CN105562737B - 用于镗刀的自动平衡系统及组装有自动平衡系统的镗刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于镗刀的自动平衡系统及组装有自动平衡系统的镗刀。一种镗头(10)，所述镗头具有用于选择性地使得切削刀片(20)移动期望量的移动传递机构，所述移动传递机构包括用于选择性地使得所述切削刀片在第一方向上径向位移期望量的装置以及用于选择性地使得平衡质量(50)在与所述第一方向相反的第二方向上径向位移同时所述平衡质量还轴向位移的装置，所述平衡质量在所述第二方向上的所述位移有效抵消所述切削刀片在所述第一方向上的所述位移，使得所述镗头的旋转平衡被自动维持。

Description

用于镗刀的自动平衡系统及组装有自动平衡系统的镗刀

技术领域

本发明涉及用于补偿质量的设备，并且具体地讲涉及在用来精加工高精度孔的旋转镗头中用于补偿质量的设备。本发明还涉及含有这种质量补偿设备的旋转镗头。

背景技术

在现有技术中，镗头是已知类型的，其固定在机床主轴上，使得仅仅存在一个单个位置，刀架的可移动的滑动元件以及切削工具本身的重心在所述位置下面与镗头的旋转轴重合。

在现有技术中，另外已知的是，随着镗头的可移动零件的位移，镗头重心改变其通常位于旋转轴上方的平衡位置，从而导致镗头失衡。随着切削元件联接到的镗头中的滑动元件相对于旋转轴而径向位移至外侧，这种失衡动作会增加得更多。

归因于镗头中缺少平衡质量而产生的振动，在加工期间对孔的精度和精加工性所造成的破坏已导致向镗头添加平衡设备。

另外，由于孔精度是以微米来计并且当前镗头旋转达到极高水平，任何失衡(即使仅以微小增量失衡)都导致加工工作品质损失，因为在这些情况下，考虑的是以约千分之一毫米的非常紧公差。

在现有技术中，已经尝试通过用于实现质量位移的配重的动作来抑制失衡状况。然而，不利的是，此类配重的已知的实施例无法使得旋转镗头完成适合于每种情况的足够高水平的递进平衡操作。

另外，已知平衡系统通常需要手动调节，以便满意地平衡切削工具，取决于期望平衡品质来说，这非常耗时。

此外，其他已知平衡系统利用加工成紧公差的许多部件，这些部件通常采用复杂几何形状。

因此，需要用于使旋转镗刀平衡的改进系统。

发明内容

因此，现有技术中的缺点通过本发明的实施例来解决，该实施例涉及具有自动平衡装置的镗头。本发明的多个实施例提供的解决方案比已知解决方案所需零件更少、公差更为宽松并且几何形状一般更简单。

作为本发明的一个方面，提供一种镗头。镗头包括：壳体，该壳体围绕中心纵向轴线设置，该壳体具有适于联接到机床的第一端以及相反的第二端，相反的第二端具有可移动部分，可移动部分构造成使切削刀片能够选择性地联接到其上；以及移动传递机构，该移动传递机构设置成在壳体上和/或壳体中。移动传递机构包括：可旋转构件，该可旋转构件安装成相对于壳体可旋转；平衡质量，该平衡质量具有限定在其外表面中的一对相对的沟槽，每个沟槽与从壳体向内延伸的相应对齐销配合接合；以及主构件，该主构件设置在壳体内，该主构件可沿着纵向轴线移动并可操作地联接至可旋转构件、平衡质量以及可移动部分。可旋转构件以预定量旋转致使可移动部分相对于纵向轴线在第一径向方向上移动对应第一预定距离并且致使平衡质量在与第一径向方向相反的第二径向方向上移动对应第二预定距离。

