CN101801573A - 致动的材料移除刀具 - Google Patents

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Abstract

公开了具有平移杆(104)的材料移除刀具(10)，该平移杆(104)具有成形为锥体或截头体的致动表面(112)，其中锥体或截头体沿所述平移杆(104)的长度的轴向位置与推杆(120)的可操作地接触第一柔性安装的卡头(12)的位置相对应，切削刀片(16)被安装在该第一柔性安装的卡头(12)上。所述平移杆(104)在第一位置和第二位置之间被致动，以将柔性安装的切削刀片(16)和固定安装的切削刀片(14)的多个不同组合放置到径向最外部位置。所述材料移除刀具(10)可选地包括用于平移杆(104)的支撑件(430)，以减少加工操作过程中的径向变化。公开了柔性安装的切削刀片(16)和固定安装的切削刀片(14)的各种组合以及使用所公开的材料移除刀具(10)来移除材料的各种方法。

Description

致动的材料移除刀具
技术领域
本公开内容涉及切削刀具，这种类型的切削刀具具有至少一个切削元件，该切削元件相对于切削刀具的位置是可调的。更具体地说，本公开内容涉及一种具有平移杆的材料移除刀具，该平移杆能被致动，以改变至少一个切削元件相对于刀具的位置。
背景技术
在以下的背景技术的论述中，参考了一定的结构和/或方法。然而，以下的参考不应被解释为承认这些结构和/或方法构成了现有技术。申请人声明保留论证这样的结构和/或方法不视作现有技术的权利。
已知的包括位置可调节的切削元件的旋转刀具使用了各种装置来实现切削元件位置的改变，这些装置包括机械致动器、液压压力和气动压力。一般地，致动装置(例如旋转刀具内部的平移杆)精确地配合并具有高摩擦表面，同时需要高的机械产生的或流体产生的力来用于致动运动。具有位置可调节的切削元件的已知旋转刀具的例子是欧洲专利申请No.1123766、日本实用新型申请No.62-201231和美国专利No.4,941,782、6,394,710和6,846,136。
发明内容
材料移除刀具的示范性实施方式包括：壳体，其在配合端包括连接器；活塞头，其位于壳体内部的致动室中；平移杆，其包括致动表面；以及第一柔性安装的卡头，其位于材料移除刀具的作用部分上，第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，其中平移杆包括第一端，第一端可操作地连接到活塞头，以便当活塞头平移时在第一位置和第二位置之间轴向平移，其中在第一位置中，作用部分具有第一作用体积且固定在第一柔性安装的卡头上的安置凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从第一作用体积径向向内，其中在第二位置，固定在第一柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从第一作用体积径向向外，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触第一柔性安装的卡头的位置相对应。
一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的示范性方法包括：在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一固定安装的切削刀片接触，其中第一固定安装的切削刀片的最外部表面的直径限定了第一作用体积，致动材料移除刀具，使安装在材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的安置凹槽中的第二切削刀片的一部分径向移动到第一作用体积外，以及在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第二切削刀片接触，其中致动材料移除刀具，使平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，其中平移杆包括致动表面，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆可操作地接触与第一柔性安装的卡头的位置相对应。
一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的示范性方法包括：致动材料移除刀具，使材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到材料移除刀具的作用体积外，在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一柔性安装的切削刀片接触，并且同时使工件与材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触，其中第一固定安装的切削刀片在第一方向上从第一柔性安装的切削刀片轴向向前地定位，并且其中第一固定安装的切削刀片的最外部表面的直径限定了第一作用体积，致动材料移除刀具，使第一柔性安装的切削刀片从第一作用体积径向向内移动，以及在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，其中致动材料移除刀具，平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，其中平移杆包括致动表面，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触第一柔性安装的卡头的位置相对应。
