CN103949702B - 偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，该制孔装置包含实现刀具自转的刀具自转组件、实现刀具公转的刀具公转组件、将电主轴的公转转化为小角度摆动的公转防跟随组件和实现偏心量实时在线调整的机械式偏心量调整组件；该制孔装置解决了现有螺旋轨迹制孔装置中偏心量在线调整控制算法复杂、在线调整可靠性差、对控制系统要求高、调整精度差等一系列问题；实现了偏心量机械正交在线调整，具有偏心量调整高实时性、高精度、高可靠性等特点，对控制系统性能要求低，降低系统成本，且控制容易、便于数控编程。

Description

偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置

技术领域

本发明是关于自动化制孔技术，尤其涉及一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置。

背景技术

制孔技术是航空制造领域的关键基础工艺，直接影响着飞机的装配效率和装配质量。在飞机装配中，尤其在大部件对接区，有许多直径大、夹层厚、复合叠层的孔需要加工，传统的方法是采用大功率进给钻大直径的刀具，制孔质量低，效率低。特别遇到金属加复合材料的叠层结构，极易造成分层疲裂。刀具磨损极快。

国外对“以铣代钻”的制孔工艺的研究起步较早，EricWhinnem阐述了螺旋轨迹制孔技术的发展及其在波音飞机上的应用；WangyangNi研究了螺旋轨迹的加工机理，并在动力学方面取得了一定的进展；R.Iyer等人对螺旋轨迹制孔刀具的寿命进行了研究。在2000年由瑞典的Novator推出了便携式螺旋轨迹制孔装置，已经应用到空客和波音公司的飞机装配制孔中，取得了较好的效果。

国内对偏心制孔的研究起步较晚，天津大学在螺旋轨迹制孔的动力学研究方面做了一些探索，建立了偏心制孔加工过程的铣削力和力矩模型，并制造出了物理样机，但这些装置，只能实现偏心量的离线调整(即机器停止运转，手动调整刀具轴线偏心量并固定这个偏心量后再启动机器工作)，制孔主轴在运转时，是不能调整的。这样极大地限制了轨迹制孔的灵活性。

现有的螺旋轨迹制孔方式，其偏心量调整一般采用离线，即离线调整完内外偏心套的偏心量后，将内外偏心套相对位置锁死或内外偏心套等速转动，实现等直径的制孔，该方式由于无法实现主轴运转时偏心量的调整，故无法加工锥孔等异形孔；另一种方式可通过内外偏心套差速转动的方式实现偏心量的调整，但这种方式会存在以下问题：

1.调整具有复杂的非线性，调整算法复杂；

2.调整靠电气控制方式来保证，可靠性差，易失控；

3.必须有内外偏心套的位置、速度实时反馈装置，对控制系统要求高；

4.控制精度不高，调整精度差，难以实现高质量孔的加工要求。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，以解决现有螺旋轨迹制孔装置中偏心量在线调整控制算法复杂、在线调整可靠性差、对控制系统要求高、调整精度差等一系列问题。

本发明的另一目的在于提供一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，以实现在线调整制孔孔径，进一步提高制孔效率，提高螺旋轨迹制孔的应用空间。

本发明的又一目的在于提供一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，实现了偏心量机械正交在线调整，具有偏心量调整高实时性、高精度、高可靠性等特点，对控制系统性能要求低，降低系统成本，且控制容易、便于数控编程。

本发明的目的是这样实现的，一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置；所述制孔装置包括一机壳，机壳内转动地设有一外偏心套；外偏心套中转动地设有一内偏心套；一电主轴转动地设置在所述内偏心套中；所述电主轴前端固定连接一刀具；所述内偏心套的外轮廓轴线与外偏心套的内轮廓轴线重合，内偏心套的内、外轮廓轴线具有间距；

一公转伺服电机固定安装在机壳上，该公转伺服电机通过带传动机构驱动所述外偏心套转动；

所述外偏心套后部连接一外调整套筒，内偏心套后部连接一内调整套筒；所述内、外调整套筒的筒壁之间滑动地设置有一内、外壁分别设有螺旋轨道的移动套筒，所述移动套筒的内、外壁上的螺旋轨道旋向相反；所述内调整套的外壁设有与移动套筒内壁的螺旋轨道相同的螺旋轨道；所述外调整套的内壁设有与移动套筒外壁的螺旋轨道相同的螺旋轨道；所述移动套筒的外端设有环形卡槽；一U形拨叉的U形开口卡设在所述环形卡槽中，该U形拨叉的另一端固定有一螺母；所述螺母设置在一丝杠上，所述丝杠与机壳轴向平行地设置在机壳上并与一调整电机连接；

