CN106112534B - 适于含能材料机械加工的复合工具头 - Google Patents

Abstract

本发明公开适于含能材料机械加工的复合工具头，它包括主轴，主轴两侧分别安装有外刀座和内刀座，主轴下端安装有铣刀，外刀座下端安装有刀架，刀架正面开设有导槽，刀架背面开设有定位槽，并且导槽和定位槽贯通，导槽内安装有滑动螺柱，滑动螺柱一端为螺纹柱，并且螺纹柱向外延伸至导槽外，滑动螺柱另一端为方形螺孔头，并且方形螺孔头向内延伸至定位槽内，螺纹柱上开设有第一微孔，刀架下端设置有车刀，并且车刀安装在定位槽内，在刀架正面的下端安装有立柱，立柱上开设有第二微孔，第一微孔和第二微孔之间安装有金刚丝，并且第一微孔和第二微孔同轴设置，可满足小批量多规格尺寸工件的工序复合加工，实现多品种小批量工件集成化高效加工。

Description

适于含能材料机械加工的复合工具头

技术领域

本发明涉及含能材料机械加工技术领域，具体涉及一种适于含能材料机械加工的复合工具头。

背景技术

高能炸药PBX(Polymer Bonded Explosives，高聚物粘结炸药)是一种综合性能优良的含能材料，作为战略武器和常规先进武器战斗部主装炸药，广泛应用于陆、海、空和二炮各类武器系统中，是武器装备系统中的核心材料之一。该材料因刚度和强度较低，热膨胀系数大，并具有一定的粘弹性，是一种非常特殊的非均质宏观同性微观各向异性的复合材料，并且在加工特性上所表现出的软、粘、脆、弹综合性能复杂的特征一定程度影响产品的加工质量和安全。

鉴于加工对象的特殊性致使很多新型高效加工方法难于在该领域进行推广和应用，传统的分步隔离式加工方法仍旧占据主导地位，但这其中存在一些生产安全和增效问题，现已成为含能材料机械加工领域的技术瓶颈，严重制约着其向前发展，如工序分散导致加工人员增多、产品频繁装卡和转运等问题都会带来较大的安全隐患，降低生产效率，引入不必要的加工误差。因此，立足含能材料的现有加工技术，改进生产设备，采用复合加工技术实现工序集中和功能重组将成为解决上述问题的有效途径。

目前，领域内用于含能材料精密加工的主要技术途径有车削、铣削、钻削以及可以实现单晶含能材料剖切的线锯切割加工技术，如捷克OZM公司利用自身多年含能材料测试与实验仪器开发的技术优势，率先开发出一款四轴联动的远程加工车铣复合机床，该设备可以对多种含能材料，如推进剂、高能含能材料等进行安全、高效的切削加工，但限于技术保护等原因，该设备对我国禁运。英国的AWE研究所通过对含能材料加工特性的系统研究早在上世纪90年代初就已经成功改造和再设计出能够满足加工要求的数控车削机床，该设备具有远程操作、安全防护、在线监控与报警等多项功能，但其仅限于回转体零件的加工和制造，生产效率不高。此外，美国LLNL实验室在运用传统切削加工的基础上，积极寻求新的含能材料加工和拆解技术，如高压液氮切割技术、高压水射流切割技术、飞秒激光加工技术以及3D打印技术等，但这些新技术均处在研究阶段，并不能完全胜任生产加工，效率较低和成本昂贵成为限制其发展的重要问题。而在国内，中国兵器工业第58所针对含能材料小批量生产的需求，研究了用于含能材料机加的专用数控机床及其成套辅助加工设备，但该设备主要用于回转体零件的简单成型加工以及新型装备部件的试制等，仅具有数控车削加工能力，并未实现复合加工和集成制造功能。石家庄北方设计院为简化传统弹药熔铸或模压生产工艺，提高弹药拆解效率，设计开发出一款可用于含能材料机械加工的车铣复合机床，适用于兵器领域中的新型、异型药柱的加工和弹药剖解，但该设备改造成本较高，协调加工能力和机床系统稳定性有待深入评估。此外，中物院化工材料研究所为研究单晶含能材料的力学行为、起爆机理及其他物理性能，首次采用金刚石线锯技术实现了RDX单晶体的剖切，并辅助打磨与抛光的技术手段实现了含能材料单晶材料的精密加工，然而该加工工艺设备并不具备工序复合加工特点，效率较低。

