一种封闭式微调镗排的设计

2018-07-30胡运林陈兴惠

机械工程师 2018年7期

胡运林，陈兴惠

（昆明学院，昆明 650214）

0 引言

微调镗排是安装镗刀的装置，可以通过微调机构实现对镗刀刀尖到镗杆轴心线的距离的精确调整，其调整精度直接决定镗孔孔径的加工精度。目前，在应用中的微调镗排，采用技术不尽相同，如有采用压电晶体进行补偿的，可以实现对镗刀的径向尺寸进行微量调整，但调整量小，较为适合在自动加工中对刀具磨损的自动补偿；而较为普遍的调整方式是采用机械机构调整，如采用差动螺旋细分技术[1]、斜面细分技术[2]、细牙螺纹细分技术[3]等，一般均能达到微调刀径的目的，但普遍存在以下一些问题：装置调整范围过小；读数困难；装置调整精度不够，不能满足加工质量要求；装置刚性不够等。

基于以上问题，本文设计了一种旋转式封闭微调镗排，该装置微调精度高，调整时读数容易，刀头定位夹紧可靠，接触刚度高，加工稳定性好，精度保持性好，使用寿命长。

1 方案设计

为提高微调精度，该装置采用蜗轮蜗杆机构与斜楔机构联合作为微调机构。由于蜗轮蜗杆机构传动比较大，具有较好的微调功能，而斜楔机构也是常用的刀具微调机构，将二者呈串联布置，可以获得较高的微调精度；蜗轮蜗杆机构和斜楔机构均可改变传动方向，将二者结合在一起，可以较合理地布置机构位置，使整个装置结构紧凑；为将蜗轮蜗杆机构与斜楔机构之间呈串联布置，在其中间设置一齿轮齿条机构作为中间传动机构，并将齿条与斜楔设置为一整体；在蜗杆外伸端固连一刻度盘，通过刻度盘的细分读数，可以使得读数容易，并在蜗杆外伸端设置内六方扳手空间，使得调整方便。

为便于对刀头进行可靠夹紧，且考虑到刀具在进行微调时的精确性，设置了刚性夹紧机构和弹性夹紧机构来实现上述要求，刚性夹紧机构提供较大的夹紧力，弹性夹紧机构提供较小的夹紧力，工件在加工时，通过二者提供的夹紧力实现刀头的可靠夹紧；当需对刀头进行微调时，松开刚性夹紧机构，由弹性夹紧机构单独提供阻碍刀具向外运动的力，以此克服整个微调机构的空行程，提高微调精度。为此设置一压紧螺钉实现对刀头侧面进行压紧，以提供刚性夹紧力，而刀头尾端靠紧在斜楔的斜面上，而斜楔机构和蜗轮蜗杆机构均具有反向自锁功能，可有效阻止刀头向内运动，使刀头的夹紧机构可靠性得到保证；另将刀头斜置，由刀头离心力作用产生的刀头与安装孔之间的摩擦力有利于阻碍刀头的向外运动，并通过设计一弹簧产生的弹力压在一螺杆顶柱并进一步压在刀头侧面上，以产生较大的摩擦力来阻止刀头向外运动，形成弹性夹紧机构。

2 结构设计

图1（a）为该装置的立体示意图，图1（b）为该装置的立体分解示意图，图1（c）为该装置前视图及其剖面示意图。

如图1所示，该装置主要是由调力螺母1、螺杆顶柱2、压盖3、刻度盘4、2个第一骑缝螺钉5、蜗杆6、刀柄7、蜗轮轴8、封板9、齿轮10、斜楔齿条11、端板12、压紧螺钉13、弹簧14、透盖15和数个第二骑缝螺钉16组成；其中蜗杆6通过透盖15支承在刀柄7上设置的一径向孔中，透盖15与刀柄7固连，刻度盘4设置在蜗杆6的外伸轴端，并设置二个第一骑缝螺钉5实现二者固连；齿轮10通过数个第二骑缝螺钉16固连在蜗轮轴8上，蜗轮轴8通过封板9支承在刀柄7的径向孔中，封板9与刀柄7固连；斜楔齿条11插入刀柄7前端面设置的方孔中，并穿过方孔底部的圆孔，实现斜楔齿条11的齿条部与齿轮10的啮合，以形成齿轮齿条副，端板12固连在方孔端面；刀头J1安置在刀柄7前端径向斜置的方孔中，其后端安置在斜楔齿条11的斜面上，并设置压紧螺钉13压在刀头J1的一侧面上，螺杆顶柱2前端设置有一圆锥头，插入刀柄7的径向孔中，并与刀头J1的另一侧面贴合上，在螺杆顶柱2的螺纹轴段上设置有一弹簧14，并通过压盖3与刀柄7固连，从而将弹簧压紧在螺杆顶柱2上，进而使螺杆顶柱2的圆锥头压紧在刀头J1上，为便于刀头的取出和调整弹簧弹力，在螺杆顶柱2的外伸螺纹端头设置有一调力螺母1。

