深孔銑槽機和深孔長鍵槽的加工方法與流程

本發明涉及機械工程領域，特別是一種深孔銑槽機以及使用深孔銑槽機的深孔長鍵槽加工方法。

背景技術：

近年來隨著清潔能源消費持續攀升，天然氣管道的建設規模迅速增大，輸送管道規格朝著大口徑、高壓力方向發展，輸送管道使用材質向高強度材料發展，同時要求帶壓開孔設備不斷提高安全性和開孔效率，才能滿足今后不斷增長的管道改造和維護工作。帶壓開孔設備的核心部件之一，驅動套的加工將十分關鍵，直接影響帶壓開孔設備的運行穩定性和開孔質量；驅動套有兩個作用：一是將旋轉動力傳遞給開孔機主軸，二是開孔機主軸在其內能進行往復直線運動；因此需在驅動套的孔內加工鍵槽，鍵槽的長度決定開孔設備的主軸行程，現有進口開孔設備的最大主軸行程已達到4500mm以上。中國專利201510797451.7公開的超長內孔鍵槽拉槽機，優點是機身結構簡單；不足是：1、加工效率低，只能單向切削，2、槽側表面加工質量差，表面粗糙；3、長槽直線度難保證，不能達到設計要求；4、槽寬尺寸難控制，不能滿足配合要求。中國專利201510120935.8公開的一種銑內孔長鍵槽的動力銑頭，優點是鍵槽加工質量好；不足是：1、每走刀一次需調節支撐一次，操作復雜，效率低；2、采用鏈條傳動，加長臂的長度受限制，不適應小孔徑長鍵槽的加工；3、對稱鍵槽加工時，動力銑頭無法對中支撐；4、結構復雜，需增加電動機和變速箱等動力設備，其銑刀的切削轉速與機床的行走速度難匹配。

技術實現要素：

現有的加工內孔長鍵槽的設備中，為了控制銑刀在孔內銑削加工，需要增加電動機和變速箱等動力設備，存在結構復雜，加工工序冗長的缺點。

本發明至少為解決上述技術問題的一部分而作出，為此，本發明提供的技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供一種深孔銑槽機，包括機床，機床上設有機床卡盤、可夾持待加工件的夾持架、導軌和與導軌滑動配合的托架；所述深孔銑槽機還包括：

銑頭，所述銑頭包括銑刀，銑刀的軸向與待加工件的軸向垂直且與卡盤的軸線垂直；

驅動機構，所述驅動機構包括與機床卡盤連接的第一驅動機構和與托架連接的第二驅動機構；以及

傳動機構，所述傳動機構包括將第一驅動機構與銑刀連接的第一傳動機構，所述第一傳動機構用于將機床卡盤提供的旋轉運動轉換為銑刀的旋轉運動；所述傳動機構還包括將第二驅動機構與銑刀連接的第二傳動機構，所述第二傳動機構用于向銑刀傳遞沿導軌的直線運動。

可選地或優選地，

所述第二驅動機構和第二傳動機構整合成外管總成，外管總成的一端連接托架，另一端連接銑頭；

所述第一驅動機構和第一傳動機構設置在外管總成內側。

可選地或優選地，

所述銑頭包括銑頭本體，在銑頭本體內開設有容納所述銑刀的空間；

所述第一驅動機構包括設于外管總成內側的主動力軸，主動力軸安裝在所述卡盤上；

所述第一傳動機構包括傳動軸、第一錐形齒以及與第一錐形齒垂直的第二錐形齒，傳動軸的一端與主動力軸連接，第一錐形齒安裝在傳動軸的另一端并與第二錐形齒嚙合，第二錐形齒安裝在銑刀上。

可選地或優選地，所述外管總成包括作為第二驅動機構的支撐部和作為第二傳動機構的第二接頭和第三接頭，支撐部一端與托架連接，另一端與第三接頭連接，第三接頭內側設有扶正環，所述扶正環套接在傳動軸上，所述第二接頭的一端連接第三接頭，另一端伸入銑頭本體與銑頭連接。

