一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法

文档序号:146951 发布日期:2021-10-26 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法 (Thermal deformation deviation rectifying mechanism and method for machining straightness of deep hole gun drill ) 是由 李亮 谢晨 潘宇 于 2021-05-27 设计创作,主要内容包括:本发明提出了一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法,该机构中加热线圈用于加热工件,加热线圈的轴心线沿Y向延伸;加热线圈设置于第一安装板;第一安装板和第二安装板,沿Z向第一安装板位于第二安装板的上方;第一滚珠丝杠副,用于驱动第一安装板,包括第一丝杠和第一螺母;第一丝杠沿Z向延伸且自下而上穿过第一安装板上;第一螺母卡设于第一安装板内;第一丝杠的下端转动设置于第二安装板;X向滑轨,固定于一安装座,X向滑轨套设于第二安装板;安装座固定于一Y向移动单元。本发明通过加热线圈对工件的局部加热,并可根据直线度情况调整加热线圈的加热位置,使得工件受力变形,以补偿原直线度误差,实现深孔钻孔的热纠偏。(The invention provides a thermal deformation deviation rectifying mechanism and a method for machining straightness of a deep hole gun drill, wherein a heating coil in the mechanism is used for heating a workpiece, and the axial lead of the heating coil extends along the Y direction; the heating coil is arranged on the first mounting plate; the first mounting plate is positioned above the second mounting plate along the Z direction; the first ball screw pair is used for driving the first mounting plate and comprises a first screw and a first nut; the first lead screw extends along the Z direction and penetrates through the first mounting plate from bottom to top; the first nut is clamped in the first mounting plate; the lower end of the first lead screw is rotatably arranged on the second mounting plate; the X-direction sliding rail is fixed on a mounting seat and sleeved on the second mounting plate; the mounting seat is fixed on a Y-direction moving unit. The heating coil is used for locally heating the workpiece, and the heating position of the heating coil can be adjusted according to the straightness accuracy condition, so that the workpiece is stressed and deformed to compensate the original straightness accuracy error, and the thermal deviation correction of deep hole drilling is realized.)

一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法

技术领域

本发明属于深孔直线度控制技术领域,尤其涉及一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法。

背景技术

目前在航空航天、武器装备、汽车制造等国家重点发展行业中,小直径深孔加工的需求越来越多,特别是针对钛合金材料的深孔加工需求,例如C919大飞机中各类的舱门轴导轨孔加工。枪钻加工是实现深孔加工的一项重要技术手段。然而,由于被加工孔的孔径小、孔深长,枪钻的结构又较为复杂、相对刚度弱,普遍存在被加工孔直线度误差较大的问题。直线度是深孔加工中的一项重要技术指标。由于设备和加工工艺的特殊性,使得深孔加工过程中容易出现难以预测的直线度超差问题,能否解决深孔轴线的偏斜问题,是保证深孔加工精度的关键。

对于深孔枪钻加工,由于工件的被加工孔孔深与孔径之比超过10,并且枪钻结构属于典型的细长轴类零件,所以在加工过程刀具受到切削力作用中会产生横向弯曲和振动。为了抑制枪钻在加工过程中的扰动,减少孔的直线度误差,往往采用导向套和中间支撑来提升枪钻加工的稳定性,然而由于工件的刚性不足,在受到钻削力作用下,导向套间隙和中间支撑件间隙又会对直线度产生相应的影响。同时枪钻加工过程中,实际的加工工况、零件材料和工艺参数选择等也会对其直线度误差产生影响。由此可知,深孔枪钻加工过程一直处于封闭或半封闭状态,无法直观监测其钻孔的过程。同时被加工孔的直线度受到多方面因素的影响,例如:机床本身精度误差、导向套的间隙以及中间支承件的间隙等都会引起刀杆的弯曲变形。枪钻又属于典型细长杆类零件,工件在加工过程中受力会发生弯曲变形,从而导致被加工孔直线度误差难以避免。工件的弯曲变形量随着钻孔深度的增加而不断的增大,导致钻头的钻进方向越来越偏离工件的理论中心轴线,严重时枪钻的钻头会从零件的侧壁钻出,造成加工事故。

