本发明涉及机械加工装置领域，尤其涉及一种螺旋铣孔装置。
背景技术：
目前，孔加工在航空航天制造业中占有重要地位，在一条飞行器的装配线上每年要加工千万个孔。传统的制孔技术需经过钻孔、铰孔、锪窝、修毛刺等工序，这就使得传统的制孔技术不但效率低、制得的孔质量低、加工成本高，而且一把刀具仅能加工单一直径孔。同时，现代飞行器装配中大量使用高强度材料，这些高强度材料的可加工性能差，传统的制孔技术难以满足。
螺旋铣孔是制孔技术领域内出现的新技术，其突破了传统的钻孔技术中一把刀具只能加工同一直径孔的限制，实现了一把刀具加工一系列直径孔，而且还适用于加工高强度材料，且具有效率高、制得的孔质量高、加工成本低等优点。
螺旋铣孔的其中一个关键技术点在于能否精确调节刀具的自转轴线相对于公转轴线的径向偏心量。在中国专利申请201110088154.7中，径向偏移机构通过蜗轮蜗杆的转动进而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；但在上述结构中，蜗轮蜗杆机构存在反向间隙，增大了偏心量调节误差，进而影响加工精度。在中国专利申请201710103306.3中，径向偏移机构通过齿轮轴和齿条驱动电主轴固定座相对套筒移动进而调节电主轴相对套筒的偏心量；但在上述结构中，由于齿轮间隙的存在，也同样存在反向运动时会影响调节精度的问题，影响加工精度。
此外，螺旋铣孔的其中一个关键技术点在于能否精确控制刀具的进给量，在中国专利申请201410637775.x和201710103306.3中，进给机构均采用滑块导轨机构实现轴向进给；但在上述结构中，进给机构占用空间较多，并且由于是一侧偏置安装，会在加工过程中产生较大的偏心力矩，影响加工精度。
为此，需要针对现有技术中存在的问题提出改进。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种螺旋铣孔装置，其径向偏心量调节机构不存在反向间隙，调节精度高，加工精度高。
(二)技术方案
为了达到上述的目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供了一种螺旋铣孔装置，包括自转机构、公转机构和进给机构，所述进给机构用于驱动所述公转机构和自转机构一起沿进给方向运动，所述自转机构包括用于在末端安装铣刀的铣刀轴、用于驱动所述铣刀轴转动的自转动力源以及支撑所述铣刀轴的铣刀轴座，所述公转机构包括公转动力源和被所述公转动力源驱动转动的公转支架；还包括至少一组偏心量调节机构，该偏心量调节机构设置在所述公转支架与自转机构之间并位于所述自转机构的径向外侧；所述偏心量调节机构包括第一剪叉结构，第一剪叉结构在偏心量调节动力源的驱动下沿所述铣刀轴的径向方向做伸缩运动，第一剪叉结构的径向内侧端与所述铣刀轴座铰接，所述公转支架设置有距离所述公转机构的公转轴线一定间距的径向支撑结构，第一剪叉结构的径向外侧与所述径向支撑结构铰接。
进一步的，所述偏心量调节机构还包括由所述偏心量调节动力源驱动转动并保持轴向固定的第一滚珠丝杠，以及与第一滚珠丝杠配合的第一螺母和第二螺母，第一螺母与第二螺母的螺纹方向相反，第一滚珠丝杠的轴线平行于所述公转轴线；第一剪叉结构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆与第二连杆关于一对称面对称设置，第三连杆与第四连杆关于所述对称面对称设置，所述对称面垂直于所述公转轴线；第一连杆的两端分别铰接第一螺母和径向支撑结构，所述第二连杆的两端分别铰接第二螺母和径向支撑结构，第三连杆的两端分别铰接第一螺母和铣刀轴座，第四连杆的两端分别铰接第二螺母和铣刀轴座；所述偏心量调节动力源适于沿所述公转支架的径向滑动并跟随所述公转支架转动。
进一步的，所述公转支架设置有径向导轨，所述偏心量调节动力源的外壁设置能够沿所述径向导轨滑动的滑块。
进一步的，所述公转支架设置有用于检测所述偏心量调节动力源在所述公转支架的径向方向上的位置的位移传感器。
