CN102615301A - 弹性镗杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现镗刀径向自动调节的弹性镗杆，由作为镗杆主体的弹性变形体，以及设置在其内部的斜块、顶杆组件和拉杆而构成，其中弹性变形体内部的中部形成有四个起铰链作用的弹性壁结构，斜块设置在弹性变形体的前端内部并具备相互平行的上下两个斜面，拉杆与斜块相连用于带动斜块一起作轴向移动，顶杆组件用于在拉杆带动斜块一起作轴向移动时发生径向偏移。按照本发明的弹性镗杆，能够提高镗杆的整体刚性并实现径向调节的双向补充，相应提高镗刀径向调节的精确性和可靠性。

Description

弹性镗杆

技术领域

本发明属于加工刀具附件领域，更具体地，涉及一种可实现镗削过程中镗刀自动径向调节的弹性镗杆。

背景技术

在大批量生产制造中，高精度镗削是孔及套车圆重要的精加工手段。但由于不可避免的刀具磨损及其它随机因素，必然造成加工精度的下降，从而刀具的调整就不可避免；因此，具有自动精确微量调刀功能的镗削加工技术就成为保证和提高加工质量和效率的不可缺少的手段，此外，对于异形孔的插补加工同样需要刀具在加工过程中实现微量径向进给。

目前技术上实现镗削微量径向进给的装置主要有弹性机构如弹性刀夹、弹性镗杆和特殊机械机构如偏心轴等。前者主要优势在于能获得较高的补偿精度，但刚度较差；后者的主要优势在于刚度好，但结构、工艺复杂，不易维护。此外，不可避免的机械磨损都会造成补偿精度的下降，乃至失效。

本发明人在CN02115538.0中提出了一种新型弹性镗杆，其通过镗杆中段的弹性壁结构来实现对镗刀径向上的调节。然而，通过多年的工程应用和实验表明：1)一旦在加工过程中切削力出现较大扰动，会带来较大的尺寸和形状误差，因此，其刚性有待进一步提高；2)由于该发明只能实现单向补偿(单向径向微量进给)，相应限制了该技术的应用范围；3)由于该弹性镗杆的刚性和最大补偿范围相互制约，例如要求刚性大，则最大补偿范围小，反之亦然，这同样限制了该镗杆的应用范围；4)顶杆组件的螺钉在变形体内部装配，限制了推杆的设计空间，从而降低了推杆的强度及刚性；5)该发明镗杆的联接套增加了该镗杆的轴向长度，并使得弹性镗杆与主轴的联接增加了一个环节，从而减小了镗杆的整体刚度，此外，该联接套与拉杆的接触处易于磨损，对补偿的精度及可靠性有明显不利影响，需要定期更换。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明的目的在于提供一种能自动进行精密调刀的镗杆，能明显提高镗杆的刚性，减小机械磨损对补偿性能的不利影响，并且能实现双向补偿，以满足精密镗削加工中自动误差控制及插补加工的需要，从而保证和提高加工的质量、效率及可靠性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种可实现镗刀径向自动调节的弹性镗杆，该弹性镗杆由作为镗杆主体的弹性变形体，以及设置在该弹性变形体内部的斜块、顶杆组件和拉杆而构成，其中：

所述弹性变形体的前端用于与装有镗刀的刀杆组件连接，后端用于与镗削动力头主轴同轴连接，所述弹性变形体的中部在其相互平行的两个横截面上对称地分别设置有三个槽，并且每个横截面上的槽之间的间隔部分各自形成了两个起铰链作用的弹性壁结构；

所述斜块设置在弹性变形体的前端内部，并具备相互平行的上下两个斜面；

所述拉杆与所述斜块相连，用于在电机的驱动下带动斜块一起作轴向移动；

所述顶杆组件包括两个与弹性变形体的轴向方向相垂直的顶杆，它们各自的一端与弹性变形体前端固定连接，另外一端分别与所述斜块的上下两个斜面保持接触，由此在拉杆带动斜块一起作轴向移动的过程中发生径向偏移。

通过按照本发明以上构思的弹性镗杆，当拉杆在伺服电机的驱动下带动与其相连的斜块一起在弹性变形体内部轴向移动时，斜块与保持同斜块的上下斜面保持接触的两个顶杆发生作用，由此推动顶杆作径向偏移；由于弹性变形体的中部设置多个槽并通过相邻槽之间的间隔部分相应形成四个弹性壁结构，这些弹性壁结构在顶杆作径向偏移的过程中通过自身的弹性而起到铰链的作用，由此使得作为镗杆主体的弹性变形体的前端在整体上能够在径向方向上作相对移动，相应地，实现刀杆及其刀具位置在径向上的自动调节。

