CN1219144A - 破屑器钻套装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于出屑槽式钻头(37)的破屑器钻套装置(11)。该装置包括钻套壳(13)和套管(15)。钻套壳(13)包括壳体(17)和外凸导轴(19)。导轴具有平滑端(31)用以紧贴被钻工件(63)表面。套管(15)位于套管壳(13)的壳体(17)内,与导轴成一直线。套管(15)对着导轴(19)末端(29)的一端包括一个破屑器(41)。破屑器(41)包括两个间隔的齿(46a,46b),间隔齿由两个凹入套管(15)的螺旋槽(47a,47b)构成。两个螺旋槽(47a,47b)与外凸导轴(19)内的两个纵向孔(33)对齐。

Description

破屑器钻套装置
本发明涉及在工件内钻孔，更确切地说是涉及把大钻屑碎成小钻屑的破屑器。
当使用出屑槽式钻头在工件，尤其是金属工件内钻孔时，会产生长的钻屑。尤其当工件由金属材料做成时，长钻屑沿钻头的出屑槽向上移动。沿钻头的出屑槽向上移动的金属屑将缠在钻头周围或嵌在钻头与周围的金属构件之间。与长钻屑相反，短小钻屑会因离心力而甩离钻头。
在某些情况下，比如制造飞机时，要在厚的铝件内钻许多孔，在钻孔时使用真空管清理被钻孔周围的金属屑。长钻屑会堵住真空管。为避免发生这一现象，经常用危险溶剂清理真空管，而将来这些危险溶剂可能不准使用。
为克服与长钻屑有关的不利因素，提出了多种减小钻屑尺寸的方法，以使钻屑更易处理。过去的尝试包括改变钻头速度和钻头进给速度以产生自然破裂的钻屑尺寸。遗憾的是这一方法增加了单孔用时，孔的质量变差，钻头也过度磨损。作为结果，提出了许多特殊的钻头几何形状和钻套的设计，目的在于减小钻屑的尺寸，但没有一种方法是完全可行的。由DavidACross转让给本申请人的美国专利5,108,241描述了一种名为“破屑器钻套装置”的钻套设计。
先前的钻套工艺设计开发用于解决长钻屑的问题，是把长钻屑破碎成较小的钻屑，这一工艺设计产生了一些新的问题，包括在使用钻头模板时钻屑填塞在钻头模板内和钻屑堵塞在钻头和钻套间，妨碍了用于定位和操作钻头的机械臂的终端操作装置的终端释放，加重了钻头电机及其传感器的负荷，从而影响了钻孔过程和/或监控的性能(质量或费用)。
本发明的目标在于提供克服以解决与长钻屑相关的问题为目标的先前工艺方法和设备的上述缺点的破屑器钻套装置。
本发明提供了出屑槽式钻头的破屑器钻套装置。该装置由钻套壳和套管组成。钻套壳包括壳体和外凸导轴。导轴具有带孔末端，孔的大小刚好适合使用破屑器钻套装置的钻头。套管位于钻套壳的壳体内，与导轴成一直线。套管对着导轴末端的一端包括一破屑器。破屑器由凹入钻套的螺旋槽所形成的间隔齿组成。导轴内导轴末端与套管的破屑器端之间是钻屑排出孔，孔的数量与间隔齿相等。
按照本发明的特征之二，套管的破屑器一端包括两个齿和两个钻屑排出孔。
按照本发明的特征之三，螺旋槽有两个面，螺旋面和径向面。螺旋面与贯穿套管纵向中心线的正交面构成锐角。螺旋面构成的角与使用破屑器钻套装置的出屑槽式钻头的扭转方向相反。径向面沿着套管纵向中心线的半径。
按照本发明的特征之四，钻套壳导轴内的两个钻屑排出孔位于导轴平滑末端内。钻屑排出孔略长于套管的破屑器一端。
按照本发明的特征之五，套管靠近破屑器一端的内径略小于套管的其余部分的直径。
按照本发明的特征之六，套管较小的内径大致与导轴末端的孔直径相等。
按照本发明的特征之七，套管与钻套壳壳体压入配合。
按照本发明的特征之八，套管靠近破屑器一端的外径略小于套管的其余部分的直径。
按照本发明的特征之九，导轴末端具有平滑外端，以紧贴被钻工件表面。
从上面的概述，我们不难理解，本发明提供了一套新的、改进了的破屑器钻套装置，该装置克服了先前为破碎长钻屑而设计的工艺装置的缺点。因导轴末端具平滑外端，使其可紧贴被钻工件表面，从而避免了钻屑进入这一区域。这样就阻止了钻屑填塞钻头模板。另外，只切断那些需进一步破碎的钻屑，其余钻屑在到达套管破屑器一端之前因离心力被甩除，从而保证了钻头电机的低负荷运转。
参考附图和下述详细说明，可以更好地理解本发明的上述特征及其优点，也更容易体会到这些特征和优点。
图1是按照本发明的破屑器钻套装置的立体分解图。
图2是图1所示破屑器钻套装置的剖面装配图。
图3是图1-2所示本发明的实施例的套管破屑器一端的侧视图。
图4是图1-2所示本发明的实施例的套管破屑器一端的端视图。以及
图5是图1-2所示破屑器钻套装置中的套管的剖面图。
从下述说明可以更好地认识到，本发明的目标是破屑器钻套装置。该装置适合于与机械臂的终端操作装置一起使用，机械臂用于在工件的精确位置自动钻孔。在说明了该装置和机械臂有关的同时，要理解本发明还可与其他类型的钻孔系统一起使用。例如，按照本发明制成的破屑器钻套装置可与为组合本发明而改进了的普通钻夹具一起使用。
如图所示，按照本发明制作的破屑器钻套装置11包括钻套壳体13和破屑器套管15组成。钻套壳体13一般呈圆柱形，包括壳体17和导轴19。壳体17包括一个通常是圆柱形的轴环21，轴环有一对对置的凸缘23。壳体17还包括一个从轴环21一端向外伸出的轴颈25。轴颈以多个螺纹27收尾。
