可調(diào)節(jié)的可轉(zhuǎn)位鉆頭和模塊化系統(tǒng)以及夾持器的制造方法
【專利說(shuō)明】 可調(diào)節(jié)的可轉(zhuǎn)位鉆頭和模塊化系統(tǒng)以及夾持器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2008年9月12日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?2/209,931的未決美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，通過(guò)引用將其公開內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明主要涉及一種用于在工件內(nèi)生成孔的可轉(zhuǎn)位并且尺寸可調(diào)節(jié)的鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0003]通常由硬化鋼構(gòu)成的常規(guī)螺旋型鉆頭已經(jīng)被使用多年。整體硬質(zhì)合金鉆頭提供了用于機(jī)械加工所需的強(qiáng)度特性，但是仍有多種局限性。具有可轉(zhuǎn)位刀片的鉆削工具的發(fā)展克服了這些局限性中的一部分?？赊D(zhuǎn)位鉆頭利用了一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)位、可更換刀片上的切削刃。刀片可以被安置在鉆頭主體切削端上的刀槽內(nèi)。刀槽可以具有與至少一部分刀片形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。刀片可以是可轉(zhuǎn)位的，這就意味著當(dāng)切削刃在工作中磨損時(shí)，可以將刀片從其在鉆頭主體上的位置移除或松開，然后旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)位預(yù)定的量以使得能夠使用刀片上另外的切削刃。至少一個(gè)切削幾何結(jié)構(gòu)與刀片相關(guān)聯(lián)，這些切削幾何結(jié)構(gòu)可以位于兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)位位置上，例如大致為三角形的刀片在三個(gè)位置處具有切削幾何結(jié)構(gòu)，大致為正方形或其他四邊形的刀片在四個(gè)位置處具有切削幾何結(jié)構(gòu)，或者其他合適的形狀。刀片可以由比鉆頭主體更硬和/或密度更高的材料制成。
[0004]可轉(zhuǎn)位刀片可能能夠比常規(guī)螺旋型鉆頭具有更大的切削進(jìn)給和切削速度。刀片可以是硬質(zhì)合金材料或者是具有合適硬度或可以被硬化以提供與被鉆材料相比具有更大硬度的切削刃的類似材料?？赊D(zhuǎn)位鉆頭可以是“單排肩槽有效”、“雙排肩槽有效”或“多排肩槽有效”的設(shè)計(jì)，其中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)刀片，每個(gè)刀片都具有一個(gè)有效的排肩槽。螺旋型鉆頭通常具有兩個(gè)有效的排肩槽。
[0005]雖然對(duì)于多種應(yīng)用都是有效的，但是可轉(zhuǎn)位鉆頭對(duì)于較小的孔例如3/4英寸(大約19_)或更小的孔可能就不那么有效了，因?yàn)樵O(shè)計(jì)通常會(huì)是“單排肩槽有效”。在工作時(shí)，一個(gè)單排肩槽有效的可轉(zhuǎn)位刀片可能比雙排肩槽有效的螺旋鉆頭或雙排肩槽有效的扁平刀片鉆頭更慢。扁平型刀片具有前“刀刃型”鉆尖并且可具有硬質(zhì)合金構(gòu)造或者由細(xì)晶粒工具鋼制成。
[0006]如上所述，特別是在鉆頭尺寸變得更大或者材料變得更難以鉆削時(shí)，可轉(zhuǎn)位鉆頭可以使用節(jié)約成本的一個(gè)或多個(gè)可更換刀片。與“扁平型”鉆頭相比，可轉(zhuǎn)位鉆頭可以在較快的轉(zhuǎn)速下工作，切削更大的表面積，允許更快的進(jìn)給前進(jìn)。與常規(guī)的扁平鉆頭、整體硬質(zhì)合金鉆頭或常規(guī)的螺旋鉆頭相比，可轉(zhuǎn)位鉆頭的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于刀片是可自耗的。不用重新磨削切削刃，而是可以將刀片轉(zhuǎn)位至新的切削刃，并且隨后在所有切削刃均磨損后即可將該刀片丟棄。
