CN104428093B - 用于轴钻孔的校准头 - Google Patents

Abstract

用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头(1)包括沿圆周均匀分布的三个凹槽(20、21、22)，使得它们以绕所述校准头的轴线旋转120°的角度彼此分离，所述凹槽能够在钻孔过程中除去碎片和使润滑剂通过，每个凹槽都包含加工插入件，其在所述凹槽内的位置可以通过调节盒调节。

Description

用于轴钻孔的校准头

技术领域

本发明的领域涉及用于轴钻孔的校准头，所述轴特别地为涡轮轴。特别是，本发明的领域涉及一种适于提供更好平直度，更大稳定性以及更好扩孔精度的校准头的结构。

背景技术

涡轮轴校准操作是一种需要考虑非常严格的尺寸限制的特殊方法，如表面状况，具有百分之几毫米数量级的低公差的扩孔平直度，以保证恒定的轴直径；特别地，加工轴的厚度以及厚度的变化：增量厚度。

困难之一是当制成盲孔时进行扩孔，换句话说，在部件内的相当大长度上进行扩孔。

通常，使用带有杆的钻床进行校准操作，该杆一端装配有校准头。该操作控制精加工操作，该操作使用带有所谓“凹陷”钻头的“瓶”类形式进行，该术语通常用于指工具的扩展和收缩。

校准头形成钻孔工具的特别灵敏部件，并且它必须被设计成满足严格轴钻孔限制。通常，根据现有技术的校准头装配有被布置在所述头部外表面的加工插入件和引导垫。加工插入件可涉及粗加工插入件和/或精加工插入件。

引导垫和加工插入件在头部表面上的分布以及其调节的定位精度必须是这样，使得平直度引导在钻孔过程中是可能的，使得可以保证加工，同时使表面缺陷最小化以遵守尺寸限制。

图1示出了用于在轴4上钻孔的示例工具。该工具包括转向轴2和用旋转轴6固定到该转向轴2一端的校准头1。该工具先前插入到在待钻孔轴上的空腔内用于预先校准。

待钻孔轴通常在预钻孔操作中被预钻孔，以从待钻孔轴中移除大部分材料，使得可在所述轴中钻出第一空腔5和第二空腔3。

预钻孔和预校准操作用于使用包括校准头的工具优化精加工阶段的制备。

已经发现，使用位于校准头前面的两个垫的引导不会导致头部稳定性，因此形成振动，结果是导致表面状况的恶化。其他缺陷也可出现，由于引导垫的非优化布置。特别地，潜在退化包括划痕、同心度缺陷以及加工硬化表面缺陷。

图2示出了现有技术的校准头的正视图，示出了两个粗加工插入件12、13和一个从校准头1的端部轻微后移的精加工插入件14。前引导垫11和15也被示出并位于校准头前面，换句话说在将首先被插入到待钻孔轴的内腔内的头部的一部分内。

也示出了在附近的两个后引导垫，但它们没有被标识。

然而，目前，当它们长距离给轴钻孔时，校准头具有很多缺点。

现有校准头的第一问题是，它们诱导了切割和引导力的糟糕分布。垫的数目似乎不足，但增加垫的数目可能增加摩擦。

因此，在校准头本身上的退化可能迅速发生，特别地在前引导垫上，其可能断裂。

对于现有解决方案很难解决的第二问题是，很难调节粗加工和精加工插入件和引导垫。

对于粗加工和精加工插入件，缩放比例可能发生在附接螺栓孔的外围。该现象是由于随机包装，因为不存在用于这种类型钻孔的足够精确的调节系统。

还存在由通常非常小的精加工插入件的切削角位置所导致的第三问题。如果该调节不是根据粗加工插入件的调节进行以及如果粗加工插入件的调节不够精确，在钻孔过程中的振动可能被放大。在钻孔过程中振动对在工具和校准头的稳定性的影响会导致轴的内表面出现错误和退化。

