CN101049641B - 用于加工深孔和/或钻瓶状孔的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工深孔和/或钻瓶状孔的方法，特别是在最终直线深度和孔直径之间具有大于14∶1的高比值的情况下钻孔，该方法包括以下步骤：加工基准孔，该孔具有根据预先确定的空间关系与将要被加工的深孔相关联的轴线和直径。使深孔的直径小于将要被加工的孔直径，以便所述基准孔和所述第一深孔在空间上相互连通；预先布置了位于所述第一基准孔内部并与刀具轴和相关工具连接的导向和支撑部件，从而根据所述预先确定的空间关系获得深孔内轮廓和/或深孔的直径和轴线。

Description

用于加工深孔和/或钻瓶状孔的方法和设备 
技术领域
本发明涉及一种用于加工深孔和/或钻瓶状孔的方法和相关的设备，特别涉及高精度机加工领域，尤其涉及薄壁的加工。 
该方法和设备在钻孔上得到了具体应用，该方法和设备用于在实心圆柱中加工纵向孔，以获得无缝的管状中空圆柱。所谓的钻瓶状孔在于特定的钻孔，其中纵向孔的内径(孔)大于圆柱顶部的孔的直径，所以该孔具有类似于瓶子的形状。 
然而，很清楚本发明通常可应用于加工深孔，其中最终直线深度和孔直径的比率具有一高值，如高于10∶1。 
背景技术
通过工具相对于工件运动一纵向距离来进行钻孔，该工具由适当长度的工具轴支持。该加工可以在车床上进行，其中将要被钻孔的工件相对于轴旋转地设置，反之亦然。 
此类加工通常需要高度的准确性，首先要保证被加工的孔的理想的圆柱度和直线度。孔的深度或直线深度与孔直径的比率越大这样的要求越难满足。 
而且，应当认为在几种制造过程中即使最小的偏差也会导致工件的报废，在时间、刀具磨损和往往是高级材料上造成了相当大的经济损失。 
此外，由于在使用中该空心圆柱要抵抗很高的内部压力而因此要求使用难加工的特定的金属材料，因此常常使困难加大。钻瓶状孔的加工进一步加剧了所有的这些困难。 
所有这些困难妨碍了具有例如高于14∶1的长深度/直径比的深孔和钻孔的加工。实际上，随着该参数的增加，增加了工具轴弯曲的风险和从中传递的振动。 
为了克服该缺点，已经提出制造高强度的轴。然而，除了通常加大机加工负载以外，该设计对工具的排屑产生了负面的影响。 
发明内容
本发明面临的技术问题是提供一种用于克服上述提到的现有技术的缺点的深孔加工方法和设备。 
这样的问题通过如上所述的方法解决，该方法包括以下步骤： 
*加工第一基准孔，该孔具有根据预先确定的空间关系与被加工的深孔相关联的轴线和直径； 
*使第一深孔的直径小于将要被加工的孔的直径，以便所述基准孔和所述第一深孔在空间上相互连通；并且 
*预先布置了位于所述第一基准孔内部并与工具轴和相关工具连接的导向和支承部件，从而根据所述预先确定的空间关系获得深孔内轮廓和/或深孔的直径和轴线。 
根据本发明方法的实施例，在钻孔的情况下，该基准孔可以在相对于将要被加工的深孔的进入端的相对端处被加工，所述导向和支承部件形成所述工具轴的同轴延伸体。在这种情况下，该工具可以预先安排用于精加工孔底部的轮廓或用于切削与所述基准孔同轴的圆柱的孔壁。 
根据本发明方法的一种变化，第一深孔与所述基准孔重合，并且导向和支承元件因此由所述工具轴穿过，因此刀具易于执行深孔壁的精加工或扩宽(钻瓶状孔)。 
所述变化的组合允许加工高精度的很深的孔，深度/直径比等于甚至大于20∶1，并且根据预先确定的轮廓精加工孔的底部，并且形成瓶状孔。 
按照同样的发明构思，本发明还涉及一种如上所述的装置，进一步包括加工基准孔装置；适用于与工具轴连接并插入基准孔的一组导向和支承元件；以及一套用于去除深孔内部切屑的工具。 
因此，本发明的方法和设备的优点在于允许加工很深的孔，并具有显著的精确性和可重复性的特点。 
本发明将在以下根据其给定非限制性例子的最优的实施方式参考附图描述。 
附图说明
＊图1-12显示了经历了根据本发明用于加工深孔和瓶状孔的各步骤的工件的示意图和剖面图； 
＊图13是本发明的设备的第一详图的透视图； 
＊图14是本发明的设备的第二详图的透视图；和 
＊图形15到18分别显示了本发明的设备的第三详图的透视图、平面图、剖视图和纵向截面图。 
具体实施方式
参考附图，本发明方法的实施例描述了在实心圆柱1上钻孔以便加工深度/直径比大于或等于17∶1的深孔。 
实心圆柱1，即工件，具有作为深孔的入口的第一端2(图1)，和用于形成已钻孔圆柱的底部的第二相对端或底端3。 