可選地或優選地，所述空間內還設有套接在銑刀外側并位于驅動套內側的滑套，驅動套銑刀套的底部從第二錐形齒中伸出并安裝調節螺母，以調節銑刀的位置。

可選地或優選地，所述第二接頭包括過渡套、第一連接套和第二連接套；過渡套伸入銑頭本體與銑頭本體的內壁螺紋連接，所述第一連接套的一端套接在過渡套位于銑頭本體外的部分，另一端套設在第二連接套外側并與第二連接套螺紋連接，第二連接套遠離第一連接套的一端與第三接頭連接。

可選地或優選地，還包括冷液管，所述冷液管與銑頭本體連接，通過設置于銑頭本體內的通道，用以通入冷卻液對銑刀進行冷卻、潤滑，防止加工時溫度過高，延長銑刀的使用壽命。

上述第一方面提供的深孔銑槽機，以機床為主體，通過第一驅動機構和第一傳動機構將機床卡盤提供的旋轉運動轉換為銑刀的旋轉運動，通過第二驅動機構和第二傳動機構使得銑刀能夠在待加工件內往復運動。這種配合方式充分利用了機床本體的驅動部件以實現銑刀的旋轉和縱向移動，不需要額外增加電機和減速機，簡化了設備結構，且可以避免銑刀運動與機床行走運動不匹配的缺陷。

第二方面，本發明實施例提供一種深孔銑槽機，包括機床，機床上設有機床卡盤、可夾持待加工件的夾持架、導軌和與導軌滑動配合的托架；所述夾持架與托架連接，以實現在導軌上的往復運動，所述深孔銑槽機還包括：

銑頭，所述銑頭包括銑刀，銑刀的軸向與待加工件的軸向垂直且與卡盤的軸線垂直；

驅動機構，所述驅動機構與機床卡盤連接；以及

傳動機構，所述傳動機構將驅動機構與銑刀連接，用于將機床卡盤提供的旋轉運動轉換為銑刀的旋轉運動。

上述第二方面中的深孔銑槽機，與第一方面相比的區別在于，在加工時，驅動機構和傳動機構可以只給銑刀提供旋轉運動，托架通過與夾持架連接以使得待加工件沿縱向往復運動。這樣，在加工時銑刀可以在保持縱向上保持不動，待加工件和銑刀之間的相對位移通過移動夾持架來完成。

第三方面，本發明實施例提供了一種使用上述第一方面及第一方面中任一種可能實現的方式中的深孔洗槽機的深孔長鍵槽加工方法，該方法包括：

將待加工件安裝在夾持架上，啟動機床卡盤，以使得銑刀旋轉；以及

通過移動托架控制銑刀沿待加工件軸向運動，以實現鍵槽的銑削。

第四方面，本發明實施例提供了一種使用上述第二方面中的深孔洗槽機的深孔長鍵槽加工方法，包括：

將待加工件安裝在夾持架上，啟動機床卡盤，以使得銑刀旋轉；以及

通過移動托架控制待加工件在導軌上移動，使其內側與銑刀主動接觸，以實現鍵槽的銑削。

附圖說明

圖1為本發明實施例所提供的深孔銑槽的結構示意圖；

圖2為圖1中A部分的局部放大結構示意圖。

圖中：

1-機床；2-夾持架；3-待加工件；4-銑頭本體；5-調整螺母；6-軸承；7-第二錐形齒；8-驅動套；9-滑套；10-軸承；11-銑刀；12-軸承蓋；13-螺栓；14-第一錐形齒；15-軸承；16-第二傳動軸；17-軸承；18-過渡套；19-冷液管20-第一接頭；21-第一連接套；22-第二連接套；23-扶正環；24-第一傳動軸；26-管套接頭；27-外管套；28-螺栓；29-支座；30-軸承；31-主動力軸；32-動力套；33-驅動鍵；34-后護套；35-端蓋；101-導軌；102-托架；103-機床卡盤；104-主軸箱；201-夾緊手柄；405-徑向孔；406-軸向孔。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

