专利名称：多机构复合式自动进给扩大头及零件端面的加工方法
技术领域：
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种多机构复合式自动进给扩大头，本发明还涉及一种使用前述装置对大型箱体类零件端面的加工方法。
背景技术：
石油钻机产品中存在很多大型箱体类零件，如绞车架、传动箱等，该箱体类零件大多数均由较薄的钢板组焊而成，工件本身的刚性较差，孔的尺寸大且内外端面(或环面)要求加工，现有的加工方法通常是在大型卧式镗铣床(比如W200G、W250G、数显机床、或非数控机床)上进行铣削、单刀刮削，存在以下不足1)由于铣削时轴向力较大，工件震动极大，加工后表面粗糙，且易打碎刀片，同时由于W250G、W200G机床为数显落地镗床，无法自动铣出规矩的环面，接刀部位较多，接刀部位极不平整，表面质量较差；且无法铣止口和环面；2)单刀刮削时切削刃宽度大，切削力大，工件振动大，白钢刀具磨损大，成本高。在加工时需要敲刀头进刀，加工效率低下，且由于刀具安装误差，往往刮出的端面呈凹型或凸形，表面质量差，最后的全刀刃光整加工由于切削部位过宽，震动及噪音极大。因此，按照上述现有的方法加工箱体类零件时，加工质量差，且效率低下，严重影响了关键设备的通过能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种多机构复合式自动进给扩大头，解决了现有技术在加工箱体类零件时，存在加工质量差，且效率低下的问题。本发明的另一目的是提供一种使用前述装置对大型箱体类零件端面的加工方法。本发明所采用的技术方案是，一种多机构复合式自动进给扩大头，在壳体的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母，蜗轮-蜗杆丝母上的蜗轮内孔为螺纹结构，该蜗轮内孔的螺纹与丝杠轴套接，构成沿丝杠丝母副，蜗轮-蜗杆丝母上还设置有轮蜗杆副；蜗轮-蜗杆丝母上的蜗轮蜗杆副与壳体外部的行星轮同轴并通过平键形成固定连接，行星轮与内齿传动轮通过内齿相啮合，内齿传动轮通过莫氏锥柄轴与外接的动力源连接；丝杠轴伸出壳体与刀具箱固定连接，刀具箱套装在壳体的一端上，刀具箱内侧的动导轨与壳体端头外侧的静导轨套接。本发明所采用的另一技术方案是，一种大型箱体类零件端面的加工方法，该方法利用一种多机构复合式自动进给扩大头，其结构是，在壳体的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母，蜗轮-蜗杆丝母上的蜗轮内孔为螺纹结构， 该蜗轮内孔的螺纹与丝杠轴套接，构成丝杠丝母副，蜗轮-蜗杆丝母上还设置有蜗轮蜗杆副；蜗轮蜗杆副与壳体外部的行星轮同轴并通过平键形成固定连接，行星轮与内齿传动轮通过内齿相啮合，内齿传动轮通过莫氏锥柄轴与外接的动力源连接；丝杠轴伸出壳体与刀具箱固定连接，刀具箱套装在壳体的一端上，刀具箱内侧的动导轨与壳体端头外侧的静导轨套接，刀具箱上安装有刀具，所述的刀具箱内侧的动导轨与壳体外侧的静导轨通过燕尾槽型的导轨副滑动配合，在静导轨的一侧导轨面沿长度方向设置有斜度为1 80的斜面，动、静导轨之间设置有斜度为1 80的镶条与该斜面相匹配，镶条端部带有一个螺钉，通过松紧螺钉推动镶条前后移动来调整导轨间隙，本发明方法按照以下具体步骤实施先将待加工件安置在镗床上；再通过莫氏锥柄轴，将外接动力依次通过内齿传动轮、行星轮、蜗轮-蜗杆丝母、 丝杠轴传递到刀具箱，使得刀具箱进行相对于待加工件的径向移动，对刀具施加径向进给动力，推动刀具实现对待加工件的大直径环面端面的车削加工。本发明的有益效果是，通过各运动副的组合使用，合理分流镗床的主轴动力，使扩大头在无独立驱动动力的状况下自动径向切削，实现了在镗床上进行内外端面车削的功能。该扩大头结构紧凑新颖、安全可靠、使用方便，降低了切削力，减少了工件震动，有效的保证了产品形位公差，提高了表面质量和加工效率，适用于各种大型结构件大直径孔内外环面的加工。