特别是，由于按照上述构思的弹性镗杆省去了联接套元件，镗削动力头主轴能够与弹性变形体的后端直接同轴连接，由此可提高镗杆的整体刚性；由于将斜块与拉杆保持独立地相连，这样既简化了零件的制造工艺，便于更换维护，同时也易于在双向补偿过程中保证斜面自身的精度；顶杆组件包括上下两套顶杆的设计不仅能实现双向补偿，相应也提高了镗杆的整体刚性；此外，斜块结构与钢球加带斜面推杆的配合方式相比，不必考虑钢球自身的磨损及变形对径向调节的影响，这样能够提高镗刀径向调节的精确性和可靠性。

作为进一步优选地，所述每个弹性变形体横截面上的三个槽呈中心对称分布，依次为与弹性变形体上表面相连通的第一槽、设置在弹性变形体内部的第二槽，以及与弹性变形体下表面相连通的第三槽，并且两个所述第二槽通过弹性变形体轴向方向上的开槽相连通，由此形成的弹性壁结构相互平行且垂直于弹性变形体的径向方向。

通过将弹性变形体各个横截面上所形成的弹性壁结构按照如上方式设置，这样在顶杆作径向偏移的过程中，弹性壁结构作为类似铰链的装置能够上下均衡地起作用，由此得弹性变形体也相应地保持均衡的径向偏移；此外，弹性壁的其它结构尺寸在保持一致的情况下，容易计算及调整各壁的厚度，从而便于对刀杆的整体平移效果进行控制。

作为进一步优选地，所述弹性壁结构的厚度为0.5mm～5mm。

在弹性镗杆省去联接套元件的情况下，为了保证对镗刀径向上的精密调节，通过较多的实践结果证明，通过将弹性壁结构的厚度具体限定以上数值范围，能够实现对镗刀刀杆精密的径向自动调节，同时保证合理的镗杆刚性及最大补充范围。

作为进一步优选地，所述顶杆由螺杆、锁紧螺母和钢球组成并从外部装配以实现与弹性变形体前端的固定连接，其中所述螺杆的一端具备螺纹部分，通过设在弹性变形体表面上的所述锁紧螺母而得以锁紧固定并施加预加载荷，另外一端为端部带有中心孔的圆柱面，所述钢球呈球冠结构安装在该圆柱面内，且其球冠平面用于与所述斜面保持接触。

通过对顶杆组件结构的上述设置，由于钢球球面可以在螺杆中心孔内自由转动，使得钢球平面能够自适应地与斜块平面完全接触，由此提高了接触刚度，使得钢球与斜块相对运动时能有效地减小磨损，同时其磨损的均匀性能显著提高其正常使用期限并提高可靠性；此外，顶杆部件从弹性变形体的外部进行装配，这样可增加斜块及拉杆的设计空间，从而增加斜块及拉杆的强度和刚性，达到提高镗杆整体刚性的目的。

作为进一步优选地，所述顶杆的中部具备螺纹部分，该螺纹部分用于与弹性变形体内部所对应的螺纹部分相啮合，并且其直径大于所述顶杆端部的螺纹部分的直径。

通过使顶杆部件中部也配备螺纹部分并与弹性变形体配合联接，能够进一步保证顶杆部件在弹性变形体内部的定位，并相应使得镗刀动力主轴通过拉杆和斜块所传递的力更精确地传递至弹性变形体中部的弹性壁结构；此外，顶杆端部螺纹部分的直径被设定为小于顶部中部螺纹部分的直径，这样能够保证锁紧螺母更有效地压在弹性变形体的表面上。

作为进一步优选地，所述顶杆中部的螺纹部分不超出弹性变形体内部所对应啮合的螺纹部分。

通过将顶杆中的螺纹部分按照上述方式设置，能有效地避免螺纹变形导致的顶杆组件拆卸的困难，不仅方便维护，而且避免了顶杆组件的失效。

作为进一步优选地，所述拉杆设置在直线轴承或滑动轴承内并与所述斜块相连，用于在电机的驱动下带动斜块一起作轴向移动。

通过将拉杆直接设置在直线轴承或滑动轴承中并与斜块相连，一方面可以省去联接套结构，相应增加了其他元件的设计空间；另一方面能够以简单结构来实现拉杆的安装及功能操作，并便于维修和更换。