所述机壳前端轴向设有一销轴；所述电主轴的外壳固定设有一防转支架，该防转支架的一端设有一长槽孔，该长槽孔与所述销轴滑动连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述内调整套筒和外调整套筒均与内偏心套的外轮廓轴线同轴设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述带传动机构包括固定设置在公转伺服电机上的小同步齿形带轮、固定设置在外偏心套上的大同步齿形带轮和联结在大小带轮之间的同步齿形带。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防转支架的另一端设有一套环体，所述套环体固定套设在电主轴的外壳上。

由上所述，本发明的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，对螺旋轨迹制孔装置在机械结构上进行了重大改进，采用一种机械正交(即利用一个不旋转的同心移动套筒沿轴向做直线移动，同时与这个移动套筒相配合的内、外偏心套产生相对旋转运动，以这种同步的复合运动方式，将直线运动转化为旋转运动，所述直线运动和旋转运动二者是垂直关系，即“机械正交”)的处理方式，实现了偏心量机械在线调整；该制孔装置具有偏心量调整高实时性、高精度、高可靠性等特点，对控制系统性能要求低，降低了系统成本，且控制容易、便于数控编程，解决了现有螺旋轨迹制孔偏心量难于在线调整的各种问题，有较大的推广应用空间。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置的立体结构示意图一。

图2：为本发明偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置的立体结构示意图二。

图3：为本发明偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置的剖视结构示意图。

图4：为本发明中移动套筒的结构示意图。

图5：为本发明中U形拨叉的结构示意图。

图6：为本发明中防转支架的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置100，该制孔装置包含实现刀具自转的刀具自转组件、实现刀具公转的刀具公转组件、将电主轴的公转转化为小角度摆动的公转防跟随组件和实现偏心量实时在线调整的机械式偏心量调整组件；其具体结构如图1、图2和图3所示，所述制孔装置100包括一机壳1，机壳1内转动地设有一外偏心套2；外偏心套2中转动地设有一内偏心套3；一电主轴4转动地设置在所述内偏心套3中；所述电主轴4前端固定连接一刀具(钻头)41，由电主轴4带动钻头在内偏心套3内自由转动，从而实现刀具的自转；所述内偏心套3的外轮廓(外圆)轴线与外偏心套2的内轮廓(内圆)轴线重合，内偏心套3的内、外轮廓轴线具有间距e；一公转伺服电机5固定安装在机壳1上，该公转伺服电机5通过带传动机构驱动所述外偏心套2转动，从而实现安装在内偏心套3内的钻头41的公转；所述外偏心套2后部连接一外调整套筒61，内偏心套3后部连接一内调整套筒62；所述内、外调整套筒61、62的筒壁之间滑动地设置有一内、外壁分别设有螺旋轨道631、632的移动套筒63(如图4所示)，所述移动套筒63的内、外壁上的螺旋轨道631、632旋向相反；所述内调整套3的外壁设有与移动套筒内壁的螺旋轨道631相同(匹配)的螺旋轨道(图中未示出)；所述外调整套2的内壁设有与移动套筒外壁的螺旋轨道632相同的螺旋轨道(图中未示出)；所述移动套筒63的外端(或称后端)设有环形卡槽633；一U形拨叉64的U形开口641卡设在所述环形卡槽633中(如图3、图5所示)，该U形拨叉64的另一端固定有一螺母65；所述螺母65设置在一丝杠66上，所述丝杠66与机壳1轴向平行地设置在机壳上并通过联轴器与一调整电机67连接，所述调整电机67也固定在机壳上；由于设有螺旋轨道，当移动套筒63做轴向直线移动时，移动套筒与内(或外)调整套筒之间轴向距离的调整变为两者之间的相对转动。工作时，调整电机67通过丝杠66、螺母65的转动，改变U型拨叉64的位置，从而改变移动套筒63沿外调整套的轴向的位置，使外调整套筒61与内调整套筒62相对转动，从而带动内偏心套3与外偏心套2相互转动，达到调整偏心量的目的。为防止电主轴4外壳旋转，所述机壳1前端轴向设有一销轴71；所述电主轴4的外壳固定设有一防转支架72(如图3、图6所示)，该防转支架72的一端设有一长槽孔721，该长槽孔721与所述销轴71滑动连接(即：所述销轴71能够相对长槽孔721滑动并摆动)；工作时，电主轴4通过防转支架72把公转的转动转化为小角度的摆动和长槽孔721与销轴71之间的直线往复运动，从而使电主轴4与机壳1之间无相对转动产生，避免了电主轴电缆线的缠绕。

