CN1273255C - 刀柄式振动攻丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀柄式振动攻丝装置，包括插入钻床主轴中并锁紧的输入轴，上壳体上端与钻床滑套活动连接，上壳体下端通过螺钉与上端盖活动连接，上端盖采用螺钉与外壳体活动连接，谐波减速器柔轮通过锥销和螺钉固定于上端盖上，谐波减速器柔轮下部与谐波减速器刚轮啮合，谐波减速器波发生器通过键与输入轴连接，谐波减速器刚轮通过螺钉和锥销与中壳体固定在一起，中壳体与支承套筒通过螺钉和锥销固定连接，中壳体与支承套筒分别装有滚动轴承，滑动轴承压入摆杆内，输入轴下端的偏心轴颈与滑动轴承配合，中壳体和输出轴各安装一个摇块，摆杆两端分别与两个摇块配合，支承套筒内安装有支承输出轴的滚动轴承，下端盖通过螺钉与外壳体固定连接。本发明的攻丝装置适合于作为台式钻床的附件，也可以通过增加中间连接部分连接于其它类型的机床上实现振动攻丝加工。

Description

刀柄式振动攻丝装置

                                技术领域

本发明涉及一种攻丝装置，具体地说是指一种刀柄式振动攻丝装置，属于金属切削加工和金属切削机床附件。

                                背景技术

在现有技术中对难加工材料(如GH4169、高温合金、硬质合金、不锈钢等)上进行螺纹孔加工，一般采用普通攻丝加工方法，该方法在难加工材料上加工螺纹孔时丝锥经常由于扭矩过大而折断。

振动攻丝技术是一种通过在攻丝过程中附加一种沿被加工螺纹孔螺旋线方向的振动运动而降低攻丝扭矩的加工技术。

现有技术中的振动攻丝装置，振动发生机构中连接钻床主轴高速输入轴、低速运动部分、和运动输出部分的摆杆上的三个运动副没有布置在一层上，因此摆杆上的受力构成非平面力系，由此导致的翻转力矩会显著增加摆杆上各运动副的最大接触应力的大小从而缩短系统的使用寿命。为了解决在攻丝加工过程中摆杆受力的问题，本发明提出一种新型振动攻丝装置，该装置的振动发生机构中的受力都在一个平面上构成平面力系，充分减少攻丝装置的震动力矩的不良影响，延长了该装置的使用寿命。

                              发明内容

本发明的目的是提供一种刀柄式振动攻丝装置，该装置上的摆杆运动副的受力都在一个平面上，构成平面力系，从而充分减少攻丝装置的震动力矩的不良影响，增加了攻丝装置的可靠性和延长了攻丝装置使用寿命。

本发明的一种刀柄式振动攻丝装置，包括钻床、攻丝装置，所述攻丝装置包括，插入钻床主轴中并锁紧的输入轴，上壳体上端通过螺栓与钻床滑套活动连接，上壳体下端通过螺钉与上端盖活动连接，上端盖采用螺钉与外壳体活动连接，上端盖上安装有支承输入轴的滚动轴承，谐波减速器柔轮通过锥销和螺钉固定于上端盖上，谐波减速器柔轮下部与谐波减速器刚轮啮合，谐波减速器波发生器通过键与输入轴连接，谐波减速器刚轮通过螺钉和锥销与中壳体固定在一起，中壳体与支承套筒通过螺钉和锥销固定连接，中壳体与支承套筒分别装有滚动轴承，摆杆的孔内装有滑动轴承，输入轴下端的偏心轴颈与滑动轴承配合，摇块分别安装在中壳体和输出轴的圆柱形孔内，摆杆两端分别与两个摇块配合，支承套筒内安装有支承输出轴的滚动轴承，下端盖通过螺钉与外壳体固定连接，输出轴上设有与弹簧片配合的槽，导向键安装在输出轴下端的方孔内并且和滑动套内的键槽配合，弹簧片通过螺钉固定在滑动套上端，滑动套下端设有弹簧卡头和螺帽。

