CN105642932B - 一种镗铣复合加工工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
一种镗铣复合加工工艺及装置，适用于缸体孔、连杆孔、箱体孔的半精加工、精加工。装置包括精密机床主轴、镗刀杆、微调机构、电主轴、密齿铣刀、外部检测仪器以及外置的补偿控制单元。工艺包括将被加工孔上道工序的加工余量作为密齿铣刀径向位置总的调整量，通过微调机构改变电主轴的轴线和机床主轴轴线的距离，调整密齿铣刀切削点的径向位置实现径向进给，由机床主轴带动镗刀杆、微调机构、电主轴和密齿铣刀一起做低速回转运动，密齿铣刀做高速回转运动，利用检测仪器获取密齿铣刀切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元根据获得的偏差量经微调机构控制微调整密齿铣刀对被加工工件切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工工艺及装置，尤其是一种适用于缸体孔、连杆孔、箱体孔的半精加工、精加工的镗铣复合加工工艺及装置，属于机械加工技术领域。
背景技术
连杆大小端孔、缸体孔以及其他箱体轴承孔的加工质量将直接影响零部件的性能。半精镗、精镗作为孔加工的关键工序一直受到很多研究者的关注。传统的镗削工艺多具有低转速、低进给量的特点，特别是单齿镗刀是以点接触的加工方式进行零件的精加工，存在效率不高的特点，且孔表面留有进给的刀痕。如此一来，为了满足孔精加工的特殊表面要求，同时需要投入额外的铣床和设备，增加了加工流程和操作强度，从而降低了生产效率。因此，需要研究新的工艺满足孔加工要求。
另外，刀具铣损、热变形等原因造成被加工孔的孔径误差，也影响了孔的加工精度。由于孔加工过程中镗刀尖会随着切削的增加而逐渐铣损，别是单刃镗刀尖铣损会更快，将会造成加工效率和质量的下降，在铣损到一定程度之后就要进行更换。机床在长时间加工过程也会有精度衰退的影响，在一定程度后会要求精度恢复。用户工厂往往要管理上百台的机床，需要大量的工人时刻检查机床的加工状态和刀具的铣损情况，根据经验判断更换刀具的时间。刀具寿命的管理具有很大的不确定性，加工参数、工件材料、工件形状、润滑情况等一系列原因都会对刀具铣损产生影响，因此很难利用经验去预测刀具的使用寿命。目前所采用的应激性维修方式既费时又昂贵，在大大增加企业运营成本的同时，也严重影响了企业的生产效率。
针对精密镗杆的加工过程，现在企业车间所用的镗刀一般较难实现微量移动的精确补偿。针对刀尖铣损进行自动补偿，由于机构间隙和弹性变形的影响，不仅费时费力且属于定性判断，不易实现。曾经出现了螺纹差动微调结构进行镗刀的微量调节，但由于调节结构占据空间影响小孔的镗削，调节结构本省变形损坏的缺点，影响了进一步的推广。专利号CN88200208U提出了一种高精度偏心微调镗刀装置，因为有易损件和齿环影响调节精度及保持性。专利号CN2357865Y公开了一种通过螺杆及镶块定位微调节镗刀杆的机构，结构简单适合手动微调，但是镶块与镶块槽结合面较难加工实现，刀杆旋转调节过程与定位销位置干涉影响了镗刀微调的效果，也不能实现刀具自动补偿的功能。专利号CN201110196379.4采用“L形直角杠杆+四连杆组合柔性铰链机构”实现刀具径向位移，但结构较为复杂，控制效率也不高。专利号CN201410334409.7公开了一种螺旋铣孔装置，它包括自转系统、公转系统、进给系统和偏心量调节系统，也存在就结构复杂，径向进刀不能精确控制的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、补偿精度高的镗铣复合加工工艺及装置。
技术方案：本发明的镗铣复合加工装置，包括机床主轴、镗刀杆、微调机构、电主轴、密齿铣刀、外部检测仪器以及外置的补偿控制单元；镗刀杆设在机床主轴上，微调机构设在镗刀杆上，电主轴与微调机构相连，密齿铣刀设在电主轴上。
所述的微调机构包括微驱动电机、与微驱动电机输出轴相连的蜗杆、与蜗杆相配合的蜗轮，蜗轮内设有镗杆安装环座。
一种使用上述装置的镗铣复合加工工艺，包括如下步骤：
a.将所述的镗刀杆安装于机床主轴内，微调机构经镗杆安装环座安装于镗刀杆上，电主轴连接于微调机构上，密齿铣刀连接于电主轴的前端；
b.进行镗铣加工中心机床精度检测，检测电主轴中心线相对于机床主轴中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；
c.将被加工孔上道工序的加工余量作为密齿铣刀径向位置总的调整量，通过微调机构改变电主轴的轴线和机床主轴轴线的距离，进而调整密齿铣刀切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗铣复合加工；
d.工作时，由机床主轴带动镗刀杆、微调机构、电主轴和密齿铣刀一起做低速回转运动，同时密齿铣刀由电主轴驱动做高速回转运动，密齿铣刀切削点的运动由两个回转运动复合形成；
