CN110814393B - 一种基于自导向的浮动式多功能bta深孔刀具系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，属于深孔加工刀具的技术领域，包括BTA刀头、钻杆和浮动连接装置连接；浮动连接装置包括刀头连接件、刀杆连接件、滚珠、上端盖、橡胶环、减振块和辅助导向条；刀头连接件的前端与BTA刀头连接，设置有上端盖安装孔、射流孔和切削液槽I；刀杆连接件套设在刀头连接件内，设置有圆弧槽，后端与钻杆连接；滚珠放置在圆弧槽内；上端盖装配在上端盖安装孔内；橡胶环设置在刀头连接件和刀杆连接件之间；减振块和辅助导向条装配在刀头连接件上。该系统在BTA刀具深孔加工过程中能自动消除钻杆弯曲、振动对自导向系统的影响，实现更合理位置减振、更利于排屑、更协调的自导向功能。

Description

一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统

技术领域

本发明属于深孔加工刀具的技术领域，具体公开了一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统。

背景技术

深孔加工因特殊的自导向属性，能够加工出大长径比的深孔，随着新兴产业、高科技技术的革新，对具备装配、密封、基准引导等功能性深孔零件的加工质量要求愈来愈高。然而，由于特殊的密闭狭小空间、弱刚度系统等固有局限性，会造成加工过程中钻进部分的钻杆系统的弯曲变形，导致大批量加工生产时难以保证孔径尺寸、直线度、圆度的一致性及精度要求。因此，亟待突破深孔加工固有属性的限制，研制浮动式刀具钻杆连接系统，消除钻进部分钻杆系统在垂直空间内的误差，提高深孔加工系统的自动补偿能力，探索能兼顾效率与精度的加工方法，满足高品质深孔零件的精密加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，实现BTA深孔加工过程中能够自动调节刀具方向。

为实现上述目的，本发明提供一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，包括BTA刀头和钻杆，所述BTA刀头和钻杆之间通过浮动连接装置连接；浮动连接装置包括刀头连接件、刀杆连接件、滚珠、上端盖、橡胶环、减振块和辅助导向条；刀头连接件的前端与BTA刀头可拆卸连接，靠近后端的位置沿着周向设置有多个上端盖安装孔，刀头连接件沿着周向设置有多组射流孔，外圆柱表面上沿着周向设置有多条切削液槽I；射流孔位于上端盖安装孔之前；刀杆连接件套设在刀头连接件内，靠近前端的位置设置有与多个上端盖安装孔一一对应的圆弧槽，后端与钻杆之间可拆卸连接；滚珠放置在圆弧槽内，圆心位于圆弧槽外；上端盖装配在上端盖安装孔内，上端盖的内侧为弧形面且与滚珠接触；橡胶环设置在刀头连接件和刀杆连接件之间，且位于上端盖安装孔两侧；减振块和辅助导向条装配在刀头连接件的外圆柱表面上。

进一步地，BTA刀头上设置有第一刀片、中间齿、第一导向条、第二刀片、第二导向条和切削液槽II；刀头连接件的外圆柱表面上设置有1个辅助导向条或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的辅助导向条，辅助导向条位于相邻两组射流孔之间。

进一步地，刀头连接件的外圆柱表面上设置有1个减振块或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的减振块，减振块位于相邻两组射流孔之间，且与辅助导向条数量总和为3。

进一步地，上端盖安装孔的数量为六个，上端盖安装孔的形状为矩形，每个上端盖安装孔对应两个圆弧槽。

进一步地，射流孔共6组，每组3个；相邻两组射流孔之间的角度为60°；同组内的3个射流孔沿着刀头连接件的轴线设置，射流孔的倾斜角度为30±1°。

进一步地，切削液槽I的数量为4个。

进一步地，刀头连接件的前端与BTA刀头之间通过矩形螺纹连接；刀杆连接件的后端与钻杆之间通过矩形螺纹连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

（1）本发明提供的浮动式BTA深孔刀具系统中，浮动连接装置能够实现BTA刀具钻杆系统在垂直空间内的浮动补偿，消除钻杆系统弯曲对自导向功能的影响，提高零件加工质量。

