CN105209199A - 用于深孔的钻具系统 - Google Patents

Abstract

较好地使用现代机床的功率曲线的钻具系统(10)。钻具系统(10)使用双步骤钻孔，使用IC刀具(50)来执行主孔直径切削，和中心钻具系统(70)。例如，IC刀具(50)可设置在处于单重或双重有效构造的钻头(30)中。中心钻具系统(70)切削孔的其余小直径部分，且由于其离工具的旋转中心的位置而构造成看到较小的切削表面长度。中心钻具系统(70)可包括"自动定心"几何形状，使得工具的钻头(30)将在孔的整个深度内被引导。钻具系统(10)允许较大直径的深孔，其在以较高速度和较小进给速率下的整个钻取中保持平直，因此提供了更大生产量的工具，其利用了现代机床的功率曲线和较低推力能力。

Description

用于深孔的钻具系统

技术领域

本申请为2013年3月6日提交的美国专利申请第13/ 787,338号的国际申请，该申请通过引用以其整体并入本文中。

背景技术

在深孔钻具系统中，现代机床带来了需要可有效地产生具有较大深度直径比的孔的工具。

为了制作大直径的深孔，已经使用的工具并未解决使用具有较小的可用马力的现代机床。现今被发现使用的机床大体上具有较小的可用马力，且仅可在高心轴速度下达到该可用的峰值马力。常规的深孔钻具可使用双重有效切削几何形状，其中两个刃口分担等量的切削负载。此类几何形状允许钻机形成中心线，且用作用于其后的钻体的其余部分的引导件。这允许了较长的钻体来钻取更平直的孔，而不偏离中心线。为了以可管理一定深度处的碎片抽出的方式实现碎片形成，这些类型的钻机将需要在高进给速率下运行，以便使碎片分段。此外，钻机将需要以相对较低的心轴速度旋转，以管理工具的OD处的热。

可使用的另一形式的深孔钻具为单个有效的枪钻或喷射头钻具。这些类型的工具更适于较高的深度直径比，且通常需要特殊的机器和设备有效。这些类型的工具还可使用工具本体上的承载表面来试图通过与之前刚刚钻取的孔的内壁进行接触来向钻机的前部提供稳定性。该技术在整个行业中广泛使用，以试图向较长的钻具提供稳定性，或试图保持它们在中心钻取。将期望的是提供允许简单且灵活的标准机床设置和使用的工具。

还已经进行了使用大铲刀来钻深孔的尝试。然而，这些工具在较低速度和较高进给速率下运行。较低速度意味着机器在机器功率曲线的下部操作。较高进给速率需要更大推力，这在现代钻机上不可实现。可转位碳化物(IC)钻机可用于在较高心轴速度和较小进给下钻孔。IC钻机将相对相同直径的扁钻消耗更少推力，且将在功率曲线的较高端部处来运行。然而，在大于4x直径的深度处，IC钻机缺乏稳定性，且趋于偏离中心，这产生可能不满足直度要求的孔。可转位的刀具以各种形状可用，且具有在磨损时旋转(或转位)至新鲜切削刃口且最终替换的能力。这通过替换磨损的刀具而提供了再使用工具本体任何次数的能力。钻体包括借助于螺钉或机械夹持机构定位刀具的凹穴。将凹穴定位在钻体的切削端上确定了待钻取的孔的尺寸。此类转机认作是单槽有效的，意味着刀具重叠。一个刀具从大直径朝中心线切削直径的一部分，且其它刀具从中心线到其与其它刀具重叠的点切削其余部分。

所需的是提供允许使用现代机床的功率曲线，同时适合以较高速率和较轻进给速率但最终较高穿透速率钻取的期望的工具。

发明内容

因此，本发明针对一种较好地使用现代机床的功率曲线的钻机系统。钻孔系统使用双步骤的钻机，使用IC刀具来执行主孔直径切削，以及中心钻具系统。在实例中，IC刀具可设置在单或双重有效构造的钻头中。中心钻具系统切削孔的其余小直径部分，且由于其离工具的旋转中心的位置而构造成看到较小的切削表面长度。中心钻具系统可包括"自动定心"几何形状，使得工具的钻头将在孔的整个深度被引导。钻具系统允许较大直径的深孔，其在以较高速度和较轻进给速率下的整个钻取中保持平直，因此提供了更大生产量的工具，其利用了现代机床的功率曲线和较低推力能力。