e.利用检测仪器获取密齿铣刀切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元根据获得的偏差量经微调机构控制微调整密齿铣刀对被加工工件切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；
具体工况：密齿铣刀在加工孔后退出，由检测仪器对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元采集，经补偿控制单元与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构，通过微调机构调整密齿铣刀的径向位移，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与密齿铣刀或电主轴的轴心坐标O3之间的距离，关系式如下：
式中：e1为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与微调机构或蜗轮的轴心坐标O2的距离，e2为微调机构或蜗轮的轴心坐标O2与砂轮或电主轴的轴心坐标O3的距离。
所述机床主轴的回转速度s<100rpm，所述电主轴的高速铣削转速s>10000rpm。
有益效果：本发明的镗铣复合加工工艺改变了以往镗削加工低转速、低进给的特点，将传统单齿镗削的加工方式改变为具有更多切削刃同时接触工件的高速密齿铣削加工方式。适用于高速加工的密齿铣刀(镗刀齿数z>3)，所述密齿铣刀加工过程的切削参数选择采用高转速、小进给量及小切深量的加工参数。以铣代镗加工，采用密齿铣刀高速切削，通过减小单齿切削量，减低电主轴功率，延长刀具的寿命，以高速切削提高加工效率，总体降低加工成本。镗铣复合加工装置采用微调机构、微驱动电机，蜗杆、蜗轮和镗杆安装环座等组成。所述微调机构的蜗轮蜗杆或由滚柱驱动等任何形式的数控回转工作台替换。微调机构利用偏心方法，通过蜗杆驱动蜗轮机构主动改变电主轴轴线和机床主轴轴线的距离，进而实现微调密齿铣刀切削点的径向位置；同时利用跟踪的刀尖点位置误差通过电机驱动蜗杆蜗轮旋转，实现自动补偿刀尖径向位置。通过微调机构能实现刀具铣损和孔圆柱度误差补偿，可进行孔的高效加工，同时能够精确、自动地实现密齿铣刀尖的微量进给，补偿精度高，范围大。解决了原来镗削加工的低转速、低进给工艺不足的问题。其主要优点有：
(1)将以往镗削加工低转速、低进给改变为高速密齿铣削加工工艺；
(2)采用密齿铣刀高速切削，通过减小单齿切削量，减低电主轴功率，延长刀具的寿命，以高速切削提高加工效率，总体降低加工成本；
(3)本可以自动补偿刀尖径向位置，补偿精度高，范围大。
附图说明
图1是本发明的镗铣复合加工装置示意图。
图2是图1的A－A图。
图3是本发明的刀尖点自动补偿功能原理图。
图4是本发明的镗铣复合加工工艺原理示意图。
图1中：1－机床主轴，2－镗刀杆，3－微调机构，4－电主轴，5－密齿铣刀，6-被加工工件。
图2中：31－微驱动电机，32－蜗杆，33－蜗轮，34－镗杆安装环座。
图3中：2－镗刀杆，3－微调机构，5－密齿铣刀。其中，O1是镗刀杆或机床主轴的轴心坐标，O2是微调机构或蜗轮的轴心坐标，O3是密齿铣刀或电主轴的轴心坐标，e1是O1与O2距离，e2是O2与O3距离。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的镗铣复合加工装置，主要由机床主轴1、镗刀杆2、微调机构3、电主轴4、密齿铣刀5、外部检测仪器7以及外置的补偿控制单元8构成；所棕的镗刀杆2安装于机床主轴1内，微调机构3安装于镗刀杆2上，电主轴4连接于微调机构3上，密齿铣刀5连接于电主轴4上，所有部件随机床主轴1回转运动。所述的微调机构3包括微驱动电机31、与微驱动电机31输出轴相连的蜗杆32、与蜗杆32相配合的蜗轮33，蜗轮33内设有镗杆安装环座34。
使用上述装置的镗铣复合加工工艺，包括如下步骤：
a.将所述的镗刀杆2安装于机床主轴1内，微调机构3经镗杆安装环座34安装于镗刀杆2上，电主轴4连接于微调机构3上，密齿铣刀5连接于电主轴4的前端；
b.进行镗铣加工中心机床精度检测，检测电主轴4中心线相对于机床主轴1中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；
c.将被加工孔上道工序的加工余量作为密齿铣刀径向位置总的调整量，通过微调机构3改变电主轴4的轴线和机床主轴1轴线的距离，进而调整密齿铣刀5切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗铣复合加工；
d.工作时，由机床主轴1带动镗刀杆2、微调机构3、电主轴4和密齿铣刀5一起做低速回转运动，同时密齿铣刀5由电主轴4驱动做高速回转运动，密齿铣刀5切削点的运动由两个回转运动复合形成；所述机床主轴1做低速回转运动的速度s<100rpm，电主轴4做高速铣削加工的速度s>10000rpm，所述密齿铣刀5采用密齿铣刀(镗刀齿数z>3)，加工过程中将传统单齿镗削刀具以点接触加工方式改变为面与面接触式的高速密齿铣削加工。所述镗铣复合加工工艺采用高转速小进给量及切深量的加工参数，可以降低电主轴功率，延长刀具的寿命，通过高速切削提高加工效率，降低加工成本。
