CN112705733A - 一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置 - Google Patents

一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置 Download PDF

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陈华
孙洒
苏曦
刘强
韩路
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Abstract

本发明提供一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，包括机架、固定设置在所述机架上的车削机构以及底端与所述机架滑动连接的工件夹持机构，所述工件夹持机构包括结构相同且相对设置的前端卡盘和后端卡盘，所述车削机构包括设置在前端卡盘和后端卡盘之间的螺旋进给机构和径向进刀机构。本发明通过基于嵌套式螺旋传动副的车削机构，实现了刀具的螺旋进给，能够在工件静止的状态下，实现对工件的车削，同时提高工艺系统刚度，车刀的螺旋进给运动由嵌套式螺旋传动副和内外主轴的差速转动来保证，运动参数可调，能够适应各种普通螺纹和变螺距螺纹的加工，且允许使用多把刀具同时进行车削加工，可以减少车削过程中出现的让刀现象，降低刀纹对表面粗糙度的影响。

Description

一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置
技术领域
本发明涉及金属切削加工技术领域，具体涉及一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置。
背景技术
让刀是一种广泛存在于各种切削加工工艺中的现象，使得零件在加工时出现超差等问题，严重降低加工精度。在车削过程中，短粗类的工件，其本身的刚度较大，不易变形，因而让刀现象对其影响较小，但是细长工件的刚度较低，是防范让刀现象的重点工件类型，减小让刀或者消除让刀是进行金属切削加工时需要重点考虑的问题。
随着需求的日益提高，零件的精度要求日益增长，因此需要进一步提高加工精度，但是车削工艺及其工装发展至今，在加工原理方面没有突破性改变。车削的基本原理是车刀相对于工件做螺距极小的螺旋运动，同时切削金属表面的材料，使工件达到工艺目标。以此为原理设计的车床，其刀具均位于工件的一侧，在切削时，工件旋转，刀具沿轴向进给。这使得刀具对工件施加的径向载荷总位于工件的一侧，给工件的工位留下了较大的变形空间。这是传统车削工艺系统存在的固有问题。车削在现代制造业中占有重要的位置，因此从根源上解决让刀问题，就显得十分必要。
现有技术中，较多的是针对具体工件和车削工艺，设计专用工装夹具，例如，发明专利《一种高刚度、大行程的快速刀具伺服装置》(公开号：CN111889699A)仅仅是针对快速刀具的伺服装置的设计；而发明专利《一种基于车床的汽车半轴车削上下料用机械手及使用方法》(公开号：CN111889709A)则是将机械手引入车削，且仅针对汽车半轴这一种零件，并未对车削原理做出改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型车削机构，能够解决传统车削加工细长轴时的让刀问题和变螺距螺纹的加工问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，包括机架固定设置在所述机架上的车削机构以及底端与所述机架滑动连接的工件夹持机构，所述工件夹持机构包括结构相同且相对设置的前端卡盘和后端卡盘，所述车削机构包括设置在前端卡盘和后端卡盘之间的螺旋进给机构和径向进刀机构，所述螺旋进给机构基于嵌套式螺旋传动副实现径向进刀机构的螺旋运动且能够在工件保持静止的状态下，实现对工件的车削加工。
进一步地，所述前端卡盘包括卡盘支架、设置在卡盘支架顶端且一端留有开口的卡盘圆筒、卡爪以及沿所述开口向筒内依次同轴设置的卡爪花盘和涡旋盘；所述卡爪花盘沿径向开设有若干卡爪导槽，所述涡旋盘轴向一端的端面设置有单线涡旋滑槽、轴向另一端的端面连接有能够驱动涡旋盘转动的调节装置，所述卡爪包括阶梯滑柱以及限位柱，所述限位柱上设置有与所述卡爪导槽滑动配合的圆柱形滑块，所述限位柱能够穿过卡爪导槽并插入单线涡旋滑槽中。
