CN114433922A - 一种低成本简易万能铣头装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本简易万能铣头装置，包括水平调节总成、竖直调节总成、连接螺栓。低成本简易万能铣头装置工作时，通过上齿轮与侧齿轮的啮合、侧齿轮与下齿轮的啮合实现动力传输；转位调节时，转动竖直旋转壳体，壳体的转动会带动下齿轮的旋转，随之带动侧齿轮与上齿轮的旋转，实现了下齿轮轴线绕着侧齿轮的轴线转动；转动水平旋转壳体时，齿轮箱体绕输入轴线的转动会带动侧齿轮的旋转，随之带动上齿轮与下齿轮的旋转，实现了侧齿轮轴线绕着上齿轮的轴线转动。刀头在水平面内可以实现360度旋转，在竖直面内实现0至90度旋转，结合起来实现在半球面中任意位置调整，通过三个齿轮即实现了铣刀旋转切削力的传递与刀头方向的改变，结构简单巧妙。

Description

一种低成本简易万能铣头装置
技术领域：
本发明涉及涉及机械加工领域，尤其涉及一种低成本简易万能铣头装置。
背景技术：
随着国家工业化的改革和发展，数控铣床在我国机械制造行业大量装备，实现了普及。但是，传统数控铣床的刀轴方向不能改变，若在一个零件上加工多个方向的孔，需要多次装卡零件，降低了效率与精度。对于我国现有的数控铣床，其控制面板直接控制铣床主轴的运动，软件层面无法增加电动控制刀轴旋转的程序，因此设计一款手动调节分度的万能铣头装置，可以兼容现有的数控铣床，易于实现对我国现有数控铣床的改进。
目前，应用于立式铣床的万能铣头有多种结构，如中国发明专利CN113369525A《一种镗铣数控机床用万能角铣头》公布的一种万能铣头，其采用皮带传动，易于实现动力传输方向的改变，但皮带的设计会导致该装置运行中打滑甚至造成扭矩传输减小，刀头输出不稳定。中国发明专利CN 105642988 A《一种带自动打刀功能的万能铣头》公布的可实现自动抓刀功能的万能铣头，由于其输入轴与输出轴并不同轴，齿轮数多，结构不够紧凑，所占空间较大，且不同轴导致对数控机床控制时需要进行的计算量增大，增加了生产难度，降低了生产效率。
发明内容：
本发明的目的在于发明一款结构紧凑、易于制造、操作简单的手动万能铣头装置，改进我国现有的数控铣床设备，提升制造水平。
本发明的技术方案如下：
一种低成本简易万能铣头装置，包括水平调节总成1、竖直调节总成2、连接螺栓3；
竖直调节总成2中的上齿轮208的轴部、第三深沟球轴承214和竖直固定壳体203在安装后本身就具有轴承配合的径向压紧力，起到初步悬挂上齿轮208的作用。竖直调节总成2在与水平调节总成1连接时，一开始输入轴101末端弹簧固定器207中两个钢球被压在上齿轮端盖209孔中，到锁紧位置时，上齿轮端盖209孔中有环形凹槽，钢球在弹簧的作用下在输入轴101上形成突起，起到进一步锁定上齿轮的作用；竖直调节总成2中的竖直支架201与水平调节总成1的水平旋转壳体103底部通过连接螺栓3固连并与水平旋转壳体103一同在水平面内旋转。
进一步地，所述的水平调节总成包括包括输入轴101、水平固定壳体102、水平旋转壳体103、水平调节顶紧螺栓104、环形磁铁105、环形垫片106、轴承端盖107、第一深沟球轴承110、第二深沟球轴承111；
水平固定壳体102与机床主轴4的外壳相连，因此水平固定壳体102内部的圆柱孔与机床主轴4同轴；水平固定壳体102结构内部分为四段阶梯状同轴圆柱形通孔，且自上而下圆柱孔的直径越来越小；水平固定壳体102最上圆柱通孔的底部固定安装有环形磁铁105和环形垫片106，环形磁铁105和环形垫片106用于与机床主轴4的壳体底部相吸；
水平旋转壳体103由上部圆环形刻度部位与下部结构构成，水平旋转壳体103外侧上部圆柱形刻度部位与水平固定壳体102的刻度对齐，水平旋转壳体103下部结构有圆柱通孔，且通孔直径与孔内轴承端盖107外直径相同，两者采用间隙配合；
