一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜杆的製作方法
2023-09-16 17:37:55 3
專利名稱：一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜杆的製作方法
技術領域：
本發明屬於加工刀具附件領域，更具體地，涉及一種可實現鏜削過程中鏜刀自動徑向調節的彈性鏜杆。
背景技術：
在大批量生產製造中，高精度鏜削是孔及套車圓重要的精加工手段。但由於不可避免的刀具磨損及其它隨機因素，必然造成加工精度的下降，從而刀具的調整就不可避免；因此，具有自動精確微量調刀功能的鏜削加工技術就成為保證和提高加工質量和效率的不可缺少的手段，此外，對於異形孔的插補加工同樣需要刀具在加工過程中實現微量徑向進
5口 O目前技術上實現鏜削微量徑向進給的裝置主要有彈性機構如彈性刀夾、彈性鏜杆和特殊機械機構如偏心軸等。前者主要優勢在於能獲得較高的補償精度，但剛度較差；後者的主要優勢在於剛度好，但結構、工藝複雜，不易維護。此外，不可避免的機械磨損都會造成補償精度的下降，乃至失效。本發明人在CN02115538. 0提出了一種新型彈性鏜杆，其通過鏜杆中段的彈性壁結構來實現對鏜刀徑向上的調節。然而，通過多年的工程應用和實驗表明1) 一旦在加工過程中切削力出現較大擾動，會帶來較大的尺寸和形狀誤差，因此，其剛性有待進一步提高；2)由於該發明只能實現單向補償(徑向微量進給)，相應限制了該技術的應用範圍；3)由於該彈性鏜杆的剛性和最大補償範圍相互制約，例如要求剛性大，則最大補償範圍小，反之亦然，這同樣限制了該鏜杆的應用範圍；4)對鏜刀徑向調節的精度有待進一步提高，以適應於更高加工標準的生產要求；5)頂杆組件的螺釘在變形體內部裝配，限制了推桿的設計空間，從而降低了推桿的強度及剛性；6)該發明鏜杆的聯接套增加了該鏜杆的軸向長度，並使得彈性鏜杆與主軸的聯接增加了一個環節，從而減小了鏜杆的整體剛度，此外，該聯接套與拉杆的接觸處易於磨損，對補償的精度及可靠性有明顯不利影響，需要定期更換。
發明內容
針對現有技術的以上缺陷，本發明的目的在於提供一種能自動進行微米級調刀的鏜杆，能顯著提高彈性鏜杆的剛度或擴大最大調刀(補償)範圍，以滿足精密鏜削加工中自動誤差控制及插補加工的需要，從而保證和提高加工的質量、效率及可靠性。為實現上述目的，按照本發明，提供了一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜杆，該彈性鏜杆由作為鏜杆主體的彈性變形體，以及設置在該彈性變形體內部的斜塊、頂杆組件和拉杆而構成，其中所述彈性變形體的前端用於與裝有鏜刀的刀杆組件連接，後端用於與鏜削動力頭主軸同軸連接，所述彈性變形體的中部在其相互平行的兩個橫截面上對稱地分別設置有多個槽，並且每個橫截面上的槽之間的間隔部分形成了四個起鉸鏈作用的彈性壁結構；所述斜塊設置在彈性變形體的前端內部，並具備相互平行的上下兩個斜面；
