CN113199282A - 振动辅助钻孔系统及使用方法 - Google Patents

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CN113199282A CN202110147286.6A CN202110147286A CN113199282A CN 113199282 A CN113199282 A CN 113199282A CN 202110147286 A CN202110147286 A CN 202110147286A CN 113199282 A CN113199282 A CN 113199282A
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drilling
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Abstract

本发明的名称是振动辅助钻孔系统及使用方法。提供了振动辅助钻孔系统。该振动辅助钻探系统包括：具有钻进给轴的钻进给运动系统；具有振荡轴的振荡运动系统；具有钻头的钻主轴；和配置为将钻主轴连接到振荡运动系统的安装系统。钻进给轴基本上平行于振荡轴并与之偏离。

Description

振动辅助钻孔系统及使用方法
技术领域：
本公开内容一般地涉及钻孔，并且更具体地涉及振动辅助钻孔(VAD)。
背景技术：
对于许多不同类型的结构，钻孔和紧固是装配工艺中要采取的步骤。一些结构由一种以上类型的材料形成。可以进行钻孔通过混合材料堆叠(例如金属层和复合材料层)。钻孔混合材料堆叠可能会不期望地耗费时间，这限制了生产流程和生产速率。
在常规钻孔工艺中，随着钻头旋转，钻头被朝向工件驱动。在常规钻孔中，钻头与工件的材料保持接触。常规钻孔工艺可导致不同大小的碎屑。碎屑可以包括长的盘绕碎屑。在一些说明性实例中，碎屑可缠结在钻头周围。当缠结在钻头周围时，碎屑在钻孔内转动，从工件中拉出材料。
常规钻孔产生摩擦，加热钻头和工件二者。在一些说明性实例中，常规钻孔在工件中产生不期望的热量。
因此，期望具有考虑到以上讨论的至少一些问题以及其他可能的问题的方法和装置。
发明内容
本公开内容的实例提供了振动辅助钻孔系统。该振动辅助钻探系统包括：具有钻进给轴(drill feed axis)的钻进给运动系统、具有振荡轴的振荡运动系统、具有钻头的钻主轴(drill spindle)以及配置为将钻主轴连接到振荡运动系统的安装系统。钻进给轴基本上平行于振荡轴并与之偏离。
本公开内容的另一实例提供了振动辅助钻孔系统。振动辅助钻孔系统包括具有伺服系统和多个线性导轨的钻进给运动系统、具有致动器和振荡轴的振荡运动系统以及具有钻头的钻主轴。钻主轴安装至振荡运动系统。钻进给运动系统具有钻进给轴并且振荡轴与钻进给轴分离。
执行振动辅助钻孔的方法。通过具有钻进给轴的钻进给运动系统将钻主轴朝向材料移动。当钻主轴朝向材料推进时，旋转钻主轴的钻头。通过振荡运动系统将钻主轴朝向和远离所述材料振荡，其中该振荡运动系统具有基本上平行于钻进给轴并与之偏离的振荡轴，并且其中该振荡运动系统将钻主轴连接到钻进给运动系统。
可以在本公开内容的多个实例中独立地实现特征和功能，或者可以在仍其他的实例中组合这些特征和功能，其中可以参考以下描述和附图来查看进一步地细节。
附图说明
在所附的权利要求书中阐述了被认为是说明性实例的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下对本公开内容的说明性实例的详细描述，将最好地理解该说明性实例及其优选使用方式、进一步的目的和特征，其中：
图1是其中可以实施说明性实例的制造环境的框图的图解；
图2是根据说明性实例的振动辅助钻孔系统的透视图的图解；
图3是根据说明性实例的振动辅助钻孔系统的侧视图的图解。
图4是根据说明性实例的振动辅助钻孔系统的分解图的图解。
