CN106825693A - 模块化钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化钻头，所述钻头具有可替换切削头，所述可替换切削头以联锁方式安装到柄部。所述柄部具有凹座，且具有至少一个平坦的、竖直方向成角度的保持表面，所述保持表面的位置比至少一个驱动表面更靠近旋转轴。相似地，所述切削头具有至少一个竖直方向成角度的保持表面，所述保持表面的位置比至少一个从动表面更靠近所述钻头的所述旋转轴。由于相对于所述旋转轴的所述表面之间的相对位置，最大程度减小了施加到所述钻头上的应力和疲劳，从而延长了工具寿命。

Description

模块化钻头

技术领域

本发明涉及切削工具，并且更具体地讲，涉及具有可替换切削刀头的模块化钻头。

背景技术

具有安装在柄部上的可替换切削刀头的钻头是已知的。切削头和柄部呈现出连续且互补成槽式钻头的构型。为此，每个柄部具有用于保持并旋转相关联的切削头的结构。相关联的切削头具有用于由柄部保持并旋转的互补结构。虽然这些装置将在一些情况下操作，但更深入的分析揭示了它们的使用寿命可能过度受限。更具体地讲，由于在不平整的或成角度的表面上钻削期间施加的应力集中，柄部的保持与驱动结构在其使用寿命期间会经受变形和失效。

发明内容

本发明的修改改变了施加到柄部上的应力，使得柄部在使用期间不经历变形和彻底失效，或作为另外一种选择，在变形使工具无法使用之前可实现其使用寿命的延长。更具体地讲，通过如下方式解决柄部的保持与驱动结构的变形和失效问题：在更靠近钻头的中心旋转轴的位置处独立于驱动表面提供竖直方向成角度的保持表面，从而为横向力提供额外支撑，并防止应力在关键凹座区域上增大。

在一个方面，用于对工件进行旋转切削操作的切削工具组件包括刀柄和可替换切削头，该可替换切削头安装在刀柄上并接合刀柄，刀柄和切削头在组装在一起时具有公共旋转轴和互补周边表面。柄部具有用于联接到切削头的凹座、被布置成在切削头安装在凹座内时保持切削头的联锁构件、在切削头安装在凹座内时邻接切削头的至少一个邻接表面、在切削头安装在凹座内的情况下被布置成在柄部旋转时使切削头旋转的至少一个驱动表面、以及位置比至少一个驱动表面更靠近旋转轴的至少一个竖直方向成角度的保持表面。切削头具有面向凹座的周边基部表面以及沿着公共旋转轴居中定位的圆柱形构件、在切削工具组件前端处的切削部分、以及与切削部分相对且面向柄部连接部分后端的柄部连接部分、用于接合柄部的联锁构件的对应联锁构件、在切削头安装在凹座内时邻接柄部的切削头邻接表面、在切削头安装在凹座内时被取向成邻接柄部的驱动表面的从动表面、以及保持表面，所述保持表面在切削头安装在凹座内时被取向成邻接柄部的至少一个竖直方向成角度的保持表面。

在另一个方面，用于对工件进行旋转切削操作的切削工具组件包括刀柄和可替换切削头，该可替换切削头安装在刀柄上并接合刀柄，刀柄和切削头在组装在一起时具有公共旋转轴和互补周边表面。柄部具有用于联接到切削头的凹座、被布置成在切削头安装在凹座内时保持切削头的联锁构件、在切削头安装在凹座内时邻接切削头的至少一个轴向邻接表面、在切削头安装在凹座内的情况下被布置成在柄部旋转时使切削头旋转的至少一个驱动表面、以及相对于至少一个驱动表面径向向内地定位的至少一个竖直方向成角度的保持表面。切削头具有面向凹座的周边基部表面以及沿着公共旋转轴居中定位的圆柱形构件、在切削工具组件前端处的切削部分、以及与切削部分相对且面向柄部连接部分后端的柄部连接部分、用于接合柄部的联锁构件的对应联锁构件、在切削头安装在凹座内时邻接柄部的切削头邻接表面、在切削头安装在凹座内时被取向成邻接柄部的驱动表面的从动表面、以及保持表面，所述保持表面在切削头安装在凹座内时被取向成邻接柄部的至少一个竖直方向成角度的保持表面。

附图说明

虽然示出了本发明的多个实施例，但是示出的具体实施例不应被解释为限制权利要求。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是根据本发明实施例的模块化钻头的局部、分解视图；

