CN108356315A - 一种非平面钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非平面钻孔装置，包括底座和圆柱，所述圆柱安装在底座上，在圆柱上安装有垂直丝杠，垂直丝杠通过第一传动机构带动转动，在圆柱上套有水平移动基座，水平移动基座内固定安装有螺母，螺母与垂直丝杠配合，在水平移动基座上安装有水平丝杠，水平丝杠通过第二传动机构带动转动，在水平丝杠上套有水平丝杠螺母，水平丝杠螺母与钻夹基座连接，钻夹基座上安装有钻头电机，钻头电机与开孔器连接。本发明中待加工零件采用柔性支撑的方式进行定位，形成可靠地贴近材料外形的定位。柔性定位采用快速锁紧结构进行锁紧，简化了操作流程，缩短了定位时间，操作便捷可靠，可以实现一人单独操作。

Description

一种非平面钻孔装置

技术领域

本发明涉及非平面钻孔装置，属于零件制造设备领域。

背景技术

潜水器是海洋勘探和深海科学研究的重要装备，作为潜水器的重要组成部分，耐压壳体是保护人员安全和非耐压设备的关键部件。在实际设计中，需要对耐压壳进行开孔，包括人孔，观察窗以及设备接线孔等。对开孔的耐压壳进行研究，是提高耐压壳可靠性的重要手段。

研究耐压壳开孔，一般使用缩比模型进行试验研究，这种方法能够有效降低试验费用，增加试样个数。这也是目前采用的比较多的方式。但是，不同试验目的的试样的缩放比例不同，生产中的专用设备无法满足所有加工要求，而且专用设备的费用比较昂贵。耐压壳体多为球壳、圆柱壳、圆锥壳等，其要求开孔的表面都为曲面，且壁厚薄，在机床工作台面上无法装夹，且易变形；此外，如设计夹具，由于耐压壳模型形状差异大，尺寸不同，会造成不易统一，数量多。目前，传统的加工方法是采用人工划线，手工切割，不需要工装，但是此方法效率低，误差较大，不利于下一步的围壁加强的焊接工作。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种非平面钻孔装置，待加工零件的夹紧采用多点接触夹紧，且接触点围绕转头中心均匀分布，加工精度高，而且成本低。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种非平面钻孔装置，包括底座和圆柱，所述圆柱安装在底座上，在圆柱上安装有上限位块和下限位块，上限位块和下限位块上安装有第一轴承，在第一轴承上安装有垂直丝杠，垂直丝杠通过第一传动机构带动转动，在圆柱上套有水平移动基座，水平移动基座内固定安装有螺母，螺母与垂直丝杠配合，在水平移动基座上安装有轴承安装基座，轴承安装基座内安装有一对第二轴承，在第二轴承上安装有水平丝杠，水平丝杠通过第二传动机构带动转动，在水平丝杠上套有水平丝杠螺母，水平丝杠螺母与钻夹基座连接，钻夹基座上安装有锁紧上基座和锁紧下基座，在锁紧上基座和锁紧下基座上***有锁紧弹簧杆，锁紧弹簧杆的底部设有凸台，顶部安装有螺栓，在锁紧弹簧杆上套有锁紧弹簧，锁紧弹簧的一端顶住锁紧下基座，在锁紧下基座设有锁紧锁紧弹簧杆的锁紧装置；在钻夹基座上安装有钻头电机，钻头电机与开孔器连接；所述底座上设有若干个孔，在孔上安装有立柱，立柱依次穿过柔性支撑底板、柔性支撑锁定板和柔性支撑顶板，在柔性支撑底板上***有若干个支撑弹簧杆，支撑弹簧杆依次穿过柔性支撑锁定板、柔性支撑顶板，支撑弹簧杆的顶端设有限位凸台，在支撑弹簧杆上套有支撑弹簧，支撑弹簧一端顶住柔性支撑顶板，柔性支撑锁定板与快速锁紧装置连接，通过快速锁紧装置带动柔性支撑锁定板移动，从而通过柔性支撑锁定板卡住支撑弹簧杆，达到锁紧支撑弹簧杆的目的。

