CN109807376B - 加工箱体类零件内腔侧壁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加工箱体类零件内腔侧壁的方法，利用本发明，在不改变普通铣床其总体结构的情况下，加工直槽时槽根部无圆角，可实现插床插槽的功能。本发明通过下述技术方案予以实现：制备一个相互平行间隔的左连接座和右连接座，以及固联在左连接座和右连接座上的加工头构成的箱体类零件内腔加工工装；加工头通过安装板固联在铣床主轴上，加工头的固定端装配有配合铣床主轴的连接杆和旋转轴，连接杆和旋转轴通过联轴器、前后滚针轴承之间的同步齿轮连接于铣床主轴；铣床主轴通过连接杆带动旋转轴输出扭矩，将扭矩传递给同步带带动加工头，依靠运动工作台进给旋转的两头铣刀代替插床、电火花加工箱体内腔狭小空间部位凹槽根部的圆角进行清根。
Description
技术领域
本发明涉及一种铣床用内腔侧壁狭小空间加工装置，尤其是一种可以与普通铣床或简易数控机床主轴相连接并实现腔体内腔侧壁狭小空间加工装置及其、加工箱体类零件内腔侧壁的方法。
背景技术
孔箱体类零件是机械零件中的典型零件，是机器的基础零件之一。主要由平面和孔组成的箱体类零件壁薄容易变形，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔 一般说来，箱体不仅需要加工部位较多，而且加工难度也较大。箱体类零件的加工质量，不但直接影响箱体的装配精度和运动精度， 而且还会影响机器的工作精度、使用性能和寿命。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体，分离式箱体两大类。前者是整体铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度高；后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种；结构形状比较复杂。内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系，将使夹具结构十分复杂，甚至不能实现。箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型，有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等。箱体类零件精基准选择常用两种原则：“基准重合”和“基准统一”的原则。箱体零件精基准的选择一般是以装配面为精基准。它的优点是对于孔与底面的距离和平行度要求，基准是重合的，没有基准不重合误差，而且箱口向上，观察和测量、调刀都比较方便。在大批、 大量生产时，箱体类零件多采用铣削。现有普通铣床及简易数控铣床，其铣刀与主轴是成90°的，加工箱体类零件时主轴在水平方向旋转，并依靠铣头中的刀杆和铣刀在垂直方向旋转，铣刀是竖直装在铣头里的，工作台靠上下和左右运动来实现加工要求。由于铣刀是圆形的，在上下方向加工零件内部凹槽时根部始终会形成圆角，该圆角大小即是铣刀半径，导致两侧槽底无法清根。遇到这种情况，现有的加工方法为弥补这一困难，要么采用插床来插槽的传统加工方式来加工直槽，要么利用铣床铣刀换向装置，采用铣加工方式进行加工及电火花加工，但这三者均有很大缺点。若采用插槽方式，进给速度较慢、效率太低。若采用铣床铣刀换向装置，目前使用的是齿轮传动方式，该传动方式的缺点在于：1、从机床主轴经过两次力矩方向改变，大部分能量被损耗，导致传递至铣刀上的扭矩很小，进而使得吃刀量过小。2、若想要大的吃刀量，则必须采用直径较大的齿轮传递出较大的扭矩。但是齿轮直径过大，对于狭小、靠近侧壁内腔等空间需要加工的部位则无法实现。3、齿轮传动方式对于制造、安装要求太高，传递扭矩噪声大。若采用电火花加工，效率太低，表面加工质量不高，达不到加工要求。