因此，根据现有技术的校准头具有许多缺点，这使得不能保证轴以足够的钻孔精度、在钻孔过程中的稳定性和钻孔方向的平直度被钻孔。这些不利也会影响头部本身，头部可被退化。

然后必须通过不同作用限制这些约束的影响，例如替换为可能非常昂贵的部件或工具。

此外，被钻孔但被拒绝接收的轴的比例很高。一个问题在于涡轮机的领域，特别地在部件非常昂贵、巨大，以及特别地当加工部件时不能容忍大错误的航空部门。

发明内容

本发明可以解决上述缺点。

本发明的目的是提供一种用于轴钻孔的圆柱形校准头。根据本发明的校准头包括沿圆周均匀分布的三个凹槽，使得它们以绕所述校准头的轴线旋转120°的角度彼此分离，所述凹槽用于在钻孔过程中除去碎片和润滑剂的通过，每个凹槽都包含加工插入件，其在所述凹槽内的位置通过调节盒调节。

有利地，所述校准头包括在对应于所述头部前端的区域内被布置在所述头部的外表面上的至少一个前引导垫，以及在限定了所述头部的后面区域的第二区域内被放置在所述头部的外表面上的至少一个后引导垫，一个或每个后引导垫沿与所述前引导垫相同的轴线被放置在一个或每个前引导垫的后面。

有利地，所述校准头包括位于限定了所述校准头前端的区域内的三个前引导垫，所述三个垫被均匀地布置在所述头部的外表面上，使得它们以绕所述校准头轴线旋转120°角彼此分离。

有利地，在所述校准头的外表面上的所述前引导垫和所述凹槽的位置是交替的，使得每个前引导垫与随其后的凹槽之间的角度在沿着所述校准头的圆周形成绕所述校准头的轴线旋转60°角。

有利地，所述校准头包括在限定所述头部的后部区域的第二区域内被布置在所述头部的外表面上的多个后引导垫。所述多个垫可对应于四个后引导垫。然后，两个后引导垫相对于所述头部的轴线彼此地对称。根据一个实施方式，至少一个后引导垫与一个前引导垫轴向地偏移。

根据该实施方式的另一兼容实施方式，两个其他的后引导垫的每个都位于前引导垫后面。

有利地，所述校准头包括一组被布置在所述头部的外表面上的引导垫，引导垫的数量和厚度使得可以保持最小的润滑剂流，同时使摩擦最小化。

有利地，一个凹槽包含精加工插入件并且两个凹槽的每个都包含粗加工插入件。

根据一个实施方式，相对于所述头部的轴线对称地被定位的所述两个后引导垫之一，以与粗加工插入件或精加工插入件成30°被放置。

有利地，每个凹槽以约25°且上下浮动10％的角度成锥形。

有利地，在待钻孔轴内的校准头内，对于15巴且上下浮动15％的压力，所述凹槽尺寸被确定能够喷射380L/min且上下浮动15％的润滑剂流。

有利地，所述凹槽沿所述校准头轴线的长度大于所述校准头长度的50％。

有利地，每个加工插入件具有三个边缘，该三个边缘可被配置成通过调节盒选择工作边缘。

附图说明

在参考附图阅读以下的详细描述后，本发明的其他特征和优点将变得清晰，其中示出了：

—图1：包括根据现有技术的校准头的钻孔工具；

—图2：包括加工插入件和引导垫的校准头的正视图；

—图3：包括根据本发明的校准头的钻孔工具；

—图4：根据本发明的校准头的正视图；

—图5：在根据本发明的校准头内的凹槽的透视图；

—图6：根据本发明的校准头的粗加工插入件；

—图7：根据本发明的校准头的前区域和后区域的剖视图。

具体实施方式

在剩余描述中，“钻孔平直度”是指平直和固定方向，沿该方向给轴钻孔。当可能沿固定方向平直钻孔时，特别地在轴上，遵守平直度要求。

在剩余描述中，我们将考虑的是校准头的通常形状是大致圆柱形。典型的筒体包括对应于校准头的轴线6的中心轴线。

在剩余描述中，“厚度”是指内径和外径之间的差。然后“增量厚度”对应于在该厚度的变化。

根据本发明的校准头披露了在该校准头的外表面上的加工插入件的布置，以在钻孔过程中防止头部的任何不平衡。

“规则布置”是指插入件或凹槽，这些插入件或凹槽的布置使得校准头的几何重心至少大致上与校准头的重心重合。通过考虑这些垫的布置或不考虑它们，可考虑在校准头上规则布置插入件或凹槽。

