一种螺旋铣孔的偏心调节方法与流程

本发明涉及航空航天飞行器装配中的制孔加工技术领域，尤其涉及一种螺旋铣孔的偏心调节方法。

背景技术：

螺旋铣孔是航空制造业出现的新技术，其原理是采用特制立铣刀，刀具自身高速旋转的同时绕被加工孔轴线公转，并在加工孔轴线方向进给，最终在工件上铣削出一个直径大于刀具自身的圆孔，因为刀具进给轨迹呈螺旋线状，因此称之为螺旋铣孔。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。区别于传统钻孔，螺旋铣孔的加工孔径不仅取决于刀具直径，还与刀具偏心量直接相关，螺旋铣孔加工孔径等于刀具直径加上偏心量的二倍。

现有螺旋铣孔设备通常采用双偏心套筒原理实现偏心量的调节，内、外套筒偏心量都是不可改变的，偏心量调节范围在设备制造完成后已经确定。但无论偏心量调节范围大小如何，操作时都是通过改变内、外套筒相对转角改变刀具偏心量，且都是在内、外套筒相对旋转180度的过程中实现偏心量从最小值到最大值的改变。因此当偏心量可调节范围很大时，使内、外套筒相对旋转很小的角度偏心量便会发生较大变化，很难实现偏心量的微量调整，影响偏心量调节精度；当偏心量可调节范围很小时，使偏心量变化同样的值需要使内、外套筒相对旋转更大的角度，更容易实现偏心量微量调整，提高偏心调节精度，但螺旋铣孔设备由于偏心量调节范围小可加工孔范围也相应减小。因此对于现有螺旋铣孔设备的偏心量调节方法，提高偏心调节精度和提高调节范围是相互矛盾的，很难同时实现。

综上，螺旋铣孔装置偏心量调节主要困难在于：(1)如果偏心量调节不准确，将直接导致加工孔径不合格。为了加工出尺寸合格的加工孔，螺旋铣孔装置应该通过偏心调节机构将偏心量调整到与理论值的误差足够小，以保证实际加工孔径尺寸合格。(2)如果加工孔径变化范围大，则需要保证偏心量的调节范围足够大，否则在加工过程中需要更换不同直径的刀具满足不同孔径的加工需求，降低了加工效率，增加了加工成本。因此急需提供一种保证偏心量具有足够大的的调整范围和足够高的调整精度的螺旋铣孔偏心调整方法。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种螺旋铣孔的偏心调节方法。本发明采用的技术手段如下：

一种螺旋铣孔的偏心调节方法，包括如下步骤：

s1、螺旋铣孔装置配有一个偏心量为定值的外套筒和多种不同偏心量的偏心主轴，设定一个外套筒偏心量为e0，n个偏心主轴偏心量分别为e1，e2，…，en，所有的偏心主轴具有相同的外形尺寸，均可安装在外套筒内使用；

s2、根据步骤s1中的e0和en，计算安装对应偏心量en的偏心主轴时的螺旋铣孔装置的偏心量调节范围ea～eb，得到n个偏心主轴所对应的偏心量调节范围分别为：|e1-e0|～|e1+e0|，|e2-e0|～|e2+e0|，…|en-e0|～|en+e0|；

s3、根据加工需求，计算螺旋铣孔装置所需调节偏心量值e；

s4、根据步骤s3中得到所需调节偏心量值e，选择偏心量调节范围ea～eb内包含e的偏心主轴；

s5、将步骤s4所选择偏心主轴安装在螺旋铣孔装置上，旋转偏心主轴，调节偏心量为e；

s6、偏心调节完成后，将偏心主轴的位置与外套筒位置固定；

s7、若需继续调整偏心量，进行步骤s3～步骤s5。

进一步地，所述的步骤s1中外套筒的偏心量e0和偏心主轴的偏心量en的确定范围具有如下步骤：

s11、基于偏心主轴的刻度环上刻度盘尺寸刻度线所能达到的最高分辨率，确定一个偏心主轴的刻度环最大量程内的对应偏心量调节范围值em，确定外套筒的偏心量e0应满足e0≤em/2；

s12、根据待加工刀具种类直径范围及待加工孔径大小范围的加工需求，确定螺旋铣孔装置偏心量调节范围ex～ey；

s13、确定配备的偏心主轴的最小数量n＝(|ex-ey|)/2e0，其中n向上取整；

s14、根据步骤s12中确定的偏心量调节范围ex～ey，及步骤s13中计算得到的偏心主轴数量n，确定n个偏心主轴所对应的调节偏心量范围ea～eb应满足ea～eb∈ex～ey，