孔箱体类零件夹具通常由定位装置、夹紧装置、对刀--引导装置、其他元件及装置、夹具体等部分组成。定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置。即通过它使工件加工时相对于刀具及切削运动处于正确的位置。夹紧装置的作用是将工件压紧牢固，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力，惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减少振动。它通常是一种机构，包括夹紧元件（压板），增力及动力装置等。对刀--引导装置的作用是找正夹具相对刀具的位置，或引导刀具进行加工。夹具体用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对机床的位置。但是这种结构对某些工件而言，装拆不太方便。
由于加工头（11）尺寸小，采用何种传动方式是关键所在，现在市面上采用的是齿轮传动方式。齿轮传动的缺点是在高速旋转下，噪音大，而且要求加工吃刀量大的话，则铣刀的加工强度要增加，若需增加铣刀转动扭矩，则必须通过直径大的齿轮传动方式才能达到扭矩要求。若采用大的齿轮传动，则加工头尺寸就要放大，在加工狭小空间时容易产生干涉，无法满足狭小空间的加工。目前，市面上刀柄的夹持机构及其夹持刀柄的方式均采用的是刀头锁紧装置，采用该种夹持方式的缺点是：①、刀头大，对于航空类机箱腔体等其它产品狭小空间或距边缘尺寸较窄小的加工区域产生干涉，无法满足加工。②、市面上的刀头价格昂贵，对于一些小型企业无法承受。对于16×16如此小的加工头在不改变外形尺寸的情况下进行安装、锁紧，采用市面上的夹持方法是无法对铣加工产生的扭矩进行锁紧、固定的。传统方式无法加工到的狭小空间部位。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、传动平稳、高强度、能缓冲、吸振、定位准确，能够减少加工过程中换刀时间，并能一次性高效率完成箱体类零件内腔筋槽加工箱体类零件内腔侧壁的方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于包括如下步骤：制备一个相互平行间隔的左连接座1和右连接座8，以及固联在左连接座1和右连接座8上的加工头11构成的箱体类零件内腔加工工装；加工头11通过安装板10固联在铣床主轴20上，加工头11的固定端装配有配合铣床主轴20的连接杆18和旋转轴28，连接杆18和旋转轴28通过联轴器19、前后滚针轴承13之间的同步齿轮15连接于铣床主轴20；两头铣刀12横向通过加工头11装配孔伸出加工头11的装配孔外；铣床主轴20通过连接杆18带动旋转轴28输出扭矩，通过滚针轴承13旋转，将扭矩传递给同步带21，同步带21旋转带动加工头11，加工头11依靠上下和左右运动工作台，进给旋转的两头铣刀12代替插床、电火花加工箱体内腔狭小空间部位，对箱体内腔狭小空间凹槽根部的圆角进行清根。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明通过连接杆与铣床主轴相连，在加工头11一端制有同步齿轮15和滚针轴承13组合机构，另一端制有两个滚针轴承13、推力轴承14和轴承端盖4组合机构，将铣床主轴输出的扭矩通过同步带21经过两次扭矩传递再次沿水平方向输出。普通铣床或简易数控铣床加装本铣床用内腔加工装置以后，可以实现：
1.在不改变普通铣床其总体结构的情况下，安装本铣床用内腔加工装置后可扩展加工功能，确保加工直槽时槽根部无圆角，实现了插床插槽的功能。
2.在普通铣床上加工零件时，由于是通过同步带传动，区别于齿轮传动。本发明在加工铝合金材料时吃刀深度最大能达到20mm，侧刃吃刀8mm，碳钢材料最大能达到10mm，侧刃吃刀4mm，相比插床吃刀深度0.2mm和侧刃吃刀深度0.5mm，其加工效率大大得到提高。