一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的示范性方法包括：在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触，其中在第一固定安装的切削刀片的最外部表面处的直径限定了第一作用体积，在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，致动材料移除刀具，使柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第一作用体积外，在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一柔性安装的切削刀片接触，致动材料移除刀具，使第一柔性安装的切削刀片径向移动到第一作用体积内，以及在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，其中致动材料移除刀具，使平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，其中平移杆包括致动表面，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触第一柔性安装的卡头的位置相对应。
一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的示范性方法包括：致动材料移除刀具，使第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第二柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片外，在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一固定安装的切削刀片接触，致动材料移除刀具，使第二柔性安装的卡头的第二柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片外，以及在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，其中致动材料移除刀具，使平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，其中平移杆包括致动表面，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触第一柔性安装的卡头的位置相对应。
一种减小用材料移除刀具形成的孔的内径表面的径向位置的变化的示范性方法，所述材料移除刀具包括：平移杆，其包括致动表面；以及第一柔性安装的卡头，其位于材料移除刀具的作用部分上，第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，其中平移杆在第一位置和第二位置之间轴向平移，其中在第一位置中，作用部分具有第一作用体积，且安置在第一柔性安装的卡头上的安置凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从第一作用体积径向向内，其中在第二位置中，安置在第一柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从第一作用体积径向向外，并且其中致动表面包括锥体或截头体，其中锥体或截头体沿平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触第一柔性安装的卡头的位置相对应，且所述方法包括将一支撑件结构定位在平移杆的第二端。
应理解，前面的一般描述和以下的详细描述都是示范性的和说明性的，并且旨在提供对如所要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
可以结合附图阅读以下详细描述，其中类似的附图标记标示类似元件，并且其中：
图1是材料移除刀具的示范性实施方式的示意图。
图2是材料移除刀具的示范性实施方式的示意图。
图3A和图3B是更详细示出致动表面和柔性安装的卡头的示范性实施方式的示意图。
图4A示出从图3B的A-A截取的径向截面。
图4B示出推杆的第一端的侧视图。
图5A和图5B示意性示出处于第一位置的平移杆。
图6示意性示出处于第二位置的平移杆。
图7示出图5A、图5B和图6中示出的材料移除刀具的截面图的位置，以用于参考。
图8示出具有五个柔性安装的卡头和五个直接安装的刀片的材料移除刀具的另一示范性实施方式的第一端。
图9和图10示出调节组件的示范性实施方式。
图11和图12示意性示出图9和图10示出的调节组件的示范性实施方式的操作。
图13示出通过材料移除刀具的示范性实施方式形成的内径表面的截面图。
图14示出位于平移杆的第二端处的支撑件的示范性实施方式。
图15示出图14示出的支撑件的示范性实施方式的组装图。
具体实施方式
图1是材料移除刀具10的示范性实施方式的示意图。在图1中，以侧视图示出了材料移除刀具10的外部。材料移除刀具10包括带有柔性安装的切削刀片16和多个固定安装的切削刀片14的多个柔性安装的卡头12，其中固定安装的切削刀片14被直接固定地安装到形成在材料移除刀具的壳体18中的凹槽15的安置表面。可选地，固定安装的切削刀片14能够安置在固定安装的卡头上的凹槽中。柔性安装的卡头12和固定安装的卡头(在存在的情况下)中的每一个卡头包括具有安置表面的至少一个凹槽，其用于接纳切削刀片。合适的切削刀片可以是任何类型，例如铣削、车削、镗孔。合适的切削刀片的一个示范性实施方式是2006年4月24日提交的题为“Side Locking Insert and MaterialRemoval Tool with Same”的美国申请No.11/409,089中公开的侧面锁定刀片，该申请的全部内容在此通过引用并入。
图1中见到的材料移除刀具10的其他特征部包括在第一端22处的定界结构件，例如调节组件20，和在第二端26处的连接器24。当安装在机床上时，第一端22相对于机床是远端，而第二端26是用于连接到机床的配合端。其他特征部包括用于材料移除刀具10的组装和操作的各种开口、连接器和操纵器。
材料移除刀具10的第二端26处的连接器24连接到机床，例如HAASVF6铣床，以用于操作。连接器24可采用允许连接到期望的机床的任何合适的形式。在示范性实施方式中，连接器24具有锥形表面30，例如向后或朝近端26成锥形。过渡件32能可选地与连接器24一起被包括。过渡件32的示例包括用于与操作机器或储存系统相配合的至少一个部件。例如，过渡件32能包括圆周槽34。圆周槽34，或类似结构能提供用于将材料移除刀具10配合到旋转式储存系统的连接点，该旋转式储存系统在加工操作中用于储存多个材料移除刀具。在另一示例中，过渡件32能包括键槽36。键槽36，或类似结构能够在材料移除刀具被安装使用时提供与机床上的相应特征部的定向或配合。