优选地，所述卡爪花盘和涡旋盘整体呈圆环形，其中心位置开设有用于工件穿过的通孔，所述涡旋盘外圆沿周向均匀设置有若干个外滚柱，且涡旋盘中心位置的通孔内圆沿周向均匀设置有若干个内滚柱。
进一步地，所述螺旋进给机构包括按照外圆直径依次套设的静主轴、内主轴、中主轴以及外主轴；所述静主轴与所述机架固定连接且采用能够使工件穿过的空心结构；所述内主轴的轴向一端的外圆固定套设有轴承一和锥齿轮一，另一端的外圆设置有外螺纹一，所述轴承一与机架固定连接；所述中主轴的轴向一端的内圆设置有能够与所述外螺纹一配合的内螺纹一外圆设置有外螺纹二；所述外主轴外圆固定套设有轴承二和锥齿轮二，内圆设置有能够与外螺纹二配合的内螺纹二，所述轴承二与机架固定连接。
进一步地，所述径向进刀机构包括与中主轴轴向另一端滑动连接的若干个刀座以及与所述刀座固定连接的刀具。
优选地，所述刀座上开设有能够使所述刀具插入的刀槽和用于固定刀具的压刀螺栓。
进一步地，所述中主轴的另一端还通过阻尼套设置有径向进给锥齿轮，所述刀座与中主轴的外圆通过径向进给轴连接，并通过滑动机构沿中主轴径向滑动，所述径向进给轴与所述径向进给锥齿轮相互啮合并与刀座之间形成螺旋传动副。
进一步地，所述锥齿轮一和锥齿轮二均通过电机进行驱动。
由以上技术方案可知，本发明基于嵌套式螺旋传动副的车削机构，实现了车削刀具的螺旋进给运动，能够在工件静止的状态下，实现对工件的车削，保证工件刚度，车刀的螺旋进给运动由嵌套式螺旋传动副和内外主轴的转速差来保证，运动参数可调，能够加工各种普通螺纹和变螺距螺纹；且允许使用多把刀具同时进行车削加工，可以减少车削过程中出现的让刀现象，降低刀纹对表面粗糙度的影响。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明前端卡盘的部分结构示意图；
图3为本发明卡爪的结构示意图；
图4为本发明卡爪花盘的结构示意图；
图5为本发明涡旋盘的结构示意图；
图6为本发明涡旋盘调节装置的结构示意图；
图7为本发明螺旋传动机构的结构示意图；
图8为本发明内主轴的结构示意图；
图9为本发明中主轴的结构示意图；
图10为本发明外主轴的结构示意图；
图11为本发明径向进刀机构与中主轴的连接示意图；
图12为本发明进行进刀机构的结构示意图；
图中：1、机架；2、前端卡盘；21、卡盘支架；22、卡盘圆筒；23、卡爪；231、阶梯滑柱、232、限位柱；233、圆柱形滑块；24、卡爪花盘；25、涡旋盘；26、卡爪导槽；27、单线涡旋滑槽；28、空心卡盘轴；281、实心副轴；282、主锥齿轮；283、副锥齿轮；3、后端卡盘；4、螺旋进给机构；41、静主轴；42、内主轴；421、轴承一；422、锥齿轮一；423、外螺纹一；43、中主轴；431、内螺纹一；432、外螺纹二；433、径向进给锥齿轮；44、外主轴；441、轴承二；442、锥齿轮二；443、内螺纹二；5、径向进刀机构；51、刀座；52、刀具；53、刀槽；54、压刀螺栓；55、径向进给轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式做详细的说明。
如图1所示的基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，包括机架1、固定设置在所述机架上的车削机构以及底端与所述机架滑动连接的工件夹持机构，所述工件夹持机构包括结构相同且相对设置的前端卡盘2和后端卡盘3，所述车削机构包括设置在前端卡盘和后端卡盘之间的螺旋进给机构4和径向进刀机构5，所述螺旋进给机构，基于嵌套式螺旋传动副，实现径向进刀机构的螺旋运动且能够在工件保持静止的状态下，实现对工件的车削加工。
本发明所述的机架用于支承整个车削装置、实现整个装置的安装和固定，且能够保证工件夹持机构的移动；另外螺旋传动副是一种能够将转动和平动相互转化的机构，而本优选实施例所述的嵌套式螺旋传动副可以通过内外螺纹套筒的转速差，使安装有刀具的中层螺纹套筒做螺旋运动，从而带动刀具车削工件，通过调整内外螺纹套筒的转速差，还可以调整装置的工艺范围，可以用来车削不同螺距甚至是变螺距螺纹。