综上所述，有关含能材料机械加工设备和技术的应用问题，均存在着不同程度的推广难度，究其原因主要在于：1)加工安全性对新型技术设备的严峻考验；2)改造设备的复杂性与简化工艺流程实现复合加工之间的矛盾；3)目前成熟应用的切削和剖解工艺链冗长，设备开发或改造成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于含能材料机械加工的复合工具头，以解决目前含能材料机械加工领域中工序分散、产率较低的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种适于含能材料机械加工的复合工具头，它包括主轴，所述主轴两侧分别安装有外刀座和内刀座，所述主轴下端安装有铣刀，所述外刀座下端安装有刀架，所述刀架正面开设有滑槽，所述刀架背面开设有定位槽，并且所述滑槽和定位槽贯通，所述滑槽内安装有滑动螺柱，所述滑动螺柱一端为螺纹柱，并且螺纹柱向外延伸至滑槽外，所述滑动螺柱另一端为方形螺孔头，并且方形螺孔头向内延伸至定位槽内，所述螺纹柱上开设有第一微孔，所述刀架下端设置有车刀，并且所述车刀安装在定位槽内，在所述刀架正面的下端安装有立柱，所述立柱上开设有第二微孔，所述第一微孔和第二微孔之间安装有金刚丝，并且第一微孔和第二微孔同轴设置。

更进一步的技术方案是，所述金刚丝两端采用顶丝分别与第一微孔和第二微孔固定。

更进一步的技术方案是，所述第一微孔和第二微孔的同轴度小于等于 0.03mm。

更进一步的技术方案是，所述金刚 丝的直径小于0.5mm。

更进一步的技术方案是，所述定位槽侧壁上开设有螺纹孔，所述车刀通过螺钉与螺纹孔配合的方式安装在定位槽内。

更进一步的技术方案是，所述螺纹柱上安装有锁紧螺母，所述方形螺孔头与定位槽间隙配合。

更进一步的技术方案是，所述刀架通过螺纹副固定安装在外刀座下端。

更进一步的技术方案是，所述外刀座和内刀座通过螺栓连接安装在主轴的两侧。

本技术方案中首先通过在主轴下方安装铣刀，这样就能通过铣刀的铣加工功能使复合工具头完成铣和钻加工工序的复合，然后通过在外刀座下方安装刀架，刀架上设置有定位槽，通过在定位槽内安装车刀，这样就通过车刀的车加工功能使复合工具头具有完成车加工工序的能力，最后通过在刀架上设置滑槽，在滑槽内安装滑动螺柱，以及在刀架上设置立柱，通过分别在滑动螺柱和立柱上设置微孔，在微孔内穿过金刚丝，从而通过金刚丝使复合工具头完成对锯切加工工序的集成。

本技术方案中首先通过将第一微孔和第二微孔同轴设置，并且第一微孔和第二微孔同轴度小于等于0.03mm，这样将金刚丝穿过第一微孔和第二微孔在通过顶丝固定后，就能保证金刚丝切割加工的精度，通过由于滑动螺柱设置在滑槽内，并且滑动螺柱一端为螺纹柱，该螺纹柱向外延伸至滑槽外，滑动螺柱另一端为方形螺孔头，该方形螺孔头向内延伸至定位槽内，并且与定位槽间隙配合，这样就能实现通过在定位槽内移动方形螺孔头，再通过滑槽对螺纹柱的导向作用就能实现将滑动螺柱在滑槽内上下移动，然后通过移动滑动螺柱从而实现对金刚丝的张紧，最后在螺纹柱上设置锁紧螺母，在将金刚丝的张紧度调节完成后，通过旋转锁紧螺母，通过锁紧螺母与螺纹柱的螺纹配合，从而实现将滑动螺柱固定。

本技术方案中通过在定位槽侧壁上设置若干个螺纹孔，然后通过螺钉穿过螺纹孔压紧的方式实现对车刀在定位槽内的定位和装卡，如果需要调整车刀的在定位槽内安装的位置，仅仅需要取下螺钉，然后移动车刀在定位槽内的位置，使其位于另一个螺纹孔的位置，然后将螺钉穿过另一个螺纹孔实现压紧即可，这样通过设置螺钉和螺纹孔配合的方式就能简单的实现车刀的定位和装卡，便于对不同车刀的更换和安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过复合工具头设计实现快速变换加工模式，完成车、铣、钻、锯多工序复合加工，具有对复杂、异型零件进行多工序同机加工的特征。该装置具有结构简单，使用方便，装夹可靠，成本很低，消除机床多次拆卸与装卡对加工精度的影响，可显著提高生产效率。

