CN1376098A - 进行环行钻孔的手操作工具装置 - Google Patents

Abstract

一种手操作工具装置,用具有第一宽度和刀具轴线的切削刀具在物体中加工孔。该孔具有至少与所述切削刀具的第一宽度一样大的第二宽度。所述刀具轴线过物体表面上的预定点。所述装置包括一个驱动组件,后者包括一个外壳。该外壳中包括一个用来在轴向移动所述切削刀具的轴向进给机构,一个用来绕所述刀具轴线旋转所述切削刀具的主轴马达,和一个径向偏移机构。该径向偏移机构用来径向移动所述轴向进给机构,使所述刀具轴线偏离主轴线。一个马达用来绕所述主轴线旋转所述轴向进给机构和所述切削刀具。

Description

进行环行钻孔的手操作工具装置

                        技术领域

本发明涉及一种用来在物体上切削孔的手操作工具，尤其涉及一种用来切削直径大于切削刀具直径的孔的手操作工具。

                        背景技术

美国专利No.5641252公开了一种用至少一个具有抗磨损表面的切削刀具在用纤维加强的复合材料中加工孔的方法，所述抗磨损表面相对于一个中心轴线偏心定位。使所述工具在关于其自身的轴线旋转且关于所述中心轴线偏心旋转时轴向移动，从而同时在轴向和径向加工所述材料。根据该发明的一个特定特征，工件如此定向，使刀具的旋转轴线与紧邻刀具和加工表面的接触点的纤维的纵向基本上正交。切削刀具的直径比要钻的孔的直径小得多。所述偏心旋转运动通常是严格旋转运动，也就是说，运动时，所述中心轴线和切削刀具的旋转轴线之间的距离保持恒定。切削刀具的该中心轴线和旋转轴线之间的所述距离可以随着偏心旋转运动的进行而以线性递增的方式增加。

这种已知的方法与通常熟悉的技术相比有许多本质上的优点。例如，该方法在钻孔时不会造成降低强度的损害。还有，该方法可以不需要预成形孔而使所钻的孔没有损伤。另外，该方法钻的孔公差小。这样钻的孔的尺寸上的精确性基本上是由刀具相对于中心轴线定位的精确性决定的。另一方面，对切削刀具的几何形状的要求不是很高，因为每个单独的刀具在使用前都进行简单的校正。另外，该方法不会使刀具锁死。由于刀具的直径比孔的直径小得多，该方法可以用简单的方法将切削下来的材料移走，例如用压缩空气。该方法还可以有效地冷却刀具和孔的边缘。而另一个优点是，与以前公开的方法相比，该方法大大降低了磨损成本，因为刀具涂覆有耐磨材料，比如金刚石层。另外，该方法还具有在加工其他材料比如金属时的一些优点。

美国专利申请No.09/092467公开了一种轴装置，包括一个可绕一主轴线旋转的主轴马达。该主轴马达包括一个刀具保持架，刀具轴线基本上平行于所述主轴线。该刀具保持架可关于所述刀具轴线旋转。一个轴向致动器用来在基本上平行于主轴线和刀具轴线的轴向进刀方向移动所述主轴马达。一个径向致动器用来调节所述主轴线和所述刀具轴线之间的径向距离。该轴装置可以安装在固定机器比如电脑数控(CNC)机器、机器人或者简单钻机中。

PCT申请PCT/SE94/00085公开了一种根据上述技术加工孔的手操作工具机器。该申请涉及一种用来在复合纤维制成的、尤其具有曲面的物体中钻孔的手动机。孔的中心轴线过物体表面上的预定点，并相对于物体上该点附近的纤维的纵向定向在特定的方向。该机器包括下述部件的组合：一个关于其自身的轴线和一个主轴线旋转的刀具保持架，一个在该点的表面法线方向调节刀具保持架的旋转轴线的装置，一个相对于物体轴向进给刀具保持架的装置，一个调节刀具保持架的所述主轴线和所述旋转轴线之间的径向距离的装置，以及一个吸收钻孔时在机器和物体之间产生的力和力矩的装置。

