CN1081631A - 一种用于穿透工件的穿透工具系统 - Google Patents

Abstract

一种用于穿透工件的穿透工具系统，其中基本相 对运动被建立在工件和系统之间，包括一穿透件，例 如钻头、刀片、锯片或类似物；第一装置，它施加给穿 透件一辅助往复位移，该位移迭加在基本相对运动之 上并且具有相对工件对穿透的反作用力基本不随时 间改变的频率和振幅；以及第二装置，用于在系统中 产生一个力，其方向基本与往复位移方向相反，使至 少部分平衡由该往复位移产生于该系统中的惯性负 载和反作用力。

Description

本发明涉及一种穿透工具系统，在这种工具系统中，穿透工具被设计成，例如通过穿孔、镗孔、钻孔、切割，锯割，剪切，铣削或类似的方式穿透工件。

这种穿透工具系统的实例是各种不同类型，例如锯床，钻床，缝纫机，刨床，剪切机或类似的机床。这些系统可结合在手动或轻便工具中，或者固定机床中。所有这些公知系统，都施加给穿透工具或相对工具施加给工件一基本位移，其可以是直线或旋转的，并且也可以是单向或往复运动的。因此，例如一个手锯施加给锯条一往复直线基本运动，而缝纫机的针也也属于这种情况。

然而，在大多数公知的穿透工具系统之中，工具穿透工件涉及显著的能量消耗（并随其而来产生热）以及在很多情况下产生废料（可能产生污染）例如锯屑或类似物。

因此，例如，用钻削混凝土或类似物的大多数手电钻包括使用一锤机构，该机构除伴随大量的能量消耗外，还包括相当昂贵的必须频繁更换的零件。

本发明的目的是提供一种新的和改进的穿透工具系统，其中上述不足和缺点基本得到克服或减少。

根据本发明，提供一种用于穿透工件的穿透工具系统，其中基本相对运动建立在工件和该系统之间，其包括：

一个穿透件;

第一装置，用于把一辅助往复位移施加给穿透件，使其与该基本运动相迭加，其具有相对工件对穿透的反作用力，基本不变的频率和振幅;和

第二装置，用于在该系统中产生一个力，其方向基本与该辅助往复位移相对，以至少部分平衡在系统中辅助往复位移所产生的惯性负载和反作用力。

为了保证辅助往复位移施加给穿透件，基本不随时间变化，把辅助往复位移施加给穿透件的装置的特征在于所谓“刚性强制运动学”的特征，并且由此，该系统与大多数迄今为止已被公知和提出的系统明显不同。大多数已被公知和提出的系统中，任何施加给穿透件的往复位移（例如，由电磁，液压或气动装置，或借助具有典型件，例如弹性件，弹簧或类似物的一旦变形会产生振动的装置），其相对工件的反作用力，是随时间变化的。同时，它提供了一般情况下的技术操作和特殊情况下穿透表面质量的两方面的改进。因此，根据本发明，可以获得完全新型的技术操作，例如，切削整个范围的材料而不产生粉末和切屑，以及钻混凝土或类似物而不用锤钻。

利用本发明的工具系统，把辅助往复位移施加给穿透件可显著地促进穿透作用并随之显著减少动力消耗。

然而，利用这些工具，特别是手动工具，要提供在工具中产生惯性力的装置，该惯性力与辅助位移所产生的力方向相对，以至少部分平衡这些力并且以这样的方式把使用者所感受到的任何不需要的振动减至最少。

尽管这种平衡惯性力是以几乎不变的方式提供的，但在具有固定安装刀具的手动工具的情况下，一般仅在所施加的辅助往复位移大于0.5mm的振幅的场合才需要提供这种平衡力。

如上所述，基本相对位移必须总是建立在穿透件和工件之间。在穿孔件，如刀，销或冲头的情况下，可以是一穿进和穿过工件的单向直线运动;或者在钻孔情况下，这可能是一单向旋转运动。这种基本的单向直线运动当然能够通过由使用者施加在工具上的对着工件的压力施加给穿透件。

另外，基本位移也可是往复运动，例如缝纫机的针，或锯床的锯，与施加的辅助往复位移相比，其频率显著比它小，而振幅则显著比它大。所施加的辅助往复位移可以是一种简单的，直线往复运动，例如，沿轴线施加给穿孔件;或者所施加的辅助往复位移也可以是往复旋转运动。在基本旋转对称件的情况下，例如钻头，所施加的辅助位移可采取往复直线运动的形式或往复旋转运动的形式或适当地把两者结合起来的形式。

对所施加的辅助位移频率的适当范围是50-500Hz，最佳频率基本上是100Hz。振幅的适当范围是0.1-10mm，最佳振幅对切削件基本是1-2mm，对钻削工具直到大约0.5mm。所采用的特定的频率和振幅取决于工件的材料。因此，例如，材料弹性越小，选用的频率越高。进一步说，材料越脆，选用的振幅愈大。

为了更好地理解本发明并且说明在实践中如何实施它，现参照附图作详细说明，其中

图1构成说明后面附图中所用的位移符号的图例符号;

图2到13表面施加给一穿透件的不同类型位移的图示;

图14是一表示根据本发明的具有一直线位移的穿透工具件的手持式穿透工具示意图;

图15是一表示根据本发明的具有一直线位移穿透工具件的穿透工具的进一步的形式;

图16是一结合图14所示切削工具机构，表示了根据本发明进一步的一种工具图;

图17是一表示根据本发明的一种旋转手钻示意图;

图18是一表示根据本发明的能够交替作为直线位移穿透工具或作为旋转钻的一种手持式工具示意图;

图19是一表示根据本发明固定钻/铣床的第一种形式的示意图;

图19a是一图19中所示工具一部分的示意侧视图;

图20是一表示根据本发明的固定钻/铣床的第二种形式的示意图;

图20a是一图20所示机床一部分的示意侧视图;

图21是一表示根据本发明旋转钻床的进一步的形式的示意图;

图22是一根据本发明的一固定机架锯床机构的侧视图;

图23是一图22所示固定机架锯床机构的俯视图;

图24是一图22所示机构的端视细节图;

图25是一图22所示机构的正视细节图;

图26是一图22所示机构的局部剖视图;