e.利用检测仪器7获取密齿铣刀5切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元8根据获得的偏差量经微调机构3控制微调整密齿铣刀5对被加工工件6切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；
具体工况：密齿铣刀5在加工孔后退出，由检测仪器7对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元8采集，经补偿控制单元8与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构3，通过微调机构3调整密齿铣刀5的径向位移，即通过蜗杆32驱动蜗轮33机构主动改变电主轴4的轴线和机床主轴1的轴线距离，进而实现微调密齿铣刀5切削点的径向位置；利用跟踪的刀尖点位置误差通过电机31驱动蜗杆蜗轮旋转，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与密齿铣刀或电主轴的轴心坐标O3之间的距离，关系式如下：
式中：e1为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与微调机构或蜗轮的轴心坐标O2的距离，e2为微调机构或蜗轮的轴心坐标O2与砂轮或电主轴的轴心坐标O3的距离。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种镗铣复合加工装置，包括机床主轴（1）、镗刀杆（2）、微调机构（3）、电主轴（4）、密齿铣刀（5）、外部检测仪器（7）以及外置的补偿控制单元（8）；镗刀杆（2）设在机床主轴（1）上，微调机构（3）设在镗刀杆（2）上，电主轴（4）与微调机构（3）相连，密齿铣刀（5）设在电主轴（4）上；
所述的微调机构（3）包括微驱动电机（31）、与微驱动电机（31）输出轴相连的蜗杆（32）、与蜗杆（32）相配合的蜗轮（33），蜗轮（33）内设有镗杆安装环座（34）。
2.一种使用权利要求1所述装置的镗铣复合加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a．将所述的镗刀杆（2）安装于机床主轴（1）内，微调机构（3）经镗杆安装环座（34）安装于镗刀杆（2）上，电主轴（4）连接于微调机构（3）上，密齿铣刀（5）连接于电主轴（4）的前端；
b．进行镗铣加工中心机床精度检测，检测电主轴（4）中心线相对于机床主轴（1）中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；
c．将被加工孔上道工序的加工余量作为密齿铣刀径向位置总的调整量，通过微调机构（3）改变电主轴（4）的轴线和机床主轴（1）轴线的距离，进而调整密齿铣刀（5）切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗铣复合加工；
d．工作时，由机床主轴（1）带动镗刀杆（2）、微调机构（3）、电主轴（4）和密齿铣刀（5）一起做低速回转运动，同时密齿铣刀（5）由电主轴（4）驱动做高速回转运动，密齿铣刀（5）切削点的运动由两个回转运动复合形成；
e．利用外部检测仪器（7）获取密齿铣刀（5）切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元（8）根据获得的偏差量经微调机构（3）控制微调整密齿铣刀（5）对被加工工件（6）切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；
具体工况：密齿铣刀（5）在加工孔后退出，由外部检测仪器（7）对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元（8）采集，经补偿控制单元（8）与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构（3），通过微调机构（3）调整密齿铣刀（5）的径向位移，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与密齿铣刀或电主轴的轴心坐标O3之间的距离，关系式如下：
；
式中：e1为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O1与微调机构的轴心坐标O2的距离，e2为微调机构的轴心坐标O2与密齿铣刀或电主轴的轴心坐标O3的距离，为e1和e2之间的夹角。
3.根据权利要求2所述一种镗铣复合加工工艺，其特征在于：所述机床主轴（1）的回转速度s<100rpm，所述电主轴（4）的高速铣削转速s>10000rpm。
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