即[e1-e0|,|e1+e0|]∪[|e2-e0|,|e2+e0|]∪…∪[|en-e0|,|en+e0|]∈[ex,ey]；

s15、根据步骤s11中确定外套筒的偏心量e0及步骤s14中确定n个偏心主轴所对应的调节偏心量范围ea～eb，即|e1-e0|～|e1+e0|，|e2-e0|～|e2+e0|，…|en-e0|～|en+e0|，确定n个偏心主轴偏心量为en(e1，e2…en)。

进一步地，所述的螺旋铣孔装置包括刀具、偏心主轴和外套筒，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为e0，所述外套筒输出段内孔中套装偏心主轴，所述偏心主轴包括主轴和具有偏心结构的内套筒，主轴通过主轴轴承套装在内套筒的内孔中，所述的主轴输出端通过夹头安装刀具，所述内套筒的外圆柱面轴线与内孔轴线具有一定的偏心量en，即所述偏心主轴外圆柱面轴线与所述刀具轴线的偏心量为en。

进一步地，所述步骤s5中，转动偏心主轴使其与外套筒之间产生相对转动完成偏心量的精调节，通过调节外套筒与偏心主轴之间的相对转角θ，刀具相对外套筒外圆柱面的偏心量改变，进而得到不同的偏心量为e取值范围为|en-e0|≤e≤|en+e0|。

进一步地，所述步骤s5中，偏心主轴安装在螺旋铣孔装置后，还通过传动机构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，具体地，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所述传动机构。

进一步地，所述传动机构包括马达和同步齿形带，所述的外套筒输入端安装第一同步齿形带轮，所述的第一同步齿形带轮通过同步齿形带与安装在马达输出端的第二同步带轮连接。

本发明具有以下优点：

本发明采用一个外套筒配多个不同偏心量的偏心主轴的形式，所有偏心主轴外形相同，均可安装到外套筒内且可以快速更换，安装任何一个偏心主轴时偏心可调节范围都较小，因此可以实现偏心量的准确调整，通过更换偏心主轴又可以实现偏心量的大范围调整。本发明克服传统螺旋铣孔装置偏心调节方法的不足，同时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为本发明螺旋铣孔的偏心调节方法的流程图。

图2是本发明具体实施方式中的螺旋铣孔的偏心调节方法的螺旋铣孔装置的剖面示意图。

图3是本发明具体实施方式中的螺旋铣孔的偏心调节方法的偏心量示意图。

图中，1.刀具，2.主轴，3.内套筒，4.外套筒。

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，本实施例提供一种螺旋铣孔的偏心调节方法，包括如下步骤：

s1、螺旋铣孔装置配有一个偏心量为定值的外套筒4和多种不同偏心量的偏心主轴，设定一个外套筒4偏心量为e0，n个偏心主轴偏心量分别为e1，e2，…，en，所有的偏心主轴具有相同的外形尺寸，均可安装在外套筒4内使用；

s2、根据步骤s1中的e0和en，计算安装对应偏心量en的偏心主轴时的螺旋铣孔装置的偏心量调节范围ea～eb，得到n个偏心主轴所对应的偏心量调节范围分别为：|e1-e0|～|e1+e0|，|e2-e0|～|e2+e0|，…|en-e0|～|en+e0|；

s3、根据加工需求，计算螺旋铣孔装置所需调节偏心量值e；

s4、根据步骤s3中得到所需调节偏心量值e，选择偏心量调节范围ea～eb内包含e的偏心主轴；

s5、将步骤s4所选择偏心主轴安装在螺旋铣孔装置上，旋转偏心主轴，调节偏心量为e；

s6、偏心调节完成后，将偏心主轴的位置与外套筒4位置固定；

s7、若需继续调整偏心量，进行步骤s3～步骤s5。

所述的步骤s1中外套筒4的偏心量e0和偏心主轴的偏心量en的确定范围具有如下步骤：

s11、基于偏心主轴的刻度环上刻度盘尺寸刻度线所能达到的最高分辨率，确定一个偏心主轴的刻度环最大量程内的对应偏心量调节范围值em，确定外套筒4的偏心量e0应满足e0≤em/2；

s12、根据待加工刀具1种类直径范围及待加工孔径大小范围的加工需求，确定螺旋铣孔装置偏心量调节范围ex～ey；

s13、确定配备的偏心主轴的最小数量n＝(|ex-ey|)/2e0，其中n向上取整；

s14、根据步骤s12中确定的偏心量调节范围ex～ey，及步骤s13中计算得到的偏心主轴数量n，确定n个偏心主轴所对应的调节偏心量范围ea～eb应满足ea～eb∈ex～ey，

