加工深盲孔异型曲面的装置的制作方法

本发明属于异型曲面加工技术领域，具体涉及一种加工深盲孔异型曲面的装置。

背景技术：

壳体内部的深盲孔一般都是口部大、里面小的结构，除了根部是圆弧面结构，其余基本均为直孔连接。当遇到口部孔径小、里面孔径大，且由锥面、圆柱面和圆弧面连接的结构时，一般在数控车床上采用抗振刀杆加工。抗振刀杆为了保证刚性，长径比不超过6，要加工较深位置的异型曲面，必须采购较大直径的抗振刀杆，大直径、超长的抗振刀杆价格昂贵周期较长；且壳体孔口直径小，为避免刀杆杆身触碰孔壁，刀体距离夹持位置的悬伸较大，仍然会刚性不足，刀体发振无法加工壳体内部型腔。

而异型曲面的特点是深盲孔、孔口直径小，内部孔径较孔口直径大等特点，采用多段成型刀分段加工出直孔段和圆弧、圆弧和锥面、锥面与底面圆弧、底面圆弧与底平面的深盲孔根部的异型曲面，分段加工时，成型刀装夹的位置和轴向走刀行程直接影响成型面的尺寸精度。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种能实现多段曲面连续加工的加工深盲孔异型曲面的装置。

为实现上述目的，本发明所设计的加工深盲孔异型曲面的装置，包括偏心外套、安装在偏心外套头部的刀杆及撞杆；所述撞杆从偏心外套的尾部插入直至偏心外套尾部的导向螺钉的头部插入撞杆中后部外圆上的导向键槽；刀杆的杆身同轴插入撞杆头部的偏心孔内直至刀杆的刀柄嵌入偏心外套的头部轴向固定，且偏心孔与偏心外套不同轴；导程螺钉穿过偏心外套前部的观察孔直至导程螺钉的头部穿过撞杆的头部插入刀杆杆身外圆上的螺旋槽；刀耙固定在刀杆的刀柄外端面上，刀体锁紧在刀耙的凹槽内。

进一步地，设定所述刀杆旋转180°时对应的导程螺钉的轴向行程为l0，因此，刀杆旋转任意角度θi，撞杆相对于偏心外套的轴向行程

进一步地，所述深盲孔从孔口向孔内依次包括第一圆柱孔段、圆锥孔段、第一圆弧孔段、第二圆柱孔段及第二圆弧孔段；第一圆柱孔段的内径为孔口直径圆锥孔段锥面与水平方向的夹角为α1，行程为r5；第一圆弧孔段的圆弧半径为r3、圆心角为α2，起点为m3；第二圆柱孔段的内径为行程为l3；第二圆弧孔段的圆弧半径为r4、圆心角为α3；设定工件坐标系的坐标原点m，坐标原点m的横坐标在孔口第一圆柱孔段和圆锥孔段的相交截面上、纵坐标在回转中心线上。

进一步地，加工所述圆锥孔段时撞杆的轴向位移值w、偏心外套的轴向位移值z分别如下：

z＝-δr5×cosα1

w＝-δr5×cosα1-wi

ri＝d1÷2+δr5×sinα1

加工第一圆弧孔段时撞杆的轴向位移值w、偏心外套的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-r3×sinα2+r3×sin(α2-δα2)

w＝-l1-r3×sinα2+r3×sin(α2-δα2)-wi

ri＝(d1/2+r5×sinα1)+r3×cos(α2-δα2)-r3×cosα2

加工第二圆柱孔段时撞杆的轴向位移值w、偏心外套的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-l2-δl3

w＝-l1-l2-δl3-wi

ri＝d2/2

加工第二圆弧孔段时撞杆的轴向位移值w、偏心外套的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-l2-l3-r4×sinδα3

w＝-l1-l2-l3-r4×sinδα3-wi

ri＝d2/2-r4+r4×cosδα3

由余弦定理得：

根据公式求得wi；

其中，ri为刀体1刀尖与偏心外套轴线的垂直距离即为刀体刀尖切削截面的镗孔半径，p为刀杆轴线和偏心外套轴线的垂直距离，r2为刀体刀尖到刀杆轴线的垂直距离；

δr5、δα2、δα3、δl3是变量，取值分别为0～r5、0～α2、0～α3、0～l3，根据异型曲面内孔要求的表面粗糙度和尺寸公差，步距为0.01～0.03；

l1为圆锥孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离，l2为第一圆弧孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离，l3为第二圆柱孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离。

进一步地，所述偏心外套的中前部外圆上沿轴向方向开设有多组供木键安装的键槽，每组键槽与水平方向均呈30～60°夹角。

进一步地，所述刀杆的刀柄嵌入偏心外套头部的阶梯槽内并通过定位螺钉进行轴向固定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明加工深盲孔异型曲面的装置实现了多段曲面的连续加工，无需分段加工，提高了加工精度、缩短了加工周期、提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明加工深盲孔异型曲面的装置结构示意图；