水平固定壳体102在刻度部位下方圆柱体直径减小，并在圆柱体内外部分别安装有第一深沟球轴承110、第二深沟球轴承111，第一深沟球轴承110内侧与输入轴101相连，实现了输入轴101与水平固定壳体102的相对转动；第一深沟球轴承110下方的水平固定壳体102圆柱体内孔直径减小，用以防止第一深沟球轴承110下落；第二深沟球轴承111外侧与水平旋转壳体103的上部圆环形刻度部位相连，实现了水平旋转壳体103与水平固定壳体102的相对转动；轴承端盖107外观是圆环结构，其上部内径处有同轴的小圆环凸起，此凸起上表面提供了竖直方向固定第二深沟球轴承111的作用，轴承端盖107内侧与水平固定壳体102最下部圆柱体外侧通过螺纹连接，轴承端盖107上表面起到了竖直方向支撑水平旋转壳体103的作用；
水平旋转壳体103外侧下部通过螺纹连接在周向均匀分布四个水平调节顶紧螺栓104，水平调节顶紧螺栓104在铣头工作时处于拧紧状态，水平调节顶紧螺栓104底端顶紧轴承端盖107使水平旋转壳体103固定，水平调节顶紧螺栓104在调节分度时处于拧松状态，水平调节顶紧螺栓104底部与轴承端盖107外侧脱离接触，使得水平旋转壳体103可在水平面内围绕输入轴101转动。
进一步地，水平固定壳体102外部侧面上方设有通孔108，机床主轴4外壳的对应位置将增加螺纹孔，使水平固定壳体102的通孔108具备通过螺钉与机床主轴固定连接的能力。水平固定壳体102的通孔108下方设有观察孔109，观察孔109的作用是此万能铣头装置往机床安装时，用于观察输入轴101上的安装槽是否与机床主轴上用于安装对齐的凸起对正。
进一步地，水平固定壳体102内部最上方的圆柱孔与机床主轴4的外壳直径相同，配合方式为间隙配合。
进一步地，所述的竖直调节总成包括竖直调节总成2包括竖直支架201、竖直旋转壳体202、竖直固定壳体203、竖直调节顶紧螺栓204、套筒206、弹簧固定器207、上齿轮208、上齿轮端盖209、侧齿轮210、下齿轮211、下齿轮轴(212)、密封圈213、第三深沟球轴承214、第四深沟球轴承215、第五深沟球轴承216、螺栓217；
竖直支架201由水平平台与两个下垂支架构成，两个下垂支架分别位于水平平台左右两侧一体成形；竖直支架201的水平平台上方能与水平旋转壳体103底部通过连接螺栓3固连并与水平旋转壳体103一同在水平面内旋转，并且其上方中心有开孔满足输入轴101底部的通过；竖直支架201右侧下垂的支架能通过周向的螺栓217与竖直固定壳体203固定连接；竖直支架201左侧下垂的支架留有圆孔，使套筒206可以坐落在圆孔中并在圆孔周围通过周向布置的螺栓与竖直支架201固连；
竖直固定壳体203作为竖直调节总成2右半部位的外壳结构，主要用于安装上齿轮208及其轴承，以侧齿轮210的轴线为轴线采用回转壳体造型；其回转壳体正上方设有圆形通孔使输入轴101底端通过；其回转壳体内部上部设有与输入轴101同轴的圆环凸台，凸台内部用于安装上齿轮208的轴承；回转壳体前方从中部到下部有一L形开槽，开槽的作用是与竖直旋转壳体202结合时避免干涉；回转壳体外部在开槽右侧有安装密封圈213的凹槽，凹槽右侧有刻度线；回转壳体最右侧有周向螺纹孔用以与竖直支架201的右侧下垂支架相连；第三深沟球轴承214位于竖直固定壳体203内部上部的圆环凸台内，上齿轮208的轴部外侧安装在第三深沟球轴承214中；
套筒206为表面光滑的圆柱结构，竖直旋转壳体202左侧有圆形凹槽，凹槽表面同样光滑，与套筒206同轴相安插并可以相对转动；竖直旋转壳体202为与竖直固定壳体203相对应的回转形半壳体，在本实例中竖直旋转壳体202外观从左到右是圆锥台和圆柱体结合的造型，且在圆锥台和圆柱体结合处有一可以从左侧安装竖直调节顶紧螺栓204的端面；回转形半壳体内部最左侧设有同轴的圆环形凸台，使第四深沟球轴承215安装在凸台内；回转形半壳体内部与竖直固定壳体203相连部位的内径与竖直固定壳体203的外径相同，为间隙配合；回转形半壳体内部下方有形状为下小上大的圆环凸台，凸台上部内孔用来安装第五深沟球轴承216且凸台与输入轴101同轴；竖直旋转壳体202前方从中到上部有一长孔，长孔的作用是避开竖直旋转壳体202旋转时与输入轴101的干涉；竖直旋转壳体202外部右端有与竖直固定壳体203相对应的刻度线；竖直旋转壳体202通过在套筒206上的旋转实现铣刀在竖直平面内的旋转；
