CN105234442B - 用于加工内孔的刀具和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切削加工设备领域，公开了一种用于加工内孔的刀具和系统，所述内孔具有同轴的已加工表面(11)和待加工表面(21)，所述刀具具有刀具主体(30)、安装于该刀具主体(30)上的刀头(40)以及设置在该刀具主体(30)上的定位机构(50)，该定位机构(50)能够支撑在所述已加工表面(11)上，以使所述待加工表面(21)在加工后与所述已加工表面(11)具有预定同轴度。本发明提供的刀具能够以已加工表面(11)为定位基准，使得待加工表面(21)在加工后与已加工表面(11)可以具有符合技术要求的预定同轴度。

Description

用于加工内孔的刀具和系统

技术领域

本发明涉及切削加工设备，具体地，涉及一种用于加工内孔的刀具。在此基础上，本发明还涉及一种具有所述刀具的系统。

背景技术

目前，盲孔加工主要采用电加工、机械加工、射孔枪加工等方法。其中，作为切削加工领域传统技术，机械加工以其经济性、适应性等优势而广泛应用于各行各业的内孔加工工艺中。

如图1所示为液压领域常见的液压油缸的加工示意图。其中，该油缸的缸体由缸筒1和缸底2焊合而成。由于其通常设计为全熔透焊缝，在焊接后需要对焊缝位置(靠近缸底2处)进行加工，以获得适当的台阶内孔。加工此类内孔的难点在于，由于加工位置距离孔口较远，刀具3悬伸长度较长，因而在加工过程中容易发生振动。这一方面使得加工获得的台阶孔精度较低(如具有振刀纹)，与缸筒1内的已加工表面11的同轴度不能满足生产需要；另一方面，为了改善加工效果，要求加工设备具有较高的整体刚性，运动部件间的累积间隙较小。

然而，利用一般精度的普通机床很难达到相应的技术要求；利用高精度机床的经济性较低。在此情形下，本发明提供了能够有效解决上述现有技术中的至少部分问题的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于加工内孔的刀具，该刀具能够有效减小或避免刀具在加工内孔时的振动，以至少保证待加工表面在加工后与已加工表面具有适宜的同轴度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于加工内孔的刀具，所述内孔具有同轴的已加工表面和待加工表面，所述刀具具有刀具主体、安装于该刀具主体上的刀头以及设置在该刀具主体上的定位机构，该定位机构能够支撑在所述已加工表面上，以使所述待加工表面在加工后与所述已加工表面具有预定同轴度。

优选地，所述定位机构包括用于接触并支撑于所述已加工表面的滚珠和/或辊柱。

优选地，所述刀具主体包括头部和从该头部延伸的用于与机床刀架连接的延伸部，所述刀头安装于所述头部，所述延伸部套设有滚珠支承，所述滚珠通过滚珠保持架保持在所述滚珠支承上，并且/或者，所述延伸部套设有锥套，所述辊柱通过辊柱保持架保持在所述锥套上。

优选地，所述延伸部的远离所述头部的端部周面上形成有用于连接锥套锁紧螺母的外螺纹，所述锥套具有锥形外周面并被锁定在该锥套锁紧螺母与所述滚珠支承或所述头部之间，所述辊柱保持架可调节地设置于所述锥套上，以能够通过调节所述辊柱相对于所述锥套的轴向位置，改变该辊柱的径向位置。

优选地，所述锥套锁紧螺母上还螺接有用于调节和/或锁定所述辊柱保持架的锁定件。

优选地，所述头部与所述滚珠支承之间设有刮尘圈。

优选地，所述延伸部具有中空腔，该中空腔内设有导线和/或用于输送冷却液的输送管。

优选地，所述导线连接有用于观察加工工况的摄像头，该摄像头设置于所述头部。

优选地，所述刀具主体内设置有用于使所述刀头径向进给运动的传动机构，该传动机构包括传动连接的蜗杆、蜗轮以及丝杠，该蜗轮与丝杠的轴线交点位于所述刀具的回转中心线上，所述刀头连接于该丝杠的端部以能够在所述蜗杆转动时沿径向进给。

在此基础上，本发明还提供一种用于加工内孔的系统，该系统包括机床以及安装于该机床上刀具，该刀具为本发明提供的所述刀具。

通过本发明的上述技术方案，在刀头加工待加工表面时，利用定位机构支撑在已加工表面上，以限定刀具主体及刀头由于具有较长的延伸长度而导致的振动。由于以已加工表面为定位基准，因而待加工表面在加工后与已加工表面可以具有符合技术要求的预定同轴度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中液压油缸的加工示意图；

