CN114603172B - 一种可调式镗孔装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可调式镗孔装置，包括依次连接的刀柄连接模块、运动转换模块和径向移动模块；运动转换模块包括扭矩传递机构，扭矩传递机构用于带动径向移动模块旋转，扭矩传递机构内设置有行星轮驱动机构，行星轮驱动机构的输出端连接有连接筒，连接筒的外缘连接有调径摇杆，行星轮驱动机构用于带动连接筒做自转运动的同时还围绕行星轮驱动机构的中心做公转运动；径向移动模块包括与扭矩传递机构连接的旋转盘，旋转盘上开设有条形限位槽，调径摇杆活动穿过条形限位槽并活动连接有滑动座，滑动座可滑动地连接于旋转盘远离运动转换模块的一面，滑动座上连接有镗刀，本申请具有简化了整体结构、提高了调节精度的优点。

Description

一种可调式镗孔装置

技术领域

本申请涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种可调式镗孔装置。

背景技术

镗孔是对锻出，铸出或钻出孔的进一步加工，扩大孔径，提高精度，减小表面粗糙度，纠正底孔轴线偏斜的一种机械加工手段。根据相对运动原理，镗孔时既可工件旋转，镗刀不转，也可工件不转，镗刀旋转。前者要求工件简单、规则，在普通车床上即可实现，但只占实际加工场景中的一小部分。实际生产中，工件大多形貌特征复杂，难以旋转，甚至不允许被旋转，因此，工件不转，镗刀旋转加工的方式才是镗孔领域的绝对主流。

镗刀一般安装在镗孔装置上，经标准刀柄连至机床主轴。镗孔加工包含镗圆、粗镗、精镗三大工艺步骤，镗圆之后，可近似认为机床主轴和被加工孔的轴线始终共线，在之后的粗镗和精镗过程中，每走刀一次均需测量孔径、计算下一刀的切深，据此调整镗刀刀片在径向的移动增量，该过程目前主要分为手动调刀和自动化调刀。其中，自动化调刀的设备存在专用性太强、结构复杂臃肿、体积庞大等缺陷，容易产生因传动误差导致的颤振与控制困难问题，调节精度差，正限制着高效、高质量、柔性化、自动化镗孔加工技术的进一步发展。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种可调式镗孔装置，旨在解决现有镗孔装置中的调刀设备结构复杂臃肿、控制困难，导致调节精度差的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种可调式镗孔装置，包括依次连接的刀柄连接模块、运动转换模块和径向移动模块，刀柄连接模块用于连接机床主轴；其中，运动转换模块包括连接于刀柄连接模块连接与径向移动模块之间的扭矩传递机构，扭矩传递机构用于带动径向移动模块旋转，扭矩传递机构内设置有行星轮驱动机构，行星轮驱动机构的输出端连接有连接筒，连接筒的外缘连接有调径摇杆，行星轮驱动机构用于带动连接筒做自转运动的同时还围绕行星轮驱动机构的中心做公转运动；径向移动模块包括与扭矩传递机构连接的旋转盘，旋转盘上开设有条形限位槽，调径摇杆活动穿过条形限位槽并活动连接有滑动座，滑动座可滑动地连接于旋转盘远离运动转换模块的一面，滑动座上连接有镗刀，滑动座可做往复直线运动且运动方向与条形限位槽的长度方向相同。

可选地，扭矩传递机构包括与刀柄连接模块连接的主输入轴，主输入轴连接有减速电机，减速电机的另一端面连接有中间轴套，中间轴套连接有主输出轴，主输出轴与旋转盘连接。

可选地，行星轮驱动机构包括与减速电机的输出轴连接的行星轮系输入轴，行星轮系输入轴上套设有第一轴承，第一轴承上分别套设有第二轴承和行星架，第二轴承支撑于中间轴套的内壁，行星架上设置有齿轮轴，齿轮轴上套设有第三轴承，第三轴承上套设有固定连接为一体的第一行星轮和第二行星轮，第一行星轮啮合连接有套设于行星轮系输入轴一端的太阳轮，第二行星轮外缘啮合连接有内齿圈，内齿圈固定于中间轴套内壁，第二行星轮端面与连接筒连接，且第二行星轮的轴心线与连接筒的轴心线重合。

