：首先，卸下支撑排屑罩，松开并紧螺母和导向定位螺栓，使第二端盖能带动自转组件在公转壳体内旋转；其次，将偏心调节机构的第二对接套筒上的第二定位销插入第一端盖上定位孔；旋转第二端盖前部出轴颈，使第一对接套筒上的第一定位销对上第二端盖上导向定位螺栓；稍微拧紧并紧螺母，使第一对接套筒上的第一定位销插入第二端盖上导向定位螺栓外部中心孔即可；接着，启动第一驱动电机，通过蜗杆、蜗轮、蜗轮轴、第一对接套筒，带动第二端盖及第三驱动电机和刀具相对公转壳体进行旋转，旋至相应的偏心位置；最后，锁紧并紧螺母（2014），取下偏心调节机构，紧固导向定位螺栓，完成刀具相对公转壳体的偏心调节；第三步，铣孔时，首先装上支撑排屑罩，通过支撑排屑罩压紧工件；然后第三驱动电机启动，带动刀具自转，同时第二驱动电机也启动，通过中空丝杆和传动螺母，带动公转壳体和刀具进行轴向进给和公转运动，从而实现螺旋铣孔。

为了简化被控设备的组成结构和整机重量，本发明独立设计了一种简单易行的偏心调节机构，通过偏心调节机构的定位销一、定位销二分别与被控设备的固定部件、转动部件的相互连接，由第一驱动电机依次带动蜗轮、蜗杆、蜗轮轴、第一对接套筒及定位销一、第二对接套筒及定位销二，便可实现被控设备的运动部件相对固定部件偏心的精密调整。

为了降低螺旋铣孔装置的设计重量，本发明公开了一种避免自带偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置。铣孔前，手持式螺旋铣孔装置与偏心调节机构连接，根据刀具和待制孔径的大小，调节铣孔装置所夹持刀具的偏心大小，然后取下偏心调节机构；铣孔时，第二驱动电机通过中空丝杆带动公转壳体旋转，因连接刀具的第三驱动电机偏心安装在公转壳体的固定第二端盖上，从而实现螺旋铣孔。

所述的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：所述的M个第二定位销距离第二对接套筒中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布；M个定位孔距离第一端盖偏心孔中心的距离相等且沿周向均匀分布。这样的结构简单易行。

所述的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：所述的N个第一定位销距第一对接套筒中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布；所述N条弧形槽位于以第一端盖的偏心孔中心为圆心的同一个圆上且沿周向均匀分布；所述N个导向定位螺栓距第二端盖出轴颈中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布。这样的结构简单易行。

附图说明

图1为根据本发明的偏心调节结构及应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置一较佳实施案例的结构示意图；

图2为本发明的偏心调节结构的结构示意图；

图3为本发明的偏心调节机构偏心调节原理示意图；

图4为本发明的手持式螺旋铣孔装置的内部结构剖视图；

图5为图4卸去支撑排屑套的左视图；

图6为本发明的第二端盖的三维模型图；

图7为本发明的铣孔装置与偏心调节机构对接示意图；

图中标号名称：100、偏心调节机构，1001、壳体，1002、第一驱动电机，1003、蜗杆，1004、蜗轮，1005、蜗轮轴，1006、第一对接套筒，1006-1、定位销一，1007、第二对接套筒，1007-1、定位销二，O1、第一对接套筒的外圆中心，O2、第二对接套筒外圆中心，e、第一对接套筒外圆与第二对接套筒外圆的径向偏移量；200、铣孔装置，2001、组合枪筒，2001-1、前枪筒，2001-2、后枪筒，2002、手柄，2003、传动螺母，2004、中空丝杆，2005、轴承，2006、第二驱动电机，2007、进给滑块，2008、第三端盖，2009、公转壳体，2010、支撑排屑罩，2010-1、排屑管道，2011、第二端盖，2011-1、伸出轴颈，2011-2、粗端，2012、第三驱动电机，2013、第一端盖，2013-1、弧形槽，2013-2、定位孔，2014、并紧螺母，2015、刀杆，2016、刀具，2017、导向轴及指示针，2018、导向定位螺栓，2019、固定螺栓二、2020、滑动轴承，2021、刻度台，2022、轴承端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的偏心调节机构及应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置进行详细阐述。