本发明的刀柄式振动攻丝装置实现了沿螺旋线方向具有非零平均线速度的螺旋振动运动，实现振动攻丝加工。

所述的刀柄式振动攻丝装置，其摆杆的两端与摇块之间构成的移动副可以为滑动副或滚动副结构。

本发明的刀柄式振动攻丝装置，特别适合于作为机床附件，用于台式钻床和其它与台式钻床具有类似主运动和进给运动的各种机床上以实现振动攻丝加工。

本发明的刀柄式振动攻丝装置，具有如下的特点：

1、采用大速比的单级或双级谐波减速器将输入轴的高速回转运动转换成低速回转运动并传递给低速运动部分；

2、摆杆通过其中部的转动副与输入轴端部的偏心轴颈形成运动连接，可以最大限度增加偏心轴的直径，提高攻丝装置的承载能力；

3、摆杆为三副构件，三个运动副的受力都在一个平面上构成平面力系，这样可充分减少攻丝装置的震动力矩的不良影响；

4、位于摆杆两端的摇块可以在摆杆上自由移动，摆杆与摇块之间的运动副也可以配置为各种形式的滚动导套实现滚动摩擦。该结构可以扩大摇块与其相配合构件之间的接触面积，延长攻丝装置的使用寿命。

                           附图说明

图1为本发明的振动攻丝装置的剖视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B向视图。

图4为图1的A-A剖视又一结构图。

图5为图1的A-A剖视又一结构图。

图6为本发明另一种谐波减速器的结构示意图。

图中：1.钻床主轴    2.钻床滑套    3.上壳体    4.滚动轴承    5.锥销6.上端盖    7.螺钉    8.输入轴    9.外壳体    10.螺钉    11.中壳体    12.摇块13.摆杆    14.滑动轴承    15.螺钉    16.输出轴    17.支承套筒    18.滚动轴承19.下端盖    20.滑动套    21.导向键    22.弹簧卡头    23.螺帽    24.螺钉25.滚动轴承    26.锥销    27.滚动轴承    28.滚动轴承    29.摇块    30.滚动轴承    31.锥销    32.谐波减速器刚轮    33.键    34.谐波减速器波发生器35.谐波减速器柔轮    36.螺钉    37.螺钉    38.螺栓    39.矩形滑块    40.矩形滑块    41.柱销    42.柱销    43.偏心轴颈    44.输出轴    45.柱形摇块46.矩形滑块    47.输出轴    48.摆杆    49.连接体    50.谐波减速器输出刚轮51.谐波减速器刚轮    52.谐波减速器波发生器    53.谐波减速器柔轮54.弹簧片    55.螺钉    56.螺钉    57.弹簧片    58.槽    59.中壳体    60.柱销

                          具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参见附图1、2、3所示，本发明的一种刀柄式振动攻丝装置，该振动攻丝装置连接在钻床的输出端上，作为钻床的附件使用。该振动攻丝装置的输入轴8插入钻床主轴1中并锁紧，上壳体3上端通过螺栓38与钻床滑套2连接，下端通过五个螺钉37与上端盖6连接，其横截面的相对位置可以微调，以消除与其相连接的机床主轴轴线和滑动套轴线不重合所引起的问题。上端盖6采用六个螺钉7与外壳体9连接，上端盖6上安装有支承输入轴8的滚动轴承4，谐波减速器柔轮35通过两个锥销5和六个螺钉36固定于上端盖6，谐波减速器柔轮35下部与谐波减速器刚轮32啮合，谐波减速器波发生器34通过键33与输入轴8连接，谐波减速器刚轮32通过六个螺钉10和两个锥销31与中壳体11固定在一起，中壳体11与支承套筒17通过六个螺钉15和锥销26固定连接。中壳体11与支承套简17分别装有滚动轴承30、18。摆杆13的孔内装有滑动轴承14，输入轴8下端的偏心轴颈43与滑动轴承14配合。中壳体11和输出轴16各安装一个摇块12、29，摆杆13两端分别与两个摇块12、29配合。支承套筒17内安装有支承输出轴16的滚动轴承25、27、28，下端盖19通过六个螺钉24与外壳体9固定连接。输出轴16上设有与弹簧片54、56配合的槽58，导向键21安装在输出轴16下端的横向孔内，并且和滑动套20内的键槽配合，弹簧片54、56通过螺钉55、57固定在滑动套20上端，滑动套20下端设有弹簧卡头22和螺帽23。在安装丝锥时，首先拧松螺帽22，然后将丝锥插入弹簧卡头23的孔内，最后拧紧螺帽22，将丝锥锁紧。在不攻丝的时候使弹簧片54、56的上端卡入输出轴16的槽58内，防止滑动套20脱落。在攻丝过程中，弹簧片54、56上端脱离输出轴16的槽58，完成攻丝后，使滑动套20脱离输出轴16，反向旋转滑动套20，则滑动套20通过弹簧卡头23和螺帽22带动丝锥退出螺纹孔。