图2是根据本发明实施例的模块化钻头的切削头的侧面正视图；

图3是图2的切削头的另一个侧面正视图；

图4是图2的切削头的顶部透视图；

图5是图2的切削头的另一个顶部透视图；

图6是图2的切削头的另一个顶部透视图；

图7是沿着图6的线7-7截取的图2的切削头的剖视图。

图8是根据本发明实施例的模块化钻头的柄部的侧面正视图；

图9是图8的柄部的另一个侧面正视图；

图10是图8的柄部的顶部透视图；

图11是图8的柄部的另一个顶部透视图；

图12是根据本发明实施例的柄部的凹座的放大局部透视图，示出了椭圆形形状的底切；

图13是根据本发明实施例的已组装的模块化钻头的侧面正视图；

图14是图13的已组装的模块化钻头的另一个侧面正视图；

图15是图13的已组装的模块化钻头的顶部透视图；

图16是图13的已组装的模块化钻头的另一个顶部透视图；

图17是根据本发明另一个实施例的模块化钻头的柄部的侧面正视图；并且

图18是图17的柄部的俯视图。

具体实施方式

现在参见图1，示出了根据本发明的实施例的用于对工件(未示出)进行旋转切削操作的切削工具组件10。一般来讲，切削工具组件10包括刀柄12和可替换切削头14，该可替换切削头安装在刀柄12上并接合该刀柄。在所示的实施例中，切削工具组件10包括模块化钻头，该模块化钻头在优选实施例中为所谓的麻花钻头类型，其具有沿着钻头侧面设置的螺旋凹槽。切削头14的各种视图示于图2-图7中，而柄部12的各种视图示于图8-图12中。

在图1的实施例中，两个凹槽彼此沿直径相对地设置，仅一个凹槽可见。可见的凹槽具有形成凹槽的一部分的横向凹陷部、或切削头14中所形成的切削头凹槽部分16。在柄部12中形成了对应或互补的横向凹陷部或柄部凹槽部分18。图1的图示显示了处于开始安装在柄部12上的位置中的切削头14。切削头14的安装要求将切削头14降低到与柄部12邻接或接近邻接，并以与切削操作期间旋转的方向相反的方向旋转。该安装程序不仅将使切削头14与柄部12按阻止沿相对于轴20采取的轴向方向脱离的方式在某些相应配合周边表面处联锁，而且将保证柄部12的驱动表面22、24与切削头14的对应从动表面26、28邻接。柄部12的驱动表面22、24被取向成邻接并抵靠切削头14的从动表面26、28，从而在通过其相关联的切削工具诸如手钻、钻床、机床等(未示出)旋转柄部12时使切削头14与柄部12协同旋转。

另外，可将螺纹构件(未示出)插入穿过柄部12中的轴向孔(未示出)，使得可将螺纹构件拧进切削头14的底部63中的螺纹孔(未示出)中，从而将切削头14牢固地保持在适当位置。此外，可将螺纹构件(未示出)插入穿过柄部12中的径向孔(未示出)，使得可将螺纹构件拧进柄部12中并接合切削头12的圆柱形构件60的圆柱形表面62，从而将切削头12牢固地保持在适当位置。当接合圆柱形表面62时，可能需要凹口或平口(未示出)。安装在柄部12上的切削头14的各种视图示于图13-图16中。

一旦将切削头14安装在柄部12上，由切削头凹槽部分16和柄部凹槽部分18共同形成的凹槽将会对齐，从而以大致连续且未畸变的方式形成凹槽。当然，在切削工具10的另一侧上形成了类似的凹槽。虽然两个凹槽是优选的，但任何数量的凹槽(包括仅一个)都可行。

在图1的图示中，切削头凹槽部分16出现于切削工具10的前端30处。前端30是出于语义目的而定义的，并且是在切削时接合工件(未示出)的端部。在切削操作期间，将切削工具10安装在旋转切削工具中，使之旋转，并随着切削的进行，逐步推进到工件(未示出)中。与前端30相对定位的切削工具的端部称为后端32。术语“前端”和“后端”是语义手段，它们同样适用于柄部12和切削头14，因为它们隐含相对于纵向和旋转轴20的方向取向而非具体结构。前端30是穿透工件(未示出)的端部，而后端32是与前端30相对的端部。

