深孔铣槽机和深孔长键槽的加工方法与流程

本发明涉及机械工程领域，特别是一种深孔铣槽机以及使用深孔铣槽机的深孔长键槽加工方法。

背景技术：

近年来随着清洁能源消费持续攀升，天然气管道的建设规模迅速增大，输送管道规格朝着大口径、高压力方向发展，输送管道使用材质向高强度材料发展，同时要求带压开孔设备不断提高安全性和开孔效率，才能满足今后不断增长的管道改造和维护工作。带压开孔设备的核心部件之一，驱动套的加工将十分关键，直接影响带压开孔设备的运行稳定性和开孔质量；驱动套有两个作用：一是将旋转动力传递给开孔机主轴，二是开孔机主轴在其内能进行往复直线运动；因此需在驱动套的孔内加工键槽，键槽的长度决定开孔设备的主轴行程，现有进口开孔设备的最大主轴行程已达到4500mm以上。中国专利201510797451.7公开的超长内孔键槽拉槽机，优点是机身结构简单；不足是：1、加工效率低，只能单向切削，2、槽侧表面加工质量差，表面粗糙；3、长槽直线度难保证，不能达到设计要求；4、槽宽尺寸难控制，不能满足配合要求。中国专利201510120935.8公开的一种铣内孔长键槽的动力铣头，优点是键槽加工质量好；不足是：1、每走刀一次需调节支撑一次，操作复杂，效率低；2、采用链条传动，加长臂的长度受限制，不适应小孔径长键槽的加工；3、对称键槽加工时，动力铣头无法对中支撑；4、结构复杂，需增加电动机和变速箱等动力设备，其铣刀的切削转速与机床的行走速度难匹配。

技术实现要素：

现有的加工内孔长键槽的设备中，为了控制铣刀在孔内铣削加工，需要增加电动机和变速箱等动力设备，存在结构复杂，加工工序冗长的缺点。

本发明至少为解决上述技术问题的一部分而作出，为此，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种深孔铣槽机，包括机床，机床上设有机床卡盘、可夹持待加工件的夹持架、导轨和与导轨滑动配合的托架；所述深孔铣槽机还包括：

铣头，所述铣头包括铣刀，铣刀的轴向与待加工件的轴向垂直且与卡盘的轴线垂直；

驱动机构，所述驱动机构包括与机床卡盘连接的第一驱动机构和与托架连接的第二驱动机构；以及

传动机构，所述传动机构包括将第一驱动机构与铣刀连接的第一传动机构，所述第一传动机构用于将机床卡盘提供的旋转运动转换为铣刀的旋转运动；所述传动机构还包括将第二驱动机构与铣刀连接的第二传动机构，所述第二传动机构用于向铣刀传递沿导轨的直线运动。

可选地或优选地，

所述第二驱动机构和第二传动机构整合成外管总成，外管总成的一端连接托架，另一端连接铣头；

所述第一驱动机构和第一传动机构设置在外管总成内侧。

可选地或优选地，

所述铣头包括铣头本体，在铣头本体内开设有容纳所述铣刀的空间；

所述第一驱动机构包括设于外管总成内侧的主动力轴，主动力轴安装在所述卡盘上；

所述第一传动机构包括传动轴、第一锥形齿以及与第一锥形齿垂直的第二锥形齿，传动轴的一端与主动力轴连接，第一锥形齿安装在传动轴的另一端并与第二锥形齿啮合，第二锥形齿安装在铣刀上。

可选地或优选地，所述外管总成包括作为第二驱动机构的支撑部和作为第二传动机构的第二接头和第三接头，支撑部一端与托架连接，另一端与第三接头连接，第三接头内侧设有扶正环，所述扶正环套接在传动轴上，所述第二接头的一端连接第三接头，另一端伸入铣头本体与铣头连接。

可选地或优选地，所述空间内还设有套接在铣刀外侧并位于驱动套内侧的滑套，驱动套铣刀套的底部从第二锥形齿中伸出并安装调节螺母，以调节铣刀的位置。

可选地或优选地，所述第二接头包括过渡套、第一连接套和第二连接套；过渡套伸入铣头本体与铣头本体的内壁螺纹连接，所述第一连接套的一端套接在过渡套位于铣头本体外的部分，另一端套设在第二连接套外侧并与第二连接套螺纹连接，第二连接套远离第一连接套的一端与第三接头连接。

