专利名称：基于数控机床上的螺旋铣孔装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于数控机床上的螺旋铣孔装置及方法，属于螺旋铣孔加工技术 领域。
背景技术：
数控机床，是现代机器制造业的主流设备，被视为一国国民经济发展的基础。数控 机床及由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业 的重要基础，它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异 而稳定的精度、灵活而多样化的功能引起世人瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展 的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。通过持续地开发研究以及对 信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经 济和国防建设发展的重要制造装备。如何提高数控机床的加工质量成为了人们日益重视的一个问题，本专利针对铣孔 这一操作对数控机床进行了 一些改进。。美国专利US0143049公开了一种用于螺旋铣孔的手动工具，专利名称Hand Tool Apparatus For Orbital Drilling.该装置包括刀具的自转系统、公转系统、轴向进给系统 以及径向偏心调整机构。工作时，偏心调整机构利用螺纹传动将刀具相对孔的轴线进行径 向偏心调整，为了实现螺旋铣孔功能，刀具的自转系统、公转系统、轴向进给系统被分别配 置了一个气动驱动装置，刀具的公转运动是采用一级齿轮传动，该齿轮承担周向转动与轴 向滑动的双重运动功能。此外，美国专利PCT/SE2008/050719也公开了一种螺旋钻孔单元，专利名称An Orbital Drilling Tool Unit.该装置主要包括刀具自转系统、自动偏心调整机构。工作 时，其偏心调整是通过在线控制伺服电机经一个齿轮减速器与一级带传动驱动具有内孔外 圆偏心的刀具自转系统支撑壳体来实现的。同时，中国申请(专利)号200910068518. 8，名称螺旋铣孔方法及装置，该装置 也是由刀具的自转系统、旋转驱动系统、轴向进给系统、径向偏移机构四部分组成。刀具的 径向偏移是采用一个外为椭圆、内为圆孔的内壳体与一蜗轮蜗杆传动副实现了刀具自转系 统的偏心调整。刀具的旋转速度是由旋转驱动系统的驱动装置带动一级齿轮传动来控制， 而刀具沿轴向的进给量是由带有进排气量的阀体来控制。美国专利An Orbital Drilling Tool Unit与本专利最为接近，但是由于其采用 带轮控制偏心，偏心调整好之后不具有自锁的功能，同时引入伺服电机控制结构比较复杂。 其他的专利对于偏心调节有所改进，但是都作为一种独立的铣孔装置，不能很好的与数控 机床结合，这就大大限制了它们的应用范围。而数控机床的螺旋铣孔是通过主轴的向下进 给与周向圆弧的插补这两方面同时进行完成的。由于插补的操作，必不可免的就有残差的 存在，影响到制孔的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免插补误差、提高制孔精度的基于数控机床上的螺 旋铣孔装置及方法。一种基于数控机床上的螺旋铣孔装置，其特征在于包括气动主轴固定机构、气动 主轴及其供气机构、径向偏移机构、加工刀具；其中气动主轴固定机构包括外筒、内筒、下端 盖、下轴承、上端盖、上轴承、刀柄；其中下端盖与外筒下端固定，上端盖与外筒上端固定，内 筒上端通过上轴承安装于上端盖上，内筒下端通过下轴承安装于下端盖上；刀柄一端与下 端盖固定另一端与数控加工中心相连；其中气动主轴及其供气机构包括固定于下端盖上的 环形挡块I和环形挡块II，以及嵌于上述两挡块之间的可与其相对滑动的环形T型块，上 述两挡块和环形T型块与下端盖形成一个供气腔；上述气动主轴及其供气机构还包括固定 于内筒内的偏心安装的气动主轴、一端连接气动主轴另一端连接供气腔的内气管、一端连 接供气腔另一端连接气源的外气管；上述气动主轴伸出上端盖并与加工刀具连接；其中径 向偏移机构由一个固定且套装于内筒外侧的蜗轮和一个通过轴承安装于外筒上的与该蜗 轮配合的蜗杆组成。