尽管前述文献勾画出了一些原理，但所公开的手操作工具没有提供一种可行实用的方案。一个明显的限制是，所公开的设计没有提供电源的解决方案，因此其实施的潜力很有疑问。对于手操作工具来说，一个基本的要求是重量轻，使用方便。所公开的设计没有提供一种紧凑完整的轻型设计。另外，所公开的设计的技术方案需要非常长的刀具伸出量，这是一个非常严重的限制，因为径向切削力会在切削刀具上产生弯曲力矩。

当按照所公开的方法加工孔时，也就是说，将刀具相对于一个中心轴线偏心定位，使刀具轴向移动，同时，刀具不仅关于其自身的轴线旋转，而且关于一个中心轴线偏心旋转，这样同时在轴向和径向进行加工，此时，工具的尖端同时受到轴向力和径向力作用。径向力在刀具上产生弯曲力矩，其大小取决于力的大小和刀具伸出量的长度(力矩臂)。为了优化加工的精确性，希望使弯曲力矩最小化。这可以通过使刀具伸出量即刀具的自由长度最小化而实现。在PCT/SE94/00085中说明的设计表明了刀具伸出量由钻孔样板的厚度和工件厚度决定的情形。由于样板厚度可能是实质性的，刀具伸出量也可能相应地是实质性的。

                          发明内容

本发明提供了一种用切削刀具在物体上钻孔，使孔的宽度至少与切削刀具的宽度一样大的手操作工具装置。孔的中心线过物体表面的预定点。另外，本发明还提供一种紧凑、轻型的手操作工具装置，通过轴向喂进一个切削刀具同时使其关于其自身的轴线和一主轴线旋转，而在任何材料的平坦或曲面物体上钻孔。轻型紧凑的装置是通过将一个径向偏移机构、主轴马达和轴向进给机构集成在同一个驱动组件中而实现的，该驱动组件关于一个主轴线旋转。

本发明的一种形式包括一个手操作工具装置，它使用一个具有第一宽度和一个刀具轴线的切削刀具来在物体中钻孔。孔具有第二宽度，该宽度至少与切削刀具的第一宽度一样大。所述刀具轴线过物体表面上的预定点。该装置包括一个驱动组件，后者包括一个外壳。外壳内含有一个用来在轴向移动切削刀具的轴向进给机构，一个用来关于所述刀具轴线旋转切削刀具的主轴马达，以及一个径向偏移机构。所述径向偏移机构用来在径向上移动所述轴向进给机构，使所述刀具轴线偏离一个主轴线。一个马达用来关于所述主轴线旋转所述轴向进给机构和切削刀具。

本发明的一个优点是该手操作工具比以前的装置更轻更紧凑。

另一个优点是刀具伸出量得到最小化，从而减小了切削刀具上的弯曲力矩。

还有另一个优点是刀具可以从后部装进刀具保持架，从而允许刀具保持架具有圆锥形形状，这样就使得样板中的孔所需的直径最小化。

                          附图说明

参照以下结合附图对本发明的实施例进行的说明，本发明的上述及其他特征和优点，以及获得这些特征和优点的方式，将更加清楚，并可以更好地理解本发明。附图中：

图1是本发明的气动轻便钻机的一个实施例的顶视剖面图；

图2是图1所示气动轻便钻机的驱动组件的一部分以及刀具组件的顶视剖面图；

图3是沿图1中3-3线的后视剖面图；

图4A是图1所示轻便钻机的样板组件的一个实施例的侧视剖面图；

图4B是图4A所示样板组件的后视图；

图5A是图1所示气动轻便钻机的样板组件的另一个实施例的侧视剖面图；

图5B是图5A所示样板组件的后视图；

图6是图1所示气动轻便钻机的侧视图；

图7是图1所示气动轻便钻机的后视图；

图8A是沿图1中3-3线的，关于刀具、内套筒、外套筒的相对位置的示意剖视图；

图8B是类似于图8A的视图，其中，所述内套筒相对于其在图8A中的位置逆时针旋转90E；

图8C是类似于图8A的视图，其中，所述内套筒相对于其在图8A中的位置逆时针旋转180E；

在所有附图中，相同的标记表示相应的部件。这里给出的举例图示了本发明的一种形式的优选实施例，不应解释为对发明范围的任何方式的限制。

                         具体实施方式

现在参看附图，尤其是图1。该图中示出了一个气动轻便钻机10形式的手操作工具装置，该轻便钻机包括一个驱动组件12，偏心旋转机构14，刀具组件16，样板组件18，轴向定位机构20(图6)，以及行程调节机构22。

