CN102202824A - 翻转夹头和具有该翻转夹头的材料移除刀具 - Google Patents

Abstract

公开了一种材料移除刀具(10)，该材料移除刀具具有安装在作用部分(I)上的多个夹头(14)，其中安装在所述多个夹头(14)的每一个夹头中的多个安置构件(18)绕轴线在缩进位置和伸展位置之间枢转。替代性实施例具有单个可枢转的安置构件(18)。所述可枢转延伸的安置构件(18)操作成以剪刀式运动伸缩，并且能够实现紧凑且高效的机加工操作，特别地是用于曲轴轴承支架的机加工操作。

Description

翻转夹头和具有该翻转夹头的材料移除刀具

技术领域

本公开涉及一种诸如直杆式刀具的材料移除刀具，该材料移除刀具具有以可枢转的方式容纳一对切削刀片的夹头，所述切削刀片在施加于夹头的偏压力的作用下枢转到切削位置(例如，通过由致动流体直接或间接施加的力)。

背景技术

在下面的背景技术的论述中，参考了某些结构和/或方法。然而，以下参考不应当被解释为承认这些结构和/或方法构成现有技术。本申请人明确保留证明这种结构和/或方法不取得现有技术的资格的权利。

容纳切削刀片的常规伸缩(flexing)夹头被用于调节(伸展和缩进)材料移除刀具上的切削刀片的径向位置。这些夹头典型地被锚固在伸长主体的一个端部，以允许在非锚固端部的伸缩。切削刀片安装到非锚固端部并且因此可以通过偏压夹头以伸缩/不伸缩而被径向地重新定位。锚固位置和夹头的长度有助于切削刀片的伸缩和径向位移的量。为实现较大的径向位移，通常使用较大的伸缩。

发明内容

示例性材料移除刀具包括：外壳主体，该外壳主体包括安装部分和作用部分；安装在材料移除刀具的作用部分上的多个夹头；和安装在多个夹头的每一个夹头中、以绕轴线在缩进位置和伸展位置之间枢转的多个安置构件，所述多个安置构件包括具有用于切削刀片的安置表面的凹处。

利用旋转的材料移除刀具从工件去除材料的示例性方法包括：将材料移除刀具的作用部分插入到工件的孔中；把待机加工的工件的表面布置成在径向上接近安装在夹头中的多个安置构件的枢转轴线，夹头则安装在材料移除刀具的作用部分上；致动多个安置构件以将多个安置构件枢转到伸展位置；沿第一轴向平移旋转的材料移除刀具，以使该表面与安装在多个安置构件的第一个的凹处中的第一切削刀片接触；和沿第二轴向平移旋转的材料移除刀具，以使该表面与安装在多个安置构件的第二个的凹处中的第二切削刀片接触。

公开的材料移除刀具可增加切削刀片的密度(每个夹头的切削刀片的数量或刀具的单位轴向长度上的切削刀片的数量)并且因此通过每个孔使用多个刀片而能够同时切削多个孔。

将理解，上述概括描述和以下详细描述是示例性且说明性的，并且意图提供如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，在附图中，类似附图标记指代类似元件，并且其中：

