用于加工异型孔的精密镗杆及应用其的数值镗孔机

摘要

本发明涉及一种用于加工异型孔的精密镗杆及应用其的数值镗孔机，尤指一种可供生产异型孔的精密镗杆，其包含有一具内腔的杆体，且内腔内充填有不可压缩的流体介质，又杆体两端分别具有一连接内腔的主动膜组与被动膜组，且被动膜组上具有一供选择性锁掣刀片的刀座，借此，当作动主动膜组内压时，可同步驱动被动膜组上的刀片突出，如此可配合数值镗孔机的程式控制，使刀片在加工中产生微量进给，使被加工件的内孔形成非正圆的异型孔，如椭圆孔、弧形孔等，以满足特殊的镗孔需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种镗孔的技术领域，具体而言是指一种加工非圆曲面的用于加工异型孔的精密镗杆及应用其的数值镗孔机，借以能根据需求产生高精度、且稳定的异型孔。 

背景技术

目前，某些承受复杂高机械及热负荷零件如内燃机活塞等的销孔，由于传递力矩的销轴变形的大小随受力点的位置不同而变化，所以这类销孔横截面的理想形状应为椭圆形，且椭圆度的大小随异型孔轴向位置的不同而变化，是非标准椭圆的；这类销孔的轴向素线也应是一种符合销轴受力状态的曲线形即通常所说的“喇叭口”形，因此这类销孔如设计为非圆的异型孔如椭圆孔、弧形孔等等，则可大大的提高其承载能力，延长其使用寿命。

而传统的异型孔加工，采用主轴箱倾斜只能一次调整加工一个固定的椭圆，但是这样的加工方式，不仅需要调整镗孔机的主轴箱，其易造成镗杆与被加工孔的干涉，为了避免镗杆与被加工孔的干涉，必须降低镗刀镗杆的直径，这势必影响了镗杆的刚性，其无法得到稳定、且高精度的异形销孔，且其无法实现非标准椭圆孔的加工，更不可能实现其它类型的非圆孔、以及喇叭孔的加工； 

为此，业界开发有专用的异型孔镗床，其结构包括机床床身，床身上安装的主轴驱动电机、主轴转角测量装置、工件夹紧机构、工件定位机构、数控装置、纵向伺服电机驱动系统、自动润滑装置，主轴驱动电机与小孔节流式高速精密液体静压镗头联接，其特征是在机床主轴中安装磁致伸缩进给机构以及磁致伸缩进给机构的磁致伸缩体冷却装置和配送电装置，而其中镗头的前端安装高频响伺服变形体，且纵向伺服电机驱动系统上安装有线性导轨的纵向移动滑台。借此解决了现有镗床无法实现“喇叭口或非标准椭圆或其组合”等异形销孔的加工。

但是，其在实际应用上仍然存在有众多的缺点和不足，首先，其主要利用改变镗床整体机构来实现加工异型孔的技术，如此将大幅增加镗杆的不稳定性，也降低镗杆提高转速的可能性，同时在驱动镗头及进给机构时，更需要较大的负荷，无意间提高能源的消耗。另，该镗床的主轴采用皮带传动，无法避免因皮带颤动而造成机床振动；不但增加了故障源，而且增加了加工面粗糙度的变数。更甚者，因为前述的总合问题，其只能完成单一工序，对销孔喇叭孔、内倒角、外倒角等工序，需要在其他专用床上完成，不仅增加了重复定位误差，从而影响整体加工的精度。

换言之，如何克服上述现有技术的不足，提供一种高精度、且稳定的异型孔加工，且能实现多种型态的异形孔加工技术，是目前业界极重要的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于加工异型孔的精密镗杆，精准控制刀片于高速旋转中微量进给，达到可稳定、且高精度生产异型孔的需求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种用于加工异型孔的精密镗杆，其包含有：一杆体，该杆体一端具有一连接部，又杆体另端周面具有一刀座部，且杆体内部形成有一连通连接部与刀座部的内腔，其中内腔可充填不可压缩的流体介质；一主动膜组，该主动膜组设于杆体内腔对应连接部的一端，且主动膜组是由至少一层隔膜所构成，又主动膜组中央设有一连接该等隔膜的导块，导块外部设有一连结介面；一被动膜组，该被动膜组设于杆体内腔对应刀座部的一端，且被动膜组是由至少一层隔膜所构成，又被动膜组中央设有一连接该等隔膜的导块，导块外部具有一刀座，该刀座供一刀片选择性锁掣；借此，当作动主动膜组时，可同步驱动被动膜组上的刀片微量进给，而组构成一用于加工异型孔的多功能精密镗杆。