图27是一根据本发明的具有一直线位移剪式刀片的固定穿透工具机构的示意正视图;

图28是一图27所示工具机构的示意侧视图;

图29是一表示根据本发明的剪式机构的示意图;

图30是一图29中所示机构的沿×××-×××线所取的局部剖视图。

如图1所示，基本往移由单箭头表示，而辅助往复位移由双箭头表示。因此，图1a表示一直线基本位移，而图1b表示一旋转基本位移，图1c表示直线辅助往复位移，图1d表示一角度辅助往复位移。

如图2所示，一切削工具（在所有情况下均用T表示）已施加一直线基本位移，在该位移上又迭加了一直线辅助往复位移。

在图3所示实施例中，给工具提供一种直线和旋转的复合基本位移，并在其上迭加一直线辅助往复位移。

在图4所示实施例中，给工具提供一直线基本位移，在其上迭加一角度辅助往复位移。

在图5所示实施例中，工具已被施加一直线基本位移，在其上又迭加直线和角度辅助往复复合位移。

在图6所示实施例中，工具已被施加了直线和旋转复合基本位移，在其上又迭加直线和角度辅助往复复合位移。

在图7所示实施例中，工具已被施加一基本直线往复运动，在其上又迭加一直线辅助往复位移。

因此，图2到7可以是工具系统的各种代表，其中，穿透件由销、针、刀、钻头、锯或类似物所组成。

图8中所示工具件T，其可以，例如，具有非规则形状的切削刃，工具T可以具有相对于x和y轴的基本直线位移，和/或绕轴线o的一基本旋转位移。还有相对于x和y轴的辅助往复位移和/或相对于同一轴线o或是相对于任何其他轴线o′的辅助往复角位移迭加到这些基本位移上。

在穿透件是由一工具，其绕其纵向轴线是对称的，例如一冲头或一螺旋钻头，所构成时，该工具系统可以被施加图2到图7中所示的任何一种位移。然而，当工具系统结合了一冲头，例如图9a和9b所示，绕其纵轴线为不对称时，无论如图9a所示具有一封闭形状的切削刃，或是如图9b所示具有一开放形状的切削刃，都只能采用图2所示的位移形式。与其相似，当工具系统设计用来为工件穿透一非圆但却是对称的孔（例如方孔）时，可以采用具有方形切削刃的冲头，在这种情况下，也仅可给它施加图2所示的位移。

在图10所示实施例中，一具有曲线形切削刃的切削穿透件，绕轴线o用枢轴安装，沿x方向给其施加了一直线基本位移。绕同一轴线的一角度辅助往复位移和/或一在同一x方向上的直线辅助往复位移，迭加到该基本位移上。

图11表示了平面切削件的使用，该切削件上被施加了一直线平移基本位移和一复合直线辅助往复位移，一个是在基本运动的方向上而另一个在与其成直角的方向上。

图12表示了具有一对相互设置成一角度的切削刃的切削件T的使用，给它施加了一个x方向的直线基本位移和在同一方向上的一直线辅助往复位移。这种切削件能够用来在工件上进行成形切削。

图13表示剪切型切削件的使用，该切削件具有在x和y两个方向的直线基本位移，并且在与其成直角方向上施加一直线和/或角度辅助往复位移。

现参照图14到30的附图说明穿透工具系统的各种实施例和用来给穿透工具施加辅助往复位移，以及适当场合所要求的基本位移的装置。

图14是一表示根据本发明的一种手持式穿透工具的示意图。该工具包括一具有手柄12的壳体11，并且在壳体上装有一驱动电机13，该电机有一驱动轴14，它与曲轴15驱动相连，曲轴15回转支撑在壳体11中。曲轴15包括一对外曲柄15a和一内曲柄15b。内曲柄15b通过运动转换机构16连到一直线驱动轴17上，该轴17延伸出壳体11并连到穿透工具件18上。这种运动转换机构（此后称为“一运动转换机构”）被设计成把第一轴上的旋转运动转变成与第一轴相垂直的第二轴上的直线往复运动。这种机构能够，例如由称之为“止转棒轭”的机构所组成。

外曲柄15a在其回转时，通过运动转换机构连结到平衡重19上，驱动轴17延伸穿过平衡重19。

在使用时，电机13所提供的旋转驱动使曲轴15旋转，和随之产生中间曲柄15b的旋转位移，以一直线往复位移的形式传给驱动轴17，运动转换机构16保证在驱动轴17的轴向方向上仅仅传递一个直线位移。

同时，外曲柄15a的旋转位移使平衡重19产生一直线往复位移，它相对于曲轴15和穿透工具件18的位移有180°的相位差。此外，曲柄15a是通过运动转换机构连到平衡重19上的，保证了曲轴15的旋转运动完全以往复直线位移的形式传给平衡重19，在某种意义上与工具件18的运动相对。

在操作时，穿透件18由于使用者对着工件施加作用力的结果，其被施加一基本直线位移，而且同时，曲轴15的旋转使穿透件18产生一直线辅助往复位移。因此，便于穿透件18对工件的穿透。可以看出从驱动电机13把往复位移传给穿透件18是利用旋转曲轴，这属于刚性运动传送，结果穿透件18的辅助往复位移的频率和振幅相对于工件对穿透的反作用力基本不随时间变化。

平衡重19的往复位移相对于穿透件18的辅助往复位移有180°的相位差，这保证了工具上产生的惯性力基本与由穿透件18的辅助往复位移而产生的工具上的惯性负载相平衡。以这种方式，由使用者所感觉到的工具振动减至最小。

由平衡重19的往复位移产生的平衡力的大小是平衡重19质量和往复位移振幅的函数。因此这些参数能够选择以保证有效地平衡。

穿透件18本身可由用于切削或刮削的任何所需形状的刀或刀片组成，或由用来加工孔的带尖的穿透件所组成。另外，穿透件可由一个或多个销状件组成，它们可用来在板上或其他材料上加工成排的孔，例如制造电子线路板。

