便携式制孔装置的制作方法

本实用新型属于机械加工技术领域，涉及增材制造的后处理技术，尤其涉及一种采用微量润滑、适用于钛合金、碳纤维、钛合金与碳纤维叠层、铝合金与碳纤维叠层等材料制孔的便携式柔性制造装置。

背景技术：

为了发挥增材制造和减材制造各自的优势，增材制造阶段通常用来快速获得工件的原型或雏形基体，而减材制造阶段通常用来获得更高的加工精度和表面质量，进而实现工件的复合快速制造。

以钛合金、铝合金、碳纤维等材料经由叠层(增材)制造工艺获得的复合材料具有传统材料难以获得的轻质、耐磨等特性，但其(减材)加工性能差，采取传统的钻削工艺，加工效率低、精度低，易出现刀具灼伤孔壁、造成工件孔洞的入口和出口的毛刺和撕裂现象，尤其易在叠层部位产生分层和撕裂现象，进而影响后序铆接工艺的装配质量。

此外，在叠层材料对接预留孔修正过程中，大直径的预留孔在使用钻削修正方案时无法保证质量和精度要求，且需要配置不同规格的钻头以完成不同孔径的加工，其效率需要得到改进。

中国实用新型专利说明书CN201310105521.9公开了一种便携式螺旋铣孔装置及加工方法，包括：机械主轴、涡轮蜗杆、偏心套筒等部件，刀具半径调整是通过手动调节涡轮蜗杆使偏心套筒径向偏移，完成切削孔径的变化。尽管该方案使用了径向直接偏移铣孔的原理，但其手动调节和依靠刻度盘确定刀具位置的方法，加工精度和自动化水平有待改进。此外，其滑块导轨的进给方式，增大了设备重量，且无法提供制孔过程中刀具尖部的微量润滑。

中国实用新型专利说明书CN87201320822144.6公开了一种便携式电动螺旋轨迹制孔装置，使用手动调整的涡轮蜗杆，使内外偏心套筒旋转一定的角度实现刀具切削半径调整，刀具的轴向运动采取滑套的轴向滑动进给，整个装置结构中螺旋进给实现方式通过主轴公转和滑动轴进给两套独立系统，不仅增加系统质量，而且缺少反馈环节，其手动调节精度差和难以适应自动化的加工要求，同时也无法提供制孔过程中刀具尖部的微量润滑。

技术实现要素：

本实用新型根据增减材复合制造的工艺特点，针对减材制造阶段现有切削装置柔性差、适用范围小、切削半径调整的精度低、自动化程度低及缺少微量润滑系统的设计缺陷，提供一种便携式制孔装置及其使用方法，可使用同一规格的铣刀，高质量、高精度、高效率地完成不同材料、不同规格的孔加工及叠层材料预留孔的修正。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型便携式制孔装置，采用特有的结构实现了切削轴系的中心偏移和工件的微量润滑，包括制孔装置本体、自转切削系统、排屑循环系统，其特征在于：所述制孔装置还包括伺服调整系统、螺旋运动系统和微量润滑系统；所述微量润滑系统包括一位于所述制孔装置内部中心区域分段布置的中心孔，所述中心孔一端与润滑气体发生装置连通，所述中心孔另一端与所述排屑循环系统连通；所述伺服调整系统，包括固定在调整轴系上的电磁制动器、调整电机、角度编码器、偏心调整轴甲、偏心调整轴乙、偏心调整轴丙，所述伺服调整系统驱动所述调整轴系完成切削轴系的中心偏移。

为了实现为了润滑，设计了基于设备中心区域多段中心孔的微量润滑系统，包括润滑介质接口、滑环支架中心孔、滑环安装座中心孔、电机安装座中心孔、电机主轴中心孔及切削轴中心孔；润滑介质由所述润滑介质接口进入并依次经由所述各中心孔到达所述切削轴中心孔实现润滑；完成润滑的所述润滑介质经由真空排屑接口与废屑一同排出。