可选地，第二行星轮的基圆直径等于内齿圈的基圆半径，调径摇杆的轴心线处于第二行星轮的基圆直径上。

可选地，行星架上还设置有平衡轴，平衡轴与齿轮轴对称布置于太阳轮两侧，平衡轴上套设有齿轮平衡块。

可选地，运动转换模块还包括固定筒，减速电机位于固定筒内，固定筒连接有电滑环，电滑环套设于中间轴套上，电滑环连接有机壳，中间轴套和主输出轴上均套设有第四轴承，第四轴承均支撑于机壳内壁。

可选地，旋转盘端面设置有两组对称布置且位于滑动座两侧的动平衡补偿模块，动平衡补偿模块包括连接于旋转盘端面的平衡机构，平衡机构相对的一面开设有条形导滑槽，条形导滑槽内可滑动地设置有拨杆，拨杆另一端连接于滑动座侧壁。

可选地，平衡机构包括连接于旋转盘端面的底盘，条形导滑槽开设于底盘侧壁，底盘的另一端面连接有盖板，底盘内开设有回路槽，回路槽与条形导滑槽连通，回路槽内填充有多个活动滚珠，拨杆的一端伸入回路槽内并抵紧于活动滚珠之间。

可选地，回路槽包括连通的直线槽和圆弧槽，直线槽与条形导滑槽连通。

可选地，平衡机构还包括动平衡块，动平衡块连接有活动块，盖板上开设有与圆弧槽配合的弧形通槽，活动块活动穿过弧形通槽并伸入圆弧槽内，活动块的一端抵紧于活动滚珠之间。

可选地，旋转盘上设置有两组与条形限位槽平行的导滑轨，滑动座可滑动地连接于两组导滑轨上，滑动座的两侧壁分别设置有与对应导滑轨配合的导轨钳制器。

可选地，旋转盘上设置有与条形限位槽平行的磁栅，滑动座的侧壁设置有编码器支架，编码器支架上设置有编码器读头，编码器读头用于和磁栅互相感应。

可选地，滑动座包括两组可滑动地连接于对应导滑轨上的滑块，两滑块之间连接有连接板，连接板另一端面连接有底座，底座上设置有用于锁紧镗刀的锁紧螺母。

可选地，镗刀包括与滑动座可拆卸连接的刀杆，刀杆连接有刀片。

可选地，刀柄连接模块包括用于连接机床主轴的标准刀柄，标准刀柄连接有连接套筒，连接套筒另一端与主输入轴连接。

可选地，刀柄连接模块还包括活动套设于标准刀柄一端的抱夹套，连接套筒位于抱夹套内，抱夹套外壁设置有定位销。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请通过扭矩传递机构带动径向移动模块旋转，从而带动镗刀旋转进行钻孔加工，同时还可通过行星轮驱动机构实现将其旋转运动变换为调径摇杆沿条形限位槽做直线运动，进而驱动径向移动模块中的镗刀沿径向位移，径向调节范围广，整个传动过程仅依靠扭矩传递机构和行星轮驱动机构的旋转运动，无需复杂且体积较大的齿轮齿条、楔形块等直线运动机构，大大简化了调径传动链的复杂度，且整个运动转换模块完全独立，大大降低了差动传动存在的传动误差导致的颤振与控制困难问题，调节稳定性好、精度高、控制简单，有利于保证加工质量；利用集成在整个装置内的运动转换模块作为变径调节的驱动源，独立性强，无需机床主轴具备U轴功能，也无需二次开发机床的控制系统，可以安装在绝大部分新、旧加工机床上，部署极为快捷，且结构紧凑、成本低廉，适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请的实施例中一种可调式镗孔装置的结构示意图；