侧齿轮210的轴部位于第四深沟球轴承215中；下齿轮211和下齿轮轴212分开为两个零件并在安装到第五深沟球轴承216后再通过螺栓连接；下齿轮轴212位于第五深沟球轴承216中，且下齿轮轴212底部有安装刀具的螺纹孔；
竖直旋转壳体202外壳结合处端面上周向均匀分布6个竖直调节顶紧螺栓204，竖直调节顶紧螺栓204的作用与水平调节顶紧螺栓104相同，使竖直固定壳体203相对竖直旋转壳体202固定或发生相对转动；竖直固定壳体203与竖直旋转壳体202安装后形成一闭合箱体。
进一步地，上齿轮208的内孔分为两段，上半段为内花键，用于与输入轴101的下端相连传递扭矩，下半段为圆柱孔，上齿轮端盖209插入其中，然后上齿轮端盖209通过螺栓218与上齿轮208固定；上齿轮端盖209为圆柱体结构，内部为圆柱通孔，外侧下部是外径更大且周向有孔的端面用于安装螺栓218；上齿轮端盖209内侧孔中有与弹簧固定器207配合的环形凹槽。
进一步地，弹簧固定器207是两端为钢球、中间为弹簧的结构，安装在输入轴101下部的末端的孔中，弹簧固定器207的钢球在弹簧的作用下形成突起，嵌在上齿轮端盖209内侧孔中的环形凹槽中，起到锁定上齿轮208的作用，拆卸时仅可通过施加额外拉力才能将输入轴101从上齿轮208中拉出。
进一步地，竖直旋转壳体202内部最左侧同轴圆环形凸台下部外直径与竖直固定壳体203L形开槽宽度相同。
进一步地，竖直固定壳体203的底部开槽和竖直旋转壳体202的上部开孔在铣刀最低位置时有交叉部分，出现交叉通孔时通过橡胶盖205闭合防止箱内润滑液飞溅出、箱外切削碎屑溅入。
进一步地，回转壳体外部在开槽右侧凹槽内安装的密封圈213选用环状橡胶，防止润滑油漏出。
本发明一种低成本简易万能铣头装置工作时，通过上齿轮与侧齿轮的啮合、侧齿轮与下齿轮的啮合实现动力传输；转位调节时，转动竖直旋转壳体，壳体的转动会带动下齿轮的自转，随之带动侧齿轮与上齿轮的自转，实现了下齿轮轴线绕着侧齿轮的轴线转动；转动水平旋转壳体时，齿轮箱体绕输入轴线的转动会带动侧齿轮的自转，随之带动上齿轮与下齿轮的自转，实现了侧齿轮轴线绕着上齿轮的轴线转动。刀头在水平面内可以实现360度旋转，在竖直面内实现0至90度旋转，结合起来实现在半球面中任意位置调整，通过三个齿轮即实现了铣刀旋转切削力的传递与刀头方向的改变，结构简单巧妙。
附图说明：
图1为本实施例低成本简易万能铣头装置的二维装配图；
图2为本实施例低成本简易万能铣头装置的三维示意图；
图3为本实施例的水平调节总成的三维剖切示意图；
图4为本实施例的水平固定壳体的三维剖切示意图；
图5为本实施例的竖直调节总成的三维示意图；
图6为本实施例的竖直调节总成的三维剖切示意图；
图7为本实施例的竖直支架的三维示意图；
图8为本实施例的竖直固定壳体与上齿轮装配的三维示意图；
图9为本实施例的竖直旋转壳体与侧、下齿轮装配的三维示意图；
图10为本实施例与机床安装的三维剖切示意图；
图中：
1水平调节总成，101输入轴，102水平固定壳体，103水平旋转壳体，104水平调节顶紧螺栓，105环形磁铁，106环形垫片，107轴承端盖，108通孔，109观察孔，110第一深沟球轴承，111第二深沟球轴承，2竖直调节总成，201竖直支架，202竖直旋转壳体，203竖直固定壳体，204竖直调节顶紧螺栓，205橡胶盖，206套筒，207弹簧固定器，208上齿轮，209上齿轮端盖，210侧齿轮，211下齿轮，212下齿轮轴，213密封圈，214第三深沟球轴承，215第四深沟球轴承，216第五深沟球轴承，217螺栓，218螺栓，3连接螺栓，4机床主轴。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