附图15所示穿透工具的进一步形式中，穿透工具系统包括一外壳体21，在该壳体中利用导向件23安装有一内壳体22，使内壳体22在外壳体21的纵轴线方向并相对于外壳体21能够自由地进行有限制的往复位移。旋转驱动电机24有一旋转轴25，它伸进外壳体21并与蜗杆26驱动连结，蜗杆26又与相对外壳体21旋转安装的回转蜗轮27相连。曲轴28，设置在内壳体22之中，穿过内壳体22通过联轴器29与驱动轴25相连，联轴器允许曲轴28相对驱动轴25相对纵向位移。曲轴28的第一曲柄28a通过一联轴器30联到一角度摆杆31上。角度摆杆通过相对内表体22固定的支架32在中间拐角处用枢轴支撑。远离联轴器30的摆杆31的端头通过一适当联轴器33与需安装穿透工具的主轴34相连接。曲轴28的第二曲柄28b通过连接杆35和连轴器36与角度摆杆37相连，该角度摆杆的中部拐角处用枢轴支承在相对内壳22固定安装的支架38上。摆杆37的远离连轴器36的一端通过连轴器39与环绕主轴34的平衡重40相连。

曲柄杆41上端相对蜗轮27偏心地枢铰连接，而其最下端通过联轴器42连到内壳体22上。

在操作中，电机24把旋转驱动施加给曲轴28，结果引起彼此沿相反方向作枢轴导向的摆动。这些枢轴导向的摆动在转动时，一方面施加给主轴34，而另一方面，又施加给平衡重40，所以，与其相连的主轴34和穿透件被施加一直线辅助往复位移的同时，平衡重40被施加一与穿透件位移方向相反的直线往复位移。

同时，电机24通过蜗杆26施加给蜗轮27一旋转运动而这一运动又通过曲柄杆41经联轴器42转换成内壳体22的具有显著小于穿透件和平衡重40被施加的往复运动的摆动频率的直线基本摆动位移。内壳体22的这一摆动运动又传递给主轴34和穿透件。

因此，可以看出，施加给主轴34和穿透件一直线往复基本位移的同时，又在其上迭加了一个比往复基本位移的频率大得多的直线辅助往复位移。同时，也给平衡重40施加一类似的直线往复位移，但是方向相反。由于给平衡重40施加一方向与施加在穿透件上相当高频率的辅助位移相反的往复位移，因而传给装置使用者或安装基础的振动显著减小。显然，穿透件可以是由一锯片组成，工具是一种有效的手持式锯割机。

参照附图16，所示的手持式工具本质上是一切削工具，其上施加了一个弧形的往复其中位移并且迭加了一个直线辅助往复位移。如图所示，该工具包括一主壳体51和安装基本的另一壳体52，后者相对于在主壳体51上制成的弧形导轨53可往复位移。壳体52具有第一驱动电机54并且本质上构成与图14中所示机构基本相同的机构，其可参照图14，因此不再进一步详细说明，以将直线辅助往复位移施加给切削工具55。

此外，工具没有安装在壳体51上的第二驱动电机56，它有一驱动轴通过一正齿轮和相啮合的轴装置57与蜗杆58相连，而蜗杆58又与蜗轮59相连。蜗轮59在外周边上通过连杆60与壳体52相连。

因此，在驱动电机56的作用下，驱动通过齿轮装置57，蜗杆58，蜗轮59和连杆60传给壳体52，该壳体52被强制在弧形导轨53所限定的弧形路径上往复运动。以这种方式，给切削件55施加一基本往复弧形位移。同时，由电机54的作用，给切削件55又施加一比往复基本位移频率高得多而振幅小得多的直线导向的辅助往复位移。

现参考附图17，它表示根据本发明的一种手持式旋转钻。如图所示，该旋转钻包括一个箱体65，一驱动电机66安装在箱体上，电机有一驱动轴67，该轴可旋转驱动正齿轮68，并通过正齿轮68，驱动一对正齿轮69，70。正齿轮69通过联接轴71与正齿轮72相连，并由其进一步与正齿轮73上相连，正齿轮73转动时又与主轴74相连。在主轴74的自由端连有其中可固定一钻头76的卡头75。以此方式，驱动电机66起给主轴74和钻头76施加一基本旋转驱动运动的作用。

正齿轮70通过联接轴77与一对伞齿轮78，79相连，伞齿轮79与箱体65中用轴颈支承的旋转曲轴80相连。曲轴80的中间曲柄80a通过适当的运动转换机构与一直线位移轴81相连。轴81通过一连接机构82与驱动主轴74相连。该连接机构82允许轴74相对直线位移轴81作旋转运动，但仍然有效地把直线位移轴81的直线位移传给主轴74。

曲轴80的一对外曲柄80b通过运动转换机构与平衡重83相连。

因此，来自电机66的旋转驱动通过伞齿轮78，79传给曲轴80，而曲轴80的旋转转变成主轴74的直线辅助往复位移，并且随之变成钻头76的直线辅助往复位移。同时，给平衡重83施加一相对于钻头76的辅助往复位移相位差180°的一往复位移。因此，在工具上产生一个力，该力平衡了由钻头76的辅助往复位移所产生的工具的振动。

因此，附图17所示的手持式钻具有传统的基本旋转运动，而又在其上迭加了一直线辅助往复位移。此外，由于设置了平衡重，钻的使用者得以有效地防止由于钻头的辅助往复位移所产生的工具振动的影响。

现参考附图18，它表示一手持工具，它能够变换用来作为一直线位移穿透工具，或作为旋转钻。该工具包括一外壳体91和一驱动电机92，驱动电机92有一驱动轴93，它通过联轴器94与被驱动轴95相连。被驱动95与第一正齿轮96相连。该齿轮又与第二正齿轮97旋转相连。正齿轮97通过曲轴98与第三正齿轮99相连，第三正齿轮又与第四正齿轮101旋转相连。正齿轮101通过联接轴102与第一伞齿轮103相连，第一伞齿轮与第二正交伞齿轮104旋转相连，第二伞齿轮104与长的空心主轴105刚性连接。

曲轴98的一对曲板98a与平衡重106相连，而中间设置的曲板98b通过一运动转换机构与纵向延伸的轴107的一端相连。轴107的另一相对端与一工具安装件108相连，如图所示，连接帽109安装在主轴105的端头上。卡头110连到帽109上，并且能够在其上连接一穿透件（例如钻头）。因此，钻头能被连到卡头110上，这种情况下工具作为一旋转钻使用。另外，卡头110和连接帽109都能被拆掉而一穿透工具件（例如一把刀）能直接与工具安装件108相连，这种情况下根据本发明该工具作为一振动穿透工具作业。

