CN102717121B - 一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床 - Google Patents

Abstract

本发明属于加工锥形孔装置的技术领域，具体是一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床，解决了现有深孔机床不能适应孔太深，孔径小的加工情况，包括床身以及镗杆、镗刀，镗杆的轴向中心和径向都开孔，镗杆的径向孔内安装镗刀，镗杆的轴向孔内设置有双锥面芯杆，双锥面芯杆的前端设置两个锥面体、其两个锥面的锥度相等，镗杆上还安装有浮动支撑，镗刀上开有锥孔，锥孔的轴线方向平行于镗杆轴线方向。本发明的有益效果：实现了深孔机床加工锥形深孔的需要，克服了深锥孔加工过程中，镗杆容易变形的缺点，提高了加工精度。

Description

一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床

技术领域

本发明属于加工锥形孔装置的技术领域，具体涉及一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床。

背景技术

镗削圆柱孔已有成熟的技术，镗削锥形浅孔也容易实现。镗削很深的锥孔，其难度在于第一，镗刀杆悬伸量大，镗刀杆容易变形，不容易保证加工质量。第二，浅孔加工中，镗刀径向进给容易实现，而镗削很深的锥孔时，镗刀难以按照镗削浅孔时的方式径向进给。第三，难以直接采用枪钻、BTA钻、DF钻等深孔加工技术完成锥形深孔的镗削。上个世纪，人类攻克了机械加工中深孔加工的技术难题，形成了科学的现代深孔加工技术，但该技术主要适用于圆柱深孔的加工，其主要特点是采用自导向定尺寸圆柱形刀具，而圆锥孔直径是变量，直接套用深孔加工技术解决锥形深孔的加工有一定难度。

尽管在设计时，人们尽量避免圆锥深孔结构，但在有些情况下，难以完全回避圆锥深孔结构。比如，铸造或注塑时，有时即使是圆柱形工件，往往也要设计拔模斜度，这就使得模具会带有锥孔，而当零件较长时，就使模具具有锥形深孔。在实际工作中，人们探索了加工锥形深孔的一些方法，但这些方法往往具有局限性，比如只能适应孔径较大的情况，或者，只能适应孔不是太深的情况。

发明内容

本发明的发明目的：为了解决现有深孔机床不能适应孔太深，孔径小的加工情况，提供了一种原理简单，适应性广，能与现代数控技术结合，可精确控制锥孔孔径的一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床，包括床身、主轴、主轴箱、三爪卡盘、中心架、回转件、输油器支架、输油器座、溜板以及镗杆和镗刀，输油器支架根据工件的长度固定于床身导轨上，输油器支架上固连输油器座，回转件的后端通过轴承安装在输油器座上，回转件的前端与工件后端面接触，所述的镗杆的轴向中心和径向都开孔，镗杆的径向孔内安装镗刀，镗杆的轴向孔内设置有双锥面芯杆，双锥面芯杆的前端设置两个锥面体、其两个锥面的锥度相等，镗杆上还安装有浮动支撑，浮动支撑包括支撑杆、螺套以及弹簧，螺套固定于镗杆，支撑杆穿过螺套中心的孔，支撑杆下部带有环形凸起，环形凸起与螺套之间安装有弹簧，支撑杆上加工有键槽，键槽内卡有防转销；镗刀上开有锥孔，锥孔的轴线方向平行于镗杆轴线方向，螺套上端面上加工有两个可***尖嘴钳将螺套拧入镗杆的辅助性连接孔，在螺套底面与镗杆接触的部位上以及螺套中心孔孔壁上都加工有环槽，螺套底面的环槽内和螺套中心孔孔壁的环槽内分别放置螺盖密封件和浮动支撑密封件，

     所述的双锥面芯杆的前锥面穿过镗刀上所开设的锥孔，双锥面芯杆的前锥面与锥孔的一侧接触，另一侧分离，双锥面芯杆的后锥面与支撑杆的一端接触，支撑杆该端面的斜度与双锥面芯杆的后锥面相一致，支撑杆的另外一端与工件已镗削过的内孔表面接触，支撑杆该端面的斜度与工件的内孔锥度相一致，浮动支撑设置有两个，其中一个浮动支撑轴线与镗刀轴线平行，且相对于镗杆轴线位于镗刀刀尖的对侧，另外一个浮动支撑轴线与镗刀轴线异面垂直，且位于镗刀的下方；

