[发明专利]一种螺旋铣制孔装置及方法

说明书

本发明提供了一种螺旋铣制孔装置及方法，包括支撑单元、压紧单元、进给单元和铣孔单元，支撑单元用于装置的固定和安装，压紧单元用于压紧待铣孔产品，进给单元用于带动铣孔单元进行轴向进给运动，铣孔单元用于实施铣孔。本发明中铣孔单元能够实现刀具的轴向进给、公转和轴向自转三种运动相对独立，具备公转半径可高精度调整功能，能显著提高制孔效率和加工孔质量，可解决高强度材料铣孔过程中存在的、以及铝合金、钛合金等金属机体与碳纤维复合材料组成的叠层结构加工过程中存在的制孔质量差、智能化水平低、叠层区域易积屑的问题以及由于手工加工工艺不稳定导致的刀具损耗大的问题。

技术领域

本发明属于自动化制孔技术领域，特别涉及一种螺旋铣制孔装置及方法。

背景技术

近年来，国家对航天产品技术研究以及基础条件建设投入不断加大，使航天产品生产制造的各项专业技术得到快速发展。但在航天产品装配集成环节，先进装配技术发展缓慢，大量铣孔工序依赖手工操作和人员技能，企业在不同程度上存在着自动化和信息化程度偏低、智能制造水平不够等问题，已不适应新型航天产品的生产需求。

螺旋铣制孔工艺与传统的制孔加工有较大区别。传统钻削中，钻头横刃处钻速为零，横刃区的材料主要是靠钻头的挤压作用而去除的，轴向力非常大，而在螺旋铣孔切削过程中，刀具中心线与孔中心线有一点偏移量，材料的去除完全靠剪切作用，大大的减少了切削冲击，降低了切削力，利于延长刀具寿命；传统钻削中，切屑从排屑槽中挤出，极易划伤已加工孔壁，影响孔的表面质量，而在螺旋铣孔过程中，切屑是从刀具与工件之间的空间排出，不会对已加工表面造成二次破坏，便于排屑，可提高孔的加工表面质量。

因而，有必要对螺旋铣制孔装置和工艺进行深入研究，以满足航天产品高精度装配集成需求，特别是随着复合材料与金属材料叠层的超轻高强度结构方式得到大量应用，这种新型的制孔工艺将会成为这类超轻高强度装配方式的必须技术。目前，螺旋铣制孔工艺多在大型铣床加工领域，整体结构庞大，缺乏灵活性，不能与机械臂等机构结合，根本无法推广用于自动化装配领域。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提出了一种螺旋铣制孔装置及方法，通过复杂精密的结构设计，将刀具经夹头夹紧固定后组成统一体并安装固定在电主轴的自由端，然后通过电主轴带动刀具高速旋转进行铣孔作业；公转伺服电机驱动带轮并通过同步带传动，实现铣孔过程中电主轴的稳定持续公转；外偏心套筒轴线与内偏心套筒轴线采用偏置离心设计以实现公转半径调节，内偏心套筒安装在外偏心套筒内部；通过激光测距传感器实现待加工孔位表面法向量的精确测量，圆光栅实现外偏心套筒和内偏心套筒旋转角度的精确测量，直线光栅实现电主轴轴向进给量的精确测量，该装置实现了刀具的轴向进给、公转和轴向自转三种运动相对独立，具备公转半径可高精度调整功能，能显著提高制孔效率和加工孔质量，可解决高强度材料铣孔过程中存在的、以及铝合金、钛合金等金属机体与碳纤维复合材料组成的叠层结构加工过程中存在的制孔质量差、智能化水平低、叠层区域易积屑的问题以及由于手工加工工艺不稳定导致的刀具损耗大的问题，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种螺旋铣制孔装置，包括：支撑单元、压紧单元、进给单元和铣孔单元，其中，

支撑单元包括固定底座与安装法兰，固定底座通过与安装法兰连接，将整个装置与机械臂末端或数控机床连接；固定底座上铺设直线导轨，用于压紧单元、进给单元的直线移动；

压紧单元包括压紧气缸和压紧头，压紧气缸固定在固定底座上，压紧头通过压紧头滑块副安装在直线导轨上，在压紧气缸的推动下，顶紧待铣孔产品；

进给单元包括进给伺服电机、滚珠丝杠副、外部套筒安装座和滑块副，进给伺服电机安装在固定底座上，滚珠丝杠副的丝杠与伺服电机输出轴连接，滚珠丝杠副的螺母与铣孔单元固定连接；外部套筒安装座与铣孔单元固定连接，并通过滑块副安装在直线导轨上，通过进给伺服电机驱动滚珠丝杠副相对转动，推动外部套筒安装座带动铣孔单元进行轴向进给运动；