可选地或优选地，还包括冷液管，所述冷液管与铣头本体连接，通过设置于铣头本体内的通道，用以通入冷却液对铣刀进行冷却、润滑，防止加工时温度过高，延长铣刀的使用寿命。

上述第一方面提供的深孔铣槽机，以机床为主体，通过第一驱动机构和第一传动机构将机床卡盘提供的旋转运动转换为铣刀的旋转运动，通过第二驱动机构和第二传动机构使得铣刀能够在待加工件内往复运动。这种配合方式充分利用了机床本体的驱动部件以实现铣刀的旋转和纵向移动，不需要额外增加电机和减速机，简化了设备结构，且可以避免铣刀运动与机床行走运动不匹配的缺陷。

第二方面，本发明实施例提供一种深孔铣槽机，包括机床，机床上设有机床卡盘、可夹持待加工件的夹持架、导轨和与导轨滑动配合的托架；所述夹持架与托架连接，以实现在导轨上的往复运动，所述深孔铣槽机还包括：

铣头，所述铣头包括铣刀，铣刀的轴向与待加工件的轴向垂直且与卡盘的轴线垂直；

驱动机构，所述驱动机构与机床卡盘连接；以及

传动机构，所述传动机构将驱动机构与铣刀连接，用于将机床卡盘提供的旋转运动转换为铣刀的旋转运动。

上述第二方面中的深孔铣槽机，与第一方面相比的区别在于，在加工时，驱动机构和传动机构可以只给铣刀提供旋转运动，托架通过与夹持架连接以使得待加工件沿纵向往复运动。这样，在加工时铣刀可以在保持纵向上保持不动，待加工件和铣刀之间的相对位移通过移动夹持架来完成。

第三方面，本发明实施例提供了一种使用上述第一方面及第一方面中任一种可能实现的方式中的深孔洗槽机的深孔长键槽加工方法，该方法包括：

将待加工件安装在夹持架上，启动机床卡盘，以使得铣刀旋转；以及

通过移动托架控制铣刀沿待加工件轴向运动，以实现键槽的铣削。

第四方面，本发明实施例提供了一种使用上述第二方面中的深孔洗槽机的深孔长键槽加工方法，包括：

将待加工件安装在夹持架上，启动机床卡盘，以使得铣刀旋转；以及

通过移动托架控制待加工件在导轨上移动，使其内侧与铣刀主动接触，以实现键槽的铣削。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的深孔铣槽的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大结构示意图。

图中：

1-机床；2-夹持架；3-待加工件；4-铣头本体；5-调整螺母；6-轴承；7-第二锥形齿；8-驱动套；9-滑套；10-轴承；11-铣刀；12-轴承盖；13-螺栓；14-第一锥形齿；15-轴承；16-第二传动轴；17-轴承；18-过渡套；19-冷液管20-第一接头；21-第一连接套；22-第二连接套；23-扶正环；24-第一传动轴；26-管套接头；27-外管套；28-螺栓；29-支座；30-轴承；31-主动力轴；32-动力套；33-驱动键；34-后护套；35-端盖；101-导轨；102-托架；103-机床卡盘；104-主轴箱；201-夹紧手柄；405-径向孔；406-轴向孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”和等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一

请参考图1，本发明示例性地提供一种深孔铣槽机，该铣槽机的应用场景包括但不限于对具有超长内孔的待加工件内壁进行铣削，以形成直线型的键槽。

深孔铣槽机主要由机床1、夹持架2、可移动的铣头、驱动机构和传动机构五大部分组成。夹持架2的作用是夹持待加工件，其上设置有夹紧手柄201。铣头包括铣头本体4，其中开设有容纳铣刀的空间，并在空间内设置铣刀11，铣刀11的轴线与待加工件3的轴线相互垂直。其中，对于现有的机床，通常其本身具有机床卡盘103、导轨101和安装在导轨101上的托架102，机床卡盘103在机床主轴的驱动下旋转，托架102可以沿着导轨101做纵向(即图1中左右方向)的往复运动。驱动机构和传动机构均由两部分组成，第一部分为第一驱动机构和第一传动机构，其作用是将机床卡盘103与铣头4中的铣刀11连接，并把卡盘103的旋转运动传递给铣刀11，使得铣刀11也做以其自身为轴线的旋转运动。第二部分为第二驱动机构和第二传动机构，其作用是将托架102与铣头本体4连接，以通过在导轨101上移动托架102带动铣头，进而带动铣刀11做纵向的往复直线运动。由于驱动机构和传动机构的本质都是传递机床卡盘103和移动托架102的动力，而这两种动力均由机床固有部分提供，所以不需要外加任何的电机或减速器，简化了设备的结构。且可以避免因为外加动力机构造成的与机床本身行走运动不同步的问题。

