一种便携式螺旋铣孔单元的制作方法

本发明涉及航空航天飞行器装配中的制孔加工技术领域，尤其涉及一种便携式螺旋铣孔单元。

背景技术：

航空航天飞行器中大量采用包含复合材料、铝合金、钛合金、高强钢等难加工材料，以及两种以上材料组成的不同形式的叠层结构。飞行器结构件装配过程中存在大量的制孔加工需求。为了解决上述问题，现有技术提供一种新的制孔方法，即使用特制立铣刀进行螺旋铣孔，其原理为刀具自身高速旋转的同时沿螺旋轨迹进给，最终在工件上铣削出一个直径大于刀具自身的圆孔。针对复合材料、钛合金等新型材料的制孔，由于螺旋铣孔轴向切削力较钻孔小，因此表现出优于传统钻孔的特点，螺旋铣孔被应用到飞行器装配中，代替传统钻孔加工一些高质量要求的螺栓孔和铆钉孔，且应用范围不断扩大。螺旋铣孔加工时，刀具需要沿着螺旋轨迹进给，现有的制孔设备通常不具有此功能，为此需要研发专用的螺旋铣孔加工设备。而目前的螺旋铣孔装置存在的问题在于：(1)螺旋铣孔装置整体尺寸较大，重量重，不适合在空间复杂工况下进行螺旋铣孔加工；(2)螺旋铣孔装置结构复杂，成本高，不适合成批量制造。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种便携式螺旋铣孔单元。本发明采用的技术手段如下：

一种便携式螺旋铣孔单元，包括：刀具、输出轴、外套筒、套筒外壳和若干用于提供动力的传动机构，所述输出轴可更换地套装在外套筒输出段内孔，所述输出轴和外套筒均存在预设的偏心量，所述刀具连接在输出轴的输出侧，所述输出轴可拆卸地连接在外套筒内，所述外套筒通过滑动轴承安装在套筒外壳内，所述外套筒的输入侧连接有第一传动机构和第三传动机构，所述输出轴的输入端连接有第二传动机构，所述第三传动机构用于带动外套筒相对于套筒外壳转动，完成刀具绕外套筒外圆柱面轴线的转动，所述第一传动机构用于带动外套筒相对于套筒外壳的轴线方向前后移动，完成刀具的进给运动，所述第二传动机构用于带动输出轴旋转，完成刀具的转动。

进一步地，所述的外套筒输出段为偏心结构，即其外圆柱面轴线与外套筒输出段内孔轴线具有一定的偏心量e0，中段和输入段为同轴心结构，即其外圆柱面轴线与所述外套筒中段及输入段的内孔轴线同心，所述输出轴包括主轴和具有偏心结构的内套筒，即输出轴外圆柱面轴线与内孔轴线具有一定的偏心量en，主轴通过主轴轴承套装在内套筒的内孔中。

进一步地，所述第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构均通过连接件连接在套筒外壳上。

进一步地，所述第一传动机构包括第一马达和丝杠，所述的第一马达水平安装在套筒外壳上，其输出端通过丝杠联轴器与丝杠连接，所述的丝杠一端安装在丝杠支撑座的安装孔中，另一端套装在丝杠螺母内，所述的丝杠支撑座水平安装在套筒外壳上，所述的丝杠螺母安装在平动板上；

所述第二传动机构包括第二马达和传动轴，所述第二马达的输出端与传动轴的输入端相连，所述传动轴的输出端与主轴的输入端相连；

所述第三传动机构包括第三马达和第一同步齿形带，所述的外套筒输入端安装第三同步齿形带轮，所述的第三同步齿形带轮通过第一同步齿形带与安装在第三马达输出端的第四同步齿形带轮连接；

所述外套筒输入段的外侧通过公转轴承与平动板相连。

进一步地，所述第二马达和第三马达均安装在平动板上，所述传动轴的输入端安装第二同步齿形带轮，所述的第二同步齿形带轮通过第二同步齿形带与安装在第二马达输出端的第一同步齿形带轮连接。

进一步地，所述第二传动机构还包括用于测量主轴转速的编码器，所述编码器安装在第二马达输出端或传动轴输出端，所述编码器的外壳通过编码器支撑座固定在平动板上。

进一步地，所述传动轴通过传动轴承安装在所述外套筒输入段，所述传动轴的输出端圆轴通过键连接万向节联轴器的输入端，万向节联轴器的输出端与主轴的输入端相连。

进一步地，光轴一端固定安装在套筒外壳上，另一端套装在光轴滑块中，所述的光轴滑块安装在平动板上，所述光轴用于使平动板保持竖直状态，即只能在刀具轴线方向移动而不能旋转。

