一种螺旋铣孔装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于自动化制孔技术领域，具体涉及一种螺旋铣孔装置和铣孔方法；本发明专利技术的技术解决方案是：一种螺旋铣孔装置包括：自转轴、偏心调整轴、公转轴、公转带轮、调整带轮、控制系统等，还包括调整轴检测光栅尺和公转轴检测光栅尺，对偏心调整轴旋转角度和公转轴与偏心轴的同步性进行全闭环检测；本装置的公转轴、偏心调整轴、自转轴上设有滚道，滚道内卡装滚动体，用自身滚道及滚动体代替了标准轴承；解决了现有螺旋铣孔装置调整偏心轴转动角度调整精度低、偏心调整轴和公转轴转动一致性差，同时整套装置体积大、质量大，造成在关节臂机器人和机床末端使用负载过大，且多层标准轴承嵌套导致误差累积的问题。

A Spiral Milling Device and Method

The invention belongs to the technical field of automatic hole-making, and specifically relates to a spiral milling device and a milling method; the technical solution of the invention is: a spiral milling device includes a self-rotating shaft, an eccentric adjusting shaft, a common rotating shaft, a common rotating pulley, an adjusting pulley, a control system, etc., and also includes an adjusting shaft detection grating ruler and a meter. Rotary shaft testing grating ruler can detect the rotation angle of eccentric adjusting shaft and synchronization of the rotating shaft and eccentric shaft in a closed loop way. There are raceways on the rotating shaft, the eccentric adjusting shaft and the rotating shaft of the device. Rollers are clamped in the raceway, and the standard bearings are replaced by their own raceways and rolling bodies; the adjustment of the existing helical milling hole device is solved. The low accuracy of adjusting the rotation angle of the whole eccentric shaft, the poor consistency of the rotation of the eccentric adjusting shaft and the rotary shaft, and the large volume and mass of the whole set of devices result in the excessive load at the end of the joint arm robot and machine tool, and the problem of error accumulation caused by the nesting of multi-layer standard bearings.

