一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机

1.本发明属于特种加工设备技术领域，尤其涉及一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机。


背景技术：

2.在现代社会中，随着社会生产和物质文化生活的快速发展，出现了越来越复杂的机械构型。这些构型由于其特殊性质，需要相应的特种机床进行特殊加工操作。其中一种常见的复杂构型是穹顶状结构，典型的例子就是坦克炮塔。对于这类结构而言，其内部安装了复杂多样的设备，需要进行特殊的钻孔和螺纹加工。在这种加工环境中，盲孔的加工具有高加工精度要求、被加工产品本身重量大以及加工环境复杂等特点。
3.长期以来，针对这些技术难题，通常依赖熟练的工人进行手工加工，这种方式自动化程度低，对生产线工人个人的生产水平要求很高。另外一些加工环境中，开发团队通过对装载穹顶状结构的支架侧面进行改造，生产了一种精密钻机，但其只能基于笛卡尔坐标系进行移动，存在轴向打孔不便利、精度低和操作复杂等缺点。为此我们提出一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，包括：钻机体，安装于回转悬臂之上，所述钻机体由回转悬臂控制轴向的前后移动；回转悬臂，所述回转悬臂的一端安装于回转驱动台上，实现绕回转驱动台的圆周运动；回转驱动台，安装于地面上，所述回转驱动台用于为回转悬臂提供回转的动力；轨道，安装于地面上，所述回转悬臂的另一端安装于轨道上；支架，安装于地面上。
6.进一步的，所述钻机体包括：动力头，安装于内钻机本体上，所述动力头通过莫氏锥度连接钻头与螺纹钻；内钻机本体，滑动安装于外钻机体内，所述内钻机本体用于为动力头提供动力，并用于在外钻机体中上下移动时进行自锁；外钻机体，滑动安装于回转悬臂上，所述外钻机体用于为内钻机本体的上下移动提供动力；控制台，安装于外钻机体上。
7.进一步的，所述内钻机本体包括：电机一，安装于内钻机外壳上，所述电机一用于为动力头提供动力；
内钻机外壳，所述内钻机外壳上设置有燕尾槽轨道一，所述内钻机本体沿燕尾槽轨道一在外钻机体中上下移动，所述内钻机外壳上安装有螺杆座一与螺杆座二；自锁装置，安装于内钻机外壳下侧，所述自锁装置用于锁定内钻机本体的位置；伞形齿轮一，安装于外钻机体内，所述伞形齿轮一上固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有螺杆座一和螺杆座二。
8.进一步的，所述自锁装置包括：步进电机，安装于内钻机外壳的下表面；凸轮，安装于步进电机上，所述凸轮由步进电机带动运转；自锁块，滑动设置于内钻机外壳内，所述凸轮与自锁块接触。
9.进一步的，所述外钻机体包括：外钻机壳体，所述外钻机壳体上设置有螺纹孔；电机二，安装于外钻机壳体上，所述电机二通过电机杆连接伞形齿轮二；电机杆，所述电机杆的另一端通过轴承与轴承座一安装于外钻机壳体上；伞形齿轮二，所述伞形齿轮二与伞形齿轮一啮合连接。
10.进一步的，所述回转悬臂包括：悬臂体，所述悬臂体的一端安装于回转驱动台上，所述悬臂体的另一端通过支撑梁与轨道轮连接，所述轨道轮安装于轨道上；所述悬臂体上设置有燕尾槽轨道二，所述钻机体沿燕尾槽轨道二做轴向的前后移动；轴承座二，固定于悬臂体上；滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的一端穿过螺纹孔并与电机三连接，所述滚珠丝杠的另一端与轴承座二连接；电机三，安装于悬臂体上，用于驱动滚珠丝杠。
11.进一步的，所述回转驱动台包括：滚珠轴承、上连接法兰、齿轮轴和下连接轴承法兰；以及蜗杆，安装于驱动台外壳上，所述蜗杆与伺服电机连接；齿轮，安装于驱动台外壳上，所述齿轮与蜗杆啮合连接，所述齿轮通过齿轮轴连接滚珠轴承、上连接法兰与下连接轴承法兰，所述悬臂体的一端安装于齿轮轴上；电控箱，安装于驱动台外壳上；伺服电机，安装于驱动台外壳上，所述驱动台外壳安装在地台上，所述地台通过地脚螺栓安装于地面上。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，基于极坐标方式的运动对穹顶状结构内部进行精密钻孔；针对坦克炮塔等结构内部轴向盲孔的加工提出了全新的加工思路，具有高加工精度、操作简单和高度自动化等特点；考虑了穹顶状结构的特殊需求，实现了对盲孔的高精度加工。
附图说明
13.图1为本发明的轴测图。
14.图2为本发明的钻机体轴测图。
15.图3为本发明的钻机体正视图。
16.图4为本发明的钻机体剖视图。
17.图5为本发明的自锁装置结构示意图。
18.图6为本发明的正视图。