在操作中，当需要利用工具根据本发明作为一穿透工具，例如一刀状工具件使用时，连接帽109被拆下来并把工具件直接连到工具安装件108上。由电机93所产生的旋转驱动传给曲轴98，形成曲轴98，特别是曲柄98b的旋转，转变成连接轴107的一直线辅助往复位移，并随之转变成附加了工具的工具安装件108的直线辅助往复位移。同时，产生平衡重106的一相应的往复直线位移，该位移与轴107和工具安装件108的位移有180°的相位差。

提供平衡重并保证其往复位移与工具安装件108有180°的相位差就确保了工具使用者或工具安装基础在使用工具时有效防止不希望的振动。

然而，当希望将工具作为一旋转钻使用时，把帽109安装到主轴105的端头，并将钻头装入卡头110。由电机所产生的旋转驱动通过驱动轴93，被驱动轴95，齿轮96，97，曲轴98，齿轮99，101，伞齿轮103，104，传给长主轴105，并通过连接帽109传给卡头110和钻头。

在这种情况下，如能看到的，插入连接帽109能保证钻头不与安装件108相连，因此不能直接传给它直线往复位移。由此工具可有效地作为传统旋转钻使用。

然而，应注意，在直线辅助往复位移不直接传给钻头的同时，平衡重106仍连续经受往复位移。这种往复位移在工具上产生辅助振动，这振动传给钻头并显著改善钻削过程。

应懂得，这种辅助振动传给钻头不是刚性运动传递，然而已发现，这种辅助振动在其振幅不大于大约0.5mm，钻头直径不大于大约12mm时，对改进钻削加工确实是有效的。

还应懂得，用上述工具，由于使用者施加一力或压力的结果，给工具施加了一穿入工件的基本直线运动。

现参照附图19和19a，它示意地表示一固定的钻/铣床，其中图19a是图19中所示机构的一部分的侧视图。该机床包括一具有工件承受座122的刚性床身121。一驱动电机123安装在床身上，它有一驱动轴124通过驱动皮带轮125和驱动皮带126与被驱动皮带轮127相连。一旋转花键轴128与被驱动皮带轮127相连，以便随之回转，但却可相对于皮带轮轴向直线运动。花键轴128与轴套129相连，该轴套在床身内可轴向移动，使得花键轴可随轴套129轴向移动，但却能相对轴套129单独旋转。花键轴128的转动传给装有钻头131的卡头130。这连接关系是这样的，卡头130和钻头131随轴套129和花键轴128一起轴向移动，但却能独立于轴套129旋转。

与旋转小齿轮133相啮合的轴向齿条133安装在轴套129上。

另一个驱动电机134安装在床身121上，它驱动一旋转曲柄驱动装置135（见图19a），它通过一连接轴136连到差速伞齿轮机构138的输入伞齿轮137的外周边部，差速伞齿轮机构还包括一输出伞齿轮139和侧向伞齿轮140、141。输出伞齿轮139安装在还装有上述小齿轮133的轴142上。

一旋转钻削位移手柄143连接在轴144上，该轴与侧向伞齿轮140、141旋转相连。

在操作时，手柄143的旋转位移使小齿轮133产生一旋转运动，从而使轴套129作直线位移，继而使钻头131作直线基本位移。当钻头下降到接触工件时，由电机123所提供的旋转驱动，传给花键轴128，给钻头131施加一基本旋转运动。此外，由电机134所提供的旋转驱动，当通过差速机构传递时，给小齿轮133施加一旋转往复位移，它给齿条132，轴套129和钻头131施加了一辅助往复直线位移，该位移比钻头131的基本旋转运动的速率有高得多的频率。

钻头131可被适当的铣削件方便地更换。上述工具提供了一有效的钻削或铣削工件的装置，而且通过施加辅助往复位移，钻削和铣削显著便利了。从工具是固定工具的事实来看，一般情况下由于有工具件的辅助往复位移不需要平衡其所产生的振动。然而，当辅助往复位移的振幅超过某一最大值时，提供这种平衡装置可能是需要的，以防止工具过度磨损并且提供这种装置容易被重视。

现参照附图20和20a，它们示意地表示一固定的钻铣床，其中钻/铣件施加了一基本旋转运动并在其上迭加了旋转或角辅助往复位移。

该机床包括一具有工件承受座135a的刚性床身135。一箱体136垂直安装在床身135上并借助一小齿轮和齿条装置136a可相对床身轴向移动。齿轮齿条装置是通过一可旋转位移手柄136b致动的。一驱动电机137安装在箱体136上，并且其有一驱动轴138与伞齿轮139相连，该伞齿轮构成一差速齿轮传动链140的第一输入齿轮。差速齿轮传动链140还包括第一和第二侧伞齿轮141，142，后者（142）也是该差速齿轮传动链140的第二输入齿轮。差速齿轮传动链140还设有通过轴144连结到卡头的一输出伞齿轮143，该卡头内装有钻头146。

第二驱动电机147安装在箱体136上，并有一输出轴，它并铰接到内箱体172上，使其能够与箱体172一起旋转并相对箱体172可自由地进行相对有限的轴向运动。

第二驱动电机177安装在内箱体172的外壁上并驱动连接曲轴178。曲轴178有一连着轴176的中间曲柄178a，使得电机177在曲轴178上施加一旋转驱动时，曲柄178a的旋转导致穿透件175的直线轴向辅助往复位移。

第三驱动电机180固定安装在内箱体172上并驱动曲轴181，曲轴181有一曲柄181a，曲柄181a的自由端伸进一固定连接到驱动轴176上的U形连接件183之中。

使用时，由电机173的产生的旋转驱动导致内箱体172的旋转，且穿透件175亦随之旋转。换句话说，电机173施加给穿透件175一基本旋转运动。另一方面，如前所述，驱动电机177施加给穿透件175一直线辅助往复位移。最后，第三电机180，它旋转驱动曲轴181，通过U形连接件183施加给轴176一辅助旋转位移。以这种方式，施加给穿透件175三种运动，即一种基本旋转运动和一直线辅助往复位移与一种旋转辅助往复位移的复合运动。此外，由使用者在工件的方向所施加的作用力，与工具的重量一起，产生穿透件的朝着工件的直线基本运动。另外，工件是可设有平衡重，给平衡重施加一与施加到穿透件上辅助位移成相反相位的往复位移。并以这种方式显著地减少了工具使用者所感觉到的振动。

