专利名称：具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式动力钻，该便携式动力钻具有用于对驱动主轴和钻孔工具 进行进给的动力进给驱动器。特别地，本发明涉及一种动力钻，该动力钻具有联接至驱动主 轴供电装置的进给驱动器。
背景技术：
先前已知的上述类型的动力钻包括传动装置(gearings)，该传动装置用于将来自 电机的驱动扭矩传递至驱动主轴并且起动螺旋式进给机构。所述传动装置包括直齿轮机构 以及离合器，所述离合器用于接合进给机构/使进给机构脱离接合。在这些先前的动力钻 中，驱动主轴的进给速率由传动装置的传动比确定，如果要改变进给速率以在不同材料中 钻孔，就不得不对动力钻进行拆解以通过更换一个或多个直齿轮来改变传动比。例如，先前 在文献US 3，797，583中对这种类型的动力钻进行了描述。上述已知类型的动力钻不仅制造成本相当高，而且还需要相当长的时间来改变进 给速率，这会在动力钻操作中造成不必要的成本和中断。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的动力钻，该动力钻具有联接至驱动主轴驱动器的 进给驱动器，其中进给速率的改变得到了促进，制造成本以及操作成本也显著降低。本发明的更进一步的目的和优点将会从以下说明书和权利要求书中得以体现。在下文中参考附图描述了本发明的优选实施方案。
在附图中图1显示了根据本发明的动力钻的局部呈剖视的侧视图。图2显示了图1中的动力钻的元件的立体示意图。图3以较大比例显示了沿着图1中的线III-III的横截面。
具体实施例方式在附图中描述的动力钻包括具有后部把手11的机架10、驱动主轴15以及电机壳 13，该电机壳13容纳驱动电机和进给轴，如下文所述。把手11承载用于执行开关功能的扳 机14，并且包括一些未示出的电子元件，所述电子元件用于处理来自于进给力和电机角度 感测装置的信号，这些将在下文中进一步具体描述。在把手11中的电子元件经由缆线17 连接至外部的操作控制单元16。驱动主轴15是旋转的，并且相对于机架10是可纵向移动的，所述驱动主轴15在 其前端承载了任意通常可获得的类型的钻孔工具(未示出)。机架10具有向前延伸的连接 套管19，该连接套管19刚性固定至机架10并且在其前端形成锁定凸缘20，以连接至基体
3结构B。后者牢固地固定至待钻孔的物体A并且以需要的式样形成有开口 C，以准确地将动 力钻放置于对于待钻的孔的正确位置。每个开口 C都形成有与连接套管19的凸缘20相匹 配的凸缘，以形成卡口式(bayonet-type)锁定并且将进给力的反作用从动力钻传递至正 被钻孔的物体。这是一种普通技术，不再进一步具体描述。机架10在其后端具有保护性的 管状罩22，驱动主轴15在处于其后端位置时受到该管状罩22的保护。驱动主轴15具有在其长度的主要部分上延伸的螺纹部分18，用于与螺母件21配 合。后者是由具有内螺纹的锥齿轮形成的，该锥齿轮是旋转的但是相对于机架10在轴向是 不可移动的，并且该锥齿轮经由小齿轮25连接至进给轴24。锥齿轮/螺母件21、小齿轮25 以及进给轴24 —起形成进给机构，以实现驱动主轴15的纵向移动。相应地相对于驱动主 轴15以直角布置的进给轴24优选地具有减速传动装置26，在锥齿轮/螺母件21和机架 10之间具有以负载传感器23为形式的力感测设备，通过该负载传感器23获得了响应于施 加在驱动主轴15上的轴向负载或进给力的信号。此外，驱动主轴15具有四个纵向延伸的凹槽或键槽30，该凹槽或键槽30以90度 的角度间隔布置并且用于与相应的花键31配合，所述花键位于锥齿轮32内。后者可旋转 地在机架10中充当轴颈，并且通过连接至驱动电机36的小齿轮33接合。通过花键/键槽 布置30、31，驱动主轴15相对于锥齿轮32能够轴向移动同时在旋转方向上锁定，这就意味 着驱动电机36能够经由锥齿轮32将驱动扭矩施加至驱动主轴15，而不论驱动主轴15的轴 向的位置和/或移动情况如何。驱动电机36 (其优选地为无刷电动机)包括减速传动装置 37和角度传感器，并且通过控制单元16供电，从而实现驱动主轴15的所需旋转速度。进给机构进一步包括变速装置，通过该变速装置(transmission)，进给轴24由驱 动电机36带动旋转。