所述拉杆與所述斜塊相連，用於在電機的驅動下帯動斜塊一起作軸向移動；所述頂杆組件包括兩個與彈性變形體的軸向方向相垂直的頂杆，它們各自的一端與彈性變形體前端固定連接，另外一端分別與所述斜塊的上下兩個斜面保持接觸，由此在拉杆帶動斜塊一起作軸向移動的過程中發生徑向偏移。通過按照本發明以上構思的弾性鏜杆，當拉杆在伺服電機的驅動下帶動與其相連的斜塊一起在彈性變形體內部軸向移動時，斜塊與保持同斜塊的上下斜面保持接觸的兩個頂杆發生作用，由此推動頂杆作徑向偏移；由於彈性變形體的中部設置多個槽並通過相鄰槽之間的間隔部分相應形成八個彈性壁，這些彈性壁在頂杆作徑向偏移的過程中通過自身的彈性而起到鉸鏈的作用，由此使得作為鏜杆主體的彈性變形體的前端在整體上能夠在徑向方向上作相對移動，相應地，實現刀杆及其刀具位置在徑向上的自動調節。特別是，由於按照上述構思的弾性鏜杆省去了聯接套元件，鏜削動カ頭主軸能夠與彈性變形體的後端直接同軸連接，由此可提高鏜杆的整體剛性；由於將斜塊與拉杆保持獨立地相連，這樣既簡化了零件的製造エ藝，便於更換維護，同時也易於在雙向補償過程中保證斜面自身的精度；頂杆組件包括上下兩套頂杆的設計不僅能實現雙向補償，相應也提高了鏜杆的整體剛性；此外，彈性變形體內部設置的八個起鉸鏈作用的弾性壁結構能夠進一步提高鍵刀徑向雙向調節的精度並達到微米級，而斜塊結構與鋼球加帶斜面推桿的配合方式相比，不必考慮鋼球自身的磨損及變形對徑向調節的影響，這樣同樣能夠提高鏜刀徑向調節的精確性和可靠性。作為進ー步優選地，所述彈性變形體各個橫截面上形成的弾性壁結構呈中心對稱分布，它們相互平行且垂直於彈性變形體的徑向方向。通過將彈性變形體各個橫截面上所形成的弾性壁結構按照如上方式設置，這樣在頂杆作徑向偏移的過程中，弾性壁結構作為類似鉸鏈的裝置能夠上下均衡地起作用，由此得彈性變形體也相應地保持均衡的徑向偏移；此外，弾性壁的結構尺寸在保持一致的情況下，容易計算及調整各壁的厚度，從而便於對刀杆的整體平移效果進行控制。作為進ー步優選地，所述彈性壁結構的厚度為O. 3mm 3mm。通過將彈性壁結構的厚度具體限定以上數值範圍，實踐結果證明，這種厚度範圍的弾性壁結構與現有技術相比，能夠較大程度地實現對鏜刀刀杆更精密的徑向自動調節，並保證合理的鏜杆剛性及最大補充範圍。作為進ー步優選地，所述頂杆由螺杆、鎖緊螺母和鋼球組成並從外部裝配以實現與彈性變形體前端的固定連接，其中所述螺杆的一端具備螺紋部分，通過設在彈性變形體表面上的所述鎖緊螺母而得以鎖緊固定並施加預加載荷，另外一端為端部帶有中心孔的圓柱面，所述鋼球呈球冠結構安裝在該圓柱面內，且其球冠平面用幹與所述斜面保持接觸。通過對頂杆組件結構的上述設置，由於鋼球球面可以在螺杆中心孔內自由轉動，使得鋼球平面能夠自適應地與斜塊平面完全接觸，由此提高了接觸剛度，使得鋼球與斜塊相對運動時能有效地減小磨損，同時其磨損的均勻性能顯著提高其正常使用期限並提高可靠性；此外，頂杆部件從彈性變形體的外部進行裝配，這樣可増加斜塊及拉杆的設計空間，從而增加斜塊及拉杆的強度和剛性，達到提高鏜杆整體剛性的目的。 作為進ー步優選地，所述頂杆的中部具備螺紋部分，該螺紋部分用幹與彈性變形體內部所對應的螺紋部分相嚙合，並且其直徑大於所述頂杆端部的螺紋部分的直徑。
通過使頂杆部件中部也配備螺紋部分並與彈性變形體配合聯接，能夠進ー步保證頂杆組件在彈性變形體內部的定位，並相應使得鏜刀動力主軸通過拉杆和斜塊所傳遞的力更精確地傳遞至彈性變形體中部的弾性壁結構；此外，頂杆端部螺紋部分的直徑被設定為小於頂部中部螺紋部分的直徑，這樣能夠保證鎖緊螺母更有效地壓在彈性變形體的表面上。作為進ー步優選地，所述頂杆中部的螺紋部分不超出彈性變形體內部所對應嚙合的螺紋部分。通過將頂杆中的螺紋部分按照上述方式設置，能有效地避免螺紋變形導致的頂杆組件拆卸的困難，不僅方便維護，而且避免了頂杆組件的失效。