作为进一步优选地，所述斜块的斜度为1∶5～1∶50。

通过将斜块的斜度具体限定为以上数值范围，实践结果证明，可以实现合理地平衡拉杆轴向移动距离及拉杆驱动力，有利于减小弹性镗杆的轴向长度，减小拉杆驱动力，从而达到减小驱动环节的机械磨损的技术效果。

作为进一步优选地，所述弹性变形体例如由弹簧钢材质构成，所述斜块的斜面例如由硬质合金材质构成。

通过对弹性变形体和斜块斜面的构成材质的上述限定，实践结果证明，可以较令人满意地实现对镗刀径向的精密自动调节，同时可增加最大补偿范围，并达到减少机械磨损的技术效果。

作为进一步优选地，所述弹性镗杆还包括防护罩，该防护罩固定在弹性变形体的前端，并与其留有譬如为1mm左右的间隙。

通过在弹性镗杆的前端设置有防护罩，可以防止切屑等进入到镗杆中，并有利于保护镗杆的内部组成元件。

总体而言，通过本发明所构思的弹性镗杆，能够在提高弹性镗杆整体刚性的同时实现对镗削加工过程中刀具径向上的双向精密自动调节，并根据加工误差信号的检测及处理结果进行自动加工误差补偿加工，从而保证和提高镗削加工的精度和效率，此外还可以用于对异性孔的插补加工。

附图说明

图1是按照本发明的弹性镗杆的整体结构的截面示意图；

图2是按照本发明设置在镗杆中部的六个槽及相应形成的四个弹性壁结构的示意图；

图3是图2中所示的弹性壁结构在镗杆和刀具进给位置径向调节过程中所起作用的原理示意图；

图4是按照本发明的弹性镗杆中的顶杆的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件，其中：

1弹性变形体2斜块3顶杆组件4防护罩5刀杆组件6镗削动力头主轴7拉杆8-10槽11-12弹性壁结构13槽14螺杆15锁紧螺母16钢球17螺杆端部的螺纹部分18螺杆中部的螺纹部分19弹性变形体所对应的啮合螺纹部分

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，图1是按照本发明的弹性镗杆的整体结构的截面示意图。如图1中所示，按照本发明的弹性镗杆由弹性变形体1、斜块2、顶杆组件3、刀杆组件5、拉杆7和作为可选的防护罩4等元件共同组成。弹性变形体1作为构成弹性镗杆的主体，譬如可以呈圆柱体结构，并由弹簧钢材质等材质构成。弹性变形体1的前端(在图1中即为右端)用于与装有镗刀的刀杆组件5连接，其后端(在图1中即为左端)用于与镗削动力头主轴6同轴连接，由此当镗削动力头主轴提供驱动的情况下，支撑和定位刀杆组件来实现镗削加工。

弹性变形体1的中部设置有分别分布在弹性变形体1中部区域的两个不同的平行横截面上的六个槽，参见图1中的A-A和B-B，并且A-A横截面上的槽与B-B横截面上的槽之间保持相互对称。通过这些槽的设置，相邻槽之间的间隔部分由于其自身的弹性，分别形成了四个起铰链作用的弹性壁结构。当这些弹性壁受力时，构成类似平行四边形连杆机构，由此相应于受力的方向和强度而发生变形。

在弹性变形体1的内部，设置有斜块2、顶杆组件3和拉杆7。斜块2处于弹性变形体1的前端内部，其纵剖面大致上呈平行四边形结构，并且其上下两个面是相互平行的斜面，也即分别相对于弹性变形体1的轴向方向构成一定角度的斜角。对于斜面的斜度，可以根据镗加工的工艺参数等条件来进行设定。在一个优选实施例中，斜块的斜度为1∶5～1∶50之间。通过将斜块的斜度具体限定为以上数值范围，经过较多的实践结果证明，可以实现合理地平衡拉杆轴向移动距离及拉杆驱动力，有利于减小弹性杠杆的轴向长度，减小拉杆驱动力，从而减小驱动环节的机械磨损的技术效果。此外，斜块的斜面可以由譬如YG3X的硬质合金材质构成，由此实现对镗刀径向的精密自动调节，并减少机械磨损。

拉杆7是与弹性变形体1的主轴同轴安装的杆状元件，其可以设置在譬如滑动轴承或直线轴承内并与斜块2的后端相连，由伺服电机的驱动前后移动，从而带动斜块2在一定的范围内前后移动。顶杆组件3包括两个顶杆，这两个顶杆的一端与弹性变形体1前端固定连接，另外一端分别与斜块2的上下两个斜面保持接触，并且整体保持与弹性变形体1的轴向方向相垂直。这样，当拉杆7在伺服电机的驱动下前后移动并带动斜块2一起作轴向移动的过程中，顶杆组件3由于与斜块2的斜面发生力的作用，由此沿着弹性变形体1的径向方向产生偏移。