为了实现立体三维进给的运动轨迹，设计了一偏心公转主轴复合螺旋运动系统，包括轴向运动系统与旋转运动系统；其中，所述轴向运动系统包括进给伺服电机、进给导向杆、丝杠、进给带轮系；所述进给伺服电机驱动所述进给带轮系转动使所述丝杠轴向进给，所述丝杠带动电机支架驱动复合运动轴承使所述偏心公转主轴在壳体支承的密珠导套内实现轴向运动；所述旋转运动系统，包括公转带轮系统、电机支架、偏心公转主轴、密珠导套，公转伺服电机驱动公转带轮系统带动所述偏心公转主轴在所述壳体支承的所述密珠导套内和所述复合运动轴承的支承作用下实现旋转运动。

为了实现切削轴系的中心偏移，本实用新型将电磁制动器、调整电机、角度编码器、同轴安装在偏心调整轴甲、偏心调整轴乙、偏心调整轴丙的圆周上；所述电磁制动器断电后，所述调整电机和所述角度编码器驱动调整轴系转动后，所述电磁制动器上电锁紧，调整轴系完成切削轴系的中心偏移。

所述自转切削系统包括切削电机、刀具、刀具夹紧装置、夹紧刀柄、切削轴、行星减速器，所述切削电机驱动电机主轴乙转动，电机主轴-2前端插入行星减速器，通过所述行星减速器驱动切削轴转动，通过所述夹紧刀柄及所述刀具夹紧装置连接在所述切削轴前端的刀具实现自转切削。

所述制孔装置本体包括壳体、电机支架、滑环支架、鼻端加紧装置，所述鼻端加紧装置固定在壳体的前端面，所述电机支架通过复合运动轴承支承在偏心公转主轴上，所述滑环支架固定在调整电机安装座的后端面。

具有传感器的鼻端夹具的前端固定在钻模板上，能够自动识别所加工的通孔的直径，后端通过螺钉将密封件固定在装置壳体上；鼻端夹具上开孔连接有真空负压管道，偏心主轴使用密珠导套支撑在壳体内，偏心主轴的旋转运动通过固定在电机支架上的公转电机和带轮系进行驱动，偏心公转主轴螺旋的进给运动使用进给电机支架固定的进给伺服电机驱动进给带轮系和丝杠完成轴向运动，复合运动轴承通过压盖固定在电机支架的轴承孔内；刀具通过加紧装置连接在切削轴、行星减速器、电机主轴上，自转轴系通过电机主轴支撑轴承、偏心调整轴甲固定在偏转调整轴系的偏心孔内；偏心调整轴系的偏心调整轴甲、偏心调整轴乙、偏心调整轴丙、电磁制动器、调整电机、角度编码器通过偏心轴系支承轴承固定在偏心主轴的偏心孔内，滑环支架连接在调整电机安装座上。

微量润滑气体通过润滑介质接口进入内部各中心孔，依靠压力传送到刀具的中心孔，加工产生的废屑依靠鼻端夹具产生的密封空间，受真空排屑泵产生负压，将废屑和润滑废气从排屑管道吸入废弃物收集部件。

其中，偏心公转主轴通过滚珠滑套固定在支撑壳体内，偏心公转主轴通过带轮系连接公转伺服电机；偏心公转主轴的轴向运动通过进给电机驱动丝杠带动电机支架，所述电机支架内部的复合运动轴承在旋转的同时受丝杠的轴向力，实现偏心公转主轴的螺旋进给。

公转主轴的偏心孔内安装有电磁制动器和偏心调整轴系，其通过轴承固定在偏心公转主轴。所述自转切削系统中带有中心孔的直驱轴通过精密轴承固定在偏心调整轴孔内，前端输入行星减速器内，切削刀具轴也通过精密轴承支撑在偏心调整轴内，轴后端插入行星减速器内；无框直驱电机通过法兰盘固定于偏心调整轴的偏心孔内，切削刀具通过弹簧夹套的夹紧，安装在切削轴前端进行自转切削加工。

