CN102773521A - 数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置，该钻孔装置由安装在车床尾座（4）孔上的定位基准体组件、动力输入机构、自适应式错位齿轮传动机构和自适应式螺旋传动机构组成。本发明的数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置与主机的尾座整合便捷、定位精确，结构灵巧，工作稳定，能显著提高数控车床的性能、工作效益以及钻孔质量，具有专用数控钻孔机床的钻孔技术能力，可制成与系列型号的数控车床尾座相配套的通用附件。

Description

数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置

技术领域

    本发明涉及数控车床，具体涉及一种安装在数控车床尾座孔上的恒力自补式精密钻孔装置。

背景技术

卧式数控车床是对旋转类零件上进行钻孔加工的主要设备之一，它的尾座钻孔深度和钻孔直径最大，钻头定位准确、更换快捷。但因尾座自身独特的传动结构和钻孔方式的限制，使数控车床尾座不能共享数控车床的数字控制系统，无法实现在数字控制下自动钻孔。在日常工作中，人们常利用数控车床的纵向运动机构上的刀架，来代替尾座夹持钻头进行自动钻孔，又因纵向运动机构在主轴箱和尾座之间受到运动行程的限定和中心架夹持工件等方面的位置影响，刀架上的钻头在有限的床身轨道上不仅钻孔行程短，而且在刀架上适用于安装的钻头规格很少。在文献资料中，有的因其传动机构的运动精度等方面影响，使运动构件与司服电机转角存在随动性差和同步性低等缺陷，制约了在数控下对超长台阶孔高精度加工的技术要求。如：《数字化钻孔装置》专利号:200720035704.8。

发明内容

针对数控车床的尾座存在的不足现象，在不改变数控车床尾座原有尺寸的基础上，利用其尾座孔为安装基准体，并共享数控车床的数字控制操作系统为前提，设计了与数控车床尾座相配套的数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置，以恒力自适应式螺旋传动机构和自适应式错位齿轮机构为传动方式，增强各机件在运动时的随动性和同步性，使钻杆往复运动精度满足在数字控制下对长孔加工的技术要求，实现数控车床尾座在不移动的情况下，提高对200毫米以上的超长台阶孔加工质量和效率，并可制成与系列型号的数控车床尾座相配套的通用附件。

本发明的技术解决方案是：该钻孔装置由安装在车床尾座孔上的定位基准体组件、动力输入机构、自适应式错位齿轮传动机构和自适应式螺旋传动机构组成，所述的定位基准体组件包括定位板、主套筒、螺栓、间隔套、左轴承、右轴承、有尾键和螺帽，首先用螺栓将定位板紧固在主套筒中部的法兰盘上，其次将左轴承、间隔套和右轴承依次套插在主套筒右端的外径上和大齿轮的内孔中，再用并紧螺帽紧固在主套筒右端的外径上，组合成定位基准体组件；所述的动力输入机构包括齿轴、弹簧、活动离合爪、圆柱销、小齿轮、小齿轮壳、轴承座和轴承，首先依次将弹簧、活动离合爪和小齿轮套装在齿轴中部的轴径上，通过按压小齿轮迫使弹簧收缩，使活动离合爪上的长槽与齿轴上的销孔对中，用圆柱销插入定位即形成同一旋转体，其次将齿轴左端带有内键槽的孔套插在司服电机带有平键的轴径上，小齿轮壳开有豁口槽的一面朝下，在其右端孔处用螺钉连接的轴承座孔内的轴承套装在齿轴右端的轴径上，其后用四棵长螺钉分别贯穿在小齿轮壳、定位板并旋紧在司服电机的四个螺孔上，使司服电机和小齿轮壳分别压紧在定位板两侧面的孔径圆上，使活动离合爪在弹簧力作用下与小齿轮上的离合爪呈弹性啮合，组合成动力输入机构；所述的自适应式错位齿轮传动机构包括左齿轮、右齿轮、销形簧、螺杆和螺套体，首先将两根销形簧的一端分别插在左齿轮右端面呈对称设置的圆柱孔和圆锥孔中，两根销形簧的另一端分别插在右齿轮左端面呈对称设置的圆锥孔和圆柱孔中，使左齿轮的内外齿与右齿轮的内外齿呈相互对等微量的错位状态，在外力作用下克服两销形簧的弹力让左齿轮、右齿轮的内外齿对齐，并分别与大齿轮和小齿轮的齿啮合，在销形簧预压力作用下，使左、右两齿轮与大、小两齿轮分别形成相互有着一定反向旋转力的错位齿轮，其次用螺杆经螺套体将左齿轮、右齿轮和左轴承、右轴承分别限位在大齿轮的外齿轮上和内孔中，其后将齿轮壳上设有的豁口槽朝上套包在小齿轮壳设有的豁口槽外侧，用螺丝固定在定位板的外径圆上，组合成自适应式错位齿轮传动机构；所述的自适应式螺旋传动机构包括大弹簧、左铜螺母、右铜螺母、外螺套和钻杆，首先将钻杆上带有键槽的T形螺纹插套在左铜套、右铜套内孔和主套筒孔内已安装好的有尾键上，其次将装有大弹簧的左铜螺母右端设有的内花键套插在右铜螺母左端设有的外花键上，再将左铜螺母和右铜螺母依次旋合在钻杆的右端开有键槽的T形螺径上，其后由右向左推动钻杆依次将大弹簧、左铜螺母和右铜螺母送入螺套体右端的内孔和内花键槽中，迫使大弹簧受到螺套体和左铜螺母的相对挤压而收缩，并用外螺套将右铜螺母紧固定位在螺套体孔中，左铜螺母和右铜螺母与螺套体在花键的作用下形成相同角速度，而左铜螺母在大弹簧的预压力作用下，推动钻杆上的T形螺纹右螺纹面与右铜螺母的左螺纹面相对运动贴合，使左铜螺母和右铜螺母在钻杆的T形螺径上产生恒定的相反轴向弹性旋合力，组合成自适应式螺旋传动机构。

