一種封閉式微調鏜排的設計

胡運林， 陳興惠

（昆明學院，昆明 650214）

0 引言

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

基于以上問題，本文設計了一種旋轉式封閉微調鏜排，該裝置微調精度高，調整時讀數容易，刀頭定位夾緊可靠，接觸剛度高，加工穩定性好，精度保持性好，使用壽命長。

1 方案設計

為提高微調精度，該裝置采用蝸輪蝸桿機構與斜楔機構聯合作為微調機構。由于蝸輪蝸桿機構傳動比較大，具有較好的微調功能，而斜楔機構也是常用的刀具微調機構，將二者呈串聯布置，可以獲得較高的微調精度；蝸輪蝸桿機構和斜楔機構均可改變傳動方向，將二者結合在一起，可以較合理地布置機構位置，使整個裝置結構緊湊；為將蝸輪蝸桿機構與斜楔機構之間呈串聯布置，在其中間設置一齒輪齒條機構作為中間傳動機構，并將齒條與斜楔設置為一整體；在蝸桿外伸端固連一刻度盤，通過刻度盤的細分讀數，可以使得讀數容易，并在蝸桿外伸端設置內六方扳手空間，使得調整方便。

為便于對刀頭進行可靠夾緊，且考慮到刀具在進行微調時的精確性，設置了剛性夾緊機構和彈性夾緊機構來實現上述要求，剛性夾緊機構提供較大的夾緊力，彈性夾緊機構提供較小的夾緊力，工件在加工時，通過二者提供的夾緊力實現刀頭的可靠夾緊；當需對刀頭進行微調時，松開剛性夾緊機構，由彈性夾緊機構單獨提供阻礙刀具向外運動的力，以此克服整個微調機構的空行程，提高微調精度。為此設置一壓緊螺釘實現對刀頭側面進行壓緊，以提供剛性夾緊力，而刀頭尾端靠緊在斜楔的斜面上，而斜楔機構和蝸輪蝸桿機構均具有反向自鎖功能，可有效阻止刀頭向內運動，使刀頭的夾緊機構可靠性得到保證；另將刀頭斜置，由刀頭離心力作用產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，并通過設計一彈簧產生的彈力壓在一螺桿頂柱并進一步壓在刀頭側面上，以產生較大的摩擦力來阻止刀頭向外運動，形成彈性夾緊機構。

2 結構設計

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上設置的一徑向孔中，透蓋15與刀柄7固連，刻度盤4設置在蝸桿6的外伸軸端，并設置二個第一騎縫螺釘5實現二者固連；齒輪10通過數個第二騎縫螺釘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前端面設置的方孔中，并穿過方孔底部的圓孔，實現斜楔齒條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，并設置壓緊螺釘13壓在刀頭J1的一側面上，螺桿頂柱2前端設置有一圓錐頭，插入刀柄7的徑向孔中，并與刀頭J1的另一側面貼合上，在螺桿頂柱2的螺紋軸段上設置有一彈簧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整彈簧彈力，在螺桿頂柱2的外伸螺紋端頭設置有一調力螺母1。

3 應用特點分析

使用時，通過蝸桿外伸軸端設置的扳手空間，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置的齒條嚙合，從而將蝸輪的旋轉運動，轉化為斜楔齒條的直線運動，在此直線運動作用下，斜楔齒條上設置的斜面推動鏜刀沿刀柄上設置的斜孔作直線運動，從而調整鏜刀刀尖距刀柄旋轉中心的距離。由于蝸輪蝸桿機構傳動比大，而斜楔機構和鏜刀采用斜置均具有微分作用，使得通過調整蝸桿的旋轉角度來控制鏜刀刀尖距刀柄旋轉中心的距離的效果顯著。

如設圖1（c）中斜楔11的楔角為α=15°，蝸桿6的齒數Z1=1，蝸輪8的齒數Z2=20，齒輪10的齒數Z3=1，齒輪10的模數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進行分析計算。

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→刀頭。以下確定兩端件的相對運動量，即計算位移，設蝸桿轉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，則刻度盤每轉過一個刻度，鏜刀刀尖距離刀柄旋轉中心的距離變化為

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

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

由于該裝置采用圖1（c）中的壓緊螺釘13對刀頭進行夾緊，屬于剛性夾緊機構；在彈簧14彈力作用下，將螺桿頂柱2壓向刀頭J1的側面，并進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。彈性夾緊機構使刀頭在斜楔前進或后退過程中始終與斜楔的斜面保持貼合，而剛性夾緊機構可使刀具在調整到正確位置后實現牢固夾緊。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和彈性夾緊機構的聯合作用下，刀頭的接觸剛性好，夾緊牢固可靠。

使用時，用扳手擰動調力螺母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，也可通過擰動調力螺母調節彈簧14的彈力的大小；當需要調整刀徑時，松開壓緊螺釘13，用內六方扳手擰動蝸桿6到相應刻度，然后擰緊壓緊螺釘13即可完成調整刀徑。

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，防止出現反向失動量，使用時應向增大加工直徑方向逐一調整尺寸，盡量避免向減小直徑方向調整尺寸。如出現特殊情況必須向減小直徑方向調整尺寸，應先計算并記下調整的刻度數，然后向減小直徑方向多調整一些尺寸，然后再向增大加工直徑方向調整到所計算的刻度數，形成單向趨近，以實現提高調整精度的目的。

4 結語

該裝置采用蝸輪蝸桿機構與斜楔機構聯合作為微調機構，調整精度高；采用斜裝鏜刀并將調整機構及夾緊機構均封閉在刀柄中，使裝置結構緊湊；該裝置設置有細分刻度盤來進行微調讀數，使調整時讀數容易；該裝置采用剛性夾緊機構和彈性夾緊機構實現對刀頭2進行定位夾緊，使得夾緊可靠，接觸剛度高，加工穩定性好，精度保持性好，使用壽命長。

圖1 1.調力螺母 2.螺桿頂柱 3.壓蓋 4.刻度盤 5、16.騎縫螺釘6.蝸桿 7.刀柄 8.蝸輪軸 9.封板 10.齒輪 11.斜楔齒條12.端板 13.壓緊螺釘 14.彈簧 15.透蓋 J1.刀頭