真空鉆孔系統(tǒng)和方法
【專利說明】真空鉆孔系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2013年5月28日提交的美國臨時申請序列號N0.61/828056的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，在此通過引用結(jié)合其全部。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及鉆孔領(lǐng)域，并且特別涉及真空鉆孔系統(tǒng)，其通過施加的真空收集鉆孔過程中產(chǎn)生的切肩，同時還允許貫通刀具冷卻液應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]在各個行業(yè)和應(yīng)用中，可以使用實心麻花鉆結(jié)構(gòu)進行材料的鉆孔。例如，在航空航天工業(yè)，為了成功地在工業(yè)中使用的各種金屬中鉆孔，實心麻花鉆提供所需能力，例如是精確的。這個類型的刀具可以具有貫通冷卻劑能力，并且冷卻劑出口通常存在于刀尖處的切削幾何形狀的間隙角上。由于切肩是在鉆孔循環(huán)期間產(chǎn)生，槽螺旋和冷卻液壓力用于使碎片通過槽排出。一旦切肩和冷卻劑離開這個孔，它們就被釋放到環(huán)境中。
[0004]在某些應(yīng)用和環(huán)境中，這些部件可能需要使用便攜式鉆孔機，以允許在不同位置處鉆出多個孔。例如，在航空航天工業(yè)中，這些部件可能是非常大的，并且需要便攜式鉆孔機，該機器能夠被移動到該部件上的不同孔位置處。便攜式鉆孔機結(jié)構(gòu)緊湊，不提供任何外殼以從外部環(huán)境隔離開鉆孔過程。這導(dǎo)致在采用實心麻花鉆的時候，切肩和冷卻劑被釋放到環(huán)境中。因為從孔排出的切肩是不包含的，所以需要附加處理時間，以便從部件和鉆孔環(huán)境中去除切肩和冷卻劑。此外，不包含切肩和冷卻劑流可能引起對鉆孔操作人員的健康和安全隱患。
[0005]此外，在各種材料的鉆孔期間產(chǎn)生切肩，這需要切肩被輸送遠離鉆頭的切削特征件，或者切肩能夠妨礙鉆孔過程和/或損壞鉆。對于某些材料，如包括像碳纖維增強塑料(CFRP)在內(nèi)的復(fù)合材料，已經(jīng)開發(fā)了鉆孔系統(tǒng)，其使用真空去除鉆孔時產(chǎn)生的大量細切肩。沒有有效地去除這樣產(chǎn)生的切肩，經(jīng)常出現(xiàn)切肩壓實，降低了鉆頭的切削功能，增加了熱量的產(chǎn)生，并減少了鉆頭的使用壽命。來自于施加給鉆頭的真空的冷卻效果和力足以提供在CFRP材料中所需要的散熱和切肩排出。這得到了對CFRP的可靠的鉆孔過程，其利用所施加的真空。
[0006]仍然需要一種可靠的真空鉆孔系統(tǒng)，其可以在金屬鉆孔應(yīng)用中實行。各種金屬的性質(zhì)可以是彼此顯著不同，并且不同于CFRP的性質(zhì)。例如，在如鈦和鋁這樣的材料中，使用所施加的真空來促進去除切肩會是可取的，但是，對于金屬材料，先前的用于CFRP的現(xiàn)有真空系統(tǒng)沒有設(shè)計成用在這類材料上。提供這樣一種真空鉆孔系統(tǒng)將是有價值的，其可用于金屬或其它材料，在鉆孔過程中有效地去除切肩。
[0007]除了需要有效的排肩，還期望的是，鉆孔操作精確，以提供可重復(fù)的機械加工來實現(xiàn)緊公差和期望規(guī)范。
[0008]在機加工操作鉆金屬、復(fù)合材料或其它材料中，會期望提供一種鉆孔系統(tǒng)和方法，以有效地去除在鉆孔操作期間產(chǎn)生的切肩。還需要提供一種鉆孔系統(tǒng)和方法，以有效地提供冷卻劑至切削表面，同時允許有效去除在鉆孔操作期間產(chǎn)生的切肩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種用于鉆孔操作的真空鉆孔系統(tǒng)，其采用貫通刀具冷卻劑源以及中央真空排出系統(tǒng)。在一個例子中，該鉆孔系統(tǒng)包括大體圓柱形主體構(gòu)件和在該主體構(gòu)件的前端上的切削頭，該切削頭具有在其上形成的至少一個切削刃。該主體構(gòu)件形成鄰接切削頭的中空軸，在該主體構(gòu)件中形成有至少一個開口鄰近切削頭。設(shè)置在該主體構(gòu)件上的冷卻劑適配器提供冷卻劑流體通過該中空軸外部的該主體構(gòu)件中的至少一個密封通道，以提供冷卻劑流體到該至少一個切削刃的區(qū)域。連接到該中空軸的真空施加真空壓力通過該至少一個開口和該中空軸。該貫通刀具冷卻劑系統(tǒng)是由位于中空內(nèi)通道周圍的密封冷卻劑容納通道來提供的，該中空內(nèi)通道保持不受限制并且其尺寸制作成有效地排出鉆孔操作期間產(chǎn)生的切肩。本發(fā)明可以用在鉆孔操作中，其中，鉆孔期間產(chǎn)生的切肩被真空排出，并且冷卻劑被供給以促進散熱和排肩并最大化鉆孔操作的精度，同時增加刀具壽命。