其中，小齿轮壳上设有单向注油阀。

本发明设计了具有恒力自适应式错位齿轮传动机构，有效解决传统齿轮传动机构的齿轮啮合间隙，从而提高自适应式错位齿轮传动机构上的主动齿轮与从动齿轮在旋转运动时的随动性和同步性，填补了传统错位齿轮不能适时自行调节齿轮啮合间隙的空白。

本发明设计了具有恒力自适应式螺旋传动机构，有效解决传统螺旋副螺母与丝杆的轴向旋合间隙，从而提高自适应式螺旋传动机构上的螺母转角与钻杆上的丝杆在往复运动时的随动性和同步性，填补了传统螺旋副因运动精度低下不能代替滚动螺旋的空白。

本发明设计的主套筒左端外径上通过螺帽安装在数控车床尾座孔中，主套筒的左中部大外径上通过螺栓安装定位板，主套筒的右中部通过左轴承和右轴承安装大齿轮，主套筒的右端外螺径上安装并紧螺帽，主套筒的两端内孔安装左铜套和右铜套。

本发明设计的定位板外形呈方圆接合体，呈方形体一端两侧面设有同心台阶孔和四个螺孔，通过四个螺孔内螺钉将司服电机和小齿轮壳分别安装在定位板两侧面的台阶孔中，呈圆形一端外径上通过螺丝安装大齿轮壳。

本发明设计的钻杆左端外径上开有冲退钻头槽，内径上设有内锥孔安装钻头，右端为T形螺纹安装左、右两铜螺母。

该数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置共享主机数字控制操作系统，与主机的尾座整合便捷，结构灵巧，工作稳定，能显著提高数控车床尾座的自动钻孔性能、工作效益以及钻孔质量，达到数控车床尾座具有专用数控钻孔机床的钻孔技术能力。

附图说明

图1为本发明的右视示意图。

图2为图1的B-B向结构示意图。

图3为图2的A-A向局部示意图。

图中：1钻杆，2螺帽，3有尾键，4车床尾座，5主套筒，6司服电机，7螺栓，8定位板，9平键，10弹簧，11圆柱销，12活动离合爪，13小齿轮，14小齿轮壳，15轴承，16齿轴，17轴承座，18左轴承，19右轴承，20螺套体，21左铜螺母，22右铜螺母，23外螺套，24大弹簧，25并紧螺帽，26螺杆，27大齿轮，28齿轮壳，29右齿轮，30左齿轮，31销形簧，32间隔套，33右铜套，34左铜套，35松紧手柄，36注油阀，37螺孔，38销形簧孔。