图5是根据说明性实例的在孔中的振动辅助钻孔系统的钻头的横截面图的图解；
图6是根据说明性实例的钻孔碎屑的透视图的图解。
图7是根据说明性实例的执行振动辅助钻孔的方法的流程图的图解；
图8是根据说明性实例的以框图形式的飞机制造和服务方法的图解；和
图9是其中可以实施说明性实例的框图形式的飞机的图解。
具体实施方式
说明性实例认识并考虑了一个或多个不同的考虑事项。说明性实例认识并考虑到钻孔金属可能导致长切屑。大的钻孔碎屑，例如长螺旋带或大切屑可导致孔壁处的刮伤。说明性实例认识并考虑到，大的碎屑也可能导致以下至少一种：产生另外的摩擦和额外的热量、损坏孔表面并增加粗糙度、改变孔直径——这将影响性能、或产生不可靠的切屑取出(extraction)。
说明性实例认识并考虑到完全缩回啄动(pecking)明显增加处理时间，这限制了自动化和速率能力。说明性实例认识并考虑到常规钻孔工艺可导致不同大小的碎屑。碎屑可包括长的盘绕碎屑。常规钻孔可导致重量范围在约20mg至约70mg的碎屑。
说明性实例认识并考虑到正在研究振动辅助钻孔(VAD)以控制钻孔碎屑尺寸。说明性实例认识并考虑到振动辅助钻孔(VAD)的钻孔温度低于常规钻孔。
说明性实例认识并考虑到在一些振动辅助钻孔设备中，钻进给和振荡运动由一个伺服电机提供的。在这些说明性实例中，钻进给和振荡运动在同一轴上。振荡频率由伺服电机响应时间限制。说明性实例认识并考虑到在一些振动辅助钻孔设备中，钻主轴内存在振荡。说明性实例认识并考虑到钻主轴内的振动系统的尺寸和类型受到限制。
现在转到图1，描绘了其中可以实施说明性实例的制造环境的框图的图解。制造环境100包括配置为对材料104执行振动辅助钻孔(VAD)的振动辅助钻孔系统102。振动辅助钻孔系统102包括具有钻进给轴108的钻进给运动系统106、具有振荡轴112的振荡运动系统110、具有钻头116的钻主轴114以及配置为将钻主轴114连接至振荡运动系统110的安装系统118。钻进给轴108基本上平行于振荡轴112并与之偏离。
在振动辅助钻孔系统102中，进给振荡独立于主钻进给。钻进给运动系统106包括连接到基座122的多个线性导轨120。钻进给运动系统106沿着多个线性导轨120移动振荡运动系统110和钻主轴114以提供钻头116的钻进给。钻进给运动系统106的伺服系统124提供钻主轴114在钻进给方向上的移动。伺服系统124控制钻进给速度126，并沿多个线性导轨120上的钻进给轴108移动多个轴承推车(bearing cart)128。在导轨——多个线性导轨120——上的线性轴承推车——多个轴承推车128——能够处理由包括钻主轴114的钻孔末端执行器引起的弯曲移动。
钻进给速度126是钻头116指向材料104的速度。钻进给速度126基于期望的操作来设定。钻进给速度126由伺服系统124的能力限制。伺服系统124是包括控制电路和轴的电机。
振荡运动系统110连接到钻进给运动系统106的多个轴承推车128。振荡运动系统110包括滑动面130和具有振荡轴112的致动器132。滑动面130是配置为允许在单个轴上移动的机械系统。在一些说明性实例中，滑动面130包括多个线性导轨134和多个轴承推车136。在导轨——多个线性导轨134——上的线性轴承推车——多个轴承推车136能够处理包括钻主轴114的钻孔末端执行器引起的弯曲移动。
致动器132沿着多个线性导轨134移动多个轴承推车136。致动器132采用任何期望的形式。在一些说明性实例中，致动器132是电磁的138、机械的140或液压的142之一。致动器132为多个轴承推车136和与多个轴承推车136连接的部件提供振荡速度144。致动器132能够具有大于钻进给运动系统106的钻进给速度126的最大值的振荡速度144。