进一步的，第一连杆与所述径向支撑结构铰接的一端设置有第一齿轮，第二连杆与所述径向支撑结构铰接的一端设置有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合；第三连杆与所述铣刀轴座铰接的一端设置有第三齿轮，第四连杆与所述铣刀轴座铰接的一端设置有第四齿轮，第三齿轮与第四齿轮啮合。
进一步的，所述公转机构包括能且仅能沿所述进给方向滑动的套筒，所述套筒的内圆周表面设置有齿轮环，所述径向支撑结构包括轴线与所述铣刀轴的轴线平行的第一行星齿轮，第一行星齿轮位于第一剪叉结构的径向外侧，第一行星齿轮与所述齿轮环转动啮合。
进一步的，该螺旋铣孔装置包括两组所述偏心量调节机构，该两组偏心量调节机构位于所述自转机构的相对的两侧；还包括两组支撑加强机构，每组所述支撑加强机构包括第二行星轮座、第二行星轮、第一加强连杆和第二加强连杆，第二行星齿轮的轴线与所述铣刀轴的轴线平行；第一加强连杆的两端分别连接该组支撑加强机构内的第二行星轮座和第一组偏心量调节机构内的径向支撑结构，第二加强连杆的两端分别连接该组支撑加强机构内的第二行星轮座和第二组偏心量调节机构内的径向支撑结构，第二行星轮设置在第二行星轮座，第二行星轮与所述齿轮环转动啮合；两个第一行星轮和两个第二行星轮在所述套筒内呈正方形的四个交点的布局分布。
进一步的，该螺旋铣孔装置还包括外壳，所述自转机构、公转机构和进给机构从下往上依次容纳在所述外壳中，所述进给机构从所述公转机构的上端推顶所述公转机构；所述进给机构包括进给动力源和第二剪叉结构，第二剪叉结构在所述进给动力源的驱动下沿所述进给方向做伸缩运动，第二剪叉结构的下端与所述公转机构连接，第二剪叉结构的上端与所述外壳的进给机构安装座连接。
进一步的，所述进给机构包括进给动力源和被所述进给动力源驱动转动并保持轴向固定的第二滚珠丝杠，以及与第二滚珠丝杠配合的进给螺母，第二滚珠丝杠的轴线与所述公转轴线共线；第二剪叉结构包括第一进给连杆、第二进给连杆、第三进给连杆、第四进给连杆、第五进给连杆、第六进给连杆、进给上支撑和进给下支撑；所述进给上支撑固定在所述进给机构安装座，第一进给连杆的第一端铰接所述进给上支撑，第一进给连杆的第二端铰接第二进给连杆的第一端，第二进给连杆的第二端铰接所述进给下支撑，第三进给连杆的第一端铰接所述进给上支撑，第三进给连杆的第二端铰接第四进给连杆的第一端，第四进给连杆的第二端铰接所述进给下支撑，第五进给连杆的第一端铰接第一进给连杆的中部，第五进给连杆的第二端铰接所述进给螺母，第六进给连杆的第一端铰接第三进给连杆的中部，第六进给连杆的第二端铰接所述进给螺母，所述进给下支撑与所述公转机构连接。
进一步的，所述偏心量调节动力源、公转动力源和/或进给动力源包括伺服电机和与所述伺服电机相连的制动器。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
相对于现有技术，本发明所提供的螺旋铣孔装置的偏心量调节机构采用剪叉结构来实现，剪叉结构伸缩时不存在反向传动间隙，从而避免了如现有技术中由于反向传动间隙的存在而造成偏心量调节精度低的问题。
在优选的方案中，每组偏心量调节机构中采用两副螺旋方向相反的滚珠丝杠螺母副，通过设置四条连杆组成剪叉结构，第一滚珠丝杠转动时，第一螺母与第二螺母相互靠近或远离，从而使剪叉结构沿公转轴线的径向方向伸缩，通过剪叉结构的伸缩来控制自转机构沿径向方向移动，实现偏心量的调节，结构简单，偏心量调节范围大，调节效果好；而且，由于滚珠丝杠副的摩擦力小，使得调节偏心量时所需要的功率也少，能耗少。
附图说明
图1为本发明的螺旋铣孔装置的结构示意图；
图2为公转机构、自转机构和偏心量调节机构的配合关系的局部剖切的示意图；
图3为图2的立体结构示意图；
图4为进给机构的结构示意图。
【附图标记说明】
01-刀具；
1-自转机构；
2-偏心量调节机构、21-偏心量调节动力源、201-滑块、22-第一滚珠丝杠、23-第一螺母、24-第二螺母、25-第一连杆、251-第一齿轮、26-第二连杆、261-第二齿轮、27-第三连杆、271-第三齿轮、28-第四连杆、281-第四齿轮、29-第一行星轮座、210-第一行星轮、211-第一加强连杆、212-第二加强连杆、213-第二行星轮座、214-第二行星轮、215-连接杆；