因此,如何有效解决深孔加工中轴线偏斜即直线度误差问题,进而保证深孔加工精度,已成为我国航空航天和武器装备等行业中小直径深孔类零件高精度加工亟待解决的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构及方法,该机构可将加热线圈移动到需要加热的位置,通过加热线圈对工件的局部加热,并可根据直线度情况调整加热线圈的加热位置,使得工件受力变形,以补偿原直线度误差,从而最终减少了深孔加工直线度误差,实现深孔钻孔的热纠偏。

一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构,包括:

加热线圈,用于加热工件,所述加热线圈的轴心线沿Y向延伸;所述加热线圈设置于第一安装板;

第一安装板和第二安装板,沿Z向所述第一安装板位于所述第二安装板的上方;

第一滚珠丝杠副,用于驱动所述第一安装板,包括第一丝杠和第一螺母;所述第一丝杠沿Z向延伸且自下而上穿过所述第一安装板上;所述第一螺母卡设于所述第一安装板内;所述第一丝杠的下端转动设置于所述第二安装板;

X向滑轨,固定于一安装座,所述X向滑轨套设于所述第二安装板;所述安装座固定于一Y向移动单元。

优选地,所述Y向移动单元包括一第二滚珠丝杠副,所述安装座固定于第二滚珠丝杠副中的第二螺母。

优选地,所述安装座包括一上盖板、固定于上盖板的下盖板;所述下盖板的底面朝上盖板方向凹陷以容纳所述滚珠丝杠副的螺母。

优选地,所述Y向移动单元包括一沿Y向延伸的底座,所述底座上设置沿Y向延伸的导轨,所述导轨与滑块配合,所述滑块固定于所述安装座的下端面。

优选地,所述第一丝杠的下端与第一轴承配合,所述第一轴承安装于第一轴承座,所述第一轴承座固定于所述第二安装板。

优选地,所述第一安装板和第二安装板之间设置一支撑杆,所述支撑杆沿Z向延伸且自下而上穿过所述第一安装板;所述支撑杆的下端与第二轴承配合,所述第二轴承安装于第二轴承座,所述第二轴承座固定于所述第二安装板。

优选地,所述第一安装板上设置一控制台,所述控制台内设置一控制单元,所述加热线圈的输入端和输出端伸入所述控制台并与所述控制单元电性连接。

优选地,所述加热线圈由铜管螺旋盘绕而成。

一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏方法,基于所述的深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构,包括:通过手柄转动第一丝杠,第一丝杠在手柄和第二安装板之间转动,使得第一安装板随第一螺母沿Z向发生位移;通过电机驱动第二滚珠丝杠副中的第二丝杠,第二丝杠带动第二螺母沿Y向导轨移动,最终实现安装座沿Y向导轨移动;推动第一安装板,第一安装板沿X向滑轨移动

与现有技术相比,本发明的优点为:该机构可通过Y向移动单元将加热线圈移动到需要加热的位置,之后通过加热线圈对工件的局部加热,并可根据直线度情况调整加热线圈的加热位置,使得工件受力变形,以补偿原直线度误差,从而最终减少了深孔加工直线度误差,实现深孔钻孔的热纠偏。

附图说明

图1为本发明一实施例的深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构的部分结构图;

图2为本发明一实施例的深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构的另一部分结构图;

图3为深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构的一立体图;

图4为图3的一立体图;

图5为图3的又一立体图;

图6为第一轴承和第二轴承的安装位置图;

图7为第一螺母的安装状态图;

图8为工件在钻孔加工过程中的挠度变形情况。

图9为基于热变形理论的工件的热变形情况。

1-加热线圈,2-支撑杆,3-第一螺母固定座,4-第一轴承座,5-第二轴承,6-第一丝杠,7-第一安装板,8-控制台,9-手柄,10-底座,11-右板,12-第二丝杠,13-第二安装板,14-X向滑轨,15-联轴器,16-电机,17-轴架,18-左板,19-滑块,20-下盖板,21-上盖板,22-导轨。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。

如图1~7所示,一种深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构,包括:加热线圈1、第一安装板7、第二安装板13、安装座、底座10、第一滚珠丝杠副、X向滑轨14和Y向移动单元。其中,第一丝杠6用于驱动加热线圈1沿Z向移动、Y向移动单元驱动加热线圈1沿Y向移动、X向滑轨14为加热线圈1沿X向移动的轨道。由此,该整个机构可实现3个方位的自由移动。当该机构安装于机床上时,可与机床主控制台相连,在机床主控制台上实现对该机构的移动、对工件的加热控制。

