专利名称：一种螺旋铣孔装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铣孔加工装置领域，尤其涉及一种孔径可精密调节和公转、自转和轴向进给三个运动独立可调的螺旋铣孔装置，可应用于航空航天领域中铝合金、钛合金等材料的高质量制孔以及复合材料/合金叠层结构的一体化高效制孔。
背景技术：
飞机和飞行器制造中的制孔技术制约着航空构件的装配质量和效率，如在广泛应用铝合金和钛合金这类导热性差的材料上制孔，采用传统的麻花钻制孔的过程中，钻头磨损严重，过热的金属切屑会损伤已加工的材料孔壁，连 接孔的质量难以控制。对于复合材料/合金叠层结构这类难加工材料，由于传统的麻花钻制孔因轴向力大，易引起复合材料分层、孔口毛刺和劈裂等缺陷。在加工效率上，尤其是在大型构件上对数百万个孔进行制孔时，传统的制孔工艺复杂，麻花钻钻孔后还需扩孔、绞孔、锪孔和去毛刺等诸多工艺，工艺流程长，制孔效率低。螺旋铣孔技术是解决传统制孔工艺缺陷的有效技术之一，原理是用铣刀自转且公转，同时沿轴线方向进给实现螺旋行星运动，从而加工出孔。这种加工方法的优点是一把刀具可以加工不同直径的孔，有利于缩减刀具数量；轴向力小，碳纤维材料不分层，进出口无毛刺，一次加工就可以保证所需要孔的质量；排屑容易，发热量小，不会烫伤孔壁；加工复合材料/合金叠层结构的工艺参数匹配容易。天津大学公开了发明专利自动螺旋铣孔单元，专利号CN200910306026，利用的是两个偏心套筒的调节偏心距方法。在该专利中没有提出两个偏心套筒之间的如何消除间隙的解决方案；由于没有配置轴向进给系统，只能实现行星运动，如果要实现螺旋行星运动需配置其他辅助装置；在该专利提出的结构方案中，自转电机安装在偏心套筒内，公转电机的转子安装在偏心套筒外，使得装置径向尺寸较大，结构不够紧凑。南京航空航天大学公开了发明专利螺旋铣孔装置及方法，专利号CN201010138419. 5，该装置进给速度和公转速度的速比固定，不能单独调节，另外，其偏心量是通过单燕尾引导，并由齿轮齿条调整，调整精度不高，锁紧较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有技术中涉及的螺旋铣孔装置存在的不足，本发明提供了一种公转、自转和轴向进给三个运动速度独立可调，偏心距调整精度高，且结构简单、紧凑的螺旋铣孔装置。本发明采用的技术方案是一种螺旋铣孔装置，其特征是，螺旋铣孔装置由进给装置I、公转装置II、孔径调整装置III和自转装置IV组成。进给装置I中有一对导轨25，导轨25固定于长凹槽状结构基座I凸台的上表面，4个导引滑块24装在导轨25上，用螺钉将滑板21与导引滑块24连接在一起，固定板28固定在基座I中的凹槽内，进给电机29安装在固定板28上，进给电机29与丝杠27连接并驱动丝杠27旋转，从而带动丝杠螺母3左右移动，滑板21通过滑板螺钉2固定在丝杠螺母3上；公转装置II中有中空筒状且两端开口的机架12，机架12通过机架螺钉38固定在滑板21的上表面，套筒10在一对轴承11的支撑下嵌套在机架12的内部，一对轴承11分别通过前端盖13和后端盖9压紧在机架12内，前端盖13通过前端盖螺钉31与套筒10固连，套筒盖8通过套筒 盖螺钉36与套筒10固连，镶嵌有转子线圈6a的分装式电机的转子6通过转子螺钉35固定在套筒盖8的左侧面，后端盖9通过后端盖螺钉33与套筒10固连，镶嵌有定子永磁铁7a的分装式电机的定子7与后端盖9通过定子螺钉34连接，转子6驱动套筒10绕公转中心轴线0-0公转；孔径调整装置III中，方形板状的底板14有燕尾状的凹槽，底板14通过底板螺钉32与套筒10的左端面连接，燕尾镶条22通过燕尾镶条螺钉30连接在底板14上，燕尾镶条22带有燕尾镶条槽22a，两根紧定螺钉23通过螺纹连接在燕尾镶条22上，沿燕尾槽的方向移动的滑块19镶嵌入底板14和燕尾镶条22形成的燕尾槽内，螺母块16通过螺母块螺钉37安装在底板14上，差动螺钉15具有两段螺距不同的螺纹，差动螺钉15的上段螺纹与螺母块16螺纹配合，差动螺钉15下段螺纹与滑块19螺纹配合，弹簧20嵌入底板14和滑块19之间；自转装置IV中有驱动刀具高速旋转的电机26，电机26通过电机螺钉17安装在底板14上,刀具夹头5安装在电机26的输出轴端,刀具18由刀具夹头5固定于电机26的输出轴上，刀具18在电机26的驱动下绕自转中心轴线0’ -0’高速旋转，电机26的电缆线通过固定在转子6上的导电滑环4引出。本发明的显著效果是提供了一种可进行精细调节被加工孔直径大小的螺旋铣削加工的螺旋铣孔装置，用于钛或铝合金/碳纤维复合材料等难加工材料，尤其是在大型飞机构件的大量的碳纤维、合金叠层结构的孔加工。本发明的螺旋铣孔装置采用一把刀具可加工多个直径的孔，显著减少换刀次数和库存道具数量，提高了加工效率，一道工序完整加工出高质量的孔。此外，采用可分装式电机，使得本发明的螺旋铣孔装置的结构简单紧凑，节省了螺旋铣孔装置的空间。