图1是本发明的多机构复合式自动进给扩大头的传动结构示意图；图2是本发明的多机构复合式自动进给扩大头的截面示意图；图3是本发明的多机构复合式自动进给扩大头的外观示意图；图4是现有技术对大型箱体类零件端面加工方法的加工原理示意图；图5是本发明对大型箱体类零件端面加工方法的加工原理示意图。图中，1.壳体，2.蜗轮-蜗杆丝母，3.内齿传动轮，4.行星轮，5.丝杠轴，6.蜗轮蜗杆副，7.丝杠丝母副，8.动导轨，9.静导轨，10.莫氏锥柄轴，11.镶条，12.刀具，13.待加工件，14.刀具箱。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。参照图1、图2、图3，本发明的多机构复合式自动进给扩大头结构是在壳体1的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母2，蜗轮-蜗杆丝母2上的蜗轮内孔为螺纹结构，该蜗轮内孔的螺纹与丝杠轴5套接，构成沿竖直方向移动的丝杠丝母副7，蜗轮-蜗杆丝母2上还设置有能沿水平方向转动的蜗轮蜗杆副6 ；丝杠轴5的轴线与壳体1的轴线垂直。蜗轮-蜗杆丝母2上的蜗轮蜗杆副6与壳体1外部的行星轮4同轴并通过平键形成固定连接，行星轮4与内齿传动轮3通过内齿相啮合，内齿传动轮3通过莫氏锥柄轴10 与外接的动力源连接；丝杠轴5伸出壳体1与刀具箱14固定连接，刀具箱14套装在壳体1 的一端上，刀具箱14内侧的动导轨8与壳体1端头外侧的静导轨9通过套接，共同构成燕尾槽型的导轨副滑动配合。通过上述的多种传动副的组合和配合，使得刀具箱14随丝杠轴5的上下移动，实现了刀具径向切削进给。
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本发明装置的传动链原理是，参照图1、图2、图3，莫氏锥柄轴10与机床主轴联接， 并随主轴一起回转；燕尾槽导轨副的静导轨9通过壳体1过渡与机床主轴刚性连接，故随机床主轴一起回转，输出主切削力，进行主切削运动；与此同时，由于内齿传动轮3固定，行星轮4在公转的同时带动蜗轮蜗杆副6中蜗杆轴同步白转，蜗杆驱动蜗轮，由于蜗轮与丝母做成一体，蜗轮转动即就是丝母转动，另外蜗轮即就是丝母轴向固定，因此丝母丝杠副将丝母的回转运动转化为丝杠轴5的轴向移动，丝杠轴5带动燕尾形导轨副的动导轨8作径向运动，这样就带动了固定在动导轨上的刀具箱14作径向进给运动，便实现了扩大头的端面车削功能。分流机床通过莫氏锥柄轴10输入扭距作为径向切削进给的动力，不需要单独的进给切削动力源；齿轮传动采用行星轮传动方式，蜗轮-蜗杆与丝母做成一体，简化了结构，减小了壳体以及整个扩大头的体积，有效地扩大了扩大头的工艺加工范围。燕尾槽导轨副的动、静导轨之间的间隙调整借鉴了车床的导轨方式，即在静导轨 9的一侧导轨面沿长度方向设置有斜度为1 80的斜面，动、静导轨之间设计了斜度为 1 80的镶条11与该斜面相匹配，镶条11端部设置有一个限位固定用的螺钉，通过松紧螺钉推动镶条11前后移动来调整导轨间隙。镶条11的材质选用HT200材料，耐磨且易于储藏存油。行星轮处为浸油润滑，通过齿圈处的注油孔加注适量的润滑油。蜗轮与蜗轮支座以及动、静燕尾槽的滑动摩擦面采用油杯润滑。其余部位均采用手动润滑以便简化结构，缩小扩大头的外形尺寸。莫氏锥柄轴10与内齿圈端面采用V型密封圈密封，动、静导轨端面加毡片以防止切屑等损伤导轨。本发明的多机构复合式自动进给扩大头，通过丝杠丝母副7和蜗轮蜗杆副6的巧妙空间组合，使镗床主轴的回转运动形成刀具的自动径向进给，从而实现了镗床的端面车削功能。1)该扩大头的应用能极大的降低切削力，有效地解决或降低了大型结构件上大直径孔端面加工时由于工件刚性差而造成的工件震动大、加工表面质量差等问题；幻该扩大头应用后，对于一个大直径孔端面，只需预调丝杠位置及切削深度后即可一刀加工成活，避免了大直径孔端面加工时连续调整刀头的低效率现象，极大地提高了加工效率；；3)应用该扩大头可一次加工孔内外端面成活，对于孔的内端面加工而言，不需要操作人员反复进入工件内操作，提高了效率，也更加符合HSE规范和人性化管理；4)应用该扩大头可一次加工孔内外端面成活，避免了孔端面加工时接刀、加工表面平面度达不到要求等问题，有效地提高了产品质量；5)应用该扩大头加工孔内外端面，由于切削力的极大降低，减少了刀具磨损，提高了刀具使用寿命，同时也减少了刀具的反复刃磨，这些都降低了生产成本；6)该多机构复合式自动进给扩大头作为一个机床附件单元，通过更换不同规格的莫氏锥柄轴10 与多种镗床组合使用，实现配套连接，应用可扩大到许多企业数量众多的非数控镗床的工艺加工范围。参照图4，现有技术方法通过采用轴向进刀的方式，使刀具12实现对待加工件13 的大直径环面的刮削加工，该加工方式的缺点参见前述背景技术。参照图5，本发明对大型箱体类零件端面的加工方法是，利用前述的多机构复合式自动进给扩大头，通过对刀具12施加径向进给动力，推动刀具12实现对待加工件13的大直径环面端面的车削加工，可加工的环面直径尺寸范围为Φ300 Φ800mm，环面宽度小于130mm，加工时根据所需要加工孔的尺寸通过丝杠丝母副调整刀杆及刀夹的垂直方向位置。