镗杆的轴向孔内还设置有圆柱芯杆和螺纹花键芯杆，双锥面芯杆与圆柱芯杆、螺纹花键芯杆同轴，双锥面芯杆的后端有孔，孔与圆柱芯杆前端小直径部位相配，有一销横向穿过两者的配合部位，圆柱芯杆的后端有孔，孔与螺纹花键芯杆前端小直径端相配合，有一销横向穿过两者的配合部位，螺纹花键芯杆上螺纹部分与镗杆后端孔内的螺纹相配合，螺纹花键芯杆上的花键部分与花键套相配合，花键部分及其邻近部位设置有在空间上与芯杆轴线交错垂直的多条刻度线，花键套通过联轴器与伺服电机相连，伺服电机与伺服电机控制装置相连，伺服电机控制装置与脉冲发生器相连，脉冲发生器还与进给控制装置相连，进给控制装置与深孔机床进给电机相连，

镗刀上安装有对称的两长螺钉，两长螺钉穿出镗杆上所开设的导向槽,通过拉簧与固定于镗杆上的短螺钉相连，导向槽沿镗刀轴线方向的长度大于长螺钉的直径，

镗杆上还开孔安装有工业内窥镜，

镗杆的后端穿出输油器座与溜板固定连接，输油器座的壁上设置有两个径向通孔，输油器座壁上还设置有轴向通孔，轴向通孔一端与靠近回转件一端的径向通孔相通，轴向通孔另一端与回转件上的环形槽相通，输油器座的内部空间、回转件的内部空间和工件的内部空间相连通，固定工件前端的三爪卡盘外设置有三爪卡盘罩，三爪卡盘罩下部设置排屑口。

在镗刀锥形孔的两侧分别加工有环形槽，槽内放置密封件。

镗杆的一端安装有镗杆端盖，镗杆端盖端面开设环形槽，环形槽内放置密封件。

在镗杆上对应工业内窥镜镜头的部位安装透明密封盖。

在圆柱芯杆外圆与镗杆内孔接触处安装有O形密封圈。

本发明的有益效果：

第一，利用锥面控制刀具径向运动，满足了深孔机床加工锥形深孔的需要。

第二，设置两个浮动支撑，分别分担径向切削力和切向切削力，克服了深锥孔加工过程中，镗杆容易变形的缺点。

第三，设置了双锥面芯杆，两个锥面的锥度相同，使得刀具的径向运动与浮动支撑的径向运动相一致，使得浮动支撑在加工过程中能够始终发挥作用。由于浮动支撑一端与已加工过的表面接触，一定程度上可以起到自为基准、自动导向的作用，有利于提高加工精度。

第四，利用伺服电动机及其控制装置，同时运用花键套23和螺纹机构控制刀具的径向运动，技术方案简单、精确、可靠，能满足加工高质量锥形深孔的需要。配以多条刻度线，可进一步掌握、核对锥孔直径，防止加工质量问题的发生。

第五，工业内窥镜便于观察加工过程，一旦发现问题可以及时处理，避免通常深孔加工过程中难以观察切削状况的弊端。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为A-A向结构示意图，

图3为双锥面芯杆结构示意图，

图4为圆柱芯杆结构示意图，

图5为螺纹花键芯杆结构示意图，

图6为镗杆结构示意图，

图7为镗杆C-C向结构示意图，

图中：1-床身，2-锥形孔工件，3-三爪卡盘，4-主轴箱，5-主轴，6-镗杆端盖，7-镗杆，8-镗杆端盖密封件，9-双锥面芯杆，10-镗刀，11-镗刀密封件，12-螺套，13-防转销，14-支撑杆，15-浮动支撑密封件，16-弹簧，17-螺盖密封件，18-工件密封件，19-密封圈，20-轴承，21-Y形密封件，22-O形密封件，23-花键套，24-联轴器，25-伺服电机，26-溜板，27-螺纹花键芯杆，28-圆柱芯杆，29-输油器座，30-输油器支架，31-伺服电机控制装置，32-回转件，33-中心架，34-工业内窥镜，35-透明密封盖，36-脉冲发生器，37-三爪卡盘罩，38-短螺钉，39-长螺钉，40-拉簧，41-进给电机控制装置,42-进给电机。