图2为本申请的实施例中一种可调式镗孔装置的爆炸结构示意图；

图3为本申请的实施例中运动转换模块隐去机壳、主输出轴后的轴测视图；

图4为对应图3中运动转换模块隐去中间轴套、第四轴承、电滑环后的反向轴测视图；

图5为对应图3中运动转换模块的主视图；

图6为图5中A-A方向的剖视结构示意图；

图7为本申请的实施例中运动转换模块的爆炸结构示意图；

图8为本申请的实施例中径向移动模块的轴测视图；

图9为本申请的实施例中径向移动模块的主视图；

图10为本申请的实施例中连接板的轴测视图；

图11为本申请的实施例中动平衡补偿模块的轴测视图；

图12为本申请的实施例中动平衡补偿模块的爆炸结构示意图；

图13为本申请的实施例中拨杆的轴测视图；

图14为本申请的实施例中太阳轮、第二行星轮、内齿圈以及调径摇杆的运动轨迹原理图（图中箭头指向为运动方向）；

图15为为本申请的实施例中太阳轮、第二行星轮、内齿圈以及调径摇杆的运动轨迹变化图。

附图标记：

A1-标准刀柄，A2-抱夹套，A3-定位销，A4-连接套筒，B1-主输入轴，B2-减速电机，B3-固定筒，B4-电滑环，B5-机壳，B6-第四轴承，B7-主输出轴，B8-中间轴套，B9-第二轴承，B10-行星架，B11-第一轴承，B12-行星轮系输入轴，B13-太阳轮，B14-第一行星轮，B15-第三轴承，B16-齿轮轴，B17-第二行星轮，B18-内齿圈，B19-调径摇杆，B20-平衡轴，B21-齿轮平衡块，B22-连接筒，C1-旋转盘，C2-导滑轨，C3-滑块，C4-连接板，C5-底座，C6-锁紧螺母，C7-刀杆，C8-刀片，C9-导轨钳制器，C10-编码器支架，C11-编码器读头，C12-磁栅，C13-条形限位槽，D1-底盘，D2-盖板，D3-拨杆，D4-活动滚珠，D5-动平衡块，D6-条形导滑槽，D7-直线槽，D8-圆弧槽，D9-弧形通槽，D10-活动块。

需要说明的是，上述附图标记中，编号含A的为刀柄连接模块组成零件，编号含B的为运动转换模块组成零件，编号含C的为径向移动模块组成零件，编号含D的为动平衡补偿模块组成零件。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1-图15，本实施例提供一种可调式镗孔装置，包括依次连接的刀柄连接模块、运动转换模块和径向移动模块，刀柄连接模块用于连接机床主轴；其中，运动转换模块包括连接于刀柄连接模块连接与径向移动模块之间的扭矩传递机构，扭矩传递机构用于带动径向移动模块旋转，扭矩传递机构内设置有行星轮驱动机构，行星轮驱动机构的输出端连接有连接筒B22，连接筒B22的外缘连接有调径摇杆B19，行星轮驱动机构用于带动连接筒B22做自转运动的同时还围绕行星轮驱动机构的中心做公转运动；径向移动模块包括与扭矩传递机构连接的旋转盘C1，旋转盘C1上开设有条形限位槽C13，调径摇杆B19活动穿过条形限位槽C13并活动连接有滑动座，滑动座可滑动地连接于旋转盘C1远离运动转换模块的一面，滑动座上连接有镗刀，滑动座可做往复直线运动且运动方向与条形限位槽C13的长度方向相同。

由于目前镗孔装置调刀分为手动式和自动式。手动调刀因其简便、紧凑、低成本、可加工孔径范围大等特点被广泛采用，常见的手动可调镗刀，其调节模块主要由码盘、超精密磨削螺杆副、锁紧机构等组成，每次调刀时，需人工使用扳手松开锁紧机构，然后用扳手调节码盘旋转一定的增量与刀体上的参考线对齐，之后再用扳手恢复锁紧，每次调刀都要重复该过程，该调节过程中镗刀刀尖的加工半径始终是未知的，可以在专用对刀仪上确定镗刀的初始加工半径，或通过试切，测量孔径间接获得初始加工半径，然后以此为基准，每次增量式地调节镗刀加工半径，但成本高昂、效率低下。在镗孔时，为保证精度，需多次走刀，手动调节/锁紧次数过多，需手工记录前一刀加工半径，人工累积误差较大，操作者易疲劳，易遗忘，且因每次调刀时的镗刀实际加工半径是未知的，必须参考测量结果及前一次加工半径，操作者一旦受到外界干扰，会出现记错、多调等失误，从而造成空走刀、孔径超差，甚至过大切深危险。针对该问题，市场上出现了具有数显功能的镗刀头，能实时显示镗刀的加工半径，一定程度上提升了手工调刀的效率和准确性，但数显装置直接安装在镗刀头上，刀头动平衡难以补偿，不适合高转速加工，且冷却液容易进入电子元件内部，切削加工中的振动、切屑等容易损伤精密电子电路，且限制了镗刀能加工的最小孔径，并未被大范围采用。