特别地，当在头部轴线的给定位置被分布在头部表面上的垫数量不是凹槽或加工插入件的数量的倍数，则凹槽或插入件在头部上的规则布置不考虑引导垫的分布、数量和布置。

加工插入件的适当分布能够进行平直钻孔，远到头部端部的所需的润滑剂流以及材料切割碎片的充分除去。最后，改善了在适当钻孔压力和必要润滑剂流之间的平衡。

图3示出了根据本发明的校准头1。该头部包括也在图4的头部正视图中示出的三个凹槽20、21、22。凹槽优选地在几何上大致等同。

根据本发明的校准头包括在校准头端部被加工以及沿校准头的轴线6的方向朝头部的后部延伸的三个凹槽。凹槽被加工，使得它们以彼此相等的距离分布在所述头部的圆周上。三个凹槽在与轴线6垂直的平面内形成等边三角形，考虑的三个点中的每一个来自于每个凹槽上的相同位置。

轴向分布也是对称的，这三个凹槽具有大致相同的长度和深度。

因此，校准头的重量被对称地分布以在轴线6附近限定一个具有圆对称性的重心。

在轴向对称结构中，凹槽彼此之间以120°定位，考虑到头部的轴线6作为对称的参考轴线。

在该结构中，包括粗加工和精加工插入件的加工插入件的结构被布置为，使得它们被保持在每个凹槽内的适当位置。它们优选地被保持在每个凹槽的相同侧面上，它们与这些凹槽相关联。对于该结构，头部的均匀对称可顾及良好的重量分布遵守。校准头的几何重心与其重心大致重合。

提供了附接和调节设备，使得插入件可牢牢地固定，同时使简单的拆卸解决方案能够替换插入件或修改其方向，以替代切割边缘。

在一个实施方式中，附接和调节设备是调节盒，能微调边缘的切削角以及突出凹槽的高度。此外，调节盒可用作支撑件以将加工插入件30、32、35保持在适当位置。图4示出了将插入件保持在凹槽内适当位置的调节盒31、33、34。

根据校准头的一种结构以增加切割待钻孔轴的效率，粗加工插入件或精加工插入件的迎角可能很高，例如从头部的轴线6的半径计大于20°。

调节盒的使用有助于在整个钻孔周期保持恒定的切割力。

根据本发明的校准头还包括引导垫。在校准头上的引导垫包括在对应于头部前端的区域内在头部外表面上的三个前引导垫。

该垫出现在头部的外表面上，并且它们是1-2毫米厚的数量级。在优选实施方式中，垫的厚度是1毫米。在1毫米且上下浮动30％的厚度特别地有利于限制摩擦，同时能使润滑剂流绕校准头的外表面循环。

根据本发明，三个前引导垫36、37、38以平衡的分布被分布在头部外表面的圆周上。前引导垫相对于校准头的轴线6彼此间隔120°角被布置。它们在与轴线6成垂直的平面内也形成等腰三角形。每个前引导垫与其他前引导垫等距。

因此，所述三个垫平衡了校准头的重量以及在其旋转过程中被施加到其上的力。

在本发明的改进实施方式中，所述三个前引导垫和所述三个凹槽沿绕轴线6的旋转方向交替和连续地分布在所述头部圆周。在校准头的圆周上跟随引导垫的凹槽与所述垫形成大致等于绕头部的轴线6旋转60°的角度。