作为优选，所述第一传动机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，垂直丝杠与第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮与升降电机连接，升降电机带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮从而带动垂直丝杠转动。

作为优选，所述第二传动机构包含小齿轮和大齿轮，水平移动电机带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮套在水平丝杠上，从而带动水平丝杠转动。

作为优选，所述锁紧装置包含一对锁紧基板、锁紧锁定板，锁紧弹簧杆穿过锁紧基板和锁紧锁定板，两片锁紧基板通过夹紧锁紧固定板连接，在两片锁紧基板之间设有锁紧锁定板，锁紧锁定板与夹紧锁紧拉杆连接，夹紧锁紧拉杆通过销轴与锁紧扳手连接，在锁紧基板上安装有锁紧板，通过转动锁紧扳手，锁紧扳手的一端顶住锁紧板，带动夹紧锁紧拉杆移动，夹紧锁紧拉杆从而带动锁紧锁定板移动，从而将锁紧弹簧杆锁定。锁紧基板为多边形结构，在锁紧基板的拐角处设有孔，锁紧弹簧杆穿过该孔。锁紧基板不与锁紧下基板固定，锁紧基板可以随着锁紧弹簧杆上下移动。

作为优选，所述柔性定位装置包含套筒、立柱、柔性支撑顶板、柔性支撑底板、柔性支撑锁定板、支撑弹簧套筒、支撑弹簧杆、支撑弹簧和快速锁紧装置，快速锁紧装置包含支撑锁紧拉杆、支撑锁紧转动板、支撑锁紧销轴和支撑锁紧把手，所述套筒、柔性支撑底板、柔性支撑锁定板和柔性支撑顶板通过螺栓固定在立柱上，支撑弹簧套筒固定在柔性支撑底板和柔性支撑顶板上，支撑弹簧杆穿过支撑弹簧和支撑弹簧套筒，支撑锁紧转动板通过螺栓固定在柔性支撑顶板和柔性支撑底板的端部，支撑锁紧拉杆通过支撑锁紧销轴与支撑锁紧把手连接，支撑锁紧拉杆与柔性支撑锁定板连接，下端用螺栓固定，下压支撑弹簧杆，支撑弹簧压缩变形，通过转动支撑锁紧把手，支撑锁紧把手一端顶住支撑锁紧转动板，带动支撑锁紧拉杆外移，从而带动柔性支撑锁定板移动，从而锁紧支撑弹簧杆。

有益效果：本发明的非平面钻孔装置，具有以下优点：

(1)本发明的非平面钻圆孔装置中，待加工零件采用柔性支撑的方式进行定位，形成可靠地贴近材料外形的定位；对于实验室内的缩比模型，都能够进行有效的定位。柔性定位采用快速锁紧结构进行锁紧，简化了操作流程，缩短了定位时间，操作便捷可靠，可以实现一人单独操作。