图2是材料移除刀具10的示范性实施方式的示意图。在图2中，以侧视图显示了材料移除刀具10的外部，其中壳体18被隐藏以允许观察内部特征部。材料移除刀具10包括活塞头100，活塞头100在壳体18内部的致动室102中。平移杆104包括第一端，该第一端可操作地连接到活塞头100，以便当活塞头100平移时在第一位置和第二位置之间沿第一轴线106轴向平移(T)。平移杆能通过任何合适的装置，例如通过图2中显示的导引销101而连接到活塞头。活塞头100通过致动流体平移。致动流体经由通道108被供应到活塞头100之上方。致动流体可以是液体或气体。
在压力下，活塞头100之上方的致动流体克服偏压元件110的偏压力。偏压元件的示例包括：机械系统，例如弹簧、阻尼器、活塞和波纹管、弹性材料；以及非机械系统，例如可压缩流体和可压缩气体。能通过任何期望技术来实现偏压。例如，可使用机械偏压元件，例如图2中显示的弹簧。在示范性实施方式中，偏压元件被预加载，以施加力来朝材料移除刀具10的近端26偏压活塞头，但是也可构造相反的配置。图2还显示了内部冷却通路103，该内部冷却通路103通过心轴105供给和排放。
平移杆104在第二端处包括致动表面112。在示范性实施方式中，致动表面112具有锥体或截头体形状的外表面。致动表面112由硬的耐磨材料，例如硬质合金形成。在示范性实施方式中，虽然锥体或截头体被硬焊接到平移杆上，但是可使用任何合适的连接方式。致动表面可被抛光到期望的平滑度。对于致动表面，合适的平滑度约为(即，±10％)4RMS。
图2还显示了柔性安装的切削刀片16和固定安装的刀片14。在所示的示范性实施方式中，柔性安装的切削刀片16安装在柔性安装的卡头12中的凹槽的安置表面中，而固定安装的刀片14被直接固定地安装到壳体18中的凹槽的安置表面中。固定安装的切削刀片14的全部或一部分可被直接固定地安装到形成在壳体18中的安置表面中。柔性安装的卡头12位于槽114中并且其上安装有一个或多个切削刀片。切削刀片的切削表面(不管柔性安装或固定安装)都相对于材料移除刀具10的第一轴线106径向突出，但是每种类型的切削刀片突出到下面或超出壳体18的体积的程度可以是不同的，如此处进一步讨论的。
图3A和图3B是更详细示出致动表面112和柔性安装的卡头12的示范性实施方式的示意图。
转向致动表面112，所示的示范性实施方式具有连续的外周表面80，即致动表面112的至少一个径向截面是连续的且没有断开。图3A在(i)图示出这种连续外周表面80的截面。在另一示范性实施方式中，外周表面82是非连续的。当外周表面是非连续的时，致动表面112包括分离结构90，但分离结构90位于外周上或外周的突出92上，具有大致锥体或截头体形状。在一些方面，分离结构90的数量与独立致动的柔性安装的卡头的数量相同。图3A在(ii)图示出非连续外周表面82的截面。在另外的实施方式中，致动表面112为沿第一轴线106的某些轴向位置处的截面是连续外周表面80和沿第一轴线106的其他轴向位置处的截面是非连续外周表面82的组合。在存在连续外周表面的情况下，锥体或截头体的外表面具有360°的外周延伸，即总计占据360°的外周，如在径向截面中看到的。在存在非连续外周表面的情况下，锥体或截头体的外表面具有如下的外周延伸，即总计占据从约120°到少于360°的外周，可选地从约270°到少于360°，可选地从约120°到约300°，可选地从约120°到约180°，可选地从约150°到约180°，可选地从约150°到约300°，如在径向截面中看到的。作为外周延伸或非连续表面的示例，图3A在(iii)图示出并标示了外周延伸，其中外周延伸是外周部分A、B、C和D的角度和，即A+B+C+D＝外周延伸。
转向柔性安装的卡头12，例如图3B示范性示出的，柔性安装的卡头12在第一端通过任何合适的安装机构116，例如紧固件、帽螺钉、螺栓或螺钉而固定到壳体(未示出)。图2和图3描述了帽螺钉形式的安装机构116。而且，卡头能够可选地包括轴向定位装置，例如定位螺钉118，该定位螺钉118可被调节，以改变卡头在槽114中的轴向位置。
在柔性安装的卡头12的第二端，柔性安装的卡头12由推杆120接触或由推杆120可操作地接触，或者推杆120被安装到卡头12。尽管使用了术语销，但是推杆可采取任何几何形状，诸如例如弯曲几何形状，以及规则和不规则多边形形状。如图4A中径向截面(从图3B的截面A-A观察到的)所示，推杆120可相对于致动表面112沿第二轴线122径向平移(t)。推杆120的第一端126的面124以线性接触方式接触致动表面112。推杆120的第二端130的面128直接接触卡头12或通过例如接触销132可操作地接触卡头12。致动表面112沿平移杆104的轴向长度的轴向位置与推杆120可操作地接触柔性安装的卡头12的位置相对应。
在图4B的视图中，以侧视图显示了推杆120的第一端126。推杆120的第一端126的面124具有锥形表面，且推杆120的锥形表面和致动表面112上的互补表面之间的接触被更清楚示出。例如，推杆120的第一端126的面124具有与致动表面112的锥体或截头体形状相关的倾斜表面。当平移杆104平移(T)时，面124与致动表面112的轴向延伸长度保持线接触(当在径向截面观察时)，且推杆120平移(t)。推杆120的第二端130直接可操作地接触卡头12或通过中间结构，例如图4A显示的接触销132而可操作地接触卡头12。
如本文前面提到的，平移杆104包括第一端，第一端可操作地连接到活塞头100，以便当活塞头100平移时沿第一轴线106在第一位置和第二位置之间轴向平移(T)。图5A和图5B以及图6示意性示出了在材料移除刀具的示范性实施方式中处于第一位置(图5A和图5B)和第二位置(图6)中的平移杆。图7示出图5A、图5B和图6所示的材料移除刀具的示范性实施方式的截面图的部位，作为参考。图5A是截面A-A，而图5B和图6是截面B-B。