图1是材料移除刀具的示例性实施例的示意图；

图2是图1的材料移除刀具的示例性实施例的示意图，示出一些内部部件的布置；

图3是一些内部部件的布置结构的放大视图；

图4是具有可枢转安置构件的夹头的顶视平面图；

图5是具有可枢转安置构件的夹头的分解透视图；

图6A和6B是具有可枢转安置构件的夹头的侧视平面图，示出处于缩进位置(图6A)和处于伸展位置(图6B)的安置构件(和相关联的切削刀片)；

图7A到7C示出在机加工工件时的用于可枢转安置构件(和相关联的切削刀片)的不同操作位置；

图8是具有夹头的替代性示例性实施例的材料移除刀具的示例性实施例的示意图，且夹头具有单个可枢转安置构件。

具体实施方式

图1是材料移除刀具10的示例性实施例的示意图。材料移除刀具10包括外壳主体12且包括沿轴向长度定位于封闭凹处16中的多个夹头14。在优选实施例中，在大体上相同轴向位置处的夹头14径向上彼此相对，形成一种有助于在操作期间平衡材料移除刀具上的切削力的布置结构。所述多个夹头14包括多个可枢转安置构件18。可枢转安置构件18包括具有用于切削刀片24的安置表面22的凹处20。合适的切削刀片可以为任何类型，例如铣削刀片、车削刀片、镗孔刀片。合适的切削刀片的一个示例性实施例是美国申请公开No.2007/0245535中公开的侧锁定切削刀片，该申请公开的全部内容通过引用并入这里。安装在任何一个夹头中的多个安置构件18的每一个安置构件的凹处20中的切削刀片24可以为相同类型或者可以为至少两种不同类型。此外，安装在任何一个夹头中的多个安置构件18的每一个安置构件的凹处20中的切削刀片24可以执行不同切削操作，即半精加工切削操作和精加工切削操作。

图1中可见的材料移除刀具10的其它特征包括第一端部28处的定界结构(诸如调节组件26)和在第二端部32处的连接器30。当安装在机床上时，第一端部28是相对于机床的远端并且第二端部32是用来连接到机床的配合端部。外壳主体12中的槽34被布置成接近第一端部28。槽34与用于支撑的旋转衬套(未示出)配合。在操作期间，衬套与材料移除刀具10一起旋转，并且在材料移除刀具10和衬套之间没有相对运动。其它特征包括用来组装和操作材料移除刀具10的各种开口、连接器和操纵器。

材料移除刀具10的第二端部32处的连接器30连接到机床(诸如HAAS VF6铣床)以便操作。连接器30可采用允许连接到希望的机床的任何合适形式，例如连接到机床的心轴的任何合适形式。在示例性实施例中，连接器30具有锥形表面36，例如，向后或向着第二端部32成锥形。过渡件38可以可选地被包括于连接器30。过渡件38的例子包括用来配合到操作机器或配合到存储系统的至少一个特征。例如，过渡件38可以包括周向凹槽40。周向凹槽40或类似结构可提供连接点，以便将材料移除刀具10配合到机加工操作中用以存储多个材料移除刀具的转盘式存储系统。在另一例子中，过渡件38可包括键槽42。当材料移除刀具被安装使用时，键槽42或类似结构可提供定向或者提供与机床上的对应的特征的配合。

材料移除刀具可以大体上被描述为具有作用部分和安装部分。再次参考图1的示例性实施例，作用部分I在过渡线44处与安装部分II分离。过渡线44可以与过渡件38重合，或者如示出的，可以处于材料移除刀具10的不同部位。多个夹头14安装在材料移除刀具的作用部分I上。在操作期间，作用部分I放置成靠近工件或者例如在镗孔期间插入到工件的体积中。安装部分II通常未操作地布置在工件的体积内。因此，仅仅作用部分I上的部位和特征可用于材料去除操作。

在图1的示例性实施例中，作用部分I具有大体上规则的形状(例如柱形)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(诸如柱形)的作用部分I，作用部分I的任何点处的直径沿其轴向长度大体上恒定，并且材料移除刀具10的作用体积可以被定义为旋转的材料移除刀具基于作用部分I的直径所占据的体积。对于不规则地成形的作用部分，作用体积可以被定义为旋转的材料移除刀具基于作用部分的任何点处的最大直径所占据的体积。当材料移除刀具的作用部分具有切削刀片并且是沿作用部分的在径向上最向外的表面时，则切削刀片的最外表面处的直径用于确定作用体积。

