一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构的制作方法
专利名称:一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于复杂孔壁形状的镗削加工领域，具体涉及一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构。
【背景技术】
[0002]键削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径切削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为镗刀或镗杆。镗孔是对锻出，铸出或钻出孔的进一步加工，属于镗削方式的一种。镗孔可扩大孔径，提高精度，减小表面粗糙度，还可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜。
[0003]普通的镗刀结构，一般包括刀柄和设置在刀柄前端的刀具，刀柄后端安装在机床上，使用时靠机床提供动力进行镗削加工。但对于一些不适合靠机床实现加工的情况，例如在一些已安装好的较大设备上进行技改需要扩孔镗削加工等情况，则很难采用现有的加工设备实现加工。
[0004]另外，现有的镗刀，镗削加工性能有限，对于深度大于直径6倍以上的深孔镗削加工，以及一些比较复杂的结构例如螺旋式断隔槽、直槽、斜槽、圆弧槽、螺纹、螺旋面、圆弧面、内孔的局部扩大等加工时，也难以保证精度和加工效率。
[0005]为了解决上述现有镗刀难以加工复杂型面和难以实现独立加工的问题，申请人考虑设计了一种镗削加工三轴联动机械臂，包括整体呈圆柱状的刀柄和刀具，刀具安装在刀柄前端的切削段内，其特点在于，所述刀柄上切削段后端向后依次形成有用于控制刀具径向进给的径向进给控制段、用于控制刀具切削段周向旋转的周向旋转控制段和用于控制刀具切削段轴向伸缩的轴向伸缩控制段，刀柄上还设置有用于实现在被加工孔内支撑的刀具稳定支撑装置。这样，该机械臂能够靠刀具稳定支撑装置支撑在被加工孔内部，然后加工过程中能够产生三轴联动，具有镗削加工范围大，适用性广的特点。
[0006]同时其中，所述轴向伸缩控制段，设置了一个同轴安装在机械臂后部的轴向伸缩控制段筒体，轴向伸缩控制段筒体后端内腔中安装有轴向伸缩控制电机，所述轴向伸缩控制电机输出轴向前设置并通过转向传动机构和周向旋转控制段后端连接且能够带动周向旋转控制段前后伸缩运动。
[0007]但其中，对于转向传动机构具体怎样设置才能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，并具有结构简单，控制可靠的特点，成为有待进一步考虑的问题。
【实用新型内容】
[0008]针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构。
[0009]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
[0010]—种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。
[0011]这样，依靠丝杠螺母传动副的设置，采用简单的结构实现了将轴向伸缩控制电机输出轴的旋转输出转化为周向旋转控制段的轴向平移，结构简单且控制可靠。
[0012]作为优化，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体前端向前延伸至周向旋转控制段后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段外表面后半部的导向槽，还包括配合在导向槽内的一个固定在导向段内表面的导向滑块。
[0013]这样，将导向结构设置在周向旋转控制段后半部外，可以在方便装配的同时，更好地提高整体结构稳定性。
[0014]进一步地，所述螺母筒体前端和周向旋转控制段后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体前端沿周向外凸的挂接盘和固定在周向旋转控制段后端的一个挂接环，挂接环后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段后端端面中部之间位置的十字连接块，十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间以及十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间均留有浮动间隙。
[0015]这样，螺母筒体靠十字连接块传递动力推动周向旋转控制段前进，靠挂接环和挂接盘挂接传递动力带动周向旋转控制段后退，在前进走刀过程中，十字连接块两侧的凹凸配合结构能够传递扭矩和推力，同时靠浮动间隙可以容许十字连接块产生一定角度的偏摆而不影响推力和扭矩的传递，进而就消除了丝杠螺母传动副传动时产生的抖动，保证了前端传动的稳定性。
[0016]更好的选择是第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。这样弧形配合能够使得十字连接块摆动过程中顺弧形转动而不产生碰撞，更好地提高传动稳定性。
[0017]综上所述，本实用新型具有能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度等优点。
【附图说明】
[0018]图I为一种采用了本实用新型的镗削加工三轴联动机械臂的整体结构示意图。
[0019]图2为图I中刀具位置的A-A剖视图。
[0020]图3为图I中刀具所在位置能够显示斜铁和传动齿条平面结构的局部示意图。
[0021]图4为图I中旋转支撑轴承结构位置的C-C剖视方向单独显示旋转支撑轴承结构的示意图。
[0022]图5为作为另外一种实施方式的楔块式外撑机构的结构示意图。
[0023]图6为图I中能够显示切削段和径向进给控制段结构的局部放大示意图。
[0024]图7为图I中能够显示部分轴向伸缩控制段结构的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合一种采用了本实用新型的镗削加工三轴联动机械臂的最优实施方式及其附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0026]如图1-7所示，一种镗削加工三轴联动机械臂的最优实施方式，包括整体呈圆柱状的刀柄和刀具，刀具安装在刀柄前端的切削段内，其中，所述刀柄上切削段后端向后依次形成有用于控制刀具径向进给的径向进给控制段、用于控制刀具切削段周向旋转的周向旋转控制段和用于控制刀具切削段轴向伸缩的轴向伸缩控制段，刀柄上还设置有用于实现在被加工孔内支撑的刀具稳定支撑装置。
