一种反锪刀结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及反锪刀结构，包括刀柄、传动轴、刀体、刀杆、空间行星轮系、齿轮传动机构、减速机构和齿轮齿条机构，减速机构和齿轮齿条机构设于刀体中，传动轴同轴安装在刀柄上，空间行星轮系将传动轴输出的旋转运动传递给刀体，从而实现刀体的旋转运动；刀杆安装在齿轮齿条机构上,齿轮传动机构将传动轴输出的旋转运动传递给减速机构，齿轮齿条机构将减速机构输出的旋转运动转换为径向直线运动，从而实现刀杆的径向直线运动。本实用新型将机床主轴单一的旋转运动转化成旋转运动和径向进给的复合运动，实现反向或正向渐进式镗(车)内(外)端面，出刀稳定，加工平稳。
【专利说明】
一种反锪刀结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及工具工装技术领域，尤其涉及一种反锪刀结构。
【背景技术】
[0002] 随着制造技术的快速发展、国防工业的不断进步和用户要求的不断提高，促使机 械行业对机械加工效率、生产成本和产品质量也有了更高的要求，反锪孔结构已经非常普 遍地存在于各种机械设备的壳体等部件中，这种封闭式结构空内侧端面的反向锪孔加工， 由于锪台被基体其他结构遮住，受空间位置所限，一般刀具无法从正面下刀，促进了切削工 程技术的发展，也对机械零件的加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求，传统的 反锪刀具基于不同的设计原理进行了机构设计，在提高反锪加工效率、减轻工人劳动强度 等方面均有一定改善，但多为宽刃切削，加工时同时作用的切削刃较长，切削力大、常常发 生振动，使得反锪加工非常困难，极大地影响反锪加工自动化程度、生产效率及加工表面质 量的提高。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型旨在提供反锪刀结构，利用空间行星轮系运动分解传动、蜗轮蜗杆减 速、齿轮齿条渐进式径向出刀，通过刀体旋转主运动与刀具的径向切削运动复合而实现渐 进式镗(车)端面。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0005] -种反锪刀结构，包括刀柄、传动轴、刀体、刀杆、空间行星轮系、齿轮传动机构、减 速机构和齿轮齿条机构，所述减速机构和齿轮齿条机构设于刀体中，所述传动轴同轴安装 在刀柄上，所述空间行星轮系将传动轴输出的旋转运动传递给刀体，从而实现刀体的旋转 运动；
[0006] 所述刀杆安装在齿轮齿条机构上，所述齿轮传动机构将传动轴输出的旋转运动传 递给减速机构，所述齿轮齿条机构将减速机构输出的旋转运动转换为径向直线运动，从而 实现刀杆的径向直线运动。
[0007] 进一步的，所述空间行星轮系包括内齿轮、行星轮和外齿圈，所述内齿轮与传动轴 固定配合，所述内齿轮与行星轮啮合，所述行星轮与外齿圈啮合，所述刀体一端与行星轮固 定连接，所述行星轮至少3个，所述外齿圈通过防转装置固定不动。
[0008] 进一步的，所述齿轮传动机构包括齿轮轴、主动齿轮和从动齿轮，所述齿轮轴同轴 设于传动轴的内腔中，传动轴将运动传递给齿轮轴。
[0009] 进一步的，所述减速机构包括2个涡轮蜗杆副和1个齿轮副，所述齿轮传动机构的 从动齿轮安装在I级蜗杆上，所述齿轮副的I级齿轮安装在I级涡轮轴上，所述齿轮副的II级 齿轮安装在II级蜗杆上，所述齿轮齿条机构的齿轮安装在II级涡轮轴上。
[0010] 进一步的，所述齿轮齿条机构包括半齿齿轮和齿条滑块，所述刀杆固定在齿条滑 块上，所述齿条滑块一端与弹簧相连，弹簧与刀体固接，所述齿条滑块与弹簧平行设置。
[0011] 进一步的，所述齿轮轴与主动齿轮之间安装有单向离合机构。