现参照附图22到26，它的表示根据本发明的一固定框式锯机。特别是从图22，23和24可看出，框式锯机包括一刚性框架191，它支撑一个安装木料输送装置193的支撑平台192。连着一旋转手把195的旋转摩擦进料圆筒194a设置在输送装置193的上流处。手把195的旋转运动起转动摩擦圆筒194a的作用。第二旋转摩擦圆筒194b可回转地安装在一对圆柱滑动套196上，该套本身又可滑动地安装在一对垂直支撑立柱197上。要由框式锯机锯开的一块木料198被输送装置193送向隔开的圆筒194a、194b，圆筒194b由偏压弹簧199压向木料198。旋转手把195使摩擦圆筒194a旋转，导致木料198朝框式锯前进。

特别参照附图25，该框式锯包括一外部矩形框架201，它刚性安装到平台192上，并从平台垂直向上延伸。第二矩形框架202位于第一框架之内并且相对第一框架可直线移动。框架202安装在可实现其移动的轨道203上。第三矩形框架设置在第二框架202之内并且被固定件205刚性安装在内框架202内。三个垂直锯件206垂直安装在内框架204之中，由螺丝207和橡胶压缩垫208紧固，该橡胶垫允许锯206相对框架204作相对直线位移。

如图22和26所示，第一电机有一驱动轴212，它通过驱动皮带213与皮带轮214相连。皮带轮214是安装在轴215上，该轴驱动曲轴216，通过适当运动转换机构，该曲轴与一往复运动连杆217相连，如图25所示，连杆与框架202相连。因此，电机211，通过驱动皮带213，皮带轮214，轴215，曲轴216和往复运动连杆217，给框架202施加一基本直线往复运动，并通过框架202和内框架204，施加给锯206。

如附图25所示，第二驱动电机221通过柔性驱动轴222与曲轴223相连，曲轴223本身又通过直线往复运动连杆224与锯206相连。因此，第二电机221把一辅助往复位移传给锯206，其具有显著大于通过框架202传给的基本往复运动的频率，并且具有一个显著小于由框架202传给的基本往复运动的驱动曲轴148，通过一运动转换机构曲轴148与一可往复运动的轴149的一端相连，轴149另一端与伞齿轮142的偏心部位150相连。

在操作中，箱体136与钻头或铣刀146一起通过齿条和小齿轮装置136a下降，使刀具与放在工件承受座135a上的工件相接触，由此给刀具146施加一基本直线位移。由电机137产生的驱动通过输入伞齿轮139，侧伞齿轮141，142传给输出伞齿轮143并由此传给卡头145和钻/铣刀146，以给其施加一基本旋转运动。

此外，由电机147的驱动产生曲轴148的旋转运动，该旋转运动由运动转换机构转变成轴149的直线往复位移。由于轴149的下端连到第二输入伞齿轮142的偏心部位150，施加给伞齿轮142一辅助旋转或角往复位移，它通过输出伞齿轮143传给卡头145和钻头/铣刀146。要保证施加给钻头/铣刀146的辅助往复角位移的频率要显著大于从驱动源-电机147获得的钻头/铣刀146的基本旋转运动的速率。因此，这个辅助旋转往复运动迭加到钻头的基本旋转运动上，并且在加工时，这大大有利于钻削或铣削加工。

现参照附图21。它表示一种工具例如钻，给它施加一旋转基本运动和一直线导向的基本运动，后者是由使用者施加在工具上的压力的结果。直线辅助往复位移和旋转辅助往复位移的复合位移被迭加在其上。如图所示，该装置包括一外箱体171和一内箱体171和一内箱体172，内箱体可旋转地安装在外箱体171之中。第一驱动电机173安装在外箱体171上，它有一驱动轴174，延伸进外箱体171之中并与内箱体172刚性紧固。穿透件175与驱动轴176相连，驱动轴176延伸穿过箱体171和172振幅。

这样，放置在平台192上的木料被输送装置输送并由手把195的旋转向最内部的框架204的进给，在那里被振动锯206有效锯开。容易理解木料朝往复锯的运动如所示的机械完成，或是通过适当的机械化进给装置完成。

现参照附图27和28，它们表示一固定的剪式切割机。如附图所示，该机包括一个可滑动地安装在垂直支撑柱232上的水平设置的矩形机架231，支撑柱232自身刚性安装在一刚性支撑座233上，机架通过压缩弹簧234向上加偏压。机架向支撑座233下降是利用一适当的用枢轴安装的旋转手柄235进行的。驱动电机236的驱动轴237通过齿轮238、239与齿轮传动链240a，240b，240c，240d相连。齿轮240a，240d分别与偏心安装的盘241a，241d相连，盘241a，241d分别设在运动转换机构242a，242d之中，运动转换机构设计成，一旦偏心安装的盘241a，241d转动便能产生直线往复运动的输出。这些运动转换机构242a，242d事实上是由止转棒轭机构构成的。

运动转换机构242a，242d分别与上、下直线往复运动连杆243a，244a，243d，244d相连。

下运动连杆244a，244d分别与刀片安装连杆245a，245d相连，在连杆245a，245d之间装有一长剪切刀片246，安装成相对底座233有任一要求的刀片角度。

上往复运动连杆243a，243d，通过适当的运动反向运动连杆247a，247d，与平衡重248a，248d相连。

使用时，当需要用剪切刀切开在床身233上放置的适当材料时，机架231通过手柄235朝床身上的材料的旋转运动而下降，并以这种方式把一基本直线运动施加给刀片246。同时，电机236通过运动连杆244a，244d和支撑连杆245a，245d给刀片246施加一辅助直线往复位移。由此显著地利于刀片切入需切断的材料之中。同时，给平衡重248a，248d施加一相位相反的往复运动，并以此方式平衡系统的整个振动。