[0027]这样，上述机械臂能够靠刀具稳定支撑装置支撑在被加工孔内部，然后加工过程中能够产生三轴联动，靠周向旋转控制段控制旋转镗削的同时能够控制刀具沿径向进给或伸缩运动，进而实现了镗削独立加工的同时，能够完成复杂结构和深孔结构的镗削加工。具有镗削加工范围大，适用性广的特点。
[0028]其中，所述切削段包括一个切削段筒体I，切削段筒体I前部位置设置有刀具安装槽并用于安装刀具，刀具包括用于形成切削刃的刀头部分2和用于实现安装和刀具径向进给传动的安装柄部分3，刀头部分2的切削刃位置外露出刀具安装槽，刀头部分3和安装柄部分3分体式设计且采用螺栓固定连接为一体，安装柄部分3的内侧面上设置有传动齿条用于实现刀具径向进给传动。
[0029]这样，刀具采用刀头和安装柄两部分结构实现，靠刀头部分形成切削刃，这样，可以针对切削和安装不同的要求各自采用不同的材料，以提高切削刃加工强度的同时降低成本，具体地说，刀头部分采用硬质合金材料制得，安装柄部分采用45号钢制得。同时将刀具分为两个部分，方便安装柄部分上设置传动结构实现刀具径向进给传动。该传动结构采用传动齿条，可以方便和传动输入齿轮啮合实现刀具进给进给传动，结构简单且利于传动比精确控制。
[0030]其中，所述传动齿条包括第一传动齿条4和第二传动齿条5，第一传动齿条4和第二传动齿条5并列错位设置且同时和用于实现刀具径向进给传动的刀具径向进给传动齿轮6啮合。
[0031]这样，设置两个传动齿条同时和刀具径向进给传动齿轮啮合，可以靠两个传动齿条的错位设置，使其两个传动齿条中错位相邻的两个轮齿分别贴合到刀具径向进给传动齿轮一个齿槽的前后两侧;这样就消除了采用齿轮啮合传动容易存在的啮合间隙，在较小啮合间隙导致的传动误差的同时极大地降低了对齿轮制造精度的要求。
[0032]其中，刀具安装槽前侧内壁倾斜设置且前侧内壁中和刀具径向进给方向一致的该端往靠近刀具的方向倾斜，该刀具安装槽前侧内壁和刀具前侧外壁之间配合设置有一块斜铁7，斜铁7和刀具安装槽前侧内壁相贴一侧为斜面，斜铁7和刀具相贴一侧为和刀具进给方向一致的直面;这样能够更好地消除刀具安装产生的轴向间隙且方便刀具安装。进一步地，斜铁7较大一端被固定于靠近刀具安装槽前侧内壁的切削段筒体外表面的限位螺钉8限位固定;这样结构简单且方便斜铁的限位固定。再进一步地，第一传动齿条4和第二传动齿条5靠并列相接一侧对应设置的凹凸配合结构9实现嵌接配合，所述凹凸配合结构9中具有倾斜于相接侧面的一个斜向滑动配合面;这样，在装配时，先将第一传动齿条和第二传动齿条并列排布好，并使得二者相接一侧的凹凸配合结构先沿斜向滑动配合面相贴插入完成部分嵌入配合，将刀具径向进给传动齿轮安装到位，再将斜铁的较小一端从斜铁安装空间的较大一端插入，斜铁插入时依靠和刀具安装槽前侧的倾斜内壁的滑动配合挤压两块传动齿条相互并拢，两块传动齿条相互并拢过程中依靠二者之间凹凸配合结构中的斜向滑动配合面的配合带动两块传动齿条沿自身传动方向错位移动，直至刀具径向进给传动齿轮一个齿槽的两侧同时被两块传动齿条的一个轮齿相贴抵紧;此时斜铁无法再行插入，将斜铁保持位置固定完毕后完成装配。这样的装配过程直接依靠斜铁的插入配合就消除了齿轮传动导致的配合间隙的同时也一起消除了刀具安装的轴向间隙；而且极大地提高了装配效率，保证装配可靠性。再进一步地，可以在斜铁7和刀具相贴一侧沿垂直于刀具径向进给方向设置多个滚柱槽，所述多个滚柱槽沿刀具径向进给方向均匀间隔排布，所述滚柱槽内安装有空心滚柱10且空心滚柱10外表面露出于滚柱槽并用于和刀具前侧面相贴合。这样空心滚柱将装配过程和后续刀具径向进给过程中的滑动摩擦转化为滚动摩擦，提高刀具装配和进给调整的顺畅性，同时依靠空心滚柱的弹性，可以更好地消除间隙并起到减震效果，进一步地空心滚柱采用60Si2Mn的弹簧钢材料，以更好地产生弹性提高减震效果。
[0033]其中，所述径向进给控制段，包括一个同轴设置于机械臂前部的径向进给控制段筒体U，径向进给控制段筒体11前端和切削段筒体固定连接，径向进给控制段筒体内部安装有径向进给控制电机12，所述径向进给控制电机12输出轴向前设置并向前连接有减速传动系统，所述减速传动系统包括用于和刀具上的传动齿条啮合的刀具径向进给传动齿轮6。
[0034]这样，径向进给控制段中，靠径向进给控制电机输出转动至减速传动系统减速后，再靠刀具径向进给传动齿轮将转动传递到传动齿条转化为刀具径向伸缩的平动，进而实现刀具径向伸缩的控制，具有结构简单，控制可靠的优点。
[0035]其中，所述减速传动系统包括谐波减速机构，谐波减速机构输出端和一个径向进给传动轴19相连，径向进给传动轴19前端延伸至切削段筒体I内部空腔中并设置刀具径向进给传动齿轮6。这样，采用谐波减速机构作为减速传动系统，能够极大地降低传动比，能够更好地提高刀具径向进给输出的控制精度。
[0036]其中，所述谐波减速机构包括径向进给控制电机输出轴上同轴设置的谐波输入齿轮13，谐波输入齿轮13外均匀布置有数个谐波中间齿轮14，谐波中间齿轮14和谐波输入齿轮13啮合，谐波中间齿轮14外具有一个和谐波输入齿轮同轴设置的谐波转轮15，谐波转轮15具有内齿圈和谐波中间齿轮14啮合，谐波转轮15外套设有谐波柔轮16，谐波转轮15外表面沿直径方向的两端还对称安装有两个沿径向向外凸起的波发生构件17，波发生构件17外端和谐波柔轮15内表面抵接并使得谐波柔轮变形呈椭圆形，谐波柔轮15外表面形成有外齿圈且在椭圆形长轴的两端和一个与径向进给控制段筒体相对固定的内齿轮18啮合，谐波柔轮16前端为谐波减速机构的输出端且和径向进给传动轴19后端相连。这样，工作时径向进给控制电机输出轴通过谐波输入齿轮带动谐波中间齿轮旋转，带动谐波转轮旋转，再靠波发生构件带动谐波柔轮和固定的外齿圈配合产生差速反转;这样该谐波减速机构中靠谐波中间齿轮先实现第一级减速传动，然后再次靠谐波柔轮实现差速传动后带动径向进给传动轴旋转输出，故可以极大地提高了减速传动效果，保证了刀具径向进给的稳定性和可控性，提高了径向进给控制精度。再进一步地，所述波发生构件17为沿轴向设置的滚柱。