具体实施方式

如图1-3所示，该钻孔装置由安装在车床尾座4孔上的定位基准体组件、动力输入机构、自适应式错位齿轮传动机构和自适应式螺旋传动机构组成，所述的定位基准体组件包括定位板8、主套筒5、螺栓7、间隔套32、左轴承18、右轴承19、有尾键3、并紧螺帽25和螺帽2，首先用螺栓7将定位板8紧固在主套筒5中部的法兰盘上，其次将左轴承18、间隔套32和右轴承19依次套插在主套筒5右端的外径上和大齿轮27的内孔中，再用并紧螺帽25紧固在主套筒5右端的外径上，组合成定位基准体组件；所述的动力输入机构包括齿轴16、弹簧10、活动离合爪12、圆柱销11、小齿轮13、小齿轮壳14、轴承座17和轴承15，首先依次将弹簧10、活动离合爪12和小齿轮13套装在齿轴16中部的轴径上，通过按压小齿轮13迫使弹簧10收缩，使活动离合爪12上的长槽与齿轴16上的销孔对中，用圆柱销11定位即形成同一旋转体，其次将齿轴16左端带有内键槽的孔套插在司服电机6带有平键9的轴径上，小齿轮壳14开有豁口槽的一面朝下，在其右端孔处用螺钉连接的轴承座17孔内的轴承15套装在齿轴16右端的轴径上，其后用四棵长螺钉分别贯穿在小齿轮壳14、定位板8并旋紧在司服电机6的四个螺孔37上，使司服电机6和小齿轮壳14分别压紧在定位板8两侧面的孔径圆上，使活动离合爪12在弹簧10力作用下与小齿轮13上的离合爪呈弹性啮合，组合成动力输入机构；所述的自适应式错位齿轮传动机构包括左齿轮30、右齿轮29、销形簧31、螺杆26和螺套体20，首先将两根销形簧31的一端分别插在左齿轮30右端面呈对称设置的圆柱孔和圆锥孔中，两根销形簧31的另一端分别插在右齿轮29左端面呈对称设置的圆锥孔和圆柱孔中，使左齿轮30的内外齿与右齿轮29的内外齿呈相互对等微量的错位状态，在外力作用下克服两销形簧31的弹力让左齿轮30、右齿轮29的内外齿对齐，并分别与大齿轮27和小齿轮13的齿啮合，在销形簧预压力作用下，使左、右两齿轮与大、小两齿轮分别形成相互有着一定反向旋转力的错位齿轮，其次螺杆26经螺套体20将左齿轮、右齿轮和左轴承18、右轴承19分别限位在大齿轮27的外齿上和内孔中，其后将齿轮壳28上设有的豁口槽的一面朝上套包在小齿轮壳14设有的豁口槽外侧，用螺丝固定在定位板8的外径圆上，组合成自适应式错位齿轮传动机构；所述的自适应式螺旋传动机构包括大弹簧24、左铜螺母21、右铜螺母22、外螺套23和钻杆1，首先将钻杆1上带有键槽的T形螺纹插套在左铜套34、右铜套33内孔和主套筒5孔内已安装好的有尾键3上，其次将装有大弹簧24的左铜螺母21右端设有的内花键套插在右铜螺母22左端设有的外花键上，再将左铜螺母21和右铜螺母22依次旋合在钻杆1的右端开有键槽的T形螺径上，其后由右向左推动钻杆1依次将大弹簧24、左铜螺母21和右铜螺母22送入螺套体20右端的内孔和内花槽孔中，迫使大弹簧24受到螺套体20和左铜螺母21的相对挤压而收缩，并用外螺套23将右铜螺母22紧固定位在螺套体20孔中，左铜螺母21和右铜螺母22与螺套体20在花键的作用下形成相同角速度，而左铜螺母21在大弹簧24的预压力作用下，推动钻杆1上的T形螺纹右螺纹面与右铜螺母22的左螺纹面相对运动贴合，使左铜螺母21和右铜螺母20在钻杆1的T形螺径上产生恒定的相反轴向弹性旋合力，组合成自适应式螺旋传动机构。

其中，小齿轮壳14上设有单向注油阀33。

由于数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置是以数控车床尾座4孔为安装基准，因此在与尾座安装时，只需将主机尾座4上的原有手轮和尾座套筒卸下，将该钻孔装置上的主套筒5的左端外径插入数控车床的尾座4孔中，再用螺帽2将主套筒5紧固在数控车床的尾座4孔上。即完成该钻孔装置与数控车床尾座孔安装组合。所以数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置上的钻杆轴心线与数控车床尾座孔心线吻合和数控车床主轴同心，与尾座安装定位精度高，通用性好，满足数控车床高精度钻孔要求。