定义垂直于纸面向外的方向为前，垂直于纸面向内的方向为后，平行于纸面向左的方向为左，平行于纸面向右的方向为右，平行于纸面向上的方向为上，平行于纸面向下的方向为下，上下方向为竖直方向，左右方向为水平方向。
如图2所示，本发明一种低成本简易万能铣头装置包括水平调节总成1、竖直调节总成2、连接螺栓3。
如图1、3所示，水平调节总成1包括输入轴101、水平固定壳体102、水平旋转壳体103、水平调节顶紧螺栓104、环形磁铁105、环形垫片106、轴承端盖107、通孔108、观察孔109、第一深沟球轴承110、第二深沟球轴承111。
下面结合图1、3、4说明水平调节总成的组成及功能：
输入轴101在第一深沟球轴承110以上部分是与机床主轴4同轴相连的部分，因此这一部分的形状尺寸是依照机床主轴4的标准形状尺寸设定的，与市面上已知的输入轴结构相同：自上而下依次为与机床主轴4相配合的锥形外形和用来与机床主轴4相对齐的安装槽；输入轴101在第一深沟球轴承110及以下部分是为了满足万能铣头的功能设计的结构，由上到下为直径依次减小的同轴圆柱体结构，从上到下依次满足安装第一深沟球轴承110、具有与上齿轮208相连的花键段112和具有与上齿轮端盖209相连的且内部可以安装弹簧固定器207的圆柱段113的结构，实现输入轴101在机床主轴4的带动下在水平固定壳体102内旋转，并带动上齿轮208和上齿轮端盖209一起旋转的功能。
水平固定壳体102结构内部分为四段阶梯状同轴圆柱形通孔，且自上而下圆柱孔的直径越来越小。水平固定壳体102最上圆柱通孔的底部固定安装有环形磁铁105和环形垫片106，环形磁铁105和环形垫片106用于与机床主轴4的壳体底部相吸，使安装更加方便。水平固定壳体102最上圆柱通孔其外部为方形但不局限为方形，水平固定壳体102外部在中下部位依次为刻度盘和用来安装轴承的结构，因此均采用圆柱形。
水平旋转壳体103由上部圆环形刻度部位与下部结构构成，水平旋转壳体103外侧上部圆柱形刻度部位与水平固定壳体102的刻度对齐，水平旋转壳体103下部结构外侧为方形但不局限于方形，而下部有圆柱通孔，且孔直径与孔内轴承端盖107外直径相同，两者采用间隙配合。
如图4所示，水平固定壳体102在刻度部位下方圆柱体直径减小，并在圆柱体内外部分别安装有第一深沟球轴承110、第二深沟球轴承111，第一深沟球轴承110内侧与输入轴101相连，实现了输入轴101与水平固定壳体102的相对转动。第一深沟球轴承110下方的水平固定壳体102圆柱体内孔直径减小，用以防止第一深沟球轴承110下落。第二深沟球轴承111外侧与水平旋转壳体103的上部圆环形刻度部位相连，实现了水平旋转壳体103与水平固定壳体102的相对转动。
轴承端盖107外观是圆环结构，其上部内径处有同轴的小圆环凸起，此凸起上表面提供了竖直方向固定第二深沟球轴承111的作用，轴承端盖107内侧与水平固定壳体102最下部圆柱体外侧通过螺纹连接，轴承端盖107上表面起到了竖直方向支撑水平旋转壳体103的作用。
水平旋转壳体103外侧下部通过螺纹连接在周向均匀分布四个水平调节顶紧螺栓104，水平调节顶紧螺栓104在铣头工作时处于拧紧状态，水平调节顶紧螺栓104底端顶紧轴承端盖107使水平旋转壳体103固定，水平调节顶紧螺栓104在调节分度时处于拧松状态，水平调节顶紧螺栓104底部与轴承端盖107外侧脱离接触，使得水平旋转壳体103可在水平面内围绕输入轴101转动。
如图10所示，水平固定壳体102与机床主轴4的外壳相连，因此水平固定壳体102内部的圆柱孔与机床主轴4同轴，由于机床主轴4的外壳均为圆柱形，因此水平固定壳体102内部最上方的圆柱孔与机床主轴4的外壳直径相同，配合方式为间隙配合。在水平固定壳体102外部侧面上方设有通孔108，机床主轴4外壳的对应位置将增加螺纹孔，使水平固定壳体102的通孔108具备通过螺钉与机床主轴固定连接的能力。水平固定壳体102的通孔108下方设有观察孔109，观察孔109的作用是此万能铣头装置往机床安装时，用于观察输入轴101上的安装槽是否与机床主轴上用于安装对齐的凸起对正。
