一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置及其工作方法，所述的装置包括刀具、内套筒、外套筒、分装式力矩电机、电磁离合器、旋转平移机构、气缸、直线进给机构及定位装置；旋转平移机构由动环、过渡环、定环、前连杆、后连杆和销轴组成。本发明专利技术除使用双偏心套筒来改变偏心量外，还使双偏心套筒之间发生相对旋转。由于刀具公转的需要，驱动外套筒的电机是必不可少的，通过使用旋转平移机构，可以使外套筒旋转时内套筒平动而不转动，从而改变了内外套筒之间的相对转角。本发明专利技术利用气缸压紧的方式实现定环的机械锁死，结构简单，锁死牢固，成本低廉。本发明专利技术利用公转使用的分装式力矩电机即可实现刀具偏心量的自动调节，无需配备额外的动力源。

【技术实现步骤摘要】
一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置及其工作方法
本专利技术属于螺旋铣孔加工
，涉及一种针对新型材料如复合材料、铝合金、钛合金等难加工材料的自动调整孔径的螺旋铣孔装置及其工作方法。
技术介绍
螺旋铣孔是航空制造业出现的用于复合材料、钛合金等难加工材料制孔的新技术。复合材料、钛合金等新型材料由于具有优良的机械物理性能而被大量运用到飞行器设计中，制造蒙皮、支撑梁等结构部件。此类结构部件在飞行器装配过程中需要加工大量的连接孔，如铆钉孔、螺栓孔等。复合材料、钛合金属于典型的难加工材料，采用麻花钻钻孔是目前航空航天制造企业最常用的制孔方法。对复合材料采用麻花钻制孔时，轴向力较大，容易出现分层、撕裂、纤维拔出、毛刺等加工缺陷，刀具磨损严重，加工精度低。对钛合金材料采用麻花钻制孔时，容易在出口产生飞边毛刺，切削温度高，热影响严重，刀具急剧磨损，孔壁受到连续切屑的摩擦挤压作用，精度和质量差。当进行飞行器机翼与机身对接或机身不同舱段对接时，需要将复合材料和钛合金罗叠起来形成复合材料/合金叠层结构，进行一体式制孔。由于两种材料性能差异大，刀具形状和加工参数难以匹配，且加工孔直径和深度大，加工质量要求高，制孔难度进一步增加。为解决上述问题，保证制孔精度和质量，目前不得不采用细化工艺的方法，通过钻、扩、铰等一系列工序才能最终完成一个孔的加工，工艺流程长，成产效率低，需要刀具种类多，且前一道工艺产生的损伤严重时后续工艺不能完全消除。另一方面，飞行器装配现场多由工人采用手持气钻工具进行加工，加工复合材料时会产生大量有害粉尘，工人工作环境恶劣；加工钛合金时需要用手施加很大的轴向压力，工人劳动强度大。螺旋铣孔技术为了解决上述问题而出现。螺旋铣孔相对于传统钻孔而言属于偏心加工过程，专用铣刀在自转的同时绕被加工孔中心公转，并在轴线方向上进给，刀具中心的轨迹不再是直线而是螺旋线。现有的学术研究及工程实践都已经证实，螺旋铣孔相对于传统钻孔具有更多优点：加工复合材料时不易出现分层、撕裂、纤维拔出、毛刺等加工缺陷；加工钛合金时出入口均不会产生毛刺；切削力小，切削温度低；切屑不连续且具有天然的排屑空间；能通过调整偏心来改变孔径而不需要更换刀具。螺旋铣孔的这些优势使其在航空难加工材料以及更广泛的领域具有巨大的应用前景。为了实现飞行器装配现场的螺旋铣孔加工，必须开发专用的螺旋铣孔装置。现已出现的螺旋铣孔装置大致可分为两类。一类采用手动的方式调整偏心量。如中国专利CN200910068518公开的《螺旋铣孔方法及其装置》，中国专利CN201010138419公开的《螺旋铣孔装置及方法》，中国专利CN201310105521公开的《一种便携式螺旋铣孔装置及加工方法》等。此类螺旋铣孔装置由于采用手动方式调节偏心量，自动化程度低，调节精度差，当加工孔尺寸种类多时，需要不断地用手调整偏心量，操作十分繁琐，影响生产效率。该类装置不适用于机器人定位的全自动螺旋铣孔加工。另一类为采用自动调整偏心量的螺旋铣孔装置。如中国专利CN200910306026公开的《自动螺旋铣孔单元》，中国专利CN201210208170公开的《自动螺旋铣孔装置》，中国专利以CN201210300281公开的《一种自动化螺旋铣孔装置及其方法》等。此类螺旋铣孔装置虽然都实现了偏心量的自动调节，但除了自转、公转、进给各自所必须的动力源之外，都需要额外增加动力源来驱动偏心调节机构才能实现偏心量的自动调节；这一额外增加的动力源往往为伺服电机，从而使装置结构复杂，增大了整个装置的尺寸和重量。当需将螺旋铣孔装置安装于机械手上时，由于整体重量增加，就需要购买承载能力更大的机械手，增加了成本。另一方面，由于需要控制的电机数量增加，控制电路复杂，配套的控制系统需要更多的输出口。以上种种都增加了螺旋铣孔装置的制造和使用成本。