19.图7为本发明的回转驱动台轴测图。
20.图8为本发明的回转驱动台正视图。
21.图9为本发明的工作流程示意图。
22.图10为本发明的加工示意图。
23.图中：钻机体100、动力头110、内钻机本体120、电机一121、内钻机外壳122、自锁装置123、步进电机1231、凸轮1232、自锁块1233、燕尾槽轨道一124、螺纹杆125、螺杆座一126、螺杆座二127、伞形齿轮一128、外钻机体130、轴承座一131、外钻机壳体132、电机二133、轴承134、电机杆135、伞形齿轮二136、螺纹孔137、控制台140、回转悬臂200、悬臂体201、轴承座二202、滚珠丝杠203、燕尾槽轨道二204、电机三205、回转驱动台300、蜗杆301、齿轮302、电控箱303、伺服电机304、滚珠轴承305、上连接法兰306、驱动台外壳307、齿轮轴308、下连接轴承法兰309、地台3010、轨道400、支架500。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
26.如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，包括：钻机体100，安装于回转悬臂200之上，所述钻机体100由回转悬臂200控制轴向的前后移动；回转悬臂200，所述回转悬臂200的一端安装于回转驱动台300上，实现绕回转驱动台300的圆周运动；回转驱动台300，安装于地面上，所述回转驱动台300用于为回转悬臂200提供回转的动力；轨道400，安装于地面上，所述回转悬臂200的另一端安装于轨道400上；支架500，安装于地面上。
27.在本发明实施例中，优选的，待加工的穹状结构被安置于支架500上，回转驱动台300、轨道400以及支架500均通过地脚螺栓安装于地面上。回转悬臂200的一端安装于回转驱动台300上，回转悬臂200的另一端安装于轨道400上，提高运动的稳定性并增加设备整体的钻孔精度，同时可以调整钻机体100的轴向前后移动。回转驱动台300能够同时实现快速转动与准确的周向摆动角度定位的功能。
28.如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述钻机体100包括：动力头110，安装于内钻机本体120上，所述动力头110通过莫氏锥度连接钻头与螺纹钻；
内钻机本体120，滑动安装于外钻机体130内，所述内钻机本体120用于为动力头110提供动力，并用于在外钻机体130中上下移动时进行自锁；外钻机体130，滑动安装于回转悬臂200上，所述外钻机体130用于为内钻机本体120的上下移动提供动力；控制台140，安装于外钻机体130上。
29.在本发明实施例中，优选的，动力头110通过莫氏锥度连接钻头与螺纹钻，实现对待加工穹顶状结构的钻削加工；动力头110可调整高度。内钻机本体120在外钻机体130中上下移动时，即带动动力头110上下移动，从而调整动力头110的高度；内钻机本体120具备在外钻机体130中上下移动时进行自锁的功能。外钻机体130能够在回转悬臂200上沿轴向前后移动。控制台140通过螺栓安装于外钻机体130上，用于控制整体设备的各电机运动，具备良好的人机关系，最终实现精确打孔。
30.如图3-5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述内钻机本体120包括：电机一121，安装于内钻机外壳122上，所述电机一121用于为动力头110提供动力；内钻机外壳122，所述内钻机外壳122上设置有燕尾槽轨道一124，所述内钻机本体120沿燕尾槽轨道一124在外钻机体130中上下移动，所述内钻机外壳122上安装有螺杆座一126与螺杆座二127；自锁装置123，安装于内钻机外壳122下侧，所述自锁装置123用于锁定内钻机本体120的位置；伞形齿轮一128，安装于外钻机体130内，所述伞形齿轮一128上固定连接有螺纹杆125，所述螺纹杆125上螺纹连接有螺杆座一126和螺杆座二127。
31.在本发明实施例中，优选的，自锁装置123可在内钻机本体120达到预定位置时锁止自身，达到固定钻机体100以及提高加工精度的目的。伞形齿轮一128与外钻机体130对应结构连接。当伞形齿轮一128旋转时，可带动螺杆座一126与螺杆座二127沿着螺纹杆125与燕尾槽轨道一124进行上下移动，从而带动内钻机本体120沿燕尾槽轨道一124在外钻机体130中上下移动，可调节动力头110的高度。