[0012] 进一步的，所述传动轴与齿轮轴之间设有超越保护装置，所述超越保护装置包括 钢球、弹簧和弹簧座，所述弹簧一端与弹簧座相连，弹簧另一端与钢球相连，所述齿轮轴外 壁设有与钢球适配的凹槽，所述钢球在弹簧的作用下卡在所述凹槽中。
[0013] 进一步的，所述防转装置包括止动销座和止动销，所述止动销座固定连接在外齿 圈上，所述止动销安装在止动销座上。
[0014]进一步的，所述空间行星轮系的传动比为：lP=l+p,其中P = 3~8。
[0015] 进一步的，所述刀体、外齿圈和刀柄的材质均为铝合金，所述传动轴、内齿轮、行星 轮、齿轮传动机构、减速机构和齿轮齿条机构的材质均为工程塑料。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0017] 1 .本实用新型将机床主轴单一的旋转运动转化成旋转运动+径向进给的复合运 动。实现反向或正向渐进式镗(车）内（外)端面，使同时作用切削刃长大大减少，出刀稳定， 加工平稳，加工质量高。
[0018] 2.能实现径向的自动出刀、快速退刀，提高生产效率，降低劳动强度。
[0019] 3.单向离合机构设计，防止误操作造成刀体损坏。
[0020] 4.过载超越装置的设置，确保实现设备及刀具的过载保护，保证设备及刀具可靠 工作。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的结构不意图；
[0022]图2是本实用新型的主剖视图；
[0023]图3是本实用新型的侧剖视图；
[0024] 图4是单向离合机构的结构示意图；
[0025] 图5是超越保护装置的结构示意图；
[0026]图6是半齿齿轮的结构示意图；
[0027]图7是2Z-X型的负号行星齿轮传动机构的基本原理图；
[0028] 图中：1_刀柄、2-传动轴、3-内齿轮、4-行星轮、5-外齿圈、6-刀体、7-齿轮轴、8-主 动齿轮、9-从动齿轮、10_1级蜗杆、11_1级祸轮轴、12-11级蜗杆、13-11级祸轮轴、14-齿条滑 块、15-弹簧、16-刀杆、17-半齿齿轮、18-11级齿轮、19-1级齿轮、20-防转装置、21-单向离合 机构、22-超越保护装置。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实 用新型进行进一步详细说明。
[0030] 如图1、2、3所示，本实用新型公开的反锪刀结构，包括刀柄1、传动轴2、刀体6、刀杆 16、空间行星轮系、齿轮传动机构、减速机构和齿轮齿条机构，减速机构和齿轮齿条机构设 于刀体6中，传动轴2同轴安装在刀柄1上，空间行星轮系将传动轴2输出的旋转运动传递给 刀体6，从而实现刀体6的旋转运动；
[0031]刀杆16安装在齿轮齿条机构上，齿轮传动机构将传动轴2输出的旋转运动传递给 减速机构，齿轮齿条机构将减速机构输出的旋转运动转换为径向直线运动，从而实现刀杆 16的径向直线运动。
[0032]进一步的，空间行星轮系包括内齿轮3、行星轮4和外齿圈5,内齿轮3与传动轴2固 定配合，内齿轮3与行星轮4啮合，行星轮4与外齿圈5啮合，刀体6-端与行星轮4固定连接， 行星轮4至少有3个，外齿圈5通过防转装置20固定不动。
[0033] 进一步的，防转装置20包括止动销座和止动销，止动销座固定连接在外齿圈5上， 止动销安装在止动销座上，外齿圈5通过止动销与机床连接固定。进一步的，齿轮传动机构 包括齿轮轴7、主动齿轮8和从动齿轮9,齿轮轴7同轴设于传动轴2的内腔中，传动轴2将运动 传递给齿轮轴7。进一步的，减速机构包括2个涡轮蜗杆副和1个齿轮副，齿轮传动机构的从 动齿轮9安装在I级蜗杆10上，齿轮副的I级齿轮19安装在I级涡轮轴11上，齿轮副的II级齿 轮18安装在II级蜗杆12上，齿轮齿条机构的齿轮安装在II级涡轮轴13上。
[0034] 进一步的，齿轮齿条机构包括半齿齿轮17和齿条滑块14,刀杆16固定在齿条滑块 14上，齿条滑块14 一端与弹簧15相连，弹簧15与刀体6固接，齿条滑块14与弹簧15平行设置。