在本发明中，钻床主轴1旋转时带动输入轴8高速旋转，输入轴通过键33带动谐波减速器波发生器34转动，谐波减速器波发生器34通过柔轮35使谐波减速器刚轮32带动中壳体11产生低速匀速转动。同时，输入轴8下端的的偏心轴颈43带动摆杆13运动，由于摆杆13的一端通过摇块12与中壳体11相作用，使得摆杆13以摇块12为中心来回摆动，因此摆杆13的另一端通过摇块29带动输出轴16来回摆动。由于中壳体11作低速匀速转动，所以输出轴16就获得平均角速度非零的扭转振动的运动形式。扭转振动运动通过导向键21传递给滑动套20，滑动套20通过弹簧卡头22和螺帽23带动丝锥一起运动，在丝锥的自导引作用下实现沿螺旋线方向的具有非零平均线速度的螺旋振动运动，从而实现振动攻丝加工。

请参见图6所示的另一种减速器，谐波减速器刚轮51通过柱销60和螺钉36固定在上端盖6上，谐波减速器输出刚轮50通过螺钉与连接体49固定，谐波减速器柔轮53与谐波减速器刚轮51和谐波减速器输出刚轮50啮合，谐波减速器波发生器52通过键33与输入轴8连接，连接体49通过螺钉和锥销31与中壳体11固定在一起。钻床主轴1带动输入轴8转动，输入轴8通过键33带动谐波减速器柔轮53转动，谐波减速器柔轮53同谐波减速器刚轮51、谐波减速器输出刚轮50啮合，谐波减速器刚轮51不动，谐波减速器输出刚轮50带动中壳体11匀速转动。减速器可以为二级、三级行星齿轮减速器、或者RV旋转矢量减速器、或者活齿减速器。

请参见图4所示的振动器部分另一种结构，矩形滑块39、40分安装在中壳体59和输出轴44的方槽内，摆杆13的两端分别通过柱销41、42与矩形滑块39、40连接，摆杆13的孔内装有滑动轴承14，输入轴8下端的偏心轴颈43与滑动轴承14配合。输入轴8旋转时通过偏心轴颈43带动摆杆13运动，由于摆杆13的左端通过柱销41于矩形滑块39连接，所以摆杆13以柱销39为中心来回摆动，同时由于摆杆13的右端通过柱销42与矩形滑块40连接，所以输出轴44在矩形滑块40的作用下产生旋转振动，由于中壳体11为匀速转动，所以输出轴44形成了扭转振动的运动形式。

请参见图5所示振动器部分另一种结构，矩形滑块39安装在中壳体59的方槽内，摆杆48左端通过柱销41与矩形滑块39连接，柱形摇块45安装在输出轴47的圆形孔内，摆杆48右端与柱形摇块45的方孔配合，摆杆48中部的方孔内安装矩形滑块46，矩形滑块46的圆孔内装有滑动轴承14，输入轴8下端的偏心轴颈43与滑动轴承14配合。输入轴8旋转时通过偏心轴颈43带动矩形滑块46运动，矩形滑块46带动摆杆48运动，由于摆杆48的左端通过柱销41与矩形滑块39连接，所以摆杆48以柱销39为中心来回摆动，同时由于摆杆48的右端通过柱形摇块45与输出轴47连接，所以输出轴47产生了扭转振动的运动形式。