每个相对的沟槽可相对于中心纵向轴线成一角度设置。

该主构件可经由与可旋转构件接合的传动键来可操作地联接至可旋转构件。

该可旋转构件可包括环，该环包括内表面，该内表面具有的螺纹部分配合接合传动键上的螺纹部分。

该可旋转构件可包括环，该环包括内表面，该内表面具有与设置在传动键第一端处的第一螺纹部分以及设置在传动键的相反第二端处的第二螺纹部分配合接合的螺纹部分。

该可旋转构件以预定量旋转可致使可移动部分相对于纵向轴线在第一径向方向上移动对应第一预定距离并且致使平衡质量在与第一径向方向相反的第二径向方向上移动对应第二预定距离同时平衡质量朝向壳体的第一端或第二端移动。

主构件可围绕刚性地联接至壳体的中空管状构件设置，中空管状构件被构造成允许冷却剂从壳体的第一端流动到第二端。

平衡质量可被约束成仅仅沿着相对于中心纵向轴线倾斜地取向的轴线移动。

每个相对的沟槽可相对于中心纵向轴线成一角度设置，并且倾斜地取向的轴线可相对于中心纵向轴线成所述角度取向。

该主构件还可包括线性部分和倾斜部分，其中，倾斜部分与横杆中形成的倾斜通道滑动接合，横杆端部处设置所述可移动部分，切削刀片被构造成将联接至可移动部分。

作为本发明的另一方面，提供一种镗头，该镗头具有用于选择性地使得切削刀片移动期望量的移动传递机构。移动传递机构包括：用于选择性地使得切削刀片在第一方向上径向位移期望量的装置；以及用于选择性地使得平衡质量在与第一方向相反的第二方向上径向位移同时平衡质量还轴向位移的装置。平衡质量在第二方向上的位移有效抵消切削刀片在第一方向上的位移，使得自动维持镗头的旋转平衡。

切削刀片的径向位移和平衡质量的径向位移可通过移动传递机构同时进行。

该移动传递机构可设置在壳体中或壳体上，并且该移动传递机构可包括可旋转构件，可旋转构件适于以预定量旋转，以便使切削刀片以期望量移动。

附图说明

当结合附图阅读时，可从优选实施例的以下描述得到对本发明的完整理解，其中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的镗头的等轴视图；

图2为图1的镗头的端视图；

图3为沿着图2的线3-3截取的图1的镗头的剖视图；以及

图4为沿着图2的线4-4截取的图1的镗头的剖视图。

图5为沿着图2的线3-3截取的图1的镗头的局部剖视图，其中内部部件的一部分以非剖视形式示出，以便示出实施例的内部细节。

图6为沿着图3的线6-6截取的图1的镗头的剖视图。

具体实施方式

本文所用定向短语诸如左、右、前、后、顶、底及其衍生词与附图中所示元件的取向有关，并且不对权利要求进行限制，除非在本文中明确陈述。在所有附图中，相同零件被提供有相同附图标记。

如本文所用，术语“数目”应用于指任何非零数量(即，一或任何大于一的数量)。

如本文所用，术语“附近”应用于指靠近特定标识点或位于该特定标识点上(即，接近)的某点。或者，术语“围绕”则应用于指一个或多个元件围绕另一元件设置。

如本文所用，短语“滑动接合”应当用于指两个或更多个元件彼此接触，其方式为使得这些元件中的一个或两个可相对于另一个而滑动，同时仍会保持接触。

图1-图6描绘根据本发明的非限制性实施例的示例性镗头10，该镗头用于在镗头10通过机床(未示出)围绕中心纵向轴线12旋转时对工件(未示出)进行精确的精加工镗削操作。参考图1，镗头10包括围绕中心纵向轴线12而设置的基本上圆柱形形状的主体或壳体14。壳体14包括适于联接(经由任何合适装置)至先前所提及的机床的第一端16以及相反的第二端18。虽然描绘为具有大体上均匀的直径的基本上圆柱形形状，但应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下，壳体14可由直径各异的多个基本上圆柱形部分来形成。选择性地经由刀夹22联接至可移动部分19的切削刀片20大体提供在壳体14的相反的第二端18处或周围。