这样滚柱的设置能够将波发生构件和谐波柔轮之间形成滚动配合，极大地减小摩擦降低磨损提高传动平稳性，而且更重要的是此处结构设置使得当刀具工作承受切削反向压力传递到此处后会转化为滚柱在沿谐波转轮径向上的压力，而且即使有部分其他方向的分力也会被滚柱自身旋转所抵消，不会再次往回传递，产生良好的反转自锁效果，极大地提高了刀具工作的稳定性。再进一步地，所述径向进给传动轴19整体为前端直径减小的阶梯圆盘状，径向进给传动轴上位于刀具径向进给传动齿轮的两端位置各通过一个轴承安装在切削段筒体I内腔中。这样可以更好地保证传动平稳，提高稳定性。再进一步地，径向进给传动轴19后端周向上设置有插接凹槽和谐波柔轮16前端沿周向外突设置的插接凸起配合实现连接。这样插接凹槽内留有供谐波柔轮前端的插接凸起沿径向波动的空间，采用这种活动连接传动可以消除谐波柔轮径向变形对传动过程带来的振动，保证传动平稳性。进一步地所述径向进给控制段筒体11前端密封套接固定在切削段筒体I后端外部，所述内齿轮18固定设置在切削段筒体I后端内腔表面上，这样结构整体性更好且更加利于密封设置。进一步地谐波减速机构前端位置还设置有整体呈圆盘状的谐波轮座20，所述谐波轮座20周边位置固定在径向进给控制段筒体11内腔前部的一个台阶面上，所述谐波中间齿轮内部的齿轮转轴安装固定在谐波轮座上。这样谐波轮座的设置更加方便谐波减速机构中各构件的安装设置。进一步地，所述谐波转轮15后端端面上具有外凸的限位凸起并配合插入到谐波轮座20前端端面的一个限位槽内实现谐波转轮径向限位，所述径向进给传动轴19后端端面上正对谐波转轮15位置具有沿轴向向后的限位凸起用于实现对谐波转轮15轴向上的定位。这样装配后能够更好地实现对谐波转轮在径向和轴向上的定位，而且使得径向进给传动轴后端端面和谐波中间齿轮前端端面之间留出安装空间，该安装空间供谐波中间齿轮在其齿轮转轴前端安装限位销实现对谐波中间齿轮的装配和限位。
[0037]其中，所述周向旋转控制段，包括一个同轴设置在机械臂中部的周向旋转控制段筒体21，周向旋转控制段筒体21内部安装有周向旋转控制电机22，所述周向旋转控制电机22输出轴向前和径向进给控制段筒体11后端相连并用于带动径向进给控制段筒体11旋转，所述周向旋转控制段筒体21前半部同轴围设在径向进给控制段筒体后半部外且二者之间设置有滑环电刷23。
[0038]这样，靠周向旋转控制电机带动径向进给控制段筒体后端整体旋转，实现对刀具旋转加工的控制，其中采用的滑环电刷保证实现了径向进给控制段筒体内部的电机的控制电流的导通，保证了刀具控制的可靠性。
[0039]其中，所述周向旋转控制段筒体前半部和径向进给控制段筒体后半部之间还设置有旋转支撑轴承结构，所述旋转支撑轴承结构包括形成于周向旋转控制段筒体和径向进给控制段筒体之间的滚珠装配空间，所述滚珠装配空间内腔具有内外相对形成于周向旋转控制段筒体内表面和径向进给控制段筒体外表面上的球冠面并用于和滚珠24配合装配，还具有位于两个球冠面之间的矩形体结构的保持架腔，保持架腔内安装有一圈端部断开但整体围呈圆环形的保持架25，所述保持架25上沿周向均匀设置有滚珠装配孔并供滚珠24可转动地嵌入装配。这样，能够更好地实现对径向进给控制段筒体的旋转支撑，极大地提高旋转平稳性。进一步地，所述周向旋转控制段筒体外表面对应滚珠装配空间连通设置有滚珠进入开槽，滚珠进入开槽内靠插销27固定有一开槽堵块26，开槽堵块26内表面和滚珠装配空间内壁表面一致。这样更加方便滚珠和保持架的装入。
[0040]其中，所述周向旋转控制电机22输出轴上设置有旋转传动主动齿轮27，旋转传动主动齿轮27外周均匀布置有多个旋转传动中间齿轮28和旋转传动主动齿轮啮合，旋转传动中间齿轮28同时和设置在径向进给控制段筒体后端内腔表面的旋转传动内齿轮29啮合并带动径向进给控制段筒体11旋转。这样旋转传动中间齿轮的设置方便调控旋转传动的传动比，同时能够进一步提尚传动的稳定性，提尚装置整体稳定性。
[0041]其中，周向旋转控制段筒体内腔沿轴向的中部向内延伸形成一隔断30，隔断30后方形成周向旋转控制电机安装空间，所述周向旋转控制电机输出轴可转动地穿过隔断30设置，所述旋转传动中间齿轮28安装设置在隔断上。这样更加方便各构件装配设置。
[0042]其中，所述轴向伸缩控制段，包括一个同轴设置在机械臂后部的轴向伸缩控制段筒体31，轴向伸缩控制段筒体31后端内腔中安装有轴向伸缩控制电机32，所述轴向伸缩控制电机32输出轴向前设置并通过转向传动机构和周向旋转控制段筒体21后端连接且能够带动周向旋转控制段筒体21前后伸缩运动。这样，结构简单且方便实现对刀具的轴向伸缩控制。
[0043]其中，所述转向传动机构包括一根和机械臂同轴设置的丝杠33，丝杠33后端和轴向伸缩控制电机31输出轴相连，丝杠33前端插入到一个同轴设置的螺母筒体34内，螺母筒体34后端内腔设置有内螺纹和丝杠33啮合，螺母筒体34前端和周向旋转控制段筒体21后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段筒体21旋转的导向结构。这样，依靠丝杠螺母传动副的设置，采用简单的结构实现了将轴向伸缩控制电机输出轴的旋转输出转化为周向旋转控制段筒体的轴向平移，结构简单且控制可靠。
[0044]其中，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体31前端向前延伸至周向旋转控制段筒体21后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段筒体外表面后半部的导向槽35，还包括配合在导向槽35内的一个固定在导向段内表面的导向滑块36。这样，将导向结构设置在周向旋转控制段筒体后半部外，可以在方便装配的同时，更好地提高整体结构稳定性。
[0045]其中，所述螺母筒体34前端和周向旋转控制段筒体21后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体34前端沿周向外凸的挂接盘37和固定在周向旋转控制段筒体21后端的一个挂接环38，挂接环38后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘37后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段筒体后端端面中部之间位置的十字连接块39，十字连接块39的前侧面和周向旋转控制段筒体后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块39的后侧面和螺母筒体34前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块39的前侧面和周向旋转控制段筒体21后端端面之间以及十字连接块39的后侧面和螺母筒体34前端端面之间均留有浮动间隙。这样，螺母筒体靠十字连接块传递动力推动周向旋转控制段筒体前进，靠挂接环和挂接盘挂接传递动力带动周向旋转控制段筒体后退，在前进走刀过程中，十字连接块两侧的凹凸配合结构能够传递扭矩和推力，同时靠浮动间隙可以容许十字连接块产生一定角度的偏摆而不影响推力和扭矩的传递，进而就消除了丝杠螺母传动副传动时产生的抖动，保证了前端传动的稳定性。更好的选择是第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。这样弧形配合能够使得十字连接块摆动过程中顺弧形转动而不产生碰撞，更好地提尚传动稳定性。