而自动化调刀的实现从设备原理上主要分为数控平旋盘和独立变径控制型可调镗刀，统称为U轴功能。数控平旋盘主要依靠数控机床的W轴伸缩运动作为输入，沿其轴线，经精密楔形槽机构传动，驱动末端刀座沿径向移动，实现自动调刀功能。由于直接利用机床本身的W轴作为变径调节的驱动源，安装简单可靠，且刚性很好，可直接利用数控程序控制自动化调刀，大大提升了镗孔加工效率，但要求机床必须具备可编程控制的W伸缩轴，适应性较差，体积庞大，主要适用于大孔径镗削，且整体成本高昂，大大限制了其应用范围。为此，有学者提出了在可变径镗刀中引入单独的一个电机，经齿轮、齿条、丝杠滑台、精密楔形槽等传动机构实现末端镗刀的径向运动控制，而刀柄整体常规连接到机床主轴上，因额外引入的调径传动链集成在刀柄上，可单独控制，即构成独立变径控制型可调镗刀装置。尽管独立变径控制型可调镗刀装置具有变径调节独立性强，能实时获得镗刀加工半径，可适应大范围加工孔径等优势。然而，目前，独立变径控制型可调镗刀装置大多因调径传动链的集成设计不够紧凑，传动链冗长繁杂，导致其体积庞大，且间接测量镗刀半径，控制精度较差，模块化程度低，难以适应不同的加工场景。

随着精益生产、高效加工、产品个性化需求越来越强，手动调刀的效率低下，精度差，易出错、镗刀加工半径难以实时感知等缺陷；而自动化调刀的设备专用性太强、结构臃肿、可靠性、反馈与调节精度差，模块化程度低等不足，正限制着高效、高质量、柔性化、自动化镗孔加工技术的进一步发展。

因此，在本实施例中，通过扭矩传递机构带动径向移动模块旋转，从而带动镗刀旋转进行钻孔加工，同时还可通过行星轮驱动机构带动连接筒B22做自转运动的同时还围绕行星轮驱动机构的中心做公转运动，使得调径摇杆B19沿着条形限位槽C13做直线往复运动，从而带动滑动座随之做直线往复运动，实现将行星轮驱动机构的旋转运动变换为调径摇杆B19沿条形限位槽C13做直线运动，进而驱动径向移动模块中的镗刀可沿径向位移，径向调节范围广，整个传动过程仅依靠扭矩传递机构和行星轮驱动机构的旋转运动，无需复杂且体积较大的齿轮齿条、楔形块等直线运动机构，大大简化了调径传动链的复杂度，且整个运动转换模块是完全独立运动的设计，无需考虑机床主轴的旋转运动，可避免基于差动传动的设计存在的差动误差可能造成的调刀抖动，大大简化了调刀控制，保证加工质量大大，从而大大降低了差动传动存在的传动误差导致的颤振与控制困难问题，调节稳定性好、精度高、控制简单，有利于保证加工质量；利用集成在整个装置内的运动转换模块作为变径调节的驱动源，独立性强，无需机床主轴具备U轴功能，也无需二次开发机床的控制系统，可以安装在绝大部分新、旧加工机床上，部署极为快捷，且结构紧凑、成本低廉，适应性强。

作为一种可选的实施方式，扭矩传递机构包括与刀柄连接模块连接的主输入轴B1，主输入轴B1连接有减速电机B2，减速电机B2的另一端面连接有中间轴套B8，中间轴套B8连接有主输出轴B7，主输出轴B7与旋转盘C1连接。

在本实施方式中，串联起来的主输入轴B1、减速电机B2、中间轴套B8以及主输出轴B7则构成了机床主轴的动力传递链路，这里中间轴套B8并不与减速电机B2的输出轴连接，而是连接在减速电机B2的端面上，因此扭矩传递机构依靠机床主轴驱动，与减速电机B2的输出轴驱动源无关，从而可形成独立的动力传递链路，以带动旋转盘C1以及镗刀同步自转。

作为一种可选的实施方式，行星轮驱动机构包括与减速电机B2的输出轴连接的行星轮系输入轴B12，行星轮系输入轴B12上套设有第一轴承B11，第一轴承B11上分别套设有第二轴承B9和行星架B10，第二轴承B9支撑于中间轴套B8的内壁，行星架B10上设置有齿轮轴B16，齿轮轴B16上套设有第三轴承B15，第三轴承B15上套设有固定连接为一体的第一行星轮B14和第二行星轮B17，第一行星轮B14啮合连接有套设于行星轮系输入轴B12一端的太阳轮B13，第二行星轮B17外缘啮合连接有内齿圈B18，内齿圈B18固定于中间轴套B8内壁，第二行星轮B17端面与连接筒B22连接，且第二行星轮B17的轴心线与连接筒B22的轴心线重合。