如前所述，剪切刀片246的角度通过相对支撑连杆245a，245d的适当安装，可以方便地调整。

作为一种替换方案，给刀片246的两端同时施加同一方向的辅助往复位移，通过把偏心安装的盘241a的偏心相对于另一偏心安装的盘241d反向，以保证支撑连杆245a，245d分别在相反方向上往复运动是可能的。并且以这种方式给刀片246施加一有效的摆动位移，从而有利于穿透，或切断硬的或厚的材料，这是因为这种摆动位移在任何特定时刻都减少了刀片和材料间的接触面积。

尽管上述机构涉及利用一种剪式刀片，但能够容易理解，这种刀片可用一列穿孔销取代，这列穿孔销朝向一要穿孔的物品例如电子线路板下落，从而对销施加一所需的辅助往复位移，结果在板上穿出任何的需图形的孔。

现参照附图29，它表示一用于剪切薄片例如纸、金属，地毯等的剪切装置。

该装置包括一固定的剪切刀片251和与其相邻的一可旋转的盘形剪刀252，从附图30的剖视中清楚可见刀片251和刀盘252的协同工作的剪刃分别是尖的。该装置还包括一箱体253，箱体中装有一驱动电机254，它有一驱动轴255，通过齿轮传动链256、257，与曲轴258相连，曲轴有一最内的曲柄258a和一对外曲柄258b。最内曲柄258a通过适当的运动转换机构，与直线往复运动连杆259相连。该连杆在它的相对端枢铰地与盘252的圆周部260相连。盘252在其相对的圆周位置261处相对箱体253枢铰安装。

外曲柄258b通过适当的运动转换机构，经一往复运动连杆263与平衡重262相连。

在操作中，电机254的驱动传给曲轴258，产生剪刀盘252的相对刀片251的角辅助往复位移。这时若将薄片料送入刀片和剪刀盘之间，施加给剪刀盘的辅助往复位移显著地有利于切断材料。在这种情况下，可以理解，要切断的材料上还施加了一个基本直线运动。

同时，随着给剪刀盘施加一角辅助往复位移，也给平衡重262施加了一个相应的往复位移，但与施加给剪刀盘的相位相反。以此方式，工具上的振动被平衡了，从而，十分显著地减少了整个工具上的振动。

可以理解，上述剪切工具还可有效地由附图14所示的同一基本类型的手持式穿透工具构成，这时其上可连接单个的附件，特殊的剪切组件251和252。

尽管已描述和说明了辅助往复位移和基本位移的各种组合的实施例，但可以理解，本发明同样可以适用于其他形式的组合。。然而在所有情况下，位移均定向为沿着或相对于一本质单维尺寸（例如销），或一圆柱穿孔件的纵轴方向，或是在一平面穿透件的平面内。

根据本发明的工具能够用于不同材料和形状工件的穿透（钻削、切削，刨削等）。然而，要指出的是，在十分脆的材料的情况下，穿透件必须设有除掉堆积在穿透件路径上的颗粒的装置。当然，这种装置已为例如锯片或钻头等之类的穿透件本身所提供。

进一步地，要穿透的材料是由高弹性材料例如橡胶或类似物构成时，该装置必须没有在穿透之前和进行时压缩工件的装置。与此类似，在所用刀具用来穿透非同类或不完整的材料时，必须给工件施加一横向力，以防止任何产生的裂缝在不希望的方向上发展。

用于与附图14，17和18所示机构相结合的切削和/或钻削穿透工具系统的实际实施例中，给穿透件施加的辅助往复位移，其频率范围为30-300Hz（最好是50-100Hz），振幅范围是0.02-3.50mm（最好是0.1-1.5mm）。工具的功率额定值在200-1000W（最好是500-600W）。

Claims (46)

1、一种用于穿透工件的穿透工具系统，其中基本相对运动建立在工件和该系统之间，其包括：

一个穿透件；

第一装置，用于把一辅助往复位移施加给该穿透件，使其与该基本相对运动相迭加，其具有相对工件对穿透的反作用力，基本不随时间变化的频率和振幅；和

第二装置，用于在该系统中产生一个力，其方向基本与该辅助往复位移方向相反，以至少部分平衡在系统中该辅助往复位移所产生的惯性负载和反作用力。

2、一种旋转钻削系统，包括，

一个钻削件，

第一装置，用于把一基本旋转运动施加给该钻削件;和

第二装置，用于在该系统中产生一振幅不大于大约0.5mm并且钻削件直径小于大约12mm的辅助往复位移。

3、一种用于穿透工件的固定穿透工具系统，其中一基本相对运动建立在工件和该系统之间，包括：

一穿透件;和

位移装置，用于把辅助往复位移施加到该穿透件上，使其与该基本相对运动相迭加，并且具有对工件对穿透的反作用力，基本不随时间变化的频率和振幅，并具有不大于大约0.5mm的位移振幅。

4、根据权利要求1所述的一种工具系统，其特征在于包括把一基本运动施加给该穿透件的另一装置。

5、根据权利要求1或4所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置施加一直线辅助往复位移给该穿透件。

6、根据权利要求1或4所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置施加一角度辅助往复位移给该穿透件。

7、根据权利要求1或4所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置施加一直线和角度辅助往复位移的复合位移给该穿透件。

8、根据权利要求4和权利要求5，6，7任意之一所述的工具系统当附加在权利要求4时，其特征在于，该另一装置把一直线基本运动施加给该穿透件。

9、根据权利要求4和权利要求5，6，7任意之一所述的工具系统，当附加在权利要求4时，其特征在于，该另一装置把一旋转基本运动施加给该穿透件。

10、根据权利要求4和权利要求5，6，7任意之一所述的工具系统，当附加在权利要求4时，其特征在于，该另一装置把一直线基本往复运动施加给该穿透件。

11、根据权利要求5所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置包括一第一驱动电机，连接装置，用于把该第一驱动电机的旋转输出与旋转曲轴相连;一第一运动转换机构，一方面它与该曲轴的第一曲柄相连，另一方面，它与相对该曲轴旋转轴线成垂直设置的第一直线往复运动轴相连，以把第一曲柄的旋转运动转变成第一往复运动轴的直线往复运动;以及用于把该第一往复运动轴与该穿透件相连的装置，以将该直线辅助往复位移施加给该穿透件。