(2)本发明的非平面钻圆孔装置中，待加工零件的夹紧采用多点接触夹紧，且接触点围绕转头中心均匀分布，这样就保证了在开孔过程中不会出现零件跟随钻头抖动的情况。

(3)本发明的非平面钻孔装置中，所有的柔性支撑杆件的位置都能由弹簧恢复到初始位置，并且柔性支撑件采用模块设计，弹簧易于更换。

附图说明

图1为本发明结构的三维视图；

图2为本发明结构的主视图；

图3为本发明结构的左视图；

图4为本发明结构的俯视图；

图5为本发明结构的柔性支撑组件A-A剖视图；

图6为本发明结构的柔性支撑组件俯视图；

图7为本发明结构的单个柔性支撑组件；

图8为本发明结构的钻头及锁紧组件主视图；

图9为本发明结构的钻头及锁紧组件右视图；

图10为本发明结构的锁紧夹紧部件主视图；

图11为本发明结构的锁紧夹紧部件俯视图；

其中：1-垂直丝杠；2-垂直丝杠连接件；3-垂直丝杠螺母；4-垂直丝杠限位件；5-第一锥齿轮；6-升降电机；7-底座；8-水平移动基座；9-轴承安装基座；10-水平丝杠；11-钻夹基座；12-水平丝杠螺母；13-水平移动电机；14-小齿轮；15-大齿轮；16-齿轮外壳；17-套筒；18-立柱；19-柔性支撑顶板；20-柔性支撑底板；21-柔性支撑锁定板；22-支撑弹簧套筒；23-支撑弹簧杆；24-支撑弹簧；25-支撑锁紧拉杆；26-支撑锁紧转动板；27-支撑锁紧销轴；28-支撑锁紧把手；29-锁紧上基座；30-锁紧弹簧杆；31-钻头电机；32-锁紧扳手；33-锁紧板；34-锁紧基板；35-锁紧锁定板；36-锁紧下基座；37-钻头基座；38-开孔器；39-夹紧锁紧固定板；40-锁紧弹簧；41-夹紧锁紧拉杆；42-销轴。

具体实施方式

如图1至图11所示，本发明的一种非平面钻孔装置，包括底座7和圆柱，所述圆柱安装在底座7上，在圆柱上安装有上限位块和下限位块4，上限位块和下限位块4上安装有第一轴承，在第一轴承上安装有垂直丝杠1，垂直丝杠1通过第一传动机构带动转动，在圆柱上套有水平移动基座8，水平移动基座8上通过连接件2固定安装有螺母3，螺母3与垂直丝杠1配合，在水平移动基座8上安装有轴承安装基座9，轴承安装基座9内安装有一对第二轴承，在第二轴承上安装有水平丝杠10，水平丝杠10通过第二传动机构带动转动，在水平丝杠10上套有水平丝杠螺母12，水平丝杠螺母12与钻夹基座11连接，钻夹基座11上安装有锁紧上基座29和锁紧下基座36，在锁紧上基座29和锁紧下基座36上***有锁紧弹簧杆30，锁紧弹簧杆30的底部设有凸台，顶部安装有螺栓，在锁紧弹簧杆30上套有锁紧弹簧40，锁紧弹簧40的一端顶住锁紧下基座36，在锁紧下基座36设有锁紧锁紧弹簧杆的锁紧装置；在钻夹基座11上安装有钻头电机31，钻头电机31与开孔器38连接；所述底座7上设有若干个孔，在孔上安装有立柱18，立柱18依次穿过柔性支撑底板20、柔性支撑锁定板21和柔性支撑顶板19，在柔性支撑底板20上***有若干个支撑弹簧杆23，支撑弹簧杆23依次穿过柔性支撑锁定板21、柔性支撑顶板19，支撑弹簧杆23的顶端设有限位凸台，在支撑弹簧杆23上套有支撑弹簧24，支撑弹簧24一端顶住柔性支撑顶板19，柔性支撑锁定板21与快速锁紧装置连接，通过快速锁紧装置带动柔性支撑锁定板21移动，从而通过柔性支撑锁定板21卡住支撑弹簧杆23，达到锁紧支撑弹簧杆23的目的。

在本发明中，所述第一传动机构包括第一锥齿轮5和第二锥齿轮，垂直丝杠1与第一锥齿轮5连接，第一锥齿轮5与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮与升降电机6连接，升降电机6带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动第一锥齿轮5转动，第一锥齿轮5从而带动垂直丝杠1转动。

在本发明中，所述第二传动机构包含小齿轮14和大齿轮15，水平移动电机13带动小齿轮14转动，小齿轮14带动大齿轮15转动，大齿轮15套在水平丝杠10上，从而带动水平丝杠10转动。