作為進ー步優選地，所述拉杆設置在直線軸承或滑動軸承內並與所述斜塊相連，用於在電機的驅動下帯動斜塊一起作軸向移動。通過將拉杆直接設置在直線軸承或滑動軸承中並與斜塊相連，一方面可以省去聯接套結構，相應增加了其他元件的設計空間；另一方面能夠以簡單結構來實現拉杆的安裝及功能操作，並便於維修和更換。作為進ー步優選地，所述斜塊的斜度為I : 5 I : 50。通過將斜塊的斜度具體限定為以上數值範圍，實踐結果證明，可以實現合理地平衡拉杆軸向移動距離及拉杆驅動力，有利於減小弾性槓桿的軸向長度，減小拉杆驅動力，從而達到減小驅動環節的機械磨損的技術效果。作為進ー步優選地，所述彈性變形體例如由彈簧鋼材質構成，所述斜塊的斜面例如由硬質合金材質構成。通過對彈性變形體和斜塊斜面的構成材質的上述限定，實踐結果證明，可以較令人滿意地實現對鏜刀徑向的精密自動調節，同時可增加最大補償範圍，並達到減少機械磨損的技術效果。作為進ー步優選地，所述彈性鏜杆還包括防護罩，該防護罩固定在彈性變形體的前端，並與其留有譬如為Imm左右的間隙。通過在彈性鏜杆的前端設置有防護罩，可以防止切屑等進入到鏜杆中，並有利幹保護鏜杆的內部組成元件。總體而言，通過本發明所構思的弾性鏜杆，能夠在顯著提高彈性鏜杆整體剛性的同時實現對鏜削加工過程中刀具徑向上的雙向微米級精密自動調節，井根據加工誤差信號的檢測及處理結果進行自動加工誤差補償加工，從而保證和提高鏜削加工的精度和效率，此外還可以用於對異性孔的插補加工。
圖1是按照本發明的弾性鏜杆的整體結構的截面示意圖；圖2是按照本發明設置在鏜杆中部的多個槽及相應形成的弾性壁結構的示意圖；圖3是圖2中所示的弾性壁結構在鏜杆和刀具進給位置徑向調節過程中所起作用的原通不意圖；圖4是按照本發明的彈性鏜杆中的頂杆的結構示意圖。在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件，其中
I彈性變形體2斜塊3頂杆組件4防護罩5刀杆組件6鏜削動力頭主軸7拉杆8-12槽13弾性壁結構14槽15螺杆16鎖緊螺母17鋼球18螺杆端部的螺紋部分19螺杆中部的螺紋部分20彈性變形體所對應的嚙合螺紋部分
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。參見圖1，圖I是按照本發明的彈性鏜杆的整體結構的截面示意圖。如圖I中所示，按照本發明的弾性鏜杆由彈性變形體I、斜塊2、頂杆組件3、刀杆組件5、拉杆7和作為可選的防護罩4等元件共同組成。彈性變形體I作為構成弾性鏜杆的主體，譬如可以呈圓柱體結構，並由彈簧鋼材質等材質構成。彈性變形體I的前端(在圖I中即為右端)用於與裝有鏜刀的刀杆組件5連接，其後端(在圖I中即為左端)用幹與鏜削動力頭主軸6同軸連接，由此當鏜削動カ頭主軸提供驅動的情況下，支撐和定位刀杆組件來實現鏜削加工。彈性變形體I的中部設置有分別分布在彈性變形體I中部區域的兩個不同的平行橫截面上的十個槽，參見圖I中的A-A和B-B，並且A-A橫截面上的槽與B-B橫截面上的槽之間保持對稱。通過這些槽的設置，相鄰槽之間的間隔部分由於其自身的弾性，分別形成了八個起鉸鏈作用的弾性壁結構。當這些彈性壁受カ時，相應於受力的方向和強度而發生變形，由此使得鏜杆主體在徑向上發生變形。在彈性變形體I的內部，設置有斜塊2、頂杆組件3和拉杆7。