一种内孔对称键槽加工铣头的制作方法

1.本发明涉及工件深孔对称键槽加工技术领域，具体涉及一种内孔对称键槽加工铣头。


背景技术：

2.对于零件内孔对称键槽的加工一直是困扰机械加工领域的一大难题。其最大的问题是各种加工方法或加工装置很难保证对称键槽的对称度、尺寸精度及键槽的直线度。对于扭力较大的特殊零部件，需要对称双键保证扭矩的传递，键槽对称度低、尺寸精度差、直线性差，一方面将导致键条安装困难，另一方面设备在运行过程中容易存在一个键重载、一个键轻载的情况，严重时将引起
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滚键’失效等事故产生。因此，键槽对称度、尺寸精度和直线度是衡量对称键槽加工好坏的重要指标。尤其对于深长孔的键槽，其精度尤为重要。
3.目前孔内键槽加工广泛采用的加工方法及设备有刨床加工、直角铣头加工、插床加工及线切割加工等。对于刨床、直角铣头、插床加工的加工方式，被加工零件必须要有足够大的内径尺寸，允许刀具或直角铣头伸入被加工零件内部进行键槽加工，而且每次只能加工一个键槽，一侧键槽加工完成后零件与刀具相对旋转180
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完成对称键槽的加工。该加工方式存在的问题有：(1)被加工零件的内径必须足够大，允许刀具或铣头进入孔的内部，对于小直径孔、深长孔的对称键槽无法加工；(2)键槽的对称度无法得到可靠保证，要想提高对称度必须借助高精度回转装置；(3)键槽加工逐个完成，加工效率不高；(4)对加工装置刚性要求较高，深孔键槽加工时刚性不足容易引起刀具跳刀，影响尺寸精度和键槽直线性。对于线切割加工方式，零件内孔直径可以很小，但键槽轴向长度不大，对于孔深度大于500mm的零件，线切割很难加工。并且键槽各个加工面粗糙度不高，线切割走丝速度慢，加工效率低。
4.专利：一种基于对称度误差在线监测及补偿的深孔内键槽插削加工方法(201810722241.5)是利用插床插削的方式加工深孔的对称键槽，通过对称度误差在线监测和补偿的方式提高对称键槽加工的对称精度。这种加工方式对零件内孔直径具有一定要求，孔径必须大于插削装置及刀具尺寸，否则无法完成加工。同时该加工方式键槽逐个加工，加工效率不高。对于深孔键槽，对插床刚性提出较高需求。
5.专利：一种对称键槽加工装置(201822213309.5)该装置本身没有动力源，需要外接动力电机，再通过皮带轮传动的方式将动力输送给铣刀，完成对称键槽的加工。该装置需要外部动力电机、辅助支撑与移动机构完成深孔键槽加工，整机体积较大。皮带传动方式需要定期维护且皮带容易打滑，传输动力有限。对于深长孔零件的加工，由于铣刀位于最前端，在杠杆效应的作用下，随着加工深度的增加该装置的安装架的刚性不足，容易弯曲，很容易引起跳刀、键槽精度低、直线性差等加工精度问题。
6.综上几种加工方式，普遍存在内孔对称键槽加工效率低、键槽对称度低、尺寸精度低等问题，同时被加工零件尺寸具有一定局限性，内孔对称键槽加工一直是困扰机械加工领域的一大难度。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种结构简单的内孔对称键槽加工铣头，可完成零件内孔对称键槽一次加工成形，键槽尺寸精度高、直线性好、对称性好；特别对于深孔、长孔零件，本发明的内孔对称键槽加工铣头支撑刚性不变，不受零件深度影响，其加工精度和优点尤为显著。
8.本发明是通过如下技术方案实现的：
9.一种内孔对称键槽加工铣头，其特征在于，包括安装轴、若干驱动电机和若干用于加工键槽的铣刀；若干所述驱动电机沿所述安装轴的轴向设置在其内部；所述驱动电机包括电机定子和电机转子，所述电机转子沿所述安装轴的径向设置在其内部；所述铣刀连接在所述电机转子的两端且可伸缩(即所述铣刀可在所述电机转子上伸缩)，所述铣刀沿所述安装轴的径向延伸出两端；若干所述铣刀的尺寸依次增加，通过逐级、多次铣削方式完成所需尺寸键槽的逐级加工。具体地，所述电机定子固定连接在所述安装轴中。本发明的对称键槽加工铣头与传统加工方法与思路具有显著的不同点。传统加工方式是单个键槽加工，通过机床刚度保证单个键槽的尺寸精度与直线度，再回传180