在图5A和图5B所示的第一位置中，示出了柔性安装的卡头的位置和固定安装的切削刀片的位置，无论是通过固定卡头安装的还是直接安装的。在图5A的示范性实施方式中，示出了直接安装到壳体18的固定安装的切削刀片14。固定安装的切削刀片14具有由直径D1表示的最外部径向延伸。切削刀片的最外部径向延伸一般是切削刀片的切削表面或切削刃。在图5B的示范性实施方式中，示出了安装在柔性安装的卡头12上的柔性安装的切削刀片16。
在平移杆104位于第一位置时，柔性安装的卡头12上的刀片16处于径向缩回位置(相对于当平移杆处于第二位置时它们的位置而言)。在径向缩回位置，柔性安装的卡头12上的刀片16具有由直径DF1表示的最外部径向延伸。直径D1大于壳体18本身的直径，且直径D1大于直径DF1，使得当材料移除刀具旋转以进行材料移除操作时，直径D1处的固定安装的切削刀片14能移除材料，而没有使直径DF1处的柔性安装的切削刀片16接触工件。直径DF1能为小于直径D1的任何值，包括大于壳体18的直径，与壳体18的直径相同或者小于壳体18的直径，或者可选择地，上述这些的组合，即不同柔性安装的卡头上的刀片可以可选地具有不同的直径DF1。
图6示出当平移杆104处于第二位置时柔性安装的切削刀片16的位置。在平移杆104位于第二位置时，柔性安装的卡头12上的刀片16处于径向伸出位置(相对于当平移杆处于第一位置时它们的位置而言)。在径向伸出位置，柔性安装的卡头12上的刀片16具有由直径DF2表示的最外部径向延伸。直径DF2大于直径D1，使得当材料移除刀具旋转以进行材料移除操作时，DF2处的刀片16能移除材料，而没有使直径D1处的刀片14接触工件。直径DF2能为大于直径D1的任何值。可选地，不同柔性安装的卡头上的刀片可以可选地具有不同的直径DF2。
图5A、图5B和图6还示出了平移杆104的与第一位置和第二位置相关的相对位置。在第一位置中，平移杆104与第一定界结构，例如图3所示的返回止挡件142接触，并且与第二定界结构，例如调节组件20间隔开。在第二位置中，平移杆104与第一定界结构间隔开，并且与第二定界结构，例如调节组件20的接触表面144接触。调节组件20的接触表面144可通过调节调节组件20移动。例如，转动滚花旋钮146使接触表面144沿第一轴线106移动，并且改变平移杆104的平移行进(T)的距离。在所示示范性实施方式中，返回止挡件142和调节组件20限制平移杆104的平移行进(T)的范围，但是可使用任何第一定界结构和第二定界结构。而且，第一定界结构和第二定界结构都是可调节的，两者都可固定，或者一个可调节，而另一个固定。尽管本文描述为返回止挡件，但是第一定界结构可为任何合适的结构。类似地，尽管本文描述为调节组件，但是第二定界结构可为任何合适的结构。而且，在没有返回止挡件和/或调节组件和/或其他合适特征件时，活塞移动所在的致动室的内壁可作为第一定界结构和/或第二定界结构中的一个或两个，以限制平移杆104的轴向运动。
使平移杆104在第一位置和第二位置之间平移改变在径向方向伸出最远的那组切削刀片。在第一位置，安置在柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从安置在固定安装的卡头上的凹槽中或固定安装的切削刀片的径向最外部表面径向向内。因此，只有安置在固定安装的卡头上的凹槽中或直接安装的切削刀片在操作中接触工件并移除材料。在第二位置，安置在柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从安置在固定安装的卡头上的凹槽中或直接安装的切削刀片的径向最外部表面径向向外。因此，只有安置在柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片在操作中接触工件并移除材料。这样，材料移除刀具能根据平移杆的致动状态使用不同类型的刀片。在一个示例中，安置在固定安装的卡头上的凹槽中或直接安装的切削刀片为半精加工刀片，而安置在柔性安装的卡头上的凹槽中的切削刀片为精加工刀片。
应理解，结合图5A、图5B、图6和图7示出和描述的实施方式仅是体现本文所公开原理的材料移除刀具的一个示例。可使用(a)带有切削刀片的柔性安装的卡头、(b)带有切削刀片的固定安装的卡头和(c)固定切削刀片组成的其他组合。而且，带有切削刀片的柔性安装的卡头、带有切削刀片的固定安装的卡头和固定切削刀片不必全都是相同类型，(a)、(b)和(c)中的任何一个上的切削刀片也不必全都在相同的时间操作来移除材料。另一示范性实施方式具有仅在柔性安装的卡头上的切削刀片或仅在一组柔性安装的卡头上的一组切削刀片。
在一些示范性实施方式中，材料移除刀具通常能被描述为具有作用部分和安装部分。再次参考图1的示范性实施方式，作用部分I在过渡线40处与安装部分II分离。过渡线40可与过渡件32一致，或者如所示，可处于材料移除刀具10的不同部位。在操作过程中，作用部分I靠近工件放置，或者例如在镗孔过程中，插入到工件的体积内，而安装部分II一般不被可操作地定位在工件的体积内。因而，只有作用部分I上的部位和部件可用于材料移除操作。在图1的示范性实施方式中，作用部分I具有大致规则形状，并且具有与安装部分II的直径不同的直径。对于具有规则形状的作用部分I，例如柱状，作用部分I任何位置的直径沿其轴向长度基本上不变，且材料移除刀具10的作用体积可被定义为由旋转的材料移除刀具基于作用部分I的直径占据的体积。对于不规则形状的作用部分，作用体积可定义为由旋转的材料移除刀具基于作用部分任意位置的最大直径占据的体积。当材料移除刀具的作用部分具有切削刀片且是沿作用部分的径向最外部表面时，则使用切削刀片的最外部表面的直径来确定作用体积。
鉴于作用体积的上述讨论，人们能理解，可与材料移除刀具一起使用的(a)带有切削刀片的柔性安装的卡头、(b)带有切削刀片的固定安装的卡头和(c)固定切削刀片组成的不同组合需要确定每个组合的作用体积。