具体实施方式

传统的深孔机床本身具有镗孔的功能，本发明对深孔机床进行改制，可以完成锥形深孔镗削。改制的零件包括镗杆7、镗刀10、双锥面芯杆9、圆柱芯杆28、螺纹花键芯杆27等零件。深孔机床的主轴箱4上的三爪卡盘3，将带有锥形深孔的工件2夹住，中心架33按托住工件的另一端。

输油器支架30根据工件的长度被固定于床身1导轨的某一位置，输油器支架30上固连有输油器座29，回转件32的一端通过轴承安装在输油器座29上，另一端与工件端面接触。

镗杆7的一端与溜板26固定连接，镗杆7随溜板26沿床身导轨的移动作轴向进给，伺服电机25及与之相连的联轴器24、花键套23也随之移动。溜板运动的动力来源为主电动机。

在输油器座29的壁上加工两个径向通孔，从大孔进入油液，油液通过输油器座29的内部空间、回转件32的内部空间，流向镗刀处，冲走铁屑，冷却、润滑加工部位。铁屑、油液从工件的另外一段流出。在三爪卡盘处设置有三爪卡盘罩37，在主轴孔被人工事先封堵的情况下，铁屑、油液在离心力的作用下，从卡爪之间的空间甩到三爪卡盘罩内，防止油液甩出，产生污染，三爪卡盘罩的下部设有排屑口，采用现有技术及时将铁屑清理，防止铁屑堆积。

从输油器座29壁上的小的径向通孔进入另外的高压油液，通过输油器座29壁上的轴向孔推压回转件32，防止其轴向松动。

在镗杆7的横向孔内安装有可相对于镗杆移动的镗刀10，在镗杆中心的轴向孔内放置有双锥面芯杆9、圆柱芯杆28、螺纹花键芯杆27，在镗杆上安装有螺套12、弹簧16，浮动支撑。

镗刀10有锥孔，双锥面芯杆9的前部锥面穿过镗刀所开设的锥孔，与其一侧接触，另一侧不接触，即相对偏置。由于拉簧40对镗刀的拉紧作用，单边接触始终保持。当伺服电机25旋转，通过联轴器24和花键套23带动螺纹花键芯杆27旋转时、螺纹花键芯杆27及与之相连的圆柱芯杆28、双锥面芯杆9相对于镗杆7轴向移动，通过双锥面芯杆9前锥面的作用，使得镗刀径向运动，加工出锥孔。

双锥面芯杆9的后部锥面与浮动支撑的一端接触，浮动支撑的另外一端与工件2接触，浮动支撑穿过固定于镗杆的螺套12中部的孔，可相对于螺套运动。浮动支撑一端带有环形凸起，环形凸起与螺套之间安装弹簧16，弹簧16使得浮动支撑的一端始终与双锥面芯杆9的锥面接触，当双锥面芯杆9轴向运动时，使得浮动支撑径向运动。当所镗的孔变小时，由于双锥面芯杆9两个锥面锥度相同，浮动支撑向内运动，与所加工的孔相适应。浮动支撑的存在，起到了辅助支撑的作用，可减少镗杆的变形，这对于孔很深，镗杆较长时的锥孔加工，作用很大。

浮动支撑的两端带有斜度，与双锥面芯杆9接触的一端，斜度与芯杆锥面相一致，与工件接触的一端，斜度与工件锥度相一致。

浮动支撑上加工有键槽，可拆卸的防转销13卡入键槽内；防止浮动支撑绕自身轴线回转。浮动支撑有两个，其中一个浮动支撑轴线与镗刀轴线平行或接近水平，且相对于镗杆轴线位于镗刀刀尖的对侧，帮助承担径向切削力，另外一个浮动支撑轴线与镗刀轴线空间交错，且垂直或接近垂直，位于镗刀下方，帮助承担切向切削力，减少镗杆的变形。