[0046]其中，刀具稳定支撑装置包括形成于刀柄外表面的一段小直径的外撑机构安装段，外撑机构安装段上沿周向均匀安装有多组外撑机构，外撑机构包括能够被控制沿径向向外伸出的支撑件。这样方便实现对刀柄自身在被加工孔内的支撑。实施时作为优选，外撑机构安装段可以设置在轴向伸缩控制段筒体外表面并位于内部丝杠所在位置，该位置能够起到更好地支撑稳定刀柄的效果。
[0047]其中，所述外撑机构可以为连杆式外撑机构，所述连杆式外撑机构包括沿轴向设置的液压缸40和二连杆结构，二连杆结构包括第一连杆41、第二连杆42和支撑件43，第一连杆41的一端铰接在液压缸伸缩臂前方的外撑机构安装段上，第二连杆42的一端铰接在液压缸40伸缩臂前端位置，第一连杆41和第二连杆42的另一端均共同铰接在支撑件43内侧同一铰轴上使得液压缸伸缩臂向外伸出时能够带动第一连杆41和第二连杆42较远端相对移动并将支撑件43沿径向向外顶起。这样具有结构简单，控制方便等优点，同时二连杆结构可以进一步地使得将支撑件撑出顶紧在被加工孔内壁后连杆尽量呈现接近径向方向顶紧，这样产生自锁效果，液压缸不用承担较大的抵紧反作用力，保证支撑效果稳定可靠。进一步地，所述液压缸40为双杆液压缸，所述二连杆结构对称布置于液压缸两端的伸缩臂前。这样，实现前后两处支撑点更好地提高支撑稳定性。作为优化，液压缸伸缩臂前端连接有一个同轴套设在外撑机构安装段上的同步套环44，第二连杆42铰接在同步套环上。这样能够更好地保证各组外撑机构一致性。再进一步地，所述支撑件43整体呈矩形块状且外表面为外凸的弧形面，这样可以更好地利于支撑件外表面和待加工孔内壁贴合实现支撑。更进一步地所述支撑件43外表面具有一层弹性材料层。这样，当代加工孔内径变化导致支撑件外表面弧形不一致时可以靠弹性变形实现贴合，提高支撑强度。
[0048]另外，所述外撑机构还可以为楔块式外撑机构(参见图5)，所述楔块式外撑机构包括沿轴向设置的液压缸45，依次设置在液压缸45伸缩臂前方的楔块46和支撑件47，支撑件47整体呈弧形块状结构且弧形方向的一端铰接在外撑机构安装段上构成内端，另一端在一个复位弹簧48作用下抵接在楔块上构成外端，楔块46和支撑件47接触的该侧表面为朝支撑件方向沿径向向里倾斜的斜面，楔块46远离支撑件47—端和液压缸伸缩臂前端连接。这样，控制液压缸伸缩臂伸出可以带动楔块靠其斜面配合带动支撑件外端向外伸出抵接在被加工孔内壁上;故具有结构简单，装配方便，控制反应灵敏等优点；同时支撑时支撑件的反作用力大部分传递到楔块上形成沿楔块径向向内的分力进而被抵消，液压缸不用承担较大的抵紧反作用力，保证支撑效果稳定可靠。进一步地，所述支撑件47外端设置有支撑滚轮50并靠支撑滚轮表面和楔块以及被加工孔内壁接触实现支撑，这样靠滚动降低了摩擦力，提高支撑稳定性。进一步地所述楔块46的斜面上顺轴向设置有滑槽，所述滚轮配合限位在滑槽内滚动。这样更好地实现限位，保证外撑过程的平稳性。进一步地，所述液压缸45为双杆液压缸，且两端的伸缩臂前均布置有配合的楔块和支撑件结构。这样，实现前后两处支撑点更好地提高支撑稳定性。作为优化，各组外撑机构中对应的楔块46沿周向连接为环状的整体形成同步滑环49。这样能够更好地保证各组外撑机构一致性。进一步地，所述复位弹簧48可以为设置在支撑件内端铰接处的扭簧或者为一个呈环状连接在支撑件外端的一圈伸缩弹簧。前者的扭簧结构小巧简单，后者的伸缩弹簧能够进一步提高支撑件动作同步性。
【主权项】
1.一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。2.如权利要求I所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体前端向前延伸至周向旋转控制段后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段外表面后半部的导向槽，还包括配合在导向槽内的一个固定在导向段内表面的导向滑块。3.如权利要求I所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，所述螺母筒体前端和周向旋转控制段后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体前端沿周向外凸的挂接盘和固定在周向旋转控制段后端的一个挂接环，挂接环后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段后端端面中部之间位置的十字连接块，十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间以及十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间均留有浮动间隙。4.如权利要求3所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。
【专利摘要】本实用新型公开了一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。本实用新型具有能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度等优点。
【IPC分类】B23Q5/28GK205394030SQ201620263240
【发明人】吴卫
【申请人】重庆工商职业学院
【公开日】2016年7月27日
【申请日】2016年3月31日
【技术领域】
[0001]本实用新型属于复杂孔壁形状的镗削加工领域，具体涉及一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构。