进一步地，所述套筒外壳输出端的外侧通过法兰与外壳固定，所述外壳两侧安装有把手。

进一步地，所述法兰前侧固定有定位套。

本发明具有以下优点：

(1)本发明便携式螺旋铣孔单元采用滑动轴承支撑外套筒，外套筒即可旋转，又可前后移动，同时实现了公转运动与轴线进给运动，与传统的直线导轨加滚动轴承结构相比刚性较好，能实现更高精度的加工。

(2)本发明便携式螺旋铣孔单元通过平动版、同步带及光轴等机构有效协调第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构的空间关系，使得整体结构紧凑，重量轻、体积小、可便携，适合任何复杂小空间工况作业。

(3)本发明根据所要调节的偏心量值e，选择所需要的输出轴，进行偏心量调节，实现了偏心量的高精度调节和大范围调节，增大加工孔径范围，提高加工质量，提高的加工效率，降低加工成本。

基于上述理由本发明可在航空航天飞行器装配中的制孔加工技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中的便携式螺旋铣孔单元的剖面示意图。

图2是本发明的具体实施方式中具体偏心量调节时相关部件的状态示意图。

其中，1.刀具，2.主轴，3.内套筒，4.主轴轴承，5.外套筒，6.滑动轴承，7.套筒外壳，8.第一马达，9.丝杠联轴器，10.丝杠支撑座，11.丝杠，12.第二马达，13.平动板，14.编码器支撑座，15.丝杠螺母，16.编码器，17.第一同步齿形带轮，18.第二同步齿形带轮，19.第三同步齿形带轮，20.第四同步齿形带轮，21.传动轴，22.传动轴承，23.公转轴承，24.光轴滑块，25.第三马达，26.光轴，27.把手，28.万向节联轴器，29.外壳，30.定位轴套。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种便携式螺旋铣孔单元，包括：刀具1、输出轴、外套筒5、套筒外壳7和若干用于提供动力的传动机构，所述输出轴和外套筒5均存在预设的偏心量，所述刀具1连接在输出轴的输出侧，所述输出轴可拆卸地连接在外套筒5内，所述外套筒5通过滑动轴承6安装在套筒外壳7内，所述外套筒5的输入侧连接有第一传动机构和第三传动机构，所述输出轴的输入端连接有第二传动机构，所述第三传动机构用于带动外套筒5相对于套筒外壳7转动，完成刀具1绕外套筒5外圆柱面轴线的转动，所述第一传动机构用于带动外套筒5相对于套筒外壳7的轴线方向前后移动，完成刀具1的进给运动，所述第二传动机构用于带动输出轴旋转，完成刀具1的转动。

如图2所示，所述的外套筒5输出段为偏心结构，即其外圆柱面轴线与外套筒5输出段内孔轴线具有一定的偏心量e0，中段和输入段为同轴心结构，即其外圆柱面轴线与所述外套筒5中段及输入段的内孔轴线同心，所述输出轴包括主轴2和具有偏心结构的内套筒3，主轴2通过主轴轴承4套装在内套筒3的内孔中，即其外圆柱面轴线与内孔轴线具有一定的偏心量en。

所述第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构均通过连接件连接在套筒外壳7上。

所述第一传动机构包括第一马达8和丝杠11，所述的第一马达8水平安装在套筒外壳7上，其输出端通过丝杠联轴器9与丝杠11连接，所述的丝杠11一端安装在丝杠支撑座10的安装孔中，另一端套装在丝杠螺母15内，所述的丝杠支撑座10水平安装在套筒外壳7上，所述的丝杠螺母15安装在平动板13上；

所述第二传动机构包括第二马达12和传动轴21，所述第二马达12的输出端与传动轴21的输入端相连，所述传动轴21的输出端与主轴2的输入端相连；

所述第三传动机构包括第三马达25和第一同步齿形带，所述的外套筒5输入端安装第三同步齿形带轮19，所述的第三同步齿形带轮19通过第一同步齿形带与安装在第三马达25输出端的第四同步齿形带轮20连接；

