平旋盘式微调镗排的设计

□胡运林 □王春研

昆明学院自动控制与机械工程学院 昆明 650214

1 设计背景

微调镗排作为安装镗刀的装置，可以通过微调机构实现对镗刀刀尖到镗杆轴心线距离的精确调整，其调整精度直接决定加工孔径的尺寸精度。在目前应用的微调镗排中，所采用的技术不尽相同，如采用压电晶体进行补偿，可以实现对镗刀的径向尺寸进行微量调整，但调整量小，适合在自动加工中对刀具磨损进行自动补偿。较为普遍的调整方式是采用机械机构调整，如采用螺纹细分技术、斜面细分技术、差动螺旋细分技术等，一般均能达到微调刀径的目的，但普遍存在精调尺寸范围过小或不便于粗调尺寸等问题。

针对以上问题，笔者设计了一种平旋盘式微调镗排。这一装置精调尺寸范围大，且便于快速粗调尺寸，使用方便。

2 设计思路

平旋盘式微调镗排的机构传动系统如图1所示，主要设置有刀柄、刻度盘、行星架、第一中心轮、第二中心轮、宽齿行星轮、锥齿盘、小锥齿轮、滑块等构件，其中刻度盘、第一中心轮、第二中心轮和锥齿盘共轴，行星架可沿刻度盘上设置的滑道径向移动，实现宽齿行星轮与第一中心轮、第二中心轮的啮合和分离动作，构成齿轮开合机构。

行星架、第一中心轮、第二中心轮、宽齿行星轮构成少齿差机构。采用少齿差机构作为微调机构，可以获得较大的传动比，进而使微分效果显著，从而提高微调镗刀刀径的尺寸精度。

设第一中心轮的齿数Z1=99，第二中心轮的齿数Z2=100，由于第一中心轮与刀柄固定连接，当行星架下移，使宽齿行星轮与第一中心轮、第二中心轮啮合后，拧动刻度盘便能带动行星架旋转，从而带动宽齿行星轮旋转。

式中：n1为第一中心轮的转速；n2为第二中心轮的转速；nH为行星架的转速；Z1为第一中心轮的齿数；Z2为第二中心轮的齿数。

因第一中心轮与刀柄固定连接，则n1=0，由式（1）得：

如对刻度盘进行100等分圆周，则相对于刀柄转动一个刻度，刻度盘转动的转数为0.01 r。行星架设置在刻度盘上，可得星架转动的转数θH=0.01 r，则第二中心轮转动的转数θ2为：

第二中心轮与锥齿盘固定连接，滑块又与锥齿盘形成平面螺旋副，如锥齿盘的平面螺纹螺距为10 mm，则刻度盘相对于刀柄转动一个刻度时，滑块的移动距离S为：

可见，刻度盘每转一个刻度，镗刀的镗孔尺寸可调整0.001 mm。

锥齿盘和小锥齿轮啮合在一起构成锥齿轮副。当上移行星架，使宽齿行星轮与第一中心轮、第二中心轮脱开后，转动小锥齿轮，便能带动锥齿盘旋转，以实现快速粗调镗刀加工尺寸。

3 结构分析

平旋盘式微调镗排主要由挡圈、小锥齿轮、圆挡板、长方挡板、螺杆、刀柄、刻度盘、圆盘、滑块、镗刀、刀杆、紧固螺钉、轴用弹簧挡圈、轴承、行星轮、轴承体、第一平键、第二平键、扇形挡板、第一中心轮、第二中心轮、锥齿盘、内六方螺钉和紧定螺钉等组成，装置立体图如图2所示，装置立体分解图如图3所示，装置剖视图如图4所示。

行星轮通过两个轴承支承在轴承体上，并通过轴用弹簧挡圈实现轴向固定。轴承体设置在刻度盘的滑道内，螺杆安置在轴承体的螺纹孔中，并通过挡圈实现与刻度盘的轴向固定。第一中心轮通过第二平键固定连接在刀柄上，第二中心轮与锥齿盘固定连接在一起，且第二中心轮空套在刀柄上。圆盘通过第一平键与刀柄实现周向固定，并通过扇形挡板实现轴向固定。滑块安置于圆盘的滑道内，并与锥齿盘上设置的端面螺纹形成平面螺旋副。小锥齿轮通过圆挡板安置在圆盘上，通过安置挡圈与圆挡板实现轴向固定，并与锥齿盘形成锥齿轮副。刀杆安置在滑块上设置的锥孔内，镗刀安置在刀杆的方孔中，通过紧固螺钉实现镗刀与刀杆的固定连接。滑块通过紧定螺钉实现与圆盘的固定连接。

▲图2 平旋盘式微调镗排立体图

▲图3 平旋盘式微调镗排立体分解图

▲图4 平旋盘式微调镗排剖视图

4 应用特点

齿轮开合机构主要由轴承体和螺杆组成，当需要精确调整镗刀刀径时，拧松紧定螺钉，顺时针拧动螺杆，在螺杆和轴承体螺纹孔组成的螺旋副作用下，轴承体在刻度盘的矩形导轨内沿刻度盘的径向向中心滑动，从而带动轴承体上的行星轮，同时与第一中心轮和第二中心轮啮合在一起，通过拧动刻度盘实现刀径尺寸的精确调整。

当需要快速粗调镗刀刀径时，可逆时针拧动螺杆，在螺杆和轴承体螺纹孔组成的螺旋副作用下，轴承体在刻度盘的矩形导轨内沿刻度盘的径向向外滑动，从而使行星轮与第一中心轮、第二中心轮脱开，为粗调镗刀做好准备。拧动小锥齿轮，由于小锥齿轮和锥齿盘啮合在一起，因此便可带动锥齿盘旋转。锥齿盘上设置的平面螺纹与滑块上设置的平面螺纹形成平面螺旋副，这样便可带动滑块沿圆盘的径向移动，从而达到快速调整镗刀刀径的目的。

当镗刀调整到位后，可拧紧紧定螺钉，将滑块压紧在圆盘上，以实现滑块与圆盘的固定连接。

5 结束语

平旋盘式微调镗排采用少齿差行星齿轮机构作为微调机构，微调精度高。采用一对锥齿轮副作为粗调机构，调整过程简单且便捷。采用齿轮开合机构，实现了微调刀径尺寸和粗调刀径尺寸的动作切换。采用平旋盘式结构，刀杆径向调整范围大。

通过以上设计，使平旋盘式微调镗排使用方便，调整快捷。