利用上述基于数控机床上的螺旋铣孔装置的螺旋铣孔方法，其特征在于包括以下 过程(a)、利用刀柄将螺旋铣孔装置集成到数控机床上，由数控机床的主轴提供公转与进 给两方向上的运动；(b)、由气动主轴带动刀具自转；(C)、由蜗轮蜗杆的转动调节内筒相对 外筒的偏心量，即调节了刀具相对于刀柄的偏心量。数控机床是靠插补来完成曲线加工的，插补过程中刀具不是严格地按照要求加工 的曲线运动，而是用折线轨迹逼近所要加工的曲线，这就存在一个较大的加工误差。而螺旋 铣孔又是数控机床上应用面比较广的操作，减小甚至消除数控机床上由螺旋铣孔时产生的 插补误差，提高制孔精度，具有重要意义。螺旋铣孔方法很好的解决了这一问题，它存在一 个公转，一个自转和一个进给三个方向上的运动，公转运动使得刀具走的路径是一个标准 的圆，这就避免了插补误差的产生，再配合自转和进给运动实现材料的去除，；来完成了精 确的铣孔操作。国内外专利也已对此进行了一系列的研究，如上一节所述。针对国内现有专利技术不能很好的与数控机床配合，限制了其使用范围；以及国 外的现有专利技术在结构上复杂并缺少锁紧机构的问题。本专利给出了一种新的改进的方 法，首先，将刀柄与铣孔单元整合到一起，这就方便的与数控机床相配合，大大提高了装置 的应用范围；其次采用蜗轮，蜗杆的配合来调节偏心，调节精度高且易于自锁，解决了调偏 之后的锁紧问题。使该专利具有了更好的可行性。本发明具有如下效果1、发明中的刀柄为标准的刀柄加工而来，大大提高了应用 的范围；2、发明中的装置通过刀柄与机床配合，实现不需要插补即可完成螺旋铣孔的操作。 对于数控机床提高制孔精度具有极大的促进意义，并应用了螺旋铣孔的方法，大大提高了 加工效率。3、由于采用蜗轮蜗杆传动调节偏移量，传动比大、易于自锁，可调范围增大；4、由 于采用气动马达作为自转主轴，易于实现高速加工，提高效率；5、本发明能实现一把刀具加 工多种规格孔径，避免了频繁换刀，一次切削便可达到终孔尺寸，简化了工艺流程，提高了 制孔效率。
图1.为本发明的螺旋铣孔装置的剖面结构示意图； 图2.为本发明的径向偏移机构的剖面结构示意图3.为本发明的俯视图，图中，刀具位于最大偏移量位置；
图中标号名称101.外筒，102.内筒，103.下端盖，104.下轴承，105.上端盖，106.上 轴承，107.刀柄；201.环形挡块I，202.环形挡块11，203。环形T型块，204.气动主轴， 205.内气管，206.外气管；301.蜗轮，302.蜗杆；401.加工刀具；图中各机构连接部位的螺 栓与定位销未画出。
具体实施例方式本发明是一种基于数控机床上的螺旋铣孔方法及装置，主要是利用加工过的刀柄 将该装置安装于数控机床上，将数控机床主轴的旋转用于螺旋铣孔中的公转，并由数控机 床提供进给，装置自身提供刀具的自转以及偏移量的调节，这样在机床主轴慢速转动时，加 工刀具将围绕机床主轴的轴线产生公转，配合机床主轴的进给，最终实现一把刀具能对多 种不同孔径进行螺旋铣孔操作。以下具体介绍本发明涉及方法和装置的具体实施方案。图1是本发明公开的一种基于数控机床上的螺旋铣孔方法及装置，该装置主要包 括气动主轴固定机构、气动主轴及其供气机构、径向偏移机构和加工刀具四部分。气动主轴固定机构，通过加工过的刀柄107与数控机床相连，刀柄107与下端盖 103通过刀柄末端的螺纹相连，外筒101向下与下端盖103通过外围的均布螺栓固连，向上 与外壳体端盖105固连，从而组成一个完整的外壳体，内筒102通过上轴承106和下轴承 104可旋转的固定于外壳体内部，并存在一个偏心。气动主轴及其供气机构，气动主轴204上端与加工刀具401相连，并通过端面的偏 心的安装孔安装于内筒102上，内气管205通过接头一端连接在气动主轴204上，一端连 接在下端盖103上，接受来自气源通过环形T型块203供的气，用以驱动气动主轴。