在一些实施例中，第二驱动机构和第二传动机构可以围绕着第一驱动机构和第一传动机构外侧设置，整合成外管总成，这样形成了一种“双管动力传递结构”。即：第二驱动机构和第二传动机构形成“外管”，外管一侧与托架连接，另一侧与铣头连接。第一驱动机构和第一传动机构穿置在外管内，这种设计的优势在于以内外嵌套的方式形成两组动力传递机构，节约了机床的工作空间和部件的装配空间。

在一些实施例中，第一驱动机构可以包括主动力轴，主动力轴外安装轴承，主动力轴31的表面设置长键槽，动力套32通过驱动键33与长键槽连接，并使得驱动键33在主动力轴31的长键槽内灵活滑动。动力套33用机床卡盘103夹紧。主动力轴31通过机床主轴箱104的通孔与后护套34配合。这样当机床卡盘103转动时，可带动主动力轴31一起转动，以形成基础的驱动作用。第一传动机构主要由两部分构成，第一部分与主动力轴31连接，第二部分伸入到铣头本体4当中直接与铣刀11连接。第一部分中，主要包括第一传动轴24，第一传动轴24与主动力轴31连接，随着主动轴31一起转动。根据待加工件的孔深，第一传动轴24可以是一整段结构，也可以拆分成多段，并将每段之间通过键连接。采用多段连接的好处是可以根据待加工件的孔深以及需要铣槽的位置，通过增加或减少传动轴的段数来调节铣刀11的移动范围。在第一传动机构的第二部分中，主要包括第二传动轴16，第二传动轴16大部分被容纳在开设在铣头本体4内部的空间中，第二传动轴16的一端从铣头本体4内部伸出并与第一传动轴24连接。为了提高传动稳定性，在第二传动轴24的两端安装轴承15和轴承17。第一传动轴24和第二传动轴16的连接方式有多种，在本实施例中，采用的连接方式为：在第一传动轴24和第二传动轴16的连接端表面设置外螺纹，通过一个带有内螺纹第一接头20(也可称为内连套)将两者对接。此外，第一接头20还可以与两传动轴通过键连接。如图1所示，第二传动轴16位于铣头本体4内部的轴向孔406中，轴向孔406远离铣头本体4外部的一端导通至径向孔405，在该径向孔405内设置铣刀11。为了进一步将传动轴的旋转运动转换为铣刀11的旋转运动，在铣头本体4内部设置一组锥形齿轮组，其由相互垂直啮合的第一锥形齿14和第二锥形齿7构成。第一锥形齿14安装在第二传动轴16上，以在第二传动轴16的带动下转动，在本实施例中，第一锥形齿14合第二传动轴16的安装方式为：在第二传动轴16的端部形成凸起并深入第一锥形齿14中，第一锥形齿14的内侧与凸起通过螺纹连接，为了加强稳定性，可以在凸起上加装螺栓13。第二锥形齿7安装在铣刀11外层的驱动套8上，这样就可以改变传动方向，将传动轴的旋转变为铣刀11沿其轴向的自转。本实施例中，第二锥形齿7与铣刀11的安装方式为：在铣刀11的外侧套设一层滑套9，滑套9的内侧与铣刀11的锥面配合，对铣刀11的运动起到限位和导向的作用，此外，在铣刀11铣削键槽的过程中会产生碎屑，滑套仅与铣刀11的锥面配合，这样铣刀11头部落下的碎屑受到滑套的阻碍，这样避免了积聚在刀体表面而影响铣刀11运转。滑套9的外侧通过键连接驱动套8，以形成一个铣刀套。驱动套8的底部与第二锥形齿7键连接，并且其端部从第二锥形齿7的中孔伸出，在驱动套8的下端还安装有调节螺母5。通过旋动调节螺母5，可以改变铣刀11在径向孔405内的径向位置，改变铣刀11的进刀量，保证了键槽加工的精度。当然，调节螺母5的条件需要在铣头位于待加工件3外时完成。为了保证长键槽的深度均匀和良好的直线度，需要铣刀11能够稳定的旋转，为此，本实施例中借助铣刀11外侧的驱动套8，在驱动套8的上下两端外侧套接轴承6和轴承10，在上端的轴承10上盖设有与驱动套8螺纹连接的轴承盖12，这样通过稳定驱动套8的转动来保证铣刀11的稳定旋转。此外，在本实施例中，为了方便描述位置关系，将第一传动轴24和第二传动轴16分开描述，但这并不构成对发明保护范围的限定，在其他一些实施例中，第一传动轴24和第二传动轴16也可以整合为一个整体的传动轴。