图I本发明螺旋铣孔装置的结构示意图，图2本发明螺旋铣孔装置的剖视图，图3图I的A-A剖视图，图4为图I的B-B旋转剖视图。图中I基座，2滑板螺钉，3丝杠螺母，4导电滑环，5刀具夹头，6转子，7定子，8套筒盖，9后端盖，10套筒，11轴承，12机架，13前端盖，14底板，15差动螺钉，16螺母块，17电机螺钉，18刀具，19滑块，20弹簧，21滑板，22燕尾镶条，23紧定螺钉，24导引滑块，25导轨，26电机，27丝杠，28固定板，29进给电机，30燕尾镶条螺钉，31前端盖螺钉，32底板螺钉，33后端盖螺钉，34定子螺钉，35转子螺钉，36套筒盖螺钉，37螺母块螺钉，38机架螺钉，6a转子线圈，7a定子永磁铁，22a燕尾镶条槽，e偏移量，I进给装置，II公转装置，III孔径调整装置，IV自转装置，XYZ为笛卡尔直角坐标系。
具体实施例方式下面结合技术方案和附图，对本发明进行详细说明。结合图I和图2说明本发明的工作原理。本实施方式的螺旋铣孔装置是将驱动刀具18高速旋转的自转装置IV、调整待加工孔直径的孔径调整装置III、驱动刀具18绕待加工孔中心轴线低速转动的公转装置II和驱动刀具18达到待加工孔加工深度的进给装置I有机地结合成一体而构成的。根据刀具18的直径d和待加工孔的直径D，按公式e= (D-d)/2计算出偏移量e，利用孔径调整装置III调整出偏移量e，并利用紧定螺钉23紧固滑块19位置，电机26驱动刀具18高速自转，转子6驱动与孔径调整装置18相连的自转装置IV低速公转，同时进给电机29驱动刀具18沿Z正方向进给，直至加工出的孔深度达到预设深度，进给电机29驱动刀具18沿Z负方向退出，完成螺旋铣削加工。图I为本发明螺旋铣孔装置的结构示意图，图2为本发明螺旋铣孔装置的剖视图，两组导引滑块24可沿导轨25自由滑动，滑板21固定在两组导引滑块24上表面，同时滑板21与丝杠螺母3连接，在进给电机29的驱动下，滑板21可沿进给方向Z向左右移动。前端盖13和后端盖9分别压住一对轴承11的外圈，套筒盖8和底板14分别压住一对轴承11的内圈，从而将套筒10固定在机架12中，在分装式电机的转子6的带动下可沿轴线QzQ自由转动，为防止电机26的电缆线路因公转运动而绕线，电机26的电缆线路是通过安装在转子6上的导电滑环4引导出。结合图3和图4，孔径调整装置部分中沿图I的A-A剖视图如图3所示，孔径调整装置部分中沿图I的B-B旋转剖视图入图4所示，螺旋铣孔用的刀具18装夹在电机26的输出轴端上的刀具夹头5上，电机26前端嵌入燕尾形的滑块19上端的槽内进行径向定位。燕尾镶条22通过燕尾镶条螺钉30连接于底板14上，并与燕尾镶条22之间形成燕尾槽结构，滑块19与燕尾槽结构相同大小，滑块19可镶嵌在底板14与燕尾镶条22之间。螺母块16固定安装于底板14上，差动螺钉15同时与螺母块16和滑块19的螺纹连接，滑块19的螺纹孔是沿着滑动方向加工出的，它的轴线与安装在滑块19上的自转装置IV的轴线正对并且相垂直。差动螺钉15分为两段，两段螺纹的旋向是相同的，其中与螺母块16相配合的一段的螺距h比较大，与所述滑块19配合的那段螺距h2比较小，当拧动差动螺钉15 —周时，滑块19相对于底板14的位移量是所述两段不同螺距的差，即Ii1-Ii2，可减小两段螺纹的螺距差，从而达到提高孔径调整精度的目的。通过调整与螺母块16和滑块19同时配合的差动螺钉15的旋入量,来控制公转中心轴线0-0与自转中心轴线0’ -0’之间的偏移量e。待移动调整完毕后，利用紧定螺钉23的顶紧滑块19进行定位。弹簧20嵌入底板14和滑块19之间，用于推动滑块19回程，且消除差动螺钉15与螺母块16间隙以及差动螺钉15与滑块19螺纹间隙的作用，调整结束后，利用紧定螺钉23的顶紧滑块19。