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋铣孔装置和方法
本专利技术涉及自动化制孔
，具体涉及一种螺旋铣孔装置和方法。
技术介绍
一代材料一代装备，随着复合材料、钛合金等高端材料在航空、航天、交通等高端装备制造领域使用量的不断增大，随之而来的是复合材料、难加工材料及其构成的叠层材料在高端装备制造应用中出现的高精度装配孔的高效、高精度加工需求，螺旋铣孔作为新兴的孔加工工艺正在替代传统的钻孔工艺，以满足高端装备中高效、高精的孔加工需求。螺旋铣孔工艺应用的重点在于开发专用的螺旋铣孔装置替代原有钻孔设备，同时集成在关节臂机器人或者机床末端，形成复合材料、钛合金等高端材料螺旋铣孔设备。螺旋铣孔装置集成在关节臂机器人或者机床末端进行铣孔加工，该装置的核心包含：1、必须轻量化设计，保证在关节臂机器人或者机床末端使用。2、必须保证制孔精度，制孔精度主要由偏心量的调整精度和加工过程中调整轴与公转轴的同步运转精度保证。3、螺旋铣孔装置大都采用多层主轴嵌套装配，则需要多层标准轴承嵌套，此结构带入轴承误差累计，导致刀具在公转过程中径向跳动过大，制孔稳定性差、尺寸精度差。美国专利《数字化轨道钻孔装备》(公告号：US6663327B2)公开了一种数字化轨道钻孔装备，中国专利《在线调整制孔孔径的制孔装置》(申请号：201310604032.8)，公开了一种在线调整制孔孔径的制孔装置，这两个专利都是通过调整伺服电机带动行星减速机直接驱动十字滑块偏转，来调整偏心调整轴的角度，改变切削半径，没有对偏心调整轴旋转角度进行全闭环反馈，调节精度低；调整伺服电机和公转伺服电机都通过行星减速机驱动公转轴和偏心轴同步运转，电机与行星减速机的传动误差进入系统，两个轴的同步运转缺少检测设备，两轴的一致性运动缺少反馈检测及控制，影响铣孔过程中的孔加工精度。中国专利《自动螺旋铣孔装置》(申请号：201210208170.X)公开了一种自动螺旋铣孔装置，中国专利《一种自动化螺旋铣孔装置及方法》(申请号：201210300281.3)公开了一种自动化螺旋铣孔装置及方法，这两个专利均采用偏心轴系的轴承嵌套安装，一则增加铣孔装置的整体尺寸，增大铣孔装置的质量，二则通过嵌套的轴承带入累积误差，增大铣削加工刀具的径向跳动，造成制孔精度差。现有的螺旋铣孔装置过于笨重，导致关节臂机器人和机床末端负载加重，制孔稳定性差；偏心调整轴调整角度精度低，造成调整的刀具切削半径有误差；偏心调整轴和公转轴转动过程中不同步，铣孔过程中，铣削半径不断发生变化，造成加工孔径误差加大；多层标准轴承嵌套带入轴承累积误差，导致刀具在公转过程中径向跳动过大，制孔稳定性差、尺寸精度低。
技术实现思路
为了能够有效解决现有螺旋铣孔装置体积大、质量大，造成在关节臂机器人和机床末端使用负载过大，同时偏心调整轴旋转角度调整精度低、偏心调整轴和公转轴转动一致性差，多层标准轴承嵌套导致误差累积的问题，本专利技术提供了一种制螺旋铣孔装置和方法。本专利技术的技术方案是：一种螺旋铣孔装置，包括：自转轴、偏心调整轴、公转轴、调整带轮、公转带轮和控制系统，其特殊之处在于：还包括调整轴检测光栅尺、公转轴检测光栅尺、第一固定件和第二固定件。所述调整轴检测光栅尺包括调整轴检测光栅主尺和调整轴检测光栅尺读数头；所述调整轴检测光栅主尺设置在调整带轮上，所述调整轴检测光栅尺读数头设置在第一固定件上，所述第一固定件连接在公转轴上。所述公转轴检测光栅尺包括公转轴检测光栅主尺和公转轴检测光栅尺读数头；所述公转轴检测光栅主尺设置在公转带轮上，所述公转轴检测光栅尺读数头设置在第二固定件上，所述第二固定件连接在支撑壳体上。所述自转轴左端外表面设置自转轴左端外滚道，所述偏心调整轴左端内外表面分别设置调整轴左端内滚道和调整轴左端外滚道，所述公转轴左端内表面设置公转轴内滚道，所述自转轴左端外滚道与调整轴左端内滚道之间形成左端第一层轴承滚道，所述调整轴左端外滚道和公转轴内滚道形成左端第二层轴承滚道。