所述外套筒5输入段的外侧通过公转轴承23与平动板13相连。

所述第二马达12和第三马达25均安装在平动板13上，所述传动轴21的输入端安装第二同步齿形带轮18，所述的第二同步齿形带轮18通过第二同步齿形带与安装在第二马达12输出端的第一同步齿形带轮17连接。

所述第二传动机构还包括用于测量主轴2转速的编码器16，所述编码器16安装在第二马达12输出端或传动轴21输出端，所述编码器16的外壳通过编码器支撑座14固定在平动板13上。

所述传动轴21通过传动轴承22安装在所述外套筒5输入段，所述传动轴21的输出端圆轴通过键连接万向节联轴器28的输入端，万向节联轴器28的输出端与主轴2的输入端相连。所述的万向节联轴器28为双十字轴式万向节联轴器，位于所述外套筒5中段内孔中，其结构特点利用其机构使连接的两轴不在同一轴线，存在轴线偏移的情况下能实现所链接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。所述的万向节联轴器28两端分别连接主轴2和传动轴21，所述主轴2轴线与所述外套筒5输出段的外圆柱面轴线具有一定的偏心量e，即刀具1偏心量为e，所述的传动轴21轴线与所述外套筒5的外圆柱面轴线同心，因此所述的万向节联轴可实现存在较大偏心量的主轴2和传动轴21之间的传动。

装置还包括一光轴26，所述光轴26一端固定安装在套筒外壳7上，另一端套装在光轴滑块24中，所述的光轴滑块24安装在平动板13上，所述光轴26用于使平动板13保持竖直状态，即只能在刀具1轴线方向移动而不能旋转。

所述套筒外壳7输出端的外侧通过法兰与外壳29固定，所述外壳29两侧安装有把手27。所述法兰前侧固定有定位轴套30，其用于与夹持工件的夹具配套使用，完成定位。

本发明具体使用方法如下：调节刀具1相对外套筒5外圆柱面的偏心量e，具体地，螺旋铣孔单元配有一个偏心量为定值的外套筒5和多种不同偏心量的输出轴，外套筒5外圆柱面轴线与外套筒5输出段内孔轴线的偏心量为e0，输出轴外圆柱面轴线与内孔轴线的偏心量为en，一种偏心量为e0的外套筒5，可配套有安装不同偏心量值为en(e1,e2,e3…)的输出轴，根据所要调节的偏心量值e，选择所需要的输出轴，进行偏心量调节，即增大了可调偏心量范围。根据外套筒5的偏心量和输出轴的偏心量计算安装不同输出轴时的螺旋铣孔单元的偏心量调节范围，选用对应的输出轴，调整好此输出轴内套筒3和外套筒5的关系，然后将其固定。

所述的便携式螺旋铣孔单元的公转运动的工作原理为：第三马达25通过同步齿形带轮和第三同步齿形带的作用带动外套筒5相对于套筒外壳7及平动板13转动，外套筒5和内套筒3保持相对静止，刀具1相对外套筒5输出段外圆柱面的偏心量保持恒定e，实现刀具1的公转运动。

再次调节输出轴和外套筒5之间的关系，取消内套筒3和外套筒5的固定关系，转动输出轴使其与外套筒5之间产生相对转动，即外套筒5和输出轴相对位置产生变化，调节外套筒5与输出轴之间的相对转角θ，刀具1相对外套筒5外圆柱面的偏心量改变，进而得到不同的刀具1偏心量为e取值范围为|en-e0|≤e≤|en+e0|，角度调整完毕后，将输出轴和外套筒5固定。

所述的便携式螺旋铣孔单元的进给运动的工作原理为：第一马达8通过丝杠11的作用带动平动板13沿轴向方向运动，进而带动外套筒5相对于套筒外壳7沿轴线方向移动，进而实现刀具1的轴向进给运动。

所述的便携式螺旋铣孔单元的主轴2转动的工作原理为：第二马达12通过同步齿形带轮和第二同步齿形带的作用带动传动轴21转动，与外套筒5外圆柱面同轴心的传动轴21通过万向节联轴器28将动力传送给与外套筒5外圆柱面偏心的主轴2，带动主轴2转动，实现刀具1的旋转运动，编码器16检测刀具1旋转实时转速。所述的第二马达12驱动传动轴21旋转过程中，由于所述传动轴21轴线位置在第三马达25驱动外套筒5旋转时始终不变，方便第二马达12通过同步齿形带轮将动力传送给传动轴21。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。