[0010]本發(fā)明還提供了一種執(zhí)行鉆孔操作的方法，包括:提供鉆孔刀具，其具有鄰近該鉆孔刀具的前端的切削頭，該切削頭具有形成在其上的至少一個切削刃。該鉆孔刀具還包括中空軸，帶有鄰近該切削頭形成的至少一個開口。冷卻劑適配器設(shè)置在主體構(gòu)件上以提供冷卻劑流體通過該中空軸外部的該主體構(gòu)件中的至少一個密封通道。真空源連到中空管以排出切削頭處產(chǎn)生的切肩。該貫通刀具冷卻劑系統(tǒng)是由位于中空內(nèi)通道周圍的至少一個密封冷卻劑容納通道來提供的，該中空內(nèi)通道保持不受限制并且其尺寸制作成有效地排出鉆孔操作期間產(chǎn)生的切肩。
[0011]基于下列書面說明和附圖，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點將是顯而易見。
【附圖說明】
[0012]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的真空鉆孔系統(tǒng)的一個例子的立體圖。
[0013]圖2示出圖1的例子的分解立體圖。
[0014]圖3是根據(jù)鉆孔系統(tǒng)的一個例子的切削刀具的立體圖。
[0015]圖4是根據(jù)鉆孔系統(tǒng)的一個例子的中空內(nèi)主體的立體圖。
[0016]圖5是根據(jù)鉆孔系統(tǒng)的一個例子的冷卻劑容納套筒的立體圖。
[0017]圖6是根據(jù)鉆孔系統(tǒng)的一個例子的冷卻劑誘導(dǎo)套筒的立體圖。
[0018]圖7是根據(jù)一個例子的鉆孔系統(tǒng)接合有襯套的立體圖。
具體實施例
[0019]根據(jù)本發(fā)明的真空鉆孔系統(tǒng)10的一個例子在圖1和2中示出。用于執(zhí)行鉆孔操作的真空鉆孔系統(tǒng)10可以包括各種特征和屬性，以促進散熱和排肩，并最大化鉆孔操作的精度，同時增加刀具壽命。真空鉆孔系統(tǒng)10采用貫通刀具冷卻劑源以及中央真空排出系統(tǒng)。在這個例子中，該系統(tǒng)可以包括鄰近該系統(tǒng)的前端14的切削頭12，具有至少一個切削刃16形成在其上。中空軸18設(shè)置有鄰近切削頭12的至少一個前孔或開口 20。旋轉(zhuǎn)式冷卻劑適配器22設(shè)置在軸18上，鄰近至少一個后開口 24。連接真空源(未示出)以在所形成的孔中施加真空壓力，這將在下文描述。通過開口 20和中空軸18施加真空壓力。本發(fā)明可以用在鉆孔操作中，其中，鉆孔期間產(chǎn)生的切肩被真空排出，且冷卻劑被供給到切削頭12的區(qū)域。在這個例子中，切削頭12可以包括可更換的切削刀具13，例如片式刀具，但是其他的切削幾何形狀和構(gòu)造可根據(jù)不同的應(yīng)用而使用?？筛鼡Q的切削刀具13將被組裝到中空內(nèi)主體18的切削端，用梅花螺釘?shù)拈_槽連接或其它合適的構(gòu)造?？梢允褂孟蛑锌蛰S18施加真空的其它系統(tǒng)，這也在本發(fā)明的構(gòu)思中。
[0020]在切削金屬材料時，切削刀具13通?？捎商蓟锘w制成，并且涂覆的外表面用于改進的刀具性能。使用的特定基體和涂層取決于鉆頭的應(yīng)用，并且可以使用任何合適的基材，以及任選的任何涂層或其它的其他處理?；w可以具有在鉆孔時為了實現(xiàn)可接受的刀具壽命所要求的耐磨性，并且也具有韌性而不會過早失效。涂層可用于給基體提供增加的耐磨性和耐熱性。適當(dāng)?shù)耐繉涌梢杂兄诤娇蘸教旖饘俚你@孔，因為這些金屬是非常粗糙的，并且在切削時產(chǎn)生大量的熱量。切削刀具13，在所示例子中是可更換的，允許在一個刀具變得磨損時更換刀具以實現(xiàn)成本節(jié)約性能。如圖3中所示，在這個例子中，刀具13是雙重有效的，并且具有由鉆頭的應(yīng)用決定的切削幾何形狀。適當(dāng)?shù)牡毒咔邢鲙缀涡螤羁杀辉O(shè)計成形成所需的切肩類型，以便于使用冷卻劑和金屬材料的真空鉆孔進行有效排出。切削幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需的切肩形成和孔質(zhì)量。在航空航天等行業(yè)，連續(xù)切肩成形的金屬材料是常見的，而切削幾何形狀可配置為幫助形成小分段切肩。在航空航天和其他工業(yè)中，使用的金屬材料的性質(zhì)，例如