此外，实心圆柱1包括基准圆柱外表面4和轴线A，该外表面已经根据预定的尺寸参数适当地机加工并以高精度进行，轴线A同时作为将要被加工的深孔的轴线。 
在所述的底端3上加工第一基准孔5(图2)，该基准孔具有有限的深度和预先确定的直径，并且与实心圆柱1精确地同轴。该步骤可以由传统的钻机(其中示出了所采用的钻头6)或车床进行，总之，如本领域技术人员所熟知的在图中没显示出来。 
随后(图3)，工件1被安装在合适的车床上，并且第一深孔7被由工具轴9支承的第一切削工具8加工。 
仅仅通过使工具8纵向前进加工出的第一深孔7(图4)的特征在于具有大的尺寸公差，第一深孔7不是最终孔而仅仅是其界线(mark)(座)。 
根据一种变化，该孔可以包括中空圆柱的钻孔，可选地具有铸造的腔。 
第一深孔7将与所述第一基准孔5(图5)相遇，从而它们彼此连通并且超过其各自公差且同轴。 
当加工所述第一深孔7时，其内部插入由所述轴9支承的第二工具10。 
此外，在本实施例中将提供第一导向和支承元件11，该元件11被安装在与工具10连接的轴9上以便形成与其同轴的延伸体。 
所述元件11为圆柱形的，其具有基本上与基准孔5的直径一致的直径。此 外，该元件由低摩擦材料制成，例如青铜合金，或被适当地涂覆有低摩擦表面层。实际上，所述导向和支承元件11用于插入到所述基准孔5的内部，以确保工具10和轴9保持在正确与工件1精确同轴的位置，以保证最大的机加工精度(图6)。 
在这里使用的工具10可适合于赋予工件1的底部预先确定的轮廓12。工具10被安装在刀架10′上，而刀架10’被连接到合适的支柱9′上，用于可拆除地与工具轴9相连(图13)。 
另一个工具可以用来精加工所述底部上的孔7的圆柱壁13(图7)。 
当孔7深度精加工完成时，准备好用于精加工孔7的圆柱壁的系统，用来加工瓶状孔。 
出于此目的，提供了适于插入工具轴9上的第二套筒状导向和支承元件14，而该工具轴又具有用于加工瓶状孔的切削头15。 
第二导向和支承元件14(图8)也可以由低摩擦材料例如青铜合金制成，然而可在其外表面16上涂有不粘或自润滑材料层。 
导向和支承元件14的外径大体上与第一孔7的直径一致，具有允许插入并在孔中滑动的最小间隙。 
可在外表面16上设有用于接纳柔性的O形环或唇式密封圈18的槽17，以保证元件14位置的稳定性(图14)。 
同样的，在第二导向和支承元件14的内部通道19内可以设有相同的结构以保证旋转轴9的稳定性。 
因此，通过将镗瓶状孔切削头15插入孔7内部，将切削头15靠近底部并将第二导向和支承元件14插入孔7，并使其靠近切削头15进行加工(图9)。 
由于所述元件14的存在避免了由于切削应力和任何振动的传递造成的工具轴9出现不期望的弯曲。在孔7的内径必要的增加的情况下，从底部向着进口端2的方向进行切屑的排出(图10)。 
可以提供多种方法直到获得期望的直径。出于此目的，可以设置具有足够大外径的一组第二导向和支承元件。此外，可以理解在本发明方法的工业实施中，导向和支承元件可以与切削头和/或工具轴9的安装孔20结合在一起。用于钻瓶状孔的切削头15包括多个可缩回到切削头15主体内的切削元件21。该可伸缩性由驱动轴22(未示出)实现，该驱动轴插入到工具轴9内部适合于延伸 或缩回切削元件21。 
控制轴作用在带螺纹的螺旋轴22上，螺旋轴22在切削刃保持元件23的内端操作，该保持元件具有相对于轴承24旋转的部分，在该部分上切削元件21处于稳定的状态。 
在进行钻瓶状孔的加工操作时，最终孔25的内壁可以通过研磨步骤进行抛光(图11)，其中适当的研磨头26插入到最终孔25的内部并纵向滑动和旋转(图12)。 
可选的，为了保持研磨头26绝对的纵向距离，可以设置类似于以上描述的第一导向和支承元件的第三导向和支承元件27，其插入基准孔5内部工作。 
根据上述方法，很明显为实施该方法提供了用于加工深孔和/或钻瓶状孔的设备，特别是在孔的最终线性深度与直径之间具有高比值的情况下钻孔。 
该设备包括至少一个安装在适当的加工机床例如车床上的工具轴9。 
此外，具有用于加工基准孔5的装置，如用于随后加工的钻或者车床本身。 
该设备进一步包括一组用于与工具轴连接并插入到基准孔中的导向和支承元件。 
在如上所述的示例性的方法中已经提到第一、第二和第三导向和支承元件用参考标记11、14、27描述。 
最后，该设备包括一套适于在深孔内部去屑的工具。 