3-公转机构、31-公转动力源、311-公转动力源支架、312-套筒、313-齿轮环、32-公转支架、321-导轨、322-长方形槽孔、33-位移传感器；
4-进给机构、41-进给动力源、42-第二滚珠丝杠、43-进给上支撑、44-进给下支撑、45-第一进给连杆、46-第二进给连杆、47-第三进给连杆、48-第四进给连杆、49-第五进给连杆、410-第六进给连杆、411-进给螺母；
5-外壳、51-进给机构安装座。
具体实施例
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施例，对本发明作详细描述。
如图1所示，如现有技术的螺旋铣孔装置，本发明所提供的螺旋铣孔装置包括自转机构1、公转机构3和进给机构4，进给机构4用于驱动公转机构3和自转机构1一起沿进给方向运动，即往被加工的孔的深度方向进行运动。刀具01安装在自转机构1，自转机构1带动刀具01旋转。自转机构1包括铣刀轴、自转动力源和铣刀轴座，铣刀轴的输出端优选设置有弹簧卡套，刀具01通过弹簧卡套连接在铣刀轴的输出端，铣刀轴被自转动力源驱动转动，铣刀轴和自转动力源安装在铣刀轴座上。公转机构3包括公转动力源31和被公转动力源31驱动的公转支架32，公转支架32用于带动自转机构1绕公转支架32的公转轴线旋转，结合进给机构4的运动，实现螺旋进给。
不同于现有技术的是，如图2和图3所示，本发明的螺旋铣孔装置包括至少一组偏心量调节机构2，优选设置两组，该两组偏心量调节机构2位于自转机构的相对的两侧，当然仅设置一组也能实现偏心量的调节。下文以设置两组偏心量调节机构2对本发明作进一步说明。
该两组偏心量调节机构2设置在公转支架32与自转机构1之间并分别位于自转机构1的径向的相对的两侧，两组偏心量调节机构2协调运动，以调整自转机构1在公转轴线的径向方向上的偏心量。
每组偏心量调节机构包括第一剪叉结构，第一剪叉结构在偏心量调节动力源的驱动下沿铣刀轴的径向方向做伸缩运动。相对于铣刀轴的径向方向而言，第一剪叉结构整体上包括径向内侧端和径向外侧端。第一剪叉结构的径向内侧端与铣刀轴座铰接，公转支架设置有距离公转机构的公转轴线一定间距的径向支撑结构，第一剪叉结构的径向外侧与径向支撑结构铰接。
所述径向支撑结构用于第一剪叉结构提供沿铣刀轴径向的定位支撑。由于是需要调节自转机构1在径向方向上的位置，而调整径向方向上的位置需要提供一个支撑点，而本发明中所提供的径向支撑结构便是该支撑点，该径向支撑结构相对于公转支架32径向固定并跟随公转支架32转动。当然，该径向支撑结构除了采用如附图中所示的采用连接杆215与公转支架32固定连接的方式提供径向支撑以外，也可以是把公转支架32做成筒状，通过公转支架32的内壁面对第一剪叉结构的径向外侧进行支撑，这样，径向支撑结构属于公转支架32的一部分。当然，还有其他方式实现径向支撑，只要能够提供一个径向固定的支撑点，并且该支撑点能够跟随公转支架32转动的类似的替换也落入本发明的保护范围之内。相对于现有技术，本发明所提供的螺旋铣孔装置的偏心量调节机构采用剪叉结构来实现，剪叉结构伸缩时不存在反向传动间隙，从而避免了如现有技术中由于反向传动间隙的存在而造成偏心量调节精度低的问题。
每组偏心量调节机构2包括偏心量调节动力源21、第一滚珠丝杠22、第一螺母23、第二螺母24、第一连杆25、第二连杆26、第三连杆27、第四连杆28和径向支撑结构(在下文中该径向支撑结构指连接杆215、第一行星轮座29与第一行星轮210组合所得的结构)。