图2是根据本发明一种优选实施方式的刀具的剖视结构示意图；

图3是沿图2中A-A线的剖视结构示意图；

图4是利用图2中的刀具加工油缸缸体的示意图。

附图标记说明

1 缸筒 11 已加工表面

2 缸底 21 待加工表面

3 刀具 30 刀具主体

31 头部 32 延伸部

321 中空腔 3211 导线

40 刀头 50 定位机构

51 滚珠 52 滚珠支承

53 滚珠保持架 54 辊柱

55 锥套 56 辊柱保持架

60 锥套锁紧螺母 70 锁定件

80 刮尘圈 90 传动机构

91 蜗杆 92 蜗轮

93 丝杠 94 电机

95 压板 100 连接杆

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参照图2-图4所示，根据本发明一种优选实施方式的用于加工内孔的刀具3，所述内孔具有同轴的已加工表面11和待加工表面21。为便于说明，本发明的具体实施方式将主要以油缸缸体制造工艺中的内壁加工为例，其中，如图4，缸体包括全熔透焊接的缸筒1和缸底2。在焊接前，缸筒1的内周表面已精加工，作为本发明的已加工表面11。在焊接后，利用本发明的刀具在缸筒1与缸底2的焊接位置加工台阶孔，以获得具有良好性能的油缸。即焊接区域附近的内周表面作为本发明的待加工表面21。在此基础上，可以理解的是，在加工前，本发明的待加工表面21的中心轴线可以不与已加工表面11的中心轴线处于同一直线上；但在利用本发明的刀具加工后，待加工表面21可以形成为与已加工表面11具有预定同轴度。

另外，以下结合油缸缸体的说明并不用于将本发明的刀具3限定为仅能够用于台阶孔的加工，而是还可以应用于诸如具有恒定内径的内孔、通孔等其他孔的加工中。并且，尽管该刀具3图示为精加工孔的内侧壁，但在适当情形下，还能够用于在端壁中心加工通孔或盲孔，这可以通过设置刀具3和工件的不同主运动、进给运动而实现，并将在随后说明。

本发明的刀具3具有刀具主体30、安装于该刀具主体30上的刀头40以及套设在该刀具主体30上的定位机构50。该定位机构50能够支撑在形成于缸筒1内的已加工表面11上，以使焊接区域附近的待加工表面21在加工后与已加工表面11具有预定同轴度。

在加工过程中，该刀具3能够通过定位机构50限定刀具主体30及刀头40的振动，避免由于较长的延伸长度导致的加工精度低(如振刀纹)的问题。本发明利用已加工表面11为定位基准，可以使得待加工表面21在加工后与该已加工表面11具有预定同轴度，而无需高精度机床。

依不同需求，本发明的刀具3可以形成为多种形式。例如，在图4所示实施方式中，刀具3可以在缸体的开口侧(即缸筒1的远离缸底2的一侧)连接于机床刀架，并由该机床刀架操纵实现轴向进给运动。且在随后优选实施方式中，可以通过适当的机构实现刀头40的径向进给运动。而缸体在机床主轴带动下环绕刀具3旋转，构成切削加工的主运动。从而，通过车削方式加工待加工表面21。

在可选实施方式中，可以驱动刀具3相对缸体旋转，从而以镗削方式进行加工，此时的主运动即为作为所述刀头40的镗刀环绕缸体轴线的转动。在另一种实施方式中，可以使刀头40沿平行于缸体轴线的方向往复运动(主运动)，以刨削方式加工，此时的进给可以包括刀具3相对缸体的旋转运动和刀头40的径向运动。类似地，还可以根据实际需要设置刀具3与工件的相对运动，从而以不同方式加工内孔，在此不再赘述。

可以看出，在多种加工方式中，刀具3均会存在相对工件的运动。在加工过程中，定位机构50支撑在已加工表面11上可能会导致该已精加工的表面产生损坏。为此，在本发明的优选实施方式中，定位机构50通过滚动支撑的方式与已加工表面11接触，以减小甚至避免损伤已加工表面11。具体地，结合图2和图4，定位机构50包括滚珠51和辊柱54，分别用于接触并支撑于所述已加工表面11。从而，至少在缸体(尤其是缸筒1)相对于刀具3转动时，通过滚珠51和辊柱54沿缸筒1的已加工表面11滚动而避免产生损伤。尽管图示实施方式中具有两排滚珠51和一排辊柱54，但可以理解的是，可以根据需要或结构限制而选择其他设置形式。例如，可以仅设有滚珠51，从而当刀具3与缸筒1沿轴向相对运动时，也能够对已加工表面11产生保护作用。再如，可以仅设有辊柱51，或者设有多排辊柱51，从而该定位机构50与已加工表面11仅存在线接触而更好地保护该已加工表面11。