3 应用特点分析

使用时，通过蜗杆外伸轴端设置的扳手空间，手工拧动蜗杆将运动传入，再通过蜗轮蜗杆副将运动传给蜗轮轴，蜗轮轴上固连有一圆柱齿轮，该圆柱齿轮与一斜楔齿条上设置的齿条啮合，从而将蜗轮的旋转运动，转化为斜楔齿条的直线运动，在此直线运动作用下，斜楔齿条上设置的斜面推动镗刀沿刀柄上设置的斜孔作直线运动，从而调整镗刀刀尖距刀柄旋转中心的距离。由于蜗轮蜗杆机构传动比大，而斜楔机构和镗刀采用斜置均具有微分作用，使得通过调整蜗杆的旋转角度来控制镗刀刀尖距刀柄旋转中心的距离的效果显著。

如设图1（c）中斜楔11的楔角为α=15°，蜗杆6的齿数Z1=1，蜗轮8的齿数Z2=20，齿轮10的齿数Z3=1，齿轮10的模数m3=1 mm，刻度盘采用圆周50等分刻线，以下对该装置的传动系统进行分析计算。

传动链的两端件，一个端件为图1（c）中的蜗杆6，另一个端件为刀头J1，即两端件为蜗杆、刀头。该装置传动路线为：蜗杆→蜗轮蜗杆副→齿轮齿条副→斜楔机构→刀头。以下确定两端件的相对运动量，即计算位移，设蜗杆转一周后刀头径向移动距离为s，由此可以列出螺纹加工时的传动计算式为

可得：s=0.589 mm。

由于刻度盘采用圆周50等分刻线，则刻度盘每转过一个刻度，镗刀刀尖距离刀柄旋转中心的距离变化为

如设图3中斜楔齿条移动距离为30 mm，则该装置理论微调直径的尺寸范围Ld=2×30×sin15°×cos15°=15 mm。

由以上计算可知，该装置理论调整精度可达0.01 mm，直径尺寸理论调整范围为15 mm，其调整精度较高，调整尺寸范围较大。

由于该装置采用图1（c）中的压紧螺钉13对刀头进行夹紧，属于刚性夹紧机构；在弹簧14弹力作用下，将螺杆顶柱2压向刀头J1的侧面，并进一步使刀头尾端贴紧在斜楔齿条11的斜面上，属于弹性夹紧机构。弹性夹紧机构使刀头在斜楔前进或后退过程中始终与斜楔的斜面保持贴合，而刚性夹紧机构可使刀具在调整到正确位置后实现牢固夹紧。由于刀头采用斜装刀方式，且其尾端贴合在斜楔的斜面上，在上述刚性夹紧机构和弹性夹紧机构的联合作用下，刀头的接触刚性好，夹紧牢固可靠。

使用时，用扳手拧动调力螺母1，使螺杆顶柱2后退，可以轻松地将刀头J1从刀柄7中取出，便于换刀，也可通过拧动调力螺母调节弹簧14的弹力的大小；当需要调整刀径时，松开压紧螺钉13，用内六方扳手拧动蜗杆6到相应刻度，然后拧紧压紧螺钉13即可完成调整刀径。

在该传动链中，蜗轮蜗杆副存在啮合间隙，齿轮齿条副存在啮合间隙，为克服上述两处啮合间隙对加工精度的影响，防止出现反向失动量，使用时应向增大加工直径方向逐一调整尺寸，尽量避免向减小直径方向调整尺寸。如出现特殊情况必须向减小直径方向调整尺寸，应先计算并记下调整的刻度数，然后向减小直径方向多调整一些尺寸，然后再向增大加工直径方向调整到所计算的刻度数，形成单向趋近，以实现提高调整精度的目的。

4 结语

该装置采用蜗轮蜗杆机构与斜楔机构联合作为微调机构，调整精度高；采用斜装镗刀并将调整机构及夹紧机构均封闭在刀柄中，使装置结构紧凑；该装置设置有细分刻度盘来进行微调读数，使调整时读数容易；该装置采用刚性夹紧机构和弹性夹紧机构实现对刀头2进行定位夹紧，使得夹紧可靠，接触刚度高，加工稳定性好，精度保持性好，使用寿命长。