例如，在材料移除刀具包括材料移除刀具的作用部分上的第一柔性安装的卡头和用于固定安装的切削刀片的至少一个固定安装部位的情况下，其中第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，当平移杆处于第一位置时，根据固定安装的切削刀片的径向最外部表面确定第一作用体积。当平移杆处于第二位置时，可根据柔性安装的切削刀片的径向最外部表面确定第二作用体积。在此示例中，第一柔性安装的卡头在平移杆处于第一位置时缩回，且在平移杆处于第二位置时伸出(或者弯曲)。上述至少一个固定安装部位可以是固定安装的卡头上的安置表面或者可以是直接在壳体上的安置表面，或者当多于一个固定安装部位时，可使用固定安装的卡头上的安置表面和直接在壳体上的安置表面这两者。
在另一示例中，在材料移除刀具包括材料移除刀具的作用部分上的第一柔性安装的卡头和材料移除刀具的作用部分上的第二柔性安装的卡头的情况下，其中第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，第二柔性安装的卡头包括用于第二切削刀片的至少一个安置凹槽，当平移杆处于第一位置时，根据安置于第二柔性安装的卡头上的第二切削刀片的径向最外部表面确定第一作用体积。当平移杆处于第二位置时，可根据第一柔性安装的切削刀片的径向最外部表面确定第二作用体积。在此示例中，第一柔性安装的卡头在平移杆处于第一位置时缩回，且在平移杆处于第二位置时伸出(或者弯曲)，而第二柔性安装的卡头在平移杆处于第二位置时缩回，且在平移杆处于第一位置时伸出(或者弯曲)。
在示范性实施方式中，柔性安装的卡头12可安装成在致动平移杆104下获得卡头12的期望的弯曲。例如，在一些实施方式中，卡头可包括图3所示的弯曲槽140。弯曲槽140位于卡头12的面向槽114的表面的表面上。当弯曲槽140将安装机构116例如帽螺钉与推杆120的第二端和卡头12及刀片接触的点或可操作接触的点分开时，则卡头更容易在具有刀片的那个端部径向弯曲。
刀片相对于弯曲槽、安装机构和推杆的第二端的接触点或可操作接触的点的位置提供额外的变量，该变量可通过刀具设计者调节，以实现刀片的可调节性。例如，如果刀片轴向地位于帽螺钉的轴向位置和推杆的轴向位置之间，那么刀片平移的径向距离将少于推杆的平移距离。这样的平移可被确定并且考虑。刀片的轴向位置的一个示例是，距帽螺钉的轴向位置的距离是从帽螺钉的轴向位置到推杆的轴向位置的分离距离的75％。
如前面所论述的，由卡头弯曲引起的卡头的返回力通过致动表面上的推杆施加了反向力。该反向力提供径向偏压力，以使平移杆居中，导向平移杆和/或引导平移杆。径向偏压力有助于重复致动约(±10％)1μm。换句话说，材料移除刀具的重复致动使柔性安装的卡头径向向外移动，移动距离为在随后致动时在期望的行进距离的约(±10％)1μm内。
图3和图4A示出具有四个柔性安装的卡头的材料移除刀具。但是，可使用任何数量的柔性安装的卡头，例如2个或更多、3个或更多、5个或更多、6个或更多、7个或更多等等。而且，图3和图4A示出具有以相等径向间隔围绕平移杆径向分布的柔性安装的卡头的材料移除刀具，其中间隔基于例如柔性安装的卡头的数量。例如，对于四个卡头，每个卡头分开90°(即360°/4)。但是，不必是相等的径向间隔，只要提供给平移杆径向偏压力的反向力径向平衡即可。如对于四个卡头的可选示例，柔性安装的卡头可位于以下径向位置：30°、150°、210°和330°。图8示出具有五个柔性安装的卡头和五个直接安装的刀片的材料移除刀具10的另一示范性实施方式的第一端22。
再次参考图2，示出了限制平移杆104的运动的几个特征件。例如，示出了第一定界结构，例如返回止挡件142。而且，例如，示出了第二定界结构，例如调节组件20。在另一示例中，示出了在平移杆104上的轴向槽中的旋转键150。旋转键150允许平移杆104沿第一轴线106平移运动(T)，但限制或防止平移杆104围绕第一轴线106旋转运动。旋转键150是可选的。
图9和图10示出调节组件20的示范性实施方式。调节组件20包括滚花旋钮146或其他合适的操纵点，通过其的操纵，移动接触面144，产生第二定界结构的正面止挡动作。螺纹连接件152在滚花旋钮146和接触面144之间延伸。注意，接触面可结合到螺纹连接件中，或者为螺纹连接件的表面。
螺纹连接件152穿过调整件160。调整件160为柔性和/或柔顺元件，并提供对螺纹连接件移动的阻力，包括无意的运动。用于调整件160的合适材料的示例是尼龙。调整件160具有螺纹中心开口162以接纳螺纹连接件152。在组装过程中，调整件从基座154后退以提供空间。注意，当后退时，调整件160可在螺纹连接件152上旋转。为了适应旋转的各种度数并因此适应从基座154间隔开的不同尺寸，包括了朝向调整件160的外周的多个孔164。这些孔164可容纳用于调节组件20的安装装置，例如螺栓156。当调节组件20安装到壳体18时，调整件160和基座154之间的空间在外周上闭合，但螺纹中心开口162区域的空间保留。所引起的调整件160的变形在螺纹连接件152上产生抵抗旋转的力。变形的量，且因此抵抗旋转的力的量与在调整件160从基座154后退的过程中提供的空间的量几乎成正比。
由调整件160的变形提供的抵抗旋转的力与由平移杆104接触调节组件20的接触面144所施加的力方向相同。因此，当致动平移杆104时存在为零或几乎为零的后冲力，且柔性安装的卡头12的致动高度可重复，且由调节组件20进行的调节是高度精确的。这些属性有助于安装在柔性安装的卡头12上的刀片16在处于径向伸出位置时提高定位并定位精确，使用所公开特征的材料移除刀具已经被在1μm内的径向位置重复致动超过5000次。
图11和图12示意性示出图9和图10所示的调节组件20的示范性实施方式的操纵。操纵连接器202包括抓取元件204。操纵连接器202安装在材料移除刀具10的可达到位置内。机床可移动材料移除刀具10以将调节组件20的操纵部位放入抓取元件204内，之后，抓取元件204闭合。抓取元件204保持操纵部位固定，同时机床操作，使材料移除刀具10旋转准确的度数，以产生调节组件20的接触面144的因而发生的平移。该平移能初始定位或者随后重新定位定界结构，例如接触面144。可通过相似系统或任何其他合适的系统来操纵其他可调节的定界结构。