在本实施方式中，整个行星轮驱动机构可独立运行，从行星轮驱动机构的局部来看，内齿圈B18是相对固定的，减速电机B2启动时，其输出轴驱动太阳轮B13旋转，并驱动第一行星轮B14和第二行星轮B17自转，在内齿圈B18作用下，第一行星轮B14和第二行星轮B17同时围绕太阳轮B13中心（即行星轮驱动机构的中心）公转，从而使连接筒B22同步第二行星轮B17做自转的同时还做公转，使得连接筒B22外缘的调径摇杆B19可沿着条形限位槽C13保持做往复直线运动，即带动滑动座上的镗刀形成往复直线的运动轨迹，从而实现将行星轮驱动机构的旋转运动转化为镗刀的往复直线运动的作用。

作为一种可选的实施方式，第二行星轮B17的基圆直径等于内齿圈B18的基圆半径，调径摇杆B19的轴心线处于第二行星轮B17的基圆直径上。

在本实施方式中，由于第二行星轮B17的基圆直径等于内齿圈B18的基圆半径，则形成1:2的传动比，当第二行星轮B17自转和公转时，第二行星轮B17的基圆直径上的任意一点均沿内齿圈B18的直径方向往复运动，而调径摇杆B19中心正好处于第二行星轮B17的基圆直径上，从而可保证调径摇杆B19形成沿内齿圈B18的直径方向做往复运动的运动轨迹（如图14和图15所示）。

作为一种可选的实施方式，行星架B10上还设置有平衡轴B20，平衡轴B20与齿轮轴B16对称布置于太阳轮B13两侧，平衡轴B20上套设有齿轮平衡块B21。

在本实施方式中，通过齿轮平衡块B21的设置，可平衡第一行星轮B14和第二行星轮B17偏置安装引起的动不平衡，达到平衡重心的作用，可使整个行星轮驱动机构运行时稳定性更好。

需要说明的是，这里齿轮平衡块B21与内齿圈B18和太阳轮B13均没有连接关系，仅围绕太阳轮B13做公转运动即可。

作为一种可选的实施方式，运动转换模块还包括固定筒B3，减速电机B2位于固定筒B3内，固定筒B3连接有电滑环B4，电滑环B4套设于中间轴套B8上，电滑环B4连接有机壳B5，中间轴套B8和主输出轴B7上均套设有第四轴承B6，第四轴承B6均支撑于机壳B5内壁。

在本实施方式中，电滑环B4的转子安装在中间轴套B8外侧，其定子与固定筒B3和机壳B5连接，实现将整个镗孔装置的内部电路与外部控制电路连接，其技术成熟，这里不再赘述；主输入轴B1的一端安装在减速电机B2的尾端，用于传递主轴扭矩；减速电机B2的前端则固定在中间大轴上，中间轴套B8的一端连接主输出轴B7,主输出轴B7和中间轴套B8的外侧由一对轴承支撑定位，进而支撑到机壳B5的内侧，连接起来的主输入轴B1、减速电机B2、中间轴套B8和主输出轴B7构成了整个镗孔装置的主轴动力传递链路，且能相对于机壳B5转动；需要说明的是，这里机壳B5与旋转底盘D1并无连接关系。

作为一种可选的实施方式，旋转盘C1端面设置有两组对称布置且位于滑动座两侧的动平衡补偿模块，动平衡补偿模块包括连接于旋转盘C1端面的平衡机构，平衡机构相对的一面开设有条形导滑槽D6，条形导滑槽D6内可滑动地设置有拨杆D3，拨杆D3另一端连接于滑动座侧壁。平衡机构包括连接于旋转盘C1端面的底盘D1，条形导滑槽D6开设于底盘D1侧壁，底盘D1的另一端面连接有盖板D2，底盘D1内开设有回路槽，回路槽与条形导滑槽D6连通，回路槽内填充有多个活动滚珠D4，拨杆D3的一端伸入回路槽内并抵紧于活动滚珠D4之间。

在本实施方式中，还增设了与直线运动的滑动座配合的动平衡补偿模块，当滑动座在旋转盘C1端面做往复直线运动时，滑动座两侧的拨杆D3同步做往复直线运动，同时拨杆D3会推动底盘D1内的活动滚珠D4在回路槽内循环滚动，活动滚珠D4即起到抵紧拨杆D3的作用，又起到配合拨杆D3运动的作用，形成动平衡补充措施，从而能够在线补偿镗孔装置的动平衡，抑制振动，保证镗孔加工质量。