3.由于本发明安装两头铣刀12的加工头11的装配孔是通孔，因此两头铣刀12可以实现同时旋转加工，在加工箱体类内腔两边均具有筋槽或均需清根的部位可通过机床工作平台移动进行加工，进而减少了加工过程中产品装夹换向时间如附图1所示。
4.由于本发明是通过同步带传动，在普通铣床上加工零件时，粗糙度可达到Ra1.6，在300mm范围内垂直度可达到0.02，相比插床加工零件后的粗糙度Ra3.2和在300mm范围内垂直度0.1来说，其加工精度高于插床装置；
5.本发明直接通过弹性联轴器19上的连接杆18与机床主轴连接。依靠左、右两块连接座1、8固定在铣床上，安装时只需将铣床的铣头部分拆下即可，所以安装快捷、方便，定位准确。
6.本发明加工头11宽度只有16mm，其中心距离边距只有8mm，而其安装的铣刀直径只有8mm，所以能够深入到箱体内腔加工狭小空间部位，尤其是靠近侧壁处的狭小空间部位和箱体筋槽底部无法采用传统加工方式清根的部位均可采用本装置进行加工。
7.本发明采用同步带传动方式，其优点是：传动平稳，能吸震，噪音小。而且允许线速率可达40m/s，相比于采用齿轮传动方式是在高速旋转下，传动效率高，功率大，张紧力小、无噪音。
8.本发明在加工头11内部预埋冷却液管16，使冷却液能顺利到达加工切削区域，使加工区域达到良好的切削性能。由于本发明加工头的旋转中心到边距的尺寸只有8mm，可加工内腔的死角。比如：腔体内部距侧壁很靠近的边缘地方传统普通铣床及简易数控铣由于受到夹持刀头直径的影响而干涉。能够加工传统的普通铣床及简易数控铣无法加工的狭小部位。加工装置具有结构紧凑，操作迅速，拆装方便等优点。
附图说明
图1是本发明箱体类零件内腔加工工装三维立体图。
图2是图1的主视图。
图3是图1的左视图。
图4是图2的A-A向剖视图。
图5是图4的A向局部放大示意图。
图6是图4的B向局部放大示意图。
图中：1左连接座，2左固定块，3左支撑块，4轴承端盖，5右支撑块，6右加强筋，7右固定块，8右连接座，9左加强筋，10安装板，11加工头，12两头铣刀，13滚针轴承，14推力轴承，15同步齿轮，16冷却液管，17冷却液接头，18连接杆，19弹性联轴器，20机床主轴，21同步带，22紧定螺钉，23沉头螺钉，24定位销。25锁紧螺钉，26平头螺钉，27密封圈，28旋转轴。
具体实施方式
参阅图1-图4。根据本发明，制备一个相互平行间隔的左连接座1和右连接座8，以及固联在左连接座1和右连接座8上的加工头11构成的箱体类零件内腔加工工装；加工头11通过安装板10，由沉头螺钉23，定位销24固联在铣床主轴20上，加工头11的固定端装配有配合铣床主轴20的连接杆18和旋转轴28，连接杆18和旋转轴28依次通过联轴器19、前部滚针轴承13、同步齿轮15和尾部滚针轴承13连接于铣床主轴20；弹性联轴器19过渡配合固定在与铣床主轴20相连的连接杆18上；旋转轴28依次通过弹性联轴器19、前部滚针轴承13、装配有同步带21的同步齿轮15和尾部尾部滚针轴承13，装配在铣床主轴20装配孔中。
连接杆18一端将弹性联轴器19与旋转轴28固定连接在一起；铣床主轴20通过连接杆18带动旋转轴28输出扭矩，通过滚针轴承13旋转，将扭矩传递给同步带21，同步带21旋转带动加工头11，加工头11依靠上下和左右运动工作台，进给旋转的两头铣刀12代替插床、电火花加工箱体内腔狭小空间部位，对箱体内腔狭小空间凹槽根部的圆角进行清根。
箱体类零件内腔加工工装，包括：与机床主轴头连接，且相互平行间隔的左连接座1和右连接座8，固定加工头11的安装板10，以及配合铣床主轴20并输出扭矩的联轴器19，连接座8固定端侧板通过安装板10，由四角分布的沉头螺钉固定在连接座1上。加工头11通过两个定位销24及两个沉头螺钉23固定在安装板10上。为提高加工头的加工强度，在加工头11的两侧分别制有左、右移动式的右加强筋6、左加强筋9，右加强筋6顶部固联有右固定块7和左支撑块3，左加强筋9顶部固联有左固定块2和右支撑块5。左、右移动式加强筋6、9、左、右固定块2、7和左、右支撑块3、5分别通过两个定位销24及两个沉头螺钉23固定在安装板10上，并与加工头11两侧进行联结，将加工头11锁紧、固定在右加强筋6与左加强筋9之间。