如图4中所示，顶杆组件3的两个顶杆分别由螺杆14、锁紧螺母15和钢球16组成，其中螺杆14的一端具备螺纹部分17，通过设在弹性变形体1表面上的锁紧螺母15而得以锁紧固定并施加预加载荷；另外一端为端部带有中心孔的圆柱面，钢球16呈球冠结构安装在该圆柱面内，且其球冠平面用于与所述斜块的斜面保持接触。由于钢球16的球面可以在螺杆中心孔内自由转动，使得钢球16的平面能够自适应地与斜块平面完全接触，由此提高了接触刚度，使得钢球16与斜块2相对运动时能有效地减小磨损，同时其磨损的均匀性能显著提高其正常使用期限并提高可靠性。此外，顶杆部件3可以从弹性变形体1的外部进行装配，这样能够增加斜块2及拉杆7的设计空间，从而增加斜块及拉杆的强度和刚性，达到提高镗杆整体刚性的目的。在一个优选实施例中，顶杆组件3的顶杆的中部也具备螺纹部分18，弹性变形体1在此位置具备相应的螺纹部分19，通过两者之间的啮合来保证顶杆在弹性变形体内部的进一步定位。如图4中所示，可以将顶杆中部螺纹部分18的直径设定为大于顶杆端部螺纹部分17的直径，这样能够保证锁紧螺母15更有效地压在弹性变形体1的表面上。在另外一个优选实施例中，可以将顶杆中部的螺纹部分18设定为不超出弹性变形体内部所对应啮合的螺纹部分19，如图4中所示，螺纹部分18完全处于螺纹部分19的范围之内，并且螺纹部分18的上下两端分别距离螺纹部分19的上下两端有L1和L2的长度，通过这种设定，由于避免了螺纹变形引起的顶杆拆卸困难，能够取得方便维护并避免顶杆组件失效的技术效果。

当顶杆组件3发生径向偏移时，如同以上解释地那样，四个弹性壁通过自身的弹性而起到铰链的作用并构成类似平行四边形连杆机构，由此使得作为镗杆主体的弹性变形体的前后两端在整体上都能够在径向方向上作相对移动，相应地，实现镗杆及其刀具进给位置在刀径向上的自动调节。

下面将参照图2和图3来具体描述按照本发明优选实施例设置在镗杆中部的多个槽及相应形成的弹性壁结构，以及弹性壁结构在镗杆和刀具进给位置径向调节过程中所起的作用过程。如图2中所示，在弹性变形体中部的横截面A-A上，沿着圆柱形弹性变形体的径向方向分别设置有与弹性变形体上表面相连通的第一槽8、完全设置在弹性变形体内部并与第一槽8之间保持一定间隔的较长第二槽9，以及与弹性变形体另外一个外表面即下表面相连通并与第二槽9之间保持一定间隔的第三槽10。位于弹性变形体中部不同位置的A-A横截面和B-B横截面上的多个槽是对称设置的，因此B＝B横截面上同样设置有第一槽至第三槽。A-A和B-B两个横截面上的第二槽之间可以通过C-C方向上的纵向槽13相连通。通过设置如图2中所示的多个槽，相邻槽之间的间隔部分由于其自身的弹性，分别形成了总计四个起铰链作用的弹性壁结构11。当弹性变形体内部的第二槽9与纵向槽13相垂直并将弹性变形体的中部分为上下对称的两部分时，可进一步提高弹性壁结构对镗刀径向的双向调节效果。

在一个优选实施例中，弹性变形体各个横截面上的三个槽呈中心对称分布，由此形成的弹性壁结构相互平行且垂直于弹性变形体的径向方向。这样在顶杆作径向偏移的过程中，弹性壁结构作为类似铰链的装置能够上下均衡地起作用，由此得弹性变形体也相应地保持均衡的径向偏移；此外，弹性壁的结构尺寸在保持一致的情况下，容易计算及调整各壁的厚度，从而便于对刀杆的整体平移效果进行控制。