32.如图3-5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自锁装置123包括：步进电机1231，安装于内钻机外壳122的下表面；凸轮1232，安装于步进电机1231上，所述凸轮1232由步进电机1231带动运转；自锁块1233，滑动设置于内钻机外壳122内，所述凸轮1232与自锁块1233接触。
33.在本发明实施例中，优选的，外钻机体130上设有与燕尾槽轨道一124对应的轨道。具体的，通过步进电机1231带动凸轮1232运转，凸轮1232推动自锁块1233在内钻机外壳122上设置的轨道内运动，使得自锁块1233与外钻机体130对应的轨道接触并形成静摩擦，完成自锁。
34.如图3-5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述外钻机体130包括：外钻机壳体132，所述外钻机壳体132上设置有螺纹孔137；电机二133，安装于外钻机壳体132上，所述电机二133通过电机杆135连接伞形齿轮二136；电机杆135，所述电机杆135的另一端通过轴承134与轴承座一131安装于外钻机壳体132上；
伞形齿轮二136，所述伞形齿轮二136与伞形齿轮一128啮合连接。
35.在本发明实施例中，优选的，通过电机二133带动电机杆135转动，电机杆135带动伞形齿轮二136转动，伞形齿轮二136带动伞形齿轮一128旋转，从而驱动内钻机本体120上下移动。
36.如图6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述回转悬臂200包括：悬臂体201，所述悬臂体201的一端安装于回转驱动台300上，所述悬臂体201的另一端通过支撑梁206与轨道轮207连接，所述轨道轮207安装于轨道400上；所述悬臂体201上设置有燕尾槽轨道二204，所述钻机体100沿燕尾槽轨道二204做轴向的前后移动；轴承座二202，固定于悬臂体201上；滚珠丝杠203，所述滚珠丝杠203的一端穿过螺纹孔137并与电机三205连接，所述滚珠丝杠203的另一端与轴承座二202连接；电机三205，安装于悬臂体201上，用于驱动滚珠丝杠203。
37.在本发明实施例中，优选的，通过设置支撑梁206与轨道轮207，可以在回转悬臂200绕回转驱动台300做圆周运动时，提高运动的稳定性并增加设备整体的钻孔精度。通过电机三205驱动滚珠丝杠203旋转，配合螺纹孔137，使得钻机体100沿燕尾槽轨道二204做轴向的前后移动。
38.如图7和图8所示，作为本发明的一种优选实施例，所述回转驱动台300包括：滚珠轴承305、上连接法兰306、齿轮轴308和下连接轴承法兰309；以及蜗杆301，安装于驱动台外壳307上，所述蜗杆301与伺服电机304连接；齿轮302，安装于驱动台外壳307上，所述齿轮302与蜗杆301啮合连接，所述齿轮302通过齿轮轴308连接滚珠轴承305、上连接法兰306与下连接轴承法兰309，所述悬臂体201的一端安装于齿轮轴308上；电控箱303，安装于驱动台外壳307上；伺服电机304，安装于驱动台外壳307上，所述驱动台外壳307安装在地台3010上，所述地台3010通过地脚螺栓安装于地面上。
39.在本发明实施例中，优选的，电控箱303的内部安装有本发明全部涉及电机的驱动器以及plc控制器。蜗杆301和齿轮302构成减速机构，通过伺服电机304带动蜗杆301转动，蜗杆301带动齿轮302转动，将减速后的回转运动传递给回转悬臂200。通过可编程的伺服电机304，可以精确地控制回转悬臂200的转速与停止位置和角度。
40.本发明的精密钻孔工作流程如图9所示，本发明采用的坐标定位法如图10所示：本发明采用空间极坐标法进行对特定穹顶状结构的内部轴向钻孔需求的定位。在本发明极坐标系统中，动力头110的位置由高度h、极径r和极角a确定。极径r表示点到原点的距离，极角a表示点与参考方向正x轴的夹角，高度h表述为动力头110与回转悬臂200上表面的高度差。相比于直角坐标系笛卡尔坐标系，极坐标更适用于描述圆形或者以原点为中心的对称图形，故更适合于描述本发明所应用的加工环境。
41.本发明的工作原理是：该用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，在一次钻孔加工过程开始时，首先启动控制台140，随后通过控制回转驱动台300来控制回转悬臂200，由于伺服电机304的自身特性，可以做到精确的极角a的控制，随后调整钻机体100的位置，减小极径r来让出足够的加工空间
后，解除自锁装置123，升高内钻机本体120改变高度h直至对准加工位置；随后启动动力头110，并增大极径r以实现进刀，最终完成钻孔。
42.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