基于材料104中的钻孔154的技术规格来确定振荡运动系统110的规格。例如，振荡运动系统110的期望规格可由材料104的类型、材料104的厚度、孔154的大小、材料104中的层顺序或钻孔工艺的其他特性影响。在一些说明性实例中，孔154的直径在0.25英寸至0.875英寸的范围内。在一些说明性实例中，致动器132的振荡幅度在0.06mm-0.20mm的范围内。在一些说明性实例中，致动器132的振荡幅度在0.06mm-0.16mm的范围内。在一些说明性实例中，振荡频率期望地高达100Hz。在一些说明性实例中，振荡频率在25Hz-80 Hz的范围内。
在振动辅助钻孔系统102中，安装系统118将钻主轴114安装至多个轴承推车136。伺服系统124朝向材料104驱动多个轴承推车128以向钻主轴114提供钻进给速度126。当钻进给运动系统106提供钻主轴114朝向材料104的移动时，钻头116旋转。
当通过多个轴承推车128的移动将钻主轴114朝向材料104驱动时，由多个轴承推车136的移动以振荡或“啄动”运动将钻主轴114驱动朝向和远离材料104。通过致动器132以振荡的方式驱动多个轴承推车136。
由钻进给运动系统106提供钻主轴114的钻进给运动和由振荡运动系统110提供钻主轴114的振荡运动提供更大的振荡速度。控制器146被配置为控制伺服系统124、致动器132或钻头116的旋转致动器的至少之一。控制器146被配置为使振荡运动系统110的振荡速度144和钻主轴114的钻头116的旋转速度148同步。在一些说明性实例中，旋转速度148被称为由钻主轴114提供的RPM(每分钟旋转)。在一些说明性实例中，钻主轴114的RPM高达8000RPM。
通过使振荡速度144和旋转速度148同步，控制由振动辅助钻孔系统102产生的钻孔碎屑152的切屑尺寸150。振动辅助钻孔系统102钻出孔154并产生具有切屑尺寸150的钻孔碎屑152。切屑尺寸150被配置为提供钻孔碎屑152的可靠的取出。在一些说明性实例中，切屑尺寸150小于由常规钻孔操作产生的钻孔碎屑。在一些说明性实例中，切屑尺寸150的重量小于5mg。在一些说明性实例中，切屑尺寸150的公差为+/-1mg。
振动辅助钻孔系统102包括具有伺服系统124和多个线性导轨120的钻进给运动系统106；具有致动器132和振荡轴112的振荡运动系统110；以及具有钻头116的钻主轴114，钻主轴114安装至振荡运动系统110。钻进给运动系统106具有钻进给轴108，并且振荡轴112与钻进给轴108分离。在振动辅助钻孔系统102中，振荡运动系统110进一步包括滑动面130。
在一些说明性实例中，由振动辅助钻孔系统102供应的钻推力载荷(drill thrustload)高达500磅。钻推力载荷极限受连接到辅助钻孔系统102的自动化平台的影响。
图1中的制造环境100的图解并不意味着暗示对可以实施说明性实例的方式进行物理或架构限制。可以使用除了所示部件之外的其他部件或代替所示部件的其他部件。一些部件可能是不必要的。此外，提供了方框以图解一些功能部件。当在说明性实例中实施时，可以将这些方框中的一个或多个组合、分开或组合和分开为不同的方框。例如，滑动面130可以采取除了多个线性导轨134和多个轴承推车136之外的另一种类型的机械移动系统的形式。
作为另一个说明性实例，未描绘与钻主轴114、振荡运动系统110和钻进给运动系统106相关联的传感器，但是可以存在传感器，用于工艺监控和工艺控制。
现在转到图2，根据说明性实例描绘了振动辅助钻孔系统的透视图的图解。振动辅助钻孔系统200是图1的振动辅助钻孔系统102的物理实施。
振动辅助钻孔系统200包括钻进给运动系统202、振荡运动系统204和具有钻头208的钻主轴206，以及配置为将钻主轴206连接到振荡运动系统204的安装系统(未描绘)。
在振动辅助钻孔系统200中，进给振荡不依赖于主钻进给。钻进给运动系统202包括连接到基座212的多个线性导轨210。钻进给运动系统202沿多个线性导轨210移动振荡运动系统204和钻主轴206以提供钻头208的钻进给。钻进给运动系统202的伺服系统(未描绘)提供钻主轴206在钻进给方向214上的移动。伺服系统控制钻进给速度并沿多个线性导轨210移动多个轴承推车216。