在本發明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”和等詞語來限定零部件，僅僅是為了便于對上述零部件進行區別，如沒有另行聲明，上述詞語并沒有特殊含義，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。

實施例一

請參考圖1，本發明示例性地提供一種深孔銑槽機，該銑槽機的應用場景包括但不限于對具有超長內孔的待加工件內壁進行銑削，以形成直線型的鍵槽。

深孔銑槽機主要由機床1、夾持架2、可移動的銑頭、驅動機構和傳動機構五大部分組成。夾持架2的作用是夾持待加工件，其上設置有夾緊手柄201。銑頭包括銑頭本體4，其中開設有容納銑刀的空間，并在空間內設置銑刀11，銑刀11的軸線與待加工件3的軸線相互垂直。其中，對于現有的機床，通常其本身具有機床卡盤103、導軌101和安裝在導軌101上的托架102，機床卡盤103在機床主軸的驅動下旋轉，托架102可以沿著導軌101做縱向(即圖1中左右方向)的往復運動。驅動機構和傳動機構均由兩部分組成，第一部分為第一驅動機構和第一傳動機構，其作用是將機床卡盤103與銑頭4中的銑刀11連接，并把卡盤103的旋轉運動傳遞給銑刀11，使得銑刀11也做以其自身為軸線的旋轉運動。第二部分為第二驅動機構和第二傳動機構，其作用是將托架102與銑頭本體4連接，以通過在導軌101上移動托架102帶動銑頭，進而帶動銑刀11做縱向的往復直線運動。由于驅動機構和傳動機構的本質都是傳遞機床卡盤103和移動托架102的動力，而這兩種動力均由機床固有部分提供，所以不需要外加任何的電機或減速器，簡化了設備的結構。且可以避免因為外加動力機構造成的與機床本身行走運動不同步的問題。

在一些實施例中，第二驅動機構和第二傳動機構可以圍繞著第一驅動機構和第一傳動機構外側設置，整合成外管總成，這樣形成了一種“雙管動力傳遞結構”。即：第二驅動機構和第二傳動機構形成“外管”，外管一側與托架連接，另一側與銑頭連接。第一驅動機構和第一傳動機構穿置在外管內，這種設計的優勢在于以內外嵌套的方式形成兩組動力傳遞機構，節約了機床的工作空間和部件的裝配空間。