参见图1所示，本发明公开的一种偏心调节机构及应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置，该偏心调节机构100用于被控设备的偏心调节；手持式螺旋铣孔装置200用于工件的螺旋铣孔，对于不同孔径的加工，可运用偏心调节机构100调整手持式螺旋铣孔装置200所夹持刀具的偏心大小。

参见图2所示，所述的偏心调节机构100主要是由壳体1001、第一驱动电机1002、蜗杆1003、蜗轮1004、蜗轮轴1005、第一对接套筒1006、第二对接套筒1007等组成。固定在壳体1001端面上的第一驱动电机1002，其输出轴接有蜗杆1003；与蜗杆1003相配的蜗轮1004套装在壳体1001的蜗轮轴1005上；蜗轮轴1005一端穿过壳体1001与第二对接套筒1007同轴相连；套装在第二对接套筒1007外侧的第一对接套筒1006与壳体1001侧面固连，第一对接套筒1006外圆与第二对接套筒1007外圆存在一定的偏心量；第一对接套筒1006上设有三个定位销一1006-1，三个定位销一1006-1均布在一个与第一对接套筒1006外圆同心的圆上；第二对接套筒1007上也设有三个定位销二1007-1，三个定位销二1007-1均布在一个与第二对接套筒1007外圆同心的圆上；三个定位销一1006-1插入被控设备某一固定部件（图中未画出）中，三个定位销二1007-1插入被控设备某一运动部件（图中未画出）中。

参见图4、5、6、7所示，所述的手持式螺旋铣孔装置200主要包括组合枪筒2001、手柄2002、支撑排屑罩2010、传动螺母2003、中空丝杆2004、第二驱动电机2006、进给滑块2007、第三端盖2008、公转壳体2009、第二端盖2011、第三驱动电机2012、第一端盖2013、并紧螺母2014、刀杆2015、刀具2016。设有中间隔板的组合枪筒2001是由同轴互连的前枪筒2001-1、后枪筒2001-2组成，后枪筒2001-2下方外接有手柄2002，后枪筒2001-2右端设有用以显示轴向进给的刻度台2021；前枪筒2001-1左端通过螺纹连接一个支撑排屑罩2010，支撑排屑罩2010上设有一个排屑管2010-1；装在组合枪筒2001中间隔板上的传动螺母2003中插有一根中空丝杠2004；中空丝杆2004右端穿过进给滑块2007上轴承2005连接第二驱动电机2006，第二驱动电机2006通过第三端盖2008安装进给滑块2007上，进给滑块前后侧面装有带有指针的导向轴2017；中空丝杆2004通过左端法兰与安装在前枪筒上滑动轴承2020内的公转壳体2009右端面连接；公转壳体2009左端偏心内孔中装有第二端盖2011；第二端盖2011左端出轴颈2011-1穿过公转壳体2009端面上的第一端盖2013，装有一个并紧螺母2014；

第三驱动电机2012左侧偏心安装一个第二端盖2011，其输出轴第二端盖2011中心孔，依次接有刀杆2015、刀具2016；第一端盖2013上设有三条弧形槽2013-1和一个偏心中心孔，三条弧形槽2013-1均布在偏心中心孔的周围，均布在端盖二2011左端面上的三个导向定位螺栓2018分别穿过三条弧形槽2013-1。

本发明偏心调节机构及应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置的工作原理如下：

偏心调节机构进行偏心调节时，首先将第一对接套筒2006的定位销一2006-1插入被控设备的某一固定部件中，第二对接套筒2007的定位销二2007-1插入被控设备的某一运动部件中；然后，第一驱动电机1002通过蜗杆1003、蜗轮1004、蜗轮轴1005、第二对接套筒1006及第一定位销1007，带动被控设备的运动部件，完成相对固定部件的偏心调节。偏心调节机构的工作原理如图3所示。

