CN102990101B - 用于镗孔刀具的自动平衡系统及结合了该自动平衡系统的镗孔刀具 - Google Patents

Abstract

一个镗刀头包括一个围绕中央纵向轴线布置的壳体以及一个在该壳体之上或之中的至少一种情况下上布置的移动传递机构。该壳体包括被适配成连接到机床上的一个第一端以及具有可移动地连接到其上的切削镶片的一个相反的第二端。该移动传递机构包括一个被安装成相对于该壳体可转动的可转动构件、一个平衡块、以及一个布置在该壳体中的主轴。该主轴关于该纵向轴线是可转动的并且是可操作地连接到该环、该平衡块、以及该切削镶片上。将该可转动构件转动一个预定量导致了该切削镶片在第一径向方向上相对于该纵向轴线移动了对应的预定量并且该平衡块在与该第一径向方向相反的第二径向方向上移动了对应的预定量。

Description

用于镗孔刀具的自动平衡系统及结合了该自动平衡系统的镗 孔刀具

技术领域

本发明涉及一种用于补偿质量的装置，并且特别涉及一种在用于行精加工高精度孔的旋转镗刀头中补偿质量的装置。本发明还涉及一种结合了此质量补偿装置的旋转镗刀头。

背景技术

在现有技术中，已知了被固定在机床主转轴上这种类型的镗刀头，这样仅存在一个位置，此时该刀夹具的可移动的滑动元件和该切削刀具本身的重心与该镗刀头的转动轴线是重合的。

在现有技术中还已知，通过该镗刀头的可移动部件的移位，该镗刀头的重心改变了其通常位于转动轴线上方的平衡位置，从而导致了该镗刀头的不平衡。当在镗刀头中一个切削元件所连接的滑动元件相对于该转动轴线而径向地移位到外部是，这种不平衡作用增大得甚至更多。

归因于镗刀头中缺乏平衡块而产生的振动，对机加工过程中孔的精度和精加工造成的伤害已经导致了对镗刀头添加平衡装置。

此外，由于孔精度是微米的，并且目前的镗刀头的转动达到了极高的水平，因此任何的不平衡、即使只是微小的增量，就会导致机加工工作的品质损失，因为在这些情况下考虑的是在千分之一毫米级别上的非常近的公差。

在现有技术中，已经试图通过用于抗衡重物对质量移位的作用来克服这种不平衡情况。然而，缺点是此类抗衡重物的已知实施方案并不能使该旋转镗刀头获得对于各自的状况而言足够的、充分高水平的刻度平衡操作。

另外，已知的平衡系统典型到要求手动调整以便令人满意地平衡该切削刀具，取决于所希望的平衡品质，这可能是非常耗时的。

因此，对于一种用于平衡旋转镗孔刀具的改进型系统存在着需要。

发明内容

因此，通过本发明的针对具有自动平衡装置的镗刀头的实施方案解决了现有技术的缺陷。

作为本发明的一个方面，提供了一种镗刀头，该镗刀头包括一个围绕中央纵向轴线布置的壳体以及一个在该壳体之上或之中至少一种情况下布置的移动传递机构。该壳体具有被适配成连接到机床上的一个第一端以及具有可移动地连接到其上的切削镶片的一个相反的第二端。该移动传递机构包括被安装成相对于该壳体可转动的一个可转动构件、一个平衡块、以及一个被布置在该壳体中的主轴。该主轴关于该纵向轴线是可转动的并且是可操作地连接到该可转动构件、该平衡块、以及该切削镶片上。将该可转动构件转动一个预定量导致了该切削镶片在一个第一径向方向相对于该纵向轴线移动了对应的预定量并且该平衡块在一个与该第一径向方向相反的第二径向方向上移动了对应的预定量。

该移动传递机构可以进一步包括一个被布置在该壳体内的主轴，该主轴关于该纵向轴线是可转动的并且是可操作地连接到该可转动构件、该平衡块、以及该切削镶片上的。

该主轴可以通过一个阶梯状齿轮而可操作地连接到该可转动构件上，该阶梯状齿轮具有一个直径较大的部分和一个直径较小的部分。

该可转动构件可以包括一个环，该环包括具有多个齿状区段的一个内面，这些齿状区段与该阶梯状齿轮的直径较大部分协作式地相结合，并且该主轴可以包括一个中央齿轮，该中央齿轮与该阶梯状齿轮的直径较小部分协作式地相结合。

该主轴可以包括一个第一螺纹部分，该第一螺纹部分与一个可滑动地布置在平衡块的倾斜通道内的承载构件协作式地相接合。

该平衡块可以被一对对准销限制为仅仅沿着一条指向垂直于纵向轴线的横向轴线进行移动。

该主轴进一步可以包括一个第二螺纹部分，该第二螺纹部分与一个滑动销协作式地相接合，该滑动销具有一个线性部分和一个倾斜部分，该倾斜部分与在该切削镶片所连接的横杆中形成的一个倾斜通道可滑动地相接合。