中壳体11、59为不完整的圆，中壳体11同摇块12配合部分的形状为圆柱形(如图2所示)，中壳体59同矩形滑块39配合部分的形状为矩形(如图4、5所示)。

输出轴16、44、47为不完整的圆，输出轴16同摇块29配合部分的形状为圆柱形(如图2所示)，输出轴44同矩形滑块40配合部分的形状为矩形(如图4所示)，输出轴47同柱形摇块45配合部分的形状为圆柱形(如图5所示)。

本发明的装置在使用时，首先松开上壳体3与上端盖6之间的螺钉，但保持二者之间无间隙，然后将所述的攻丝装置的输出轴8插入钻床主轴1的锥孔中，并使其连接牢固。拧紧上壳体3上的螺栓38使上壳体3与钻床主轴1的滑动套2紧密地连接在一起，最后拧紧六个螺钉7将上壳体3与上端盖6固定。

本发明的攻丝装置也可按其功能分为以下三个部分进行表述：

减速器部分：由一个谐波减速器柔轮35、一个谐波减速器刚轮32和一个谐波减速器波发生器34组成(如图1所示)；或者由一个谐波减速器柔轮53、一个谐波减速器刚轮51、谐波减速器输出刚轮50和一个谐波减速器波发生器52组成(如图6所示)。

振动器部分：由一个摆杆13、滑动轴承14和两个位于摆杆13两端的摇块12、29组成(如图1所示)；或者由一个摆杆13、滑动轴承14和两个位于摆杆13两端的矩形滑块39、40组成，其中摆杆13上有用于安装连接矩形滑块39、40的柱销41、42的孔(如图4所示)；或者由一个摆杆48、滑动轴承14、矩形滑块39、矩形滑块46、柱形摇块45组成，其中摆杆48上有用于安装连接矩形滑块39的柱销41的孔(如图5所示)。

运动输出部分：由输出轴16、一组支承输出轴16的滚动轴承25、27、28、滑动套20、导向键21、弹簧卡头22、螺帽23、弹簧片54、56组成(如图1所示)；或者由输出轴44、一组支承输出轴44的滚动轴承25、27、28、滑动套20、导向键21、弹簧卡头22、螺帽23、弹簧片54、56组成(如图4所示)；或者由输出轴47、一组支承输出轴47的滚动轴承25、27、28、滑动套20、导向键21、弹簧卡头22、螺帽23、弹簧片54、56组成(如图5所示)。

在本发明中采用一个转动副位于其中部的摆杆13和两个位于摆杆13两端的摇块12、29将高速运动输入部分、低速运动部分和运动输出部分连接起来。利用该机构将高速输入运动与低速运动部分的角位移之差转换成具有对称角位移波形的扭转振动，并将该运动与低速运动部分所提供的匀速回转运动合成为具有非零平均速度的扭转振动运动并通过滑键33传递给所述的弹性卡头22部分。所述弹性卡头22与丝锥一起运动，在丝锥的自导引作用下沿螺旋线方向的具有非零平均线速度的螺旋振动运动，实现振动攻丝加工。

该振动攻丝器结构简单、紧凑、工艺性好，适合于作为台式钻床的附件，也可以通过增加中间连接部分连接于其它类型的机床上实现振动攻丝加工，主要用于难加工材料上的螺纹孔和小螺纹孔加工，以有效提高丝锥耐用度和解决丝锥破损问题。

Claims (10)