柄部12的联接至切削头14并使该切削头旋转的部分称为凹座34。凹座34的主要元件包括两个大致对称且类似的堞形壁部分36、38。将描述的是壁部分36，应当理解，壁部分38是其大致对称的对应部分。每个壁部分36、38基本上是柄部12的主体的延续，其在图1的图示中沿着柄部12的外周边向上突出超过柄部12的中心底板部分40。每个壁部分36、38具有平滑外表面42，该平滑外表面适形于切削工具10的大致圆柱形的外表面，并且与该大致圆柱形的外表面大致共延。

每个壁部分36、38具有面向内的、大致圆柱形的表面44、45，平坦的、竖直方向成角度的保持表面46、47，以及在竖直方向成角度的保持表面46、47与驱动表面22、24之间延伸的半径接合部49、51。术语“竖直方向成角度的”被定义为以相对于组件10的旋转轴20非零角(即，非平行)形成。保持表面46、47相对于旋转轴20的角度A1可介于约五(5)度与约十五(15)度之间，如图1中所示。圆弧表面41可位于底板部分40与表面44、45之间，以提供底板部分40与表面44、45之间的平滑过渡，从而减小因柄部12与切削头12之间的过盈配合所引起的应力及在加工操作期间施加到组件10上的力。术语“内部”是指面向轴20的那些表面。应当指出的是，柄部12的竖直方向成角度的保持表面46、47比柄部12的驱动表面22、24(和半径接合部49、51)更靠近旋转轴20。换句话讲，柄部12的保持表面46、47相对于柄部12的驱动表面22、24(和半径接合部49、51)为径向向内的(即，更靠近旋转轴20)。

竖直方向成角度的保持表面46、47为平坦的一个优点在于当在钻孔过程中发生侧向负载(大致垂直于保持表面)时，与例如锥形表面相比时，底切区域(与那些壁相邻)中应力将更低。因此，凹座34具有更高的可靠性，并且切削头14在加工操作期间更牢固地保持在柄部12中。保持表面46、47为平坦的另一个优点在于可实现外表面42与保持壁46、47之间的更大横截面，从而为冷却剂孔78留下足够空间，而不牺牲凹座42的强度。还应当指出的是，与半径接合部49、51和竖直方向成角度的保持表面46、47相比，驱动表面22、24离旋转轴20最远。使驱动表面22、24与保持表面46、47完全分离的优点在于在底切53的相同区域中将不会出现加工操作所引起的应力，因此最大应力值将更低。因此，通过降低应力，可实现更长的疲劳寿命。

驱动表面22、24可为竖直的、位于平行于轴20的平面上、或向前成角度。在驱动表面22、24与平行于旋转轴20的竖直平面P之间形成的角度A2的最佳范围在约零(0)度与约二十(20)度之间，如图8中所示。

每个壁部分36、38还具有面向上的上部面48，面向上的下部面50、52，及在面向上的下部面50与驱动表面22、24之间的椭圆形形状的底切53，保持表面46、47以及半径接合部49、51。底切53提供面50、52与驱动表面22、24之间的连续且平滑的过渡，这允许减小扭矩所引起的应力。另外，底切53为安装在柄部12上时的切削头14提供间隙。椭圆以其长轴77相对于面向上的下部面50、52向后倾斜的方式取向，如图12中所示。

切削头14具有切削刃(图1中可见的仅有切削刃54)、周边大致圆柱形的外表面56以及前导锥形表面58，所述锥形表面58当然是中断或不完全的，这是由于存在凹槽。切削刃54和前导锥形表面58共同形成对工件进行切削操作的切削部分。

柄部12的中心底板部分40和面向上的下部面50、52中的任一者或全部用作邻接表面，所述邻接表面在切削头14安装在柄部12上时邻接切削头14的面向下的切削头面64、66。

切削头14具有联锁构件形式的柄部连接部分，该柄部连接部分与切削部分相对，或换句话讲，面向切削头14的后端32，该联锁构件被布置成将切削头14保持在柄部12的凹座34内。在图1的实施例中，该联锁构件包括沿着旋转轴20居中定位的圆柱形构件60。圆柱形构件60这样称呼的原因在于其被布置成基本上平行于旋转轴20的特征性圆柱形表面62。圆柱形构件60提供对应于凹座34并接合凹座34的联锁构件，所述凹座34用作柄部12的联锁构件。圆柱形表面62与圆柱形表面44、45配合以在其间提供过盈配合，并且使切削头14相对于组件10的旋转轴20准确地居中。圆柱形构件60包括在圆柱形构件60的圆柱形表面62与端部表面63之间延伸的倒角61。倒角61为安装在柄部12上时的切削头14提供间隙。圆柱形构件60还包括横向凹陷部65、67，其在切削头14安装在柄部12上时修改圆柱形表面62并形成切削头凹槽部分16的一部分。圆弧表面73可位于圆柱形表面62与面64、66之间，以提供平滑过渡以及对断裂的抵抗性。