在本发明中，所述锁紧装置包含一对锁紧基板34、锁紧锁定板35，锁紧弹簧杆穿过锁紧基板34和锁紧锁定板35，两片锁紧基板34通过夹紧锁紧固定板39连接，在两片锁紧基板34之间设有锁紧锁定板35，锁紧锁定板35与夹紧锁紧拉杆41连接，夹紧锁紧拉杆41通过销轴42与锁紧扳手32连接，在锁紧基板34上安装有锁紧板33，通过转动锁紧扳手32，锁紧扳手32的一端顶住锁紧板33，带动夹紧锁紧拉杆41移动，夹紧锁紧拉杆41从而带动锁紧锁定板35移动，从而将锁紧弹簧杆锁定。

在本发明中，所述柔性定位装置包含套筒17、立柱18、柔性支撑顶板19、柔性支撑底板20、柔性支撑锁定板21、支撑弹簧套筒22、支撑弹簧杆23、支撑弹簧24和快速锁紧装置，快速锁紧装置包含支撑锁紧拉杆25、支撑锁紧转动板26、支撑锁紧销轴27和支撑锁紧把手28，所述套筒17、柔性支撑底板20、柔性支撑锁定板21和柔性支撑顶板19通过螺栓固定在立柱18上，支撑弹簧套筒22固定在柔性支撑底板20和柔性支撑顶板19上，支撑弹簧杆23穿过支撑弹簧24和支撑弹簧套筒22，支撑锁紧转动板26通过螺栓固定在柔性支撑顶板19和柔性支撑底板20的端部，支撑锁紧拉杆25通过支撑锁紧销轴27与支撑锁紧把手28连接，支撑锁紧拉杆25与柔性支撑锁定板21连接，下端用螺栓固定，下压支撑弹簧杆23，支撑弹簧24压缩变形，通过转动支撑锁紧把手28，支撑锁紧把手28一端顶住支撑锁紧转动板26，带动支撑锁紧拉杆25外移，从而带动柔性支撑锁定板21移动，从而锁紧支撑弹簧杆23。

如图3所示，柔性定位组件通过螺栓连接固定在底座7上，在圆柱上下安装有垂直丝杠限位件4，通过螺栓固定在圆柱合适位置。垂直丝杠1通过推力球轴承安装在两个垂直丝杠限位件中。垂直丝杠1的动力由升降电机6提供，升降电机6安装在底座7上，通过一对传动锥齿轮5传递动力。水平移动基座8安装在圆柱上，垂直丝杠螺母3通过垂直丝杠螺母连接件2安装在水平移动基座8上，从而带动水平移动基座8沿着圆柱上下运动。

如图4所示，水平移动基座8两端分别安装有轴承安装底座9，水平丝杠10通过推力球轴承固定在水平移动基座8上。水平丝杆10的转动由水平移动电机13提供，通过一对齿轮14、15进行传递。水平移动电机13安装在水平移动基座8的电机安装凸台上，大小齿轮外安装有齿轮外壳16。所有的连接都是通过螺栓固定。

图5为图6柔性定位组件A-A剖视图。柔性支撑底板20上安装支撑弹簧套筒22，在柔性支撑底板20上依次安装柔性支撑锁定板21和柔性支撑顶板19，支撑弹簧套筒22的开口垂直于柔性支撑锁定板21的运动方向。套筒17安装在立柱18上，立柱18穿过柔性支撑底板20、柔性支撑锁定板21和柔性支撑顶板19，上端用螺栓固定。如图7所示，单个的柔性支撑组件由支撑弹簧套筒22、支撑弹簧杆23以及支撑弹簧24组成，末端用螺母固定。支撑锁紧转动板26安装在柔性支撑底板20和柔性支撑顶板19的凸台上，采用螺栓连接。支撑锁紧拉杆25安装在柔性支撑锁定板21上，支撑锁紧销轴27将快速锁紧把手28与支撑锁紧拉杆25连接在一起，组成柔性支撑的快速锁紧机构。