作为本发明的另一个方面，提供了一种镗刀头，该镗刀头具有一个用于将切削镶片选择性移动一个希望量值的移动传递机构。该移动传递机构包括一个用于将该切削镶片在一个第一方向上选择性地径向移位所希望的量值的装置；以及一个用于将平衡块在一个与该第一方向相反的第二方向上选择性地径向移位的装置。在这种安排中，该平衡块在该第二方向上的移位有效地抵消了该切削镶片在该第一方向上的移位，使得该镗刀头的转动平衡得以自动维持。

该切削镶片的径向移位和该平衡块的径向移位可以通过移动传递机构同时进行。

该移动传递机构可以布置在一个壳体之中或之上并且可以包括一个可转动构件，该可转动构件被适配成转动一个预定量值以便使该切削镶片移动所希望量值。

附图说明

当结合附图来阅读时，可以从以下对优选实施方案的说明中获得对本发明的全面理解，在附图中：

图1显示了根据本发明的一个示例性实施方案的一种镗刀头的等距视图；

图2是图1中所示的镗刀头的端视图；

图3是沿图2的线3-3截取的图1镗刀头的截面图；并且

图4是沿图2的线4-4截取的图1镗刀头的截面图。

具体实施方式

这里使用的方向性词语，例如像：左、右、前、后、顶部、底部及其派生词，涉及在附图中示出的这些要素的取向，并且对于权利要求并非进行了限制，除非在此明确地引述。在所有附图中对相同的部件提供相同的参考号。

如在此使用的，术语“多个(number)”应用于是指任何非零的数量(即，一或大于一的任何数量)。

如在此使用的，术语“围绕(about)”应该被用于指代在一个在具体确定的点的附近、或者之处的点(即，邻近)。

图1至4描绘了根据本发明的一个非限制性实施方案的一种示例性的镗刀头10，当一个机床(未示出)使得镗刀头10围绕中央纵向轴线12转动时，该镗刀头在一个工件(未示出)上进行精确的精细镗孔操作。参见图1，镗刀头10包括一个基本上圆柱形状的、围绕该中央纵向轴线12布置的本体或壳体14。该壳体14包括一个被适配成连接到上述机床上(通过任何适合手段)的第一端16以及一个相反的第二端18。尽管被描绘为具有总体上均匀直径的一个基本上圆柱形的形状，但还将认识到，该壳体14可以由多个具有不同直径的基本上圆柱形的部分形成而并没有离开本发明的范围。选择性地连接到一个夹头22上的一个切削镶片20一般被提供在壳体14的第二端18上或附近。

参见图1和图3，镗刀头10进一步包括一个移动传递机构(未编号)，它包括一个被安装成相对于壳体14可转动的可转动构件，如在所展示的实施方案中是一个环24。如以下说明的，环24转动一个预定量使得该夹头22在与该壳体14的中央纵向轴线12垂直的一个方向上移动，因此导致该切削镶片20径向移位一个相应的预定量。此种受控的移动是通过如以下是详细说明的几个部件的操作性或可操作连接来实现的。在所展示的实例性镗刀头10中，该移动传递机构的可转动环24是可转动的并且在外部带有刻度。该环24被安排为总体上与该壳体14是同轴线的。尽管显示为围绕纵向轴线12布置的环24，但是将认识到，可以改用一个刻度盘式(未图示)的可转动构件(例如而不限于围绕一条垂直于纵向轴线12的轴线是可转动的)或者其他适合的构件来代替环24，而没有离开本发明的范围。

参见图3的截面视图，环24的内面(未编号)配备有多个齿状区段28，这些齿状区段与一个阶梯状齿轮30的直径较大部分30A相互作用，该阶梯状齿轮围绕一个齿轮轴32可转动地安装在壳体14中。如图3中所示，齿轮轴32与纵向轴线12间隔开一个距离(未编号)并且实质上平行于其进行安装。继续参见图3，该阶梯状齿轮30的直径较小部分30B与一个中央齿轮34协作式相接合，该中央齿轮是围绕该纵向轴线12可转动地安装在壳体14中的。

参见图3和图4的截面视图，从该中央齿轮34上轴向延伸的并且刚性地连接到其上的是一个主轴36，该主轴是与该纵向轴线12同轴布置的、并且关于其是可转动的。主轴36的形状总体上是圆柱形的，但可以具有变化的半径，如在图3的示例实施方案中所示。主轴36包括第一螺纹部分40以及第二螺纹部分42。一个承载构件44是围绕第一螺纹部分40布置的并且包括与之连通的一个协作性螺纹部分(未编号)，使得主轴36围绕纵向轴线12的转动致使承载构件44沿着纵向轴线12轴向移动。