在一些實施例中，第一驅動機構可以包括主動力軸，主動力軸外安裝軸承，主動力軸31的表面設置長鍵槽，動力套32通過驅動鍵33與長鍵槽連接，并使得驅動鍵33在主動力軸31的長鍵槽內靈活滑動。動力套33用機床卡盤103夾緊。主動力軸31通過機床主軸箱104的通孔與后護套34配合。這樣當機床卡盤103轉動時，可帶動主動力軸31一起轉動，以形成基礎的驅動作用。第一傳動機構主要由兩部分構成，第一部分與主動力軸31連接，第二部分伸入到銑頭本體4當中直接與銑刀11連接。第一部分中，主要包括第一傳動軸24，第一傳動軸24與主動力軸31連接，隨著主動軸31一起轉動。根據待加工件的孔深，第一傳動軸24可以是一整段結構，也可以拆分成多段，并將每段之間通過鍵連接。采用多段連接的好處是可以根據待加工件的孔深以及需要銑槽的位置，通過增加或減少傳動軸的段數來調節銑刀11的移動范圍。在第一傳動機構的第二部分中，主要包括第二傳動軸16，第二傳動軸16大部分被容納在開設在銑頭本體4內部的空間中，第二傳動軸16的一端從銑頭本體4內部伸出并與第一傳動軸24連接。為了提高傳動穩定性，在第二傳動軸24的兩端安裝軸承15和軸承17。第一傳動軸24和第二傳動軸16的連接方式有多種，在本實施例中，采用的連接方式為：在第一傳動軸24和第二傳動軸16的連接端表面設置外螺紋，通過一個帶有內螺紋第一接頭20(也可稱為內連套)將兩者對接。此外，第一接頭20還可以與兩傳動軸通過鍵連接。如圖1所示，第二傳動軸16位于銑頭本體4內部的軸向孔406中，軸向孔406遠離銑頭本體4外部的一端導通至徑向孔405，在該徑向孔405內設置銑刀11。為了進一步將傳動軸的旋轉運動轉換為銑刀11的旋轉運動，在銑頭本體4內部設置一組錐形齒輪組，其由相互垂直嚙合的第一錐形齒14和第二錐形齒7構成。第一錐形齒14安裝在第二傳動軸16上，以在第二傳動軸16的帶動下轉動，在本實施例中，第一錐形齒14合第二傳動軸16的安裝方式為：在第二傳動軸16的端部形成凸起并深入第一錐形齒14中，第一錐形齒14的內側與凸起通過螺紋連接，為了加強穩定性，可以在凸起上加裝螺栓13。第二錐形齒7安裝在銑刀11外層的驅動套8上，這樣就可以改變傳動方向，將傳動軸的旋轉變為銑刀11沿其軸向的自轉。本實施例中，第二錐形齒7與銑刀11的安裝方式為：在銑刀11的外側套設一層滑套9，滑套9的內側與銑刀11的錐面配合，對銑刀11的運動起到限位和導向的作用，此外，在銑刀11銑削鍵槽的過程中會產生碎屑，滑套僅與銑刀11的錐面配合，這樣銑刀11頭部落下的碎屑受到滑套的阻礙，這樣避免了積聚在刀體表面而影響銑刀11運轉。滑套9的外側通過鍵連接驅動套8，以形成一個銑刀套。驅動套8的底部與第二錐形齒7鍵連接，并且其端部從第二錐形齒7的中孔伸出，在驅動套8的下端還安裝有調節螺母5。通過旋動調節螺母5，可以改變銑刀11在徑向孔405內的徑向位置，改變銑刀11的進刀量，保證了鍵槽加工的精度。當然，調節螺母5的條件需要在銑頭位于待加工件3外時完成。為了保證長鍵槽的深度均勻和良好的直線度，需要銑刀11能夠穩定的旋轉，為此，本實施例中借助銑刀11外側的驅動套8，在驅動套8的上下兩端外側套接軸承6和軸承10，在上端的軸承10上蓋設有與驅動套8螺紋連接的軸承蓋12，這樣通過穩定驅動套8的轉動來保證銑刀11的穩定旋轉。此外，在本實施例中，為了方便描述位置關系，將第一傳動軸24和第二傳動軸16分開描述，但這并不構成對發明保護范圍的限定，在其他一些實施例中，第一傳動軸24和第二傳動軸16也可以整合為一個整體的傳動軸。