弹性壁结构的厚度会直接影响到镗刀径向上的自动调节精度，因此在一个优选实施例中，弹性壁结构的厚度为1mm～10mm。在弹性镗杆省去联接套元件的情况下，为了保证对镗刀径向上的精密调节，通过较多的实践结果证明，通过将弹性壁结构的厚度具体限定以上数值范围，能够实现对镗刀刀杆精密的径向自动调节，同时保证合理的镗杆刚性及最大补充范围。

图3是图2中所示的弹性壁结构在镗杆和刀具进给位置径向调节过程中所起作用的原理示意图。如图3中所示，当拉杆在譬如伺服电机的驱动下带动与其相连的斜块一起在弹性变形体内部轴向移动时，斜块与保持同斜块的上下斜面保持接触的两个顶杆发生作用，由此推动顶杆作径向双向偏移。由于弹性变形体的中部形成有四个弹性壁结构，这些弹性壁在顶杆作径向偏移的过程中通过自身的弹性而起到铰链的作用，由此使得作为镗杆主体的弹性变形体的前端在整体上能够在径向方向上作相对移动，相应地，实现刀杆及其刀具位置在径向上的自动调节。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可实现镗刀径向自动调节的弹性镗杆，该弹性镗杆由作为镗杆主体的弹性变形体(1)，以及设置在该弹性变形体(1)内部的斜块(2)、顶杆组件(3)和拉杆(7)而构成，其中：

所述弹性变形体(1)的前端用于与装有镗刀的刀杆组件(5)连接，后端用于与镗削动力头主轴(6)同轴连接，所述弹性变形体(1)的中部在其相互平行的两个横截面(A-A，B-B)上对称地分别设置有三个槽(8-10)，并且每个横截面上的槽之间的间隔部分形成了两个起铰链作用的弹性壁结构(11，12)；

所述斜块(2)设置在弹性变形体(1)的前端内部，并具备相互平行的上下两个斜面；

所述拉杆(7)与所述斜块(2)相连，用于在电机的驱动下带动斜块(2)一起作轴向移动；

所述顶杆组件(3)包括两个与弹性变形体(1)的轴向方向相垂直的顶杆，它们各自的一端与弹性变形体(1)前端固定连接，另外一端分别与所述斜块(2)的上下两个斜面保持接触，由此在拉杆(7)带动斜块(2)一起作轴向移动的过程中发生径向偏移。

2.如权利要求1所述的弹性镗杆，其特征在于，所述每个弹性变形体横截面上的三个槽呈中心对称分布，依次为与弹性变形体上表面相连通的第一槽(8)、设置在弹性变形体内部的第二槽(9)，以及与弹性变形体下表面相连通的第三槽(10)，并且两个所述第二槽(9)通过弹性变形体轴向方向上的槽(13)相连通，由此形成的弹性壁结构(11)相互平行且垂直于弹性变形体的径向方向。

3.如权利要求1或2所述的弹性镗杆，其特征在于，所述弹性壁结构(11)的厚度为0.5mm～5mm。

4.如权利要求1-3任意一项所述的弹性镗杆，其特征在于，所述顶杆由螺杆、锁紧螺母和钢球组成并从外部装配以实现与弹性变形体前端的固定连接，其中所述螺杆的一端具备螺纹部分，通过设在弹性变形体表面上的所述锁紧螺母而得以锁紧固定并施加预加载荷，另外一端为端部带有中心孔的圆柱面，所述钢球呈球冠结构安装在该圆柱面内，且其球冠平面用于与所述斜面保持接触。

5.如权利要求4所述的弹性镗杆，其特征在于，所述顶杆的中部具备螺纹部分，该螺纹部分用于与弹性变形体内部所对应的螺纹部分相啮合，并且其直径大于所述顶杆端部的螺纹部分的直径。

6.如权利要求5所述的弹性镗杆，其特征在于，所述顶杆中部的螺纹部分不超出弹性变形体内部所对应啮合的螺纹部分。

7.如权利要求1-6任意一项所述的弹性镗杆，其特征在于，所述拉杆(7)设置在滑动轴承或直线轴承内并与所述斜块(2)相连，用于在电机的驱动下带动斜块(2)一起作轴向移动。

8.如权利要求1-6任意一项所述的弹性镗杆，其特征在于，所述斜块(2)的斜度为1∶5～1∶50。

9.如权利要求1-8任意一项所述的弹性镗杆，其特征在于，所述弹性变形体例如由弹簧钢材质构成，所述斜块的斜面例如由硬质合金材质构成。

10.如权利要求1所述的弹性镗杆，其特征在于，所述弹性镗杆还包括防护罩(4)，该防护罩(4)固定在弹性变形体的前端，并与其留有譬如为1mm左右的间隙。

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