在钻具系统的另一个方面中，可转位的IC刀具和中心钻具系统两者提供了能够具有不同切削几何形状的灵活性，来适合使用者的应用，具有IC刀具和中心钻具系统可获得的各种选择。各个几何形状可适于特定的材料和/或应用，从而提高了系统的有效性。在另一方面中，附加的经济性和灵活性可通过配合在相同座体上的一定范围的固定直径的头来提供，这向使用者提供了钻取多个尺寸的孔而不购买附加的座体的能力。

公开了一种根据本发明的实例的钻具系统，其包括座体和可附接到座体上的钻头，其中座体具有第一匹配表面。钻头继而具有接合座体的第一匹配表面的第二匹配表面。第一匹配表面和第二匹配表面中的各个中的一个分别包括至少一个燕尾形凸起和至少一个燕尾形凹槽。在另一个实例中，可使用多个燕尾形凸起和多个燕尾形凹槽，其中各个以围绕工具的中心轴线的旋转形式形成。中心定位系统可提供成允许钻头与座体对准。钻头组装到使钻头围绕工具的轴线沿工具旋转方向(顺时针)旋转的座体上，直到至少一个燕尾形凸起与至少一个燕尾形凹槽接合，且将钻头锁定入与座体相关联的位置。

在一个实例中，至少一个燕尾形凸起和凹槽一起设计成在沿两个方向的钻孔操作期间吸收切削力。钻头和座体的第一和第二匹配表面一起将轴向力从钻头传递至主体。形成在第一匹配表面和第二匹配表面中的一个上的至少一个燕尾形凹槽和燕尾形凸起分别包括将旋转力从钻头传递至座体的表面。至少一个燕尾形凹槽和燕尾形凸起的这些表面可与来自钻孔力的相对侧向负载成角度。

附图说明

图1为根据本公开的实例的钻具系统的局部透视图；

图2为与钻具系统相关联的钻头的分解顶部立面视图；

图3为图2的钻头的分解透视图；

图4为钻具系统的钻头和座体的分解透视图；

图5为钻具系统的该实例的座体的顶面的局部透视图；

图6为钻具系统的该实例的钻头的底面的局部透视图；

图7为钻具系统的该实例的座体的顶面的顶视图；

图8为钻具系统的该实例的钻头的底面的底视图；

图9a-9d显示了钻具系统的该实例的钻头与座体之间的连接和组装的局部透视图；

图10a-10c显示了钻具系统的该实例的钻头与座体之间的连接的局部剖视图；

图11a-11d显示了钻具系统的该实例的冷却剂供应系统的局部剖视图；以及

图12a和12b显示了与钻具系统相关联的切削刀具的局部立面视图。

具体实施方式

现在参看图1，本发明的钻具系统10的实例可包括座体12，其具有柄端14来与机床和头端16连接。该本体12的长度将为待钻取的孔的深度的决定性因素。在所示的实例中，座体具有两个槽，以从钻头30的双重有效切削几何形状抽出材料的碎片。钻头30在该实例中组装到座体12的端部上。钻头30支承和定位多个可转位刀具50和中心钻具系统70，它们一起执行切削动作。不同的大直径和切削构造的钻头30可组装到座体12上，从而允许不同切削几何形状适合该应用的显著的灵活性。刀具50和中心钻具系统70两者可基于材料和/或使用者的应用来从钻头30中更换下。可组装到钻头30上的可转位的刀具50和中心钻具系统70的可替换性质允许使用者基于应用指定在各个刀具中使用的几何形状的类型。各个几何形状可适于特定的材料和/或应用，从而提高了系统10的有效性。此外，进一步的经济性和灵活性通过具有配合在相同座体12上的一定范围的固定直径的钻头30来提供，这向使用者提供了钻取多个尺寸的孔而不购买附加的本体的能力。

为了进一步细化该实例中的系统10，钻头30制作成使类似尺寸的本体12与设计成用于钻机直径范围的预定界面100配合。如图2和3中所见，所有IC切削刀具50以及中心钻具系统70都组装到钻头30上。中心钻具系统70可为可替换的刀片形式或可替换的尖端钻机形式，且与该形式的组件的机械器件组装，且具有将中心钻具系统70作为钻头30的一部分定位在预定位置中的特征。钻头30还包括凹穴32，以将IC刀具50定位在适当位置中以执行大直径切削。IC刀具50可以精确位置机械地紧固到凹穴32中，以用于切削期望的孔的外径。钻头30可包括中心导柱33。在实例中，钻头30然后组装到本体12上，且如图4所示，使用梅花驱动的螺钉34来与圆锥形头36紧固在一起。座体中的安装螺孔18的轴线设计成以如下这种方式与钻头中的安装螺孔38的轴线对准：在上紧时，螺钉头36的锥形座将影响钻头30来围绕其中心轴线沿工具旋转方向旋转，直到连接100接合座体12。