在本发明的实施例中，根据刀具18的直径d和待加工孔的直径D，按公式e=(D-d)/2计算出偏移量e。松开紧定螺钉23，旋转差动螺钉15调整出偏移量e，并利用紧定螺钉23紧固滑块19位置。螺旋铣孔时，电机26驱动刀具18高速自转，转子6驱动自转装置IV低速公转，同时进给电机29驱动刀具18沿Z+方向进给，直至加工出的孔，孔的深度达到预设深度。最后进给电机29驱动刀具18沿Z-方向退出，完成螺旋铣削加工。本发明的显著效果是提供了一种可进行精细调节被加工孔直径大小且公转、自转和轴向进给三个运动速度独立可调的螺旋铣孔装置，用于钛或铝合金/碳纤维复合材料等难加工材料孔加工领域。本发明采用一把刀具可加工多个直径的孔，显著减少换刀次数和库存道具数量，提高了加工效率，一道工序完整加工出高质量的孔。
权利要求
1. ー种螺旋铣孔装置，其特征在于，螺旋铣孔装置由进给装置(I)、公转装置(II)、孔径调整装置(I II)和自转装置(I V )组成； 进给装置(I)中有一对导轨(25)，导轨(25)固定于长凹槽状结构基座(I)凸台的上表面，4个导引滑块(24)装在导轨(25)上，用螺钉将滑板(21)与导引滑块(24)连接在一起，固定板(28)固定在基座(I)中的凹槽内，进给电机(29)安装在固定板(28)上，进给电机(29 )与丝杠(27 )连接并驱动丝杠(27 )旋转，从而带动丝杠螺母(3 )左右移动，滑板(21)通过滑板螺钉(2)固定在丝杠螺母(3)上； 公转装置(II)中有中空筒状且两端开ロ的机架(12)，机架(12)通过机架螺钉(38)固定在滑板(21)的上表面，套筒(10)在一对轴承(11)的支撑下嵌套在机架(12)的内部，一对轴承(11)分别通过前端盖(13)和后端盖(9)压紧在机架(12)内，前端盖(13)通过前端盖螺钉(31)与套筒(10)固连，套筒盖(8)通过套筒盖螺钉(36)与套筒(10)固连，镶嵌有转子线圈(6a)的分装式电机的转子(6)通过转子螺钉(35)固定在套筒盖(8)的左侧面，后端盖(9)通过后端盖螺钉(33)与套筒(10)固连，镶嵌有定子永磁铁(7a)的分装式电机的定子(7)与后端盖(9)通过定子螺钉(34)连接，转子(6)驱动套筒(10)绕公转中心轴线OzQ公转； 孔径调整装置(III)中，方形板状的底板(14)有燕尾状的凹槽，底板(14)通过底板螺钉(32)与套筒(10)的左端面连接，燕尾镶条(22)通过燕尾镶条螺钉(30)连接在底板(14)上，燕尾镶条(22)带有燕尾镶条槽(22a)，两根紧定螺钉(23)通过螺纹连接在燕尾镶条(22)上，沿燕尾槽的方向移动的滑块(19)镶嵌入底板(14)和燕尾镶条(22)形成的燕尾槽内，螺母块(16)通过螺母块螺钉(37)安装在底板(14)上，差动螺钉(15)具有两段螺距不同的螺纹，差动螺钉(15)的上段螺纹与螺母块(16)螺纹配合，差动螺钉(15)下段螺纹与滑块(19)螺纹配合，弹簧(20)嵌入底板(14)和滑块(19)之间; 自转装置(IV)中有驱动刀具高速旋转的电机(26)，电机(26)通过电机螺钉(17)安装在底板(14)上，刀具夹头(5)安装在电机(26)的输出轴端，刀具(18)由刀具夹头(5)固定于电机(26)的输出轴上，刀具(18)在电机(26)的驱动下绕自转中心轴线O’-O’高速旋转，电机(26)的电缆线通过固定在转子(6)上的导电滑环(4)引出。
全文摘要
本发明一种螺旋铣孔装置涉及一种铣孔加工装置领域，尤其涉及一种孔径可精密调节和三个运动独立可调的螺旋铣孔装置，可应用于航空航天领域中铝合金、钛合金等材料的高质量制孔以及复合材料/合金叠层结构的一体化高效制孔。本发明的螺旋铣孔装置由进给装置、公转装置、孔径调整装置和自转装置组成，进给装置中，进给电机与丝杠连接并驱动丝杠旋转进给。公转装置中，转子驱动套筒绕公转中心轴线公转。自转装置中，刀具在电机的驱动下绕自转中心轴线高速旋转；孔径调整装置中的滑块沿燕尾槽的方向移动。本发明提供了一种公转、自转和轴向进给三个运动速度独立可调，偏心距调整精度高，且结构简单、紧凑的螺旋铣孔装置。
文档编号B23C3/00GK102658391SQ20121015718
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者康仁科, 朱祥龙, 王红嵩, 董志刚, 郭东明 申请人:大连理工大学