图2为图1中部分放大示意图；

图3为图1的安装示意图；

图4为图1刀杆螺旋槽示意图；

图5为图1中刀杆旋转示意图；

图6为深盲孔异型曲面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示加工深盲孔异型曲面的装置，包括偏心外套16、安装在偏心外套16头部的刀杆22及撞杆15。撞杆15从偏心外套16的尾部插入直至偏心外套16尾部的导向螺钉10的头部插入撞杆15中后部外圆上的导向键槽11，从而防止撞杆15在偏心外套16内部转动；刀杆22的杆身19同轴插入撞杆15头部的偏心孔18内直至刀杆22的刀柄嵌入偏心外套16头部的阶梯槽内并通过定位螺钉进行轴向固定，且偏心孔18与偏心外套16不同轴；同时，导程螺钉3穿过偏心外套16前部的观察孔4直至导程螺钉3的头部穿过撞杆15的头部插入刀杆杆身19外圆上的螺旋槽20。结合图2所示，刀耙23用螺钉固定在刀杆22的刀柄外端面上，刀体1用螺钉锁紧在刀耙23的凹槽内。另外，偏心外套16的中前部外圆上沿轴向方向开设有多组供木键6安装的键槽5，每组键槽5与水平方向均呈30～60°(优选45°)夹角。

如图3所示，工件21装夹在数控深孔钻镗床的卡盘2上，机床导轨9上的支撑中心架7支撑工件21的外圆，调整卡盘2和支撑中心架7的滚轮，使工件21的内孔与数控深孔钻镗床的机床主轴同轴。偏心外套16头部外圆的键槽内嵌入木键6，木键6支撑在工件21的第一圆柱孔段24的孔壁内，偏心外套16尾部由数控导向中心架8中的卡瓦17夹持，且第一圆柱孔段24内孔与偏心外套16同轴；撞杆15尾部的撞杆法兰12与机床钻杆箱13的法兰14用螺栓连接，进行圆周方向定位。

如图4、图5，设定刀杆22旋转180°时对应的导程螺钉3的轴向行程为l0，因此，刀杆旋转任意角度θi，即撞杆相对于偏心外套的轴向行程

如图6所示，过工件21内孔沿中心轴线型腔截面示意图，工件21内孔从孔口向孔内看，依次包括第一圆柱孔段、圆锥孔段、第一圆弧孔段、第二圆柱孔段及第二圆弧孔段。其中，第一圆柱孔段24的内径为孔口直径圆锥孔段锥面与水平方向的夹角为α1，行程为r5；第一圆弧孔段的圆弧半径为r3、圆心角为α2，起点为m3；第二圆柱孔段的内径为行程为l3；第二圆弧孔段的圆弧半径为r4、圆心角为α3。设定工件坐标系的坐标原点m，坐标原点m的横坐标在孔口第一圆柱孔段和圆锥孔段的相交截面上、纵坐标在回转中心线上。

第一圆柱孔段为事先已经加工完成，无需用本发明加工深盲孔异型曲面的装置进行加工；当加工第一圆柱孔段时，ri为定值常数。

加工圆锥孔段时撞杆15的轴向位移值w、偏心外套16的轴向位移值z分别如下：

z＝-δr5×cosα1

w＝-δr5×cosα1-wi

ri＝d1÷2+δr5×sinα1

加工第一圆弧孔段时撞杆15的轴向位移值w、偏心外套16的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-r3×sinα2+r3×sin(α2-δα2)

w＝-l1-r3×sinα2+r3×sin(α2-δα2)-wi

ri＝(d1/2+r5×sinα1)+r3×cos(α2-δα2)-r3×cosα2

加工第二圆柱孔段时撞杆15的轴向位移值w、偏心外套16的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-l2-δl3

w＝-l1-l2-δl3-wi

ri＝d2/2

加工第二圆弧孔段时撞杆15的轴向位移值w、偏心外套16的轴向位移值z分别如下：

z＝-l1-l2-l3-r4×sinδα3

w＝-l1-l2-l3-r4×sinδα3-wi

ri＝d2/2-r4+r4×cosδα3

其中，如图5为刀杆22旋转θi角度后的刀杆旋转状态图

由余弦定理得：

根据公式求得wi。

其中，ri为刀体1刀尖与偏心外套16(或工件)轴线的垂直距离即为刀体1刀尖切削截面的镗孔半径(ri为已知的常量，工件21的第一圆柱孔段24在设计时，已给出工件内孔的半径值)，p为刀杆22轴线和偏心外套16轴线的垂直距离，r2为刀体1刀尖到刀杆22轴线的垂直距离。

δr5、δα2、δα3、δl3是变量，取值分别为0～r5、0～α2、0～α3、0～l3，根据异型曲面内孔要求的表面粗糙度和尺寸公差，步距选择0.01～0.03(优选0.02)，每个变量由0开始按0.01～0.03(优选0.02)逐渐递增至目标值。

l1为圆锥孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离，l2为第一圆弧孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离，l3为第二圆柱孔段起点轴向截面与终点轴向截面的垂直距离。

机床钻杆箱13驱动撞杆15带动导程螺钉3轴向运动，数控导向中心架8夹持偏心外套16带动刀杆22轴向运动，当偏心外套16和撞杆15无相对的轴向运动时，导程螺钉3的头部在刀杆上的螺旋槽20内不动，即刀杆22不转动，刀体1刀尖在工件21内部做轴向的直线运动，镗圆柱孔段；通过过工件21中心轴线的深盲孔异型曲面截面转化为截面上各点对应的轴向和径向尺寸，推算出刀体1刀尖的运动轨迹，再转换成撞杆15和偏心外套16的各自轴向位移，实现刀体1在工件21偏心切削出深盲孔异型曲面。