本发明与目前所用多轴加工设备配合使用，可满足小批量多规格尺寸工件的工序复合加工，实现多品种小批量工件集成化高效加工。

附图说明

图1为本发明一种实施例的适于含能材料机械加工的复合工具头的立体结构示意图。

图2为图1的侧视图。

如图所示，其中对应的附图标记名称为：

1主轴,2内刀座,3刀架,4螺钉,5车刀,6立柱,7金刚丝,8滑槽,9滑动螺柱,10锁紧螺母,11外刀座,12铣刀,13定位槽,14螺纹孔,15螺纹柱,16方形螺孔头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1和图2所示的一种适于含能材料机械加工的复合工具头，它包括主轴 1，主轴1两侧分别安装有外刀座11和内刀座2，外刀座11和内刀座2通过螺栓连接安装在主轴1的两侧，外刀座11和内刀座2连接时，它们之间的内孔与主轴1端面标识线对齐从而可以保证轴线旋转的精度，而外刀座11和内刀座2在座口部 (即外刀座11和内刀座2下端的边缘位置)的L型定位面与主轴1端面可以实现工具头的轴向定位，主轴1下端安装有铣刀12，外刀座11下端安装有刀架3，刀架3 通过螺纹副固定安装在外刀座11下端，并且可以通过销钉对刀架3记性配合找正，刀架3正面(正面即为刀架3远离铣刀的一侧面)开设有滑槽8，刀架3背面 (背面即为刀架3靠近铣刀的一侧面)开设有定位槽13，并且滑槽8和定位槽13 贯通，滑槽8内安装有滑动螺柱9，滑动螺柱9一端为螺纹柱15，并且螺纹柱15向外延伸至滑槽8外，滑动螺柱9另一端为方形螺孔头16，并且方形螺孔头16向内延伸至定位槽13内，螺纹柱15上开设有第一微孔，刀架3下端设置有车刀5，并且车刀5安装在定位槽13内，在刀架3正面的下端安装有立柱6，立柱6上开设有第二微孔，第一微孔和第二微孔之间安装有金刚丝7，并且第一微孔和第二微孔同轴设置，第一微孔和第二微孔的同轴度小于等于0.03mm，金刚丝7两端采用顶丝分别与第一微孔和第二微孔固定，金刚 丝7的直径小于0.5mm，螺纹柱15上安装有锁紧螺母10，方形螺孔头16与定位槽13间隙配合，通过调整滑动螺柱9在滑槽8中的锁紧位置可以实现对安装完毕的金刚丝7进行张紧和偏斜度修正。

为了实现对车刀的定位和装卡，本实施例中优选的实施方式为，定位槽13 侧壁上开设有螺纹孔14，车刀5通过螺钉4与螺纹孔14配合的方式安装在定位槽13内。

以上具体实施方式对本发明的实质进行详细说明，但并不能对本发明的保护范围进行限制，显而易见地，在本发明的启示下，本技术领域普通技术人员还可以进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适于含能材料机械加工的复合工具头，它包括主轴(1)，所述主轴(1)两侧分别安装有外刀座(11)和内刀座(2)，其特征在于，所述主轴(1)下端安装有铣刀(12)，所述外刀座(11)下端安装有刀架(3)，所述刀架(3)正面开设有滑槽(8)，所述刀架(3)背面开设有定位槽(13)，并且所述滑槽(8)和定位槽(13)贯通，所述滑槽(8)内安装有滑动螺柱(9)，所述滑动螺柱(9)一端为螺纹柱(15)，并且螺纹柱(15)向外延伸至滑槽(8)外，所述滑动螺柱(9)另一端为方形螺孔头(16)，并且方形螺孔头(16)向内延伸至定位槽(13)内，所述螺纹柱(15)上开设有第一微孔，所述刀架(3)下端设置有车刀(5)，并且所述车刀(5)安装在定位槽(13)内，在所述刀架(3)正面的下端安装有立柱(6)，所述立柱(6)上开设有第二微孔，所述第一微孔和第二微孔之间安装有金刚丝(7)，并且第一微孔和第二微孔同轴设置；所述金刚丝(7)两端采用顶丝分别与第一微孔和第二微孔固定；所述定位槽(13)侧壁上开设有若干螺纹孔(14)，所述车刀(5)通过螺钉(4)与螺纹孔(14)配合的方式安装在定位槽(13)内。

2.根据权利要求1所述的适于含能材料机械加工的复合工具头，其特征在于，所述第一微孔和第二微孔的同轴度小于等于0.03mm。

3.根据权利要求1所述的适于含能材料机械加工的复合工具头，其特征在于，所述金刚丝(7)的直径小于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的适于含能材料机械加工的复合工具头，其特征在于，所述螺纹柱(15)上安装有锁紧螺母(10)，所述方形螺孔头(16)与定位槽(13)间隙配合。

5.根据权利要求1所述的适于含能材料机械加工的复合工具头，其特征在于，所述刀架(3)通过螺纹副固定安装在外刀座(11)下端。

6.根据权利要求1所述的适于含能材料机械加工的复合工具头，其特征在于，所述外刀座(11)和内刀座(2)通过螺栓连接安装在主轴(1)的两侧。