进一步，该主、被动膜组的隔膜具有弹性作用，可产生自动回复的预力。

进一步，该主、被动膜组的隔膜可为二片的多层结构，以保持其线性运动的精密度与稳定性。

进一步，该杆体对应刀座部的底端中央设有一预压力调整单元，供设定及调整内腔内液体介质的预压力量。

进一步，该杆体对应刀座部的另侧周缘表面形成有一可校正刀座部重量的平衡部，以保持旋转的动平衡。

进一步，该主动膜组的连结介面可选自直接式连结、间接式连结、直接/间接式连结其中之一。

进一步，该流体介质选自水、油、烷基乙二醇、硅油、其他类似液体的其中之一或其组合。

另一种技术方案在于：精密镗杆的数值镗孔机，其包含有：一机体；一鞍座，该鞍座设于机体上，且鞍座能以一轴或多轴方式线性位移，又鞍座上供夹掣至少一个被加工件；一镗孔主轴，该镗孔主轴设于机体异于鞍座一侧，且镗孔主轴能以一轴或多轴方式线性位移，又该镗孔主轴对应鞍座一端供选择性锁设该精密镗杆，另镗孔主轴内具有一驱动致动件，该驱动致动件利用一连杆与精密镗杆的主动膜组的连结介面形成连接；一数值控制系统，该数值控制系统具有一程式编辑模组，且数值控制系统通过至少一个伺服放大器控制镗孔主轴的位移及旋转，又数值控制系统并通过另一伺服放大器控制驱动致动件的连杆线性位移；借此，当数值控制系统经由程式编辑模组的命令作动驱动致动件带动精密镗杆的主动膜组。

进一步，可通过流体介质控制被动膜组上刀片的进给，而组构成一可用于加工形成异形孔的数值镗孔机。

进一步，数值控制系统选自单一系统。

进一步，该数值控制系统选自主／仆系统。

本发明达到的技术效果如下：本发明在作动主动膜组内压时，可同步驱动被动膜组上的刀片突出，如此可配合数值镗孔机的程式控制，使刀片在加工中产生微量进给，使被加工件的内孔形成非正圆的异型孔，如椭圆孔、弧形孔等，以满足特殊的搪孔需求，且能以简单的机构完成多样型态的异型孔加工，并可减少数值搪孔机的零件损耗，并降低其制造与加工的成本，进一步并可增加产品的附加价值，并提升其经济效益。

