一种低成本多方向的模具加工设备的制作方法

1.本发明属于模具加工领域，尤其涉及一种低成本多方向的模具加工设备。


背景技术：

2.模具加工对其加工精度 要求较高。模具加工的表面结构复杂多变，针对模具表面的多角度多孔加工时，采用两种方式：一种是采用四轴及四轴以上高精度机床直接对待加工模具表面进行多角度多孔加工，但是四轴及四轴其上机床的成本较高。另一种是采用在现有三轴机床上加装斜钻对待加工模具表面进行多角度多孔加工，此种方式中三轴机床的成本虽然较低，但是，斜钻在对模具加工过程中会受到与其垂直的较大侧向力，从而对损坏机床的钻轴，降低机床使用寿命。
3.本发明设计一种低成本多方向的模具加工设备以辅助现有三轴机床对模具进行多角度多孔加工且钻头不受或受到较小的与其垂直的侧向力是很有必要的。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的所述缺陷，本发明公开一种低成本多方向的模具加工设备，它是采用以下技术方案来实现的。
5.在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
6.一种低成本多方向的模具加工设备，它包括固定环、环套a、环套b、悬臂、摆臂、摆轴、电机a、电机b、钻头、l杆、顶块a、固定杆、楔形块a、弹簧a、楔形块b、u座、滑杆a、伸缩杆、滑杆b、拨块a、弹簧b、滑杆c、拨块b、齿条，其中嵌套固定于机床钻臂的环套a上旋转配合有被电机b驱动的环套b；环套b末端通过摆轴铰接有被电机a驱动的摆臂；摆臂上的圆槽b内旋转配合有中轴线与摆轴中轴线垂直相交且与钻轴传动连接的钻头；环套b侧壁安装有悬臂，悬臂末端沿竖直方向滑动配合有l杆；悬臂与l杆之间安装有辅助加强筋结构。
7.l杆水平段末端端面的滑槽d内沿与摆轴平行的方向相向或相背滑动有两个顶块a；两个顶块a之间顶块a安装有对两者复位的弹簧a；两个顶块a同固定在地面且与钻轴同中心轴线的固定环内壁配合。两个顶块a上被固定环施加的作用力绕钻轴中轴线产生的扭矩相等，保证本来需要钻轴承受的侧向力能够通过环套b被两个顶块a与固定环的作用力进行完全抵消，避免机床中钻轴的损坏。
8.l杆水平段中沿固定环径向滑动有滑杆a，滑杆a末端的u座内对称安装有两个楔形块b；两个顶块a上对称安装有两个固定杆，两个固定杆上安装有与楔形块b一一对应配合的楔形块a；悬臂侧壁水平滑动有呈上下分布的滑杆b和滑杆c，悬臂侧壁安装有对滑杆b复位的弹簧b；安装在滑杆b上的拨块a与安装在滑杆c上的拨块b配合；滑杆c上安装有与摆轴传
动连接的齿条；滑杆b通过竖直伸缩的伸缩杆与滑杆a连接。
9.当钻头中心轴线与钻轴中心轴线的夹角在60度范围内时，拨块a不与拨块b相互作用，两个顶块a在弹簧b作用下与固定环内壁相抵；当钻头中心轴线与钻轴中心轴线的夹角超过60度时，滑杆c通过拨块b与拨块a的相互作用开始驱动两个顶块a脱离固定环内壁。
10.作为本技术的进一步改进，所述环套b内的圆槽a与机床钻臂的钻轴旋转配合；环套b末端的两个支耳a通过摆轴与摆臂一端的两个支耳b铰接，以保证环套b与摆臂之间的间距足够；固定环通过支脚固定于地面；两个顶块a上均具有与固定环上环槽a内壁配合的弧面；每个顶块a上均安装有两个导向块a，两个导向块a分别滑动于滑槽d内壁的两个导向槽a内。导向块a与导向槽a的配合对顶块a的运动发挥导向作用。弹簧a为压缩弹簧；弹簧a两端分别与两个顶块a侧壁连接；滑杆a滑动于l杆中的滑槽a内，伸缩杆通过连接杆b和连接杆a与滑杆a固连，连接杆a滑动于l杆侧壁上的滑槽b内；u座和两个固定杆活动于滑槽a内壁上的滑槽c内；环套a通过螺栓固定于机床钻臂上，安装于环套a上的圆环a旋转于环套b内壁的环槽b内；安装于钻头的圆环b旋转于圆槽b内壁的环槽c内。
11.作为本技术的进一步改进，所述摆轴上安装有齿轮f，齿轮f与安装在钻轴上的齿轮e啮合；齿轮f与安装在钻头上的齿轮g啮合。