可使用用本文公开的材料移除刀具从工件移除材料的各种方法。例如，在通过材料移除刀具插入工件或者与工件第一次接触时，作为第一柔性安装的切削刀片安装的切削刀片、作为固定安装的切削刀片安装的切削刀片或者作为第二固定安装的切削刀片安装的切削刀片可操作，从工件移除材料。随后，在没有任何进一步的材料移除时，可移除材料移除刀具，或者可选地，致动材料移除刀具，将选自第一柔性安装的切削刀片、作为固定安装的切削刀片安装的切削刀片或者作为第二固定安装的切削刀片安装的切削刀片的一个不同切削刀片放置在某一位置，以便在取出或第二次接触时从工件移除材料。在没有任何进一步的材料移除时移除材料移除刀具的情形中，可将材料移除刀具致动，使其远离工件，以将选自第一柔性安装的切削刀片、作为固定安装的切削刀片安装的切削刀片或者作为第二固定安装的切削刀片安装的切削刀片的一个不同切削刀片放置在某一位置，以便在随后插入或第二次接触时从工件移除材料。这些不同方法可使用柔性安装的切削刀片与(a)固定安装的切削刀片或(b)其他柔性安装的切削刀片组成的任何组合。在此提供了几个非限制性示例。
用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的示范性方法包括在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一固定安装的切削刀片接触。这里，第一固定安装的切削刀片的最外部表面的直径限定了第一作用体积。致动材料移除刀具，使安装在材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的安置凹槽中的第二切削刀片的一部分径向移动到第一作用体积外。在示范性实施方式中，致动材料移除刀具使得平移杆从第一位置轴向平移到第二位置。随后，在第二方向平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第二切削刀片接触。在示范性实施方式中，第一方向是将材料移除刀具插入孔内，而第二方向是从孔取出材料移除刀具。
用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的另一示范性方法包括致动材料移除刀具，使材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到材料移除刀具的作用体积外。在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一柔性安装的切削刀片接触，并同时使工件与材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触。将第一固定安装的切削刀片在第一方向上从第一柔性安装的切削刀片轴向向前地定位，且第一固定安装切削刀片的最外部表面的直径限定了第一作用体积。这通常导致轴向向前的第一固定安装的切削刀片首先移除材料到第一深度，随后第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片第二次移除材料到第二深度，第二深度大于第一深度。因此，轴向向前的第一固定安装的切削刀片可以是粗加工刀片，而第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片可以是精加工刀片。
在第一方向平移之后，致动材料移除刀具，从第一作用体积径向向内移动第一柔性安装的切削刀片。随后，在第二方向上平移旋转的材料移除刀具，且第一固定安装的切削刀片和第一柔性安装的切削刀片都不与工件接触，工件具有精加工表面并且没有任何取出印迹。
用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的另一示范性方法包括在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触。第一固定安装的切削刀片的最外部表面的直径限定了第一作用体积。随后，在第二方向上平移旋转的材料移除刀具。一般地，通过在第二方向上的平移来从工件区域移除材料移除刀具。随后，致动材料移除刀具，使柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第一作用体积外。然后，在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一柔性安装的切削刀片接触，这之后，致动材料移除刀具，使第一柔性安装的切削刀片径向移动到第一作用体积内，并在第二方向上平移旋转的材料移除刀具。一般地，通过在第二方向上的平移来从工件区域移除材料移除刀具。
用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的另一方法包括致动材料移除刀具，使第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第二柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片外。随后，在第一方向上平移旋转的材料移除刀具，同时使工件与第一固定安装的切削刀片接触，这之后，致动材料移除刀具，使第二柔性安装的卡头的第二柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片外，并且在第二方向上平移旋转的移除材料移除刀具。
在一些示范性方法中，在材料移除刀具的一次插入或一次接触循环中形成了工件的精加工表面；在其他示范性实施方式中，在材料移除刀具的一次插入和取出循环或一次接触和移除循环中形成了材料的精加工表面；在另一些示范性实施方式中，在材料移除刀具的多于一次的插入和取出循环或多于一次的接触和移除循环中形成了工件的精加工表面。在一些实施方式中，精加工表面没有任何取出印迹，包括没有压痕或刮擦。
对通过此处公开的材料移除刀具形成的表面进行了检查。图13示出了通过材料移除刀具的示范性实施方式形成的内径表面的截面图。该图是在用具有五个柔性卡头的材料移除刀具在双金属工件中加工孔之后使用坐标测量机检查的过程中得到的。如图13所示，内径表面300为大体圆形，完全包含在通过第一定界圆周302和第二定界圆周304形成的假想圆柱内，第一定界圆周302和第二定界圆周304分开微米级的距离(Δ)，可选地小于3微米，可选地小于1.5微米。应注意，内径表面的这种变化在使用镗孔刀具的应用的公差内，且等于或小于这些表面的当前变化。