如图1、5、6所示，竖直调节总成2包括竖直支架201、竖直旋转壳体202、竖直固定壳体203、竖直调节顶紧螺栓204、橡胶盖205、套筒206、弹簧固定器207、上齿轮208、上齿轮端盖209、侧齿轮210、下齿轮211、下齿轮轴212、密封圈213、第三深沟球轴承214、第四深沟球轴承215、第五深沟球轴承216、螺栓217、螺栓218。
下面结合图1、5、6、7、8、9说明竖直调节总成的组成及功能：
竖直支架201是一刚性结构，其刚度满足使用过程中不发生变形的要求，其结构满足：竖直支架201由水平平台与两个下垂支架构成，两个下垂支架分别位于水平平台左右两侧一体成形。竖直支架201的水平平台上方能与水平旋转壳体103底部通过连接螺栓3固连并与水平旋转壳体103一同在水平面内旋转，并且其上方中心有开孔满足输入轴101底部的通过；竖直支架201右侧下垂的支架能通过周向的螺栓217与竖直固定壳体203固定连接；竖直支架201左侧下垂的支架留有圆孔，使套筒206可以坐落在圆孔中并在圆孔周围通过周向布置的螺栓与竖直支架201固连。竖直支架201的下垂的左右支架满足安装后使套筒206、竖直旋转壳体202、侧齿轮210、竖直固定壳体203同轴。
如图8所示，竖直固定壳体203作为竖直调节总成2右半部位的外壳结构，主要用于安装上齿轮208及其轴承，因此其结构要素包含：以侧齿轮210的轴线为轴线采用回转壳体造型(如圆柱形与半球形、圆柱与圆锥结合的造型，此实例中从造型简单考虑采用圆柱与圆锥结合的造型，但不局限于此)；其回转壳体正上方设有圆形通孔使输入轴101底端通过；其回转壳体内部上部设有与输入轴101同轴的圆环凸台，凸台内部用于安装上齿轮208的轴承；回转壳体前方从中部到下部有一L形开槽，开槽的作用是与竖直旋转壳体202结合时避免干涉；回转壳体外部在开槽右侧有安装密封圈213的凹槽，凹槽右侧有刻度线；回转壳体最右侧有周向螺纹孔用以与竖直支架201的右侧下垂支架相连。
第三深沟球轴承214位于竖直固定壳体203内部上部的圆环凸台内，上齿轮208的轴部外侧安装在第三深沟球轴承214中，上齿轮208的内孔分为两段，上半段为内花键，用于与输入轴101的下端相连传递扭矩，下半段为圆柱孔，上齿轮端盖209插入其中，然后上齿轮端盖209通过螺栓218与上齿轮208固定。上齿轮端盖209为圆柱体结构，内部为圆柱通孔，外侧下部是外径更大且周向有孔的端面用于安装螺栓218；上齿轮端盖209内侧孔中有与弹簧固定器207配合的环形凹槽。弹簧固定器207是两端为钢球、中间为弹簧的结构，安装在输入轴101下部的末端的孔中，弹簧固定器207的钢球在弹簧的作用下形成突起，嵌在上齿轮端盖209内侧孔中的环形凹槽中，起到锁定上齿轮208的作用，拆卸时仅可通过施加额外拉力才能将输入轴101从上齿轮208中拉出。套筒206为表面光滑的圆柱结构，竖直旋转壳体202左侧有圆形凹槽，凹槽表面同样光滑，与套筒206同轴相安插并可以相对转动。竖直旋转壳体202为与竖直固定壳体203相对应的回转形半壳体，在本实例中竖直旋转壳体202外观从左到右是圆锥台和圆柱体结合的造型，且在圆锥台和圆柱体结合处有一可以从左侧安装竖直调节顶紧螺栓204的端面，竖直旋转壳体202结构要素是：其内部最左侧有同轴的圆环形凸台，使第四深沟球轴承215安装在凸台内；其内部与竖直固定壳体203相连部位的内径与竖直固定壳体203的外径相同，为间隙配合；其内部下方有形状为下小上大的圆环凸台，凸台下部外直径与竖直固定壳体203的L形开槽宽度相同，凸台上部内孔用来安装第五深沟球轴承216且凸台与输入轴101同轴；其前方从中到上部有一长孔，长孔的作用是避开竖直旋转壳体202旋转时与输入轴101的干涉；其外部右端有与竖直固定壳体203相对应的刻度线。竖直旋转壳体202通过在套筒206上的旋转实现铣刀在竖直平面内的旋转。
侧齿轮210的轴部位于第四深沟球轴承215中。由于安装尺寸要求，下齿轮211和下齿轮轴212分开为两个零件并在安装到第五深沟球轴承216后再通过螺栓连接。下齿轮轴212位于第五深沟球轴承216中，且下齿轮轴212底部有安装刀具的螺纹孔。