[0035] 由于传统的反锪刀具多为宽刃切削，加工时同时作用切削刃较长，切削力大、常常 发生振动，使得反锪加工非常困难，极大地影响反锪加工自动化程度、生产效率及加工表面 质量的提高。为改善传统反锪刀具的不足，需在刀体设计、镗杆动态特性等方面采取措施。 为确保刀头的旋转精度及切削的平稳性，本实用新型中刀柄1与刀体6采用了精密向心轴 承、端面轴承，以实现刀体的精密定位，能够达到刀体径向跳动、轴向跳动精度均不大于 0.02mm。杆16刀固定在齿条滑块14上，齿条滑块14与刀体6的配合间隙不大于0.01mm。这样 在刀具结构设计上确保了整个刀具的精密及稳定的加工。
[0036] 进一步的，如图4所示，在齿轮轴7与主动齿轮8之间安装有单向离合机构21，单向 离合机构21优选单向超越离合器。实现径向出刀时，在齿轮轴与主动齿轮之间安装有单向 超越离合器。当在正常切削工件时，在单向超越离合器的作用下齿轮轴与主动齿轮相结合， 带动主动齿轮按照出刀方向旋转；当发生误操作时或者反转时，在单向超越离合器的作用 下齿轮轴与主动齿轮脱开，从而避免刀体损坏。
[0037] 进一步的，如图5所示，在传动轴2与齿轮轴7之间安装有超越保护装置22，超越保 护装置22包括钢球、弹簧和弹簧座，弹簧一端与弹簧座相连，弹簧另一端与钢球相连，齿轮 轴7外壁设有与钢球适配的凹槽，钢球在弹簧的作用下卡在凹槽中。实现径向出刀时，在正 常切削工件时，弹簧座压缩弹簧，使钢球受力顶在齿轮轴的凹处，此时传动轴2与齿轮轴7便 由超越保护装置22连接在一起。当切削力过大时，传到齿轮轴7上的扭矩大于弹簧压缩力 时，钢球便从齿轮轴的凹处脱出，此时传动轴2与齿轮轴7分离，从而实现设备及刀具的过载 保护，保证设备及刀具可靠工作。
[0038]刀具旋转由刀柄1旋转，带动行星机构件内齿轮3转动，外齿圈5由防转装置20固定 不动，防转装置20包括止动销座和止动销，止动销座固定连接在外齿，5上，通过止动销与机 床连接固定。行星轮4相对内外齿而作行星运动，而带动刀体6作旋转运动。刀具径向出刀运 动由刀柄1、传动轴2、主动齿轮8转动，带动从动齿轮9、I级蜗杆10、I级涡轮轴11，齿轮副传 动到II级蜗杆12,通过II级蜗轮蜗杆传递到半齿齿轮17并带动齿条滑块14沿径向方向作出 刀运动，当出刀达到行程终点，半齿齿轮17行进到缺齿部分时，齿条滑块14带动刀杆16由弹 簧15拉至起始位置。自动进刀，快速退刀，不但降低了劳动强度，还提高了生产效率。
[0039] 进一步的，刀具主体材料为铝合金，主体内部的传动件的材料为工程塑料，可降低 重量，减小体积。
[0040] 进一步的，刀体6、外齿圈5和刀柄1的材质均为铝合金，传动轴2、内齿轮3、行星轮 4、齿轮传动机构、减速机构和齿轮齿条机构的材质均为工程塑料。进一步降低重量，减小体 积，降低生产成本。
[0041] 本实用新型的外观处理:在刀具主体外表面尽量采用涂层或阳极化处理，其它零 件精发黑和磨削面，外观精美。
[0042]进一步的，空间行星轮系的传动比为：lP=l+p,其中P = 3~8。
[0043]由于本实用新型的设计原理决定了刀具主体具有较复杂的设计结构和加工难度， 其它零件大量采用了常规加工、容易达到的方法，例如刀柄采用标准刀柄，蜗轮蜗杆、齿轮 齿条等可大量采用了通用件、标准件，使得反锪刀具容易加工及装配，降低生产成本。
[0044] 1.本实用新型中空间行星轮系传动计算
[0045] 根据行星齿轮传动基本类型特点及前述"旋转运动+径向进给"复合加工运动原 理，本实用新型的空间行星轮系采用2Z-X型负号机构，如图7所示，假定转臂X固定，则中心 轮a与内齿轮b的转向相反，即转臂X固定时的传动比i x<0,称其为2Z-X型的负号机构。本实 用新型的空间行星轮系的传动计算应满足：