斜塊2處於彈性變形體I的前端內部，其縱剖面大致上呈平行四邊形結構，並且其上下兩個面是相互平行的斜面，也即分別相對於彈性變形體I的軸向方向構成一定角度的斜角。對於斜面的斜度，可以根據鏜加工的エ藝參數等條件來進行設定。在一個優選實施例中，斜塊的斜度為I : 5 I 50之間。通過將斜塊的斜度具體限定為以上數值範圍，經過較多的實踐結果證明，可以實現合理地平衡拉杆軸向移動距離及拉杆驅動力，有利於減小弾性槓桿的軸向長度，減小拉杆驅動カ，從而減小驅動環節的機械磨損的技術效果。此外，斜塊的斜面可以由譬如YG3X的硬質合金材質構成，由此實現對鍵刀徑向的精密自動調節，並減少機械磨損。拉杆7是與彈性變形體I的主軸同軸安裝的杆狀元件，其可以設置在譬如滑動軸承或直線軸承內並與斜塊2的後端相連，由伺服電機的驅動前後移動，由此帶動斜塊2在一定的範圍內前後移動。頂杆組件3包括兩個頂杆，這兩個頂杆的一端與彈性變形體I前端固定連接，另外一端分別與斜塊2的上下兩個斜面保持接觸，並且整體保持與彈性變形體I的軸向方向相垂直。這樣，當拉杆7在伺服電機的驅動下前後移動並帶動斜塊2 —起作軸向移動的過程中，頂杆組件3由幹與斜塊2的斜面發生カ的作用，由此沿著彈性變形體I的徑向方向產生偏移。如圖4中所示，頂杆組件3的兩個頂杆分別由螺杆15、鎖緊螺母16和鋼球17組成，其中螺杆15的一端具備螺紋部分18，通過設在彈性變形體I表面上的鎖緊螺母16而得以鎖緊固定並施加預加載荷；另外一端為端部帶有中心孔的圓柱面，鋼球17呈球冠結構安裝在該圓柱面內，且其球冠平面用幹與所述斜塊的斜面保持接觸。由於鋼球17的球面可以在螺杆中心孔內自由轉動，使得鋼球17的平面能夠自適應地與斜塊平面完全接觸，由此提高了接觸剛度，使得鋼球17與斜塊2相對運動時能有效地減小磨損，同時其磨損的均勻性能顯著提高其正常使用期限並提高可靠性。此外，頂杆部件3可以從彈性變形體I的外部進行裝配，這樣能夠增加斜塊2及拉杆7的設計空間，從而增加斜塊及拉杆的強度和剛性，達到提高鏜杆整體剛性的目的。在一個優選實施例中，頂杆組件3的頂杆的中部也具備螺紋部分19，彈性變形體I在此位置具備相應的螺紋部分20，通過兩者之間的嚙合來保證頂杆在彈性變形體內部的進ー步定位。如圖4中所示，可以將頂杆中部螺紋部分19的直徑設定為大於頂杆端部螺紋部分18的直徑，這樣能 夠保證鎖緊螺母16更有效地壓在彈性變形體I的表面上。在另外ー個優選實施例中，可以將頂杆中部的螺紋部分19設定為不超出彈性變形體內部所對應嚙合的螺紋部分20，如圖4中所示，螺紋部分19完全處於螺紋部分20的範圍之內，並且螺紋部分19的上下兩端分別距離螺紋部分20的上下兩端有LI和L2的長度，通過這種設定，由於避免了螺紋變形引起的頂杆拆卸困難，能夠取得方便維護並避免頂杆組件失效的技術效果。當頂杆組件3發生徑向偏移時，如同以上解釋地那樣，八個彈性壁通過自身的彈性而起到鉸鏈的作用，由此使得作為鏜杆主體的彈性變形體的前後兩端在整體上都能夠在徑向方向上作相對移動，相應地，實現鏜杆及其刀具進給位置在刀徑向上的自動調節。下面將參照圖2和圖3來具體描述按照本發明優選實施例設置在鏜杆中部的多個槽及相應形成的弾性壁結構，以及弾性壁結構在鏜杆和刀具進給位置徑向調節過程中所起的作用過程。