在齿轮传机构方面，由于左齿轮30和右齿轮29在两个销形簧31作用下，左右两齿轮角速度相同，当它们的内外两齿分别与大齿轮27和小齿轮13的啮合有间隙或齿形有摩损时，在两个销形簧31释放的预压力作用下，使左齿轮30和右齿轮29作相互反向旋转，因此，左、右两齿轮与大齿轮27和小齿轮13有啮合间隙时，能自行达到适时补偿和调节，从而减少小齿轮与大齿轮在单位时间内作正反旋转时所产生的传动误差，增强运动构件间的随动性和同步性，提高齿轮传动的精确性。

在螺旋机构传动方面，由于右铜螺母22上的小花键和大花键分别插在左铜螺母21和螺套体20的内花键中，并由外螺套23将其紧固定位在螺套体20孔内，使螺套体20与左右两铜螺母角速度相同，当旋合在钻杆1呈T形螺径上的左右铜螺母有轴向旋合间隙或螺纹牙形有摩损时，在大弹簧24释放的预压力作用下，使左铜螺母21和右铜螺母22在钻杆1的T形螺径上作相互反向滑动，使钻杆1呈T形螺纹上的左右两个螺纹面分别与左铜螺母21的右螺纹面和右铜螺母22的左螺纹面作无间隙贴合，因此，左、右两铜螺母与钻杆1的螺径有磨损或有轴向旋合间隙时，能自行达到适时补偿和调节，消除螺母与钻杆1的T形螺纹在单位时间内作正反旋转时产生的传动误差，增强运动构件间的随动性和同步性，提高螺旋传动的精确性。

在钻孔工作中，司服电机6经平键9、圆柱销11和弹簧10作用下，活动离合爪12与小齿轮13离合爪啮合形成角速相同，并带动自适应式错位齿轮旋转，由于自适应式错位齿轮的内齿与大齿轮27的外齿呈圆周啮合，因此，自适应式错位齿轮与大齿轮27其角速度相同；大齿轮27经螺杆26作用与螺套体20其角速度相同；右铜螺母22上的小外花键和大外花键分别与左铜螺母21的内花键和螺套体20内花键啮合其角速度相同。当螺套体20左旋转时，左铜螺母21右螺纹面与钻杆1T形螺纹的左螺纹面紧贴，经旋转推动钻杆1在主套筒5的左铜套34和右铜套33孔内作右轴向滑动，形成钻孔时的无间隙退刀运动；当螺套体20右旋转时，右螺母22的左螺面纹与钻杆1矩形螺纹的右螺纹面已经紧贴，经旋转推动钻杆1在主套筒5的左铜套34和右铜套33孔内作左轴向滑动，形成钻孔时的无间隙进刀运动；因此，恒力自补式数控车床尾座精密钻孔装置，满足钻杆上的刀具在数字控制下的对钻、铰扩等孔项目加工技术要求，增强了钻杆轴向运动的位置性和稳定，拓展了与不同规格车床尾座组合的通用性。

恒力自补式钻孔装置在传动机构中设有过载保护装置，当快速进退运动超程或钻削阻力过大时，活动离合爪12克服小弹簧10的压力与小齿轮13上的离合爪打滑，使小齿轮13停止旋转，并发出哒哒哒的声响加以提示，以防超负荷而损坏运动构件或钻孔装置。

技术注意事项：

1、大弹簧24的压力应根据钻杆在主套筒5的左铜套34和右铜套33孔内的滑动阻力系数通过外螺套23进行调节。

2、司服电机6采用偏位设计，兼顾车床尾座快速松紧手柄35和尾座固定螺帽的松紧操作。

3、左右两铜螺母采用左窄右宽的设计形式，提高该装置的效能利用和经济实用性。

4、在钻头快速进刀发生碰撞，并有哒哒哒的声响时，说明过载保护生效，此时需要重新对刀才能保证钻孔深度的精确控制。

Claims (2)