[0046]传动比条件
[0048] 式中：
[0049] ip 给定的传动比，且有&
[0050] Ρ一一行星齿轮传动的特性参数
[0051 ] za--中心轮a的齿数，一般，Za^Zi/n
[0052] Zb--内齿轮b的齿数
[0053] 特性参数P值的选取直接影响一和心的大小，P的范围为P = 3~8。
[0054] 2.使用本实用新型加工产品的性能检测
[0055] 2.1加工产品试验检测
[0056] 通过对零件端盖(CH429M-4/40)产品60件孔端面加工，现场的加工工艺参数:刀具 的主旋转运动速度：180转/分;刀具的出刀速度:0.15mm/转;刀具进刀深度:0.1~0.3mm;出 刀行程:31 · 4mm;反锪孔径：Φ 180mm。反锪刀在加工过程中，出刀稳定，加工平稳，粗糙度及 精度较传统的锪平面明显提高，加工方法以镗车端面的方式完成端面加工，该方法合理先 进，是一种很好的孔端面加工刀具。
[0057] 2.2可靠性试验检测
[0058] 通过多批次对产品中间箱体(272LVF160.02A. 01-1)孔端面的加工，认为反锪刀完 全满足零件孔端面的加工。反锪刀在加工过程中，出刀稳定，加工平稳，粗糙度及精度较传 统的锪平面明显提高，加工方法以镗车端面的方式完成端面加工，该方法合理先进，是一种 很好的孔端面加工刀具。现场的加工工艺参数:刀具的主旋转运动速度180转/分，刀具的出 刀速度0.15毫米/转，进刀深度0.1~0.3毫米。
[0059] 2.3实验数据
[0061] 通过上述性能检测结果可知，本实用新型实现了旋转运动及径向出刀运动复合而 进行镗(车)切削的新的工艺，使同时作用切削刃长大大减少，出刀稳定、加工平稳、粗糙度 及精度较传统的锪平面明显提高，在高效切削过程中能完全满足内端面锪孔的工艺要求； 在加工质量上，本实用新型加工内端面的粗糙度可达Ra3.2;在加工工艺参数上，主旋转运 动速度180转/分，刀具的出刀速度0.15毫米/转，进刀深度0.1~0.3毫米，出刀行程31.4毫 米，反锪范围Φ 50~Φ 220孔端面加工，在制造成本上，本实用新型反锪刀大大降低了生产 成本。
[0062]本实用新型能够实现：（1)"旋转运动+径向进给"的复合加工运动原理设计；（2)刀 头旋转精度、稳定性的结构、工艺保证；（3)安全保护机构设计；（4)刀杆的径向快速返回。能 够达到以下主要技术性能指标：
[0063] (1)刀体对刀柄的径向跳动:不大于0.02mm;
[0064] (2)刀体对刀柄的径向跳动:不大于0.02mm;
[0065] (3)刀具的主旋转运动速度：180转/分；
[0066] (4)被加工表明粗糙度:Ra3.2ym;
[0067] (5)刀具的出刀速度:0.15mm/转；
[0068] (6)刀具进刀深度：0.1~0.3mm;
[0069] (7)出刀行程:31.4mm;
[0070] (8)反锪范围：Φ 50~Φ 220mm;
[0071] (9)价格仅为国外同类加工刀具的的1 /3。
[0072] 本实用新型一次装夹零件后，同时完成内孔镗削加工及内外孔端面加工。消除了 重复装夹，对刀的误差，因而这种加工方法特别适用于零件孔端面对孔要求高的场合，以及 零件孔端面不易加工的。这种加工精度高，被加工端面光洁平整，质量远远高于传统的单刀 锪平面。目前国内外还没有见使用该产品及该加工工艺的示例。本实用新型的价格仅为国 外同类加工刀具的1/3左右，并完全可以推广应用于各类工程机械、大型重型成套工艺装备 内孔端面的加工中，应用范围广，市场化前景好。该刀具可在立式或卧式机床上使用，可正 镗或反镗端面，由小到大达到尺寸后实现径向的快速自动退刀。