围绕圆柱形构件60的是切削头面64、66，它们在图1的图示中面向下。在这一点上应当理解，切削头14大致为两侧对称的，使得切削头面64大致为切削头面66的镜像。在可存在三个凹槽的那些实施例中，例如，相应地将存在围绕切削头14的周边设置的、与切削面64、66对应的三个(而非两个)类似切削头面。

面向下的切削头面64、66可为阶梯状的、成角度的或位于沿着轴20的不同水平或位点处，其采取的方式与柄部12的面48、50相同，且对应于面48、50的轴向间距。面64、66中的任一者或全部用作邻接表面，以便邻接柄部12的对应面48、50。面64、66与其柄部12的对应面48、50的邻接响应于压缩轴向负载而将切削头14坐置在柄部12上。

切削头14还包括与柄部12的竖直方向成角度的保持表面46、47配合的竖直方向成角度的保持表面68、69，以及分别在竖直方向成角度的保持表面68、69与从动表面26、28之间的半径接合部70、71。术语“竖直方向成角度的”被定义为以相对于组件10的旋转轴20非零角(即，非平行)形成。当相对于凹座34旋转到联锁位置中时，切削头14的每个保持表面68、69与凹座34的相应竖直方向成角度的保持表面46、47配合，从而防止切削头14在轴向方向上从柄部12脱离开。应当指出的是，切削头14的保持表面68、69比从动表面26、28更靠近旋转轴20。换句话讲，切削头14的保持表面68、69相对于从动表面26、28为径向向内的(即，更靠近旋转轴20)。

切削头14的半径接合部70、71具有等于或小于柄部12的半径接合部49、51的半径。为了向切削头14提供强度，接合部70、71的半径需要大于圆柱形外表面56的半径的10％。已发现，接合部70、71的半径的最佳范围介于圆柱形外表面56的半径的约20％与约40％之间。

现在参见图17和图18，示出了根据本发明另一个实施例的柄部112。柄部12与柄部12相同，不同的是柄部112包括凹座34的底板部分40中所形成的凹槽或凹陷部82。已证实，凹槽82减小了施加在柄部112上的应力和疲劳，从而大幅延长了柄部112和组件10的寿命。

本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。

虽然当前已描述了优选实施例，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。

Claims (21)

1.一种用于对工件进行旋转切削操作的切削工具组件，所述切削工具组件包括刀柄和可替换切削头，所述可替换切削头安装在所述刀柄上并接合所述刀柄，所述刀柄和所述切削头在组装在一起时具有公共旋转轴和互补周边表面；

所述柄部具有用于联接到所述切削头的凹座、被布置成在所述切削头安装在所述凹座内时保持所述切削头的联锁构件、在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述切削头的至少一个轴向邻接表面、在所述切削头安装在所述凹座内的情况下被布置成在所述柄部旋转时使所述切削头旋转的至少一个驱动表面、以及位置比所述至少一个驱动表面更靠近所述旋转轴的至少一个竖直方向成角度的保持表面；并且

所述切削头具有面向所述凹座的周边基部表面以及沿着所述公共旋转轴居中定位的圆柱形构件、在所述切削工具组件的前端处的切削部分、以及与所述切削部分相对且面向柄部连接部分的后端的所述柄部连接部分、用于接合所述柄部的所述联锁构件的对应联锁构件、在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的所述至少一个邻接表面的切削头邻接表面、在所述切削头安装在所述凹座内时被取向成邻接所述柄部的所述驱动表面的从动表面、以及至少一个竖直方向成角度的保持表面，所述至少一个竖直方向成角度的保持表面在所述切削头安装在所述凹座内时被取向成邻接所述柄部的所述至少一个竖直方向成角度的保持表面。

2.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述切削头包括形成凹槽的一部分的横向凹陷部，并且所述柄部具有互补的横向凹陷部，在所述切削头安装在所述柄部的所述凹座内时，所述互补的横向凹陷部以连续且未畸变的方式延续所述切削头中形成的凹槽的所述部分。