图2是图1的材料移除刀具的示例性实施例的示意图，示出一些内部部件的布置结构。在图2中，未示出材料移除刀具10的外部，以便允许观察内部特征。材料移除刀具10包括致动主体100，在该致动主体中，活塞头102在内部布置在致动室(未示出)中。平移杆104包括第一端部，该第一端部连接到活塞头102操作，以当活塞头102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)。平移杆104可以通过任何合适装置来连接到活塞头102。活塞头102通过致动流体平移。致动流体通过内部通道在活塞头102上方进行供给并且从活塞头的下方排出(反之亦然)，该内部通道通过心轴被供给和排出。致动流体可以是液体或气体。在示例性实施例中，致动流体是液体，并且在一些实施例中可以是还被材料移除刀具10用作冷却剂的液体。

在压力作用下，活塞头102上方的致动流体克服偏压元件的偏压力。在示例性实施例中，偏压元件被预加载，施加力，以向着材料移除刀具10的第二端部32偏压活塞头，但是也可以构造相反的布置结构。偏压元件的例子包括机械系统，诸如弹簧、阻尼器、活塞和波纹管、弹性材料，以及包括非机械系统，诸如可压缩流体和可压缩气体。偏压可以通过任何希望的技术实现。例如，能够使用诸如弹簧的机械偏压元件。

平移杆104包括第二端部处的致动表面108或沿平移杆104轴向间隔开的多个致动表面108。在示例性实施例中，致动表面108具有外表面，该外表面具有锥体或平截头体的形状。致动表面108由硬的、耐磨的材料(诸如硬质合金)形成。在示例性实施例中，致动表面108在平移杆上，但是也可以使用任何合适连接装置。致动表面可以被抛光到希望的光洁度。用于致动表面的合适光洁度是大约(即±10％)4RMS。

图2中还示出了多个夹头14。多个夹头14通过任何合适的安装机构110(诸如紧固件、帽螺钉、螺栓或螺钉)被固定在外壳主体(未示出)中。夹头14自身相对于外壳主体12被固定地安装。然而，安置构件18可绕轴线112枢转。安置构件18的枢转由通过接触推动销114的致动表面108操作的平移杆104的平移来致动。虽然使用了术语“销”，但推动销可以呈任何几何形状，例如，弯曲的几何形状，和规则和不规则的多边形形状。致动表面108具有沿设定轴向距离可变的半径。在致动表面108相对于推动销114运动时，推动销114的端部沿第二轴线的径向位置与致动表面108的可变半径关联地改变。然后，推动销114的端部的径向位置的这种改变直接地或间接地改变可枢转安置构件18的位置或产生对可枢转的安置构件18起作用的力。因此，在活塞头平移时随着平移杆在第一位置和第二位置之间轴向平移，多个安置构件从第一位置(即缩进位置)向第二位置(即伸展位置)移动。在图2中，以与安置构件18离开的关系示出切削刀片24，以便示出凹处20。

参考图3，图3是一些内部部件的布置结构的放大视图，夹头14、安置构件18、轴线112、平移杆104、致动表面108和推动销114的相对位置可以被更清楚地观察到。例如，安置构件18的每一个安置构件具有单独的推动销114。安置构件18中的调节螺钉116从安置构件向内突出并且具有与推动销114的端部接触的端部。这样，调节螺钉116可用于细微调节安置构件18的径向位置。多个定位销120被示出为绕平移杆104周向分布。这些定位销120可用于支撑和对中平移杆104。

参考夹头14，诸如在图4中的顶视平面图中示例性地示出的，夹头14包括具有腔202的主体200，可枢转的安置构件18以可移除的方式安装在该腔中。腔202在夹头14的两侧上开口，以方便制造和组装，但其它实施例可取决于设计而具有朝一侧、三侧或更多侧开口的腔。如图4中看到的，可枢转的安置构件18共享共同的枢转轴线204。然而，可枢转的安置构件18可以替代性地具有不同枢转轴线。这里，通过可枢转的安置构件的每一个安置构件与轴线204的仅仅一部分协作来枢转，可枢转的安置构件18共享共同的枢转轴线204。如图4中看到的，可枢转的安置构件18在轴线204的区域中仅仅是半宽度，使得可枢转安置构件18沿轴线204彼此相邻堆叠。在图4的实施例中，闭合板206连接到主体200并且辅助布置了可枢转安置构件18和相关联的枢转轴线204。此外，闭合板206具有开口208，以允许安装、转位和更换凹处20中的切削刀片。在一个示例性实施例中并且如图6A和6B的侧视平面图中看到的，开口208类似于开垛口，但可以使用允许接近凹处20的任何合适的几何形状的开口208。

