一種封閉式微調(diào)鏜排的設(shè)計

2018-07-30 09:05胡運林陳興惠

機械工程師 2018年7期

胡運林，陳興惠

（昆明學(xué)院，昆明 650214）

0 引言

微調(diào)鏜排是安裝鏜刀的裝置，可以通過微調(diào)機構(gòu)實現(xiàn)對鏜刀刀尖到鏜桿軸心線的距離的精確調(diào)整，其調(diào)整精度直接決定鏜孔孔徑的加工精度。目前，在應(yīng)用中的微調(diào)鏜排，采用技術(shù)不盡相同，如有采用壓電晶體進(jìn)行補償?shù)?，可以實現(xiàn)對鏜刀的徑向尺寸進(jìn)行微量調(diào)整，但調(diào)整量小，較為適合在自動加工中對刀具磨損的自動補償；而較為普遍的調(diào)整方式是采用機械機構(gòu)調(diào)整，如采用差動螺旋細(xì)分技術(shù)[1]、斜面細(xì)分技術(shù)[2]、細(xì)牙螺紋細(xì)分技術(shù)[3]等，一般均能達(dá)到微調(diào)刀徑的目的，但普遍存在以下一些問題：裝置調(diào)整范圍過?。蛔x數(shù)困難；裝置調(diào)整精度不夠，不能滿足加工質(zhì)量要求；裝置剛性不夠等。

基于以上問題，本文設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)式封閉微調(diào)鏜排，該裝置微調(diào)精度高，調(diào)整時讀數(shù)容易，刀頭定位夾緊可靠，接觸剛度高，加工穩(wěn)定性好，精度保持性好，使用壽命長。

1 方案設(shè)計

為提高微調(diào)精度，該裝置采用蝸輪蝸桿機構(gòu)與斜楔機構(gòu)聯(lián)合作為微調(diào)機構(gòu)。由于蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動比較大，具有較好的微調(diào)功能，而斜楔機構(gòu)也是常用的刀具微調(diào)機構(gòu)，將二者呈串聯(lián)布置，可以獲得較高的微調(diào)精度；蝸輪蝸桿機構(gòu)和斜楔機構(gòu)均可改變傳動方向，將二者結(jié)合在一起，可以較合理地布置機構(gòu)位置，使整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊；為將蝸輪蝸桿機構(gòu)與斜楔機構(gòu)之間呈串聯(lián)布置，在其中間設(shè)置一齒輪齒條機構(gòu)作為中間傳動機構(gòu)，并將齒條與斜楔設(shè)置為一整體；在蝸桿外伸端固連一刻度盤，通過刻度盤的細(xì)分讀數(shù)，可以使得讀數(shù)容易，并在蝸桿外伸端設(shè)置內(nèi)六方扳手空間，使得調(diào)整方便。

為便于對刀頭進(jìn)行可靠夾緊，且考慮到刀具在進(jìn)行微調(diào)時的精確性，設(shè)置了剛性夾緊機構(gòu)和彈性夾緊機構(gòu)來實現(xiàn)上述要求，剛性夾緊機構(gòu)提供較大的夾緊力，彈性夾緊機構(gòu)提供較小的夾緊力，工件在加工時，通過二者提供的夾緊力實現(xiàn)刀頭的可靠夾緊；當(dāng)需對刀頭進(jìn)行微調(diào)時，松開剛性夾緊機構(gòu)，由彈性夾緊機構(gòu)單獨提供阻礙刀具向外運動的力，以此克服整個微調(diào)機構(gòu)的空行程，提高微調(diào)精度。為此設(shè)置一壓緊螺釘實現(xiàn)對刀頭側(cè)面進(jìn)行壓緊，以提供剛性夾緊力，而刀頭尾端靠緊在斜楔的斜面上，而斜楔機構(gòu)和蝸輪蝸桿機構(gòu)均具有反向自鎖功能，可有效阻止刀頭向內(nèi)運動，使刀頭的夾緊機構(gòu)可靠性得到保證；另將刀頭斜置，由刀頭離心力作用產(chǎn)生的刀頭與安裝孔之間的摩擦力有利于阻礙刀頭的向外運動，并通過設(shè)計一彈簧產(chǎn)生的彈力壓在一螺桿頂柱并進(jìn)一步壓在刀頭側(cè)面上，以產(chǎn)生較大的摩擦力來阻止刀頭向外運動，形成彈性夾緊機構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1（a）為該裝置的立體示意圖，圖1（b）為該裝置的立體分解示意圖，圖1（c）為該裝置前視圖及其剖面示意圖。