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完成对称键槽加工，对机床本身刚度、回转机构的精度都具有较高要求，无法可靠完成深、长孔零件内对称键槽精确加工，局限性明显。
10.本发明所述的内孔对称键槽加工铣头内置所述驱动电机，所述电机转子两端直接安装所述铣刀，无传动结构，整个铣头体积较小。所述安装轴的轴向上内置多个驱动电机，各电机转子两端分别安装铣刀，可完成对称键槽加工，加工效率高，键槽对称精度高。具体地，在所述安装轴的轴向上若干所述铣刀的尺寸依次增加(即所述铣刀的直径、深度逐级增大)，此设计的目的是由于在一定的空间内，安装轴内置的驱动电机其扭矩有限，有时难以满足大尺寸的键槽的加工需求。因此通过设置多个驱动电机并采用键槽由多个铣刀逐级加工完成的方式来加工大尺寸的键槽，铣刀直径、深度逐渐增加，解决了小直径零件加工时切削力不足的问题(可以这样理解，当零件的内部需要加工的键槽尺寸较大时，如果直接使用与键槽相匹配的铣头进行加工，此时驱动电机的扭矩达不到直接加工的需求，即难以直接加工出对应尺寸的键槽；因此我们通过逐级加工的方式来达到此目的；具体地，先通过较小尺寸的铣刀先加工出较小的键槽，然后移动安装轴带动尺寸大一点的铣刀移动到刚加工出的较小键槽中继续加工，使较小的键槽尺寸进一步扩大；然后继续移动安装轴带动更大一点的铣刀继续对键槽进行加工，直至最终加工出所需尺寸的键槽；这里安装轴的移动可以通过手动或电动驱动，当然为了保证键槽的加工精度，优选采用驱动装置驱动安装轴精确移动)。铣刀尺寸与各驱动电机的扭矩相匹配，调整电机转速保证各电机动能充分发挥，最后一组铣刀为精铣成型刀，进一步保证对称键槽的加工精度。
11.进一步地，所述安装轴沿其周向上均匀的设置有若干通气孔，且所述通气孔为沿所述安装轴的轴向通气孔。具体地，所述通气孔一方面环绕所述安装轴进行设置，另一方面所述通气孔沿着所述安装轴的长度方向。向所述通气孔中通入高压风，一方面用于对所述铣头的冷却，另一方面也用于键槽加工时铁屑的排削。
12.进一步地，所述安装轴上设置有电机端盖；所述电机端盖上设置有转子固定板。此设计的目的是通过设置电机端盖和转子固定板可以对所述电机转子起到很好的支撑保护作用。
13.进一步地，所述转子固定板通过紧固螺栓连接在所述电机端盖上。所述电机端盖采用紧固螺栓连接在所述安装轴上便于拆装、维护。
14.进一步地，所述电机端盖上还设置有固定装置，所述固定装置用于使所述铣刀在所述电机转子上的位置保持稳定。具体地，所述固定装置连接在所述电机端盖上，且所述固定装置环绕所述电机转子和所述铣刀，所述固定装置防止在键槽加工过程中因所述铣刀位置不稳，而造成加工精度误差。
15.进一步地，所述安装轴的外部设置有包裹其自身的胀紧外壳；所述胀紧外壳上设有加工区，且所述铣刀的一端延伸出所述加工区。此设计的目的在于，一方面可以对所述安装轴以及铣刀、电机转子进行保护，另一方面可以通过所述胀紧外壳使本发明的内孔对称键槽加工铣头装置能够适应不同尺寸的工件内孔。具体地，在实际的键槽加工过程中，将本发明的内孔对称键槽加工铣头放入待加工零件的内孔中，所述铣刀从所述加工区延伸出所述胀紧外壳对零件的内孔进行键槽加工。当待加工零件的内孔尺寸大于本发明铣头的尺寸时，可以通过胀紧外壳使本胀紧外壳的直径变大，即使得胀紧外壳膨胀，然后顶紧在待加工零件的内孔的侧壁中，即铣头通过胀紧外壳与零件内孔的内径完成胀紧、定心，保证铣头与待加工零件同心度，通过调整胀紧外壳的厚度适应不同直径零件内孔，从而使得本发明内孔对称键槽加工铣头的适用范围更广，且加工时铣刀位置固定，保证了加工精度。