振荡运动系统204连接到钻进给运动系统202的多个轴承推车216。振荡运动系统204包括滑动面218和致动器220。滑动面218是被配置为允许在单个轴上移动的机械系统。在一些说明性实例中，滑动面218包括多个线性导轨222和多个轴承推车224。
现在转向图3，根据说明性实例描绘了振动辅助钻孔系统的侧视图的图解。视图300是图2的振动辅助钻孔系统200的侧视图。
在振动辅助钻孔系统200的视图300中，指出了钻进给轴302和振荡轴304。钻进给运动系统202有钻进给轴302。钻进给轴302是多个轴承推车216沿其移动的轴。振荡运动系统204具有振荡轴304。钻进给轴302基本上平行于振荡轴304并与之偏离。
现在转到图4，根据说明性实例描绘了振动辅助钻孔系统的分解图的图解。视图400是图2的振动辅助钻孔系统200的分解图。在视图400中，未描绘钻进给运动系统202的伺服系统。在一些说明性实例中，伺服电机(未描绘)与附接到线性导轨210的驱动器耦接。
图2-4的振动辅助钻孔系统200的图解并不意味着暗示对可以实施说明性实例的方式进行物理或架构限制。可以使用除所示部件之外或代替所示部件的其他部件。例如，在视图400中，致动器220、多个线性导轨222和多个轴承推车224是线性电机的一部分。在视图400中，致动器220采用线性电机系统的磁性板的形式。在该说明性实例中，致动器220是电磁的。致动器220采用任何期望的形式。在其他未描绘的实例中，致动器220是机械的或液压的中的一种。在一些未描述的说明性实例中，致动器220包括伺服系统和滚珠丝杠(ballscrew)驱动组件，其连接到振荡运动系统204的多个轴承推车224。另外地，振动辅助钻孔系统200不是按比例的。
现在转到图5，根据说明性实例，描绘了在孔中的振动辅助钻孔系统的钻头的横截面图的图解。视图500是材料506的孔504内的钻头502的横截面图。钻头502可以是图1的钻头116的物理实施。在一些说明性实例中，钻头502与图2-4的钻头208相同。
随着钻头502旋转，刀片508和刀片510从材料506去除钻孔碎屑，例如图6的钻孔碎屑600。刀片508和刀片510中的每一个将去除各自的切屑。部分512将由刀片508或刀片510中的一个沿切割路径514去除。部分516将由刀片508或刀片510中的另一个沿切割路径518去除。
现在转到图6，根据说明性实例描绘了钻孔碎屑的透视图的图解。在一些说明性实例中，钻孔碎屑600是图1的钻孔碎屑152的物理实施。在一些说明性实例中，钻孔碎屑600是由图2-4的振动辅助钻孔系统200产生的。在一些说明性实例中，通过使用图5的钻头502对材料506钻孔产生钻孔碎屑600。
钻孔碎屑600的每个切屑具有基本上相同的尺寸和形状。钻孔碎屑600的切屑的尺寸和形状通过振荡速度和钻头的旋转速度的同步来控制。钻孔碎屑600的每个切屑的重量近似为3mg。
生产基本上相同的尺寸和形状且重量小于5mg的钻孔碎屑600通过快速可靠的切屑取出提高孔质量。生产钻孔碎屑600减少或预防界面中的切屑。
图2-6中所示的不同部件可以与图1中的部件组合，或与图1中的部件一起使用，或两者的组合。另外地，图2-6中的一些部件可能是如何将图1中以方框形式显示的部件如何可以实施为物理结构的说明性实例。
现在转到图7，根据说明性实例描绘了执行振动辅助钻孔的方法的流程图的图解。方法700可以在制造环境100中使用振动辅助钻孔系统102来执行。可以使用图2-6的振动辅助钻孔系统200来执行方法700。可以执行方法700以产生图6的钻孔碎屑600。