驱动组件12包括一个轴向进给机构24，一个主轴马达26和一个径向偏移机构28(图3)，所有这些机构都容纳在单个壳体29中。径向偏移机构28包括一个偏心圆柱形内套筒30，后者定位在一个偏心圆柱形外套筒32中。内套筒30和外套筒32可相对旋转。主轴马达26的一根轴或者说传动轴34延伸通过一个离合器36，可旋转地安装在内套筒30中。

偏心旋转机构14包括一个用来使驱动组件12、从而使刀具组件16绕一主轴线40旋转的马达38。

样板组件18包括一个带有法兰44的套筒42(图4A)，法兰44与工件46的表面接触。套筒42的一个中心轴线48的定向与工件46的表面基本上垂直。套筒42和法兰44用螺栓连接52固定到一个样板50上。刀具组件16用一个卡口插座54锁在套筒42上，从而，钻机10的旋转轴线的定向与工件46的表面基本上垂直。

在另一个实施例中，还有一个套筒56(图5A)定向在样板50的孔中，并使套筒56的旋转轴线48与工件46的表面基本上垂直。套筒56能够用螺纹连接、摩擦连接或者粘合连接固定到样板50上。然后用卡口插座54将轻便钻机10锁到套筒56上，如图1所示，从而，旋转轴线的定向基本上垂直于工件46的表面。

刀具组件16包括一个切削刀具58，一个刀具保持架60和一个螺栓62。为了使刀具伸出量最小化，样板50设计成使刀具保持架60能够穿过样板50中的孔进给。在这种情况下，希望刀具保持架60具有较小的外径，因为在许多情形下都需要在工件46上加工多个孔，并要使孔之间的间隔较小。为了适应所有的孔，样板50中的孔不能做得任意大来给刀具保持架60保留空间。因此，对于刀具保持架60来说，希望它占据尽可能小的空间。使刀具保持架60和切削刀具具有圆锥形表面即可做到这一点。切削刀具58从后端安装到刀具保持架60中，然后由螺栓62从刀具保持架60内部紧固。通过这种设计，可以获得一种节约空间的方案，允许穿过样板50中的孔进给刀具保持架60，而不需要样板孔太大。

前述刀具保持架的设计具有节约空间的优点，这样就允许穿过样板进给刀具保持架60而无需样板50中的孔太大。尽管如此，对于图1和图5的实施例来说，工件46中的孔之间的间隔可能仍然太小。在这种情况下，钻机10被锁在一个替换的固定装置(图4B)上，该固定装置用与主孔相隔一个距离的两个孔中的两个螺栓52固定到样板50中。这样，样板50中的孔，如图4B所示，可以结合起来，这对于样板50中的孔间距离较小的情形是适合的。

轴向定位机构20包括一个螺环64和一个标尺66。如图1所示，希望将切削刀具58的尖端粗定位在离工件46一定的距离处。这是用螺环64实现的。可以这样实现：轻便钻机10的外壳29在环64处被分为一个前部65和一个后部。转动环64，钻机外壳29的前部65前后移动，移动量由标尺66指示。

行程调节机构22包括一个环68(图7)、一个杆70、一个锁紧螺钉72、一个突出部74、一个臂或者闩76以及一个回行机构78。由该机构22调节钻孔操作的行程长度。环68可旋转地安装在钻机外壳上。在环68上固定有一个杆70。杆70上设有一个槽口(未示出)，使其轴向位置可调。所需的位置由锁紧螺钉72固定。固定在杆70上的突出部74与回行机构78的臂76接触，从而迫使钻机在所述接触后进行一个回行行程。