所述自转轴右端外表面设置自转轴右端外滚道；所述偏心调整轴右端连接第一端盖，所述第一端盖内表面设置第一端盖内滚道，所述第一端盖内滚道与所述自转轴右端外滚道形成右端第一层轴承滚道。所述偏心调整轴右端外表面设置调整轴右端外滚道；所述公转轴右端连接第二端盖，所述第二端盖内表面设置第二端盖内滚道，所述第二端盖内滚道与调整轴右端外滚道形成右端第二层轴承滚道。所述左端第一层轴承滚道、左端第二层轴承滚道、右端第一层轴承滚道、右端第二层轴承滚道内均沿圆周方向均匀卡装滚动体。进一步地，所述左端第一层轴承滚道、左端第二层轴承滚道、右端第一层轴承滚道、右端第二层轴承滚道均与深沟球轴承的轴承滚道的形状或角接触球轴承的轴承滚道形状相适配。进一步地，本专利技术还提供了一种具有螺旋铣孔装置的关节臂机器人，其特殊之处在于：包括设置在关节臂机器人末端的上述螺旋铣孔装置。进一步地，本专利技术还提供了一种具有螺旋铣孔装置的数控加工中心，其特殊之处在于：包括设置在加工中心的主轴末端，或者螺旋铣孔装置的底座可以连接在加工中心的Z轴位置的上述螺旋铣孔装置。同时，本专利技术还提供了一种使用上述螺旋铣孔装置的铣孔方法，其具体步骤如下：【1】启动装置，根据预先设计的孔径大小，预设偏心调整轴(2)转动角度为θ；调整电机(14)通过十字滑块组(26)驱动偏心调整轴(2)开始转动，调整轴检测光栅尺(6)检测到偏心调整轴(2)实际转动角度为θ1，调整轴检测光栅尺(6)反馈转动角度信号给控制系统；当θ1＝θ时，则进入步骤2；当θ1>θ时，控制系统收到调整轴检测光栅尺(6)反馈转动角度信号，经过计算θ1与θ的差值，依据差值指令驱动调整电机(14)正转，通过十字滑块组(26)驱动偏心调整轴(2)转动角度差值△θ，其中△θ＝θ1-θ；当θ1<θ时，控制系统收到调整轴检测光栅尺(6)反馈转动角度信号，经过计算θ1与θ的差值，依据差值指令驱动调整电机(14)反转，通过十字滑块组(26)驱动偏心调整轴(2)转动角度差值△θ，其中△θ＝θ1-θ；【2】调整完毕，本装置依据程序继续运行，公转电机(15)驱动公转轴(3)转动，调整电机(14)通过十字滑块组(26)驱动偏心调整轴(2)转动；【3】公转轴检测光栅尺(7)检测到公转轴(3)的角速度为ω1，调整轴检测光栅尺(6)检测到偏心调整轴(2)的角速度为ω2，公转轴检测光栅尺(7)和调整轴检测光栅尺(6)同步反馈偏心调整轴(2)和公转轴(3)的角速度信号给控制系统；当ω1＝ω2时，直接进入步骤4；当ω1≠ω2时，为了保证偏心调整轴(2)已经调整好的转动角度θ不变，只对公转轴(3)的角速度ω1进行调整；控制系统重新输出指令至公转电机(15)驱动公转轴(3)进行修正，直至ω1＝ω2；【4】开始铣削工序。本专利技术相比现有技术的有益效果是：1、本装置对调整带轮的分度进行全闭环控制，有效降低调整电机、第二行星减速机的传动误差对孔径精度的影响。2、本装置对公转轴和偏心调整轴的旋转同时采用光栅尺进行反馈控制，通过控制系统对两个光栅尺信号的检测，驱动公转电机、第一行星减速机驱动公转轴和偏心调整轴同步旋转，提高铣孔加工的一致性和稳定性。3、本装置的公转轴、偏心调整轴、自转轴上设置滚道，有效减小选用标准轴承设计带来的旋转精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋铣孔装置，包括：自转轴(1)、偏心调整轴(2)、公转轴(3)、调整带轮(4)、公转带轮(5)和控制系统，其特征在于：还包括调整轴检测光栅尺(6)、公转轴检测光栅尺(7)、第一固定件(8)和第二固定件(9)；所述调整轴检测光栅尺(6)包括调整轴检测光栅主尺(601)和调整轴检测光栅尺读数头(602)；所述调整轴检测光栅主尺(601)设置在调整带轮(4)上，所述调整轴检测光栅尺读数头(602)设置在第一固定件(8)上，所述第一固定件(8)连接在公转轴(