第一滚珠丝杠22被偏心量调节动力源21驱动转动，第一滚珠丝杠22轴向固定，第一滚珠丝杠22的轴线平行于公转机构3的公转轴线，偏心量调节动力源21还能够沿公转支架32的径向滑动并跟随公转支架32转动；即在调整偏心量时，随着自转机构1的径向移动，第一滚珠丝杠22也会沿公转支架32的径向滑动，偏心量调节好后，公转支架32转动时，偏心量调节机构2和第一滚珠丝杆22跟随公转支架32转动。第一螺母23和第二螺母24均与第一滚珠丝杠22组成滚珠丝杠螺母副，第一螺母23与第二螺母24的螺纹方向相反。第一连杆25与第二连杆26关于一对称面对称设置，第三连杆27与第四连杆28关于该对称面对称设置，所述的对称面垂直于公转轴线。第一连杆25的两端分别铰接第一螺母23和径向支撑结构，第二连杆26的两端分别铰接第二螺母24和径向支撑结构，第三连杆27的两端分别铰接第一螺母23和自转机构1，第四连杆28的两端分别铰接第二螺母24和自转机构1。基于上述的结构，当需要调节偏心量时，两组偏心量调节机构2中的第一滚珠丝杠22协调转动，并且其中一组偏心量调节机构2把自转机构1往靠近该组偏心量调节机构2的径向支撑结构所在的方向拉近，另一组偏心量调节机构2把自转机构1往远离该组偏心量调节机构2的径向支撑结构所在的方向推远，即可实现调节自转机构1相对于公转轴线的偏心量。
在上述的优选方案中，每组偏心量调节机构中采用两副螺旋方向相反的滚珠丝杠螺母副，通过设置四条连杆组成剪叉结构，第一滚珠丝杠转动时，第一螺母与第二螺母相互靠近或远离，从而使剪叉结构沿公转轴线的径向方向伸缩，通过剪叉结构的伸缩来控制自转机构沿径向方向移动，实现偏心量的调节，结构简单，偏心量调节范围大，调节效果好；同时，与滚珠丝杠配合的螺母均为双螺母，通过预加载荷的方式来消除反向传动间隙并提高滚珠丝杠的刚度；而且，由于滚珠丝杠副传动灵敏，摩擦力小，使得调节偏心量时所需要的功率也少，能耗少。
在本实施例中，公转支架32设置有用于检测偏心量调节动力源在公转支架32的径向方向上的位置的位移传感器33。该位移传感器33优选采用激光位移传感器，激光位移传感器实时检测偏心量调节动力源(间接对于第一滚珠丝杠22)的位置，并把偏心量调节动力源的位置信息实时反馈给控制器，控制器通过控制偏心量调节动力源21来实现动态调节。
在本实施例中，公转支架32设置有沿其径向延伸的导轨321，偏心量调节动力源21连接有滑块201，滑块201与导轨321滑动连接。优选地，如图3所述，在公转支架32上设置沿其径向延伸的长方形槽孔322，并在槽孔内设置同沿径向延伸的导轨321，第一滚珠丝杠22穿过长方形槽孔322伸到公转支架32的下方，偏心量调节动力源21沿导轨321滑动。
在本实施例中，如图2中的剖切结构所示，第一连杆25与径向支撑结构铰接的一端设置有第一齿轮251，第二连杆26与径向支撑结构铰接的一端设置有第二齿轮261，第一齿轮251与第二齿轮261啮合；第三连杆27与自转机构1铰接的一端设置有第三齿轮271，第四连杆28与自转机构1铰接的一端设置有第四齿轮281，第三齿轮271与第四齿轮281啮合。第一齿轮251与第二齿轮261的啮合以及第三齿轮271与第四齿轮281的啮合能够提高第一剪叉结构运动时的稳定性。
在本实施例中，如图1所示，公转机构3包括能且仅能沿进给方向滑动的套筒312，该螺旋铣孔装置包括外壳5，在外壳5与套筒312之间，其中一者设置有滑块，另一者设置有滑槽，滑块在滑槽能滑动，使得套筒312能且仅能沿进给方向滑动，套筒312不能相对于外壳5转动。公转动力源31安装在公转动力源支架311，公转动力源支架311与套筒312连接并与套筒312一起能且仅能沿进给方向滑动。
如图1所示，套筒312的内圆周表面设置有齿轮环313，径向支撑结构包括第一行星轮座29和设置在第一行星轮座29的第一行星轮210，第一行星轮210与齿轮环313转动啮合。第一行星齿轮210与齿轮环313构成行星齿轮机构，提高运动的稳定性，而且基于这样的结构，套筒312还能为所述径向支撑结构提供沿径向方向的支撑。
进一步优选地，如图3所示，还包括两组支撑加强机构，每组支撑加强机构包括第二行星轮座213、第二行星轮214、第一加强连杆211和第二加强连杆212，第一加强连杆211的两端分别连接该组支撑加强机构内的第二行星轮座213和第一组偏心量调节机构2内的第一行星轮座29，第二加强连杆212的两端分别连接该组支撑加强机构内的第二行星轮座213和第二组偏心量调节机构2内的第一行星轮座29，第二行星轮214设置在第二行星轮座213，第二行星轮214与齿轮环313转动啮合；两个第一行星轮210和两个第二行星轮214在套筒312内呈正方形的四个交点的布局分布。两个第一行星轮座29与一个第二行星轮座213构成三角形结构，提高在公转过程中偏心量调节机构2运动的稳定性和承载能力。