如圖2中所示，在彈性變形體中部的橫截面A-A上，沿著圓柱形彈性變形體的徑向方向分別設置有與彈性變形體外表面相連通的第一槽8、完全設置在彈性變形體內部並與第一槽8之間保持一定間隔的第二槽9、設置在彈性變形體內部並與第二槽9之間保持一定間隔的較長第三槽10、設置在彈性變形體內部並與第三槽10之間保持一定間隔的第四槽11，以及與彈性變形體另外ー個外表面相連通並與第四槽11之間保持一定間隔的第五槽12。位於彈性變形體中部不同位置的A-A橫截面和B-B橫截面上的多個槽是對稱設置的，因此B-B橫截面上同樣設置有第一槽至第五槽。A-A和B-B兩個橫截面上的第二槽至第五槽分別可以通過C-C方向上的縱向槽相連通，圖2中僅示出了兩個第三槽之間通過縱向槽14相連通的情形。通過設置如圖2中所示的多個槽，相鄰槽之間的間隔部分由於其自身的弾性，分別形成了總計八個起鉸鏈作用的弾性壁結構13。然而應當理解，圖2中所示的開槽方式並非唯一的，本領域的普通技術人員容易想到對這些槽的具體設置方式進行改變或調整，只要其最後在彈性變形體I的中部構成八個起鉸鏈作用的弾性壁結構即可。當弾性變形體內部的槽與縱向槽13相垂直並將彈性變形體的中部分為上下対稱的兩部分時，可實現對上述技術效果的進ー步改善。在一個優選實施例中，彈性變形體各個橫截面上形成的彈性壁結構呈中心對稱分布，它們相互平行且垂直於彈性變形體的徑向方向。這樣在頂杆作徑向偏移的過程中，弾性壁結構作為類似鉸鏈的裝置能夠上下均衡地起作用，由此得彈性變形體也相應地保持均衡的徑向偏移；此外，弾性壁的結構尺寸在保持一致的情況下，容易計算及調整各壁的厚度，從而便於對刀杆的整體平移效果進行控制。弾性壁結構的厚度會直接影響到鏜刀徑向上的自動調節精度，因此在ー個優選實施例中，弾性壁結構的厚度為O. 3mm 3mm。較多的實踐結果表明，這種厚度範圍的弾性壁結構與現有技術相比，能夠實現對鏜刀刀杆更精密的徑向自動調節，並保證合理的鏜杆剛性及最大補充範圍。
圖3是圖2中所示的弾性壁結構在鏜杆和刀具進給位置徑向調節過程中所起作用的原理示意圖。如圖3中所示，當拉杆在譬如伺服電機的驅動下帶動與其相連的斜塊一起在彈性變形體內部軸向移動時，斜塊與保持同斜塊的上下斜面保持接觸的兩個頂杆發生作用，由此推動頂杆作徑向偏移。由於彈性變形體的中部形成有八個彈性壁結構，這些弾性壁在頂杆作徑向偏移的過程中通過自身的彈性而起到鉸鏈的作用，由此使得作為鏜杆主體的彈性變形體的前端在整體上能夠在徑向方向上作相對移動，相應地，實現刀杆及其刀具位置在徑向上的自動調節。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所 作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜杆，該彈性鏜杆由作為鏜杆主體的彈性變形體(I)，以及設置在該彈性變形體⑴內部的斜塊(2)、頂杆組件(3)和拉杆(7)而構成，其中 所述彈性變形體(I)的前端用於與裝有鏜刀的刀杆組件(5)連接，後端用於與鏜削動力頭主軸(6)同軸連接，所述彈性變形體(I)的中部在其相互平行的兩個橫截面(A-A，B-B)上對稱地分別設置有多個槽，並且每個橫截面上的槽之間的間隔部分形成了四個起鉸鏈作用的彈性壁結構；所述斜塊(2)設置在彈性變形體(I)的前端內部，並具備相互平行的上下兩個斜面；所述拉杆(7)與所述斜塊(2)相連，用於在電機的驅動下帶動斜塊(2) —起作軸向移動； 所述頂杆組件(3)包括兩個與彈性變形體(I)的軸向方向相垂直的頂杆，它們各自的一端與彈性變形體(I)前端固定連接，另外一端分別與所述斜塊(2)的上下兩個斜面保持接觸，由此在拉杆(7)帶動斜塊(2) —起作軸向移動的過程中發生徑向偏移。