竖直旋转壳体202外壳在圆锥台和圆柱体结合处端面上周向均匀分布6个竖直调节顶紧螺栓204，竖直调节顶紧螺栓204的作用与水平调节顶紧螺栓104相同，使竖直固定壳体203相对竖直旋转壳体202固定或发生相对转动。竖直固定壳体203与竖直旋转壳体202安装后形成一闭合箱体，密封圈213选用环状橡胶，防止润滑油漏出。竖直固定壳体203的底部开槽和竖直旋转壳体202的上部开孔在铣刀最低位置时有交叉部分，出现交叉通孔时通过橡胶盖205闭合防止箱内润滑液飞溅出、箱外切削碎屑溅入。
装配这一装置时，将上齿轮208(含上齿轮端盖)与对应轴承安装在竖直固定壳体203上，将侧齿轮210、下齿轮211(含下齿轮轴)与对应轴承安装在竖直旋转壳体202上。两半壳闭合以后形成一个可以密封的箱体，整体安装到竖直支架201上，然后安装套筒206与螺栓。箱体内润滑油高度约为箱体高度1/3，第三、四、五深沟球轴承均为带密封挡圈的深沟球轴承，箱体内侧竖直固定壳体的开槽位于底部，外侧竖直旋转壳体的开槽位于上部，因此与密封圈配合后即可保障的箱体的密封性。
如图1所示，水平调节总成1、竖直调节总成2各自在装配后，竖直调节总成2中的上齿轮208的轴部、第三深沟球轴承214和竖直固定壳体203在安装后本身就具有轴承配合的径向压紧力，起到初步悬挂上齿轮208的作用。竖直调节总成2在与水平调节总成1连接时，一开始输入轴101末端弹簧固定器207中两个钢球被压在上齿轮端盖209孔中，到锁紧位置时，上齿轮端盖209孔中有环形凹槽，钢球在弹簧的作用下在输入轴101上形成突起，起到进一步锁定上齿轮的作用。
综上所述，本发明公开了一种低成本简易万能铣头装置，通过上齿轮与侧齿轮的啮合、侧齿轮与下齿轮的啮合实现了动力传输，转位调节时，转动竖直旋转壳体，壳体的转动会带动下齿轮的旋转，随之带动侧齿轮与上齿轮的旋转，实现了下齿轮轴线绕着侧齿轮的轴线转动；转动水平旋转壳体时，齿轮箱体绕输入轴线的转动会带动侧齿轮的旋转，随之带动上齿轮与下齿轮的旋转，实现了侧齿轮轴线绕着上齿轮的轴线转动。刀头在水平面内可以实现360度旋转，在竖直面内实现0至90度旋转，结合起来实现在半球面中任意位置调整，通过三个齿轮即实现了铣刀旋转切削力的传递与刀头方向的改变，结构简单巧妙。

Claims (10)

1.一种低成本简易万能铣头装置，其特征在于，所述的一种低成本简易万能铣头装置包括水平调节总成(1)、竖直调节总成(2)、连接螺栓(3)；
竖直调节总成(2)中的上齿轮(208)的轴部、第三深沟球轴承(214)和竖直固定壳体(203)在安装后本身就具有轴承配合的径向压紧力，起到初步悬挂上齿轮(208)的作用。竖直调节总成(2)在与水平调节总成(1)连接时，一开始输入轴(101)末端弹簧固定器(207)中两个钢球被压在上齿轮端盖(209)孔中，到锁紧位置时，上齿轮端盖(209)孔中有环形凹槽，钢球在弹簧的作用下在输入轴(101)上形成突起，起到进一步锁定上齿轮的作用；竖直调节总成(2)中的竖直支架(201)与水平调节总成(1)的水平旋转壳体(103)底部通过连接螺栓(3)固连并与水平旋转壳体(103)一同在水平面内旋转。
2.根据权利要求1所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：所述的水平调节总成包括包括输入轴(101)、水平固定壳体(102)、水平旋转壳体(103)、水平调节顶紧螺栓(104)、环形磁铁(105)、环形垫片(106)、轴承端盖(107)、第一深沟球轴承(110)、第二深沟球轴承(111)；
水平固定壳体(102)与机床主轴(4)的外壳相连，因此水平固定壳体(102)内部的圆柱孔与机床主轴(4)同轴；水平固定壳体(102)结构内部分为四段阶梯状同轴圆柱形通孔，且自上而下圆柱孔的直径越来越小；水平固定壳体(102)最上圆柱通孔的底部固定安装有环形磁铁(105)和环形垫片(106)，环形磁铁(105)和环形垫片(106)用于与机床主轴(4)的壳体底部相吸；