夹头14能够可选地包括用于轴向和径向布置这两者的调节特征。例如，夹头可包括轴向定位装置，诸如定位螺钉210，可以调节该轴向定位装置以改变夹头14在封闭凹处16中的轴向位置。封闭凹处16为夹头14提供安装机构，这使最大量的外壳主体完好留下，从而根据外壳主体的质量提供刚性和强度。如果外壳主体充分大且/或具有足够的质量，从而获得了希望的刚性，则也可以使用非封闭凹处。类似的径向定位装置也能够使用。关于可枢转安置构件18的径向调节，参考调节螺钉116，该调节螺钉先前被示出和描述过并且在图4和5中被更清楚地示出。

图5是具有可枢转安置构件18的夹头14的分解透视图。除了先前示出和描述的夹头14的特征外，图5也示出：偏压元件212，该偏压元件作用在单个安置构件18的端部表面214上以朝向缩进位置偏压安置构件18；和轴销216，安置构件18绕该轴销枢转，并且更清楚地示出调节螺钉116和具有安置表面22的凹处20(为了清楚起见，没有标出第二安置构件18上的凹处和安置表面)。

图6A和6B示出处于缩进位置(图6A)和处于伸展位置(图6B)的安置构件18(和相关联的切削刀片24)。在缩进位置中(图6A)，偏压构件(诸如绕轴线布置的扭力弹簧或被布置成在安置构件的表面上以杠杆方式操作的轴向弹簧)将安置构件18偏压在缩进位置中。在伸展位置中(图6B)，安置构件18已经通过推动销114的操作而径向向外运动并且以剪刀状运动(M)向着彼此向内枢转，该推动销接触调节螺钉116并且通过平移杆104的致动表面108的径向位置的改变而向外径向运动。安置构件18在缩进和伸展位置之间的枢转可以是同时进行的或者是顺序进行的，并且可以基于平移设备诸如平移杆和致动表面的设计和操作来控制枢转。缩进位置和伸展位置之间的典型的径向差是大约数毫米，例如，1至3毫米或大约1.5毫米。此外，任何一个夹头14中的安置构件18在缩进或伸展位置中不必处于相同径向距离。

图7A到7C示出当机加工工件时用于可枢转安置构件(和相关联的切削刀片)的不同操作位置。在示出的例子中，工件300是曲轴轴承支架并且以局部视图被示出；类似地，仅仅示出材料移除刀具10的一部分。

图7A示出用来从工件去除材料的开始位置。材料移除刀具10的作用部分插入到工件300的孔中。相对于工件布置作用部分，以将待机加工的工件的表面302布置成在径向上靠近安装在夹头中的多个安置构件18的枢轴轴线204地布置，该夹头安装在材料移除刀具的作用部分上。因为示出的夹头安装在封闭的凹处中，因此夹头在图7A到图7C的视图中不可见。如图7A视图中看到的并且对于该材料去除操作，任何一个夹头中的两个切削刀片24处于初始缩进位置并且位于工件300的相对侧上。在缩进位置中，切削刀片24的最外表面处于离开安置构件18的表面的距离d₁处(见图6A)。

然后，多个安置构件被致动，以枢转到伸展位置并且旋转的材料移除刀具沿第一轴向T₁平移。在伸展位置中，切削刀片24的最外表面处于离开安置构件18的表面的距离d₂处(见图6B)，其中d₂大于d₁。这个运动使安装在多个安置构件的第一个的凹处中的伸展的切削刀片24与待机加工的工件的表面302接触并且去除一些材料。图7B示出安置构件处于伸展位置并且沿第一轴向平移该工具之后的材料移除工具，即完成第一机加工操作时的材料移除刀具。