图8和图9是钻头与夹紧组件的主视图和右视图。首先，钻头电机31安装在钻夹基座11上，通过螺栓固定；钻头基座37安装在钻头电机31的轴上，开孔器38固定在钻头基座37上。

钻夹基座11的上端和下端通过螺栓固定安装有锁紧上基座29和锁紧下基座36。锁紧弹簧40安装在锁紧弹簧杆30上，夹紧弹簧杆30分别穿过锁紧上基座29和锁紧下基座36，上端用螺母固定。

夹紧锁紧组件如图10和图11所示。夹紧锁紧组件的活动范围在锁紧上基座29和锁紧下基座36之间。夹紧锁紧组件由锁紧基板34、锁紧锁定板35以及锁紧板33、锁紧扳手32、夹紧锁紧拉杆41、夹紧锁紧销轴42和夹紧锁紧固定板39组成。

夹紧锁紧固定板39用螺钉连接固定上下两片锁紧基板34；锁紧锁定板35连接夹紧锁紧拉杆41，穿过固定在锁紧基板34上的锁紧板33，用夹紧锁紧销轴42将锁紧扳手32与夹紧锁紧拉杆41连接。

工作原理

钻孔准备：首先通过垂直丝杆1将水平移动基座8上升到底座7的圆柱顶端；通过水平移动电机13调整钻头基座11到水平移动基座8的中间位置；开孔准备完成。

零件定位：将柔性支撑组件调整到松开状态，即如图6所示位置；将零件按照开孔要求放置在柔性定位组件上，并且施加向下的压力，受到挤压的支撑弹簧杆23带着支撑弹簧24向下移动，不同位置的支撑弹簧杆23向下移动的距离与零件的外形相关，柔性定位组件上的所有柔性支撑组件会压缩到一个贴合零件外表面的支撑；转动快速锁紧把手28，从而使支撑锁紧拉杆25带动柔性支撑锁紧板21向右移动，当柔性支撑锁紧板21与支撑弹簧杆23接触并压紧后，锁紧完成；此时，撤销施加在零件上的压力，支撑弹簧24也不会带动支撑弹簧杆23回弹，建立起零件的可靠定位。

零件夹紧：首先调整水平移动基座8向下移动到合适位置，通过水平丝杠10移动钻头基座13到零件要开孔的位置的正上方。通过垂直丝杠1继续调整水平移动基座8向下移动。在这个过程中，夹紧锁紧机构处于松开状态。锁紧弹簧杆30在接触到零件后，压缩锁紧弹簧40，并且向上移动。当6个锁紧弹簧杆30都接触到零件表面时，还继续下移水平移动基座8，直到开孔器38的钻头接触到零件，水平移动基座8停止向下移动。调整夹紧锁紧组件与锁紧下基座36接触，转动锁紧扳手32，完成夹紧锁紧。

钻孔：启动钻头电机31，然后调节水平移动基座8向下移动，开孔器38开始切割材料。在水平移动基座8向下移动的过程中，由夹紧锁紧组件约束住的6根锁紧弹簧杆40保持锁紧时的状态继续向上移动，当开孔器将废料从零件上分离下来时，开孔完成，水平移动基座8停止向下移动。

解除锁紧：通过垂直丝杠1将水平移动基座8向上移动，上升到底座7圆柱的顶端，关闭打孔电机15；通过水平丝杆10调整钻头基座11到水平移动基座8的中间位置。转动锁紧扳手32，使夹紧锁紧组件回到松开状态。锁紧弹簧40和锁紧弹簧杆恢复到初始位置，锁紧解除。

解除定位：取下开孔完成的零件，转动快速锁紧把手28，支撑锁紧拉杆25带动柔性支撑锁紧板21向左移动，柔性支撑锁紧板21与支撑弹簧杆23分离，支撑弹簧24带动支撑弹簧杆23恢复到初始位置；定位解除。