参考图1和图3，镗头10还包括移动传递机构(未编号)，该移动传递机构包括可旋转构件诸如图示实施例中的环24，该可旋转构件被安装成可相对于壳体14旋转。如下所述，环24以预定量旋转致使刀夹22在垂直于壳体14的纵向轴线12的方向上进行对应移动，由此导致切削刀片20以对应预定量径向位移。这种受控移动通过若干部件的带有操作性的或可操作的联接实现，如下文更详细所述。在所示的示例性镗头10中，移动传递机构的可旋转环24可旋转且外部有刻度。环24布置成与壳体14大体同轴。虽然示出为围绕纵向轴线12而设置的环24，但应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下，转盘型(未图绘)可旋转构件(例如，在不限制的情况下，可围绕横向于纵向轴线12的轴线而旋转)或其他合适的构件可替代地取代环24。

参考图4的剖视图，环24的面向内的表面(未编号)设置有多个螺纹(未详细地示出)，由此形成螺纹部分28，该螺纹部分大体上形成为在环24内具有基本上平行于纵向轴线12而设置的螺距的阴螺纹部分。继续参考图4的剖视图，环24的螺纹部分28由设置在传动键32的径向向外端部(未编号)处的对应螺纹部分30配合接合。传动键32包括中心孔34，主构件36穿过中心孔设置并刚性地联接在其中。如图3-图6的剖图视所示，主构件36与纵向轴线12同轴设置，且更具体地讲，其设置在形成于壳体14中的中心通道38内，并且围绕刚性地联接至壳体14的中空管状构件35而设置。主构件36在壳体14的中心通道38内的这种布置起约束主构件36的径向移动作用，但允许主构件36沿着纵向轴线12的轴向移动。中空管状构件35提供可供冷却剂或其他合适流体大体上从壳体14的第一端16流动通向相反的第二端18的通道。虽然示出为包括一个传动键32，但应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以采用多个(即，2个或更多个)传动键32。

主构件36为大体上圆柱形形状的，但可具有变化的半径，诸如附图中示出的示例性实施例所示。如图3所示，主构件36包括线性部分36A以及设置成更靠近壳体14的第二端18的倾斜部分36B。倾斜部分36B可滑动地接合在横杆66中形成的倾斜通道64，横杆本身设置于在第二端18处或第二端18附近延伸穿过壳体14的横向孔68内并与之可滑动地接合。倾斜部分36B以及倾斜通道64优选地为大体上圆柱形形状，诸如图示实施例中所示，然而，在不偏离本发明的范围的情况下，可以使用其他形状。刀夹22以及切削刀片20选择性地联接到的可移动部分19(如先前所描述)被提供在横杆66端部处，使得在横杆66随着主构件36沿着纵向轴线12轴向移动而一起移动时切削刀片20相对于纵向轴线12径向平移。

为了维持镗头10的静态平衡，在壳体14内提供平衡质量50。如图3-图6所示，平衡质量50为大体上圆柱形形状的，并且包括围绕主构件36的部分54设置的中心孔52。中心孔52相对于这个部分54设定尺寸，使得平衡质量50可相对于主构件36径向移动(即，在图3和图5中，垂直于纵向轴线12而上下移动)。然而，平衡质量50相对于主构件36在轴向上被垫圈56或其他合适结构约束，使得平衡质量50在壳体14内连同主构件36一起平移。

如图4-图6所示，平衡质量50包括一对外部沟槽60，该对外部沟槽彼此相对地设置在平衡质量50的外表面61上，由从壳体14向内延伸的对齐销62可滑动地配合接合。如其中平衡质量50未剖视示出的图5的局部剖视图所示，当沿着销62(图5中以虚线示出)从轴向上观察时，每个沟槽60相对于纵向轴线12成一角度θ设置。每个对齐销62与平衡质量50中的相应沟槽60可滑动地相互作用，使得当平衡质量50连同主构件36(平衡质量50在轴向上受到主构件约束)一起沿着纵向轴线12轴向平移时，平衡质量50在横向于纵向轴线12的方向上(由沟槽60决定)平移。换句话讲，参考图5所示布置，当主构件36向右(即，朝壳体14的第二端18)平移时，平衡质量50大体上朝下向右平移。或者，当主构件36向左(即，朝壳体14的第一端16)平移时，平衡质量50朝上和向左平移。