技术特征：
1.一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，包括：钻机体，安装于回转悬臂之上，所述钻机体由回转悬臂控制轴向的前后移动；回转悬臂，所述回转悬臂的一端安装于回转驱动台上，实现绕回转驱动台的圆周运动；回转驱动台，安装于地面上，所述回转驱动台用于为回转悬臂提供回转的动力；轨道，安装于地面上，所述回转悬臂的另一端安装于轨道上；支架，安装于地面上。2.根据权利要求1所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述钻机体包括：动力头，安装于内钻机本体上，所述动力头通过莫氏锥度连接钻头与螺纹钻；内钻机本体，滑动安装于外钻机体内，所述内钻机本体用于为动力头提供动力，并用于在外钻机体中上下移动时进行自锁；外钻机体，滑动安装于回转悬臂上，所述外钻机体用于为内钻机本体的上下移动提供动力；控制台，安装于外钻机体上。3.根据权利要求2所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述内钻机本体包括：电机一，安装于内钻机外壳上，所述电机一用于为动力头提供动力；内钻机外壳，所述内钻机外壳上设置有燕尾槽轨道一，所述内钻机本体沿燕尾槽轨道一在外钻机体中上下移动，所述内钻机外壳上安装有螺杆座一与螺杆座二；自锁装置，安装于内钻机外壳下侧，所述自锁装置用于锁定内钻机本体的位置；伞形齿轮一，安装于外钻机体内，所述伞形齿轮一上固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有螺杆座一和螺杆座二。4.根据权利要求3所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述自锁装置包括：步进电机，安装于内钻机外壳的下表面；凸轮，安装于步进电机上，所述凸轮由步进电机带动运转；自锁块，滑动设置于内钻机外壳内，所述凸轮与自锁块接触。5.根据权利要求2所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述外钻机体包括：外钻机壳体，所述外钻机壳体上设置有螺纹孔；电机二，安装于外钻机壳体上，所述电机二通过电机杆连接伞形齿轮二；电机杆，所述电机杆的另一端通过轴承与轴承座一安装于外钻机壳体上；伞形齿轮二，所述伞形齿轮二与伞形齿轮一啮合连接。6.根据权利要求5所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述回转悬臂包括：悬臂体，所述悬臂体的一端安装于回转驱动台上，所述悬臂体的另一端通过支撑梁与轨道轮连接，所述轨道轮安装于轨道上；所述悬臂体上设置有燕尾槽轨道二，所述钻机体沿燕尾槽轨道二做轴向的前后移动；轴承座二，固定于悬臂体上；
滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的一端穿过螺纹孔并与电机三连接，所述滚珠丝杠的另一端与轴承座二连接；电机三，安装于悬臂体上，用于驱动滚珠丝杠。7.根据权利要求6所述的用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，其特征在于，所述回转驱动台包括：滚珠轴承、上连接法兰、齿轮轴和下连接轴承法兰；以及蜗杆，安装于驱动台外壳上，所述蜗杆与伺服电机连接；齿轮，安装于驱动台外壳上，所述齿轮与蜗杆啮合连接，所述齿轮通过齿轮轴连接滚珠轴承、上连接法兰与下连接轴承法兰，所述悬臂体的一端安装于齿轮轴上；电控箱，安装于驱动台外壳上；伺服电机，安装于驱动台外壳上，所述驱动台外壳安装在地台上，所述地台通过地脚螺栓安装于地面上。

技术总结
本发明适用于特种加工设备技术领域，提供了一种用于穹顶状结构钻孔的特种钻机，包括：钻机体，安装于回转悬臂之上，所述钻机体由回转悬臂控制轴向的前后移动；回转悬臂，所述回转悬臂的一端安装于回转驱动台上，实现绕回转驱动台的圆周运动；回转驱动台，安装于地面上，所述回转驱动台用于为回转悬臂提供回转的动力；轨道，安装于地面上，所述回转悬臂的另一端安装于轨道上；支架，安装于地面上。本发明基于极坐标方式的运动对穹顶状结构内部进行精密钻孔；针对坦克炮塔等结构内部轴向盲孔的加工提出了全新的加工思路，具有高加工精度、操作简单和高度自动化等特点。简单和高度自动化等特点。简单和高度自动化等特点。


技术研发人员：陈晋市 于越 兰思威 许慧旻 王景炎
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/5