Claims (5)

1.一种非平面钻孔装置，其特征在于：包括底座和圆柱，所述圆柱安装在底座上，在圆柱上安装有上限位块和下限位块，上限位块和下限位块上安装有第一轴承，在第一轴承上安装有垂直丝杠，垂直丝杠通过第一传动机构带动转动，在圆柱上套有水平移动基座，水平移动基座内固定安装有螺母，螺母与垂直丝杠配合，在水平移动基座上安装有轴承安装基座，轴承安装基座内安装有一对第二轴承，在第二轴承上安装有水平丝杠，水平丝杠通过第二传动机构带动转动，在水平丝杠上套有水平丝杠螺母，水平丝杠螺母与钻夹基座连接，钻夹基座上安装有锁紧上基座和锁紧下基座，在锁紧上基座和锁紧下基座上***有锁紧弹簧杆，锁紧弹簧杆的底部设有凸台，顶部安装有螺栓，在锁紧弹簧杆上套有锁紧弹簧，锁紧弹簧的一端顶住锁紧下基座，在锁紧下基座设有锁紧锁紧弹簧杆的锁紧装置；在钻夹基座上安装有钻头电机，钻头电机与开孔器连接；所述底座上设有若干个孔，在孔上安装有立柱，立柱依次穿过柔性支撑底板、柔性支撑锁定板和柔性支撑顶板，在柔性支撑底板上***有若干个支撑弹簧杆，支撑弹簧杆依次穿过柔性支撑锁定板、柔性支撑顶板，支撑弹簧杆的顶端设有限位凸台，在支撑弹簧杆上套有支撑弹簧，支撑弹簧一端顶住柔性支撑顶板，柔性支撑锁定板与快速锁紧装置连接，通过快速锁紧装置带动柔性支撑锁定板移动，从而通过柔性支撑锁定板卡住支撑弹簧杆，达到锁紧支撑弹簧杆的目的。

2.根据权利要求1所述的非平面钻孔装置，其特征在于：所述第一传动机构包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，垂直丝杠与第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮与升降电机连接，升降电机带动第二锥齿轮转动，第二锥齿轮带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮从而带动垂直丝杠转动。

3.根据权利要求1所述的非平面钻孔装置，其特征在于：所述第二传动机构包含小齿轮和大齿轮，水平移动电机带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮套在水平丝杠上，从而带动水平丝杠转动。

4.根据权利要求1所述的非平面钻孔装置，其特征在于：所述锁紧装置包含一对锁紧基板、锁紧锁定板，锁紧弹簧杆穿过锁紧基板和锁紧锁定板，两片锁紧基板通过夹紧锁紧固定板连接，在两片锁紧基板之间设有锁紧锁定板，锁紧锁定板与夹紧锁紧拉杆连接，夹紧锁紧拉杆通过销轴与锁紧扳手连接，在锁紧基板上安装有锁紧板，通过转动锁紧扳手，锁紧扳手的一端顶住锁紧板，带动夹紧锁紧拉杆移动，夹紧锁紧拉杆从而带动锁紧锁定板移动，从而将锁紧弹簧杆锁定。

5.根据权利要求1所述的非平面钻孔装置，其特征在于：所述快速锁紧装置包含支撑锁紧拉杆、支撑锁紧转动板、支撑锁紧销轴和支撑锁紧把手，所述支撑锁紧转动板通过螺栓固定在柔性支撑顶板和柔性支撑底板的端部，支撑锁紧拉杆通过支撑锁紧销轴与支撑锁紧把手连接，支撑锁紧拉杆与柔性支撑锁定板连接，通过转动支撑锁紧把手，支撑锁紧把手一端顶住支撑锁紧转动板，带动支撑锁紧拉杆外移，从而带动柔性支撑锁定板移动，从而锁紧支撑弹簧杆。