为了维持镗头10的静态平衡，平衡质量50的特定大小和所需径向移动取决于由横杆66以及附接部件22和20的径向移动所导致的失衡量(所要位移的质量与质量位移的乘积)。应当理解，维持静态平衡是镗头10主要关注的问题，而此类设备的动态平衡由于镗头10相对短的长度以及壳体14的刚性而关注较少。

为了使平衡质量50所占据的空间最小化，平衡质量50优选地由高密度的材料制成，例如(但不限于)钨合金，但是在不偏离本发明的范围的情况下，可以使用其他合适材料。计算平衡质量50以产生与横杆66、刀夹22以及刀片20(包括螺钉)相同的失衡(定向在相反方向上)。平衡质量与其位移的乘积必须等于66、22、20质量总和与它们径向位移的乘积。应当理解，沟槽60的角度θ(这个角度导致平衡质量50的径向位移)无需与主构件36的倾斜部分36B的角度(未编号)相同。如果沟槽60的角度θ较大(因此导致主构件36每次轴向移动时平衡质量50的较大径向移动)，则可以使用较小(或较低密度的)平衡质量。相反，如果沟槽60的角度θ不太陡，则需要较大(或较高密度的)质量。

因此描述了镗头10的移动传递机构的基本部件，现将提供其操作的概览。

为了引起切削刀片20相对于镗头10的期望径向移动，操作员根据环24上设置的刻度仅使环24相对于壳体14旋转期望量。当环24旋转时，其内表面上的螺纹部分28与一个或多个传动键32的对应螺纹部分30相互作用，致使传动键32连同刚性地联接至其上的主构件36一起沿着轴线12朝壳体14的第一端16或朝第二端18平移，这取决于环24的旋转方向(以及对应螺纹部分28和30的旋向)。

当因此致使主构件36沿着纵向轴线12而轴向平移时，如先前所论述，随着主构件36朝壳体14的第二端18平移，在平衡质量50的倾斜沟槽60与对齐销62之间的相互作用致使平衡质量50除了朝第二端18轴向移位之外，还相对于壳体14(且因此纵向轴线12)在第一方向D₁(图5)上径向移位，第一方向相对于剖视图向下，如图5所取向。换句话讲，这种布置提供用于使得平衡质量50被约束为仅仅沿着相对于中心纵向轴线12倾斜地取向的轴线(未示出)移动。

与在主构件36沿着纵向轴线12平移时的平衡质量50的沟槽60同壳体14的对齐销62的相互作用的同时，主构件36的倾斜部分36B与横杆66的倾斜通道64相互作用，其方式为致使横杆66且因此联接至其上的刀夹22和切削刀片20相对于壳体14(且因此纵向轴线12)在第二方向D₂(图5)上径向移位，第二方向相对于剖视图是向上的，如图5所取向，并且在与平衡质量50同时移动所沿着的方向D₁(图5)明显相反的方向上。

或者，通过此类相互作用，主构件36朝壳体14的第一端16的平移(如根据先前例子由环24在相反方向上的旋转而导致)造成平衡质量50在与D₁相反的方向上(以及朝向第一端16)平移，同时切削刀片20朝纵向轴线12而向内(与D₂相反)平移。

应当理解，通过这种移动传递机构布置，因切削刀片20以及相关部件的径向移动而导致的镗头10的总体平衡的任何变化被平衡质量50在相反方向上的移动自动补偿。

从前述内容中，应当理解，本发明的多个实施例提供比目前可提供用于镗刀的那些更优异的平衡解决方案。在此类改进中，复杂零件数目减少，因零件失准造成的复杂程度降低，并且制造成本因零件复杂程度降低以及所需零件总数减少两者而减少。

