用于在工件中形成鉆孔的系統(tǒng)及方法
【專利說明】用于在工件中形成鉆孔的系統(tǒng)及方法
[0001]發(fā)明人！ChristophWANGENHEM
[0002]Christian MARTEN
[0003]Joern STEPPAN
[0004]Rocco EISSELER
[0005]相關(guān)申請的交叉引用
[0006]本申請要求2012年8月17日提交的待審未決的美國專利申請序列號N0.13/588，792的優(yōu)先權(quán)，在此引入該專利申請的全部公開內(nèi)容以用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0007]本發(fā)明概括來說涉及一種用于穿過工件鉆孔的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種使用槍鉆在工件中形成鉆孔并在鉆孔的同時使鉆頭轉(zhuǎn)向的方法。
【背景技術(shù)】
[0008]制品中形成的細(xì)長孔典型用細(xì)長鉆頭形成。其中一種這樣的鉆頭是圓柱形的槍鉆，此種槍鉆沿著其長度的一部分設(shè)有溝槽。槍鉆的切削刃通常在溝槽的前端。有些槍鉆具有帶有V形邊緣的切削刃。但是，由于許多變化的緣故，傳統(tǒng)槍鉆的中心線方向存在不可預(yù)期的偏離。由于它們的形狀的緣故，槍鉆常常具有二次偏心慣性矩。此外，槍鉆通常容易屈曲、彎曲和扭曲，這至少部分是由于其長度/直徑比高(l/d>100)的緣故。在機加工處理金屬期間，切削速度和進(jìn)給速度導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動和扭曲。當(dāng)在特定工件中形成多個鉆孔時，會加劇鉆孔中心線偏離的后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在此公開了一種穿過工件鉆孔并重新調(diào)整鉆頭路徑以保持沿著預(yù)定(projected)路徑的方法的實施例。在一個實例中，公開了一種控制工件的鉆孔中的旋轉(zhuǎn)鉆頭的方法，該方法包括:靠著工件推進(jìn)鉆頭的鉆頭頭部，以穿過工件鉆孔；監(jiān)測鉆頭頭部在鉆孔的底部中的方位朝向；和監(jiān)測鉆孔的壁與工件的外表面之間的距離，以限定測量距離。在該實例中，該方法還包括:通過比較測量距離和指定距離，獲得偏移距離；和通過在鉆頭頭部處于指定方位的時候?qū)︺@頭軸向地施加脈動作用力，改變鉆頭穿過工件的路徑。在該實例中，所述偏移距離可以保持在一容許值之內(nèi)。在一個實例中，監(jiān)測方位朝向的步驟包括，測量鉆頭頭部在鉆孔中隨著時間變化產(chǎn)生的聲波信號。任選地，施加脈動作用力的步驟包括:提供軸向親合于鉆頭的壓電堆(piezo-electric stack)，和激發(fā)所述壓電堆。該方法還可以包括:在鉆孔外的位置監(jiān)測鉆頭的方位朝向，以限定外方位；比較所述外方位與鉆頭頭部在鉆孔底部的方位朝向；和根據(jù)該比較，確定鉆頭的扭曲。監(jiān)測鉆孔與工件的外表面之間的距離的步驟可以包括:在工件中的基本上與鉆孔底部一致的軸向位置以及在工件上的變化的周邊傳感器位置發(fā)射聲波信號，以便使聲波信號穿過工件向鉆孔行進(jìn)最短距離。在一任選的實例中，所述監(jiān)測以大于鉆頭的旋轉(zhuǎn)頻率的頻率執(zhí)行。又任選地，可以使用放電加工機床在工件上形成先導(dǎo)孔。
[0010]在一替換方式中，公開了一種任選的方法，所述方法包括控制工件中的鉆頭。在該實例中，鉆頭在工件的鉆孔中旋轉(zhuǎn)，以加深該鉆孔。監(jiān)測鉆頭的緊鄰鉆孔的底部的一部分的方位朝向，并推算鉆孔在工件中的突伸路徑?；谶@些步驟，通過對鉆頭施加軸向力，調(diào)整鉆頭穿過工件的方向。在該實例中，監(jiān)測鉆頭的方位的步驟包括:監(jiān)測由工件中鉆頭的尖部產(chǎn)生的聲波信號，和建立該信號隨著時間變化的曲線。該信號的大小可以相對于鉆頭的尖部的方位角而變化。該方法還可以包括監(jiān)測鉆孔的中心線位置，以及其中，調(diào)整鉆頭的方向的步驟還基于所監(jiān)測的中心線位置。任選地，聲波發(fā)送器和接收器可以鄰近工件的外表面設(shè)置，發(fā)送器和接收器可以保持在工件的一軸向位置處，所述軸向位置對應(yīng)于鉆孔的底部的軸向位置。發(fā)送器和接收器還可以沿著工件的外周的一部分豎向地往復(fù)運動?？梢员O(jiān)測鄰近鉆孔的開口的鉆頭的方位朝向，這可以用來確定鉆頭的軸向扭曲。
【附圖說明】
[0011]本發(fā)明的一些特征和優(yōu)點已經(jīng)陳述，根據(jù)結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述，其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中:
[0012]圖1是依照本發(fā)明的鉆孔系統(tǒng)的示例性實施方式的示意性側(cè)視圖。
[0013]圖2和2A是依照本發(fā)明的位于工件中的槍鉆的軸向截面圖。