导轴19在与轴颈25相反的轴环21的一侧向外共轴延伸。导轴19远端包括一具平滑外端31的末端29。位于导轴19两侧，在末端29和轴环21间的是一对纵向孔33。纵向孔33位于导轴19的两侧。孔35纵向延伸直通末端29，其直径与用来使用破屑器钻套装置的钻头37直径相等(图2)，即孔35的直径取决于破屑器钻套装置11中使用的钻头直径。每个不同尺寸的钻头需要一套不同尺寸的破屑器钻套装置。
壳体17和由末端29向内的那段导轴19包括一纵向圆柱形孔39，其直径显著大于末端29孔35的直径。如下面要更充分说明的那样，套管15与孔39压入配合并自壳体17的螺纹端延伸至纵向孔33的内端。
破屑器套管15呈圆柱形，包括位于一端的破屑器41。破屑器套管15的另一端是平的并包括有轻微的埋头倒角43，埋头倒角43环绕着破屑器套管15的中央圆柱形孔45。埋头倒角的角α最好处于30°～60°的范围内，在本发明的一个实际实施例中，角α为45°。
破屑器41具有两个齿46a和46b，由凹入套管15的两个螺旋槽所形成。每个螺旋槽由径向面49和螺旋面51构成。径向面49由圆柱形套管15具有破屑器41的一端向内延伸。如图4所示，径向面49沿着平分破屑器套管15纵向轴50的直径。螺旋面51由破屑器套管15的破屑器一端向内延伸。如图3所示，螺旋面51与垂直套管15纵向轴的平面构成锐角β。对照图2和图3,β角的方向与钻头37出屑槽的方向相反。更准确地说，从钻头一端观察图2所示的钻头37是顺时针旋转的。与此相反，如图3所示，从套管15破屑器一端观察螺旋槽47a和47b的螺旋面51是逆时针旋转的。β角最好处于15°-50°的范围内。优选的角度与使用破屑器钻套装置11的钻头的出屑槽角相等。在本发明的一个实际实施例中，β角为36°。径向面49和螺旋面51以弧形区53相接。
螺旋槽47a和47b间的齿46a和46b的端部55a和55b是平的并与套管15的纵向轴50垂直。如图4所示，平的端部55a和55b对着γ角，γ角是指平的端部55a或55b一侧的径向面49与平的端部55a或55b另一侧的螺旋面51始点构成的角。γ角最好处于32°-50°的范围内，在本发明的一个实际实施例中，γ角为44°。
如图1和图5所示，大约一半的套管15的外径略大于套管的另一半的外径。外径较小的那一半钻套自套管的破屑器一端向内延伸，该部分钻套略小于钻套壳体13壳体17的纵向圆柱形孔39的直径。外径较大的那一半钻套略大于纵向圆柱形孔39。这使套管15能与钻套壳体压入配合。当钻套正确放入纵向孔39时，破屑器41就对着导轴19的末端29，螺旋槽47a和47b与纵向孔33成一直线并临近孔的内端。更可取的是，这一调整使得构成螺旋槽刃口的每个槽的径向面40大致与一个孔的边成一直线。
如图5所示，破屑器套管的中央圆柱形孔45也有两个不同直径的区段d1和d2。较小直径的区段d1自破屑器一端处向内延伸约钻套1/4的长度，其直径大致与末端29孔35的直径相等。如上所述，末端29孔35的直径大约与用来使用破屑器钻套装置11的出屑槽式钻头37的直径相等。
如图4所示，轴颈25的螺旋端27是为了安装在壳体61内而设计的，壳体61比如说就构成了机械臂终端操作装置的终端。操作中，机械臂移动末端29至合适的位置，使平滑外端31紧紧贴住被钻工件63。此后旋转的钻头37通过末端29的端面进入工件63。在工件上钻孔时，钻屑65经过钻头37的出屑槽被离心力抛出导轴19两侧的纵向孔33。初始时没有被抛离纵向孔33并沿着钻头37向上移动的钻屑被破屑器41破碎成小碎块，再抛出纵向孔。如果需要，可使用真空附件来清理从纵向孔33出来的较小的钻屑65。
从前述说明不难理解，本发明提供了一种破屑器钻套装置，在钻孔过程中，它能切碎并通过纵向孔清理走那些会缠绕和/或填塞钻头体的钻屑。在没有过度增加钻头驱动电机或过程控制传感器(推力和扭力)负荷的情况下达到这一目标。
在图解和说明了本发明此优选实施例的同时，就会理解其中可有多种变化。例如，如前所述，不与机械臂的终端操作装置一起使用，本发明可在对图示的装置结构作适当变化后在其它场合使用。此外，可以不是双齿和双孔，而具有更多的齿和孔。齿与孔的数目必须相等，螺旋槽必须以上面说明的方式与孔成一直线，即螺旋槽必须与孔成一直线并最好定向为使螺旋出屑槽的径向面(即刃口)大体与孔的一边成一直线。在本发明的一些方案中，单个出屑槽和孔可以证明是令人满意的。因此，在所附权利要求范围内，要理解本发明可用不同于此处明确说明的方式实施。
尽管对本发明的优选实施例进行了图示和说明，可以理解，在不违背本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种变化。

Claims (28)

1．破屑器钻套装置包括：
(a)包括壳体和外凸导轴的钻套壳，所述导轴包括带孔末端以接纳钻头，所述导轴包括至少一个位于所述末端和所述壳体间的钻屑排出孔。以及