加工头11的自由端装配有两头铣刀12；两头铣刀12横向通过加工头11装配孔伸出加工头11的装配孔外。两头铣刀12通过加工头11两端装配的轴承端盖4，密封圈27、滚针轴承13及其隔板固定在加工头11的装配孔中。分隔两端滚针轴承13的隔板形成的隔腔装配有同步齿轮15，同步齿轮15的台阶轴上装配有同步带21。同步齿轮15的前后端装配有支撑两头铣刀12的推力轴承14。
加工头11内预埋冷却液管16，内埋冷却液管16一端连通冷却液接头17，一端连通图6所示的两头铣刀12，冷却液通过内埋冷却液管16到达两头铣刀12的加工切削区域。
加工头11是该装置的主要核心加工装置。本实施例加工头11尺寸仅为16×16mm。到目前为止，在市场上还未能找到如此小的加工头，既然加工头如此小，其强度必然受影响，为保证在加工过程中满足足够强度，本实施例在加工头左、右两侧设计了两块移动式加强筋，以满足该装置的加工强度和加工狭小区域的让开空间。本实施例采用刀柄相应位置上加工沉孔，然后，在同步齿轮上用紧定螺钉对刀柄进行固定、锁紧，以对刀柄的轴向和径向均能取到固定作用。该装置通过连接杆18和弹性联轴器19与铣床主轴相连接，并通过连接座固定在铣床主轴头上。利用两个同步齿轮15、两个滚针轴承13和推力轴承14的组合，以及设置于两组同步齿轮中间的同步带21，转换铣床主轴扭矩，改变铣刀安装位置和旋转方向，同步带通过两端装配于尺寸为16mm×16mm的加工头11上的同步齿轮传动机构相连；铣床主轴20带动连接杆在水平方向旋转，弹性联轴器通过上部两端滚针轴承组合传动机构，将扭矩传递给同步齿轮，带动同步带将另一组同步齿轮与滚针轴承组合传动机构旋转，将铣床主轴输出的扭矩通过同步齿轮传递扭矩，再次沿水平方向输出，并通过同步带与推力轴承14带动两端尺寸为Ф8mm的两头铣刀12旋转，从而实现了箱体类腔体内部侧壁狭小空间的加工。箱体类零件内腔加工工装由铣床主轴带动同步齿轮，同步齿轮带动同步带，同步带又带动另一端同步齿轮，另一端同步齿轮带动铣刀进行内腔加工的一种装置。
参阅图5-6。弹性联轴器19通过两个紧定螺钉22将旋转轴28固定连接在一起，铣床主轴连接连接杆18；铣床主轴输出扭矩通过连接杆18与弹性联轴器19传递至旋转轴28，旋转轴28在滚针轴承13里面旋转；通过两个紧定螺钉22将同步齿轮15固定在旋转轴28上，通过旋转轴28带动齿轮15旋转，再通过齿轮15带动同步带21转动，将扭矩传递给同步带21；然后通过同步带21将加工头11另一端同步齿轮15带动。加工头11另一端同样通过两个M3紧定螺钉22将同步齿轮15固定在Ф8mm两头铣刀12上；在Ф8mm两头铣刀12两端，分别通过过渡配合制有滚针轴承13和推力轴承14组合机构；在滚针轴承13两端分别制有密封圈27，使用平头螺钉26通过轴承端盖4将两端密封圈27固定在Ф8mm两头铣刀12上，以防止切屑进入轴承当中。
Claims (9)
1.一种加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于包括如下步骤：制备一个相互平行间隔的左连接座(1)和右连接座(8)，以及固联在左连接座(1)和右连接座(8)上的加工头(11)构成的箱体类零件内腔加工工装；加工头(11)通过安装板(10)固联在铣床主轴(20)上，加工头(11)的固定端装配有配合铣床主轴(20)的连接杆(18)和旋转轴(28)；连接杆(18)和旋转轴(28)通过联轴器(19)与前后滚针轴承(13)之间的同步齿轮(15)连接于铣床主轴(20)；两头铣刀(12)横向通过加工头(11)装配孔伸出加工头(11)的装配孔外；铣床主轴(20)通过连接杆(18)带动旋转轴(28)输出扭矩，通过滚针轴承(13)旋转，将扭矩传递给同步带(21)旋转带动加工头(11)，加工头(11)依靠上下和左右运动工作台，进给旋转的两头铣刀(12)代替插床、电火花加工箱体内腔狭小空间部位，对箱体内腔狭小空间凹槽根部的圆角进行清根；安装两头铣刀(12)的加工头(11)的装配孔是通孔；