上述滚珠51和辊柱54各自与已加工表面11的接触点所在的圆周直径可以略大于已加工表面11的内径，从而形成微量滚压作用，在不损伤已加工表面11的情形下实现稳定支撑和定位。另外，沿远离待加工表面21的轴线方向，所述圆周直径可以逐级增大，这有利于提高加工精度。

定位机构50及其滚珠51和/或辊柱54可以通过多种方式设置在刀具主体30上。例如，就辊柱54而言，可以在刀具主体30上形成容纳该辊柱54的凹槽，并在凹槽内设置用于辊柱54的转轴，当辊柱54安装在该转轴上时能够略微凸出于刀具主体30的外周面，以支撑在已加工表面11上。

在图示优选实施方式中，刀具主体30包括头部31和从该头部31延伸的用于与机床刀架连接(如通过连接杆100)的延伸部32，该延伸部32的径向尺寸可以小于头部31的径向尺寸，以便于布置定位机构50。刀头40可以安装在头部31。

延伸部32上套设有滚珠支承52，滚珠51位于由该滚珠支承52形成的环形槽内，并通过滚珠保持架53保持；延伸部32还可以套设有锥套55，辊柱54位于锥套55的外周面上并通过辊柱保持架56保持。这种结构便于使得定位机构50可拆卸地套设在刀具主体31上，从而可以通过选择具有不同径向尺寸的定位机构50而以不同大小的已加工表面11为定位基准，具有更好的适应性。

其中，滚珠51所在的环形槽可以由多个具有倒角的滚珠支承52并排设置而成，通过改变滚珠支承52之间的间隔，可以实现滚珠51的径向位移，以调节其对已加工表面11的压力。

在图2所示的优选实施方式中，辊柱54径向位置的调节通过形成在锥套55外周面上的锥形形状实现。具体地，刀具主体30的延伸部32的远离头部31的端部周面上形成有外螺纹，并螺纹连接有锥套锁紧螺母60。锥套55形成有锥形外圆周面，并被锁定在锥套锁紧螺母60与滚珠支承52之间。辊柱保持架56一方面将辊柱54保持在所述锥形外圆周面上，另一方面还螺纹连接于锥套锁紧螺母60(即辊柱保持架56形成有内螺纹，锥套锁紧螺母60形成有外螺纹)，当改变辊柱保持架56在锥套锁紧螺母60上的螺接位置时，辊柱54会相对于锥套55沿锥形外周面滑动，从而改变辊柱54的径向位置。同理地，在不设有滚珠51及滚珠支承52的实施方式中，锥套55可以被锁定在锥套锁紧螺母60与刀具主体30的头部31之间，同样能够实施上述径向位置的调整。

在可选实施方式中，辊柱保持架56可以活套在锥套55上，并通过螺接于锥套锁紧螺母60上的锁定件70实现其轴向位置的调节，并通过该锁定件70锁定。或者，在上述辊柱保持架56直接螺接于锥套锁紧螺母60的实施方式的基础上，利用锁定件70实施锁紧，避免在加工过程中发生松动而无法良好定位。

内孔加工过程中产生的切屑若不及时清除，可能会被挤压在滚珠51、辊柱54与已加工表面11之间，不仅容易嵌入定位机构50，致使无法良好运行，还会损伤已加工表面11。然而，缸体的一端被缸底2封闭，另一端设置有定位机构50，难以排出切屑。为此，本发明的优选实施方式在刀具主体30的头部31与滚珠支承52之间设置有刮尘圈80，该刮尘圈80可以由柔性材质形成且其外径略大于已加工表面11的内径，从而将切屑与滚珠51所在的位置隔离，避免损伤已加工表面11。

在内孔(尤其是盲孔)加工中，通常难以直接获知加工位置的切削状况，且冷却液输送也较为困难，加工难度较大。为此，本发明的优选实施方式在刀具主体30的延伸部32设有中空腔321，该中空腔321可以从远离头部31的一端向头部31延伸，内部可以设有导线3211和/或用于输送冷却液的输送管。从而，在头部31位置可以设置摄像头(未示出)，并将其连接至导线3211。另外，中空腔3211内的导线3211还可以用于向电机94供电，从而实现供给运动，这将在以下优选实施方式中进一步说明。