[0007]可轉(zhuǎn)位型鉆頭在本領(lǐng)域中通常公知為“粗加工工具”，因?yàn)榭赊D(zhuǎn)位鉆頭不能像其他類型的鉆削產(chǎn)品那樣自我對(duì)中。例如，可轉(zhuǎn)位鉆頭上的刀片排肩槽不像譬如扁平鉆頭或其它產(chǎn)品中那樣彼此為鏡像的問(wèn)題會(huì)造成工作鉆頭內(nèi)不均勻的切削力。過(guò)去可以通過(guò)機(jī)器主軸將鉆頭保持在所需的切削路徑中，并且精度可以取決于機(jī)器和主軸的剛度以及夾持零件的設(shè)置。為此，現(xiàn)有的可轉(zhuǎn)位鉆頭可能無(wú)法有效用于鉆削所具深度大于直徑3倍的孔。在大于直徑3倍的深度處，現(xiàn)有技術(shù)中可轉(zhuǎn)位鉆頭的精度會(huì)降低并且作用在機(jī)器和機(jī)器主軸上的作用力會(huì)變得較大。
[0008]過(guò)去是在粗孔尺寸范圍內(nèi)制造可轉(zhuǎn)位鉆頭或粗孔加工刀具。隨著現(xiàn)有技術(shù)中鉆頭尺寸的增大，從一個(gè)鉆頭到下一較大尺寸鉆頭的尺寸差可以是大約1/4英寸(大約6mm)的直徑或更大。終端用戶在一次操作中可能難以將孔鏜削至現(xiàn)有技術(shù)中鉆頭尺寸之間的尺寸。直到目前，在提供大約1.25英寸至5英寸(32_至127_)這種較大鉆頭尺寸內(nèi)的高精度鉆削公差孔方面仍少有改進(jìn)，而是改為使用單獨(dú)的鏜孔產(chǎn)品來(lái)精加工粗孔。
[0009]此外，在過(guò)去可以通過(guò)特別定制的鉆頭來(lái)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸之間的孔徑。然而，由于其低產(chǎn)量、非標(biāo)準(zhǔn)尺寸以及特殊的工程設(shè)計(jì)和銷售投入，特別定制產(chǎn)品的交貨周期和費(fèi)用都可能會(huì)比較高。在獲取這些特殊尺寸鉆頭上的費(fèi)用和時(shí)間可能會(huì)使終端用戶打消購(gòu)買特殊鉆頭的想法并造成新增操作的額外費(fèi)用。
[0010]同樣是在過(guò)去的可轉(zhuǎn)位鉆頭中，工作期間，可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭的物理切削狀況可能會(huì)從孔的外緣向孔徑的中心有所變化，這是由于在材料上經(jīng)過(guò)的切削刃具有不同的線速度。在接近直徑的中心處，切削刃的線速度可能會(huì)非常低。在現(xiàn)有的可轉(zhuǎn)位鉆頭中，在中心處的低線速度下，機(jī)械切削動(dòng)作可能就像擠壓出材料的鑿子。隨著與中心的距離增加，刀片的線速度提高，從而切削刃可有效地剪切材料。在過(guò)去，孔中心處的低線速度可能會(huì)造成鉆頭損壞。為了適應(yīng)孔中心處的低線速度，現(xiàn)有技術(shù)中的鉆頭已嘗試使用具有不同形狀或刀片材料或特殊切削刃的中心切削刀片。
[0011]而且，隨著現(xiàn)有鉆頭尺寸的增大，鉆頭可以被設(shè)置為具有較大尺寸的刀片。由于刀片的尺寸和形狀變得更大，將刀片保持在其刀槽中的刀片螺釘也可以改變。要制造很多孔尺寸的用戶必須承擔(dān)刀片、刀片等級(jí)以及螺釘尺寸的龐大庫(kù)存量。要加工的孔從小到1.5英寸(38mm)的最小尺寸到最大尺寸的范圍內(nèi)變動(dòng)的用戶可能有多達(dá)30到45個(gè)要庫(kù)存的單獨(dú)構(gòu)件。
[0012]不平衡的鉆頭可能會(huì)造成顫動(dòng)。因?yàn)榭赊D(zhuǎn)位刀片可能不是雙排肩槽有效的并且可能不均勻，所以現(xiàn)有的可轉(zhuǎn)位鉆頭總是難以平衡。在過(guò)去，可轉(zhuǎn)位刀片被磨削或加工成具有平磨的切削刃以防止切削刃出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的可轉(zhuǎn)位鉆頭共有的顫動(dòng)或移動(dòng)。為此，現(xiàn)有技術(shù)中使用的具有磨削或平磨刀刃的已有鉆頭需要更多的動(dòng)力。