进一步，在本实施方式中，所述外调整套筒61和内调整套筒62均与内偏心套3的外轮廓(外圆)轴线同轴设置。

如图1、图2和图3所示，所述带传动机构包括固定设置在公转伺服电机5输出轴上的小同步齿形带轮81、固定设置在外偏心套2上的大同步齿形带轮82和联结在大小带轮之间的同步齿形带83；由公转伺服电机5带动小同步齿形带轮81转动，小同步齿形带轮81通过同步齿形带83带动大同步齿形带轮82转动，进而驱动外偏心套2在机壳1内转动，由于内偏心套3安装在外偏心套2上，从而实现安装在内偏心套3上的钻头实现公转。

在实施方式中，所述防转支架72的另一端设有一套环体722，所述套环体722固定套设在电主轴4的外壳上；从而实现将电主轴的公转转化为小角度摆动。所述销轴71上可设置一转动体(如轴承)，以使销轴71与长槽孔721之间的相对运动更顺畅。

由上所述，本实施方式中的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，对现有螺旋轨迹制孔装置在机械结构上进行了重大改进，采用一种机械正交(即利用一个不旋转的同心移动套筒沿轴向做直线移动，同时与这个移动套筒相配合的内、外偏心套产生相对旋转运动，以这种同步的复合运动方式，将直线运动转化为旋转运动，所述直线运动和旋转运动二者是垂直关系，即“机械正交”)的处理方式，实现了偏心量机械在线调整；该制孔装置具有偏心量调整高实时性、高精度、高可靠性等特点，对控制系统性能要求低，降低了系统成本，且控制容易、便于数控编程，解决了现有螺旋轨迹制孔偏心量难于在线调整的各种问题，有较大的推广应用空间。

本发明的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，由电主轴驱动刀具沿内偏心套中心线转动进行刀具自转，再由公转伺服电机驱动内、外偏心套沿机壳转动，从而实现刀具的公转，通过进给即可实现刀具的等直径螺旋运动；若需实现变直径螺旋运动，可通过调整电机带动丝杠转动，通过螺母移动来调整U型拨叉64的位置，从而改变移动套筒的轴向位置，使内调整套筒与外调整套筒相对转动，从而带动内偏心套与外偏心套相互转动，可实现偏心量从零到最大值之间的实时在线调整。

与现有技术相比，本发明的制孔装置具有以下特点：

1.同一把刀具可以加工出一系列一定范围内不同直径系列的孔；

2.“以铣代钻”的制孔方式，改善了制孔工况条件，可有效提高制孔的精度和刀具的使用寿命；

3.偏心量机械式调整，可靠度高；

4.偏心量可在线调整，且调整难度低；

5.偏心量调整精度高；

6.对控制系统要求低，控制简单，易于实现数控编程。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置；所述制孔装置包括一机壳，机壳内转动地设有一外偏心套；外偏心套中转动地设有一内偏心套；一电主轴转动地设置在所述内偏心套中；所述电主轴前端固定连接一刀具；所述内偏心套的外轮廓轴线与外偏心套的内轮廓轴线重合，内偏心套的内、外轮廓轴线具有间距；

一公转伺服电机固定安装在机壳上，该公转伺服电机通过带传动机构驱动所述外偏心套转动；

其特征在于：所述外偏心套后部连接一外调整套筒，内偏心套后部连接一内调整套筒；所述内、外调整套筒的筒壁之间滑动地设置有一内、外壁分别设有螺旋轨道的移动套筒，所述移动套筒的内、外壁上的螺旋轨道旋向相反；所述内调整套的外壁设有与移动套筒内壁的螺旋轨道相同的螺旋轨道；所述外调整套的内壁设有与移动套筒外壁的螺旋轨道相同的螺旋轨道；所述移动套筒的外端设有环形卡槽；一U形拨叉的U形开口卡设在所述环形卡槽中，该U形拨叉的另一端固定有一螺母；所述螺母设置在一丝杠上，所述丝杠与机壳轴向平行地设置在机壳上并与一调整电机连接；

所述机壳前端轴向设有一销轴；所述电主轴的外壳固定设有一防转支架，该防转支架的一端设有一长槽孔，该长槽孔与所述销轴滑动连接。

2.如权利要求1所述的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，其特征在于：所述内调整套筒和外调整套筒均与内偏心套的外轮廓轴线同轴设置。

3.如权利要求1所述的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，其特征在于：所述带传动机构包括固定设置在公转伺服电机上的小同步齿形带轮、固定设置在外偏心套上的大同步齿形带轮和联结在大小带轮之间的同步齿形带。

4.如权利要求1所述的偏心量机械正交在线调整轨迹的制孔装置，其特征在于：所述防转支架的另一端设有一套环体，所述套环体固定套设在电主轴的外壳上。