对于上述用于加工深孔的方法和设备而言，本领域技术人员为了满足更多的和可能的需求可进行进一步的修改和变化，然而，这些修改和变化均包括在由所附权利要求限定的本发明的保护范围之内。 

Claims (13)

1.一种加工深孔和/或钻瓶状孔的方法，用于在孔的最终线性深度和直径之间具有高比值的情况下钻孔，通过工具相对于由适当长度的工具轴(9)支承的工件(1)运动一纵向距离加工深孔，该方法包括以下步骤：
*加工第一基准孔(5)，该第一基准孔具有根据预先确定的空间关系与所述深孔相关联的轴线；
*形成直径小于将要被加工的所述深孔的直径的第一深孔(7)，以便所述第一基准孔(5)和所述第一深孔(7)在空间上相互连通；和
*预先布置了位于所述第一基准孔(5)内部并与工具轴和相关工具连接的一导向和支承部件(11)，从而根据所述预先确定的空间关系获得深孔内轮廓和/或深孔的直径和轴线；
其特征在于，在相对于将要被加工的深孔的入口的相对端处加工所述第一基准孔(5)，所述导向和支承元件(11)形成所述工具轴(9)的同轴延伸体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一深孔(7)形成另一个基准孔，另一个导向和支承元件(14)布置在所述另一个基准孔中以便由所述工具轴(9)穿过。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，工件为实心圆柱。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在底端(3)上加工所述第一基准孔(5)，该第一基准孔具有有限的深度和预先确定的直径，并且准确地与所述实心圆柱同轴。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一深孔(7)仅仅由沿纵向前进的工具(8)加工直到遇到所述第一基准孔(5)，因此第一深孔(7)和第一基准孔(5)是连通的并且同轴。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，设置有第二导向和支承元件(14)，该第二导向和支承元件(14)为适于插入在工具轴(9)上的套筒形式，而该工具轴具有切削头(15)，可选的为钻瓶状孔型，第二支承和导向元件(14)的外径大体上与第一深孔(7)的一致。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过将第二导向和支承元件(14)插入第一深孔(7)并保持其靠近切削头(15)来使切削头(15)靠近底部。 
8.一种加工深孔和/或钻瓶状孔的设备，用于在孔的最终直线深度和直径之间具有高比值的情况下进行钻孔，该设备包括：
至少一个工具轴(9)；
加工基准孔的装置(6)；
适用于与工具轴连接并插入基准孔内的一组导向和支承元件(11，14，27)；和
一套用于去除深孔内部切屑的工具，
其特征在于，所述一组导向和支承元件中的第一导向和支承元件(11)安装到所述工具轴(9)上并且与工具(10)相连，以便形成其同轴的延伸体。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述一组导向和支承元件包括第一圆柱形导向和支承元件(11)，该第一圆柱形导向和支承元件安装到与工具(10)相连的工具轴(9)上，以便形成工具轴的同轴延伸体。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述一组导向和支承元件包括给于将插入到工具轴(9)上的第二套筒状导向和支承元件(14)。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述一组导向和支承元件(11，14，27)由低摩擦材料制成或在其相应外表面上涂有不粘或自润滑的涂层。
12.如权利要求8-10中任一项所述的设备，其特征在于，所述一组导向和支承元件具有外表面(16)，在该外表面上设有适合于接纳柔性密封圈的槽(17)。
13.如权利要求8-11中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于在深孔内排屑的一套工具包括用于钻瓶状孔的切削头(15)，而该切削头包括多个可缩回到切削头(15)主体内的切削元件(21)。 
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