偏心调整轴系的后端安装有改变自转切削系统中心和公转主轴的中心线径向距离的伺服调整系统，它包含安装在偏心轴系上的电磁制动器、调整电机及角度编码器；伺服系统的引入实现了制孔过程的自动化，但所述装置仍可利用自带的测控传感器实现点动操作，完成更为复杂或非程序化的操作。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1.本实用新型的轴向运动和旋转运动集成设计于公转偏心主轴上，利用公转主轴复合力学设计直接在偏心公转主轴上实现螺旋进给，简化了现有技术对轴向运动和主轴旋转运动的设计，省去以往便携式设计中的轴向滑套、滑动轴承、精密主轴轴承等部件，降低了设备成本、尺寸及重量。

2.本实用新型借助偏心调整轴、滑环安装轴、自转切削系统等的中心孔，将微量润滑介质传输到切削刀具中心孔，实现了在线润滑切削刀具、降低切削区域温度的功能，提高了加工质量，也利于延长刀具寿命。

3.本实用新型采用伺服控制的双偏心调节机构，利用角度编码器和无框电机实现分度控制，实现了刀具的径向自动偏移，改善了加工精度，避免了现有的便携式制孔装置中手动调节的误差。

4.本实用新型采用参数化控制，柔性加工不同规格的通孔、台阶孔、锪窝孔等工件，可替代装配现场普遍使用自动进给钻机。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，此处的实施例仅用以解释技术方案，本实用新型的实现并不局限于如下的情形。

图1是本实用新型便携式制孔装置实施例剖视示意图。

图2是本实用新型便携式制孔装置实施例传动轴布局示意图。

图3是本实用新型便携式制孔装置实施例进给系统示意图。

图4是本实用新型便携式制孔装置功能单元划分示意图。

图中，100---制孔装置本体，3---壳体，9---鼻端密封夹具，15---密封件，18--- 电机主轴支撑轴承，25---电机支架，28---滑环支架。

200---自转切削系统，4---切削电机，10---刀具，11---刀具夹紧装置，12---夹紧刀柄，13-1---切削轴，13-2---切削轴中心孔，16---行星减速器，17-1---电机主轴。

300---伺服调整系统，5---偏心调整轴乙,6---偏心轴系支承轴承，7---偏心调整轴系固定端盖，14---偏心调整轴甲，19---偏心调整轴丙，20---电磁制动器，22---调整电机，27---角度编码器，31---调整电机安装座。

400---螺旋运动系统，401---轴向运动系统，402---旋转运动系统，1---偏心公转主轴，2---密珠导套，23---公转伺服电机，24---公转带轮系统，26---复合运动轴承，32--- 电机支架，33---进给伺服电机，34---进给导向杆，35---带轮调整轴，36---丝杠，37--- 进给带轮系。

500--排屑循环系统，8---真空排屑接口。

600--微量润滑系统，17-2---电机主轴中心孔，29-润滑介质接口，30－滑环支架中心孔，38-电机安装中心孔，39-滑环安装中心孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的说明，实施例只是对具体实现内容的解释，而不是对本实用新型的限制和限定，符合本实用新型创造的其它实施方法，也应落入本实用新型的保护范围。

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型便携式制孔装置，包括制孔装置本体、自转切削系统、排屑循环系统，其特征在于：所述制孔装置还包括伺服调整系统、螺旋运动系统、微量润滑系统；所述微量润滑系统包括一位于所述制孔装置内部中心区域分段布置的中心孔，所述中心孔一端与润滑气体发生装置连通，所述中心孔另一端与所述排屑循环系统连通；所述伺服调整系统，包括固定在调整轴系上的电磁制动器20、调整电机22，角度编码器27，偏心调整轴甲14，偏心调整轴乙5，偏心调整轴丙19，所述伺服调整系统驱动所述调整轴系完成切削轴系的中心偏移。

如图1，所述的制孔装置的所述微量润滑系统包括润滑介质接口29、滑环支架中心孔30、滑环安装座中心孔39、电机安装座中心孔38、电机主轴中心孔17-2及切削轴中心孔 13-2；润滑介质由所述润滑介质接口29进入并依次经由所述各中心孔到达所述切削轴中心孔 13-2实现润滑；完成润滑的所述润滑介质经由真空排屑接口8与废屑一同排出。