方法700通过具有钻进给轴的钻进给运动系统使钻主轴朝向材料移动(操作702)。当钻主轴被朝向材料推进时，方法700旋转钻主轴的钻头(操作704)。方法700通过振荡运动系统使钻主轴朝向和远离材料振荡，其中振荡运动系统具有基本上平行于钻进给轴并与之偏离的振荡轴，并且其中振荡运动系统将钻主轴连接至钻进给运动系统(操作706)。之后，方法700终止。
在一些说明性实例中，方法700使用包含钻主轴、振荡运动系统和钻进给运动系统的振动辅助钻孔系统的控制器来使振荡运动系统的振荡速度和钻主轴的钻头的旋转速度同步(操作712)。
在一些说明性实例中，在使钻主轴朝向和远离材料振荡时使振荡速度和钻头的旋转速度同步去除了具有基本上均匀的切屑尺寸的钻孔碎屑(操作714)。如本文所用的，术语“近似”、“约”和“基本上”表示接近所陈述量的量，其仍然执行期望的功能或实现期望的结果。例如，术语“近似”、“约”和“基本上”可以指的是在所陈述量的少于10％内、少于5％内、少于1％内、少于0.1％内和少于0.01％内的量。在一些说明性实例中，基本上均匀的切屑尺寸在+/-1mg的公差内。
在一些说明性实例中，700将振荡运动系统连接到钻进给运动系统(操作708)并且将钻主轴安装至振荡运动系统(操作710)。
如本文所用的，当与项目列举一起使用时，短语“至少一个”意味着可以使用一个或多个所列项目的不同组合，并且可能仅需要列表中的每个项目之一。例如，“项目A、项目B或项目C中的至少一个”可以包括但不限于项目A、项目A和项目B、或项目B。该实例还可以包括项目A、项目B、和项目C或项目B和项目C。当然，可以存在这些项目的任何组合。在其他实例中，“至少一个”可以是，例如但不限于，项目A中的两个；项目B的一个；和项目C的十个；项目B的四个和项目C的七个；或其他合适的组合。该项目可以是具体的对象、事物或类别。换句话说，可以从列举中使用任何组合项目和多个项目中的至少一种，但是并非列举中的所有项目都是必需的。
如本文所用的，当参考项目使用时，“多个”是指一个或多个项目。
所描绘的不同实例中的流程图和框图图解了说明性实例中的装置和方法的一些可能实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段、功能或操作或步骤的一部分中的至少一个。
在说明性实例的一些可选实施中，方框中标注的一个或多个功能可以不按图中标注的顺序发生。例如，在一些情况下，取决于所涉及的功能，可以基本上同时执行连续示出的两个方框，或者有时可以以相反的顺序执行这些方框。同样，除了流程图或框图中图解的方框之外，还可以添加其他方框。一些方框可以是任选的。例如，操作708和710可以是任选的。
可以在如图8所示的飞机制造和服务方法800和如图9所示的飞机900的背景下描述本公开内容的说明性实例。首先转向图8，根据说明性实例描绘了飞机制造和服务方法的图解。在生产前期间，飞机制造和服务方法800可以包括图9中的飞机900的规格和设计802和材料采购804。
在生产期间，进行飞机900的部件和子组件制造806和系统集成808。此后，飞机900可以经过认证和交付810以便投入使用812。当客户使用812时，飞机900被安排进行例行维护和服务814，这可以包括修改、重新配置、翻新或其他维护和服务。
飞机制造和服务方法800的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作者执行或实施。在这些实例中，操作者可以是客户。就本说明书而言，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。
现在参考图9，描绘了其中可以实施说明性实例的飞机的图解。在此实例中，飞机900通过图8的飞机制造和服务方法800生产，并且可以包括具有多个系统904的机架902和内部906。系统904的实例包括推进系统908、电气系统910、液压系统912和环境系统914中的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。