在操作时，驱动组件12在一个轴向进给方向移动切削刀具58，主轴马达26使切削刀具58绕其自身的轴线80旋转。马达38使驱动组件12、从而使切削刀具绕主轴线40转动。

通过向一个圆周腔82中提供压缩空气，产生朝向工件46的轴向进给运动。当驱动组件12向前运动时，它迫使存储在另一个圆周腔84中的油经过一个径向孔86、一个轴向孔88、另一个径向孔90以及孔92流进容纳油的缸96的空间94中。那么，一个活塞98向图1中的右方运动，使容积增大。这样，就形成了一种液力阻尼衰减轴向运动。

通过调节一个阀针100相对于孔92的位置，可以控制轴向运动的速度。远离工件46的轴向进给运动(回行行程)是通过一个通道104向容纳空气的空间102中提供压缩空气而实现的。回行行程使缸96中的压力升高，从而使阀门106打开，油流回腔84，从而使压力升高，这使驱动组件12远离工件46。这种设计允许回行行程比进给运动更快。

空气通过驱动组件12的外套筒32的壁部件上的开口108向主轴马达26供给。空气然后从通道110流到主轴马达26的后端，然后再流过主轴马达26，使驱动轴34旋转。然后，回流的空气通过出口112排出到外界。出口112相对于主轴马达26的中心轴线偏心旋转。在所述后端，设有用来降低声响的一个密封件114和一个尾端件116。

外套筒32相对于内套筒30是可转动或者说旋转的，因此，两个套筒30、32相对旋转180E时，切削刀具58的旋转轴线80和主轴线40可以从零(图8A)变化到一个最大值(图8C)。图8A示出了一个12毫米刀具58处于零偏移位置的情形。图8C示出了刀具58在其最大径向偏移位置的情形，即，刀具58偏移了两毫米，以便钻出16毫米的孔。

套筒30、32之间的相对运动是通过转动一个螺钉118而实现的(图3)。一个止动螺钉120将套筒30和32锁在所需的位置。为了调节偏移量，松开紧密环122而将外壳29的前部65移开。

为了使驱动组件12、从而使切削刀具58绕一主轴线40旋转，齿轮124、126将马达38的旋转传递给驱动组件12。由于刀具保持架60被连接到驱动组件12的内套筒30，刀具保持架60和切削刀具58被驱动而关于主轴线40旋转。

空气通过一个开口128供给。通过调节开口128中的阀针130来调节马达38的速度。供给给马达38的空气的出口在图中未示出。

上面描述了本发明的优选设计。在本说明书的实质和范围内，还可以进一步修改本发明。因此，本申请应涵盖利用本发明的一般原理的所有变形、用途和改进。此外，本发明还应涵盖本申请在其所属领域的现有或传统实践范围内，并落入所附权利要求范围内的延伸。

Claims (18)

1.一种手操作工具装置，使用具有第一宽度和一个刀具轴线的切削刀具来在物体中加工孔，该孔具有一个第二宽度，该宽度至少与所述切削刀具的第一宽度一样大，由此，刀具轴线过物体表面上的预定点，该装置包括：

一个包括一个外壳的气动驱动组件，该外壳中有：

    一个轴向进给机构，用来在轴向移动所述切削刀具；

    一个主轴马达，用来使所述切削刀具绕所述刀具轴线旋转；

    至少一个腔，用来接纳用来驱动所述轴向进给机构和所述主轴

马达中的至少一个的压缩气体；和

    一个径向偏移机构，用来在径向移动所述轴向进给机构，使所

述刀具轴线偏离所述主轴线；和

一个马达，用来使所述轴向进给机构和切削刀具绕所述主轴线旋转。

2.如权利要求1所述的手操作工具装置，其中，所述主轴马达和所述径向偏移机构与所述轴向进给机构形成为整体。

3.如权利要求1所述的手操作工具装置，其中，所述主轴马达由一个气动主轴马达构成。

4.如权利要求1所述的手操作工具装置，其中，所述轴向进给机构由一个气动轴向进给机构构成。

5.如权利要求4所述的手操作工具装置，其中，所述主轴马达连接到一个用来旋转所述切削刀具的驱动轴，所述至少一个腔包括至少一个圆周腔，后者基本上环绕所述主轴马达和所述驱动轴中的至少一个。