12.作为本技术的进一步改进，所述电机a安装在环套b外侧；环套b外侧的两个转座a上旋转配合有蜗杆a，蜗杆a与安装在摆轴上的涡轮a啮合；安装在电机a输出轴上的齿轮b与安装在蜗杆a上的齿轮a啮合。
13.作为本技术的进一步改进，所述电机b安装于环套a外侧；安装于环套a外侧的两个转座b上旋转配合有蜗杆b，蜗杆b与嵌套固定于环套b的涡轮b啮合；安装于蜗杆b的齿轮c与安装在电机b输出轴上的齿轮d啮合。
14.作为本技术的进一步改进，所述l杆的竖直段上安装有梯形导条a，梯形导条a滑动于悬臂末端端面的梯形导槽a内。梯形导条a与梯形导槽a的配合对l杆在悬臂端面上的运动发挥导向作用。安装于滑杆b的梯形导条b滑动于悬臂侧壁上的梯形导槽b内。梯形导条b与梯形导槽b的配合对滑杆b在悬臂侧壁的滑动发挥导向作用。安装于滑杆c的梯形导条c滑动于悬臂侧壁上的梯形导槽c内。梯形导条c与梯形导槽c的配合对滑杆c在悬臂侧壁的滑动发挥导向作用。弹簧b为压缩弹簧；弹簧b一端与悬臂侧壁的固定块连接，另一端与滑杆b端面连接；伸缩杆由相互套接的外套和内杆组成，对称安装于内杆上的两个导向块b分别滑动有外套内壁的两个导向槽b内。导向槽b与导向块b的配合对内杆在外套中的滑动发挥导向作用，同时保证内杆不会脱离外套。滑杆c通过连接杆c与齿条固连；摆轴上安装有齿轮i，齿轮i与安装在环套b外侧的齿轮h啮合，齿轮h与齿条啮合。齿轮i与齿轮h的中心连线与钻轴平行，保证齿轮i在摆臂绕摆轴摆动过程中始终与齿轮h啮合。
15.作为本技术的进一步改进，所述悬臂的下侧铰接有连杆和螺杆b，连杆末端铰接有与l杆配合的顶块b；螺杆b上旋合有内螺纹套，内螺纹套中旋合有螺杆a；螺杆a与顶块b上铰接的环套c旋转配合；螺杆a上固装有扭轮，扭轮外侧具有便于旋钮的防滑纹。
16.相对于传统的模具加工设备，本发明通过与现有三轴机床配合下对模具表面结构进行多角度多孔的加工，相比于利用四轴机床对模具进行多角度多孔加工，本发明只是利用现有成本更低的三轴机床对模具进行多角度多孔的加工，在降低设备成本的同时，能够保证钻头在加工过程中不受到或只受到较小的与其垂直的侧向力，避免钻头或机床的钻轴
因其发生损坏而影响机床的使用寿命。本发明结构简单，具有较好的使用效果。
17.附图说明
18.图1是本发明整体与机床钻臂和钻轴配合示意图。
19.图2是本发明整体与机床钻臂和钻轴配合剖面示意图。
20.图3是悬臂、l杆、顶块b、连杆、环套c、螺杆a、内螺纹套、螺杆b、顶块a与固定环配合剖面示意图。
21.图4是固定环、顶块a、l杆、固定杆、楔形块a、楔形块b、u座与滑杆a配合剖面示意图。
22.图5是机床钻臂、环套a、环套b、摆臂、悬臂与l杆配合两个视角的示意图。
23.图6是机床钻臂、环套a、环套b、摆臂、悬臂与l杆配合剖面示意图。
24.图7是滑杆c、拨块b、拨块a、滑杆b、伸缩杆、连接杆b与连接杆a配合剖面示意图。
25.图8是悬臂与滑杆b和滑杆c配合剖面示意图。
26.图9是l杆与顶块a配合剖面示意图。
27.图10是环套b与悬臂配合及其剖面示意图。
28.图11是摆臂剖面示意图。
29.图12是l杆及其剖面示意图。
30.图13是滑杆a、u座与楔形块b配合示意图。
31.图14是顶块a、固定杆与楔形块a配合示意图。