水平旋转壳体(103)由上部圆环形刻度部位与下部结构构成，水平旋转壳体(103)外侧上部圆柱形刻度部位与水平固定壳体(102)的刻度对齐，水平旋转壳体(103)下部结构有圆柱通孔，且通孔直径与孔内轴承端盖(107)外直径相同，两者采用间隙配合；
水平固定壳体(102)在刻度部位下方圆柱体直径减小，并在圆柱体内外部分别安装有第一深沟球轴承(110)、第二深沟球轴承(111)，第一深沟球轴承(110)内侧与输入轴(101)相连，实现了输入轴(101)与水平固定壳体(102)的相对转动；第一深沟球轴承(110)下方的水平固定壳体(102)圆柱体内孔直径减小，用以防止第一深沟球轴承(110)下落；第二深沟球轴承(111)外侧与水平旋转壳体(103)的上部圆环形刻度部位相连，实现了水平旋转壳体(103)与水平固定壳体(102)的相对转动；
轴承端盖(107)外观是圆环结构，其上部内径处有同轴的小圆环凸起，此凸起上表面提供了竖直方向固定第二深沟球轴承(111)的作用，轴承端盖(107)内侧与水平固定壳体(102)最下部圆柱体外侧通过螺纹连接，轴承端盖(107)上表面起到了竖直方向支撑水平旋转壳体(103)的作用；
水平旋转壳体(103)外侧下部通过螺纹连接在周向均匀分布四个水平调节顶紧螺栓(104)，水平调节顶紧螺栓(104)在铣头工作时处于拧紧状态，水平调节顶紧螺栓(104)底端顶紧轴承端盖(107)使水平旋转壳体(103)固定，水平调节顶紧螺栓(104)在调节分度时处于拧松状态，水平调节顶紧螺栓(104)底部与轴承端盖(107)外侧脱离接触，使得水平旋转壳体(103)可在水平面内围绕输入轴(101)转动。
3.根据权利要求2所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：水平固定壳体(102)外部侧面上方设有通孔(108)，机床主轴(4)外壳的对应位置将增加螺纹孔，使水平固定壳体(102)的通孔(108)具备通过螺钉与机床主轴固定连接的能力。水平固定壳体(102)的通孔(108)下方设有观察孔(109)，观察孔(109)的作用是此万能铣头装置往机床安装时，用于观察输入轴(101)上的安装槽是否与机床主轴上用于安装对齐的凸起对正。
4.根据权利要求2或3所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：水平固定壳体(102)内部最上方的圆柱孔与机床主轴(4)的外壳直径相同，配合方式为间隙配合。
5.根据权利要求1所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：所述的竖直调节总成包括竖直调节总成(2)包括竖直支架(201)、竖直旋转壳体(202)、竖直固定壳体(203)、竖直调节顶紧螺栓(204)、套筒(206)、弹簧固定器(207)、上齿轮(208)、上齿轮端盖(209)、侧齿轮(210)、下齿轮(211)、下齿轮轴(212)、密封圈(213)、第三深沟球轴承(214)、第四深沟球轴承(215)、第五深沟球轴承(216)、螺栓(217)；
竖直支架(201)由水平平台与两个下垂支架构成，两个下垂支架分别位于水平平台左右两侧一体成形；竖直支架(201)的水平平台上方能与水平旋转壳体(103)底部通过连接螺栓(3)固连并与水平旋转壳体(103)一同在水平面内旋转，并且其上方中心有开孔满足输入轴(101)底部的通过；竖直支架(201)右侧下垂的支架能通过周向的螺栓(217)与竖直固定壳体(203)固定连接；竖直支架(201)左侧下垂的支架留有圆孔，使套筒(206)可以坐落在圆孔中并在圆孔周围通过周向布置的螺栓与竖直支架(201)固连；
竖直固定壳体(203)作为竖直调节总成(2)右半部位的外壳结构，主要用于安装上齿轮(208)及其轴承，以侧齿轮(210)的轴线为轴线采用回转壳体造型；其回转壳体正上方设有圆形通孔使输入轴(101)底端通过；其回转壳体内部上部设有与输入轴(101)同轴的圆环凸台，凸台内部用于安装上齿轮(208)的轴承；回转壳体前方从中部到下部有一L形开槽，开槽的作用是与竖直旋转壳体(202)结合时避免干涉；回转壳体外部在开槽右侧有安装密封圈(213)的凹槽，凹槽右侧有刻度线；回转壳体最右侧有周向螺纹孔用以与竖直支架(201)的右侧下垂支架相连；