技术实现思路
为解决现有自动螺旋铣孔装置存在的上述问题，本专利技术设计了一种动力源数目少、体积小、重量轻、结构简单和成本低的自动调节的螺旋铣孔装置及其工作方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置，包括刀具、电主轴、内套筒、外壳、外套筒、分装式力矩电机、电磁离合器、旋转平移机构、挡块、压块、气缸、碟片、直线进给机构及定位装置。所述的刀具安装在电主轴的输出轴上；电主轴通过轴承支撑在内套筒内、可在内套筒内转动；内套筒的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，内套筒通过锥面和圆柱面与外套筒装配，内套筒、外套筒之间可以相对转动；外套筒的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，外套筒通过轴承安装在外壳内并可在外壳内转动；分装式力矩电机的定子与外壳连接，分装式力矩电机的转子安装在外套筒上；旋转平移机构的动环安装在内套筒一端，旋转平移机构的定环通过轴承安装在外壳内并可在外壳内转动，定环一端与碟片连接；电磁离合器的定子安装在外套筒上，电磁离合器的转子安装在内套筒上；气缸安装于外壳内，气缸活塞杆前端固定有压块；外壳安装在直线进给机构上，直线进给机构由直线导轨、滚珠丝杠和伺服电机组成；直线进给机构安装在定位装置上。所述的旋转平移机构由动环、过渡环、定环、前连杆、后连杆和销轴组成。动环、过渡环和定环的水平面上分别均匀分布有三个圆柱孔，三个圆柱孔的中心轴线平行；所述的前连杆和后连杆各有三个，每个前连杆上有两个轴线平行的圆柱孔，每个后连杆上有两个轴线平行的圆柱孔；每个前连杆的一个圆柱孔通过销轴与动环上的一个圆柱孔可转动的连接、其另一个圆柱孔通过销轴与过渡环上的一个圆柱孔可转动的连接；每个后连杆的一个圆柱孔通过销轴与过渡环上的一个圆柱孔可转动的连接、其另一个圆柱孔通过销轴与定环上的一个圆柱孔可转动的连接；所述的三个前连杆和三个后连杆相互平行。本专利技术所述的动环与过渡环之间由三个前连杆连接，所述的过渡环与定环之间由三个后连杆连接。本专利技术所述的分装式力矩电机可用伺服电机或步进电机取代，并通过同步带和齿轮驱动外套筒转动。本专利技术所述的电主轴可用气动主轴代替。本专利技术所述的定位装置是机械手或自动钻铆机。一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置的工作方法，包括如下步骤：a、根据所选刀具直径及待加工孔直径确定偏心量，偏心量e＝(孔直径‐刀具直径)/2；b、将气缸上气，使其活塞杆伸出，气缸通过前端固定的压块向碟片施加压力，使碟片发生弹性变形，与挡块挤压产生摩擦力，使碟片锁死，不能旋转；c、电磁离合器通电，解除定子与转子锁死状态；d、启动分装式力矩电机，带动外套筒旋转一定角度，将偏心量调整为设定值；e、电磁离合器断电，其定子与转子之间锁死；f、将气缸上气，使其活塞杆收回，碟片弹性变形恢复，与挡块分离；g、启动分装式力矩电机带动外套筒转动，实现刀具的公转；h、启动电主轴，实现刀具的自转；i、启动直线进给机构实现刀具的轴向进给，直至完成螺旋铣孔加工过程。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术使用双偏心套筒来改变偏心量已经是此领域广泛使用的方式，其关键在于使双偏心套筒之间发生相对旋转。由于刀具公转的需要，驱动外套筒的电机是必不可少的，通过使用旋转平移机构，可以使外套筒旋转时内套筒平动而不转动，从而改变了内、外套筒之间的相对转角。