作为一种可选的实施方式，回路槽包括连通的直线槽D7和圆弧槽D8，直线槽D7与条形导滑槽D6连通，拨杆D3一端可沿直线槽D7往复移动，同时活动滚珠D4也在直线槽D7和圆弧槽D8来回滚动，圆弧槽D8可提高活动滚珠D4的活动性。

作为一种可选的实施方式，平衡机构还包括动平衡块D5，动平衡块D5连接有活动块D10，盖板D2上开设有与圆弧槽D8配合的弧形通槽D9，活动块D10活动穿过弧形通槽D9并伸入圆弧槽D8内，活动块D10的一端抵紧于活动滚珠D4之间。

在本实施方式中，盖板D2可与底盘D1将回路槽围成腔体，防止活动滚珠D4脱离回路槽，当活动滚珠D4来回滚动时，会推动动平衡块D5沿着弧形通槽D9运动，且其直线方向的运动与拨杆D3的运动方向相反，通过一对动平衡块D5与径向移动模块的质心所构成的动平衡中心将保持在整个镗孔装置的中心轴线上，以此可实现动平衡补偿；同时可更换不同质量的动平衡块D5，以适应不同镗刀规格的变化，大大降低了开发成本和动平衡校准的复杂度，节约成本；采用活动滚珠D4传动避免了使用连杆、齿轮齿条等复杂机构，使整个动平衡补偿模块结构紧凑、成本低廉、维护方便，可配合本装置形成良好的运动平衡体系。

作为一种可选的实施方式，旋转盘C1上设置有两组与条形限位槽C13平行的导滑轨C2，滑动座可滑动地连接于两组导滑轨C2上，滑动座的两侧壁分别设置有与对应导滑轨C2配合的导轨钳制器C9，导轨钳制器C9运动过程中与导滑轨C2之间有间隙，通过自身的夹紧钳制动作，实现对导滑座的可靠定位锁定。

作为一种可选的实施方式，旋转盘C1上设置有与条形限位槽C13平行的磁栅C12，滑动座的侧壁设置有编码器支架C10，编码器支架C10上设置有编码器读头C11，编码器读头C11用于和磁栅C12互相感应。

在本实施方式中，通过编码器读头C11可读取导滑座沿镗孔装置径向的位置信息，将编码器读头C11设置在连接有镗刀的滑动座上来作为反馈，可直接获得镗刀在镗孔装置的径向位置，并用于完全独立的调径控制，相比于传统的依靠电机尾端编码器，再结合传动比计算出末端位置的方法，本实施方式避免了传动链上的装配、制造、扰动等累积误差，大大提升了反馈精度，可实现高精度的闭环调径控制，调径精度大于手工调节，自动化调节提升了调节效率和抗干扰能力。

作为一种可选的实施方式，滑动座包括两组可滑动地连接于对应导滑轨C2上的滑块C3，两滑块C3之间连接有连接板C4，连接板C4另一端面连接有底座C5，底座C5上设置有用于锁紧镗刀的锁紧螺母C6。

在本实施方式中，连接板C4可将一对滑块C3连接起来，使其可以同步运动，并增加支撑面积，提高稳定性；锁紧螺母C6可以锁紧和松开所夹持的镗刀，便于拆卸和更换不同规格的镗刀，适应更多加工场景。

作为一种可选的实施方式，镗刀包括与滑动座可拆卸连接的刀杆C7，刀杆C7连接有刀片C8，刀片C8用于切削材料，通过更换不同的刀杆C7，可安装多刃、单刃镗刀，以适应粗镗、精镗加工。

作为一种可选的实施方式，刀柄连接模块包括用于连接机床主轴的标准刀柄A1，标准刀柄A1连接有连接套筒A4，连接套筒A4另一端与主输入轴B1连接。

在本实施方式中，标准刀柄A1是技术成熟且商业化的产品，可以更换不同类型的，这里不再赘述；抱夹套A2的内部有轴承作为标准刀柄A1一端的支撑定位，两者可相对旋转，也用于抱紧固定筒B3的一端。