32.图中标号名称：1、机床钻臂；2、钻轴；3、支脚；4、固定环；5、环槽a；7、环套a；8、螺栓；9、圆环a；10、环套b；11、环槽b；12、圆槽a；13、支耳a；14、悬臂；15、梯形导槽c；16、梯形导槽b；17、梯形导槽a；18、摆臂；19、圆槽b；20、环槽c；21、支耳b；22、摆轴；23、涡轮a；24、蜗杆a；25、转座a；26、齿轮a；27、齿轮b；28、电机a；30、转座b；31、蜗杆b；32、齿轮c；33、齿轮d；34、电机b；35、涡轮b；36、齿轮e；37、齿轮f；38、齿轮g；39、钻头；40、l杆；41、滑槽a；42、滑槽b；43、滑槽c；44、滑槽d；45、导向槽a；46、梯形导条a；47、顶块a；48、弧面；50、导向块a；51、固定杆；52、楔形块a；53、弹簧a；54、楔形块b；55、u座；56、滑杆a；57、连接杆a；58、连接杆b；59、伸缩杆；60、外套；61、导向槽b；62、内杆；63、导向块b；64、滑杆b；65、梯形导条b；66、拨块a；67、弹簧b；68、固定块；69、滑杆c；70、梯形导条c；71、拨块b；72、连接杆c；73、齿条；74、齿轮h；75、齿轮i；76、连杆；77、顶块b；78、环套c；79、螺杆a；80、扭轮；81、内螺纹套；82、螺杆b；83、圆环b。
33.具体实施方式
34.附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。
35.如图1、4、5所示，它包括固定环4、环套a7、环套b10、悬臂14、摆臂18、摆轴22、电机a28、电机b34、钻头39、l杆40、顶块a47、固定杆51、楔形块a52、弹簧a53、楔形块b54、u座55、滑杆a56、伸缩杆59、滑杆b64、拨块a66、弹簧b67、滑杆c69、拨块b71、齿条73，其中如图2、5、6
所示，嵌套固定于机床钻臂1的环套a7上旋转配合有被电机b34驱动的环套b10；环套b10末端通过摆轴22铰接有被电机a28驱动的摆臂18；摆臂18上的圆槽b19内旋转配合有中轴线与摆轴22中轴线垂直相交且与钻轴2传动连接的钻头39；环套b10侧壁安装有悬臂14，悬臂14末端沿竖直方向滑动配合有l杆40；如图2、3、5所示，悬臂14与l杆40之间安装有辅助加强筋结构。
36.如图4、9、12所示，l杆40水平段末端端面的滑槽d44内沿与摆轴22平行的方向相向或相背滑动有两个顶块a47；两个顶块a47之间顶块a47安装有对两者复位的弹簧a53；如图1、4所示，两个顶块a47同固定在地面且与钻轴2同中心轴线的固定环4内壁配合。两个顶块a47上被固定环4施加的作用力绕钻轴2中轴线产生的扭矩相等，保证本来需要钻轴2承受的侧向力能够通过环套b10被两个顶块a47与固定环4的作用力进行完全抵消，避免机床中钻轴2的损坏。
37.如图3、4、13所示，l杆40水平段中沿固定环4径向滑动有滑杆a56，滑杆a56末端的u座55内对称安装有两个楔形块b54；如图4、14所示，两个顶块a47上对称安装有两个固定杆51，两个固定杆51上安装有与楔形块b54一一对应配合的楔形块a52；如图5、7、8所示，悬臂14侧壁水平滑动有呈上下分布的滑杆b64和滑杆c69，悬臂14侧壁安装有对滑杆b64复位的弹簧b67；安装在滑杆b64上的拨块a66与安装在滑杆c69上的拨块b71配合；滑杆c69上安装有与摆轴22传动连接的齿条73；如图4、7所示，滑杆b64通过竖直伸缩的伸缩杆59与滑杆a56连接。
38.如图1、2、5所示，当钻头39中心轴线与钻轴2中心轴线的夹角在60度范围内时，拨块a66不与拨块b71相互作用，两个顶块a47在弹簧b67作用下与固定环4内壁相抵；当钻头39中心轴线与钻轴2中心轴线的夹角超过60度时，滑杆c69通过拨块b71与拨块a66的相互作用开始驱动两个顶块a47脱离固定环4内壁。