旋转平移机构采用了三个圆环通过连杆连接的形式，几何原理上为两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置，包括刀具(1)、电主轴(2)、内套筒(3)、外壳(4)、外套筒(5)、分装式力矩电机(6)、挡块(11)、压块(12)、气缸(13)、碟片(14)、直线进给机构及定位装置；其特征在于：还包括旋转平移机构和电磁离合器(7)；所述的刀具(1)安装在电主轴(2)的输出轴上；电主轴(2)通过轴承支撑在内套筒(3)内、可在内套筒(3)内转动；内套筒(3)的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，内套筒(3)通过锥面和圆柱面与外套筒5装配，内套筒(3)、外套筒(5)之间可以相对转动；外套筒(5)的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，外套筒(5)通过轴承安装在外壳(4)内并可在外壳(4)内转动；分装式力矩电机(6)的定子与外壳(4)连接，分装式力矩电机(6)的转子安装在外套筒(5)上；旋转平移机构的动环(8)安装在内套筒(3)一端，旋转平移机构的定环(10)通过轴承安装在外壳(4)内并可在外壳(4)内转动，定环(10)一端与碟片(14)连接；电磁离合器(7)的定子安装在外套筒(5)上，电磁离合器(7)的转子安装在内套筒(3)上；气缸(13)安装于外壳(4)内，气缸活塞杆前端固定有压块(12)；外壳(4)安装在直线进给机构上，直线进给机构由直线导轨、滚珠丝杠和伺服电机组成；直线进给机构安装在定位装置上；所述的旋转平移机构由动环(8)、过渡环(9)、定环(10)、前连杆(15)、后连杆(16)和销轴组成。动环(8)、过渡环(9)和定环(10)的水平面上分别均匀分布有三个圆柱孔，三个圆柱孔的中心轴线平行；所述的前连杆(15)和后连杆(16)各有三个，每个前连杆(15)上有两个轴线平行的圆柱孔，每个后连杆(16)上有两个轴线平行的圆柱孔；每个前连杆(15)的一个圆柱孔通过销轴与动环(8)上的一个圆柱孔可转动的连接、其另一个圆柱孔通过销轴与过渡环(9)上的一个圆柱孔可转动的连接；每个后连杆(16)的一个圆柱孔通过销轴与过渡环(9)上的一个圆柱孔可转动的连接、其另一个圆柱孔通过销轴与定环(10)上的一个圆柱孔可转动的连接；所述的三个前连杆(15)和三个后连杆(16)相互平行。...

【技术特征摘要】
1.一种自动调整孔径的螺旋铣孔装置，包括刀具(1)、电主轴(2)、内套筒(3)、外壳(4)、外套筒(5)、分装式力矩电机(6)、挡块(11)、压块(12)、气缸(13)、碟片(14)、直线进给机构及定位装置；其特征在于：还包括旋转平移机构和电磁离合器(7)；所述的刀具(1)安装在电主轴(2)的输出轴上；电主轴(2)通过轴承支撑在内套筒(3)内、可在内套筒(3)内转动；内套筒(3)的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，内套筒(3)通过锥面和圆柱面与外套筒(5)装配，内套筒(3)、外套筒(5)之间可以相对转动；外套筒(5)的内孔轴线与外圆柱面轴线有一定的偏心量，外套筒(5)通过轴承安装在外壳(4)内并可在外壳(4)内转动；分装式力矩电机(6)的定子与外壳(4)连接，分装式力矩电机(6)的转子安装在外套筒(5)上；旋转平移机构的动环(8)安装在内套筒(3)一端，旋转平移机构的定环(10)通过轴承安装在外壳(4)内并可在外壳(4)内转动，定环(10)一端与碟片(14)连接；电磁离合器(7)的定子安装在外套筒(5)上，电磁离合器(7)的转子安装在内套筒(3)上；气缸(13)安装于外壳(4)内，气缸活塞杆前端固定有压块(12)；外壳(4)安装在直线进给机构上，直线进给机构由直线导轨、滚珠丝杠和伺服电机组成；直线进给机构安装在定位装置上；所述的旋转平移机构由动环(8)、过渡环(9)、定环(10)、前连杆(15)、后连杆(16)和销轴组成；动环(8)、过渡环(9)和定环(10)的水平面上分别均匀分布有三个圆柱孔，三个圆柱孔的中心轴线平行；所述的前连杆(15)和后连杆(16)各有三个，每个前连杆(15)上有两个轴线平行的圆柱孔，每个后连杆(16)上有两个轴线平行的圆柱孔；每个前连杆(15)的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：康仁科，董志刚，杨国林，朱祥龙，王欢，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21