可以在飞机制造和服务方法800的至少一个阶段期间采用本文所体现的装置和方法。可以在图8中的部件和子组件制造806、系统集成808、使用812或维护和服务814中的至少一个期间制造或使用一个或多个说明性实例。飞机900可以包括使用图1的振动辅助钻孔系统102装配的结构。图1的振动辅助钻孔系统102可以在部件和子组件制造806期间使用。作为实例，方法800可以在部件和子组件制造806期间使用来钻出孔以装配结构。在一些说明性实例中，使用图1的振动辅助钻孔系统102钻孔的结构是飞机900的部件。
这些说明性实例提供了振动辅助辅助系统，该系统具有钻进给轴和振荡轴，所述钻进给轴平行于振荡轴并与之偏离。说明性实例的振动辅助钻孔系统提供了用于通过微啄动(micro pecking)来定时基础切屑碎片化的外部振荡进给驱动器。在说明性实例中，进给振荡独立于振动辅助钻孔系统中的主钻进给。
钻进给和振荡运动通过在伺服系统和钻主轴之间引入滑动/振荡台或滑动面来独立地提供动力。通过将钻进给致动器和振荡致动器分离，可以更高地为振荡频率提供动力。可以用不同于钻进给伺服系统的致动器类型控制振荡。通过将钻进给致动器和振荡致动器分离，振荡不受伺服电机响应的约束。
具有同步的振荡速度和钻头旋转速度的振动辅助钻孔(VAD)的实施可以减少加工时间，从而增加生产速率。具有同步的振荡速度和钻头旋转速度的振动辅助钻孔(VAD)可通过快速和可靠的切屑取出来改善孔质量。说明性实例还可以减小推力和扭矩载荷。由说明性实例产生的较小切屑在钻孔期间产生较小的摩擦。具有同步的振荡速度和钻头旋转速度的振动辅助钻孔(VAD)提供的一致的切屑碎片化减少了工艺载荷(推力和扭矩载荷)。随着推力载荷减小，可以在组件堆叠中使用较少的相邻夹紧力。因此，说明性实例可以减小扭矩载荷或夹紧力中的至少之一。
具有同步的振荡速度和钻头旋转速度的振动辅助钻孔(VAD)改善表面粗糙度。具有同步的振荡速度和钻头旋转速度的振动辅助钻孔(VAD)改善了钻头的疲劳寿命。使用控制器同步振荡速度和钻头旋转速度提供工具磨损和工艺载荷的监控。
具有独立的振荡运动系统的振动辅助钻孔系统能够将现成的钻孔主轴用于末端执行器集成。使用现成的钻孔主轴减少了振动辅助钻孔系统的成本。在一些说明性实例中，进给驱动器或振荡源中的至少一个也是现成的。
当振荡运动系统与进给驱动器轴分离时，振荡/正弦波运动与主进给驱动器运动无关。因此，振荡最大频率不再受主进给驱动器(例如使用伺服电机)可以多块地反应/响应的限制，这允许更高的最大频率用于振动辅助钻孔工艺并减少钻孔周期时间。
通过提供振荡运动系统作为钻主轴的外部系统，与对钻主轴的内部致动器相比，振荡致动器的尺寸和类型具有更多的选择。导轨上的线性轴承推车是处理由钻孔末端执行器引起的弯曲移动的有效方法。
进一步，本公开内容包括根据以下条款的实施方式：
条款1.振动辅助钻孔系统(102)，其包括：
钻进给运动系统(106)，其具有钻进给轴(108)；
振荡运动系统(110)，其具有振荡轴(112)，其中钻进给轴(108)基本上平行于振荡轴(112)并与之偏离；
钻主轴(114)，其具有钻头(116)；和
安装系统(118)，其配置为将钻主轴(114)连接到振荡运动系统(110)。
条款2.根据条款1的振动辅助钻孔系统(102)，其进一步包括：
控制器(146)，其配置为使振荡运动系统(110)的振荡速度(144)和钻主轴(114)的钻头(116)的旋转速度(148)同步。
条款3.根据条款1或条款2的振动辅助钻孔系统(102)，其中振荡运动系统(110)包括滑动面(130)和具有振荡轴(112)的致动器(132)。
条款4.根据条款3的振动辅助钻孔系统(102)，其中滑动面(130)包括多个线性导轨(134)和多个轴承推车(136)。
条款5.根据条款4的振动辅助钻孔系统(102)，其中钻主轴(114)被安装至多个轴承推车(136)。