（2）上端盖内侧为弧形面，为滚珠提供滚动空间，刀杆连接件、刀头连接件、滚珠以及上端盖互相配合，实现整个BTA深孔刀具的浮动效果。

（3）在刀头连接件与刀杆连接件之间设有橡胶圈，其作用一是填补刀头连接件与刀杆连接件之间的间隙，防止刀头在未受力状态下浮动；其作用二是利用橡胶材料自身变形特性，为浮动装置提供浮动的空间。

（4）在刀头连接件上设有射流孔，实现负压效应，用于提升整个BTA深孔刀具系统的排屑效率，射流孔均布在外圆周表面，两组射流孔之间夹角为60°，射流孔倾斜角度为30°，其倾斜角度可在此基础上略微浮动。

（5）通过辅助导向条与刀具两导向条相互协调，弥补了刀刃与第二导向条之间的大夹角空位，由两导向条和刀尖点的三点支撑转变为刀具两导向条与辅助导向条的多面支撑，构建多体支撑的自导向系统，增强自导向功能，保证深孔加工直线度。辅助导向条数量为1或2个，沿外圆柱外表面互成180±3°角布置在两射流孔之间，辅助导向条具体数量可根据实际加工效果与减振块数量进行调整。

（6）为了减少刀具工作过程中的振动，在刀头连接件上设有减振块，减振条与导向条同时构成支撑、减振系统，实现近钻削区的减振。减振块数量为1或2个，沿外圆柱外表面互成180±3°角布置在两射流孔之间，减振块具体数量可根据实际加工效果与辅助导向条数量进行调整。

（7）为了方便有充足的切削液流入，在刀头连接件外圆柱表面设有切削液槽，切削液槽数量为4个。

（8）最终实现更合理位置减振、更大空间排屑、更协调的自导向功能。

附图说明

图1为本发明提供的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统结构示意图；

图2是图1所示浮动式多功能BTA深孔刀具系统中浮动连接装置的结构示意图；

图3是图1所示浮动式多功能BTA深孔刀具系统中BTA刀头左视图；

图4是图2所示浮动连接装置中刀头连接件的主视图；

图5是图4所示刀头连接件A-A方向的截面视图；

图6是图2所示浮动连接装置中刀杆连接件的主视图；

图7是图6所示刀杆连接件B-B方向的截面视图。

图中：1-BTA刀头；2-钻杆；3-刀头连接件；4-刀杆连接件；5-滚珠；6-上端盖；7-橡胶环；8-减振块；9-辅助导向条；10-上端盖安装孔；11-射流孔；12-切削液槽I；13-圆弧槽；14-弧形面；15-第一刀片；16-中间齿；17-第一导向条；18-第二刀片；19-第二导向条；20-切削液槽II；21-工件；22-密封圈I；23-套筒I；24-联结器；25-轴承；26-套筒II；27-密封圈II。

具体实施方式

本实施例提供一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，包括BTA刀头1和钻杆2，所述BTA刀头和钻杆之间通过浮动连接装置连接；浮动连接装置包括刀头连接件3、刀杆连接件4、滚珠5、上端盖6、橡胶环7、减振块8和辅助导向条9；刀头连接件3的前端与BTA刀头1可拆卸连接，靠近后端的位置沿着周向设置有多个上端盖安装孔10，刀头连接件3沿着周向设置有多组射流孔11，外圆柱表面上沿着周向设置有多条切削液槽I12；射流孔11位于上端盖安装孔10之前；刀杆连接件4套设在刀头连接件3内，靠近前端的位置设置有与多个上端盖安装孔10一一对应的圆弧槽13，后端与钻杆2之间可拆卸连接；滚珠5放置在圆弧槽13内，圆心位于圆弧槽13外；上端盖6装配在上端盖安装孔10内（可采用焊接），上端盖6的内侧为弧形面14且与滚珠5接触；橡胶环7设置在刀头连接件3和刀杆连接件4之间，且位于上端盖安装孔10两侧；减振块8和辅助导向条9装配在刀头连接件3的外圆柱表面上。