3)上；所述公转轴检测光栅尺(7)包括公转轴检测光栅主尺(701)和公转轴检测光栅尺读数头(702)；所述公转轴检测光栅主尺(701)设置在公转带轮(5)上，所述公转轴检测光栅尺读数头(702)设置在第二固定件(9)上，所述第二固定件(9)连接在支撑壳体(10)上；所述自转轴(1)左端外表面设置自转轴左端外滚道(101)；所述偏心调整轴(2)左端内外表面分别设置调整轴左端内滚道(201)和调整轴左端外滚道(202)；所述公转轴(3)左端内表面设置公转轴内滚道(301)；所述自转轴左端外滚道(101)与调整轴左端内滚道(201)之间形成左端第一层轴承滚道；所述调整轴左端外滚道(202)和公转轴内滚道(301)形成左端第二层轴承滚道；所述自转轴(1)右端外表面设置自转轴右端外滚道(102)；所述偏心调整轴(2)右端连接第一端盖(11)，所述第一端盖(11)内表面设置第一端盖内滚道(1101)，所述第一端盖内滚道(1101)与所述自转轴右端外滚道(102)形成右端第一层轴承滚道；所述偏心调整轴(2)右端外表面设置调整轴右端外滚道(203)；所述公转轴(3)右端连接第二端盖(12)，所述第二端盖(12)内表面设置第二端盖内滚道(1201)，所述第二端盖内滚道(1201)与调整轴右端外滚道(203)形成右端第二层轴承滚道；所述左端第一层轴承滚道、左端第二层轴承滚道、右端第一层轴承滚道、右端第二层轴承滚道内均沿圆周方向均匀卡装滚动体(13)。...

【技术特征摘要】
1.一种螺旋铣孔装置，包括：自转轴(1)、偏心调整轴(2)、公转轴(3)、调整带轮(4)、公转带轮(5)和控制系统，其特征在于：还包括调整轴检测光栅尺(6)、公转轴检测光栅尺(7)、第一固定件(8)和第二固定件(9)；所述调整轴检测光栅尺(6)包括调整轴检测光栅主尺(601)和调整轴检测光栅尺读数头(602)；所述调整轴检测光栅主尺(601)设置在调整带轮(4)上，所述调整轴检测光栅尺读数头(602)设置在第一固定件(8)上，所述第一固定件(8)连接在公转轴(3)上；所述公转轴检测光栅尺(7)包括公转轴检测光栅主尺(701)和公转轴检测光栅尺读数头(702)；所述公转轴检测光栅主尺(701)设置在公转带轮(5)上，所述公转轴检测光栅尺读数头(702)设置在第二固定件(9)上，所述第二固定件(9)连接在支撑壳体(10)上；所述自转轴(1)左端外表面设置自转轴左端外滚道(101)；所述偏心调整轴(2)左端内外表面分别设置调整轴左端内滚道(201)和调整轴左端外滚道(202)；所述公转轴(3)左端内表面设置公转轴内滚道(301)；所述自转轴左端外滚道(101)与调整轴左端内滚道(201)之间形成左端第一层轴承滚道；所述调整轴左端外滚道(202)和公转轴内滚道(301)形成左端第二层轴承滚道；所述自转轴(1)右端外表面设置自转轴右端外滚道(102)；所述偏心调整轴(2)右端连接第一端盖(11)，所述第一端盖(11)内表面设置第一端盖内滚道(1101)，所述第一端盖内滚道(1101)与所述自转轴右端外滚道(102)形成右端第一层轴承滚道；所述偏心调整轴(2)右端外表面设置调整轴右端外滚道(203)；所述公转轴(3)右端连接第二端盖(12)，所述第二端盖(12)内表面设置第二端盖内滚道(1201)，所述第二端盖内滚道(1201)与调整轴右端外滚道(203)形成右端第二层轴承滚道；所述左端第一层轴承滚道、左端第二层轴承滚道、右端第一层轴承滚道、右端第二层轴承滚道内均沿圆周方向均匀卡装滚动体(13)。2.根据权利要求1所述的一种螺旋铣孔装置，其特征在于：所述左端第一层轴承滚道、左端第二层轴承滚道...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤永凯，王磊，盛晓东，王俊玲，卢秉恒，赵纪元，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61