本发明方法将端面刮削或铣削的加工方式转换为端面车削的方式，极大地降低了切削力，对从本工序的观点出发降低了对工件刚性等级的要求，避免了加工过程中的工件震动及切削噪音；表面加工质量显著提高，避免了加工表面出现凸形或凹型，提高了加工效率，同时，实现了在镗床上进行内外端面车削的功能，扩大了镗床工艺范围。
权利要求
1.一种多机构复合式自动进给扩大头，其特点在于在壳体(1)的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母O)，蜗轮-蜗杆丝母(2)上的蜗轮内孔为螺纹结构，该蜗轮内孔的螺纹与丝杠轴(5)套接，构成沿丝杠丝母副(7)，蜗轮-蜗杆丝母⑵上还设置有轮蜗杆副(6)；蜗轮-蜗杆丝母⑵上的蜗轮蜗杆副(6)与壳体(1)外部的行星轮⑷同轴并通过平键形成固定连接，行星轮(4)与内齿传动轮C3)通过内齿相啮合，内齿传动轮C3)通过莫氏锥柄轴(10)与外接的动力源连接；丝杠轴( 伸出壳体(1)与刀具箱(14)固定连接，刀具箱(14)套装在壳体(1)的一端上，刀具箱(14)内侧的动导轨(8)与壳体(1)端头外侧的静导轨(9)套接。
2.根据权利要求1所述的多机构复合式自动进给扩大头，其特点在于所述的刀具箱 (14)内侧的动导轨(8)与壳体(1)外侧的静导轨(9)通过燕尾槽型的导轨副滑动配合，在静导轨(9)的一侧导轨面沿长度方向设置有斜度为1 80的斜面，动、静导轨之间设置有斜度为1 80的镶条(11)与该斜面相匹配，镶条(11)端部带有一个螺钉。
3.一种大型箱体类零件端面的加工方法，其特点在于该方法利用一种多机构复合式自动进给扩大头，其结构是，在壳体(1)的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母0)，蜗轮-蜗杆丝母( 上的蜗轮内孔为螺纹结构，该蜗轮内孔的螺纹与丝杠轴( 套接，构成丝杠丝母副(7)，蜗轮-蜗杆丝母(2) 上还设置有蜗轮蜗杆副(6)；蜗轮-蜗杆丝母⑵上的蜗轮蜗杆副(6)与壳体(1)外部的行星轮⑷同轴并通过平键形成固定连接，行星轮(4)与内齿传动轮C3)通过内齿相啮合，内齿传动轮C3)通过莫氏锥柄轴(10)与外接的动力源连接；丝杠轴( 伸出壳体(1)与刀具箱(14)固定连接，刀具箱(14)套装在壳体(1)的一端上，刀具箱(14)内侧的动导轨(8)与壳体(1)端头外侧的静导轨(9)套接，刀具箱(14)上安装有刀具(12)，所述的刀具箱(14)内侧的动导轨(8)与壳体(1)外侧的静导轨(9)通过燕尾槽型的导轨副滑动配合，在静导轨(9)的一侧导轨面沿长度方向设置有斜度为1 80的斜面，动、 静导轨之间设置有斜度为1 80的镶条(11)与该斜面相匹配，镶条(11)端部带有一个螺钉，通过松紧螺钉推动镶条(11)前后移动来调整导轨间隙，本发明方法按照以下具体步骤实施先将待加工件(1 安置在镗床上；再通过莫氏锥柄轴(10)，将外接动力依次通过内齿传动轮(3)、行星轮(4)、蜗轮-蜗杆丝母O)、丝杠轴( 传递到刀具箱(14)，使得刀具箱(14)进行相对于待加工件(1 的径向移动，对刀具(1 施加径向进给动力，推动刀具(1 实现对待加工件(1 的大直径环面端面的车削加工。
全文摘要
本发明公开了一种多机构复合式自动进给扩大头，在壳体的内部设置有蜗轮-蜗杆丝母，蜗轮-蜗杆丝母上的蜗轮内孔与丝杠轴套接，构成沿竖直方向移动的丝杠丝母副，蜗轮-蜗杆丝母上还设置有能沿水平方向转动的蜗轮蜗杆副；蜗轮蜗杆副与壳体外部的行星轮同轴固定连接，行星轮与内齿传动轮通过内齿相啮合，内齿传动轮与外接的动力源连接；丝杠轴伸出壳体与刀具箱固定连接，刀具箱套装在壳体的一端上，刀具箱内侧的动导轨与壳体端头外侧的静导轨套接。本发明还公开了一种利用前述装置对大型箱体类零件的加工方法，通过对刀具施加径向进给动力，实现对大直径环面端面的车削加工。本发明的装置及方法，在加工箱体类零件时，加工效率高、质量好。
文档编号B23B41/00GK102179550SQ20111010285
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者刘宏亮, 徐强, 王卫刚, 郑立伟 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司