承载构件44是可滑动地布置在一个平衡构件或平衡块50的倾斜通道46之内的，该平衡构件或平衡块被布置在壳体14的开口52之内。平衡块50在开口52内的移动受一对对准销54限制，这些对准销54从壳体14沿一条指向总体上垂直于纵向轴线12的横向轴线56伸入开口52之中。这些对准销54各自与该平衡块50中的一个横向孔58可滑动地相互作用。将认识到，对准销54与平衡块50的横向孔58的相互作用将平衡块50的移动限制到以下程度，即，该平衡块50响应于承载构件44沿纵向轴线12的轴向移动而仅可以沿着横向轴线56(即，垂直于纵向轴线12)进行移动。

继续参见图3和图4，主轴36的一个第二螺纹部分42与一个轴向滑动销60的螺纹部分(未编号)协作式相接合，该轴向滑动销60总体上是围绕主轴36来布置的、并且在壳体14的一个线性通道62内沿着该主轴是轴向可移动的，该线性通道总体上靠近第二端18。如图3中所示，滑动销60包括一个线性部分60A和一个更靠近壳体14的第二端18而布置的倾斜部分60B。倾斜部分60B与在横杆66中形成的一个倾斜通道64可滑动地相接合，该横杆本身是可滑动地布置在一个横向孔68内，该横向孔总体上在第二端18之处或附近延伸穿过壳体14。倾斜部分60B和倾斜通道64的形状优选总体上是圆柱形的，如在所展示的实施方案中所示。该夹头22并且因此切削镶片20如前面所说明的是选择性地连接到横杆66的一端(未编号)，使得切削镶片20在移动横杆66移动时相对于纵向轴线12径向地平移。

为了维持镗刀头10的静态平衡，该平衡块50的具体尺寸和所要求的径向移动是取决于由横杆66和附接的夹头22和切削镶片20的径向移动所引起的不平衡的量(移位的块的数量乘以此块的位移的积)。将认识到，维持静态平衡在镗刀头10中是主要的关注点，而此种装置的动态平衡由于该镗刀头10的较短的长度以及壳体14的刚度而是关注较少的。

为了将开口52的尺寸最小化，平衡块50优选由高密度材料制造，例如而不限于钨合金，但也可以使用其他适合的材料而不离开本发明的范围。计算出该平衡块50产生了与横杆66、夹头22、和切削镶片20(包括螺钉)相同的不平衡(在指向相反的方向)。平衡块及其移位的积需要等于横杆66、夹头22、切削镶片20的质量总和与其径向移位的积。将认识到，承载构件44的倾斜通道46的倾角(未编号)(这引起了平衡块50的径向移动)并不需要与滑动销60的倾斜部分60B的倾角(未编号)相同。如果倾斜通道46的倾角更陡(因此，承载构件44每次轴向移动引起了平衡块50的更大的径向移动)，可以使用一个更小的平衡块。相反，如果倾斜通道46的倾角比较不陡，则可以要求一个更大的块。

已经如此描述了该镗刀头10的移动传递机构的基础部件，现在将对其操作提供综述。

为了引起切削镶片20相对于镗刀头10的所希望的径向移动，操作员根据环24上设置的刻度简单地将环24相对于壳体14转动一个所希望的量。当环24转动时，由于在环24的齿状区段28与阶梯状齿轮30的直径较大部分30A之间的相互作用，阶梯状齿轮30围绕齿轮轴32在与环24相同的方向上进行转动。当阶梯状齿轮30围绕齿轮轴32转动时，其直径较小部分30B与中央齿轮34相互作用，致使中央齿轮34在与环24相反的方向上转动。当主轴36刚性地连接到中央齿轮34上时，也使得主轴36沿着中央齿轮34转动。

当使主轴36相对于图2的端视图在顺时针方向D(图3)上转动时，在主轴36的第一螺纹部分40与承载构件44的螺纹部分(未编号)之间的相互作用致使该承载构件44沿着主轴36向着壳体14的第二端18轴向移动(在使用了右旋螺纹的应用中)。当承载构件44向着壳体14的第二端18轴向移动时，在承载构件44与平衡块50的倾斜通道46之间的相互作用使得该平衡块50相对于壳体14(并且因此相对于纵向轴线12)在一个第一方向D₁(图3)上径向偏移，该第一方向是相对于在图3中定向的截面视图是向下的。