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)中的可轉(zhuǎn)位鉆頭在鉆削過(guò)程中還依賴于一定量的冷卻劑來(lái)從孔中排出鉆肩。切削動(dòng)作所產(chǎn)生的鉆肩必須從切削刃向后移動(dòng)并且必須從鄰近切削區(qū)的溝槽中排出以防止鉆肩塞在鉆頭主體與切削直徑之間的空隙中。冷卻劑可以被栗送通過(guò)鉆頭主體，在鉆頭端部上排出并通過(guò)壓力和動(dòng)量向后流動(dòng)并且順著溝槽向后推動(dòng)鉆肩。冷卻劑可以包括在切削熱量和壓力的作用下能夠形成霧的水溶性油。冷卻劑被吸入后對(duì)操作人員而言可能是健康威脅，因此必須要通過(guò)過(guò)濾或其它工藝進(jìn)行收容以減少機(jī)器操作人員通過(guò)空氣吸入的量。
[0014]在過(guò)去的可轉(zhuǎn)位鉆頭中，鉆頭損壞點(diǎn)可能在刀片中心區(qū)附近。該中心區(qū)可能會(huì)堆積不能向后移動(dòng)和越過(guò)鉆頭主體結(jié)構(gòu)并從所形成的孔中移出的鉆肩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)鉆頭，包括:具有縱軸線的鉆頭主體，鉆頭主體包括工作面，工作面包括延伸到鉆頭主體內(nèi)的孔；在孔附近向鉆頭主體邊緣延伸的導(dǎo)向部件；從工作面沿至少一部分鉆頭主體延伸的縱向溝槽；在工作面附近并且可以沿著導(dǎo)向部件選擇性滑動(dòng)的夾頭，夾頭包括:沿著導(dǎo)向部件的狹槽和切削面，切削面包括定位在鉆頭主體邊緣附近的刀片槽；通過(guò)狹槽進(jìn)入孔內(nèi)以將夾頭可釋放地固定至鉆頭主體的緊固件；以及可釋放地固定在刀片槽內(nèi)的刀片。
[0016]可調(diào)節(jié)鉆頭可以進(jìn)一步包括第二工作面，第二工作面包括延伸到鉆頭主體內(nèi)的第二孔；在第二工作面附近的包括通孔的第二夾頭；以及第二切削面，第二切削面包括定位在鉆頭主體軸線附近的刀片槽；通過(guò)通孔進(jìn)入第二孔內(nèi)以將夾頭可釋放地固定至鉆頭主體的緊固件；以及可釋放地固定在刀片槽內(nèi)的刀片。
[0017]可調(diào)節(jié)鉆頭可以進(jìn)一步包括不同結(jié)構(gòu)的刀片，這些刀片與可調(diào)節(jié)鉆頭相結(jié)合以提供可選的切削特性。
[0018]在一個(gè)可選實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)鉆頭可以進(jìn)一步包括居中定位的鉆削刀片，其允許在鉆削系統(tǒng)工作期間提高穩(wěn)定性，同時(shí)仍然允許利用刀片結(jié)構(gòu)的可轉(zhuǎn)位能力。在可選實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以由模塊化系統(tǒng)構(gòu)成，模塊化系統(tǒng)包括用于結(jié)合夾持器使用的可更換刀片，用于將刀片定位在中心位置以有助于與可調(diào)節(jié)的可轉(zhuǎn)位刀片相結(jié)合進(jìn)行鉆削。該系統(tǒng)還可以包括模塊化的夾持器裝置以提供用于各種應(yīng)用的工作靈活性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本公開中可調(diào)節(jié)的可轉(zhuǎn)位鉆頭的分解透視圖，其中為清楚起見移除了一些部分；
圖2是圖1中鉆頭的前視圖；
圖3是圖1中鉆頭的夾頭和刀片的局部視圖；
圖4A是圖1中的一部分鉆頭的側(cè)視圖；
圖4B是圖4A中所示部分的頂視圖；
圖4C是圖1中鉆頭的側(cè)視圖；
圖4D是圖4C中所示鉆頭的頂視圖；
圖5是圖1中鉆頭的頂視圖；
圖6A-6D示出了可與本公開相結(jié)合使用的三角形刀片示例的視圖；
圖7A-7D示出了具有可選刀片結(jié)構(gòu)的鉆頭示例的視圖；
圖8A-8D不出了具有可選刀片結(jié)構(gòu)的鉆頭不例的視圖；以及圖9A-9D示出了具有可選刀片結(jié)構(gòu)的鉆頭示例的視圖。
[0020]圖10A-10D示出了本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例的視圖，將居中設(shè)置的切削刀片與其相連。
[0021]圖1