因此，凹槽和前引导垫在前端和在校准头的外表面上的布置能使头部重量的平衡分布，以在钻孔过程中防止振动的产生。

这两个粗加工插入件的位置必须使得切割力可被平衡，并且因此它们被布置得使用精加工插入件和引导垫在头部上以平衡方式分布重量。加工插入件以彼此隔离120°的角位置定位，因为它们被保持在头部凹槽内的适当位置。它们与前引导垫的圆周位置上交替地布置，所述前引导垫本身在圆周的位置以120°的间隔。

当精加工插入件处于低位置时，考虑在垂直于头部轴线6的切割平面内等于0°的参考角，根据本发明的校准头能使前引导垫和粗加工插入件每隔60°交替地分布。该布置能使这三个垫和这三个加工插入件完美地分布。

在一个实施方式中，位于凹槽的内平面内的每个加工插入件通过装配有附接设备的调节盒被保持在其平面内。这两个粗加工插入件的每个的工作边缘都沿头部的轴线6距离头部端部等距离地定位。另一方面，精加工插入件的工作边缘轻微地后移距离粗加工插入件的工作边缘几毫米的距离。在本发明的一个优选实施方式中，在精加工插入件的工作边缘和粗加工插入件的工作边缘之间的距离大致等于8毫米。

“工作边缘”是边缘被定位使得它与待钻孔轴内被移除的材料接触。

被加工插入件的位置和角度可以调节，以保证：

—平直度优于偏离参考轴线0.01毫米的变化；以及

—变化不超过0.02毫米的加工直径。

这后两个参数保证了在可接受公差内的大致常数增量厚度，使得被加工部件不被废弃。

校准头包括的凹槽的几何形状增加了头部稳定性并提高了钻孔压力与在钻孔过程中在头部端部被喷射的所需润滑剂流的比例。

特别地，凹槽的增加截面可更容易地承载到其前端的润滑剂流。流动被更好地控制，并且可在整个钻孔周期内不断地和定期地转移润滑剂。特别优化的“漏斗”形状给出了更好的冷却，特别地对于加工插入件，并且在钻孔过程中防止碎片的阻塞。

在校准头圆周的凹槽的宽度大于其深度，凹槽的深度平行于头部的轴线6并尽可能接近所述头部的轴线6定位。图5示出了透视图，其中深度46与对应于角度45的锥形一起被示出，该锥形促进了碎片的去除和润滑剂的分布。

在一个变型实施方式中，深度可在槽的全部长度上变化，例如均匀地减少。因此，深度46可沿凹槽的长度朝校准头1的后部减少，以特别地提高朝头部前面的润滑油传递效率。取决于示例性实施方式，典型的锥形角45在10°和35°之间。根据一个可与后者实施方式组合的示例性实施方式，在沿凹槽的深度46可在最大深度的5到30％之间变化。

因此，在碎片从轴上被切出后，碎片朝校准头的后部传递。校准头从而防止阻塞结构。润滑剂也自然地向前流动，并且其在离心力的作用下朝校准头1的外边缘输送。

这三个凹槽的形状相同。图5示出了根据本发明的校准头凹槽的简化透视图。每个凹槽的长度47超过校准头1长度的一半。另一方面，它们仅延伸大致远到校准头长度的第二半的一半。这一特征有助于提高由头部施加到待钻孔轴内的压力和可被输送到头部前面的润滑剂流之间的比例。凹槽促进了润滑，使得可以确保工具的寿命以及可以移除碎片。

润滑剂传递流可能每分钟超过350L，并且可以是连续的每分钟420L的数量级，同时保持15巴数量级的钻孔压力。

对于15巴且上下浮动20％的压力，根据本发明的校准头保证了每分钟约380L且上下浮动20％的润滑剂流。

在头部周围的凹槽的锥形促进了这三个盒的调节和布置以支撑和保持每个加工插入件。

这三个加工插入件和这三个引导垫的圆周和轴向分布可以提高在头部长度上的加工稳定性。这消除和/或减少了振动。

在一个实施方式中，精加工插入件包含用于将它定位在轴的预校准空腔内的低位置的附属部分，参见图1内的部分3。有利地，精加工插入件被优选地布置，以能使校准头对称地插入，利用被定位在轴预校准空腔3内的防错系统。该初始结构改善了工具的放置，以提高平直度和减少钻孔过程中的振动。