【背景技术】
[0002]键削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径切削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为镗刀或镗杆。镗孔是对锻出，铸出或钻出孔的进一步加工，属于镗削方式的一种。镗孔可扩大孔径，提高精度，减小表面粗糙度，还可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜。
[0003]普通的镗刀结构，一般包括刀柄和设置在刀柄前端的刀具，刀柄后端安装在机床上，使用时靠机床提供动力进行镗削加工。但对于一些不适合靠机床实现加工的情况，例如在一些已安装好的较大设备上进行技改需要扩孔镗削加工等情况，则很难采用现有的加工设备实现加工。
[0004]另外，现有的镗刀，镗削加工性能有限，对于深度大于直径6倍以上的深孔镗削加工，以及一些比较复杂的结构例如螺旋式断隔槽、直槽、斜槽、圆弧槽、螺纹、螺旋面、圆弧面、内孔的局部扩大等加工时，也难以保证精度和加工效率。
[0005]为了解决上述现有镗刀难以加工复杂型面和难以实现独立加工的问题，申请人考虑设计了一种镗削加工三轴联动机械臂，包括整体呈圆柱状的刀柄和刀具，刀具安装在刀柄前端的切削段内，其特点在于，所述刀柄上切削段后端向后依次形成有用于控制刀具径向进给的径向进给控制段、用于控制刀具切削段周向旋转的周向旋转控制段和用于控制刀具切削段轴向伸缩的轴向伸缩控制段，刀柄上还设置有用于实现在被加工孔内支撑的刀具稳定支撑装置。这样，该机械臂能够靠刀具稳定支撑装置支撑在被加工孔内部，然后加工过程中能够产生三轴联动，具有镗削加工范围大，适用性广的特点。
[0006]同时其中，所述轴向伸缩控制段，设置了一个同轴安装在机械臂后部的轴向伸缩控制段筒体，轴向伸缩控制段筒体后端内腔中安装有轴向伸缩控制电机，所述轴向伸缩控制电机输出轴向前设置并通过转向传动机构和周向旋转控制段后端连接且能够带动周向旋转控制段前后伸缩运动。
[0007]但其中，对于转向传动机构具体怎样设置才能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，并具有结构简单，控制可靠的特点，成为有待进一步考虑的问题。
【实用新型内容】
[0008]针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构。
[0009]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
[0010]—种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。
[0011]这样，依靠丝杠螺母传动副的设置，采用简单的结构实现了将轴向伸缩控制电机输出轴的旋转输出转化为周向旋转控制段的轴向平移，结构简单且控制可靠。
[0012]作为优化，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体前端向前延伸至周向旋转控制段后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段外表面后半部的导向槽，还包括配合在导向槽内的一个固定在导向段内表面的导向滑块。
[0013]这样，将导向结构设置在周向旋转控制段后半部外，可以在方便装配的同时，更好地提高整体结构稳定性。
[0014]进一步地，所述螺母筒体前端和周向旋转控制段后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体前端沿周向外凸的挂接盘和固定在周向旋转控制段后端的一个挂接环，挂接环后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段后端端面中部之间位置的十字连接块，十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间以及十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间均留有浮动间隙。
[0015]这样，螺母筒体靠十字连接块传递动力推动周向旋转控制段前进，靠挂接环和挂接盘挂接传递动力带动周向旋转控制段后退，在前进走刀过程中，十字连接块两侧的凹凸配合结构能够传递扭矩和推力，同时靠浮动间隙可以容许十字连接块产生一定角度的偏摆而不影响推力和扭矩的传递，进而就消除了丝杠螺母传动副传动时产生的抖动，保证了前端传动的稳定性。
[0016]更好的选择是第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。这样弧形配合能够使得十字连接块摆动过程中顺弧形转动而不产生碰撞，更好地提高传动稳定性。
[0017]综上所述，本实用新型具有能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度等优点。
【附图说明】
[0018]图I为一种采用了本实用新型的镗削加工三轴联动机械臂的整体结构示意图。
[0019]图2为图I中刀具位置的A-A剖视图。
[0020]图3为图I中刀具所在位置能够显示斜铁和传动齿条平面结构的局部示意图。
[0021]图4为图I中旋转支撑轴承结构位置的C-C剖视方向单独显示旋转支撑轴承结构的示意图。
[0022]图5为作为另外一种实施方式的楔块式外撑机构的结构示意图。
[0023]图6为图I中能够显示切削段和径向进给控制段结构的局部放大示意图。
[0024]图7为图I中能够显示部分轴向伸缩控制段结构的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合一种采用了本实用新型的镗削加工三轴联动机械臂的最优实施方式及其附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0026]如图1-7所示，一种镗削加工三轴联动机械臂的最优实施方式，包括整体呈圆柱状的刀柄和刀具，刀具安装在刀柄前端的切削段内，其中，所述刀柄上切削段后端向后依次形成有用于控制刀具径向进给的径向进给控制段、用于控制刀具切削段周向旋转的周向旋转控制段和用于控制刀具切削段轴向伸缩的轴向伸缩控制段，刀柄上还设置有用于实现在被加工孔内支撑的刀具稳定支撑装置。