进一步优选地，第一行星轮座29和第二行星轮座213分别通过连接杆215与公转支架32连接。连接杆215用于实现带动第一行星轮座29和第二行星轮座213跟随公转支架32转动，并且提供一定的径向支撑。
如图1所示，在本实施例中，该螺旋铣孔装置包括外壳5和套筒312，在外壳5与套筒312之间，其中一者设置有滑块，另一者设置有滑槽，使得套筒312能且仅能沿进给方向滑动，套筒312不能相对于外壳5转动。公转支架32在套筒312内转动，外壳5设置有进给机构安装座51，进给机构4设置在进给机构安装座51与套筒312(也是上文所述的公转动力源支架311)之间，进给机构4带动套筒312沿进给方向滑动。
进给机构4包括进给动力源和第二剪叉结构，第二剪叉结构在进给动力源的驱动下沿进给方向做伸缩运动，第二剪叉结构的下端与公转机构3连接，第二剪叉结构的上端与外壳5的进给机构安装座51连接。
进一步的，如图4所示，进给机构4包括进给动力源41、第二滚珠丝杠42和进给螺母411，第二剪叉结构包括第一进给连杆45、第二进给连杆46、第三进给连杆47、第四进给连杆48、第五进给连杆49、第六进给连杆410、进给上支撑43和进给下支撑44。进给动力源41安装在进给机构安装座51，进给动力源41驱动第二滚珠丝杠42转动，第二滚珠丝杠42轴向固定，第二滚珠丝杠42与公转轴线共线，进给螺母411与第二滚珠丝杠42螺纹连接。进给上支撑43固定在进给机构安装座51，第一进给连杆45的第一端铰接进给上支撑43，第一进给连杆45的第二端铰接第二进给连杆46的第一端，第二进给连杆46的第二端铰接进给下支撑44，第三进给连杆47的第一端铰接进给上支撑43，第三进给连杆47的第二端铰接第四进给连杆48的第一端，第四进给连杆48的第二端铰接进给下支撑44，第五进给连杆49的第一端铰接第一进给连杆45的中部，第五进给连杆49的第二端铰接进给螺母411，第六进给连杆410的第一端铰接第三进给连杆47的中部，第六进给连杆410的第二端铰接进给螺母411，进给下支撑44与套筒312连接。
基于上述的结构，本发明所提供的进给机构4中采用两级结构的第二剪叉结构来实现沿进给方向的进给运动，其占用空间减小，相对自重降低；同时其中心轴线与公转轴线共线，在加工过程中产生的偏心力矩较小，对加工精度影响小。
在本实施例中，偏心量调节动力源21、公转动力源31和/或进给动力源41包括伺服电机和与伺服电机相连的制动器。特别地，在偏心量调节动力源上的制动器能够锁定偏心量调节动力源上的伺服电机，保证偏心量调节好之后自转机构1不会再作径向移动。
在本实施例中，在第一滚珠丝杠22和第二滚珠丝杠42的末端均设置有限位螺母，防止第一滚珠丝杠22上的第二螺母24和第二滚珠丝杠42上的进给螺母411脱出。
本发明的螺旋铣孔装置的螺旋铣孔的步骤如下：首先将螺旋铣孔装置通过外壳5连接于工业机器人作为终端执行器；之后通过控制器控制两台偏心量调节动力源协调运动，自转机构1从零位按照既定径向方向运动，根据激光位移传感器的反馈数据进行精确调节，调整偏心量到预定值，偏心量调节动力源上的制动器通电锁紧偏心量调节动力源上的伺服电机，保证自转机构1相对公转支架32的位置不动。加工时，工业机器人携带终端执行器以一定姿态达到理论加工位；自转机构1带动刀具01转动，其转速可通过调频器调节控制；公转动力源31上的伺服电机驱动公转支架32转动，并使自转机构1和偏心量调节机构2在套筒312内做圆周运动；进给动力源41上的伺服电机驱动公转机构3沿进给方向运动，使刀具01即有自转又有公转地沿螺旋轨迹进行制孔加工。
在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施例。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。