附图说明

图1为本发明用于加工异型孔的精密镗杆的外观示意图。

图2为本发明用于加工异型孔的精密镗杆的局部分解示意图。

图3为本发明用于加工异型孔的精密镗杆另一视角的局部分解示意图。

图4为本发明用于加工异型孔的精密镗杆的侧视剖面示意图。

图5为本发明应用该用于加工异型孔的精密镗杆的数值镗孔机的简要架构示意图。

图6为本发明精密镗杆中主动膜组的直接式连结介面的侧视剖面示意图。

图7为本发明精密镗杆中主动膜组之间接式连结介面的侧视剖面示意图。

图8为本发明精密镗杆中主动膜组的直接/间接式连结介面的侧视剖面示意图。

图9为本发明精密镗杆于实际加工时的侧视剖面示意图。

图10为本发明精密镗杆于实际加工时的端视断面示意图。

图11为被加工件应用本发明精密镗杆所完成横向断面呈正圆的异型孔示意图。

图12为被加工件应用本发明精密镗杆所完成横向断面呈椭圆的异型孔示意图。

图13为被加工件应用本发明精密镗杆所完成横向断面呈非标准椭圆的异型孔示意图。

图14为被加工件应用本发明精密镗杆所完成轴向剖面呈内喇叭的异型孔示意图。

图15为被加工件应用本发明精密镗杆所完成轴向剖面呈外喇叭的异型孔示意图。

图16为被加工件应用本发明精密镗杆所完成轴向剖面呈圆弧形的异型孔示意图。

图17为被加工件应用本发明精密镗杆所完成轴向剖面呈阶级段差的异型孔示意图。

图18A为被加工件应用本发明精密镗杆所完成呈复合变异的异型孔横向断面示意图。

图18B为被加工件应用本发明精密镗杆所完成呈复合变异的异型孔轴向剖面示意图。

主要元件符号说明：

10     杆体                         11  连接部

12     刀座部                      15  内腔

16     盘面                         18  沉孔

A    流体介质               20  主动膜组

21     隔膜                         22  导块

25     连接介面                  26  螺柱

28     球座                         29  球体

30     被动膜组                  31  隔膜

32     导块                         35  刀座

36     刀片                         38  平衡部

39     平切面                      40  预压力调整单元

41     螺孔                         42  调整螺栓

5     机体                         60  鞍座

70     镗孔主轴                  80  驱动制动件

85     驱动制动件             90  数值控制系统

91     编辑程序模块          96  伺服放大器

97     伺服放大器             98  伺服放大器

100   被加工件                  105异型孔      。

具体实施方式

本发明为用于加工异型孔的精密镗杆及应用后的数值镗孔机，随附图例示的具体实施例中，所有关于前与后、左与右、顶部与底部、上部与下部、以及水平与垂直的参考，仅用于方便进行描述，并非限制本发明，也非将其构件限制于任何位置或空间方向。图式与说明书中所指定的尺寸，当可在不离开本发明的申请专利范围内，根据本发明的具体实施例的设计与需求而进行变化。

而关于本发明的精密镗杆的详细结构，请参阅图1、图2、图3及图4所揭示，该精密镗杆是由一杆体10所构成，且杆体10两端分别具有一主动膜组20及一被动膜组30，而该精密镗杆可供选择性设于一可高速旋转的数值镗孔机的镗孔主轴70上如图5所示，且精密镗杆的另一端可供选择性锁设有一刀片36。 

其中杆体10一端具有一组接镗孔主轴70的连接部11，又杆体10另端周面具有一供刀片36锁设的刀座部12，且杆体10内部形成有一连通连接部11与刀座部12的内腔15，该内腔15内部可充填不可压缩的流体介质A，其中流体介质A可选自水、油、烷基乙二醇、硅油、其他类似液体的其中之一或其混合，又杆体10连接部11的主要实施例是在杆体10上形成一对应镗孔主轴70的盘面16，且盘面16周缘具有复数沉孔18，供利用螺栓等将精密镗杆的杆体10选择性锁固于镗孔主轴70上。

而主动膜组20设于该杆体10内腔15对应连接部11的一端，且主动膜组20是由一或多层隔膜21所构成，而本发明的主动膜组20以两层隔膜21为主要实施例，以保持其线性运动的稳定性，又该等隔膜21选自不具延展性的材料，如金属片，且该等隔膜21可具有弹性复位作用，而能在被推移后产生自动复位的预力，又主动膜组20中央设有一连接该等隔膜21的导块22，且导块22外部设有一连结介面25，该连结介面25供与一设于镗孔主轴70上的驱动制动件80连接如图5所示，供精准控制主动膜组20的动作，而该主动膜组20的连结介面25可选自直接式连结、间接式连结、直接/间接式连结其中之一，其中直接式连结可选自于主动膜组20、导块22上形成一螺柱26，供与驱动制动件80直接锁掣，使驱动制动件80可直接作动主动膜组20的隔膜21内压或外缩如图6所示。而间接式连结则选择自让驱动制动件80可以直接贴抵于主动膜组20的导块22表面，使驱动制动件80仅能作动主动膜组20的隔膜21内压（如图7所示），而需利用隔膜21的弹性作用回复原位。而直接/间接式连结则选自于主动膜组20导块22上形成一球座28，供利用一球体29与驱动制动件80间接连接，使驱动制动件80能作动主动膜组20的隔膜21内压（如图8所示），并利用隔膜21的弹性作用回复原位，且其可吸收驱动制动件80的偏移量。

又被动膜组30设于该杆体10内腔15对应刀座部15的一端，且被动膜组30是由一或多层隔膜31所构成，而本发明被动膜组30是以两层隔膜31为主要实施例，以保持其线性运动的稳定性，再者该等隔膜31选自不具延展性的材料，如金属片，且该等隔膜31可进一步具有弹性复位作用，使其能在被推移后产生自动复位的预力，又被动膜组30中央设有一连接该等隔膜31的导块32，且导块32外部设有一刀座35，该刀座35可供刀片36选择性锁掣，另杆体10于对应刀座部12的周缘表面形成有一平衡部38，该平衡部38可校正杆体10刀座部12的重量，以保持精密镗杆于高速旋转的动平衡，而本发明平衡部38在杆体10的刀座部12另侧周面形成一平切面39为主要实施例；

再者，杆体10的底端设有一预压力调整单元40，该预压力调整单元40可用于设定及调整杆体10内腔15的流体介质A的预压力量，以消除可能背隙，从而提高主、被动膜组20、30复位可靠度及反应性，而本发明预压力调整单元40的较佳实施例在杆体10底部形成有一连通内腔15的螺孔41，且螺孔41内螺设有一调整螺栓42，以通过转动调整螺栓42来调节内腔15流体介质A的预压力量。

