一种可变径的内螺纹镗削装置的制作方法

本实用新型涉及深孔加工制造技术领域，特别是指机械加工中可以对内螺纹孔进行精加工的可变径深孔镗削加工方法和为实现该方法而设计的镗削装置。

背景技术：

众所周知，在机械加工行业，对内孔加工目前普遍采用的有四种方式：（1）麻花钻钻深孔——扩孔——铰孔——单刃镗刀镗孔；（2）DF深孔钻钻孔——珩磨——镗孔；（3）DF深孔钻钻孔——粗衍——镗孔——滚压；（4）DF深孔钻钻孔——镗孔——珩磨孔。在工件上要加工出直径不同、深浅不一的装配孔，就现有的以上的四种加工方式还是有些难度的。现有的工艺系统的刚性差，容易振动，加工质量难以保证。在王世清著《深孔加工技术》，（石油工业出版社，1993年10月，北京），美国霍尔登J•斯文哈特著，管光晋译的《深孔加工》，（国防工业出版社，1974年，北京）等著作中对上述技术都作了很详细的论述，但均未提及如何解决径向尺寸不一的台阶状深孔加工技术的问题。而采用非常规的加工方法，如珩磨、电解法等都很难有效地增大变径深孔的径向尺寸，如采用珩磨法即使要实现如0.3毫米小量的变径，其加工也十分困难，且加工周期长、 效率低、成本高；而若采用电解法则工艺十分复杂，且精度难以保证。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种简单易行，调节方便、精确可靠的机械方式对通孔进行精加工的可变径的镗削装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种可变径的内螺纹镗削装置，包括：

镗刀：完成对工件孔的镗削加工；伺服电机：与镗刀调节机构相连并带动镗刀旋转；镗刀调节机构：与镗刀连接并用于调节镗刀的镗削半径，镗刀调节机构至少包括一个移动副和两个转动副，移动副带动镗刀绕两转动副沿轴向断面旋转调节镗削半径。

所述镗刀调节机构包括空心镗杆、调刀螺母和调刀镗杆，调刀镗杆同轴设于空心镗杆内与空心镗杆构成移动副；

镗刀的刀体中下部通过连接螺钉一与调刀镗杆的头部过轴线位置铰接构成第一转动副，镗刀刀体的无刀刃端部通过连接螺钉二与空心镗杆内壁铰接构成第二转动副，镗刀刀体的刀刃端空心镗杆侧壁间隙配合并伸出空心镗杆外镗削工件；

调刀镗杆相对空心镗杆轴向移动时，镗刀绕两转动副铰接点沿轴向断面旋转来调节镗削半径；

调刀镗杆和空心镗杆的尾部端头均与伺服电机连接，调刀镗杆和空心镗杆随伺服电机同步旋转。

所述空心镗杆与伺服电机之间连接有带刻度的调刀螺母，调刀螺母套设于调刀镗杆上，调刀螺母前侧端面接触顶紧空心镗杆尾部端面，调刀螺母后侧端面通过花键套以及联轴器连接伺服电机，空心镗杆随调刀螺母的旋进沿轴向运动。

所述调刀螺母与空心镗杆尾部端面之间安装有定心盘。定心盘的结构类似与三爪卡盘的结构，只是体积比三爪卡盘小，目的是夹紧空心镗杆，稳定不晃动，使得调节调刀螺母时与定心盘之间产生一定的挤压力，在挤压力的作用下调刀镗杆做轴向滑动。

所述空心镗杆的中下部沿轴向对称加工有两个长方形凹槽，凹槽内底部沿径向均布开有若干用于安装压缩弹簧的定位盲孔，压缩弹簧的顶部支撑连接有条状导向块，导向块外侧为下凹的圆弧面。

伺服电机外接有反馈控制系统，反馈控制系统包括PLC控制器和脉冲发生器，脉冲发生器的信号输入端与工件相连，脉冲发生器的信号输出端连接PLC控制器，伺服电机与PLC控制器连接。