手持式螺旋铣孔装置制孔时，主要分为三步：

第一步，将偏心调节机构100调整至初始状态，即偏心调节量为零；根据待制孔直径和所用刀具，确定第一驱动电机1002进行偏心调节的控制量；

第二步，利用偏心调节机构100调整手持式螺旋铣孔装置200的自转组件与公转壳体2009之间的偏心距，具体过程如下：首先，卸下支撑排屑罩2010，松开并紧螺母2014和导向定位螺栓2018，使第二端盖2011能带动自转组件在公转壳体内旋转即可；其次，将偏心调节机构100的第二对接套筒1007上的第二定位销1007-1插入第一端盖2013上定位孔2013-2；旋转第二端盖2011前部出轴颈2011-1，使第一对接套筒1006上的第一定位销1006-1对上第二端盖2011上导向定位螺栓2018；稍微拧紧并紧螺母2014，使第一对接套筒1006上的第一定位销1006-1插入第二端盖2011上导向定位螺栓2018外部中心孔即可；接着，启动第一驱动电机1002，通过蜗杆传动，带动第二端盖2011及第三驱动电机2012和刀具1016相对公转壳体2009进行旋转，旋至相应的偏心位置；最后，锁紧并紧螺母2014，取下偏心调节机构100，紧固导向定位螺栓2018，完成刀具1016相对公转壳体2009的偏心调节； 

第三步，铣孔时，首先装上螺旋铣孔装置200前端的支撑排屑罩2010，通过支撑排屑罩2010压紧工件；然后第三驱动电机2012启动，带动刀具2016发生自转，同时第二驱动电机2006也启动，通过中空丝杆2004和传动螺母2003，带动公转壳体1009和刀具1016进行轴向进给和公转运动，从而实现螺旋铣孔。

以上所述仅为本发明涉及的偏心调节机构及应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (4)

1.一种应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：

所述偏心调节机构包括壳体（1001）、蜗轮轴（1005）、蜗轮（1004）、蜗杆（1003）、第一驱动电机（1002）、第一对接套筒（1006）、第二对接套筒（1007）；

所述蜗轮轴（1005）通过轴承安装于所述壳体(1001)内，所述蜗轮（1004）安装于蜗轮轴（1005）上，所述蜗杆（1003）通过轴承安装于壳体（1001）内并与蜗轮（1004）配合，所述第一驱动电机（1002）固定在壳体（1001）上，其输出轴与蜗杆（1003）一端相固连；

所述的蜗轮轴(1005)一端伸出壳体（1001）并与所述第一对接套筒（1006）同轴固定连接；所述的第二对接套筒（1007）位于第一对接套筒（1006）外侧，并与壳体（1001）固定连接；第二对接套筒（1007）和第一对接套筒（1006）之间具有偏心量；

该手持式螺旋铣孔装置包括所述偏心调节机构，其中偏心调节机构的第一对接套筒（1006）上设置有N个第一定位销（1006-1），第二对接套筒（1007）上设置有M个第二定位销(1007-1)；

所述的手持式螺旋铣孔装置(200)包括组合枪筒（2001）；组合枪筒（2001）内被中间隔板分成前枪筒（2001-1）和后枪筒（2001-2）；后枪筒（2001-2）内安装有轴向进给滑块（2007），轴向进给滑块（2007）上设置有导向柱，后枪筒（2001-2）上设置有与导向柱配合的导向槽；前枪筒（2001-1）内通过滑动轴承（2020）安装有公转壳体（2009）；

组合枪筒（2001）的中间隔板内安装有传动螺母（2003）；传动螺母（2003）中安装中空丝杆（2004），中空丝杆（2004）后端通过上轴承（2005）安装于轴向进给滑块（2007）中；轴向进给滑块（2007）上固定着第二驱动电机（2006），第二驱动电机（2006）的输出轴与中空丝杆（2004）后端相连；