镗刀10上安装有长螺钉39，长螺钉39位于镗杆7上所开设的腰子形槽内，通过拉簧40与固定于镗杆7上的短螺钉38相连，借助弹簧的拉力使得镗刀10的锥孔与双锥面芯杆9的锥面始终保持单边接触。

双锥面芯杆9与圆柱芯杆28、螺纹花键芯杆27同轴，双锥面芯杆9的右端有孔，孔与圆柱芯杆28左端小直径部位相配，有一销横向穿过两者的配合部位，圆柱芯杆28的右端有孔，孔与螺纹花键芯杆27左端小直径端相配合，有一销横向穿过两者的配合部位，螺纹花键芯杆27上螺纹部分与镗杆右端孔内的螺纹相配合，螺纹花键芯杆27上的花键部分与花键套23相配合，花键部分及其邻近部位有在空间上与芯杆轴线交错垂直的多条刻度线，花键套通过联轴器24与伺服电机25相连。多条刻度线可帮助了解和核对螺纹花键芯杆27轴向移动距离，由此帮助了解和核对与之相连的镗刀径向运动距离，即帮助了解和核对锥孔孔径。

工业内窥镜34安装于镗杆7上所开设的孔内。镜头位置设计以能观察刀尖处的切削过程为宜，但离开刀尖一定距离，防止铁屑损坏镜头前安装的透明密封盖35。

双锥面芯杆9的两个锥面锥度相等。

螺套12固定于镗杆，浮动支撑穿过螺套中心的孔，在螺套一个端面上加工有两个孔，用于拧紧或松开螺套。

***多处设置密封件，以防止油液泄漏。在螺套另外一个端面和螺套中心孔孔壁上加工有环形槽，槽内分别放置螺盖密封件17、浮动支撑密封件15，防止油液泄漏。在镗刀10锥形孔的两侧分别加工有环形槽，槽内放置密封件11，防止泄漏。镗杆7的一端安装有镗杆端盖6，镗杆端盖6端面开设环形槽，槽内放置密封件8。防止泄油。在圆柱芯杆28外圆与镗杆7内孔接触处安装有O形密封圈。

伺服电机25通过伺服电机控制装置31与脉冲发生器36相连，脉冲发生器36通过进给电机控制装置41与进给电机42相连，使得进给电机42的运动与伺服电机25的运动相协调，保证加工出的锥度合乎要求。镗孔过程中，工件的旋转由主轴驱动，主轴由独立的电机驱动。主轴及其驱动电机不控制刀具的运动。刀具的运动由伺服电机和进给电机联合控制。进给电机控制刀具沿工件轴线方向的运动，伺服电机控制刀具沿工件径向的运动。

Claims (5)

1.一种适用于锥形深孔镗削的深孔机床，包括床身（1）、主轴（5）、主轴箱（4）、三爪卡盘（3）、中心架（33）、回转件（32）、输油器支架（30）、输油器座（29）、溜板（26）以及镗杆（7）和镗刀（10），输油器支架（30）根据工件的长度固定于床身（1）导轨上，输油器支架（30）上固连输油器座（29），回转件（32）的后端通过轴承安装在输油器座（29）上，回转件（32）的前端与工件后端面接触，其特征在于镗杆（7）的轴向中心和径向都开孔，镗杆（7）的径向孔内安装镗刀（10），镗杆（7）的轴向孔内设置有双锥面芯杆（9），双锥面芯杆（9）的前端设置两个锥面体、其两个锥面的锥度相等，镗杆（7）上还安装有浮动支撑，浮动支撑包括支撑杆（14）、螺套（12）以及弹簧（16），螺套（12）固定于镗杆（7），支撑杆（14）穿过螺套（12）中心的孔，支撑杆（14）下部带有环形凸起，环形凸起与螺套（12）之间安装有弹簧（16），支撑杆（14）上加工有键槽，键槽内卡有防转销（13）；镗刀（10）上开有锥孔，锥孔的轴线方向平行于镗杆（7）轴线方向，螺套（12）上端面上加工有两个可***尖嘴钳将螺套（12）拧入镗杆（7）的辅助性连接孔，在螺套（12）底面与镗杆（7）接触的部位上以及螺套（12）中心孔孔壁上都加工有环槽，螺套（12）底面的环槽内和螺套（12）中心孔孔壁的环槽内分别放置螺盖密封件（17）和浮动支撑密封件（15），