[0027]这样，上述机械臂能够靠刀具稳定支撑装置支撑在被加工孔内部，然后加工过程中能够产生三轴联动，靠周向旋转控制段控制旋转镗削的同时能够控制刀具沿径向进给或伸缩运动，进而实现了镗削独立加工的同时，能够完成复杂结构和深孔结构的镗削加工。具有镗削加工范围大，适用性广的特点。
[0028]其中，所述切削段包括一个切削段筒体I，切削段筒体I前部位置设置有刀具安装槽并用于安装刀具，刀具包括用于形成切削刃的刀头部分2和用于实现安装和刀具径向进给传动的安装柄部分3，刀头部分2的切削刃位置外露出刀具安装槽，刀头部分3和安装柄部分3分体式设计且采用螺栓固定连接为一体，安装柄部分3的内侧面上设置有传动齿条用于实现刀具径向进给传动。
[0029]这样，刀具采用刀头和安装柄两部分结构实现，靠刀头部分形成切削刃，这样，可以针对切削和安装不同的要求各自采用不同的材料，以提高切削刃加工强度的同时降低成本，具体地说，刀头部分采用硬质合金材料制得，安装柄部分采用45号钢制得。同时将刀具分为两个部分，方便安装柄部分上设置传动结构实现刀具径向进给传动。该传动结构采用传动齿条，可以方便和传动输入齿轮啮合实现刀具进给进给传动，结构简单且利于传动比精确控制。
[0030]其中，所述传动齿条包括第一传动齿条4和第二传动齿条5，第一传动齿条4和第二传动齿条5并列错位设置且同时和用于实现刀具径向进给传动的刀具径向进给传动齿轮6啮合。
[0031]这样，设置两个传动齿条同时和刀具径向进给传动齿轮啮合，可以靠两个传动齿条的错位设置，使其两个传动齿条中错位相邻的两个轮齿分别贴合到刀具径向进给传动齿轮一个齿槽的前后两侧;这样就消除了采用齿轮啮合传动容易存在的啮合间隙，在较小啮合间隙导致的传动误差的同时极大地降低了对齿轮制造精度的要求。
[0032]其中，刀具安装槽前侧内壁倾斜设置且前侧内壁中和刀具径向进给方向一致的该端往靠近刀具的方向倾斜，该刀具安装槽前侧内壁和刀具前侧外壁之间配合设置有一块斜铁7，斜铁7和刀具安装槽前侧内壁相贴一侧为斜面，斜铁7和刀具相贴一侧为和刀具进给方向一致的直面;这样能够更好地消除刀具安装产生的轴向间隙且方便刀具安装。进一步地，斜铁7较大一端被固定于靠近刀具安装槽前侧内壁的切削段筒体外表面的限位螺钉8限位固定;这样结构简单且方便斜铁的限位固定。再进一步地，第一传动齿条4和第二传动齿条5靠并列相接一侧对应设置的凹凸配合结构9实现嵌接配合，所述凹凸配合结构9中具有倾斜于相接侧面的一个斜向滑动配合面;这样，在装配时，先将第一传动齿条和第二传动齿条并列排布好，并使得二者相接一侧的凹凸配合结构先沿斜向滑动配合面相贴插入完成部分嵌入配合，将刀具径向进给传动齿轮安装到位，再将斜铁的较小一端从斜铁安装空间的较大一端插入，斜铁插入时依靠和刀具安装槽前侧的倾斜内壁的滑动配合挤压两块传动齿条相互并拢，两块传动齿条相互并拢过程中依靠二者之间凹凸配合结构中的斜向滑动配合面的配合带动两块传动齿条沿自身传动方向错位移动，直至刀具径向进给传动齿轮一个齿槽的两侧同时被两块传动齿条的一个轮齿相贴抵紧;此时斜铁无法再行插入，将斜铁保持位置固定完毕后完成装配。这样的装配过程直接依靠斜铁的插入配合就消除了齿轮传动导致的配合间隙的同时也一起消除了刀具安装的轴向间隙；而且极大地提高了装配效率，保证装配可靠性。再进一步地，可以在斜铁7和刀具相贴一侧沿垂直于刀具径向进给方向设置多个滚柱槽，所述多个滚柱槽沿刀具径向进给方向均匀间隔排布，所述滚柱槽内安装有空心滚柱10且空心滚柱10外表面露出于滚柱槽并用于和刀具前侧面相贴合。这样空心滚柱将装配过程和后续刀具径向进给过程中的滑动摩擦转化为滚动摩擦，提高刀具装配和进给调整的顺畅性，同时依靠空心滚柱的弹性，可以更好地消除间隙并起到减震效果，进一步地空心滚柱采用60Si2Mn的弹簧钢材料，以更好地产生弹性提高减震效果。
[0033]其中，所述径向进给控制段，包括一个同轴设置于机械臂前部的径向进给控制段筒体U，径向进给控制段筒体11前端和切削段筒体固定连接，径向进给控制段筒体内部安装有径向进给控制电机12，所述径向进给控制电机12输出轴向前设置并向前连接有减速传动系统，所述减速传动系统包括用于和刀具上的传动齿条啮合的刀具径向进给传动齿轮6。
[0034]这样，径向进给控制段中，靠径向进给控制电机输出转动至减速传动系统减速后，再靠刀具径向进给传动齿轮将转动传递到传动齿条转化为刀具径向伸缩的平动，进而实现刀具径向伸缩的控制，具有结构简单，控制可靠的优点。
[0035]其中，所述减速传动系统包括谐波减速机构，谐波减速机构输出端和一个径向进给传动轴19相连，径向进给传动轴19前端延伸至切削段筒体I内部空腔中并设置刀具径向进给传动齿轮6。这样，采用谐波减速机构作为减速传动系统，能够极大地降低传动比，能够更好地提高刀具径向进给输出的控制精度。
[0036]其中，所述谐波减速机构包括径向进给控制电机输出轴上同轴设置的谐波输入齿轮13，谐波输入齿轮13外均匀布置有数个谐波中间齿轮14，谐波中间齿轮14和谐波输入齿轮13啮合，谐波中间齿轮14外具有一个和谐波输入齿轮同轴设置的谐波转轮15，谐波转轮15具有内齿圈和谐波中间齿轮14啮合，谐波转轮15外套设有谐波柔轮16，谐波转轮15外表面沿直径方向的两端还对称安装有两个沿径向向外凸起的波发生构件17，波发生构件17外端和谐波柔轮15内表面抵接并使得谐波柔轮变形呈椭圆形，谐波柔轮15外表面形成有外齿圈且在椭圆形长轴的两端和一个与径向进给控制段筒体相对固定的内齿轮18啮合，谐波柔轮16前端为谐波减速机构的输出端且和径向进给传动轴19后端相连。这样，工作时径向进给控制电机输出轴通过谐波输入齿轮带动谐波中间齿轮旋转，带动谐波转轮旋转，再靠波发生构件带动谐波柔轮和固定的外齿圈配合产生差速反转;这样该谐波减速机构中靠谐波中间齿轮先实现第一级减速传动，然后再次靠谐波柔轮实现差速传动后带动径向进给传动轴旋转输出，故可以极大地提高了减速传动效果，保证了刀具径向进给的稳定性和可控性，提高了径向进给控制精度。再进一步地，所述波发生构件17为沿轴向设置的滚柱。这样滚柱的设置能够将波发生构件和谐波柔轮之间形成滚动配合，极大地减小摩擦降低磨损提高传动平稳性，而且更重要的是此处结构设置使得当刀具工作承受切削反向压力传递到此处后会转化为滚柱在沿谐波转轮径向上的压力，而且即使有部分其他方向的分力也会被滚柱自身旋转所抵消，不会再次往回传递，产生良好的反转自锁效果，极大地提高了刀具工作的稳定性。再进一步地，所述径向进给传动轴19整体为前端直径减小的阶梯圆盘状，径向进给传动轴上位于刀具径向进给传动齿轮的两端位置各通过一个轴承安装在切削段筒体I内腔中。这样可以更好地保证传动平稳，提高稳定性。