6.如权利要求5所述的手操作工具装置，其中，所述轴向进给机构包括一个缸，该缸具有两个相对的由一个活塞隔开的室，其中一个室与所述至少一个圆周腔流体连通。

7.如权利要求5所述的手操作工具装置，其中，所述径向偏移机构包括：

一个内套筒，基本上环绕所述驱动轴，并具有一个相对于所述驱动轴的固定径向位置；和

一个外套筒，基本上环绕所述内套筒，并相对于所述内套筒同心设置，所述内套筒和所述外套筒可相对旋转。

8.一种用来在具有一个工作表面的物体中加工孔的手操作工具组件，该手操作工具组件包括：

一个样板组件，包括：

    一个样板，具有一个用来接触所述物体的所述工作表面的前表

面，该样板有一个贯穿所述前表面的通孔；和

    一个环形套筒，其内部与所述通孔基本上对齐；和

一个刀具组件，用来插入所述套筒以加工孔，该刀具组件包括：

    一个刀具保持架，总体上为圆锥形，从后端向前端收细，所述

后端具有一个后端开口，所述前端具有一个前端开口，所述前端开

口比所述后端开口小，所述前端开口和后端开口由一个中央通道连

接起来；和

    一个切削刀具，用来插入所述后端开口，推过所述通道，并部

分穿过所述前端开口。

9.如权利要求8所述的手操作工具组件，其中，所述工具装置还包括一个锁定装置，用来将所述切削刀具锁在所述刀具保持架中。

10.如权利要求8所述的手操作工具组件，还包括一个固定连接到所述刀具保持架的外壳，该外壳用来可拆卸地连接到所述套筒。

11.如权利要求10所述的手操作工具组件，其中，所述外壳的内圆周与所述套筒的外圆周接合。

12.如权利要求11所述的手操作工具组件，其中，所述外壳通过一个卡口插座可拆卸地连接到所述套筒。

13.如权利要求8所述的手操作工具组件，其中，所述套筒紧密配合在所述样板的所述通孔内。

14.如权利要求8所述的手操作工具组件，其中，所述样板具有一个背表面，所述套筒包括至少一个径向延伸的法兰，该法兰具有一个前表面，后者与所述样板的所述背表面接合。

15.如权利要求14所述的手操作工具组件，还包括至少一个螺栓连接，将所述至少一个法兰连接到所述样板。

16.一种用于手持钻机的轴向进给控制系统，所述系统包括：

一个在轴向延伸的切削刀具；

一个轴向定位机构，包括：

    一个连接到所述切削刀具的后部外壳；

    一个至少部分环绕所述切削刀具的前部外壳；和

    一个连接到所述后部外壳和所述前部外壳中的一个的环，该环

螺纹连接到所述后部外壳和所述前部外壳中的另一个上，这样，该

环的旋转使所述切削刀具在所述轴向上相对于所述前部外壳移动；

和

一个行程长度调节机构，包括：

    一个回行机构，用来将所述切削刀具的轴向运动方向从向前的

方向变为向后的方向；

    一个连接到所述回行机构的闩，该闩可在一个第一位置和一个

第二位置之间移动，在所述第一位置，所述回行机构没有启动，在

所述第二位置，所述回行机构被启动；和

    一个突出部，其位置随所述切削刀具的轴向位置变化，该突出

部用来与所述闩配合，以将所述闩从所述第一位置移动到所述第二

位置。

17.如权利要求16所述的轴向进给控制系统，其中，所述突出部设置在一个基本上在所述轴向延伸的长形部件上。

18.如权利要求17所述的轴向进给控制系统，其中，所述行程长度调节机构包括一个锁紧螺钉，该锁紧螺钉用来将所述长形部件，在该长形部件相对于所述后部外壳的一系列轴向位置中的选定位置，固定连接到所述钻机的所述后部外壳上。

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