(b)位于所述壳体内的套管，其与所述导轴成一直线，所述套管对着导轴末端的一端包括一破屑器，其包括至少一个凹入所述套管的螺旋槽，螺旋槽与所述至少一个的钻屑排出孔对齐。
2．根据权利要求1的破屑器钻套装置其中所述钻套壳的破屑器一端包括两个钻屑排出孔，所述套管包括两个螺旋槽，每个所述螺旋槽和各钻屑排出孔对齐。
3．根据权利要求2的破屑器钻套装置，其中所述螺旋槽包括两个面，螺旋面和径向面。所述螺旋面与通过套管纵向中心线的正交面构成一锐角，所述径向面沿着所述套管的纵向中心线的半径。
4．根据权利要求3的破屑器钻套装置，其中所述螺旋槽的扭转方向与使用破屑器钻套装置的钻头的扭转方向相反。
5．根据权利要求4的破屑器钻套装置，其中所述螺旋槽的径向面大体与相关的钻屑排出孔的边对齐。
6．根据权利要求5的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的内径略小于套管的其余部分的内径，所述套管的内径的所述较小部分大致与导轴末端孔的直径相等。
7．根据权利要求6的破屑器钻套装置，其中所述套管与所述套管壳壳体压入配合。
8．根据权利要求7的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的外径略小于套管的其余部分的外径。
9．根据权利要求8的破屑器钻套装置，其中导轴末端具有平滑外端，用以紧贴被钻工件的表面。
10．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽包括两个面，螺旋面和径向面，所述螺旋面与通过套管纵向中心线的正交面构成一锐角，所述径向面沿着所述套管纵向中心线的半径。
11．根据权利要求10的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽的扭转方向与使用破屑器钻套装置的钻头的扭转方向相反。
12．根据权利要求11的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽的径向面大体与所述至少一个钻屑排出孔的边对齐。
13．根据权利要求12的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的内径略小于套管其余部分的内径，所述套管的内径的所述较小部分大致与导轴末端孔的直径相等。
14．根据权利要求13的破屑器钻套装置，其中所述套管与所述套管壳壳体压入配合。
15．根据权利要求14的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的外径略小于钻套的其余部分的外径。
16．根据权利要求15的破屑器钻套装置，其中导轴末端具有平滑外端，用以紧贴被钻工件的表面。
17．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽的扭转方向与使用破屑器钻套装置的钻头的扭转方向相反。
18．根据权利要求17的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽大体与所述至少一个钻屑排出孔对齐。
19．根据权利要求18的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的内径略小于套管的其余部分的内径，所述套管的内径的所述较小部分大致与导轴末端孔的直径相等。
20．根据权利要求19的破屑器钻套装置，其中所述套管与所述套管壳壳体压入配合。
21．根据权利要求20的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的外径略小于套管的其余部分的外径。
22．根据权利要求21的破屑器钻套装置，其中导轴末端具有平滑外端，用以紧贴被钻工件的表面。
23．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中所述至少一个螺旋槽大体与所述至少一个钻屑排出孔对齐。
24．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的内径略小于套管其余部分的内径，所述套管的内径的所述较小部分大致与导轴末端孔的直径相等。
25．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中所述套管与所述套管壳壳体压入配合。
26．根据权利要求25的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的外径略小于钻套的其余部分的外径。
27．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中套管靠近破屑器一端的外径略小于钻套的其余部分的外径。
28．根据权利要求1的破屑器钻套装置，其中导轴末端具有平滑外端，用以紧贴被钻工件的表面。
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