再进一步地，径向进给传动轴19后端周向上设置有插接凹槽和谐波柔轮16前端沿周向外突设置的插接凸起配合实现连接。这样插接凹槽内留有供谐波柔轮前端的插接凸起沿径向波动的空间，采用这种活动连接传动可以消除谐波柔轮径向变形对传动过程带来的振动，保证传动平稳性。进一步地所述径向进给控制段筒体11前端密封套接固定在切削段筒体I后端外部，所述内齿轮18固定设置在切削段筒体I后端内腔表面上，这样结构整体性更好且更加利于密封设置。进一步地谐波减速机构前端位置还设置有整体呈圆盘状的谐波轮座20，所述谐波轮座20周边位置固定在径向进给控制段筒体11内腔前部的一个台阶面上，所述谐波中间齿轮内部的齿轮转轴安装固定在谐波轮座上。这样谐波轮座的设置更加方便谐波减速机构中各构件的安装设置。进一步地，所述谐波转轮15后端端面上具有外凸的限位凸起并配合插入到谐波轮座20前端端面的一个限位槽内实现谐波转轮径向限位，所述径向进给传动轴19后端端面上正对谐波转轮15位置具有沿轴向向后的限位凸起用于实现对谐波转轮15轴向上的定位。这样装配后能够更好地实现对谐波转轮在径向和轴向上的定位，而且使得径向进给传动轴后端端面和谐波中间齿轮前端端面之间留出安装空间，该安装空间供谐波中间齿轮在其齿轮转轴前端安装限位销实现对谐波中间齿轮的装配和限位。
[0037]其中，所述周向旋转控制段，包括一个同轴设置在机械臂中部的周向旋转控制段筒体21，周向旋转控制段筒体21内部安装有周向旋转控制电机22，所述周向旋转控制电机22输出轴向前和径向进给控制段筒体11后端相连并用于带动径向进给控制段筒体11旋转，所述周向旋转控制段筒体21前半部同轴围设在径向进给控制段筒体后半部外且二者之间设置有滑环电刷23。
[0038]这样，靠周向旋转控制电机带动径向进给控制段筒体后端整体旋转，实现对刀具旋转加工的控制，其中采用的滑环电刷保证实现了径向进给控制段筒体内部的电机的控制电流的导通，保证了刀具控制的可靠性。
[0039]其中，所述周向旋转控制段筒体前半部和径向进给控制段筒体后半部之间还设置有旋转支撑轴承结构，所述旋转支撑轴承结构包括形成于周向旋转控制段筒体和径向进给控制段筒体之间的滚珠装配空间，所述滚珠装配空间内腔具有内外相对形成于周向旋转控制段筒体内表面和径向进给控制段筒体外表面上的球冠面并用于和滚珠24配合装配，还具有位于两个球冠面之间的矩形体结构的保持架腔，保持架腔内安装有一圈端部断开但整体围呈圆环形的保持架25，所述保持架25上沿周向均匀设置有滚珠装配孔并供滚珠24可转动地嵌入装配。这样，能够更好地实现对径向进给控制段筒体的旋转支撑，极大地提高旋转平稳性。进一步地，所述周向旋转控制段筒体外表面对应滚珠装配空间连通设置有滚珠进入开槽，滚珠进入开槽内靠插销27固定有一开槽堵块26，开槽堵块26内表面和滚珠装配空间内壁表面一致。这样更加方便滚珠和保持架的装入。
[0040]其中，所述周向旋转控制电机22输出轴上设置有旋转传动主动齿轮27，旋转传动主动齿轮27外周均匀布置有多个旋转传动中间齿轮28和旋转传动主动齿轮啮合，旋转传动中间齿轮28同时和设置在径向进给控制段筒体后端内腔表面的旋转传动内齿轮29啮合并带动径向进给控制段筒体11旋转。这样旋转传动中间齿轮的设置方便调控旋转传动的传动比，同时能够进一步提尚传动的稳定性，提尚装置整体稳定性。
[0041]其中，周向旋转控制段筒体内腔沿轴向的中部向内延伸形成一隔断30，隔断30后方形成周向旋转控制电机安装空间，所述周向旋转控制电机输出轴可转动地穿过隔断30设置，所述旋转传动中间齿轮28安装设置在隔断上。这样更加方便各构件装配设置。
[0042]其中，所述轴向伸缩控制段，包括一个同轴设置在机械臂后部的轴向伸缩控制段筒体31，轴向伸缩控制段筒体31后端内腔中安装有轴向伸缩控制电机32，所述轴向伸缩控制电机32输出轴向前设置并通过转向传动机构和周向旋转控制段筒体21后端连接且能够带动周向旋转控制段筒体21前后伸缩运动。这样，结构简单且方便实现对刀具的轴向伸缩控制。
[0043]其中，所述转向传动机构包括一根和机械臂同轴设置的丝杠33，丝杠33后端和轴向伸缩控制电机31输出轴相连，丝杠33前端插入到一个同轴设置的螺母筒体34内，螺母筒体34后端内腔设置有内螺纹和丝杠33啮合，螺母筒体34前端和周向旋转控制段筒体21后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段筒体21旋转的导向结构。这样，依靠丝杠螺母传动副的设置，采用简单的结构实现了将轴向伸缩控制电机输出轴的旋转输出转化为周向旋转控制段筒体的轴向平移，结构简单且控制可靠。
[0044]其中，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体31前端向前延伸至周向旋转控制段筒体21后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段筒体外表面后半部的导向槽35，还包括配合在导向槽35内的一个固定在导向段内表面的导向滑块36。这样，将导向结构设置在周向旋转控制段筒体后半部外，可以在方便装配的同时，更好地提高整体结构稳定性。
[0045]其中，所述螺母筒体34前端和周向旋转控制段筒体21后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体34前端沿周向外凸的挂接盘37和固定在周向旋转控制段筒体21后端的一个挂接环38，挂接环38后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘37后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段筒体后端端面中部之间位置的十字连接块39，十字连接块39的前侧面和周向旋转控制段筒体后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块39的后侧面和螺母筒体34前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块39的前侧面和周向旋转控制段筒体21后端端面之间以及十字连接块39的后侧面和螺母筒体34前端端面之间均留有浮动间隙。这样，螺母筒体靠十字连接块传递动力推动周向旋转控制段筒体前进，靠挂接环和挂接盘挂接传递动力带动周向旋转控制段筒体后退，在前进走刀过程中，十字连接块两侧的凹凸配合结构能够传递扭矩和推力，同时靠浮动间隙可以容许十字连接块产生一定角度的偏摆而不影响推力和扭矩的传递，进而就消除了丝杠螺母传动副传动时产生的抖动，保证了前端传动的稳定性。更好的选择是第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。这样弧形配合能够使得十字连接块摆动过程中顺弧形转动而不产生碰撞，更好地提尚传动稳定性。