39.如图2、10所示，所述环套b10内的圆槽a12与机床钻臂1的钻轴2旋转配合；如图6、10、11所示，环套b10末端的两个支耳a13通过摆轴22与摆臂18一端的两个支耳b21铰接，以保证环套b10与摆臂18之间的间距足够；如图1所示，固定环4通过支脚3固定于地面；如图4、14所示，两个顶块a47上均具有与固定环4上环槽a5内壁配合的弧面48；如图9、12、14所示，每个顶块a47上均安装有两个导向块a50，两个导向块a50分别滑动于滑槽d44内壁的两个导向槽a45内。导向块a50与导向槽a45的配合对顶块a47的运动发挥导向作用。弹簧a53为压缩弹簧；弹簧a53两端分别与两个顶块a47侧壁连接；如图4、12所示，滑杆a56滑动于l杆40中的滑槽a41内；如图4、7、12所示，伸缩杆59通过连接杆b58和连接杆a57与滑杆a56固连，连接杆a57滑动于l杆40侧壁上的滑槽b42内；u座55和两个固定杆51活动于滑槽a41内壁上的滑槽c43内；如图2、6、10所示，环套a7通过螺栓8固定于机床钻臂1上，安装于环套a7上的圆环a9旋转于环套b10内壁的环槽b11内；如图2、11所示，安装于钻头39的圆环b83旋转于圆槽b19内壁的环槽c20内。
40.如图2、6所示，所述摆轴22上安装有齿轮f37，齿轮f37与安装在钻轴2上的齿轮e36啮合；齿轮f37与安装在钻头39上的齿轮g38啮合。
41.如图5、6所示，所述电机a28安装在环套b10外侧；环套b10外侧的两个转座a25上旋转配合有蜗杆a24，蜗杆a24与安装在摆轴22上的涡轮a23啮合；安装在电机a28输出轴上的齿轮b27与安装在蜗杆a24上的齿轮a26啮合。
42.如图2、5所示，所述电机b34安装于环套a7外侧；安装于环套a7外侧的两个转座b30上旋转配合有蜗杆b31，蜗杆b31与嵌套固定于环套b10的涡轮b35啮合；安装于蜗杆b31的齿轮c32与安装在电机b34输出轴上的齿轮d33啮合。
43.如图6、8、10所示，所述l杆40的竖直段上安装有梯形导条a46，梯形导条a46滑动于悬臂14末端端面的梯形导槽a17内。梯形导条a46与梯形导槽a17的配合对l杆40在悬臂14端面上的运动发挥导向作用。安装于滑杆b64的梯形导条b65滑动于悬臂14侧壁上的梯形导槽b16内。梯形导条b65与梯形导槽b16的配合对滑杆b64在悬臂14侧壁的滑动发挥导向作用。安装于滑杆c69的梯形导条c70滑动于悬臂14侧壁上的梯形导槽c15内。梯形导条c70与梯形导槽c15的配合对滑杆c69在悬臂14侧壁的滑动发挥导向作用。如图7所示，弹簧b67为压缩弹簧；弹簧b67一端与悬臂14侧壁的固定块68连接，另一端与滑杆b64端面连接；伸缩杆59由相互套接的外套60和内杆62组成，对称安装于内杆62上的两个导向块b63分别滑动有外套60内壁的两个导向槽b61内。导向槽b61与导向块b63的配合对内杆62在外套60中的滑动发挥导向作用，同时保证内杆62不会脱离外套60。如图5、7所示，滑杆c69通过连接杆c72与齿条73固连；摆轴22上安装有齿轮i75，齿轮i75与安装在环套b10外侧的齿轮h74啮合，齿轮h74与齿条73啮合。齿轮i75与齿轮h74的中心连线与钻轴2平行，保证齿轮i75在摆臂18绕摆轴22摆动过程中始终与齿轮h74啮合。
44.如图3、7所示，所述悬臂14的下侧铰接有连杆76和螺杆b82，连杆76末端铰接有与l杆40配合的顶块b77；螺杆b82上旋合有内螺纹套81，内螺纹套81中旋合有螺杆a79；螺杆a79与顶块b77上铰接的环套c78旋转配合；螺杆a79上固装有扭轮80，扭轮80外侧具有便于旋钮的防滑纹。
45.本发明中的电机a28和电机b34均采用现有技术。
46.本发明的工作流程：在初始状态，两个顶块a47的弧面48分别与固定环4上环槽a5的内壁相抵，弹簧a53处于压缩状态，且每个顶块a47上的导向块a50均未到达相应导向槽a45的极限位置。u座55内的两个楔形块b54分别与两个楔形块a52相接触。弹簧b67处于压缩状态。拨块a66与拨块b71具有一定间距，钻头39的中心轴线与钻轴2中心轴线的夹角小于60度，钻头39处于可工作状态。