第二驱动机构主要包括支撑部，该支撑部具体可以是支座29，支座20与机床的托架102固定连接。支座20的两端设置端盖35，并用螺栓28将端盖35和支座20连接。安装在主动力轴31上的轴承30也位于支座29的内侧。第二传动机构主要包括多节的接头，以将支撑部与铣头对接，在一些实施例中，第二传动机构可以包括第二接头和第三接头。第三接头包括多段的外管套27和将各个外管套27连接的管套接头26。初始端的外管套27与支座29连接，或者是与端盖35形成一体结构。管套接头26包括基部和位于基部中央的凸起部，凸起部位于两个相邻的外管套27并与外管套27的周面平齐，基部上位于凸起部两侧的部分分别与相邻两个外管套27的内侧螺纹连接，从而组成套设在第一驱动机构和部分第二驱动机构外侧的外管动力套件。在管套接头26与主动力轴31和第一传动轴24之间还可以设置扶正环23(扶正环23也可以视为第一传动机构的一部分)，并将扶正环23套设在第一传动轴24和主动力轴31外侧，以防止动力轴和传动轴因过长在转动时偏离轴线，并且扶正环23在外管总成的限位下扶正效果更好。第三接头用于最终完成第二接头与铣头的对接，由于其应用在过渡位置，因此第二接头至少一部分可以伸入到铣头内部的空间中。在一些实施例中，第二接头可以包括过渡套18、第一连接套21和第二连接套22；过渡套18伸入铣头本体4与铣头本体4的内壁螺纹连接，所述第一连接套21的一端套接在过渡套18位于铣头本体4外的部分，另一端套设在第二连接套22外侧并与第二连接套22螺纹连接，第二连接套22远离第一连接套21的一端与第三接头最末端的外管套27的内侧螺纹连接。此外，前述的第二传动轴16上的轴承17也可以设置在过渡套18的内侧。由于采用了第二接头和第三接头，方便铣头与传动机构部分分离，第二传动机构与铣头的连接处是传动过渡的关键位置，第一连接套21设置在过渡套18和第二连接套22的外侧，增大了第二传动机构与铣头连接处的轴径，提高了过渡位置的传动稳定性。

在一些实施例中，还可以在铣头本体4上或其内部安装冷液管19，用以通入冷却液对铣头进行冷却、润滑，防止加工时温度过高，延长铣刀11的使用寿命。

使用本实施例中的深孔铣槽机，可以对深孔件的内壁进行铣槽加工。具体的加工方法可以包括如下的步骤：

S11：将待加工件3安装在夹持架2上并夹紧，并使得待加工件3的中心与机床卡盘103的中心对正；

S12：利用调整螺母5调整铣刀的进刀量；

S13：启动机床卡盘103，带动铣刀11转动，并移动托架102，以带动铣刀11在工件内进行铣削键槽的工作。

其中，在步骤S2之前，如果铣刀11在启示状态下位于工件的内部，应当先移动托架102将铣刀从工件中移除，再执行S2的操作。

实施例二

本实施例提供了另一种深孔铣槽机的结构。其技术构思与实施例一的区别在于，在深孔长键槽的加工过程中，不需要铣头做往复运动，而是通过移动加工件来实现两者的相对运动。为了实现这一技术构思，在实施例二中，深孔铣槽机与实施例一的区别在于：

第一，由于铣刀11不一定需要做往复运动，因此实施例一中的第二传动机构、第二驱动机构可以省略，仅以第一驱动机构和第一传动机构为本实施例中的驱动机构和传动机构，以向铣刀传递来自机床卡盘的旋转动力。

第二，夹持架2安装在托架102上，使得夹持架2可以沿着导轨101往复运动，这样在其运动过程中主动与旋转的铣刀11接触，形成长型直线键槽。

使用本实施例的深孔铣槽机的深孔键槽加工方法，包括如下的步骤：

S21：将待加工件3安装在夹持架2上并夹紧，并使得待加工件3的中心与机床卡盘103的中心对正；

S22：利用调整螺母5调整铣刀11的进刀量；

S23：启动机床卡盘103，带动铣刀11转动，并移动托架102，以带动待加工件3与旋转的铣刀11接触，从而铣削出键槽。

本发明提供的深孔铣槽机和加工方法，解决了小孔径长键槽的铣削加工、提高了键槽加工等级；切削效率高，操作简单，往返走刀无须对中调节；在孔内可进行多个对称键槽加工。

以上对本发明所提供的深孔铣槽机和深孔长键槽的加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。