[0014]圖3是依照本發(fā)明的鉆頭角度與所測量的聲波信號的關(guān)系曲線的圖示的例子。
[0015]圖4是依照本發(fā)明的圖1中鉆孔系統(tǒng)的替換實施方式的一部分的局部側(cè)截面圖。
[0016]圖5是依照本發(fā)明的有和沒有鉆頭轉(zhuǎn)向時的鉆孔中心線偏離曲線的圖示的示例性實施方式。
[0017]圖6是依照本發(fā)明的圖1工件中偏移鉆孔和指定鉆孔的軸向截面圖。
[0018]圖7A和7B是依照本發(fā)明的利用放電加工機床和槍鉆在圖1的工件中形成鉆孔的示意性實施例。
[0019]雖然本發(fā)明將結(jié)合優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)明白，這不意味著本發(fā)明局限于這些實施方式。相反，它旨在覆蓋包括在由附帶的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的所有替換、改進(jìn)和等同。
【具體實施方式】
[0020]以下參考顯示了實施方式的附圖，將更加全面地描述本公開內(nèi)容的方法和系統(tǒng)。本公開內(nèi)容的方法和系統(tǒng)可以采用許多不同的形式，而且不應(yīng)當(dāng)被看作為局限于在此所闡述的說明性實施方式；相反，這些實施方式的提供使得對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本公開內(nèi)容是充分的和完整的，并且完全地傳達(dá)了其范圍。在全文中，同樣的數(shù)字表示同樣的元件。
[0021]還應(yīng)當(dāng)明白，本公開內(nèi)容的范圍不局限于構(gòu)造、操作、嚴(yán)格材料或已顯示和描述的實施方式的嚴(yán)格細(xì)節(jié)，因為改變和等同對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了說明性實施方式，盡管使用了特殊術(shù)語，但是，這些術(shù)語僅僅是作為概括性、描述性意義使用的，并不是出于限制的目的。所以，在此所述的改進(jìn)僅僅由附帶的權(quán)利要求書的范圍限定。
[0022]圖1中示意性示出了用來穿過工件14制造細(xì)長鉆孔12的鉆孔系統(tǒng)10的示例。如圖所示，鉆孔12是通過向工件14中對旋轉(zhuǎn)鉆頭16軸向施力而形成的。在一個實施例中，鉆頭16是大家所熟知的槍鉆，其可以具有沿著其長度的一部分的溝槽部分和在前端上的、設(shè)置在V形凹口中的切削刃。示例性鉆頭可以從德國Riederich的Botek, Langenfeldstrasse4獲得。鉆頭16的自由端顯示為處在鉆孔12的底部中，所述自由端由鉆頭頭部18構(gòu)成，所述鉆頭頭部附著于鉆桿20的一端部上。在圖1的示例中，鉆頭頭部18和鉆桿20基本上均為細(xì)長構(gòu)件，其中，鉆桿20的與鉆頭頭部18相反的端部連接于驅(qū)動器22。驅(qū)動器顯示安裝在鉆頭卡盤24內(nèi)，所述驅(qū)動器具有大于鉆桿22的直徑。軸向力和旋轉(zhuǎn)力通過卡盤24傳遞到鉆頭16上以便形成鉆孔12?？ūP24則由軸26驅(qū)動，所述軸26相對于卡盤24軸向可動但利用鍵28不可旋轉(zhuǎn)地固定到卡盤24上，這樣，通過旋轉(zhuǎn)所述軸26，卡盤24也旋轉(zhuǎn)。軸26顯示為連接于鉆頭馬達(dá)30，所述鉆頭馬達(dá)為軸26、卡盤24和鉆頭16提供旋轉(zhuǎn)力。
[0023]一任選的脈動裝置32示出設(shè)置在鉆頭馬達(dá)20和鉆頭16之間，其具有基本上圓柱形的外殼34。外殼34覆蓋卡盤24和軸26之間的相交部，卡盤24從外殼34的一側(cè)軸向向外突伸出。致動器36顯示為設(shè)置在外殼34內(nèi)，每個所述致動器的一個端部均固定在外殼34的后側(cè)(遠(yuǎn)離卡盤24的那一側(cè))上。致動器36的相對端則顯示為與卡盤24的在外殼34內(nèi)部的端部(該端部遠(yuǎn)離驅(qū)動器22)機械合作。彈簧38顯示為鄰近卡盤34，用于對卡盤24施加朝著馬達(dá)30的偏壓力。正如下文將要更詳細(xì)地描述的那樣，致動器36可以有選擇地對鉆頭16施加軸向力。
[0024]聲波發(fā)送器40和接收器42顯示為鄰近工件14的外表面，并與鉆孔12的底端對準(zhǔn)。正如下文將要更詳細(xì)地論述的，發(fā)送器40和接收器42可以沿著工件14的長度以與鉆頭16在工件14中穿行的進(jìn)給速度基本上相同的速度軸向移動。通過以與鉆頭16的進(jìn)給速度基本上相同的速度移動發(fā)送器40和接收器42，使發(fā)送器40、接收器42和鉆頭16的尖部沿著工件12保持在基本上相同的軸向位置處。因此，在圖1的實施例中，發(fā)送器40、接收器42和鉆頭16的尖部與工件14的由鉆孔12橫穿的端部保持大致相同的距離L。
[0025]仍然參照圖1，處理器44顯示為經(jīng)由相應(yīng)的引線46、48與發(fā)送器40和接收器42相聯(lián)通，所述引線46、