如图1，所述的制孔装置的螺旋运动系统为一偏心公转主轴复合螺旋运动系统，包括轴向运动系统与旋转运动系统；其中，向运动系统包括进给伺服电机33、进给导向杆34、丝杠36、进给带轮系37；进给伺服电机33驱动进给带轮系37转动使丝杠36轴向进给，丝杠36带动电机支架25驱动复合运动轴承26使偏心公转主轴1在壳体3支承的密珠导套2内实现轴向运动；其旋转运动系统包括公转带轮系统24、电机支架25、偏心公转主轴、密珠导套2、公转伺服电机23驱动公转带轮系统24带动偏心公转主轴1在壳体3支承的密珠导套2 内和复合运动轴承26的支承作用下实现旋转运动。

如图1，所述的制孔装置，其特征在于电磁制动器20、调整电机22、角度编码器27 同轴安装在偏心调整轴甲14，偏心调整轴乙5，偏心调整轴丙19的圆周上，电磁制动器20 断电后，调整电机22和角度编码器27驱动调整轴系转动后，电磁制动器20上电锁紧，调整轴系完成切削轴系的中心偏移。

如图1，所述的制孔装置的自转切削系统包括切削电机4、刀具10、刀具夹紧装置 11、夹紧刀柄12、切削轴13-1、行星减速器16，切削电机4驱动电机主轴乙17-1转动，电机主轴前端插入行星减速器16，通过行星减速器16驱动切削轴13-1转动，通过夹紧刀柄12 及刀具夹紧装置11连接在切削轴13-1前端的刀具实现自转切削。

如图1，所述的制孔装置的结构本体包括壳体3、电机支架25、滑环支架28、鼻端加紧装置9，鼻端加紧装置9固定在壳体3的前端面，电机支架25通过复合运动轴承26支承在偏心公转主轴1上，所述滑环支架28固定在调整电机安装座31的后端面。

偏心调整轴系的后端安装有改变自转切削系统中心和公转主轴的中心线径向距离的伺服调整系统，它包含安装在偏心轴系上的电磁制动器20、调整电机22及角度编码器27；伺服系统的引入实现了制孔过程的自动化，但所述装置仍可利用自带的测控传感器实现点动操作，完成更为复杂或非程序化的操作。

如图1，本实用新型包括装置结构本体、自转切削系统、排屑循环系统、伺服调整系统、螺旋运动系统和微量润滑系统；结合增减材复合制造的工艺特点，针对减材制造阶段现有切削装置柔性差、适用范围小、切削半径调整的精度低、自动化程度低及缺少微量润滑系统的设计缺陷，提供一种通过单规格铣刀保证质量、精度、效率、材料要求，加工不同规格孔洞及叠层材料预留孔的装置。

本实用新型特有的螺旋进给机构采用了简洁的减重设计，其特有的中心润滑结构改善了刀具切削工况，同时结合伺服机构实现了便携的自动加工过程，易用性与实用性明显。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1.本实用新型的轴向运动和旋转运动集成设计于公转偏心主轴上，利用公转主轴复合力学设计直接在偏心公转主轴上实现螺旋进给，简化了现有技术对轴向运动和主轴旋转运动的设计，省去以往便携式设计中的轴向滑套、滑动轴承、精密主轴轴承等部件，降低了设备成本、尺寸及重量。

2.本实用新型借助偏心调整轴、滑环安装轴、自转切削系统等的中心孔，将微量润滑介质传输到切削刀具中心孔，实现了在线润滑切削刀具、降低切削区域温度的功能，提高了加工质量，也利于延长刀具寿命。

3.本实用新型采用伺服控制的双偏心调节机构，利用角度编码器和无框电机实现分度控制，实现了刀具的径向自动偏移，改善了加工精度，避免了现有的便携式制孔装置中手动调节的误差。

4.本实用新型采用参数化控制，柔性加工不同规格的通孔、台阶孔、锪窝孔等工件，可替代装配现场普遍使用自动进给钻机。