如圖1所示，該裝置主要是由調(diào)力螺母1、螺桿頂柱2、壓蓋3、刻度盤4、2個第一騎縫螺釘5、蝸桿6、刀柄7、蝸輪軸8、封板9、齒輪10、斜楔齒條11、端板12、壓緊螺釘13、彈簧14、透蓋15和數(shù)個第二騎縫螺釘16組成；其中蝸桿6通過透蓋15支承在刀柄7上設(shè)置的一徑向孔中，透蓋15與刀柄7固連，刻度盤4設(shè)置在蝸桿6的外伸軸端，并設(shè)置二個第一騎縫螺釘5實現(xiàn)二者固連；齒輪10通過數(shù)個第二騎縫螺釘16固連在蝸輪軸8上，蝸輪軸8通過封板9支承在刀柄7的徑向孔中，封板9與刀柄7固連；斜楔齒條11插入刀柄7前端面設(shè)置的方孔中，并穿過方孔底部的圓孔，實現(xiàn)斜楔齒條11的齒條部與齒輪10的嚙合，以形成齒輪齒條副，端板12固連在方孔端面；刀頭J1安置在刀柄7前端徑向斜置的方孔中，其后端安置在斜楔齒條11的斜面上，并設(shè)置壓緊螺釘13壓在刀頭J1的一側(cè)面上，螺桿頂柱2前端設(shè)置有一圓錐頭，插入刀柄7的徑向孔中，并與刀頭J1的另一側(cè)面貼合上，在螺桿頂柱2的螺紋軸段上設(shè)置有一彈簧14，并通過壓蓋3與刀柄7固連，從而將彈簧壓緊在螺桿頂柱2上，進(jìn)而使螺桿頂柱2的圓錐頭壓緊在刀頭J1上，為便于刀頭的取出和調(diào)整彈簧彈力，在螺桿頂柱2的外伸螺紋端頭設(shè)置有一調(diào)力螺母1。

3 應(yīng)用特點分析

使用時，通過蝸桿外伸軸端設(shè)置的扳手空間，手工擰動蝸桿將運動傳入，再通過蝸輪蝸桿副將運動傳給蝸輪軸，蝸輪軸上固連有一圓柱齒輪，該圓柱齒輪與一斜楔齒條上設(shè)置的齒條嚙合，從而將蝸輪的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)化為斜楔齒條的直線運動，在此直線運動作用下，斜楔齒條上設(shè)置的斜面推動鏜刀沿刀柄上設(shè)置的斜孔作直線運動，從而調(diào)整鏜刀刀尖距刀柄旋轉(zhuǎn)中心的距離。由于蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動比大，而斜楔機構(gòu)和鏜刀采用斜置均具有微分作用，使得通過調(diào)整蝸桿的旋轉(zhuǎn)角度來控制鏜刀刀尖距刀柄旋轉(zhuǎn)中心的距離的效果顯著。

如設(shè)圖1（c）中斜楔11的楔角為α=15°，蝸桿6的齒數(shù)Z1=1，蝸輪8的齒數(shù)Z2=20，齒輪10的齒數(shù)Z3=1，齒輪10的模數(shù)m3=1 mm，刻度盤采用圓周50等分刻線，以下對該裝置的傳動系統(tǒng)進(jìn)行分析計算。