如图2-5所示，所述前端卡盘2包括卡盘支架21、设置在卡盘支架顶端且一端留有开口的卡盘圆筒22、卡爪23以及沿所述开口向筒内依次同轴设置的卡爪花盘24和涡旋盘25；所述卡爪花盘沿径向开设有若干卡爪导槽26，所述涡旋盘轴向一端的端面设置有单线涡旋滑槽27、轴向另一端的端面连接有能够驱动涡旋盘转动的调节装置，所述卡爪包括阶梯滑柱231以及限位柱232，所述限位柱上设置有与所述卡爪导槽滑动配合的圆柱形滑块233，所述限位柱能够穿过卡爪导槽并插入单线涡旋滑槽中。
如图6所示，所述的卡盘圆筒内中心位置固定设置有用于工件穿过的空心卡盘轴28，所述卡爪花盘24和涡旋盘25整体呈圆环形，其中心位置均开设有能够套设在所述空心卡盘轴上的通孔，所述涡旋盘外圆沿周向均匀设置有若干个外滚柱，且涡旋盘中心位置的通孔内圆沿周向均匀设置有若干个内滚柱。所述空心卡盘轴上沿外圆还设置有若干个实心副轴281，所述调节装置包括与所述涡旋盘轴向另一端端面的主锥齿轮282以及设置在所述实心副轴上且与所述主锥齿轮相啮合的若干个副锥齿轮283，本优选实施例所述的副锥齿轮上设置有盲孔或把手，通过在盲孔插入扳手或直接通过把手调节转动副锥齿轮带动主锥齿轮旋转。在具体的使用中，当涡旋盘转动时，所述卡爪23相对于所述涡旋盘做涡旋运动，但是受到所述卡爪花盘的约束只能沿径向做平动，所述卡爪的径向夹紧与放松由此得以实现。
如图7-10所示，所述螺旋进给机构4包括按照外圆直径依次套设的静主轴41、内主轴42、中主轴43以及外主轴44；所述静主轴与所述机架1固定连接且采用能够使工件穿过的空心结构；所述内主轴的轴向一端的外圆固定套设有轴承一421和锥齿轮一422，另一端的外圆设置有外螺纹一423，所述轴承一与机架固定连接；所述中主轴的轴向一端的内圆设置有能够与所述外螺纹一配合的内螺纹一431，外圆设置有外螺纹二432；所述外主轴外圆固定套设有轴承二441和锥齿轮二442，内圆设置有能够与外螺纹二配合的内螺纹二443，所述轴承二与机架固定连接。
本优选实施例所述的锥齿轮一422和锥齿轮二442均通过电机进行驱动，是车削过程中实现所述内主轴42和所述外主轴44差速转动的重要保证，通过在电机轴上安装齿轮并分别与锥齿轮一和锥齿轮二啮合形成传动链，能够将动力传递给所述外主轴和内主轴。所述电机的启停、转向、转速均由所述计算机控制：在车削加工开始前，工艺参数会通过计算得到并被输入计算机，所述计算机将工艺参数转换为控制信号输入电机的驱动器，驱动器驱动电机按照接收到的参数动作，从而驱动所述内主轴和所述外主轴进行差速转动，所述中主轴受到嵌套式螺旋传动副的约束，进行螺旋进给运动。整个装置的控制得以实现。
如图11-12所示所述径向进刀机构5包括与中主轴轴向另一端滑动连接的若干个刀座51以及与所述刀座固定连接的刀具52；本优选实施例设置有四组沿圆周均布的径向进刀机构，具体的，所述刀座51上开设有能够使所述刀具插入的刀槽53和用于固定刀具的压刀螺栓54。所述压刀螺栓深入刀槽的长度可以根据刀具尺寸进行调整。所述中主轴43的另一端还设置有径向进给锥齿轮433，所述刀座51与中主轴的外圆通过径向进给轴55连接，并通过滑动机构沿中主轴径向滑动，本优选实施例所述的滑动机构包括设置在所述刀座上的燕尾槽以及设置在所述中主轴上与所述燕尾槽滑动配合的滑块，所述径向进给轴与所述径向进给锥齿轮相互啮合，所述径向进给轴与刀座之间形成螺旋传动副，当内主轴和外主轴进行差速转动时，所述中主轴会因二者的转动差而进行螺旋运动。
本优选实施例所述的径向进刀锥齿轮设置有盲孔或把手，在具体的使用中，工件在通过前端卡盘或后端卡盘夹紧固定后，通过盲孔插入扳手或直接通过把手转动径向进刀锥齿轮，并驱动径向进给轴带动径向进刀机构向工件聚拢，调节背吃刀量，所述阻尼套能够保证在中主轴高速旋转时，径向进给锥齿轮不会相对中主轴转动。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，包括机架(1)、固定设置在所述机架上的车削机构以及底端与所述机架滑动连接的工件夹持机构，所述工件夹持机构包括结构相同且相对设置的前端卡盘(2)和后端卡盘(3)，所述车削机构包括设置在前端卡盘和后端卡盘之间的螺旋进给机构(4)和径向进刀机构(5)，所述螺旋进给机构基于嵌套式螺旋传动副实现径向进刀机构的螺旋运动且能够在工件保持静止的状态下，实现对工件的车削加工。