公转壳体（2009）后端与中空丝杆（2004）前端固连，公转壳体（2009）前端固定有第一端盖（2013），第一端盖（2013）上具有偏心孔；

公转壳体（2009）内以偏心方式安装有自转组件，自转组件包括第三驱动电机（2012）、与第三驱动电机（2012）相固连的第二端盖（2011）；第二端盖（2011）前部具有出轴颈（2011-1），出轴颈（2011-1）伸出第一端盖（2013）上的偏心孔，并通过安装于出轴颈（2011-1）上的并紧螺母（2014）使第二端盖（2011）与第一端盖（2013）锁紧；第三驱动电机（2012）输出轴伸出出轴颈（2011-1）依次连接刀杆（2015）、刀具（2016）；

第一端盖（2013）上设置有与偏心调节机构的第二定位销（1007-1）对应的M个定位孔（2013-2）；

第一端盖（2013）上在偏心孔周围还设置有与偏心调节机构的第一定位销（1006-1）对应的N条弧形槽（2013-1）；第二端盖（2011）的端面上在出轴颈（2011-1）周围还设置有与偏心调节机构的第一定位销（1006-1）对应的N个导向定位螺栓（2018），导向定位螺栓（2018）正好穿过弧形槽（2013-1）；

上述后枪筒（2001-2）下方还安装有手柄（2002）；上述前枪筒（2001-1）前端还安装有支撑排屑罩（2010），支撑排屑罩（2010）上还安装有排屑管（2010-1）。

2.根据权利要求1所述的应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：所述的M个第二定位销(1007-1)距离第二对接套筒（1007）中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布；M个定位孔（2013-2）距离第一端盖（2013）偏心孔中心的距离相等且沿周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置，其特征在于：所述的N个第一定位销（1006-1）距第一对接套筒（1006）中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布；所述N条弧形槽（2013-1）位于以第一端盖（2013）的偏心孔中心为圆心的同一个圆上且沿周向均匀分布；所述N个导向定位螺栓（2018）距第二端盖（2011）出轴颈（2011-1）中心轴线的距离相等且沿周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的应用偏心调节机构的手持式螺旋铣孔装置的螺旋铣孔方法，其特征在于包括以下过程：

第一步，将偏心调节机构（100）调整至初始状态，即偏心调节量为零；根据待制孔直径和所用刀具，确定第一驱动电机（1002）进行偏心调节的控制量；

第二步，利用偏心调节机构（100）调整手持式螺旋铣孔装置（200）的自转组件与公转壳体（2009）之间的偏心距，具体过程如下：

首先，卸下支撑排屑罩（2010），松开并紧螺母（2014）和导向定位螺栓（2018），使第二端盖（2011）能带动自转组件在公转壳体内旋转；

其次，将偏心调节机构（100）的第二对接套筒（1007）上的第二定位销（1007-1）插入第一端盖（2013）上定位孔（2013-2）；旋转第二端盖（2011）前部出轴颈（2011-1），使第一对接套筒（1006）上的第一定位销（1006-1）对上第二端盖（2011）上导向定位螺栓（2018）；稍微拧紧并紧螺母（2014），使第一对接套筒（1006）上的第一定位销（1006-1）插入第二端盖（2011）上导向定位螺栓（2018）外部中心孔即可；

接着，启动第一驱动电机（1002），通过蜗杆（1003）、蜗轮（1004）、蜗轮轴（1005）、第一对接套筒（1006），带动第二端盖（2011）及第三驱动电机（2012）和刀具（1016）相对公转壳体（2009）进行旋转，旋至相应的偏心位置；

最后，锁紧并紧螺母（2014），取下偏心调节机构（100），紧固导向定位螺栓（2018），完成刀具（1016）相对公转壳体（2009）的偏心调节；

第三步，铣孔时，首先装上支撑排屑罩（2010），通过支撑排屑罩压紧工件；然后第三驱动电机（2012）启动，带动刀具（2016）自转，同时第二驱动电机（2006）也启动，通过中空丝杆（2004）和传动螺母（2003），带动公转壳体（1009）和刀具（1016）进行轴向进给和公转运动，从而实现螺旋铣孔。