[0073] 当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质 的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些 相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种反锪刀结构，其特征在于:包括刀柄（1)、传动轴（2)、刀体(6)、刀杆（16)、空间行 星轮系、齿轮传动机构、减速机构和齿轮齿条机构，所述减速机构和齿轮齿条机构设于刀体 (6)中，所述传动轴(2)同轴安装在刀柄（1)上，所述空间行星轮系将传动轴(2)输出的旋转 运动传递给刀体(6 )，从而实现刀体(6)的旋转运动； 所述刀杆（16)安装在齿轮齿条机构上，所述齿轮传动机构将传动轴（2)输出的旋转运 动传递给减速机构，所述齿轮齿条机构将减速机构输出的旋转运动转换为径向直线运动， 从而实现刀杆(16)的径向直线运动。2. 根据权利要求1所述的反锪刀结构，其特征在于:所述空间行星轮系包括内齿轮(3)、 行星轮(4)和外齿圈（5)，所述内齿轮(3)与传动轴（2)固定配合，所述内齿轮(3)与行星轮 (4)啮合，所述行星轮(4)与外齿圈（5)啮合，所述刀体(6)-端与行星轮(4)固定连接，所述 行星轮(4)至少3个，所述外齿圈（5)通过防转装置(20)固定不动。3. 根据权利要求1所述的反锪刀结构，其特征在于:所述齿轮传动机构包括齿轮轴(7)、 主动齿轮(8)和从动齿轮(9)，所述齿轮轴(7)同轴设于传动轴(2)的内腔中，传动轴(2)将运 动传递给齿轮轴(7)。4. 根据权利要求1或3所述的反锪刀结构，其特征在于:所述减速机构包括2个涡轮蜗杆 副和1个齿轮副，所述齿轮传动机构的从动齿轮(9)安装在I级蜗杆（10)上，所述齿轮副的I 级齿轮(19)安装在I级涡轮轴（11)上，所述齿轮副的II级齿轮(18)安装在II级蜗杆(12)上， 所述齿轮齿条机构的齿轮安装在II级涡轮轴(13)上。5. 根据权利要求4所述的反锪刀结构，其特征在于：所述齿轮齿条机构包括半齿齿轮 (17)和齿条滑块（14)，所述刀杆（16)固定在齿条滑块（14)上，所述齿条滑块（14) 一端与弹 簧(15)相连，弹簧(15)与刀体(6)固接，所述齿条滑块(14)与弹簧(15)平行设置。6. 根据权利要求3所述的反锪刀结构，其特征在于:所述齿轮轴(7)与主动齿轮(8)之间 安装有单向离合机构(21)。7. 根据权利要求3或6所述的反锪刀结构，其特征在于:所述传动轴（2)与齿轮轴（7)之 间设有超越保护装置(22)，所述超越保护装置(22)包括钢球、弹簧和弹簧座，所述弹簧一端 与弹簧座相连，弹簧另一端与钢球相连，所述齿轮轴(7)外壁设有与钢球适配的凹槽，所述 钢球在弹簧的作用下卡在所述凹槽中。8. 根据权利要求2所述的反锪刀结构，其特征在于:所述防转装置(20)包括止动销座和 止动销，所述止动销座固定连接在外齿圈（5)上，所述止动销安装在止动销座上。9. 根据权利要求1所述的反锪刀结构，其特征在于:所述空间行星轮系的传动比为：1P = 1+P，其中P = 3~8。10. 根据权利要求2所述的反锪刀结构，其特征在于：所述刀体(6)、外齿圈（5)和刀柄 (1)的材质均为铝合金，所述传动轴(2)、内齿轮(3)、行星轮(4)、齿轮传动机构、减速机构和 齿轮齿条机构的材质均为工程塑料。
【文档编号】B23B29/034GK205673622SQ201620542774
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201620542774.1, CN 201620542774, CN 205673622 U, CN 205673622U, CN-U-205673622, CN201620542774, CN201620542774.1, CN205673622 U, CN205673622U
【发明人】张正途, 张晓岗, 陈莉, 刘建, 李凯
【申请人】成都成量工具集团有限公司