即[e1-e0|,|e1+e0|]∪[|e2-e0|,|e2+e0|]∪…∪[|en-e0|,|en+e0|]∈[ex,ey]；

s15、根据步骤s11中确定外套筒4的偏心量e0及步骤s14中确定n个偏心主轴所对应的调节偏心量范围ea～eb，即|e1-e0|～|e1+e0|，|e2-e0|～|e2+e0|，…|en-e0|～|en+e0|，确定n个偏心主轴偏心量为en(e1，e2…en)。

本实施例中，所述步骤s1提到的螺旋铣孔装置如图2所示，所述的螺旋铣孔装置包括刀具1、偏心主轴和外套筒4，所述的外套筒4输出段为偏心结构，即其外圆柱面轴线与外套筒4输出段内孔轴线具有一定的偏心量为e0，所述外套筒4输出段内孔中套装偏心主轴，所述偏心主轴包括主轴2和具有偏心结构的内套筒3，主轴2通过主轴轴承套装在内套筒3的内孔中，所述的主轴2输出端通过夹头安装刀具1，所述内套筒3的外圆柱面轴线与内孔轴线具有一定的偏心量en，即所述偏心主轴外圆柱面轴线与所述刀具1轴线的偏心量为en。

所述步骤s5中，如图3所示，调节螺旋铣孔装置的偏心量的工作原理为：转动偏心主轴使其与外套筒4之间产生相对转动完成偏心量的精调节，通过调节外套筒4与偏心主轴之间的相对转角θ，刀具1相对外套筒4外圆柱面的偏心量改变，进而得到不同的偏心量为e取值范围为|en-e0|≤e≤|en+e0|。

所述步骤s5中，偏心主轴安装在螺旋铣孔装置后，还通过传动机构带动外套筒4相对于套筒外壳转动，完成刀具1绕外套筒4外圆柱面轴线的转动，具体地，所述外套筒4通过滑动轴承安装在套筒外壳内，所述外套筒4的输入侧连接所述传动机构。

具体地，本实施例中，为了减少整体装置的体积，所述传动机构包括马达和同步齿形带，所述的外套筒4输入端安装第一同步齿形带轮，所述的第一同步齿形带轮通过同步齿形带与安装在马达输出端的第二同步带轮连接，也可采用其他传动方式对外套筒4轴心位置进行调节。

实施例1

本实施例中，螺旋铣孔装置的外套筒4偏心量e0＝0.5，用φ8的铣刀加工φ10和φ13的孔，具体加工步骤如下：

s1、选定一个外套筒4偏心量为e0＝0.5，4个偏心主轴偏心量分别为en＝0.5，1.5，2.5，3.5；

s2、根据步骤s1中的e0＝0.5和en＝0.5，1.5，2.5，3.5，计算对应偏心量en＝0.5，1.5，2.5，3.5的偏心主轴的螺旋铣孔装置的偏心量调节范围ea～eb，得到4个偏心主轴所对应的偏心量调节范围分别为：[0,1]，[1,2]，[2,3]，[3,4]；

s3、根据当前根据待加工孔直径d＝φ10和待加工刀具1直径d＝φ8，计算螺旋铣孔装置所需调节偏心量理论值e＝(d-d)/2＝1；

s4、根据步骤s3中得到所需调节偏心量理论e＝1，选择偏心量调节范围eab＝[1,2]的偏心主轴；

s5、将步骤s4所选择偏心主轴安装在螺旋铣孔装置上，调节偏心量为e＝1；

s6、装夹待加工工件和加工刀具1，进行螺旋铣制孔；

s7、根据当前根据待加工孔直径d＝φ13和待加工刀具1直径d＝φ8，计算螺旋铣孔装置所需调节偏心量理论值e＝(d-d)/2＝2.5；

s8、根据步骤s7中得到所需调节偏心量理论e＝2.5，选择偏心量调节范围eab＝[2,3]的偏心主轴；

s9、将步骤s8所选择偏心主轴安装在螺旋铣孔装置上，调节偏心量为e＝2.5；

s10、装夹待加工工件和加工刀具1，进行螺旋铣制孔；

s11、制孔加工结束。

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。