傳動鏈的兩端件，一個端件為圖1（c）中的蝸桿6，另一個端件為刀頭J1，即兩端件為蝸桿、刀頭。該裝置傳動路線為：蝸桿→蝸輪蝸桿副→齒輪齒條副→斜楔機構(gòu)→刀頭。以下確定兩端件的相對運動量，即計算位移，設(shè)蝸桿轉(zhuǎn)一周后刀頭徑向移動距離為s，由此可以列出螺紋加工時的傳動計算式為

可得：s=0.589 mm。

由于刻度盤采用圓周50等分刻線，則刻度盤每轉(zhuǎn)過一個刻度，鏜刀刀尖距離刀柄旋轉(zhuǎn)中心的距離變化為

如設(shè)圖3中斜楔齒條移動距離為30 mm，則該裝置理論微調(diào)直徑的尺寸范圍Ld=2×30×sin15°×cos15°=15 mm。

由以上計算可知，該裝置理論調(diào)整精度可達(dá)0.01 mm，直徑尺寸理論調(diào)整范圍為15 mm，其調(diào)整精度較高，調(diào)整尺寸范圍較大。

由于該裝置采用圖1（c）中的壓緊螺釘13對刀頭進(jìn)行夾緊，屬于剛性夾緊機構(gòu)；在彈簧14彈力作用下，將螺桿頂柱2壓向刀頭J1的側(cè)面，并進(jìn)一步使刀頭尾端貼緊在斜楔齒條11的斜面上，屬于彈性夾緊機構(gòu)。彈性夾緊機構(gòu)使刀頭在斜楔前進(jìn)或后退過程中始終與斜楔的斜面保持貼合，而剛性夾緊機構(gòu)可使刀具在調(diào)整到正確位置后實現(xiàn)牢固夾緊。由于刀頭采用斜裝刀方式，且其尾端貼合在斜楔的斜面上，在上述剛性夾緊機構(gòu)和彈性夾緊機構(gòu)的聯(lián)合作用下，刀頭的接觸剛性好，夾緊牢固可靠。

使用時，用扳手?jǐn)Q動調(diào)力螺母1，使螺桿頂柱2后退，可以輕松地將刀頭J1從刀柄7中取出，便于換刀，也可通過擰動調(diào)力螺母調(diào)節(jié)彈簧14的彈力的大??；當(dāng)需要調(diào)整刀徑時，松開壓緊螺釘13，用內(nèi)六方扳手?jǐn)Q動蝸桿6到相應(yīng)刻度，然后擰緊壓緊螺釘13即可完成調(diào)整刀徑。

在該傳動鏈中，蝸輪蝸桿副存在嚙合間隙，齒輪齒條副存在嚙合間隙，為克服上述兩處嚙合間隙對加工精度的影響，防止出現(xiàn)反向失動量，使用時應(yīng)向增大加工直徑方向逐一調(diào)整尺寸，盡量避免向減小直徑方向調(diào)整尺寸。如出現(xiàn)特殊情況必須向減小直徑方向調(diào)整尺寸，應(yīng)先計算并記下調(diào)整的刻度數(shù)，然后向減小直徑方向多調(diào)整一些尺寸，然后再向增大加工直徑方向調(diào)整到所計算的刻度數(shù)，形成單向趨近，以實現(xiàn)提高調(diào)整精度的目的。

4 結(jié)語

該裝置采用蝸輪蝸桿機構(gòu)與斜楔機構(gòu)聯(lián)合作為微調(diào)機構(gòu)，調(diào)整精度高；采用斜裝鏜刀并將調(diào)整機構(gòu)及夾緊機構(gòu)均封閉在刀柄中，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊；該裝置設(shè)置有細(xì)分刻度盤來進(jìn)行微調(diào)讀數(shù)，使調(diào)整時讀數(shù)容易；該裝置采用剛性夾緊機構(gòu)和彈性夾緊機構(gòu)實現(xiàn)對刀頭2進(jìn)行定位夾緊，使得夾緊可靠，接觸剛度高，加工穩(wěn)定性好，精度保持性好，使用壽命長。