16.进一步地，所述胀紧外壳的圆周分为四瓣；所述胀紧外壳通过螺丝连接在所述安装轴上。具体地，所述安装轴与所述胀紧外壳的螺丝(也称为胀紧螺丝)，用于调节所述胀紧壳体与待加工零件之间的胀紧力，保证支撑刚度的同时使铣头能够在零件内孔中轴向移动；通过所述胀紧螺丝实现所述胀紧外壳的膨胀与收缩，即使得所述胀紧外壳与所述安装轴之间的间隙变大或减小，从而调节所述胀紧壳体与待加工零件内孔之间的胀紧力。当待加工零件的内孔直径大于本发明的内孔对称键槽加工铣头时，通过旋转胀紧螺丝使所述胀紧外壳与所述安装轴之间的间隙增大，从而使所述胀紧外壳抵靠在待加工零件的内孔中使铣头稳定，便于键槽的加工。
17.进一步地，所述胀紧外壳上设置有用于键槽加工时排削加工废屑的排削槽，且所述排削槽沿所述胀紧外壳的轴向设置。具体地，在所述胀紧外壳的轴向上设置所述排削槽，其特点是使键槽加工时产生的铁削只能从铣头的尾端排除，高压风经过通气孔给铣刀冷却后经排削槽将铁削一并排除。
18.进一步地，所述安装轴上连接有用于驱动其沿轴向移动的直线进给机构。具体地，所述直线进给机构连接在本发明的加工铣头的尾端(即靠近所述安装轴上大尺寸铣刀的一侧)，用于完成本发明加工铣头的轴向进给；即通过直线进给机构驱动安装轴沿其轴向移动。此设计的目的在于通过直线进给机构精确控制所述安装轴的移动精度，从而使所述安装轴上的铣刀能够精确加工出键槽，通过尺寸逐级增大的铣刀与安装轴精确移动的配合，以逐级、多次铣削方式完成所需尺寸键槽的加工，解决了因安装轴内置的驱动电机其扭矩有限，有时难以满足大尺寸键槽的加工问题。
19.进一步地，所述直线进给机构包括推杆、齿轮和齿条；所述推杆连接在所述安装轴上；所述齿条设置在所述推杆上；所述齿轮和所述齿条啮合；所述齿轮连接在驱动电机上。通过驱动电机带动齿轮转动，齿轮与齿条啮合驱动推杆直线移动，推杆则推动安装轴完成轴向移动。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：
21.(1)本发明的内孔对称键槽加工铣头的外部设有胀紧外壳，胀紧外壳分为4瓣，便于安装拆卸；胀紧外壳安装后整体对铣头进行磨削，磨削尺寸与零件内径相匹配，通过调整胀紧螺丝调整胀紧外壳与零件之间的胀紧力，保证铣头与零件的同心度，保证支撑刚度的同时使铣头能够在零件内孔中轴向移动，键槽加工过程中不会出现跳刀等加工问题，可靠的提高了键槽的加工精度；特别对于深长孔工件，支撑刚度不受键槽深度及杠杆效应的影响，整个键槽加工尺寸精度一致。更换不同厚度的张紧外壳，可适应不同的零件，适应能力强；此外通过尾端的轴向进给机构(即驱动装置)保证动力头(即铣刀)的定向进给，以此保证键槽加工的直线度；除此之外，具有高压风通入孔(即通气孔)给动力头冷却的同时，流经排削槽将铁削一并排除。
22.(2)本发明的内孔对称键槽加工铣头中内置驱动电机，自带动力，铣刀由电机直接驱动，无传动结构，整个铣头的体积较小；键槽由多个铣刀逐级加工完成，轴向上铣刀直径、深度逐渐加大，最后一组驱动电机上连接的铣刀为精铣成型刀，保证键槽的加工精度。
23.(3)本发明的铣头结构简单，内置多台驱动电机，所对应铣刀逐级增加直径和深度，有效分散键槽切削力，这样做的有益效果是铣刀体积小，可内置于零件孔内对小直径、深长孔的对称键槽进行加工；铣头中对称安装铣刀，并且最后一组铣刀为成型精铣刀，可靠的保证了键槽的对称性和键槽尺寸精度；且对称键槽一次加工完成，不需要单个加工，效率高。从通气孔通入高压气体给铣刀冷却后进入排屑槽，将加工铁削排除，一风两用。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
25.图1为本发明的内孔对称键槽加工铣头的外观示意图；
26.图2为图1中a
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a方向的剖面图；
27.图3为图1中b
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b方向的剖面图。