2.如權利要求I所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述彈性變形體各個橫截面上形成的彈性壁結構呈中心對稱分布，它們相互平行且垂直於彈性變形體的徑向方向。
3.如權利要求I或2所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述彈性壁結構的厚度為0.3mm 3mm 。
4.如權利要求1-3任意一項所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述頂杆由螺杆、鎖緊螺母和鋼球組成並從外部裝配以實現與彈性變形體前端的固定連接，其中所述螺杆的一端具備螺紋部分，通過設在彈性變形體表面上的所述鎖緊螺母而得以鎖緊固定並施加預加載荷，另外一端為端部帶有中心孔的圓柱面，所述鋼球呈球冠結構安裝在該圓柱面內，且其球冠平面用於與所述斜面保持接觸。
5.如權利要求4所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述頂杆的中部具備螺紋部分，該螺紋部分用於與彈性變形體內部所對應的螺紋部分相嚙合，並且其直徑大於所述頂杆端部的螺紋部分的直徑。
6.如權利要求5所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述頂杆中部的螺紋部分不超出彈性變形體內部所對應嚙合的螺紋部分。
7.如權利要求1-6任意一項所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述拉杆設置在直線軸承或滑動軸承內並與所述斜塊(2)相連，用於在電機的驅動下帶動斜塊(2) —起作軸向移動。
8.如權利要求1-6任意一項所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述斜塊的斜度為I: 5 I 50。
9.如權利要求1-8任意一項所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述彈性變形體例如由彈簧鋼材質構成，所述斜塊的斜面例如由硬質合金材質構成。
10.如權利要求I所述的彈性鏜杆，其特徵在於，所述彈性鏜杆還包括防護罩，該防護罩固定在彈性變形體的前端，並與其留有譬如為Imm左右的間隙。
全文摘要
本發明公開了一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜杆，由作為鏜杆主體的彈性變形體，以及設置在其內部的斜塊、頂杆組件和拉杆而構成，其中彈性變形體的中部形成有八個起鉸鏈作用的彈性壁結構，斜塊設置在彈性變形體的前端內部並具備相互平行的上下兩個斜面，拉杆與斜塊相連用於帶動斜塊一起作軸向移動，頂杆組件用於在拉杆帶動斜塊一起作軸向移動時發生徑向偏移。按照本發明的彈性鏜杆，能夠提高鏜杆的整體剛性並實現徑向調節的雙向補充，相應提高鏜刀徑向調節的精確性和可靠性。
文檔編號B23B29/02GK102615300SQ20121008228
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者鄧建春, 邵新宇 申請人:華中科技大學