47.当需要对待加工模具表面进行多角度多孔加工时，先启动电机a28，电机a28通过齿轮b27、齿轮a26、蜗杆a24、涡轮a23和摆轴22带动摆臂18绕摆轴22向上摆动，使得钻头39中心轴线与钻轴2中心轴线的夹角大于60度。与此同时，摆轴22通过齿轮i75、齿轮h74和齿条73带动滑杆c69上的拨块b71向滑条b上的拨块a66靠近并拉动滑杆b64运动，弹簧b67被进一步压缩。滑杆b64通过伸缩杆59、连接杆b58、连接杆a57、滑杆a56、u座55、楔形块b54、楔形块a52和固定杆51带动两个顶块a47沿与摆轴22平行的方向相向运动，两个顶块a47上的弧面48快速脱离固定环4上环槽a5的内壁。
48.当钻头39中心轴线与钻轴2中心轴线夹角大于60度时，两个顶块a47的弧面48脱离固定环4上环槽a5的内壁，从而保证在环套b10带动摆臂18绕钻轴2中心轴线摆动时不会因顶块a47与固定环4之间处于相互抵压状态而形成阻碍。
49.当钻头39中心轴线与钻轴2中心轴线夹角大于60度时，停止电机a28的运行，蜗杆a24与涡轮a23的自锁功能保证摆臂18保持其位置不变。
50.然后，启动电机b34，电机b34通过齿轮d33、齿轮c32、蜗杆b31、涡轮b35带动环套
b10相对于环套a7旋转，环套a7通过摆轴22带动摆臂18及钻头39同步旋转。与此同时，控制机床上的机床钻臂1和固定模具的工作平台进行协调运动，保证钻头39能够到达模具上待加工位置上方。
51.接着，启动电机a28反向运行，电机a28通过一系列传动带动钻头39绕摆轴22向初始状态回摆复位，同时，机床上的机床钻臂1和固定模具的工作平台进行协调运动，保证钻头39末端能够精准到达模具上待加工位置。
52.当钻头39精准到达模具上的待加工位置，停止电机a28运行，此时，钻头39与钻轴2的夹角小于60度，便于对模具进行有效加工。在钻头39绕摆轴22回摆复位过程中，摆轴22通过一系列传动带动滑杆c69相对悬臂14回滑复位，滑杆b64在弹簧b67复位作用下通过一系列传动带动滑杆a56在l杆40内回滑复位，两个顶块a47在弹簧a53复位作用下重新与固定环4的环槽a5内壁相抵，以保证在倾斜钻头39对模具进行加工时对钻轴2上受到的侧向力进行有效抵消。
53.待钻头39末端精准到达模具上需要加工的位置后，蜗杆a24与涡轮a23配合的自锁功能和蜗杆b31与涡轮b35配合的自锁功能保证钻头39始终保持位置不变不发生随意摆动。然后，保持内螺纹套81不动旋动扭轮80，扭轮80通过环套c78带动顶块b77对l杆40紧紧抵压，以加强l杆40在钻头39钻孔时的承受强度，更加有效地抵消钻轴2受到的侧向力。
54.接着，启动机床中的钻轴2旋转，钻轴2通过齿轮e36、齿轮f37、轴套a和齿轮g38带动钻头39快速旋转。控制机床钻臂1和固定模具的工作台进行协调运动，钻头39开始对模具上的待加工面进行钻孔加工。待钻孔达到所需深度时，反向控制机床钻臂1和固定模具的工作台进行协调运动，使得旋转的钻头39退出钻孔。然后，停止钻轴2旋转即可完成对模具待加工处的钻孔加工。
55.当经过较长时间使用后，螺杆a79和螺杆b82上的螺纹很可能因反复受力而产生变形，为了保护螺杆a79和螺杆b82上的螺纹，此时，手握扭轮80保持螺杆a79不动，旋动内螺纹套81，使得内螺纹套81沿轴向运动一定距离并与螺杆a79和螺杆b82上新的螺纹位置进行旋合，从而达到保护螺杆a79和螺杆b82上螺纹的目的。
56.在钻头39对模具钻孔过程中，因钻头39要深入钻孔，所以l杆40会相对于悬臂14向上运动，伸缩杆59会发生收缩。待钻孔结束后，伸缩杆59又自动恢复原状。
57.综上所述，本发明的有益效果为：本发明通过与现有三轴机床配合下对模具表面结构进行多角度多孔的加工，相比于利用四轴机床对模具进行多角度多孔加工，本发明只是利用现有成本更低的三轴机床对模具进行多角度多孔的加工，在降低设备成本的同时，能够保证钻头39在加工过程中不受到或只受到较小的与其垂直的侧向力，避免钻头39或机床的钻轴2因其发生损坏而影响机床的使用寿命。