12、根据权利要求5所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置包括一第一驱动电机;连接装置，用于把该第一驱动电机的旋转输出与具有一偏心定位件的旋转盘相连;一运动转换机构，一方面它与该偏心定位件相连，另一方面它与相对于该盘的旋转轴线成垂直设置的一直线往复运动轴相连，以将该偏心定位件的旋转运动转变成该往复运动轴的直线往复运动，以及用于连接该往复运动轴和该穿透件的装置。

13、根据权利要求6所述的一种工具系统，其特征在于，该第一装置包括，一第一驱动电机，一该第一驱动电机的旋转输出，一运动转换机构，一方面它与该旋转输出相连，另一方面它与相对该旋转输出成垂直设置的一直线往复运动轴相连;一运动传送轮，其相对该系统可旋转地安装，并且偏心地与该往复运动轴相连，以及连接装置，用于把该运动传送轮和该工具件相连，从而该往复运动轴的直线运动产生该运动传送轮和该工具件上的角度往复运动。

14、根据权利要求4至13中任意之一所述的一种工具系统，其特征在于，该第二装置包括一平衡重和平衡重移动装置，用于把往复运动施加到该平衡重上，该往复运动相对于施加给该穿透件的辅助往复位移相位差基本是180°。

15、根据权利要求14所述的一种工具系统，当附加在权利要求11时，其特征在于，该平衡重移动装置包括一基本与第一曲柄共面的该曲轴的第二曲柄，一第二运动转换机构，一方面它与该第二曲柄相连，另一方面它与相对于该曲轴的旋转轴线成垂直设置的第二直线往复运动轴相连，以将该第二曲柄的往复运动转变成第二往复运动轴的直线往复运动，以及用于连接该第二往复运动轴和该平衡重的装置。

16、根据权利要求15所述的一种工具系统，其特征在于，该另一装置把一直线基本运动施加给该穿透件。

17、根据权利要求15所述的一种工具系统，其特征在于，该另一装置把一直线基本往复运动施加给该穿透件。

18、根据权利要求14所述的一种工具系统，当附加在权利要求4至10中任意之一时，其特征在于，该第一装置包括一第一驱动电机，连接装置，用于把该第一驱动电机的旋转输出与一旋转曲轴相连，第一运动转换机构，一方面它与该曲轴的第一曲柄相连，另一方面它与第一枢铰件相连，以将该第一曲柄的旋转运动转变成该第一枢铰件的往复运动以及用于连接该第一枢铰件和该穿透件的装置，以将一辅助往复位移施加到该穿透件上;一第二运动转换机构，一方面它与基本与第一曲柄共面的该曲轴的第二曲柄相连，另一方面它与第二枢铰件相连，以将该第二曲柄的旋转运动转变成该第二枢铰件的往复运动;和用于连接该第二枢铰件和平衡重的装置，以给平衡重施加一往复运动，它相对于施加给该穿透件的辅助往复位移的相位差基本上为180°;和第三运动转换机构，一方面它与该旋转输出相连，另一方面它与一旋转轮相连，以给该旋转轮施加一垂直该旋转输出的旋转运动，以及连接装置，其与该旋转轮偏心相连，并与该穿透件和平衡重相连，以给该穿透件和平衡重施加一直线基本往复运动。

19、根据权利要求25所述的一种工具系统，其特征在于，该旋转输出进一步通过一齿轮传动链与该穿透件相连，使一基本旋转运动施加给该穿透件，该第二运动转换机构是允许该穿透件旋转运动的同时，又把直线辅助位移传给它。

20、根据权利要求19所述的一种工具系统，其特征在于，该齿轮传动链包括通过一伞齿轮装置与该曲轴相连的第一分齿轮传动链驱动件;第二分齿轮传动链驱动件，一方面与该第一分齿轮传动链驱动件相连，另一方面又与该穿透件相连的第三分齿轮传动链驱动件相连。

21、根据权利要求1所述的一种工具系统，其特征在于还包括一第一驱动电机，一通过第一齿轮传动链与一曲轴相连的该驱动电机的旋转驱动输出，通过第一运动转换机构与工具安装组件相连的该曲轴的第一曲柄，其使一直线辅助往复位移施加给工具安装件;连接装置，用于把该工具安装件和直线往复运动穿透工具相连;通过第二运动转换机构与平衡重相连的基本与该第一曲柄共面的该曲轴的第二曲柄，它施加给平衡重一与该辅助往复位移相位差为180°的直线往复运动;第二齿轮传动链驱动件，一方面它与该第一齿轮传动链相连，另一方面它与基本和该工具安装件同轴的旋转工具安装轴套相连，使得给工具安装件一旋转基本运动;一可拆卸连接件，其适于安装在该轴套上，使其随之旋转，以及用于在该可拆卸连接件上安装钻头的装置。

22、根据权利要求3所述的一种固定工具系统，其特征在于，还包括施加一基本运动给该穿透件的另一装置。

23、根据权利要求3或22所述的一种固定工具系统，其特征在于，该位移装置施加一直线辅助往复位移给该穿透件。

24、根据权利要求3或22所述的一种固定工具系统，其特征在于，该位移装置把一角度辅助往复位移施加给穿透件。

25、根据权利要求3或22所述的一种固定工具系统，其特征在于，该位移装置施加直线和角度相结合的复合辅助往复位移给穿透件。

26、根据权利要求22和权利要求23，24，25任意之一所述的一种固定工具系统当附加于权利要求22时，其特征在于，该另一装置施加一直线基本运动给该穿透件。

27、根据权利要求22和权利要求23，24，25任意之一所述的一种固定工具系统当附加于权利要求22时，其特征在于，该另一装置施加一旋转基本运动给该穿透件。

28、根据权利要求22和权利要求23，24，25任意之一所述的一种固定工具系统当附加于权利要求22时，其特征在于，该另一装置施加一直线基本往复运动给该穿透件。

29、根据权利要求23所述的一种固定工具系统，其特征在于该位移装置包括一第一驱动电机，连接装置，用于把该第一驱动电机的旋转输出与一旋转曲轴相连，一运动转换机构，一方面它与该曲轴的一曲柄相连，另一方面它与相对该曲轴轴线成垂直设置的直线往复运动轴相连，使得该曲轴的旋转运动转变成该往复运动轴的直线往复运动以及用于连接该往复运动轴和该穿透件，使一直线辅助往复位移施加到该穿透件上的装置。