随后，材料移除刀具沿第二轴向T₂轴向平移。这个运动使安装在多个安置构件的第二个的凹处中的伸展的切削刀片24与待机加工的工件的表面302接触并且去除一些材料。图7C示出安置构件处于伸展位置并且沿第二轴向平移该工具之后的材料移除刀具，即在完成第二机加工操作的材料移除刀具。

因为安装在多个安置构件的第二个安装构件的凹处中的切削刀片的径向位置大于安装在多个安置构件的第一个安置构件的凹处中的切削刀片的径向位置，因此第一切削操作去除一些材料并且第二切削操作去除更多的材料。此外，不同切削操作允许使用不同类型的切削刀片。例如，安装在多个安置构件的第一个安置构件的凹处中的切削刀片可以是半精加工切削刀片，而安装在多个安置构件的第二个安置构件的凹处中的切削刀片可以是精加工切削刀片。上述方法在材料移除刀具的一个行程(即，前进行程和返回行程)中形成孔的精加工表面。

已经描述了上述第一切削操作和第二切削操作，其中多个安置构件伸展一次且缩进一次。在这种操作中，在沿第一轴向的平移和沿第二轴向的平移期间，第一切削刀片24可能接触待机加工的工件的表面302。在返回行程期间，这能够引起不希望的切削缺陷。作为替代方案，可以多次致动安置构件。例如，在沿第一轴向平移旋转的材料移除刀具之后并且在使上述表面与第二切削刀片接触之前，优选地在沿第二轴向的平移开始之前，致动多个安置构件，使多个安置构件枢转到缩进位置。这使第一切削刀片从工件的表面脱离接合或者使第一切削刀片不可能接触工件的表面。然后，旋转的材料移除刀具沿第二轴向部分地平移以将第一切削刀片移动过工件，并且再致动多个安置构件，以将多个安置构件枢转到伸展位置。然后，完成沿第二轴向的平移，其中安装在多个安置构件的第二个的凹处中的切削刀片24接触待机加工的工件的表面302并且去除一些材料。

在完成切削操作之后，致动多个安置构件，将多个安置构件枢转到缩进位置，并且材料移除刀具的作用部分能够被从工件的孔中撤回。

为了进一步确保在操作期间在切削刀片和工件之间不发生不期望的接触，在缩进位置中，多个安置构件均在作用部分的最外表面之内，而其中在伸展位置中，多个安置构件均在作用部分的最外表面之外。

虽然图7A到7C中仅仅示出一个切削位置，但能够在材料移除刀具的多个切削位置完成相同的切削操作，以每个孔使用多个刀片同时地切削多个孔。

公开的材料移除刀具的益处包括平衡的切削力(与单点切削相比)和刀片更换之间的较长的刀具寿命。此外，因为两个切削刀片相对彼此被布置为更靠近而使前进行程和返回行程最小化，减小了非切削时间且切削操作更高效。

在可选的实施例中，夹头能够包括仅仅一个可枢转的安置构件，该可枢转的安置构件具有合适特征，如这里参考具有多个可枢转安置构件的夹头所示出和描述的特征。图8是具有带单个可枢转安置构件的夹头的替代性示例性实施例的材料移除刀具的示例性实施例的示意图。在图8视图中，材料移除刀具400具有带单个可枢转安置构件404的多个夹头402。夹头402中的一个以分解透视图被示出并且可以观察其各个部件。通过这里参考具有带多个可枢转安置构件的夹头的材料移除刀具所示出和说明的合适的其它操作、致动、伸展和缩进，能够使用具有带仅仅一个可枢转安置构件404的夹头402的材料移除刀具400在材料移除刀具的单个轴向平移中完成切削操作。包括仅仅一个可枢转安置构件404的夹头402的替代性实施例能够用在例如具有由较短轴向长度限定的作用部分的材料移除刀具上，该作用部分可仅容纳这样的夹头，该夹头由于具有仅仅单个可枢转安置构件而能够占据作用部分的较短轴向长度。