在整个刀具的工作过程中，BTA刀头1会受到工件21所给的剪切力与挤压力，当BTA刀头1受到工件21所施加的力时，BTA刀头1会将所受到的力传递到刀头连接件3，由于上端盖6与刀头连接件3为一个整体，当上端盖6受到力时，由于其下方为滚珠5，且刀头连接件3上设有辅助导向条9，辅助导向条9会对刀头连接件3施加一定的力来克服BTA刀头1以及刀头连接件3的偏斜，而滚珠5则会沿上端盖6下表面的弧形面14发生滚动，而滚珠5下方为刀杆连接件4，所以刀杆连接件4只能在滚珠5发生滚动的同时自身产生一定的倾斜，当刀杆连接件4发生倾斜时，刀杆连接件4的前端就会挤压橡胶环7，使橡胶环7发生形变，为刀杆连接件4提供偏斜空间，然后刀杆连接件4带动钻杆2产生微小偏斜。虽然钻杆2发生偏斜，但是BTA刀头1部分始终保持预定的行进路线，大大提高了工件加工的效率与质量，保证了深孔加工孔的直线度与圆度。由于浮动连接装置采用滚珠5来产生浮动效果，可使整个BTA刀具系统实现360°浮动。

进一步地，BTA刀头1上设置有第一刀片15、中间齿16、第一导向条17、第二刀片18、第二导向条19和切削液槽II20；刀头连接件3的外圆柱表面上设置有1个辅助导向条9或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的辅助导向条9，辅助导向条9位于相邻两组射流孔11之间。

进一步地，刀头连接件3的外圆柱表面上设置有1个减振块8或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的减振块8，减振块8位于相邻两组射流孔11之间，且与辅助导向条9数量总和为3。

BTA深孔加工为内排屑深孔加工，自导向是在切削力与两导向条的平衡协调作用下实现的，并且是分为第一导向条17和第二导向条19，接触有先后；并且是依靠刀尖点与两导向条支撑点构成三点建圆支撑原理，而在第二导向条19与刀尖点的夹角空间较大，自导向作用因为第一第二导向条的先后接触支撑会产生偏差，因此，本发明增加第三导向条即辅助导向条9，减少BTA刀具系统的倾斜，构成多导向条的多面支撑对增强自导向功能意义重大。同时为了提高工件21的加工质量，在刀头连接件3上设有减振块8，减振块8用于减小BTA刀具系统工作时的振动，并且减振块8始终与孔壁接触支撑。在本实施例中，减振块8和辅助导向条9在刀头连接件3外圆柱表面同一圆环上成180°角分布。在本实施例中，为了增大BTA钻外部切削液的流入量充足，在BTA刀头1上设有切削液槽II20，同时在刀头连接件3上也设有切削液槽I12，用于增大BTA刀具外部切削液流经空间，来保证整个刀具各处切削液充足。