工件尾部、空心镗杆上还连接有圆桶状的授油器，工件和空心镗杆之间的间隙与授油器的出油口贯通。

一种可变径内螺纹加工方法，该方法基于可变径的内螺纹镗削装置完成， 加工步骤如下：

（1）使用现有深孔加工技术将工件外圆车到一定尺寸，然后在加工件上加工一个直通深孔，并把工件的一端固定在车床卡盘上；

（2）将镗削装置的镗刀刀体刃口外径预调到小于工件体通孔内径后，由空心镗杆将镗刀和镗刀调节机构送入直通深孔的最深处，即起镗位置；

（3）在工件外部，通过对调刀螺母进行旋转调节，进而调节镗削装置的镗刀调节机构，使镗刀的刀体旋转伸缩到外径大于直通深孔内径，即完成孔内调刀；

（4）在直通深孔内的起镗位置向入口处沿轴向50～100mm段反复进行试拉镗；

(5)使用测厚仪随时对加工件壁厚进行检测，并根据预定加工孔径进行反复多次孔内调刀、检测、拉镗，直至加工完成预期的入口小中间大的内孔径不一零件；

(6)旋转调刀螺母，使镗刀的刀体旋转伸缩到外径小于直通深孔内径，完成孔内调节退刀，镗削装置退出加工件。

所述镗刀的镗削半径的变径比（即最大直径和最小直径比）范围为1-1.3，变径深孔的深径比≥40。

为实施本实用新型的方法而专门设计的镗削装置是由刀头调节机构、伸缩镗刀、导向扶正条、垫片、连接螺钉、密封圈、调刀镗杆、空心镗杆、定心盘、调刀螺母等组成，整体形状为圆柱形。其中刀头调节机构是由固定螺钉、调刀螺母、垫片、调刀镗杆、导向块、空心镗杆等组成。在空心镗杆的外侧和工件的加工间隙内通过授油器提供一定的油压可以使切削液进入到刀体的加工部位，减少刀具、工件热变形，提高道具的耐用度，保证空的尺寸精度，减少摩擦，减少切削变形，降低切削力和切削作用产生的振动和噪音，减少刀具磨损，最主要的是要达到排屑的作用。此装置采用拉镗方式进行镗削操作，在距镗头体底部一定距离处，沿轴线向下加工有一条弧面形的安装槽，在安装槽内安装有扶正导向条，在镗削过程中，镗杆是在轴向受拉状态下进行工作，镗头沿着镗杆前进的直线方向做进给运动，稳定性好，加工孔轴向的直线度较高，切削液是从授油器在油泵作用下沿着工件与镗杆外壁间隙流入切削区，带着切屑从镗杆前端流入到切屑收集箱内，收集箱内有过滤网，经过滤切削液又重现流入到油泵中再次利用，铁屑经滤网过滤被收集。

外侧为圆弧的扶正条、压缩弹簧通过沉头螺钉安装在镗头体中下部的沿轴向加工的两个凹槽内，起着稳定、扶正导向镗削装置的作用。

将本实用新型的镗削装置安装在现有深孔镗床上，按照本实用新型的方法，即可在工件上加工成形内径不一的变径深孔、1＜变径比≤1.3、深径比≥40的变径深孔。

本实用新型的镗削装置也可用于一般深孔、径向基本尺寸一致的深孔和由浅到深径向尺寸为相应的由大到小的台阶状深孔的加工。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的方法简单易行，可在工件外对具有刀头调节机构的镗削装置进行孔内调刀，调节方便；镗削装置结构简单，准确可靠，加工效率高、成本低。本实用新型可广泛用于机械加工各种内径不一的变径深孔。

附图说明

图1为镗削装置结构示意图；

图2为A-A剖视图；

图3为B-B剖面图；

图4为镗刀调节机构的运动副原理图；

图中：车床卡盘1、支撑套2、支撑套固定螺钉3、工件支撑装置4、工件支撑装置固定螺栓5、工件6、镗刀7、连接螺钉一8、连接螺钉二9、授油器10、空心镗杆11、定心盘12、调刀螺母13、花键套14、伺服电机15、联轴器16、数控控制装置（PLC控制器）17、弹簧垫片18、调刀镗杆19、密封圈20、脉冲发生器21、导向块22、沉头螺钉23。

具体实施方式

本实用新型的加工方法主要包括以下内容：

(1)使用现有深孔加工技术将工件外圆车到一定尺寸，然后在加工件上加工一个直通深孔，把工件的一端固定在车床卡盘上。

(2)将本实用新型的镗削装置与空心镗杆装联在一起，再将刀头刃口外径预调到小于工件体通孔内径后，由空心镗杆将镗削装置送入直通深孔的最深处，即起镗位置；

(3)在工件外，通过对调刀螺母进行旋转调节，进而对镗削装置的伸缩刀头调节机构，通过调节调刀螺母，使刀头伸缩得到合适的位置，即完成孔内调刀；

(4)在直通深孔内的起镗位置向入口处沿轴向50～100mm段反复进行试拉镗；

(5)使用测厚仪随时对加工件壁厚进行检测，并根据预定加工孔径进行反复多次孔内调刀、检测、拉镗，直至加工完成预期的内孔径不一零件、1＜变径比≤1.3、长径比≥40的变径深孔；