在图13中，大体圆形的内径表面300以规则或形成图案的方式在分开距离Δ内变化。即，内径表面300具有朝第一定界圆周302延伸的正凸起310，每一个正凸起310由朝第二定界圆周304延伸的负凸起312分开，这些是相对于第一定界圆周302和第二定界圆周304之间的公称中心圆周(未显示)来说的。在一方面中，圆形的内径表面300以这样的图案变化，其中正凸起310的数量是柔性安装的卡头的数量的倍数。在图13中，有五个正凸起310，每个正凸起310定中在点314，这个点近似与五角星的点一致。当然，可通过改变柔性安装的卡头的数量实现正凸起的不同数量和那些正凸起的不同几何布置。
尽管提到的内径表面的变化在使用镗孔刀具的应用的公差内，但是，在一些情形，变化小于这些表面的当前变化，人们可以通过改变材料移除刀具的平移杆以包括一支撑件来减少或缩减提到的变化。例如，可将材料移除刀具的平移杆改变成包括位于平移杆的轴向中点和平移杆的远端之间的第二端处的一支撑件，轴向上在致动表面之前或之后，例如，在致动表面的轴向中心侧或在致动表面的轴向远端侧，或者两者的组合。支撑件响应于利用位于致动的柔性卡头上的刀片来加工的过程中的退回(push-back)而减少或消除平移杆的弯曲。
图14示出平移杆的第二端处的支撑件的示范性实施方式。在图14的放大视图中，示出材料移除刀具422的第二端420具有从其延伸的平移杆424。平移杆424的第二端426和致动表面428在图14的视图中可见。在所示示范性实施方式中，支撑件430包括分布在内环434和分离机构436之间的多个轴承432。轴承432可以是任何合适的类型，包括滚珠轴承、滚柱轴承、锥形滚柱轴承、滚针轴承或球形滚柱轴承。内环可与平移杆为一整体，或者可以是连接到平移杆的分离结构。而且，包括轴承432的支撑件430可结合有合适的机构来分开轴承，例如隔离罩，和/或可使用外环。当存在时，分离机构、隔离罩和/或外环可为分离部件或可为整体结构。
图15示出图14所示的支撑件的示范性实施方式的组装视图。在图15中，平移杆424的示范性布置，分离机构436以干涉配合被定位在平移杆424上，并且与位于内环434中的轴承432分开并保持轴承432。
图14包括材料移除刀具422的第二端420处的调节组件440。调节组件440可基本上是如此处结合图1-2、图3B、图5A、图5B、图6-7和图9-12示出和描述的，并且包括例如接触面(在图14中不可见)、滚花旋钮442、调整件444和用于调节组件440的安装装置，例如螺栓446。尽管此处描述为调节组件，但是可以使用任何合适的第二定界结构，如本文前面提到的。
支撑件430的示范性实施方式可结合到本文示出和描述的材料移除刀具的任何实施方式中，例如包括结合图1和图2示出和描述的材料移除刀具。
减少用材料移除刀具形成的孔的内径表面的径向位置的变化的示范性方法包括将支撑件结构定位在平移杆的第二端。在示范性实施方式中，支撑件包括分布在内环和分离机构之间的多个轴承。支撑件结构的示例是此处结合图14和图15公开和描述的支撑件结构。
尽管结合本发明的优选实施方式进行了描述，但是本领域技术人员应理解，可以进行未具体描述的添加、删除、修改以及替换，而不会偏离所附权利要求书中所界定的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种材料移除刀具，包括：
壳体，其在配合端包括连接器；
活塞头，其位于所述壳体内部的致动室内；
平移杆，其包括致动表面；以及
第一柔性安装的卡头，其位于所述材料移除刀具的作用部分上，且所述第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，
其中所述平移杆包括第一端，所述第一端可操作地连接到所述活塞头，以便当所述活塞头平移时在第一位置和第二位置之间轴向平移，
其中在所述第一位置中，所述作用部分具有第一作用体积，且安置在所述第一柔性安装的卡头上的所述安置凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从所述第一作用体积径向向内，
其中在所述第二位置中，安置在所述第一柔性安装的卡头上的所述安置凹槽中的所述切削刀片的所述径向最外部表面从所述第一作用体积径向向外，并且
其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应。
2.如权利要求1所述的材料移除刀具，其中所述材料移除刀具包括用于固定安装的切削刀片的至少一个固定安装部位，其中基于所述固定安装的切削刀片的径向最外部表面来确定所述第一作用体积。
3.如权利要求1或2所述的材料移除刀具，包括位于所述材料移除刀具的作用部分上的第二柔性安装的卡头，所述第二柔性安装的卡头包括用于第二切削刀片的至少一个安置凹槽，其中基于安置在所述第二柔性安装的卡头上的所述第二切削刀片的径向最外表面来确定所述第一作用体积。
4.如权利要求1、2和3中的任一项所述的材料移除刀具，包括至少两个柔性安装的卡头，
其中所述至少两个柔性安装的卡头具有相关联的推杆，
其中所述至少两个柔性安装的卡头产生径向向内推动所述相关联的推杆的力，且
其中所产生的力被平衡，使所述平移杆在所述材料移除刀具中处于中心。
5.如权利要求1、2、3和4中的任一项所述的材料移除刀具，其中所述锥体或截头体的外表面在径向截面图中与多于一个的推杆进行线接触，所述推杆中的每一个推杆与所述多个柔性安装的卡头中的不同的一个卡头相关联。
6.如权利要求1、2、3、4和5中的任一项所述的材料移除刀具，包括第一定界结构和第二定界结构，其中所述第二定界结构是可调节的正止挡件，其中所述可调节的正止挡件限制所述平移杆在第一方向上的轴向运动。
7.如权利要求1、2、3、4、5和6中的任一项所述的材料移除刀具，包括位于所述平移杆的第二端处的支撑件。
8.如权利要求7所述的材料移除刀具，其中所述支撑件包括分布在内环和分离机构之间的多个轴承。
9.一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的方法，所述方法包括：