作为一种可选的实施方式，刀柄连接模块还包括活动套设于标准刀柄A1一端的抱夹套A2，连接套筒A4位于抱夹套A2内，抱夹套A2外壁设置有定位销A3。

在本实施方式中，抱夹套A2外壁的定位销A3可与机床主轴连接端面的定位孔配合，阻止抱夹套A2和固定筒B3以及标准刀柄A1一块旋转。

需要说明的是，本实施例中的刀柄连接模块、运动转换模块、径向移动模块以及动平衡补偿模块之间均为可拆卸连接（一般为螺钉连接），各模块之间的零部件也尽量为可拆卸连接，采用模块化设计，通过更换标准刀柄A1，能适应绝大多数新、旧机床主轴；模块之间可方便地拆卸或安装，有利于批量生产和维保；整个镗孔装置的场景、任务适应能力强。

综上所述，本装置具有以下优点：

本装置整体结构紧凑，模块化设计使得制造和装配极为方便，可靠性强，拓展性广，径向调节范围大，可满足孔径跨度范围较大的加工场景；仅利用行星轮驱动机构的传动比，即可实现将减速电机B2的旋转运动变换为镗刀沿整个装置的径向直线运动，无需复杂且体积较大的齿轮齿条、楔形块等直线传动机构，大大简化了调径传动链的复杂度；整个调径传动链独立运行，避免了差动传动方式下存在的传动误差导致的颤振与控制困难问题，齿轮平衡块B21进一步补偿了行星齿轮在调径公转和主轴旋转时的动平衡，径向调节稳定性好、精度高、自动化控制简单，有利于保证加工质量；径向调节的独立性强，无需机床具备U轴功能，也无需二次开发机床的控制系统，可安装在绝大部分新、旧机床上，部署极为快捷，且结构紧凑、成本低廉，适应性强；采用远端直接位置反馈闭环控制和动平衡补偿模块，可大幅提升本装置的控制精度和动态调节稳定性，有利于实现精密加工，具有明显的技术优势。

实施例2

参照图1-图15，本实施例提出一种基于实施例1中所述的调节式镗孔装置的控制方法，由于扭矩传递机构和行星轮驱动机构可互相独立运行，因此本实施例提出的调节式镗孔装置的控制方法，包括常规调刀控制方法和在线调刀控制方法；其中，

常规调刀控制方法包括以下步骤：

镗孔装置处于非加工位置，此时，机床主轴不旋转，则标准刀柄A1和刀杆C7部分也不会旋转，先令导轨钳制器C9松开对导滑轨C2的抱紧，然后以绝对式的编码器读头C11为底座C5位置反馈，闭环控制减速电机B2旋转，驱动行星轮系转动，第二行星轮B17自转同时绕内齿圈B18轴线公转，根据两者的传动比，可使安装在第二行星轮B17上连接筒B22外缘的调径摇杆B19沿镗孔装置径向直线运动，进而驱动底座C5直线运动到目标位置，调节完成后锁紧导轨钳制器C9，与运动转换模块的减速反向自锁特性结合，共同保证镗刀径向位置的可靠性，完成一次径向自动化调刀过程，下一刀径向调节仍重复上述过程，整个加工循环可与成熟的机床数控系统联控，实现自动化的调刀、加工循环；

在线调刀控制方法包括以下步骤：

通过在镗削加工过程中，实时调节镗孔装置的刀片C8加工半径，能够在工件内孔中镗出复杂的曲面型腔，例如锥孔、波纹孔等，但需以被加工孔的型腔半径变化和镗削加工的进给速度为镗孔装置的径向调刀控制指令，其运动控制过程与常规调刀控制过程相同，这得益于整个运动转换模块是完全独立运动的设计，无需考虑机床主轴的旋转运动，可避免基于差动传动的设计存在的差动误差可能造成的调刀抖动，大大简化了调刀控制，保证加工质量。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种可调式镗孔装置，其特征在于，包括依次连接的刀柄连接模块、运动转换模块和径向移动模块，所述刀柄连接模块用于连接机床主轴；其中，

所述运动转换模块包括连接于所述刀柄连接模块连接与所述径向移动模块之间的扭矩传递机构，所述扭矩传递机构用于带动所述径向移动模块旋转，所述扭矩传递机构内设置有行星轮驱动机构，所述行星轮驱动机构的输出端连接有连接筒，所述连接筒的外缘连接有调径摇杆，所述行星轮驱动机构用于带动所述连接筒做自转运动的同时还围绕所述行星轮驱动机构的中心做公转运动；

所述径向移动模块包括与所述扭矩传递机构连接的旋转盘，所述旋转盘上开设有条形限位槽，所述调径摇杆活动穿过所述条形限位槽并活动连接有滑动座，所述滑动座可滑动地连接于所述旋转盘远离所述运动转换模块的一面，所述滑动座上连接有镗刀，所述滑动座可做往复直线运动且运动方向与所述条形限位槽的长度方向相同；