28.图中：1安装轴、2驱动电机、3铣刀、4电机定子、5电机转子、6电机端盖、7固定装置、8胀紧外壳、9螺丝、10排削槽、11通气孔、12加工区、13直线进给机构、14转子固定板、15推杆、16齿轮、17齿条。
具体实施方式
29.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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
30.实施例
31.如图1
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3所示，一种内孔对称键槽加工铣头，包括安装轴1、3个驱动电机2和3组用于加工键槽的铣刀3(3组铣刀即6个，其中每组中的2个铣刀尺寸相同，且3组铣刀的尺寸逐
级增大)；3个所述驱动电机2沿着所述安装轴1的轴向(即沿所述安装轴1的长度方向)设置在所述安装轴1的内部；所述的驱动电机2包括电机定子4和电机转子5，所述电机定子4固定连接在所述安装轴1中，所述电机转子5沿所述安装轴1的径向设置在其内部；所述铣刀3连接在所述电机转子5的两端，且所述铣刀3可在所述电机转子5上伸缩，所述铣刀3沿所述安装轴1的径向延伸出两端；所述铣刀3的尺寸依次增加，通过逐级、多次铣削方式完成所需尺寸键槽的逐级加工。
32.如图2所示，上述安装轴1沿其周向上均匀的设置有若干通气孔11，且所述通气孔11为沿所述安装轴1的轴向通气孔，向通气孔11中通入高压风，一方面用于对所述铣头3的冷却，另一方面也用于键槽加工时铁屑的排削。上述安装轴1上设置有电机端盖6，所述电机端盖6上设置有转子固定板14；所述转子固定板14通过螺栓连接在电机端盖6上。上述电机端盖6上还设置有固定装置7，所述固定装置7用于使所述铣刀3在所述电机转子5上的位置保持稳定。上述安装轴1的外部设置有包裹其自身的胀紧外壳8(所述的胀紧外壳8的圆周分为四瓣；且通过螺丝9连接在安装轴1上)；所述胀紧外壳8上设有加工区12，且铣刀3的一端延伸出所述加工区12在零件上进行键槽加工。优选地，胀紧外壳8上设置有用于键槽加工时排削加工废屑的排削槽10，且排削槽10沿胀紧外壳8的轴向设置，从通气孔11通入高压气体给铣刀3冷却后进入排屑槽10，可以将加工铁削排除，一风两用。优选地，所述安装轴1上连接有用于驱动其沿轴向移动的直线进给机构13(所述的直线进给机构13包括推杆15、齿轮16和齿条17；所述推板15连接在所述安装轴1上；所述齿条17设置在所述推杆15上；所述齿轮16和所述齿条17啮合；所述齿轮16连接在驱动电机上，通过驱动电机带动齿轮16转动，通过齿轮16与齿条17的啮合将齿轮16的转动转化为推杆15的直线移动，推杆15则带动安装轴1直线移动)，通过直线进给机构13保证铣刀3的定向进给移动，以此保证键槽加工的精度。
33.在实际的加工过程中：将本发明的内孔对称键槽加工铣头置于零件的内孔中，根据零件内孔的实际尺寸，通过调整螺丝9调整胀紧外壳8与零件之间的胀紧力，使得胀紧外壳8的外侧抵靠在零件内孔的内侧，保证铣头在内孔中的支撑刚度，然后通过直线进给机构13控制安装轴1移动，使第一组铣刀3移动到指定的位置，然后通过驱动电机2(电机转子5)带动铣刀3在零件内孔中加工出较小的键槽；然后根据实际键槽尺寸的需要，通过直线进给机构13控制安装轴1继续移动，使第二组铣刀3移动到刚加工出的键槽中，通过较大尺寸的第二组铣刀3对键槽继续加工，使键槽逐级扩大，然后以此再通过第三组铣刀3继续加工键槽直至达到所需尺寸的键槽为止。本发明的铣透通过设置多个驱动电机2并采用键槽由多个铣刀逐级加工完成的方式来加工大尺寸的键槽，铣刀直径、深度逐渐增加，解决了直接使用大尺寸铣刀3加工键槽时切削力不足的问题。通过本发明的铣头可完成工件内孔对称键槽一次加工成形，键槽尺寸精度高、直线性好、对称性好；特别对于深孔、长孔零件，本发明的内孔对称键槽加工铣头支撑刚性不变，不受零件深度影响，其加工精度和优点尤为显著。
34.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。