加热线圈1,套在工件上(即工件沿Y向布置且穿过加热线圈1),用于加热工件,加热线圈1的轴心线沿Y向延伸;加热线圈1设置于第一安装板7。在本实施例中,工件沿Y向延伸并安装于机床,由于加热线圈1可移动,因此加热线圈1可对工件的每个局部进行加热。优选地,加热线圈1的数量可设置多个,沿Y向排列。加热线圈1由铜管螺旋盘绕而成。

第一安装板7和第二安装板13,沿Z向第一安装板7位于第二安装板13的上方;第一安装板7上设置一控制台8,控制台8内设置一控制单元,加热线圈1的输入端和输出端伸入控制台8并与控制单元电性连接;第一安装板7上设有第一螺母、导向座,第一螺母用于增加Z向进给的精度;导向座与支撑杆2配合,用于增加第一安装板7在Z向移动过程中的稳定性。第二安装板13固定于第一轴承座4和第二轴承5座。第一安装板7和第二安装板13之间设置第一丝杠6和支撑杆2。

第一滚珠丝杠副,用于驱动第一安装板7,包括第一丝杠6和第一螺母;第一丝杠6沿Z向延伸且自下而上穿过第一安装板7上;第一丝杠6的上段与第一螺母固定座3配合,第一螺母固定座3的作用是导向作用;第一螺母固定座3固定于第一安装板7;第一螺母卡设或固定于第一安装板7内;第一丝杠6的上端安装一手柄9,下端转动设置于第二安装板13。具体的,第一丝杠6的下端与第一轴承配合,第一轴承安装于第一轴承座4。支撑杆2沿Z向延伸且自下而上穿过第一安装板7上的导向座;支撑杆2的下端与第二轴承5配合,第二轴承5安装于第二轴承5座。如图7中,第一螺母固定座3未示出。

X向滑轨14,固定于一安装座,X向滑轨14沿X向延伸且套设于第二安装板13,即第二安装板13的底部开设供X向滑轨14移动的通槽。安装座固定于Y向移动单元上。具体的,Y向移动单元包括沿Y向延伸的底座10、电机16和第二滚珠丝杠副,第一滚珠丝杠副和第二滚珠丝杠副均由丝杠及螺母二个配套组成的。由本领域人员可以知晓的是,滚珠丝杠副为现有技术,在此不再赘述。

安装座,固定于第二滚珠丝杠副的第二螺母;电机16固定于底座10上,输出端连接滚珠丝杠的输入端,用于驱动滚珠丝杠;底座10上设置沿Y向延伸的导轨22,导轨22与滑块19配合,即滑块19可沿导轨22移动;滑块19固定于安装座的下端面。优选地,安装座包括上盖板21、固定于上盖板21的下盖板20;下盖板20的底面朝上盖板21方向凹陷以容纳第二滚珠丝杠副的第二螺母,下盖板20固定于第二滚珠丝杠副的第二螺母。

具体的,底座10沿Y向的一端设置左板18,另一端设置右板11;电机16固定于右板11,电机16的输出端通过一联轴器15连接第二滚珠丝杠副中的第二丝杠12,第二丝杠12依次穿过固定于底座10上的轴架17,最终转动安装于右板11。如图2所示。

该深孔枪钻加工直线度的热变形纠偏机构的工作原理:

(1)通过手柄9转动第一丝杠6,第一丝杠6在手柄9和第一轴承座4之间转动,使得第一安装板7随第一螺母沿Z向发生位移;

(2)通过电机16驱动第二丝杠12,第二丝杠12带动第二螺母沿Y向导轨22移动,最终实现滑块19随下盖板20沿Y向导轨22移动。

(3)推动第一安装板7,第一安装板7沿X向滑轨14移动。

在本实施例中,机床主控制台8可控制加热的时间、加热的温度,基于热变形原理,可以实现工件的变形曲线与钻头的理论轴向形变趋于一致,从而实现对钻孔直线度误差的纠偏。如图8所示,工件挠度变形,理论工件为一直线;如图9所示,为工件的热变形情况。

上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。

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