第二驅動機構主要包括支撐部，該支撐部具體可以是支座29，支座20與機床的托架102固定連接。支座20的兩端設置端蓋35，并用螺栓28將端蓋35和支座20連接。安裝在主動力軸31上的軸承30也位于支座29的內側。第二傳動機構主要包括多節的接頭，以將支撐部與銑頭對接，在一些實施例中，第二傳動機構可以包括第二接頭和第三接頭。第三接頭包括多段的外管套27和將各個外管套27連接的管套接頭26。初始端的外管套27與支座29連接，或者是與端蓋35形成一體結構。管套接頭26包括基部和位于基部中央的凸起部，凸起部位于兩個相鄰的外管套27并與外管套27的周面平齊，基部上位于凸起部兩側的部分分別與相鄰兩個外管套27的內側螺紋連接，從而組成套設在第一驅動機構和部分第二驅動機構外側的外管動力套件。在管套接頭26與主動力軸31和第一傳動軸24之間還可以設置扶正環23(扶正環23也可以視為第一傳動機構的一部分)，并將扶正環23套設在第一傳動軸24和主動力軸31外側，以防止動力軸和傳動軸因過長在轉動時偏離軸線，并且扶正環23在外管總成的限位下扶正效果更好。第三接頭用于最終完成第二接頭與銑頭的對接，由于其應用在過渡位置，因此第二接頭至少一部分可以伸入到銑頭內部的空間中。在一些實施例中，第二接頭可以包括過渡套18、第一連接套21和第二連接套22；過渡套18伸入銑頭本體4與銑頭本體4的內壁螺紋連接，所述第一連接套21的一端套接在過渡套18位于銑頭本體4外的部分，另一端套設在第二連接套22外側并與第二連接套22螺紋連接，第二連接套22遠離第一連接套21的一端與第三接頭最末端的外管套27的內側螺紋連接。此外，前述的第二傳動軸16上的軸承17也可以設置在過渡套18的內側。由于采用了第二接頭和第三接頭，方便銑頭與傳動機構部分分離，第二傳動機構與銑頭的連接處是傳動過渡的關鍵位置，第一連接套21設置在過渡套18和第二連接套22的外側，增大了第二傳動機構與銑頭連接處的軸徑，提高了過渡位置的傳動穩定性。

在一些實施例中，還可以在銑頭本體4上或其內部安裝冷液管19，用以通入冷卻液對銑頭進行冷卻、潤滑，防止加工時溫度過高，延長銑刀11的使用壽命。

使用本實施例中的深孔銑槽機，可以對深孔件的內壁進行銑槽加工。具體的加工方法可以包括如下的步驟：

S11：將待加工件3安裝在夾持架2上并夾緊，并使得待加工件3的中心與機床卡盤103的中心對正；

S12：利用調整螺母5調整銑刀的進刀量；

S13：啟動機床卡盤103，帶動銑刀11轉動，并移動托架102，以帶動銑刀11在工件內進行銑削鍵槽的工作。

其中，在步驟S2之前，如果銑刀11在啟示狀態下位于工件的內部，應當先移動托架102將銑刀從工件中移除，再執行S2的操作。

實施例二

本實施例提供了另一種深孔銑槽機的結構。其技術構思與實施例一的區別在于，在深孔長鍵槽的加工過程中，不需要銑頭做往復運動，而是通過移動加工件來實現兩者的相對運動。為了實現這一技術構思，在實施例二中，深孔銑槽機與實施例一的區別在于：

第一，由于銑刀11不一定需要做往復運動，因此實施例一中的第二傳動機構、第二驅動機構可以省略，僅以第一驅動機構和第一傳動機構為本實施例中的驅動機構和傳動機構，以向銑刀傳遞來自機床卡盤的旋轉動力。

第二，夾持架2安裝在托架102上，使得夾持架2可以沿著導軌101往復運動，這樣在其運動過程中主動與旋轉的銑刀11接觸，形成長型直線鍵槽。

使用本實施例的深孔銑槽機的深孔鍵槽加工方法，包括如下的步驟：

S21：將待加工件3安裝在夾持架2上并夾緊，并使得待加工件3的中心與機床卡盤103的中心對正；

S22：利用調整螺母5調整銑刀11的進刀量；

S23：啟動機床卡盤103，帶動銑刀11轉動，并移動托架102，以帶動待加工件3與旋轉的銑刀11接觸，從而銑削出鍵槽。

本發明提供的深孔銑槽機和加工方法，解決了小孔徑長鍵槽的銑削加工、提高了鍵槽加工等級；切削效率高，操作簡單，往返走刀無須對中調節；在孔內可進行多個對稱鍵槽加工。

以上對本發明所提供的深孔銑槽機和深孔長鍵槽的加工方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。