根据本发明的校准头还包括用于在图3和图4中可见的，被放置在所述头部后面的垫的后引导垫，附图标记25、26、25’。后引导垫的功能是保持在钻孔过程中的引导。它们可提高钻孔的平直度。它们还可以吸收一些振动以及保持校准头的前端成一直线。最后，前引导垫和后引导垫减少了摩擦以及改善了钻孔压力。

根据一个实施方式，根据本发明的校准头包括被布置在所述头部后面的四个引导垫，如图3所示。

一种有利的分布如下：

—第一和第二后引导垫沿与前引导垫的相同轴线被布置，以及第一和第二后引导垫轴线以120°的角度分隔；优选地，这两个前引导垫和这两个后引导垫位于凹槽的两侧，精加工插入件被保持在该凹槽内；

—另外两个后引导垫绕校准头的圆周以及在沿所述头部的轴线以相同长度对称地布置。

根据本发明的校准头能够保持良好的表面状况。此外，切割速度更好，并且每转0.25毫米数量级的速度是可能的。当加工待钻孔轴时，可以节省不可忽略的时间。

校准头对于钻孔大尺寸轴是特别有效的，例如对于60-120毫米数量级的大直径。

本发明也适用于可被固定到校准头的粗加工和精加工插入件。图6示出了粗加工插入件的示例外形30。该粗加工插入件可以是与精加工插入件相同的材料等级，换句话说，它可具有相同的冶金成分，所有被修改的是对于精加工插入件和粗加工插入件不相同的插入件外形。一种特别有利的外形是具有可用于加工几个部件而不替换插入件的三个切削边缘50、51、52的外形。当边缘磨损或损坏时所有必要的是翻转加工插入件以及将其放回到调节盒内。

图7示出的一个实施方式表示被定位在前引导垫后面的后引导垫，所述前、后引导垫的相同的对齐线沿校准头1的轴线6方向。该图阐明了参考图3描述的实施方式。

校准头1的简化视图被示出，没有示出凹槽以及加工插入件。示出了两个截面，在限定校准头1前端的区域23内的第一截面AA’和在限定校准头1后端的第二区域24内的第二截面BB’。该区域如图3所示，它们覆盖校准头1长度的大致一半。

在位于区域23内的截面AA’，前引导垫37和38圆周地间隔约等于120°的角度。在位于第二区域24内的截面BB’，后引导垫26和27也圆周地间隔约等于120°的角度。前引导垫37和后引导垫26彼此对齐，一个在另一个后面。需要注意的是，这些垫的对齐线平行于校准头1的轴线6。同样，前引导垫38和后引导垫27彼此对齐，一个在另一个后面并被布置在校准头1的表面上。

这种布置等同于图3的布置，然而在图3中，这种对齐不能被示出用于垫38和27。

该结构的一个技术效果是当钻孔时，特别地在头部插入到待钻孔区域内的过程中，可以在整个长度上改善校准头的引导。

与单个垫在头部的整个长度上延伸的结构相比的一种优点是，在头部制造方法中存在质量的节省以及精度更好。

在图3和图7所示的实施方式中，这两个前引导垫在圆周上间隔120°的角度，其使得头部在待钻孔区域内的精确定位。

在一个变型实施方式中，仅存在被放置在区域23内的头部表面上的前引导垫，例如垫37。该垫然后与后引导垫26对齐。在该实施方式中，可以限定与前引导垫对齐的单个前引导垫和单个后引导垫。

仅使用在前面和后面彼此对齐的两个垫的该结构可结合与图4所示的不必与其他后引导垫对齐的其他前引导垫(前引导垫25和25’)。

根据一个变型实施方式，图4内的后引导垫25’与对称布置的第二后引导垫25结合，换句话说在校准头1的后面上径向相对。这种布置能使被添加到该结构的前引导垫以及凹槽的该布置的最佳平衡。