参看图5-8，钻头30与本体12之间的连接100更详细地被示出，且设计成以某一方式连接钻头30和本体12，以在钻孔操作期间更有效地吸收切削力，且更具体是沿两个方向的切削力。如图7和8中可见，将轴向力从钻头30传递至本体12的表面是本体12的平面20，以及钻头30的底部上的平面26。燕尾形凹槽22形成在本体12的表面20中，且对应地，燕尾形凸起42形成在钻头30中。将旋转力从钻头30传递至本体12的表面为本体12上的燕尾形凹槽的面24，以及钻头30上的燕尾形凸起42的面44。在该实例中，可提供至少一个燕尾形凹槽22和至少一个燕尾形凸起42，且多个燕尾形凹槽22和燕尾形凸起42可如图所示地使用，设置在匹配表面20和40的相对侧上。有可能在匹配表面20和40中的任一个上形成（多个）燕尾形凹槽22和/或（多个）燕尾形凸起42。在实例中，示出了凹槽和凸起的对称定位，提供了钻孔负载的平衡且有效的吸收。在界面100的各侧上，可提供本体12上的两个凹槽22和钻头30上的两个对接凸起42。该界面的所有其它表面是空隙。该实例连接100的界面是对称的，其将允许头部例如以180°增量或其它适合的增量成功地组装。

在该实例中，参看图9a-9d，钻头30的燕尾形凸起42和本体12中的燕尾形凹槽22以如下这种方式以围绕工具的中心轴线的旋转形式形成：首先允许钻头中心导柱33如图9a中所示插入本体中心导柱孔28中。如图9b中所见，钻头30可然后围绕中心柱33的轴线沿工具旋转方向(顺时针方向)旋转。当钻头30旋转时，钻头30的燕尾形凸起42与如图9c中所示的本体12上的燕尾形凹槽22接合，且如图9d那样锁定到适当位置。

在实例中，本体12与钻头30之间的连接提供另一明显的优点。在钻孔过程中，侧向钻孔力导致使用螺钉和/或可插入的柱或凸台来试图抵消此侧向负载。另外，防止靠着座体的钻头由于由钻孔力引起的侧向负载而翻倒或摇动的尝试包括使这些螺钉和/或凸台弯曲。在这样的尝试中，这些特征相对引入侧向负载的钻头上的点的位置增大了弯矩。相反，本发明提供了本体12与钻头30之间的连接，其有效地不同地处理侧向负载。燕尾形凹槽22和凸起42的接合的表面106和108(见图9b)可定向成角，如2°到30°，或例如，5°到30°，其中实例中示出了10°的角。成角的表面允许侧向负载的任何和所有分量与这些特征中的至少两个相反。成角的表面的第一功能在于将来自工具的转矩转化成轴向运动，从而将钻头30拉到座体12的座表面上。其第二功能在于在接合成角的表面时，其将防止座体12上的钻头30的翻倒或摇动。在图10a-10c中，在此以110处的线示出了钻头30和座体12以及燕尾形特征的接合表面。在主剖视图中的相反的箭头112示出了这些燕尾形特征如何在它们接合的各个特征上产生有效的夹持，以便将钻头30确定地保持在座体12的匹配表面上。此外，由于这些特征对称，故它们产生了将一旦组装将不会允许任何自由度的相反的楔形的效果。

钻头30的中心导柱25插入本体12中的对应的中心导柱孔15中。该特征用作定位引导件，其确保了在组装时，钻头30和本体12共用在设置公差内的相同旋转轴线，且允许燕尾形凹槽和燕尾形凸起的正确对准。

如上文所述，中心导柱33和安装螺钉34仅用作引导钻头30向座体12的组装的机构。安装螺钉的目的在于确保钻头和本体的正确组装。一旦在适当的位置中上紧，则钻头和本体将被组装，且准备用于钻孔。在钻孔期间，由于所有负载经由钻头和本体界面传递，故安装螺钉不承载负载。一旦燕尾形表面接合，则安装螺钉和导柱的影响可忽略。这保持了中心柱33和安装螺钉34免于在弯曲中加载，且将所有相反的侧向负载集中在紧接的连接100界面处。