所述扭矩传递机构包括与所述刀柄连接模块连接的主输入轴，所述主输入轴连接有减速电机，所述减速电机的另一端面连接有中间轴套，所述中间轴套连接有主输出轴，所述主输出轴与所述旋转盘连接；

所述行星轮驱动机构包括与所述减速电机的输出轴连接的行星轮系输入轴，所述行星轮系输入轴上套设有第一轴承，所述第一轴承上分别套设有第二轴承和行星架，所述第二轴承支撑于所述中间轴套的内壁，所述行星架上设置有齿轮轴，所述齿轮轴上套设有第三轴承，所述第三轴承上套设有固定连接为一体的第一行星轮和第二行星轮，所述第一行星轮啮合连接有套设于所述行星轮系输入轴一端的太阳轮，所述第二行星轮外缘啮合连接有内齿圈，所述内齿圈固定于所述中间轴套内壁，所述第二行星轮端面与所述连接筒连接，且所述第二行星轮的轴心线与所述连接筒的轴心线重合。

2.如权利要求1所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述第二行星轮的基圆直径等于所述内齿圈的基圆半径，所述调径摇杆的轴心线处于所述第二行星轮的基圆直径上。

3.如权利要求1所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述行星架上还设置有平衡轴，所述平衡轴与所述齿轮轴对称布置于所述太阳轮两侧，所述平衡轴上套设有齿轮平衡块。

4.如权利要求1至3中任一项所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述运动转换模块还包括固定筒，所述减速电机位于固定筒内，所述固定筒连接有电滑环，所述电滑环套设于所述中间轴套上，所述电滑环连接有机壳，所述中间轴套和所述主输出轴上均套设有第四轴承，所述第四轴承均支撑于所述机壳内壁。

5.如权利要求1所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述旋转盘端面设置有两组对称布置且位于所述滑动座两侧的动平衡补偿模块，所述动平衡补偿模块包括连接于所述旋转盘端面的平衡机构，所述平衡机构相对的一面开设有条形导滑槽，所述条形导滑槽内可滑动地设置有拨杆，所述拨杆另一端连接于所述滑动座侧壁。

6.如权利要求5所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述平衡机构包括连接于所述旋转盘端面的底盘，所述条形导滑槽开设于所述底盘侧壁，所述底盘的另一端面连接有盖板，所述底盘内开设有回路槽，所述回路槽与所述条形导滑槽连通，所述回路槽内填充有多个活动滚珠，所述拨杆的一端伸入所述回路槽内并抵紧于所述活动滚珠之间。

7.如权利要求6所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述回路槽包括连通的直线槽和圆弧槽，所述直线槽与所述条形导滑槽连通。

8.如权利要求7所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述平衡机构还包括动平衡块，所述动平衡块连接有活动块，所述盖板上开设有与圆弧槽配合的弧形通槽，所述活动块活动穿过所述弧形通槽并伸入所述圆弧槽内，所述活动块的一端抵紧于所述活动滚珠之间。

9.如权利要求1所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述旋转盘上设置有两组与所述条形限位槽平行的导滑轨，所述滑动座可滑动地连接于两组所述导滑轨上，所述滑动座的两侧壁分别设置有与对应所述导滑轨配合的导轨钳制器。

10.如权利要求9所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述旋转盘上设置有与所述条形限位槽平行的磁栅，所述滑动座的侧壁设置有编码器支架，所述编码器支架上设置有编码器读头，所述编码器读头用于和所述磁栅互相感应。

11.如权利要求9所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述滑动座包括两组可滑动地连接于对应所述导滑轨上的滑块，两所述滑块之间连接有连接板，所述连接板另一端面连接有底座，所述底座上设置有用于锁紧所述镗刀的锁紧螺母。

12.如权利要求1或11所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述镗刀包括与所述滑动座可拆卸连接的刀杆，所述刀杆连接有刀片。

13.如权利要求1所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述刀柄连接模块包括用于连接机床主轴的标准刀柄，所述标准刀柄连接有连接套筒，所述连接套筒另一端与所述主输入轴连接。

14.如权利要求13所述的一种可调式镗孔装置，其特征在于，所述刀柄连接模块还包括活动套设于所述标准刀柄一端的抱夹套，所述连接套筒位于所述抱夹套内，所述抱夹套外壁设置有定位销。

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