在上述多种实施方式中，需要在径向实施刀头40的进给运动。在刀具3通过定位机构50定位于已加工表面11上后，刀头40无法通过刀具3的整体运动而径向进给。为此，在根据本发明一种较为优选的实施方式中，刀具主体30内设置有用于使刀头40径向进给的传动机构90。

具体地，结合图2-图4，导线3211一端连接有电机94，该电机94(如微型步进电机)的输出轴传动连接有蜗杆91，该蜗杆91通过轴承安装在刀具主体30的头部31内，一端通过轴承端盖封闭，以便于拆装传动机构90。蜗杆91的螺旋齿与蜗轮92啮合。进一步地，蜗轮92与安装有刀头40的导体组件可以通过滚珠丝杠螺母副连接。并且，蜗轮92与丝杠93的轴线交点位于刀具的回转中心线C上，从而刀具3相对工件的旋转能够均匀切削该工件的内周壁。刀头40可以通过压板95连接至丝杠93的端部。从而，当电机94带动涡杆91转动时，能够通过蜗轮91、丝杠93及压板95驱动刀头40沿径向进给。

以上对本发明具体实施方式的刀具3进行了详细说明，在此基础上，本发明还提供一种具有所述刀具3的用于加工内孔的系统，其中，刀具3安装于机床上。从而，通过本发明提供的刀具3，无需高精度机床即可实现较高的加工精度，尤其使得待加工表面21在加工后与已加工表面11具有符合技术要求的预定同轴度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种用于加工内孔的刀具，所述内孔具有同轴的已加工表面(11)和待加工表面(21)，其特征在于，所述刀具具有刀具主体(30)、安装于该刀具主体(30)上的刀头(40)以及设置在该刀具主体(30)上的定位机构(50)，该定位机构(50)能够支撑在所述已加工表面(11)上，以使所述待加工表面(21)在加工后与所述已加工表面(11)具有预定同轴度，所述刀具主体(30)内设置有用于使所述刀头(40)径向进给运动的传动机构(90)，所述刀具主体(30)包括头部(31)和从该头部(31)延伸的用于与机床刀架连接的延伸部(32)，所述延伸部(32)具有从该延伸部(32)的远离所述头部(31)的一端向所述头部(31)延伸的中空腔(321)，该中空腔(321)内设有导线(3211)和用于输送冷却液的输送管；

所述传动机构(90)包括传动连接的蜗杆(91)、蜗轮(92)以及丝杠(93)，该蜗轮(92)与丝杠(93)的轴线交点位于所述刀具的回转中心线(C)上，所述刀头(40)连接于该丝杠(93)的端部以能够在所述蜗杆(91)转动时沿径向进给，所述蜗杆(91)连接有设置于刀具主体(30)内的电机(94)，该电机(94)与所述导线(3211)相连。

2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述定位机构(50)包括用于接触并支撑于所述已加工表面(11)的滚珠(51)，所述刀头(40)安装于所述头部(31)，所述延伸部(32)套设有滚珠支承(52)，所述滚珠(51)通过滚珠保持架(53)保持在所述滚珠支承(52)上。

3.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述定位机构(50)还包括用于接触并支撑于所述已加工表面(11)的辊柱(54)，所述延伸部(32)套设有锥套(55)，所述辊柱(54)通过辊柱保持架(56)保持在所述锥套(55)上。

4.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述延伸部(32)的远离所述头部(31)的端部周面上形成有用于连接锥套锁紧螺母(60)的外螺纹，所述锥套(55)具有锥形外周面并被锁定在该锥套锁紧螺母(60)与所述滚珠支承(52)之间，所述辊柱保持架(56)可调节地设置于所述锥套(55)上，以能够通过调节所述辊柱(54)相对于所述锥套(55)的轴向位置，改变该辊柱(54)的径向位置。

5.根据权利要求4所述的刀具，其特征在于，所述锥套锁紧螺母(60)上还螺接有用于调节和/或锁定所述辊柱保持架(56)的锁定件(70)。

6.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述头部(31)与所述滚珠支承(52)之间设有刮尘圈(80)。

7.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述导线(3211)连接有用于观察加工工况的摄像头，该摄像头设置于所述头部(31)。

8.一种用于加工内孔的装置，其特征在于，该装置包括机床以及安装于该机床上的根据权利要求1至7中任意一项所述的刀具。