进一步地，上端盖安装孔10的数量为六个，上端盖安装孔10的形状为矩形，每个上端盖安装孔10对应两个圆弧槽13。

进一步地，射流孔11共6组，每组3个；相邻两组射流孔11之间的角度为60°；同组内的3个射流孔11沿着刀头连接件3的轴线设置，射流孔11的倾斜角度为30±1°。

进一步地，切削液槽I12的数量为4个。

进一步地，刀头连接件3的前端与BTA刀头1之间通过矩形螺纹连接；刀杆连接件4的后端与钻杆2之间通过矩形螺纹连接。

在BTA深孔加工系统中增加浮动连接装置，需考虑排屑通道、切削液流通环形间隙对浮动连接装置的限制，尤其对于中小型BTA深孔加工系统，尺寸限制更为明显。同时，由于深孔加工处于封闭环境中，随着钻削深度的增加，BTA刀具系统进入工件21后，减振系统被输油器隔离，难以接近钻削区域，在钻削过程中无法更好地对钻削振动起到减振作用。本实施例提供的浮动式BTA刀具系统，在有限空间内，利用局部滚珠5与上端盖安装孔10的作用，既实现了钻杆2绕轴向的转动，同时在微小范围内实现浮动（其是依据沿着轴向上端盖安装孔10的变化来实现），还保证了空心钻杆的排屑空间，增加浮动连接装置，消除钻杆2弯曲对自导向功能的影响；基于喷射负压机理，在刀头连接件3上均匀分布3排射流孔11，实现切削液对切屑的冲击，同时通过射流孔11的高压切削液与流经钻头头部进入排屑通道的流体汇合区形成负压，更利于排屑；通过辅助导向条9与刀具两导向条相互协调，弥补了自导向机理瞬间先后作用的缺陷，由两导向条和刀尖点的三点支撑转变为刀具两导向条与辅助导向条9的多面支撑，构建多面支撑的自导向系统，保证深孔加工直线度；增减减振条8与辅助导向条9同时构成支撑、减振系统，实现近钻削区的减振；最终实现更合理位置减振、更大空间排屑、更协调的自导向功能。

在BTA深孔加工系统中，既要利于排屑，增加排屑空间，又要实现高压切削液的流通，同时还要实现浮动，要实现多种功能是极其困难。高压的切削液进入钻杆2外壁和已加工孔内壁的环形空隙，压力急剧下降，并且随着钻削深度的增加，压力更小。本发明中浮动是指将钻杆2的浮动，而一般的铰刀、浮动刀柄，是刀具在浮动。深孔加工由于自导向机理，增加浮动机构后是钻杆在浮动，性质上不同，并且其他加工方式不会涉及到深孔加工中的自导向功能、排屑作用、高压切削液的流通等限制。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，包括BTA刀头和钻杆，其特征在于，所述BTA刀头和钻杆之间通过浮动连接装置连接；

所述浮动连接装置包括刀头连接件、刀杆连接件、滚珠、上端盖、橡胶环、减振块和辅助导向条；

所述刀头连接件的前端与BTA刀头可拆卸连接，靠近后端的位置沿着周向设置有多个上端盖安装孔，刀头连接件沿着周向设置有多组射流孔，刀头连接件的外圆柱表面上沿着周向设置有多条切削液槽I；

所述射流孔位于上端盖安装孔之前；

所述刀杆连接件套设在刀头连接件内，靠近前端的位置设置有与多个上端盖安装孔一一对应的圆弧槽，后端与钻杆之间可拆卸连接；

所述滚珠放置在圆弧槽内，圆心位于圆弧槽外；

所述上端盖装配在上端盖安装孔内，上端盖的内侧为弧形面且与滚珠接触；

所述橡胶环设置在刀头连接件和刀杆连接件之间，且位于上端盖安装孔两侧；

所述减振块和辅助导向条装配在刀头连接件的外圆柱表面上。

2.根据权利要求1所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述BTA刀头上设置有第一刀片、中间齿、第一导向条、第二刀片、第二导向条和切削液槽II；

所述刀头连接件的外圆柱表面上设置有1个辅助导向条或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的辅助导向条，辅助导向条位于相邻两组射流孔之间。

3.根据权利要求2所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述刀头连接件的外圆柱表面上设置有1个减振块或2个沿外圆柱外表面互成180±3°的减振块，减振块位于相邻两组射流孔之间，且与辅助导向条数量总和为3。

4.根据权利要求3所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述上端盖安装孔的数量为六个，上端盖安装孔的形状为矩形，每个上端盖安装孔对应两个圆弧槽。

5.根据权利要求4所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述射流孔共6组，每组3个；

相邻两组射流孔之间的角度为60°；

同组内的3个射流孔沿着刀头连接件的轴线设置，射流孔的倾斜角度为30°±1°。

6.根据权利要求5所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述切削液槽I的数量为4个。

7.根据权利要求1所述的基于自导向的浮动式多功能BTA深孔刀具系统，其特征在于，所述刀头连接件的前端与BTA刀头之间通过矩形螺纹连接；

所述刀杆连接件的后端与钻杆之间通过矩形螺纹连接。

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