1、一种刀柄式振动攻丝装置，包括钻床，其特征在于还包括攻丝装置，所述攻丝装置包括，插入钻床主轴(1)中并锁紧的输入轴(8)，上壳体(3)上端通过螺栓(38)与钻床滑套(2)活动连接，上壳体(3)下端通过螺钉(37)与上端盖(6)活动连接，上端盖(6)采用螺钉(7)与外壳体(9)活动连接，上端盖(6)上安装有支承输入轴(8)的滚动轴承(4)，谐波减速器柔轮(35)通过锥销(5)和螺钉(36)固定于上端盖(6)上，谐波减速器柔轮(35)下部与谐波减速器刚轮(32)啮合，谐波减速器波发生器(34)通过键(33)与输入轴(8)连接，谐波减速器刚轮(32)通过螺钉(10)和锥销(31)与中壳体(11)固定在一起，中壳体(11)与支承套筒(17)通过螺钉(15)和锥销(26)固定连接，中壳体(11)与支承套筒(17)分别装有滚动轴承(30、18)，摆杆(13)的孔内装有滑动轴承(14)，输入轴(8)下端的偏心轴颈(43)与滑动轴承(14)配合，摇块(12、29)分别安装在中壳体(11)和输出轴(16)的圆柱形孔内，摆杆(13)两端分别与两个摇块(12、29)配合，支承套筒(17)内安装有支承输出轴(16)的滚动轴承(25、27、28)，下端盖(19)通过螺钉(24)与外壳体(9)固定连接，输出轴(16)上设有与弹簧片(54、56)配合的槽(58)，导向键(21)安装在输出轴(16)下端的横向孔内并且和滑动套(20)内的键槽配合，弹簧片(54、56)通过螺钉(55、57)固定在滑动套(20)上端，滑动套(20)下端设有弹簧卡头(22)和螺帽(23)；由一个谐波减速器柔轮(35)、一个谐波减速器刚轮(32)和一个谐波减速器波发生器(34)组成减速器部分；由一个摆杆(13)、滑动轴承(14)和两个位于摆杆(13)两端的摇块(12、29)组成振动器部分；由输出轴(16)、一组支承输出轴(16)的滚动轴承(25、27、28)、滑动套(20)、导向键(21)、弹簧卡头(22)、螺帽(23)、弹簧片(54、56)组成运动输出部分。

2、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：该装置实现沿螺旋线方向具有非零平均线速度的螺旋振动运动，实现振动攻丝加工。

3、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述的摆杆(13)的两端与摇块(12、29)之间构成的移动副可以为滑动副或滚动副结构。

4、根据权利要求3所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述的摆杆(13)的两端与摇块(12、29)之间构成移动副时，摆杆(13)两端的横截面为圆形或矩形。

5、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述振动器部分的矩形滑块(39、40)分安装在中壳体(59)和输出轴(44)的方槽内，摆杆(13)的两端分别通过柱销(41、42)与矩形滑块(39、40)连接，摆杆(13)的孔内装有滑动轴承(14)，输入轴(8)下端的偏心轴颈(43)与滑动轴承(14)配合。

6、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述振动器部分的矩形滑块(39)安装在中壳体(59)的方槽内，摆杆(48)左端通过柱销(41)与矩形滑块(39)连接，柱形摇块(45)安装在输出轴(47)的圆形孔内，摆杆(48)右端与柱形摇块(45)的方孔配合，摆杆(48)中部的方孔内安装矩形滑块(46)，矩形滑块(46)的圆孔内装有滑动轴承(14)，输入轴(8)下端的偏心轴颈(43)与滑动轴承(14)配合。

7、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述减速器部分的谐波减速器刚轮(51)通过柱销(60)和螺钉(36)固定在上端盖(6)上，谐波减速器输出刚轮(50)通过螺钉与连接体(49)固定，谐波减速器柔轮(53)与谐波减速器刚轮(51)和谐波减速器输出刚轮(50)啮合，谐波减速器波发生器(52)通过键(33)与输入轴(8)连接，连接体(49)通过螺钉和锥销(31)与中壳体(11)固定在一起。

8、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：所述减速器部分为二级或三级行星齿轮减速器、或者RV旋转矢量减速器、或者活齿减速器。

9、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：输入轴(8)的下端的偏心轴颈(43)与摆杆(13)实现匀速回转运动向扭转振动的运动转换方式可以为滑动副或滚动副。

10、根据权利要求1所述的刀柄式振动攻丝装置，其特征还在于：滑动套(20)与输出轴(16)之间的滑键结构可以采用平键、普通花键和滚动花键结构之一。

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