箱体类零件内腔加工工装，包括：与机床主轴头连接，且相互平行间隔的左连接座(1)和右连接座(8)，固定加工头(11)的安装板(10)，以及配合铣床主轴(20)并输出扭矩的联轴器(19)，连接座(8)固定端侧板通过安装板(10)，由四角分布的沉头螺钉固定在左连接座(1)上。
2.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：旋转轴(28)依次通过弹性联轴器(19)、前部滚针轴承(13)、装配有同步带(21)的同步齿轮(15)和尾部滚针轴承(13)，装配在铣床主轴(20)装配孔中。
3.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：加工头(11)通过两个定位销(24)及两个沉头螺钉(23)固定在安装板(10)上。
4.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：为提高加工头的加工强度，在加工头(11)的两侧分别制有左、右移动式的右加强筋(6)、左加强筋(9)；右加强筋(6)顶部固联有右固定块(7)和左支撑块(3)，左加强筋(9)顶部固联有左固定块(2)和右支撑块(5)。
5.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：左、右移动式加强筋(6、9)、左、右固定块(2、7)和左、右支撑块(3、5)分别通过两个定位销(24)及两个沉头螺钉(23)固定在安装板(10)上，并与加工头(11)两侧进行联结，将加工头(11)锁紧、固定在右加强筋(6)与左加强筋(9)之间。
6.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：两头铣刀(12)通过加工头(11)两端装配的轴承端盖(4)，密封圈(27)、滚针轴承(13)及其隔板固定在加工头(11)的装配孔中。
7.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：分隔两端滚针轴承(13)的隔板形成的隔腔装配有同步齿轮(15)，同步齿轮(15)的台阶轴上装配有同步带(21)；同步齿轮(15)的前后端装配有支撑两头铣刀(12)的推力轴承(14)。
8.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：加工头(11)内预埋冷却液管(16)，预埋冷却液管(16)一端连通冷却液接头(17)，一端连通两头铣刀(12)，冷却液通过内埋冷却液管(16)到达两头铣刀(12)的加工切削区域。
9.如权利要求1所述的加工箱体类零件内腔侧壁的方法，其特征在于：设置于两组同步齿轮中间的同步带(21)，转换铣床主轴扭矩，改变铣刀安装位置和旋转方向，同步带(21)通过两端装配于加工头(11)上的同步齿轮传动机构相连；铣床主轴(20)带动连接杆在水平方向旋转，弹性联轴器通过上部两端滚针轴承组合传动机构，将扭矩传递给同步齿轮，带动同步带(21)将另一组同步齿轮与滚针轴承组合传动机构旋转，将铣床主轴输出的扭矩通过同步齿轮传递扭矩，再次沿水平方向输出，并通过同步带与推力轴承(14)带动两端尺寸为Ф8mm的两头铣刀(12)旋转，实现箱体类腔体内部侧壁狭小空间的加工。
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