第三深沟球轴承(214)位于竖直固定壳体(203)内部上部的圆环凸台内，上齿轮(208)的轴部外侧安装在第三深沟球轴承(214)中；
套筒(206)为表面光滑的圆柱结构，竖直旋转壳体(202)左侧有圆形凹槽，凹槽表面同样光滑，与套筒(206)同轴相安插并可以相对转动；竖直旋转壳体(202)为与竖直固定壳体(203)相对应的回转形半壳体，回转形半壳体内部最左侧设有同轴的圆环形凸台，使第四深沟球轴承(215)安装在凸台内；回转形半壳体内部与竖直固定壳体(203)相连部位的内径与竖直固定壳体(203)的外径相同，为间隙配合；回转形半壳体内部下方有形状为下小上大的圆环凸台，凸台上部内孔用来安装第五深沟球轴承(216)且凸台与输入轴(101)同轴；竖直旋转壳体(202)前方从中到上部有一长孔，长孔的作用是避开竖直旋转壳体(202)旋转时与输入轴(101)的干涉；竖直旋转壳体(202)外部右端有与竖直固定壳体(203)相对应的刻度线；竖直旋转壳体(202)通过在套筒(206)上的旋转实现铣刀在竖直平面内的旋转；
侧齿轮(210)的轴部位于第四深沟球轴承(215)中；下齿轮(211)和下齿轮轴(212)分开为两个零件并在安装到第五深沟球轴承(216)后再通过螺栓连接；下齿轮轴(212)位于第五深沟球轴承(216)中，且下齿轮轴(212)底部有安装刀具的螺纹孔；
竖直旋转壳体(202)外壳结合处端面上周向均匀分布6个竖直调节顶紧螺栓(204)，竖直调节顶紧螺栓(204)的作用与水平调节顶紧螺栓(104)相同，使竖直固定壳体(203)相对竖直旋转壳体(202)固定或发生相对转动；竖直固定壳体(203)与竖直旋转壳体(202)安装后形成一闭合箱体。
6.根据权利要求5所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：上齿轮(208)的内孔分为两段，上半段为内花键，用于与输入轴(101)的下端相连传递扭矩，下半段为圆柱孔，上齿轮端盖(209)插入其中，然后上齿轮端盖(209)通过螺栓(218)与上齿轮(208)固定；上齿轮端盖(209)为圆柱体结构，内部为圆柱通孔，外侧下部是外径更大且周向有孔的端面用于安装螺栓(218)；上齿轮端盖(209)内侧孔中有与弹簧固定器(207)配合的环形凹槽。
7.根据权利要求6所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：弹簧固定器(207)是两端为钢球、中间为弹簧的结构，安装在输入轴(101)下部的末端的孔中，弹簧固定器(207)的钢球在弹簧的作用下形成突起，嵌在上齿轮端盖(209)内侧孔中的环形凹槽中，起到锁定上齿轮(208)的作用，拆卸时仅可通过施加额外拉力才能将输入轴(101)从上齿轮(208)中拉出。
8.根据权利要求5所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：竖直旋转壳体(202)内部最左侧同轴圆环形凸台下部外直径与竖直固定壳体(203)L形开槽宽度相同。
9.根据权利要求8所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：竖直固定壳体(203)的底部开槽和竖直旋转壳体(202)的上部开孔在铣刀最低位置时有交叉部分，出现交叉通孔时通过橡胶盖(205)闭合防止箱内润滑液飞溅出、箱外切削碎屑溅入。
10.根据权利要求5所述的低成本简易万能铣头装置，其特征在于：回转壳体外部在开槽右侧凹槽内安装的密封圈(213)选用环状橡胶，防止润滑油漏出。
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