[0046]其中，刀具稳定支撑装置包括形成于刀柄外表面的一段小直径的外撑机构安装段，外撑机构安装段上沿周向均匀安装有多组外撑机构，外撑机构包括能够被控制沿径向向外伸出的支撑件。这样方便实现对刀柄自身在被加工孔内的支撑。实施时作为优选，外撑机构安装段可以设置在轴向伸缩控制段筒体外表面并位于内部丝杠所在位置，该位置能够起到更好地支撑稳定刀柄的效果。
[0047]其中，所述外撑机构可以为连杆式外撑机构，所述连杆式外撑机构包括沿轴向设置的液压缸40和二连杆结构，二连杆结构包括第一连杆41、第二连杆42和支撑件43，第一连杆41的一端铰接在液压缸伸缩臂前方的外撑机构安装段上，第二连杆42的一端铰接在液压缸40伸缩臂前端位置，第一连杆41和第二连杆42的另一端均共同铰接在支撑件43内侧同一铰轴上使得液压缸伸缩臂向外伸出时能够带动第一连杆41和第二连杆42较远端相对移动并将支撑件43沿径向向外顶起。这样具有结构简单，控制方便等优点，同时二连杆结构可以进一步地使得将支撑件撑出顶紧在被加工孔内壁后连杆尽量呈现接近径向方向顶紧，这样产生自锁效果，液压缸不用承担较大的抵紧反作用力，保证支撑效果稳定可靠。进一步地，所述液压缸40为双杆液压缸，所述二连杆结构对称布置于液压缸两端的伸缩臂前。这样，实现前后两处支撑点更好地提高支撑稳定性。作为优化，液压缸伸缩臂前端连接有一个同轴套设在外撑机构安装段上的同步套环44，第二连杆42铰接在同步套环上。这样能够更好地保证各组外撑机构一致性。再进一步地，所述支撑件43整体呈矩形块状且外表面为外凸的弧形面，这样可以更好地利于支撑件外表面和待加工孔内壁贴合实现支撑。更进一步地所述支撑件43外表面具有一层弹性材料层。这样，当代加工孔内径变化导致支撑件外表面弧形不一致时可以靠弹性变形实现贴合，提高支撑强度。
[0048]另外，所述外撑机构还可以为楔块式外撑机构(参见图5)，所述楔块式外撑机构包括沿轴向设置的液压缸45，依次设置在液压缸45伸缩臂前方的楔块46和支撑件47，支撑件47整体呈弧形块状结构且弧形方向的一端铰接在外撑机构安装段上构成内端，另一端在一个复位弹簧48作用下抵接在楔块上构成外端，楔块46和支撑件47接触的该侧表面为朝支撑件方向沿径向向里倾斜的斜面，楔块46远离支撑件47—端和液压缸伸缩臂前端连接。这样，控制液压缸伸缩臂伸出可以带动楔块靠其斜面配合带动支撑件外端向外伸出抵接在被加工孔内壁上;故具有结构简单，装配方便，控制反应灵敏等优点；同时支撑时支撑件的反作用力大部分传递到楔块上形成沿楔块径向向内的分力进而被抵消，液压缸不用承担较大的抵紧反作用力，保证支撑效果稳定可靠。进一步地，所述支撑件47外端设置有支撑滚轮50并靠支撑滚轮表面和楔块以及被加工孔内壁接触实现支撑，这样靠滚动降低了摩擦力，提高支撑稳定性。进一步地所述楔块46的斜面上顺轴向设置有滑槽，所述滚轮配合限位在滑槽内滚动。这样更好地实现限位，保证外撑过程的平稳性。进一步地，所述液压缸45为双杆液压缸，且两端的伸缩臂前均布置有配合的楔块和支撑件结构。这样，实现前后两处支撑点更好地提高支撑稳定性。作为优化，各组外撑机构中对应的楔块46沿周向连接为环状的整体形成同步滑环49。这样能够更好地保证各组外撑机构一致性。进一步地，所述复位弹簧48可以为设置在支撑件内端铰接处的扭簧或者为一个呈环状连接在支撑件外端的一圈伸缩弹簧。前者的扭簧结构小巧简单，后者的伸缩弹簧能够进一步提高支撑件动作同步性。
【主权项】
1.一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。2.如权利要求I所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，所述导向结构包括位于轴向伸缩控制段筒体前端向前延伸至周向旋转控制段后半部外的导向段，包括沿轴向设置在周向旋转控制段外表面后半部的导向槽，还包括配合在导向槽内的一个固定在导向段内表面的导向滑块。3.如权利要求I所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，所述螺母筒体前端和周向旋转控制段后端之间设置有浮动连接结构，所述浮动连接结构包括设置在螺母筒体前端沿周向外凸的挂接盘和固定在周向旋转控制段后端的一个挂接环，挂接环后端内表面向内凸起并挂接在挂接盘后侧面上;浮动连接结构还包括一个设置在螺母筒体前端端面中部和周向旋转控制段后端端面中部之间位置的十字连接块，十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间沿径向形成有第一凹凸配合结构，十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间沿径向形成有第二凹凸配合结构，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构设置方向相互垂直且使得配合后十字连接块的前侧面和周向旋转控制段后端端面之间以及十字连接块的后侧面和螺母筒体前端端面之间均留有浮动间隙。4.如权利要求3所述的机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，第一凹凸配合结构和第二凹凸配合结构中各自凹槽和凸起配合的顶接面为顺凹槽长度方向的弧形。
【专利摘要】本实用新型公开了一种机械臂轴向伸缩控制转向传动机构，其特征在于，包括一根和机械臂同轴设置的丝杠，丝杠后端和轴向伸缩控制电机输出轴相连，丝杠前端插入到一个同轴设置的螺母筒体内，螺母筒体后端内腔设置有内螺纹和丝杠啮合，螺母筒体前端和周向旋转控制段后端连接，转向传动机构还包括用于防止周向旋转控制段旋转的导向结构。本实用新型具有能够将轴向伸缩控制电机的旋转输出转化为轴向平移，且结构简单，控制可靠，利于提高控制精度等优点。
【IPC分类】B23Q5/28GK205394030SQ201620263240
【发明人】吴卫
【申请人】重庆工商职业学院
【公开日】2016年7月27日
【申请日】2016年3月31日
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