1.数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置，其特征是：该钻孔装置由安装在车床尾座（4）孔上的定位基准体组件、动力输入机构、自适应式错位齿轮传动机构和自适应式螺旋传动机构组成，所述的定位基准体组件包括定位板（8）、主套筒（5）、螺栓（7）、间隔套（32）、左轴承（18）、右轴承（19）、有尾键（3）、并紧螺帽（25）和螺帽（2），首先用螺栓（7）将定位板（8）紧固在主套筒（5）中部的法兰盘上，其次将左轴承（18）、间隔套（32）和右轴承（19）依次套插在主套筒（5）右端的外径上和大齿轮（27）的内孔中，再用并紧螺帽（25）紧固在主套筒（5）右端的外径上，组合成定位基准体组件；所述的动力输入机构包括齿轴（16）、弹簧（10）、活动离合爪（12）、圆柱销（11）、小齿轮（13）、小齿轮壳（14）、轴承座（17）和轴承（15），首先依次将弹簧（10）、活动离合爪（12）和小齿轮（13）套装在齿轴（16）中部的轴径上，通过按压小齿轮（13）迫使弹簧（10）收缩，使活动离合爪（12）上的长槽与齿轴（16）上的销孔对中，用圆柱销（11）定位即形成同一旋转体，其次将齿轴（16）左端带有内键槽的孔套插在司服电机（6）带有平键（9）的轴径上，小齿轮壳（14）开有豁口槽的一面朝下，在其右端孔处用螺钉连接的轴承座（17）孔内的轴承（15）套装在齿轴（16）右端的轴径上，其后用四棵长螺钉分别贯穿在小齿轮壳（14）、定位板（8）并旋紧在司服电机（6）的四个螺孔（37）上，使司服电机（6）和小齿轮壳（14）分别压紧在定位板（8）两侧面的孔径圆上，使活动离合爪（12）在弹簧（10）力作用下与小齿轮（13）上的离合爪呈弹性啮合，组合成动力输入机构；所述的自适应式错位齿轮传动机构包括左齿轮（30）、右齿轮（29）、销形簧（31）、螺杆（26）和螺套体（20），首先将两根销形簧（31）的一端分别插在左齿轮（30）右端面呈对称设置的圆柱孔和圆锥孔中，两根销形簧（31）的另一端分别插在右齿轮（29）左端面呈对称设置的圆锥孔和圆柱孔中，使左齿轮（30）的内外齿与右齿轮（29）的内外齿呈相互对等微量的错位状态，在外力作用下克服两销形簧（31）的弹力让左齿轮（30）、右齿轮（29）的内外齿对齐，并分别与大齿轮（27）和小齿轮（13）的齿啮合，在销形簧预压力作用下，使左、右两齿轮与大、小两齿轮分别形成相互有着一定反向旋转力的错位齿轮，其次螺杆（26）经螺套体（20）将左齿轮（30）、右齿轮（29）和左轴承（18）、右轴承（19）分别限位在大齿轮（27）的外齿上和内孔中，其后将齿轮壳（28）上设有的豁口槽一面朝上套包在小齿轮壳（14）设有的豁口槽外侧，用螺丝固定在定位板（8）的外径圆上，组合成自适应式错位齿轮传动机构；所述的自适应式螺旋传动机构包括大弹簧（24）、左铜螺母（21）、右铜螺母（22）、外螺套（23）和钻杆（1），首先将钻杆（1）上带有键槽的T形螺纹插套在左铜套（34）、右铜套（33）内孔和主套筒（5）孔内已安装好的有尾键（3）上，其次将装有大弹簧（24）的左铜螺母（21）右端设有的内花键套插在右铜螺母（22）左端设有的外花键上，再将左铜螺母（21）和右铜螺母（22）依次旋合在钻杆（1）的右端开有键槽的T形螺径上，其后由右向左推动钻杆（1）依次将大弹簧（24）、左铜螺母（21）和右铜螺母（22）送入螺套体（20）右端的内孔和内花槽孔中，使大弹簧（24）受到螺套体（20）和左铜螺母（21）的相对挤压而收缩，并用外螺套（23）将右铜螺母（22）紧固定位在螺套体（20）孔中，左铜螺母（21）和右铜螺母（22）与螺套体（20）在花键的作用下形成相同角速度，左铜螺母（21）在大弹簧（24）的预压力作用下推动钻杆（1）上的T形螺纹右螺纹面与右铜螺母（22）的左螺纹面相对运动贴合，使左铜螺母（21）和右铜螺母（20）在钻杆（1）的T形螺径上产生恒定的相反轴向弹性旋合力，组合成自适应式螺旋传动机构。

2. 根据权利要求1所述的数控车床尾座恒力自补式精密钻孔装置，其特征是：其中，小齿轮壳（14）上设有单向注油阀（33）。

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