和以上说明的第一螺纹部分40与承载构件44的相互作用同时，该主轴36的第二螺纹部分42与该轴向滑动销60的螺纹部分(未编号)相互作用，使得与承载构件44相类似，滑动销60沿着主轴36朝着壳体14的第二端18轴向地平移。当滑动销60向着第二端18平移时，在滑动销60的倾斜部分60B与横杆66的倾斜通道64之间的相互作用使得横杆66、以及因此使得连接到其上的夹头22和切削镶片20在一个第二方向D₂(图3)上相对于该壳体14(并且因此对于纵向轴线12)径向地偏移，该对于相对于在图3中定向的截面视图是向上的、并且明显与平衡块50同时移动的方向D₁是相反的。

将理解的是，通过此种安排的移动传递机构，该切削镶片20的径向移动产生的对镗刀头10的整体平衡的任何改变都通过平衡块50在相反方向上的移动而自动得到补偿。如在以上提供的实例中，切削镶片20在第一方向D₁上径向移位而平衡块50在与该第一方向相反的第二方向D₂上径向地移位。

尽管在此所讨论的展示性实施方案使用了两个单独的元件(承载构件44和滑动销60)与主轴36相互作用以引起平衡块50和横杆66的径向移动，但是将认识到，此类单独的元件可以合并为一个单一元件而被用于产生所希望的径向移动。然而，为了提供超过使用单一元件的更大水平的精度，使用两个单独的元件44、60总体上是优选的。

虽然已对本发明的具体实施方案进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应认识到鉴于本披露的整体传授内容可以对在此提供的这些细节发展出不同的修改和替代方案。因此，所披露的具体安排仅是说明性的，而不作为对本发明的范围的限制，本发明的范围应涵盖在所附权利要求以及其任何和所有的等效物的全部广度内。

在本权利要求书中，放在括号之间的任何参考符号不应被解释为限制了权利要求。词语“包括(comprising)”或“包含(including)”不排除存在着在权利要求中列出的那些之外的元件或步骤。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以通过同一个硬件产品来执行。位于一个要素之前的词“一个(a)”或“一种(an)”并不排除存在着多个此类要素。在列举了几个装置的任何设备权利要求中，这些装置中的几个可以通过同一个硬件产品来执行。某些要素在相互不同的从属权利要求中被引述这个事实并不表示这些要素不能组合使用。

Claims (7)

1.一种镗刀头，包括：

一个围绕一条中央纵向轴线布置的壳体，该壳体具有一个被适配成连接到机床上的第一端以及一个相反的第二端，该相反的第二端具有一个可移动地连接到其上的切削镶片；以及

被布置在该壳体之上或之中的至少一种情况下的移动传递机构，该移动传递机构包括：

被安装成相对于该壳体可转动的一个可转动构件；

一个平衡块；以及

一个被布置在该壳体内的主轴，该主轴能够围绕该纵向轴线转动并且可操作地连接到该可转动构件、该平衡块、以及该切削镶片上，

其中，将该可转动构件转动一个预定量导致了该切削镶片在一个第一径向方向上相对于该纵向轴线移动一个对应的预定量并且该平衡块在一个与该第一径向方向相反的第二径向方向上移动一个对应的第二量；并且

其中，该主轴是通过一个阶梯状齿轮而可操作地连接到该可转动构件上的，该阶梯状齿轮具有一个直径较大部分和一个直径较小部分。

2.如权利要求1所述的镗刀头，其中该可转动构件包括一个环，该环包括具有多个齿状区段的一个内面，这些齿状区段与该阶梯状齿轮的直径较大部分协作式地相接合，并且其中该主轴包括一个中央齿轮，该中央齿轮与该阶梯状齿轮的直径较小部分协作式地相接合。

3.如权利要求2所述的镗刀头，其中该主轴包括与一个承载构件协作式地相接合的一个第一螺纹部分，该承载构件是可滑动地布置在该平衡块的一个倾斜通道中的。

4.如权利要求3所述的镗刀头，其中，该主轴进一步包括一个第二螺纹部分，该第二螺纹部分与一个滑动销协作式地相接合，该滑动销具有一个线性部分和一个倾斜部分，其中该倾斜部分与在该切削镶片所连接的横杆中形成的一个倾斜通道可滑动地相接合。

5.如权利要求1所述的镗刀头，其中，该主轴包括与一个承载构件协作式地相接合的一个第一螺纹部分，该承载构件是可滑动地布置在该平衡块的一个倾斜通道中的。

6.如权利要求5所述的镗刀头，其中，该平衡块被一对对准销限制为仅沿着一条相对于该纵向轴线横向指向的横向轴线移动。

7.如权利要求5所述的镗刀头，其中，该主轴进一步包括一个第二螺纹部分，该第二螺纹部分与一个滑动销协作式地相接合，该滑动销具有一个线性部分和一个倾斜部分，其中该倾斜部分与在该切削镶片所连接的横杆中形成的一个倾斜通道可滑动地相接合。