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述前端卡盘(2)包括卡盘支架(21)、设置在卡盘支架顶端且一端留有开口的卡盘圆筒(22)、卡爪(23)以及沿所述开口向筒内依次同轴设置的卡爪花盘(24)和涡旋盘(25)；所述卡爪花盘沿径向开设有若干卡爪导槽(26)，所述涡旋盘轴向一端的端面设置有单线涡旋滑槽(27)、轴向另一端的端面连接有能够驱动涡旋盘转动的调节装置，所述卡爪包括阶梯滑柱(231)以及限位柱(232)，所述限位柱上设置有与所述卡爪导槽滑动配合的圆柱形滑块(233)，所述限位柱能够穿过卡爪导槽并插入单线涡旋滑槽中。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述卡盘圆筒内中心位置固定设置有用于工件穿过的空心卡盘轴(28)，所述卡爪花盘(24)和涡旋盘(25)整体呈圆环形，其中心位置均开设有能够套设在所述空心卡盘轴上的通孔，所述涡旋盘外圆沿周向均匀设置有若干个外滚柱，且涡旋盘中心位置的通孔内圆沿周向均匀设置有若干个内滚柱。
4.根据权利要求3所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述空心卡盘轴上沿外圆还设置有若干个实心副轴(281)，所述调节装置包括与所述涡旋盘轴向另一端端面的主锥齿轮(282)以及设置在所述实心副轴上且与所述主锥齿轮相啮合的若干个副锥齿轮(283)。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述螺旋进给机构(4)包括按照内外圆直径依次套设的静主轴(41)、内主轴(42)、中主轴(43)以及外主轴(44)；所述静主轴与所述机架(1)固定连接且采用能够使工件穿过的空心结构；所述内主轴的轴向一端的外圆固定套设有轴承一(421)和锥齿轮一(422)，另一端的外圆设置有外螺纹一(423)，所述轴承一与机架固定连接；所述中主轴的轴向一端的内圆设置有能够与所述外螺纹一配合的内螺纹一(431)，外圆设置有外螺纹二(432)；所述外主轴外圆固定套设有轴承二(441)和锥齿轮二(442)，内圆设置有能够与外螺纹二配合的内螺纹二(443)，所述轴承二与机架固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述径向进刀机构(5)包括与中主轴轴向另一端滑动连接的若干个刀座(51)以及与所述刀座固定连接的刀具(52)。
7.根据权利要求6所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述刀座(51)上开设有能够使所述刀具插入的刀槽(53)和设置有用于固定刀具的压刀螺栓(54)。
8.根据权利要求5或6所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述中主轴(43)的另一端还通过阻尼套设置有径向进给锥齿轮(433)，所述刀座(51)与中主轴的外圆通过径向进给轴(55)连接，并通过滑动机构沿中主轴径向滑动，所述径向进给轴与所述径向进给锥齿轮相互啮合并与刀座之间形成螺旋传动副。
9.根据权利要求5所述的一种基于嵌套式螺旋传动副的车削装置，其特征在于，所述锥齿轮一(422)和锥齿轮二(442)均通过电机进行驱动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114029562A (zh) * 2021-12-10 2022-02-11 安徽伟晔机械有限公司 一种长杆体外螺纹高精度车削加工装置
CN114871822A (zh) * 2022-04-28 2022-08-09 韶关学院 一种无离心力切削装置
CN117444285A (zh) * 2023-12-25 2024-01-26 厦门海征精密五金有限公司 具有对称力均匀可减少剪切力的夹持制笔专用凸轮车床

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