在第一方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使所述工件与第一固定安装的切削刀片接触，其中在所述第一固定安装的切削刀片的最外部表面处的直径限定了第一作用体积；
致动所述材料移除刀具，使安装在所述材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的安置凹槽中的第二切削刀片的一部分径向移动到所述第一作用体积外；以及
在第二方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使所述工件与所述第二切削刀片接触，
其中致动所述材料移除刀具使得平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，
其中所述平移杆包括致动表面，并且
其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应。
10.一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的方法，所述方法包括：
致动所述材料移除刀具，使第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到第二柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片外；
在第一方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使工件与所述第一固定安装的切削刀片接触；
致动所述材料移除刀具，使所述第二柔性安装的卡头的第二柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到所述第一柔性安装的卡头的所述第一柔性安装的切削刀片外；以及
在第二方向上平移所述旋转的材料移除刀具，其中致动所述材料移除刀具使得平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，
其中所述平移杆包括致动表面，并且
其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应。
11.一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的方法，所述方法包括：
致动所述材料移除刀具，使所述材料移除刀具的第一柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到所述材料移除刀具的作用体积外；
在第一方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使工件与所述第一柔性安装的切削刀片接触，并且同时使工件与所述材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触，其中所述第一固定安装的切削刀片在第一方向上从所述第一柔性安装的切削刀片轴向向前地定位，并且其中在所述第一固定安装的切削刀片的最外部表面处的直径限定了第一作用体积；
致动所述材料移除刀具，使所述第一柔性安装的切削刀片从所述第一作用体积径向向内移动；以及
在第二方向上平移所述旋转的材料移除刀具，
其中致动所述材料移除刀具，使平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，
其中所述平移杆包括致动表面，并且
其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应。
12.一种用旋转的材料移除刀具从工件移除材料以形成孔的方法，所述方法包括：
在第一方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使工件与所述材料移除刀具的第一固定安装的切削刀片接触，其中在所述第一固定安装的切削刀片的最外部表面处的直径限定了第一作用体积；
在第二方向上平移所述旋转的材料移除刀具；
致动所述材料移除刀具，使柔性安装的卡头的第一柔性安装的切削刀片的一部分径向移动到所述第一作用体积外；
在第一方向上平移所述旋转的材料移除刀具，同时使工件与所述第一柔性安装的切削刀片接触；
致动所述材料移除刀具，使所述第一柔性安装的切削刀片径向移动到所述第一作用体积内；以及
在第二方向上平移所述旋转的材料移除刀具，
其中致动所述材料移除刀具使得平移杆从第一位置轴向平移到第二位置，
其中所述平移杆包括致动表面，并且
其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应。
13.如权利要求10、11和12中的任一项所述的方法，其中所述方法在以下循环中形成所述孔的精加工表面：(i)所述材料移除刀具的一次插入-取出循环，(ii)所述材料移除刀具的一次插入循环，或者(iii)所述材料移除刀具的两次插入-取出循环，并且其中所述精加工表面没有任何取出印迹。
14.一种减小用材料移除刀具形成的孔的内径表面的径向位置的变化的方法，所述材料移除刀具包括：平移杆，其包括致动表面；以及第一柔性安装的卡头，其位于所述材料移除刀具的作用部分上，且所述第一柔性安装的卡头包括用于切削刀片的至少一个安置凹槽，其中所述平移杆在第一位置和第二位置之间轴向平移，其中在第一位置中，所述作用部分具有第一作用体积，且安置在所述第一柔性安装的卡头上的所述安置凹槽中的切削刀片的径向最外部表面从所述第一作用体积径向向内，其中在第二位置中，安置在所述第一柔性安装的卡头上的所述安置凹槽中的所述切削刀片的所述径向最外部表面从所述第一作用体积径向向外，并且其中所述致动表面包括锥体或截头体，其中所述锥体或截头体沿所述平移杆的长度的轴向位置与推杆的可操作地接触所述第一柔性安装的卡头的位置相对应，所述方法包括：
将一支撑件结构定位在所述平移杆的第二端。
15.如权利要求14所述的方法，其中支撑件包括分布在内环和分离机构之间的多个轴承。
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