(6)旋转调刀螺母，完成孔内调节退刀，镗削装置退出加工件。

参照图1，为实施在通孔内变径深孔的加工方法而专门设计的镗削装置是由车床卡盘1、支撑套2、支撑套的固定螺钉3、工件支撑装置4、工件支撑装置固定螺栓5、工件6、伸缩镗刀7、调刀镗杆16与镗刀7的连接螺钉8、空心镗杆11与镗刀7的连接螺钉9、授油器10、空心镗杆11、定心盘12、调刀螺母13、花键套14、伺服电机15、联轴器16、数控控制装置17、弹簧垫片18、调刀镗杆19、密封圈20、脉冲发生器21、导向块22、沉头螺钉23等组成，整体形状为圆柱形。其中镗刀调节机构位于工件6内部，主要由伸缩镗刀7、调刀镗杆19与镗刀7的连接螺钉8、空心镗杆11与镗刀7的连接螺钉9、授油器10、空心镗杆11、定心盘12、调刀螺母13、弹簧垫片18、密封圈20、调刀镗杆19、导向块22、沉头螺钉23等构成。其中调刀镗杆19在空心镗杆11的内部作轴向滑动运动，所以两者为间隙配合，在调刀镗杆19的头部一定距离有一把镗刀7，刀体的中下部与调刀镗杆19通过连接螺钉8固定，没有刀刃的端部与空心镗杆11通过连接螺钉9固定。在工件6的尾部有一台授油器10，目的是给装置提供切削液，授油器10是圆筒状形，均匀的从工件和空心镗杆11的的间隙向前射出，因而可以减少切屑停留在内孔表面的机会，使切屑全部排出，并且可以充分起到对镗刀7、导向块22的强制润滑、冷却和减震的作用，为了保证授油器10与工件6的密封性，在它们之间装有密封圈20，保证授油器时常保持稳定的油压。有利于延长刀具的耐用度和降低孔加工内表面粗糙度。在装置的尾部有一个定心盘12，作用是为使加工孔的轴线和镗削装置的中心线一致，不至于偏斜影响加工的精度，在定心盘12的后面还有一个调刀螺母13，作用是通过旋转调刀螺母13，使之与定心盘12之间发生挤压，在调刀镗杆19、刀体7和空心镗杆11之间的杠杆力作用下使刀体的角度发生变化，从而达到变径的作用，其中施力点为调刀螺母，支点为调刀镗杆16与镗刀7的连接螺钉8，受力点为刀刃的刀尖部分。定心盘12与调刀螺母13之间有一个弹簧垫片18，目的是为了在调刀螺母13长期使用过程中会松动，影响变径效果。在空心镗杆11的外部圆周上布置有导向块22，作用是为了防止在加工过程中镗杆走偏，它在切削过程中能保持刀头正直的镗削方向。同时具有修光孔壁的作用并且还是镗削部分的后备部分。

调刀螺母13的末端的花键部分与花键套14相匹配，花键套通过联轴器16与伺服电机15相连；伺服电机15与数控控制装置17相连，数控控制装置17与脉冲发生器21相连，脉冲发生器21通过传动比位1比1的一对齿轮式机械传动副与工件5相连。调刀螺母13上的多条刻度线可帮助了解和核对调刀镗杆19轴向移动的距离，由此帮助了解和核对与之相连的镗杆径向运动的距离，及帮助了解和核对内螺纹孔的孔径。

伺服电机15通过数控控制装置17相连，脉冲发生器21与工件6相连，工件每一转发出n个脉冲，经过电线传至所配备的数控系统的控制装置17，根据指令，使得控制装置17输出所需的脉冲，让伺服电动机15做所需速度的回转运动。这样使得镗刀沿工件轴向方向的运动与镗刀沿工件径向运动相协调，保证加工出的螺纹孔符合要求。

在空心镗杆11的中下部，沿轴向对称加工有2个长方形凹槽，在每个凹槽的底部均匀加工有用于安装压缩弹簧的定位盲孔。如图3所示，使用沉头螺钉18将外侧为圆弧面的导向扶正条22和压缩弹簧固定在凹槽内，在进行孔内加工时起着稳定、扶正导向镗削装置的作用。在空心镗杆11与工件6的间隙，有冷却润滑液输送，工作时可同时对镗刀头7进行润滑和冷却降温。

通过刀头调节机构进行孔内调刀的工作过程如下：

将装好刀头7的镗削装置由镗杆送入用现有技术加工成形的直通深孔的最深处，即起镗位置后，在工件6外，再通过编程系统的编写所需要的内螺纹孔相关的数据程序，使得数控控制系统带控制伺服电机旋转调刀螺母13，从而使调刀镗杆19、空心镗杆11、刀头7通过和连接螺钉8和9在杠杆力作用下进行对刀头7的调节起到变径的作用，经过电线传至所配备的数控系统的控制装置17，根据指令，使得控制装置17输出所需的脉冲，让伺服电动机15做所需速度的回转运动。此后即可进行拉镗方式在通孔内进行滑动。因为调刀螺母13上面有相应的刻度，可以直观的控制镗削装置的加工直径。孔内调刀需反复进行多次，直到加工完成预期的变径深孔。

本实用新型的镗削装置也可用于一般深孔、径向基本尺寸一致的深孔和由浅到深径向尺寸为相应的由大到小的台阶状深孔的加工。