如图4所示，垫25’理想地布置为按顺时针方以大致30°有角度地接近粗加工插入件30或35或精加工插入件32。该布置将头部保持在适当位置，尽管当其被停止时在其自己重量下头部将下垂，以及因此当头部被移除时，特别地当头部被停止时，可以防止轴向擦伤。

根据一个示例，当根据图4顺时针方向旋转时，垫25’相对精加工插入件32以大致30°的角度布置，从而防止润滑剂逃离凹槽20。

Claims (12)

1.用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其包括沿所述校准头的轴线延伸的三个凹槽(20、21、22)，该三个凹槽绕圆周均匀分布使得它们以绕所述校准头(1)的轴线(6)旋转120°的角度彼此分离，所述凹槽用于在钻孔过程中碎片的去除和润滑剂的通过，每个所述凹槽都包含加工插入件，该加工插入件在所述凹槽内的位置通过调节盒调节，其特征在于，所述圆柱形校准头包括在对应于所述校准头(1)前端的区域(23)内被布置在所述校准头的外表面上的多个前引导垫(36、37、38)，以及在限定所述校准头的后面区域的第二区域(24)内被放置在所述校准头(1)的外表面上的多个后引导垫(25、26、25’)，一个后引导垫(26)沿与所述前引导垫相同的轴线被放置在一个前引导 垫(37)，两个所述后引导垫(25、25’)绕所述校准头(1)的轴线(6)彼此对称布置。

2.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，所述圆柱形校准头包括位于限定所述校准头前端的区域(23)内的三个前引导垫，所述三个前引导 垫(36、37、38)被均匀地布置在所述校准头(1)的外表面上，使得所述三个垫以绕所述校准头(1)的轴线(6)旋转120°角彼此分离。

3.根据权利要求2所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，在所述校准头(1)的外表面上的所述前引导垫(36、37、38)和所述凹槽(20、21、22)的位置是交替的，使得每个前引导垫(36、37、38)和随其后的凹槽之间沿着所述校准头的圆周的角度形成绕所述校准头(1)的轴线(6)旋转60°的角。

4.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，所述圆柱形校准头包括在限定所述校准头的后部区域的第二区域(24)内被布置在所述校准头(1)的外表面上的多个后引导垫(25、26、25’)，两个所述后引导垫(25、25’)绕所述校准头(1)的轴线(6)彼此对称布置，其至少一个所述后引导 垫(25’)与一个前引导 垫(38)轴向地偏移。

5.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，圆柱形校准头包括在限定所述校准头的后部区域的第二区域(24)内被布置在所述校准头(1)的外表面上的四个后引导垫(25、26、25’)，两个后引导垫(25、25’)绕所述校准头的轴线彼此对称布置，以及两个其他后引导 垫(26)中的每一个被放置在一个前引导 垫之后。

6.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，所述圆柱形校准头包括一组被布置在所述校准头的外表面上的引导垫，该组引导垫的数量和厚度使得可以保持最小的润滑剂流并同时使摩擦最小化。

7.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，一个凹槽包含精加工插入件并且两个凹槽的每个都包含粗加工插入件。

8.根据权利要求7所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，相对于所述校准头(1)的轴线(6)对称地被定位的所述两个后引导 垫(25、25’)之一，以与粗加工插入件(30、35)或精加工插入件(32)成30°被放置。

9.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，每个凹槽在上下浮动10％的等于25°的角度成锥形。

10.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，在被钻孔轴内的校准头内，对于15巴且上下浮动15％的压力，所述凹槽尺寸被确定能够喷射380L/min且上下浮动15％的润滑剂流。

11.根据权利要求1所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，所述凹槽沿所述校准头轴线的长度大于所述校准头长度的50％。

12.根据权利要求7或8任一所述的用于轴(4)钻孔的圆柱形校准头，其特征在于，每个加工插入件具有三个边缘，该三个边缘可被配置成通过调节盒选择工作边缘。