30、根据权利要求23所述的一种固定工具系统，其特征在于，该位移装置包括一第一驱动电机，连接装置，用于把该第一驱动电机的旋转输出与一可旋转的盘相连，该盘具有一偏心定位件，一运动转换机构，一方面它与该偏心定位件相连，另一方面它与相对该盘旋转轴线成垂直设置的一直线往复运动轴相连，使得该偏心定位件的旋转运动转变成该往复运动轴的直线往复运动以及用于连接该往复运动轴和该穿透件，使一直线辅助往复位移施加到该穿透件上的装置。

31、根据权利要求24所述的一种固定工具系统，其特征在于，该位移装置包括一第一驱动电机，该驱动电机的旋转输出，一运动转换机构，一方面它与该旋转输出相连，另一方面它与相对该旋转输出成垂直设置的一直线往复运动轴相连;一运动传送轮，其相对于该系统可旋转地安装并且与该往复运动轴偏心地连接;以及连接装置，用于连接该运动传送轮和该工具件，从而该往复运动轴的直线运动产生该运动传送轮和该工具件上的一角度辅助往复位移。

32、根据权利要求3所述的一种固定工具系统，其特征在于，包括一驱动连接到该工具件上的第一驱动电机，它使一基本旋转运动施加到工具件上，以及驱动连接到该工具件上的第二驱动电机，它使一直线辅助往复位移施加到该工具件上。

33、根据权利要求3所述的一种固定工具系统，其特征在于，还包括一驱动连接到该工具件上的第一驱动电机，它使一基本旋转运动施加到工具件上，以及通过一差速齿轮机构驱动连接到该工具件上的第二驱动电机，它使一角度辅助往复位移施加到该工具件上。

34、根据权利要求33所述的一种固定工具系统，其特征在于，还包括一连接到该工具件上并将一角度辅助往复位移施加给该工具件的一第三驱动电机。

35、根据权利要求4所述的一种穿透工具系统，其特征在于，构成一框式锯，其包括一进料台;一第一框架，其刚性安装在该进料台上并且其取向基本与台相垂直;一第二框架，其安装在第一框架之内并且基本与其平行，使得它能够在第一框架之中进行有限制的往复移动;一锯片组件，包括多个锯片，相对于该第二框架有回弹性地安装且基本与之平行;一具有驱动输出与该第二框架相连的第一驱动电机，使一直线运动的该基本往复运动施加给第二框架;一具有驱动输出与该锯片组件相连的第二驱动电机，使一迭加在该基本往复运动上的直线位移的辅助往复位移施加在该锯片组件上;木料进给装置安装在该进给台上，把一朝着和进入该锯组件的基本直线进给运动施加给木料。

36、根据权利要求35所述的一种框式锯，其特征在于，该锯片组件固定安装在第三框架之中，第三框架刚性安装在第二框架之中并基本与其平行。

37、根据权利要求4所述的一种穿透工具系统，其特征在于，还包括一支撑底座，一可移动机架，其相对该支撑底座安装，使其相对该底座可滑动移动;机架移动装置，用来使该机架朝底座移动，使直线运动的该基本运动施加到机架上;一穿透工具组件，相对该机架可滑动地安装，使其可朝着或背离该底座滑动移动;一驱动电机;该驱动电机的驱动输出;一运动转换组件，一方面它与该驱动输出相连，另一方面它与该穿透工具组件相连，以将一朝着背离该底座的直线往复运动的该辅助往复位移施加给该穿透工具组件。

38、根据权利要求37所述的一种穿透工具系统，其特征在于，该穿透工具组件包括一对工具安装连杆并且其中该驱动输出通过一齿轮传动链与一对运动转换机构相连，该运动转换机构构成该运动转组件，并且分别与上述工具安装连杆相连，以给上述连杆施加单独的和同步的直线辅助往复位移。

39、根据权利要求38所述的一种工具系统，其特征在于，进一步包括一长形剪切式刀，它安装在该连杆上，以及用于调整该刀相当于该底座的倾斜角的装置。

40、根据权利要求39所述的一种工具系统，其特征在于，该运动转换机构与该连杆相连，以使在相同方向上同步地把直线辅助往复位移施加给连杆。

41、根据权利要求39所述的一种工具系统，其特征在于，该运动转换机构与该连杆相连，以使在相反方向上同步地把直线辅助往复位移施加给该连杆。

42、根据权利要求38行述的一种工具系统，其特征在于，进一步包括一安装在该连杆上的一列穿透销。

43、根据权利要求37至42中任意之一所述的一种工具系统，其特征在于，该运动转换组件与平衡重系统相连，使得与该直线辅助往复位移相位差为180°的一直线往复位移施加给该平衡重系统。

44、根据权利要求15所述的一种穿透工具系统，其特征在于，进一步包括一弧形导向装置，该系统在该弧形导向装置上可往复移动，以及一运动转换系统，一方面它与第二驱动电机的输出相连，另一方面它与该工具系统相连，使相对于该导向装置的弧形基本往复运动施加给该系统。

45、根据权利要求15所述的一种穿透工具系统，当附加于权利要求11时，其特征在于构成一剪刀机构并进一步包括一第一剪切刀片，其相对于该系统固定安装;一第二盘形剪切刀，其相对该系统和该第一刀片可旋转并偏心地安装，上述两刀片的相邻刀刃共同啮合并剪切放入的材料，以及连接装置，用于把第一直线往复运动轴以枢铰和在周边连接的方式与该盘形剪刀相连，由此给该盘形剪刀施加一相对该第一刀片的角度辅助往复位移。

46、用以保证穿透件穿透工件的方法，包括以下步骤：

把一基本相对运动建立在该穿透件和该工件之间;

施加一往复位移给该穿透件，其具有相对工件对穿透的反作用力基本不随时间变化的频率和振幅并且迭加在该基本相对运动之上;和

在该系统中产生一个力，其方面基本与该往复运动的方向相反，使得至少部分平衡由该往复位移产生于该系统中的惯性负载。

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