条款6.根据条款3至5的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其中致动器(132)是电磁的(138)、机械的(140)或液压的(142)之一。
条款7.根据条款3到6的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其中致动器(132)能够具有大于钻进给运动系统(106)的钻进给速度(126)的最大值的振荡速度(144)。
条款8.根据条款1到7的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其中钻进给运动系统(106)包括多个轴承推车(128)和多个线性导轨(120)，其中振荡运动系统(110)连接到多个轴承推车(128)。
条款9.振动辅助钻孔系统(102)，其包括：
钻进给运动系统(106)，其具有伺服系统(124)和多个线性导轨(120)，其中钻进给运动系统(106)具有钻进给轴(108)；
振荡运动系统(110)，其具有致动器(132)和振荡轴(112)，其中振荡轴(112)与钻进给轴(108)分离；和
钻主轴(114)，其具有钻头(116)，钻主轴(114)安装至振荡运动系统(110)。
条款10.根据条款9的振动辅助钻孔系统(102)，其中振荡运动系统(110)进一步包括滑动面(130)。
条款11.根据条款10的振动辅助钻孔系统(102)，其中滑动面(130)包括多个线性导轨(134)和多个轴承推车(136)。
条款12.根据条款9到11的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其中致动器(132)是电磁的(138)、机械的(140)或液压的(142)之一。
条款13.根据条款9到12的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其进一步包括：
控制器(146)，其配置为使振荡运动系统(110)的振荡速度(144)和钻主轴(114)的钻头(116)的旋转速度(148)同步。
条款14.根据条款9到13的任一中的振动辅助钻孔系统(102)，其中致动器(132)能够具有大于钻进给运动系统(106)的钻进给速度(126)的最大值的振荡速度(144)。
条款15.执行振动辅助钻孔的方法(700)，其包括：
通过具有钻进给轴(108)的钻进给运动系统(106)将钻主轴(114)朝向材料(104)移动；
当钻主轴(114)朝向材料(104)推进时，旋转钻主轴(114)的钻头(116)；和
通过振荡运动系统(110)将钻主轴(114)朝向和远离材料(104)振荡，其中振荡运动系统(110)具有基本上平行于钻进给轴(108)并与之偏离的振荡轴(112)，并且其中振荡运动系统(110)将钻主轴(114)连接到钻进给运动系统(106)。
条款16.根据条款15的方法(700)，进一步包括：
使用振动辅助钻孔系统(102)的控制器(146)使振荡运动系统(110)的振荡速度(144)和钻主轴(114)的钻头(116)的旋转速度(148)同步，所述振动辅助钻孔系统(102)包括钻主轴(114)、振荡运动系统(110)和钻进给运动系统(106)。
条款17.根据条款16的方法(700)，其中在使钻主轴(114)朝向和远离材料(104)振荡时使振荡速度(144)和钻头(116)的旋转速度(148)同步去除了具有基本上均匀的切屑尺寸(150)的钻孔碎屑(152)。
条款18.根据条款15到17的任一中的方法(700)，进一步包括：
将振荡运动系统(110)连接到钻进给运动系统(106)；和
将钻主轴(114)安装至振荡运动系统(110)。
条款19.根据条款15至18的任一中的方法(700)，其中振荡运动系统(110)包括致动器(132)，该致动器(132)能够具有大于钻进给运动系统(106)的钻进给速度(126)的最大值的振荡速度(144)。