环形T 型块203通过环形挡块I 201和环形挡块II 202可旋转的固定在下端盖103上，环形挡块 I 201和环形挡块II 202通过周向均布的螺钉固定于下端盖103上。径向偏移机构，蜗轮301通过过盈配合安装于内筒102上，并通过键将扭矩传到内 筒102上，蜗杆302通过轴承安装于外筒101上，并由轴承盖轴向固定，蜗杆302 —端位于 外筒101外部，用于调节偏心。本发明装置的工作原理如下制孔时，该螺旋铣孔装置首先利用径向偏移机构将 气动主轴相对制孔轴线调至所需的偏置状态，再利用气动主轴及其供气机构将气动力输 入，使气动主轴实现自转，然后通过气动主轴固定机构将数控机床的公转和进给运动传送 到铣孔装置上完成铣孔操作。径向偏移调整如2所示。首先记录内筒102的无偏移位置为初始位置，通过要制 孔的尺寸，推导出偏移量，计算出蜗轮301旋转的角度，然后根据蜗轮301蜗杆302的传动 比，计算出蜗杆相对于初始位置的旋转圈数，然后调节蜗杆301在外筒101外部的轴，转到
预期位置。气动主轴及其供气机构，气动主轴204的供气主要通过由环形挡块I 201、环形挡 块II 202和可周向旋转的环形T型块203组成的供气腔供入，工作时，数控机床旋转带动气 动主轴固定机构旋转，环形T型块203相对于机床体不动，保证外部的气管不被绕死，顺利将气输入。气动主轴固定机构中的内筒102，其与气动主轴的安装孔与自身的轴线有一个偏 移量e，上端盖105与下端盖103上的轴承安装孔与外筒101的轴线之间也存在一个同样的 偏移量e，当气动主轴固定机构安装好之后，加工刀具与外壳体中心加工孔轴线就存在一个 最大值2e可调偏心量，如图3所示。以上所述仅为本发明涉及的基于数控机床上的螺旋铣孔方法及装置的一个较佳 实施方式，但本发明的实施范围并不局限于此例。
权利要求
1.一种基于数控机床的螺旋铣孔装置，其特征在于包括气动主轴固定机构、气动主轴及其供气机构、径向偏移机构、加工刀具(401)； 其中气动主轴固定机构包括外筒(101)、内筒(102)、下端盖(103)、下轴承(104)、上端 盖(105)、上轴承(106)、刀柄(107)；其中下端盖与外筒下端固定，上端盖与外筒上端固定， 内筒上端通过上轴承安装于上端盖上，内筒下端通过下轴承安装于下端盖上；刀柄一端与 下端盖固定另一端与数控加工中心相连；其中气动主轴及其供气机构包括固定于下端盖上的环形挡块I (201)和环形挡块II (202)，以及嵌于上述两挡块之间的可与其相对滑动的环形T型块(203)，上述两挡块和环 形T型块与下端盖形成一个供气腔；上述气动主轴及其供气机构还包括固定于内筒内的偏 心安装的气动主轴(204)、一端连接气动主轴另一端连接供气腔的内气管(205)、一端连接 供气腔另一端连接气源的外气管(206)；上述气动主轴伸出上端盖并与加工刀具(401)连 接；其中径向偏移机构由一个固定且套装于内筒外侧的蜗轮(301)和一个通过轴承安装于 外筒上的与该蜗轮配合的蜗杆(302)组成。
2.利用权利要求1所述基于数控机床上的螺旋铣孔装置的螺旋铣孔方法，其特征在于 包括以下过程(a)、利用刀柄将螺旋铣孔装置集成到数控机床上，由数控机床的主轴提供公转与进给 两方向上的运动；(b)、由气动主轴带动刀具自转；(C)、由蜗轮蜗杆的转动调节内筒相对外筒的偏心量，即调节了刀具相对于刀柄的偏心量。
全文摘要
本发明公开了一种基于数控机床上的螺旋铣孔装置及方法，属于螺旋铣孔加工技术领域。该装置基于螺旋铣削原理，通过加工过的刀柄与数控机床配合，由数控机床提供制孔所需的公转与进给运动，由气动主轴提供自转，由蜗轮蜗杆调节偏移量来实现螺旋铣孔。其装置包括气动主轴固定机构、气动主轴及其供气机构、径向偏移机构。本发明结构简单、调偏便捷、性能可靠、加工精度高、应用范围广、简化了数控编程、显著提高加工效率。
文档编号B23Q5/32GK102139388SQ20111008815
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者何宁, 单以才, 李亮, 杨吟飞, 秦晓杰, 陈建立 申请人:南京航空航天大学