虽然结合本发明的优选实施例进行描述，但本领域技术人员将理解，在不偏离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的前提下，可以做出未具体描述的添加、删除、修改和替换。

Claims (15)

1.一种材料移除刀具，包括：

外壳主体，所述外壳主体包括安装部分和作用部分；

多个夹头，所述多个夹头安装在所述材料移除刀具的所述作用部分上；和

多个安置构件，所述多个安置构件安装在所述多个夹头的每一个夹头中，以绕轴线在缩进位置和伸展位置之间枢转，所述多个安置构件包括具有用于切削刀片的安置表面的凹处。

2.根据权利要求1所述的材料移除刀具，其中所述多个夹头的每一个夹头中的所述多个安置构件绕共同轴线枢转。

3.根据权利要求1所述的材料移除刀具，其中任何一个夹头中的所述多个安置构件同时地绕所述轴线向所述伸展位置枢转。

4.根据权利要求3所述的材料移除刀具，其包括安装在所述多个安置构件的每一个安置构件的所述凹处中的切削刀片，所述切削刀片具有至少两种不同类型。

5.根据权利要求1所述的材料移除刀具，其中任何一个夹头中的所述多个安置构件顺序地绕所述轴线向所述伸展位置枢转。

6.根据权利要求1所述的材料移除刀具，其中在所述缩进位置中，所述多个安置构件每个均在所述作用部分的最外表面之内，并且其中在所述伸展位置中，所述多个安置构件每个均在所述作用部分的最外表面之外。

7.根据权利要求6所述的材料移除刀具，其中，一个夹头中的所述多个安置构件中的第一个安置构件的伸展位置与所述一个夹头中的所述多个安置构件中的第二个安置构件的伸展位置相比，相对于所述材料去除工具的轴线处于不同的径向距离处。

8.根据权利要求1所述的材料移除刀具，包括：

活塞头，所述活塞头在所述外壳主体内的致动室中；和

平移杆，所述平移杆在所述外壳主体内，且所述平移杆包括相对于所述多个夹头相对应地布置的多个致动表面；

其中所述平移杆包括第一端部，所述第一端部以可操作的方式连接到所述活塞头，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，所述多个安置构件处于所述缩进位置，并且

其中在所述第二位置中，所述多个安置构件处于所述伸展位置。

9.根据权利要求8所述的材料移除刀具，其中致动流体的压力使所述平移杆平移。

10.根据权利要求1-9的任何一项中所述的材料移除刀具，其中大体上处于相同轴向位置的夹头彼此在径向上相对。

11.一种利用旋转的材料移除刀具从工件移除材料的方法，所述方法包括：

将所述材料移除刀具的作用部分插入到工件的孔中；

把待机加工的工件的表面布置成沿径向接近安装在夹头中的多个安置构件的枢转轴线，所述夹头安装在所述材料移除刀具的所述作用部分上；

致动所述多个安置构件，将所述多个安置构件枢转到伸展位置；

沿第一轴向平移所述旋转的材料移除刀具，使所述表面与安装在所述多个安置构件的第一安置构件的凹处中的第一切削刀片接触；和

沿第二轴向平移所述旋转的材料移除刀具，使所述表面与安装在所述多个安置构件的第二安置构件的凹处中的第二切削刀片接触。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在沿所述第一轴向平移所述旋转的材料移除刀具之后并且在使所述表面与所述第二切削刀片接触之前，致动所述多个安置构件，以将所述多个安置构件枢转到缩进位置，且所述旋转的材料移除刀具沿所述第二轴向平移，以将所述第一切削刀片移动过所述工件，并且再致动所述多个安置构件，以将所述多个安置构件枢转到所述伸展位置。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述多个夹头的每一个夹头中的所述多个安置构件绕共同轴线枢转。

14.根据权利要求11或12所述的方法，包括：

致动所述多个安置构件，将所述多个安置构件枢转到缩进位置；和

从工件的所述孔中撤回所述材料移除刀具的作用部分。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法在所述材料移除刀具的一个行程中形成所述孔的精加工的表面。

Images