条款20.根据条款19的方法(700)，其中致动器(132)是电磁的(138)、机械的(140)或液压的(142)之一。
已经出于说明和描述的目的给出了不同的说明性实例的描述，并且不旨在是详尽的或限于公开形式的实例。对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变型将是显而易见的。进一步地，与其他说明性实例相比，不同的说明性实例可以提供不同的特征。选择和描述所选择的一个或多个实例是为了最好地解释实例的原理、实际应用，并使本领域的其他普通技术人员能够理解针对具有适合于预期具体用途的多种修改的多种实例的公开内容。

Claims (10)

1.一种振动辅助钻孔系统(102)，其包括：
钻进给运动系统(106)，其具有钻进给轴(108)；
振荡运动系统(110)，其具有振荡轴(112)，其中所述钻进给轴(108)基本上平行于所述振荡轴(112)并与之偏离；
钻主轴(114)，其具有钻头(116)；和
安装系统(118)，其配置为将所述钻主轴(114)连接到所述振荡运动系统(110)。
2.根据权利要求1所述的振动辅助钻孔系统(102)，进一步包括：
控制器(146)，其配置为使所述振荡运动系统(110)的振荡速度(144)和所述钻主轴(114)的所述钻头(116)的旋转速度(148)同步。
3.根据权利要求1所述的振动辅助钻孔系统(102)，其中所述振荡运动系统(110)包括滑动面(130)和具有所述振荡轴(112)的致动器(132)。
4.根据权利要求3所述的振动辅助钻孔系统(102)，其中所述滑动面(130)包括多个线性导轨(134)和多个轴承推车(136)。
5.根据权利要求3到4的任一项所述的振动辅助钻孔系统(102)，其中所述致动器(132)能够具有大于所述钻进给运动系统(106)的钻进给速度(126)的最大值的振荡速度(144)。
6.根据权利要求1到4的任一项所述的振动辅助钻孔系统(102)，其中所述钻进给运动系统(106)包括多个轴承推车(128)和多个线性导轨(120)，其中所述振荡运动系统(110)连接到所述多个轴承推车(128)。
7.一种执行振动辅助钻孔的方法(700)，其包括：
通过具有钻进给轴(108)的钻进给运动系统(106)将钻主轴(114)朝向材料(104)移动；
当所述钻主轴(114)朝向所述材料(104)推进时，旋转所述钻主轴(114)的钻头(116)；和
通过振荡运动系统(110)将所述钻主轴(114)朝向和远离所述材料(104)振荡，其中所述振荡运动系统(110)具有基本上平行于所述钻进给轴(108)并与之偏离的振荡轴(112)，并且其中所述振荡运动系统(110)将所述钻主轴(114)连接到所述钻进给运动系统(106)。
8.根据权利要求7所述的方法(700)，进一步包括：
使用振动辅助钻孔系统(102)的控制器(146)使所述振荡运动系统(110)的振荡速度(144)和所述钻主轴(114)的所述钻头(116)的旋转速度(148)同步，所述振动辅助钻孔系统(102)包括所述钻主轴(114)、所述振荡运动系统(110)和所述钻进给运动系统(106)。
9.根据权利要求8所述的方法(700)，其中在使所述钻主轴(114)朝向和远离所述材料(104)振荡时使所述振荡速度(144)和所述钻头(116)的所述旋转速度(148)同步去除了具有基本上均匀的切屑尺寸(150)的钻孔碎屑(152)。
10.根据权利要求7到9的任一项所述的方法(700)，进一步包括：
将所述振荡运动系统(110)连接到所述钻进给运动系统(106)；和
将所述钻主轴(114)安装至所述振荡运动系统(110)。
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