3.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述凹座包括一对壁部分，每个壁部分具有所述至少一个驱动表面、所述至少一个竖直方向成角度的保持表面、以及在所述竖直方向成角度的保持表面与所述至少一个驱动表面之间延伸的半径接合部。

4.根据权利要求3所述的切削工具组件，其中每个壁部分还包括从中心底板部分向上突出的至少一个面向内的、大致圆柱形的表面。

5.根据权利要求3所述的切削工具组件，还包括所述至少一个邻接表面与所述至少一个竖直方向成角度的保持表面之间的底切、所述至少一个驱动表面以及所述半径接合部。

6.根据权利要求5所述的切削工具组件，其中所述底切为椭圆形形状。

7.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述切削头的所述圆柱形构件具有在所述圆柱形构件的所述圆柱形表面与端部表面之间延伸的倒角。

8.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述柄部的所述至少一个竖直方向成角度的保持表面为平坦的。

9.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述至少一个竖直方向成角度的保持表面以相对于所述旋转轴介于五度与十五度之间的角度A1形成。

10.根据权利要求1所述的切削工具组件，其中所述至少一个从动表面以相对于平行于所述旋转轴的平面介于零度与二十度之间的角度A2形成。

11.根据权利要求1所述的切削工具组件，还包括所述柄部中形成的至少一个冷却剂孔。

12.一种用于对工件进行旋转切削操作的切削工具组件，所述切削工具组件包括刀柄和可替换切削头，所述可替换切削头安装在所述刀柄上并接合所述刀柄，所述刀柄和所述切削头在组装在一起时具有公共旋转轴和互补周边表面；

所述柄部具有用于联接到所述切削头的凹座、被布置成在所述切削头安装在所述凹座内时保持所述切削头的联锁构件、在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的所述至少一个邻接表面的切削头邻接表面、在所述切削头安装在所述凹座内的情况下被布置成在所述柄部旋转时使所述切削头旋转的至少一个驱动表面、以及至少一个竖直方向成角度的保持表面，所述至少一个竖直方向成角度的保持表面相对于所述至少一个驱动表面径向向内地定位；并且

所述切削头具有面向所述凹座的周边基部表面以及沿着所述公共旋转轴居中定位的圆柱形构件、在所述切削工具组件的前端处的切削部分、以及与所述切削部分相对且面向柄部连接部分的后端的所述柄部连接部分、用于接合所述柄部的所述联锁构件的对应联锁构件、在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的切削头邻接表面、在所述切削头安装在所述凹座内时被取向成邻接所述柄部的所述驱动表面的从动表面、以及保持表面，所述保持表面在所述切削头安装在所述凹座内时被取向成邻接所述柄部的所述至少一个竖直方向成角度的保持表面。

13.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述切削头包括形成凹槽的一部分的横向凹陷部，并且所述柄部具有互补的横向凹陷部，在所述切削头安装在所述柄部的所述凹座内时，所述互补的横向凹陷部以连续且未畸变的方式延续所述切削头中形成的凹槽的所述部分。

14.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述凹座包括一对壁部分，每个壁部分具有所述至少一个驱动表面、所述至少一个竖直方向成角度的保持表面、以及在所述竖直方向成角度的保持表面与所述至少一个驱动表面之间延伸的半径接合部。

15.根据权利要求14所述的切削工具组件，其中每个壁部分还包括从中心底板部分向上突出的至少一个面向内的、大致圆柱形的表面。

16.根据权利要求14所述的切削工具组件，还包括所述至少一个邻接表面与所述至少一个竖直方向成角度的保持表面之间的底切、所述至少一个驱动表面以及所述半径接合部。

17.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述切削头的所述圆柱形构件具有在所述圆柱形构件的所述圆柱形表面与端部表面之间延伸的倒角。

18.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述柄部的所述至少一个竖直方向成角度的保持表面为平坦的。

19.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述至少一个竖直方向成角度的保持表面以相对于所述旋转轴介于五度与十五度之间的角度A1形成。

20.根据权利要求12所述的切削工具组件，其中所述至少一个从动表面以相对于平行于所述旋转轴的平面介于零度与二十度之间的角度A2形成。

21.根据权利要求12所述的切削工具组件，还包括所述柄部中形成的至少一个冷却剂孔。