在该实例中，钻具系统可设计为利用贯穿工具冷却剂操作。如图11a和11b中所见，钻头30可包括四个出口，包括设计成将冷却剂供应引导至中心钻具系统70的两个内出口120，以及设计成将冷却剂供应引导至大直径切削刀具50的两个外出口122。形成在座体12中的大中心冷却剂孔124将冷却剂从机床经由本体12并朝钻头30携带。在该实例中，如图11c中所见，箭头示出了供应两个内出口120的冷却剂将行进穿过形成在本体12中的主中心冷却剂通道124，该主中心冷却剂通道124突入中心导柱孔26中。从该处，冷却剂经由中心导柱33的底部中的中心通道126行进入钻头30中。两个内出口120成角来横穿钻头30中的该主通道126，且在中心钻具系统70附近释放冷却剂。在图11d中，箭头示出了供应两个外出口122的冷却剂将朝钻头30行进穿过座体12的主中心冷却剂通道124。两个出口128从本体12的面延伸，且向内成角来与主冷却剂通道124相交。冷却剂将行进穿过这些成角的出口128，在该处，它们与钻头30的底部座面上的相同直径的外出口122连接，使得在钻头30的外径附近朝大直径切削刀具50释放冷却剂。可使用其它构造来在切削刀具50和70的位置处施加冷却剂。

大直径切削刀具50可为可转位的IC刀具，例如图12a和12b中所示。在该实例中，示出了三角形刀具，其具有三个切削刃口，且包括刮片150，其为刀具50上的特征，其形成在切削大OD的刀具的部分上。刮片150可大体上定位成垂直的，与被钻取的孔的中心轴线共线。刮片表面具有如图12b中所示的切削刃口后方的少量空隙152。刮片150避免了由于在工具与工件之间具有单个接触点的切削刃口而形成表面缺陷，如，如果使用转角半径来来替代刮片150。单点接触可导致孔的表面光洁度中的可见的凹槽，而且不会用于稳定工具。刮片150允许钻具系统形成具有工件的改善的表面光洁度的抛光的孔的构造，尤其是在工具穿出时。此外，刮片150将在中心钻机离开工件的点处向工具提供稳定性。在所示实例中，当刀具30设置为处于双重有效构造时，将存在在工具的两侧上切削大直径的刮片150，如，彼此分开180°。这些相对的刮片150将在其在通孔上穿出工件时用作工具的边缘。如果刀具30设置为处于单重有效构造，其中仅一个刮片150在切削大直径的刀具上，则垫磨片可用于钻头30上来与刮片150对置，且提供稳定性以用于在通孔上离开。

对于中心钻具系统70，自动定心点几何形状，如在Allied Machine & Engineering Corp的AMEC T-A®刀片和Gen3sys®可替换的尖端钻机上，提供了刀片的点上的空隙特征的组合，这极大地提高了其定心能力。积极的网状切削刃口几何形状允许在钻机中心处形成自由机械碎片。这些特征通过产生在中心上开始且在孔的整个深度上保持总体提高的直度的孔而有益于设计。该钻具系统可使用这两者中的任一者来作为中心钻具系统或另一适合的系统。

系统10的设计允许了利用各个座体12带有更大量的钻孔直径范围，且具有针对应用修改中心钻具系统40的几何形状的灵活性。钻头30与座体12之间的连接还提供了结构稳健的设计，其在钻孔操作期间向钻头30提供了优异的稳定性。钻孔环境中经历的任何易变性由钻头30与座体12之间的连接处理，且本发明中的钻头30的稳定性导致了切削刀具50和70被支承，而引起延长的工具寿命和更好的孔质量。本体12与钻头30之间的连接也被成本效益有效地制成，且使得组装简单。

尽管在前述附图和描述中详细地示出和描述了本发明，但本发明应当被认为是示范性而非限制性的性质，将理解的是，仅示出和描述了其示范性实施例，且归入由以下权利要求描述的本发明的精神内的所有变化和改型都期望受保护。在考虑描述后，本发明的附加特征将对于本领域的技术人员变得显而易见。可在不脱离本发明的精神和范围的情况下制作出改型。

Claims (20)

1. 一种用于在工件中产生深孔的钻具系统，包括：

座体；

钻头，其可附接到所述座体上，其中所述座体具有第一匹配表面，且所述钻头具有在附接到所述座体上时接合所述座体的所述第一匹配表面的第二匹配表面；

至少一个燕尾形凸起和至少一个燕尾形凹槽，其中所述至少一个凸起或凹槽形成在相对的第一匹配表面和第二匹配表面上，且其中所述钻头通过使所述钻头相对所述座体围绕所述工具轴线旋转来组装到所述座体上，直到所述至少一个燕尾形凸起与所述至少一个燕尾形凹槽接合，且将所述钻头锁定在与所述座体相关联的位置。

2. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述至少一个燕尾形凹槽和/或燕尾形凸起分别形成在任一匹配表面上。

3. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，提供了多个燕尾形凹槽和燕尾形凸起。

4. 根据权利要求3所述的钻具系统，其特征在于，所述多个燕尾形凹槽和燕尾形凸起对称地定位在各个匹配表面的相对侧上。

5. 根据权利要求3所述的钻具系统，其特征在于，所述燕尾形凸起和所述燕尾形凹槽以围绕所述工具的中心轴线的旋转形式形成。

6. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，在此提供了两个燕尾形凹槽和两个对接燕尾形凸起，它们对称地定位在匹配表面的相对侧上，且允许所述钻头成功地以预定增量组装。

7. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述钻具系统还包括在所述座体和钻头中的一者上的导柱和在所述座体和钻头中的另一者上的导柱孔口，其中将所述钻头组装到所述座体上包括将所述导柱插入所述导柱孔口中，和使所述座体相对所述钻头旋转，直到所述至少一个燕尾形凸起和至少一个燕尾形凹槽与彼此接合且锁定就位。

8. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述至少一个燕尾形凸起和所述至少一个燕尾形凹槽各包括接合彼此的表面，来在所述钻头与座体之间传递钻孔力。

9. 根据权利要求8所述的钻具系统，其特征在于，所述接合的表面成角地形成。

10. 根据权利要求9所述的钻具系统，其特征在于，所述接合的表面成2°到30°之间的角。

11. 根据权利要求9所述的钻具系统，其特征在于，所述接合的表面成角以通过将来自所述工具的转矩转化成轴向运动来允许侧向负载的任何和所有分量相反，从而将所述钻头拉到所述座体的座面上，且充分防止了在所述座体上的所述钻头的翻倒或摇动。

12. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述至少一个燕尾形凹槽和至少一个燕尾形凸起包括表面，其接合彼此来在所述至少一个燕尾形凹槽与至少一个燕尾形凸起之间产生有效的夹持，以便将所述钻头确定地保持在所述座体的匹配表面上。

13. 根据权利要求12所述的钻具系统，其特征在于，多个燕尾形凹槽和燕尾形凸起对称地形成在所述匹配表面的相对侧上，以产生相反的楔形性状的效果，其充分防止所述钻头与所述座体之间的任何自由度。

14. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述钻具系统还包括引导所述钻头向所述座体的组装的安装螺钉，且其中在所述钻头组装到所述座体上之后，所述安装螺钉在钻孔期间不传递负载。

15. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述钻具系统还包括至少一个中心钻具系统和用于切削孔的大直径的至少一个切削刀具，且贯穿工具的冷却剂系统包括至少一个内出口，其定位成将冷却剂供应引导至所述中心钻具系统，至少一个外出口，其定位成将冷却剂供应引导至所述大直径切削刀具。

16. 根据权利要求15所述的钻具系统，其特征在于，提供了用于切削孔的大直径的多个切削刀具，且外出口将冷却剂供应引导至所述切削刀具中的每一个。

17. 根据权利要求1所述的钻具系统，其特征在于，所述钻具系统还包括至少一个中心钻具系统和用于切削孔的大直径的至少一个切削刀具，其中所述至少一个切削刀具包括切削刃口，其包括刮片，所述刮片形成在切削所述大直径的所述刀具的部分上且定位成大致垂直，与被钻取的所述孔的所述中心轴线共线。

18. 根据权利要求17所述的钻具系统，其特征在于，所述刮片表面具有在所述切削刃口后方的少量空隙。

19. 一种用于在工件中产生深孔的钻具系统，包括：

座体；

钻头，其可附接到所述座体上，其中所述座体具有第一匹配表面，且所述钻头具有在附接到所述座体上时接合所述座体的所述第一匹配表面的第二匹配表面；

至少一个燕尾形凸起和至少一个燕尾形凹槽，其中所述至少一个凸起或凹槽形成在相对的第一匹配表面和第二匹配表面上，且其中所述匹配表面一起将所述轴向力从所述钻头传递至所述座体，且形成在所述第一匹配表面和所述第二匹配表面中的一者上的所述至少一个燕尾形凹槽和燕尾形凸起分别包括将所述旋转力从钻头转移至所述座体的表面。

20. 一种组装钻具系统的工艺，包括：

提供座体和可附接到所述座体上的钻头，其中所述座体和所述钻头具有接合彼此的匹配表面，以及形成在相应匹配表面上的至少一个燕尾形凸起和至少一个燕尾形凹槽，

将所述匹配表面定位在彼此附近，且使所述座体相对所述钻头旋转，直到所述至少一个燕尾形凸起与所述至少一个燕尾形凹槽接合，且将所述钻头锁定在与所述座体相关联的位置。