虽然已详细描述了本发明的具体的实施例，但是本领域的技术人员应当理解，根据本公开的全部教导内容，可对本文中提供的细节作各种修改和替代。因此，所公开的具体布置仅表示为示例性的且并不对本发明的范围构成限制，本发明的范围是由所附权利要求书及其任何和全部等同物的完整范围给出。

在权利要求书中，置于括号间的任何附图标记不应被理解为限制权利要求。词语“包含”或“包括”不排除存在除了权利要求中列出的那些之外的元件或步骤。在列举出若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可由同一个硬件项体现。置于某个元件前的词语“一个”或“一种”不排除存在多个此类元件。在列举出若干装置的任何设备权利要求中，这些装置中的若干装置可由同一个硬件项体现。仅在互不相同从属权利要求中引用某些元件的这一事实并不表示这些元件无法组合使用。

Claims (9)

1.一种镗头(10)，包括：

围绕中心纵向轴线(12)设置的壳体(14)，壳体具有适于联接到机床的第一端(16)和具有可移动部分(19)的相反的第二端(18)，可移动部分构造成使切削刀片(20)能够选择性地联接到其上；以及

移动传递机构，设置在壳体上和/或壳体中，移动传递机构包括：

可旋转构件(24)，安装成相对于壳体可旋转；

平衡质量(50)，具有限定在其外表面(61)中的一对相对的沟槽(60)，并且每个沟槽由从壳体向内延伸的相应对齐销(62)配合接合；以及

设置在壳体内的主构件(36)，主构件能沿着中心纵向轴线移动并可操作地联接至可旋转构件、平衡质量以及可移动部分，

其中，可旋转构件以预定量的旋转致使可移动部分相对于中心纵向轴线在第一径向方向上移动对应的第一预定距离，并且致使平衡质量在与第一径向方向相反的第二径向方向上移动对应的第二预定距离，并且

其中，每个相对的沟槽相对于中心纵向轴线成一角度(θ)设置，并且每个相对的沟槽不垂直于中心纵向轴线。

2.根据权利要求1所述的镗头，其中，主构件经由与可旋转构件接合的传动键(32)而可操作地联接至可旋转构件。

3.根据权利要求2所述的镗头，其中，可旋转构件包括环，环包括内表面，内表面具有的螺纹部分(28)配合接合传动键上的螺纹部分(30)。

4.根据权利要求2所述的镗头，其中，可旋转构件包括环，环包括内表面，内表面具有的螺纹部分(28)与设置在传动键第一端处的第一螺纹部分以及设置在传动键的相反第二端处的第二螺纹部分配合接合。

5.根据权利要求1所述的镗头，其中，可旋转构件以预定量的旋转致使可移动部分相对于中心纵向轴线在第一径向方向上移动对应的第一预定距离以及致使平衡质量在与第一径向方向相反的第二径向方向上移动对应的第二预定距离且同时平衡质量朝向壳体第一端或第二端移动。

6.根据权利要求1所述的镗头，其中，主构件围绕刚性地联接至壳体的中空管状构件(35)设置，中空管状构件构造成允许冷却剂从壳体的第一端流动到第二端。

7.根据权利要求1所述的镗头，其中，平衡质量被约束成仅仅沿着相对于中心纵向轴线倾斜地取向的轴线移动。

8.根据权利要求7所述的镗头，其中，倾斜地取向的轴线相对于中心纵向轴线成所述角度(θ)取向。

9.根据权利要求1所述的镗头，其中，主构件还包括线性部分(36A)和倾斜部分(36B)，其中，倾斜部分滑动地接合形成在横杆(66)中的倾斜通道(64)内，横杆端部处设置有所述可移动部分(19)，切削刀片构造成将联接至所述可移动部分。