借此，当驱动制动件80作动杆体10的主动膜组20时，可通过内腔15的流体介质A同步精准控制被动膜组30线性位移，以控制刀片36的微量进给，而组构成一用于加工异型孔的精密镗杆结构。

通过前述的架构设计，本发明用于加工异型孔的精密镗杆在实际使用时，应用于一数值镗孔机上，如图5所示，该数值镗孔机具有一机体5，又机体5上设有一供夹掣被加工件100的鞍座60及一供锁设精密镗杆的镗孔主轴70，且该鞍座60与该镗孔主轴70可选择性相对进行X轴、Y轴或Z轴的线性位移，又该镗孔主轴70可带动精密镗杆高速旋转，又镗孔主轴70上设有一供作动精密镗杆主动膜组20的驱动致动件80，该驱动致动件80具有一与主动膜组20的连结介面25连接的连杆85；且数值镗孔机具有一供操控鞍座60与镗孔主轴70的数值控制系统90，该数值控制系统90可选自单一完整系统或主／仆系统，又数值控制系统90具有一供编辑、储存控制程式的编辑程序模块91，且数值控制系统90另具有至少一供控制镗孔主轴70位移的伺服放大器95、一供控制镗孔主轴70高速旋转的伺服放大器97及一供控制驱动制动件80的伺服放大器96，其中伺服放大器96可供操制驱动制动件80连杆85的线性位移，以精准作动精密镗杆的主动膜组20操控被动膜组30的微量进给（如图9、图10所示）。

经由上述精密镗杆及数值镗孔机的设计，本发明于实际加工时，如图5、图9及图10所示，操作上，数值镗孔机可通过数值控制系统90的程式编辑模组91的命令作动驱动鞍座60移动被加工件100或驱动镗孔主轴70位移及高速旋转，且数值控制系统90的程式编辑模组91进一步可通过命令驱动致动件80的连杆85线性位移，而经由连结介面25同步带动精密镗杆的主动膜组20的多层隔膜21，并进一步通过杆体10内腔15内的流体介质A同步推动被动膜组30的多层隔膜31，且带动被动膜组30上刀座35的刀片36在高速旋转中微量进给（如图9和图10所示），使镗削完成被加工件100上各种形状的异型孔105符合孔型（如图11～图18所示）及尺寸公差要求。

且在完成加工后，可利用数值控制系统90的程式编辑模组91的命令驱动致动件80的连杆85线性退回，如连结介面25为直接式连结（如图6），则可同步带动精密镗杆的主动膜组20的多层隔膜21退回，而进一步通过杆体10内腔15内的流体介质A同步拉回被动膜组30的多层隔膜31，而带动被动膜组30上刀座35的刀片36退缩回原位，以避免刀片36在退刀时因磨擦而破坏已加工好的表面。又如连结介面25系为间接式连结（如图7）或直接/间接式连结（如图8），则驱动致动件80的连杆85在退回后，主动膜组20的多层隔膜21可因压力释放而自动复位，且进一步通过杆体10内腔15内的流体介质A同步拉回被动膜组30的多层隔膜31，该等多层隔膜31亦同时具有自动复位能力，而带动被动膜组30上刀座35的刀片36退缩回原位，以避免刀片36在退刀时因磨擦而破坏已加工好的表面。

通过前述的说明，本发明的精密镗杆及应用其的数值镗孔机可进行被加工件100的各种型态的异型孔105加工，以异型孔105的横向断面而言，可如图11为正圆异型孔105、图12为椭圆异型孔105A、图13为非标准椭圆异型孔105B；或以异型孔105的轴向剖面而言，可如图14为内喇叭的异型孔105D、图15为外喇叭的异型孔105E、图16为圆弧形的异型孔105F及图17为阶级段差的异型孔105G；又或横向断面与轴向剖面均呈变异的异型孔105C（如图18的A呈椭圆断面、B呈圆弧形剖面）。

经由上述的动作说明可知，本发明精密镗杆于作动主动膜组20内压时，可同步驱动被动膜组30上的刀片36微量进给，使被加工件100的内孔形成非正圆的异型孔105，如椭圆孔、弧形孔等，以满足特殊的镗孔需求，且能以简单的机构完成多样型态的异型孔105加工，相较于现有者，确实可不会产生机构修改复杂的问题，且不会增加其制造成本，同时在驱动及进给上，也不需要较大的负荷，同时不致因颤动而造成机床振动、故障的问题，故本发明能得到高精准度、且稳定的异型孔加工，同时只需单一工序就能完成各种异型孔的加工，无需在其他专用机上完成，不会因重复定位而产生误差，可有效确实整体加工的精度，从而增加产品的附加价值，并提高其经济效益。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。