     所述的双锥面芯杆（9）的前锥面穿过镗刀（10）上所开设的锥孔，双锥面芯杆（9）的前锥面与锥孔的一侧接触，另一侧分离，双锥面芯杆（9）的后锥面与支撑杆（14）的一端接触，支撑杆（14）该端面的斜度与双锥面芯杆（9）的后锥面相一致，支撑杆（14）的另外一端与工件（2）已镗削过的内孔表面接触，支撑杆（14）该端面的斜度与工件的内孔锥度相一致，浮动支撑设置有两个，其中一个浮动支撑轴线与镗刀轴线平行，且相对于镗杆轴线位于镗刀刀尖的对侧，另外一个浮动支撑轴线与镗刀（10）轴线异面垂直，且位于镗刀（10）的下方；

镗杆（7）的轴向孔内还设置有圆柱芯杆（28）和螺纹花键芯杆（27），双锥面芯杆（9）与圆柱芯杆（28）、螺纹花键芯杆（27）同轴，双锥面芯杆（9）的后端有孔，孔与圆柱芯杆（28）前端小直径部位相配，有一销横向穿过两者的配合部位，圆柱芯杆（28）的后端有孔，孔与螺纹花键芯杆（27）前端小直径端相配合，有一销横向穿过两者的配合部位，螺纹花键芯杆（27）上螺纹部分与镗杆后端孔内的螺纹相配合，螺纹花键芯杆（27）上的花键部分与花键套（23）相配合，花键部分及其邻近部位设置有在空间上与芯杆轴线交错垂直的多条刻度线，花键套通过联轴器（24）与伺服电机（25）相连，伺服电机（25）与伺服电机控制装置（31）相连，伺服电机控制装置（31）与脉冲发生器（36）相连，脉冲发生器（36）还与进给电机控制装置（41）相连，进给电机控制装置（41）与进给电机（42）相连，

镗刀（10）上安装有对称的两长螺钉（39），两长螺钉（39）穿出镗杆（7）上所开设的导向槽,通过拉簧（40）与固定于镗杆（7）上的短螺钉（38）相连，导向槽沿镗刀轴线方向的长度大于长螺钉的直径，

镗杆（7）上还开孔安装有工业内窥镜（34），

镗杆（7）的后端穿出输油器座（29）与溜板（26）固定连接，输油器座（29）的壁上设置有两个径向通孔，输油器座（29）壁上还设置有轴向通孔，轴向通孔一端与靠近回转件（32）一端的径向通孔相通，轴向通孔另一端与回转件（32）上的环形槽相通，输油器座（29）的内部空间、回转件（32）的内部空间和工件的内部空间相连通，固定工件前端的三爪卡盘（30外设置有三爪卡盘罩（37），三爪卡盘罩（37）下部设置排屑口。

2.根据权利要求1所述的适用于锥形深孔镗削的深孔机床，其特征在于：在镗刀（10）锥形孔的两侧分别加工有环形槽，槽内放置密封件（11）。

3.根据权利要求1所述的适用于锥形深孔镗削的深孔机床，其特征在于：镗杆（7）的一端安装有镗杆端盖（6），镗杆端盖（6）端面开设环形槽，环形槽内放置密封件（8）。

4.根据权利要求1所述的适用于锥形深孔镗削的深孔机床，其特征在于：在镗杆（7）上对应工业内窥镜（34）镜头的部位安装透明密封盖（35）。

5.根据权利要求1所述的适用于锥形深孔镗削的深孔机床，其特征在于：在圆柱芯杆（28）外圆与镗杆（7）内孔接触处安装有O形密封圈（22）。

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