该变速装置包括具有齿形带40的皮带驱动器，该齿形带40与安装在 驱动电机36的转子的后端部分上的第一皮带轮41和安装在进给轴24上的第二皮带轮42 配合。因此，该进给驱动器以由皮带驱动器提供的特定传动比联接至驱动电机36，即皮带轮 的尺寸对于相对于驱动主轴速度的进给轴速度以及进给速率而言是决定性的。皮带驱动器 受到连接至机架10的下部的盖子43的保护。为了改变驱动电机速度和进给速度之间的关 系，即改变驱动电机和主轴轴24之间的传动比，盖子43可以轻易地移除，皮带轮41和42 更换为一起提供较小或较大传动比的另一对皮带轮。与上文所述的现有技术的设备中改造 进给传动装置比较，皮带驱动器的这种改变是非常简单的并且能够非常迅速地实现。上述操作控制单元16是位于工作场所的固定单元，并且经由缆线17连接至动力 钻。控制单元16包括电压转换器，通过该电压转换器将可变电压和频率的电能供给至驱动 电机36。控制单元16还包括电子可编程操作控制和监测装置，其中存储了一组或多组钻孔 参数值，将会通过这些参数值来执行钻孔操作，以在不同材料中进行钻孔时实现可接受的 结果。每个参数组都包括适合于对一种特定材料或者两种或更多材料的组合进行钻孔的驱 动主轴的旋转速度的参数值。控制单元也通过用于操作参数的极限值进行编程，并且它是 这样一种装置，其用于将响应于驱动电机的实际角位置和速度、进给力等等的接收信号与 存储的极限值进行比较，并用以给出是否已经超出这些极限值的指示，即给出是否已经以 可接受的方式执行了钻孔操作的指示。在操作中，动力钻经由缆线17连接至控制单元16，该缆线17用于接收根据操作 参数值的选定组的电力，并且用于送回实际操作相关信号。驱动主轴15具有合适的钻孔工具，连接套管19与钻孔基体开口 C形成锁定接合。当动力钻安全地锁定至基体B时，操作 者推动扳机14，钻孔操作开始。根据待钻透的工件A的结构和材料，从最初存储在控制单元16中的参数组中选择 合适的参数组。工件A的材料可以是均质的，即整个工件都只包括具有不变性质的单一的 一种材料，这就意味着选择具有特定驱动主轴速度的参数组，使之适合于给出既考虑效率 又考虑可接受结果的最优钻孔操作。也针对待钻的孔的尺寸和使用的钻孔工具的类型来选 择参数组。由于进给速度由驱动电机速度、变速传动比以及驱动主轴螺纹的螺距确定，进给 的单独控制是不可能的。驱动电机36具有角度编码器，通过该角度编码器，电机和驱动主轴的旋转运动被 准确地测量。电机36的速度由控制单元16通过控制供给电力的电压和频率幅度来准确地 确定。这就使得控制单元16在整个钻孔过程中能够非常准确地对操作进行控制。通过使 用来自于驱动电机36的角度编码器的信号，能够连续计算驱动主轴的位置，因为驱动主轴 15的进给移动直接对应于驱动电机操作。通过这种计算的结果，能够在供给电力的参数值 中进行瞬间改变。考虑到驱动主轴的瞬间移动和/或位置以及施加在驱动主轴15上的轴 向进给力，通过对在操作的过程中瞬间施加的扭矩进行连续分析，还能够确定钻孔操作是 否已经如期望的那样进行了。实际进给力由负载传感器23指示。这又提供了使得能够重 新获得并且存储每个钻过的孔的钻孔数据的可能性，用于对所执行的钻孔操作的结果和质 量进行后钻孔分析。本发明的关键特征是用于驱动主轴旋转以及用于进给移动的电动机的使用，特别 是根据编程的参数组由具有可变频率和电压幅度的电能来供给的无刷电机，因为这种类型 的电机能够瞬间地并且非常准确地对过程进行控制，以对在每次钻孔操作中经历的进给和 旋转阻力中的瞬时变化进行补偿。例如，在钻孔工具和工件之间的最初接触中出现的扭矩 峰值以及在工件完全穿透时的突然的扭矩下降，通过电力参数值的瞬间适应都容易地得到 补偿。根据编程的参数组或者根据在进行中的钻孔操作中出现的改变而获得电力参数值的 非常快的改变的可能性，也能够使得钻孔参数瞬间适应包括两种或者更多以三明治式方式 组合的材料的工件，以在穿过工件的整个过程中获得准确的钻孔数据。控制单元16被编 程，以通过保持供电的频率恒定而保持驱动电机36的速度恒定，并且使得输出电压瞬间适 应，以对在钻孔工具上扭矩阻力中出现的改变进行补偿。因此，通过连续监测驱动主轴15上的扭矩阻力和轴向负载，控制单元16能够检测 钻孔工具和工件之间的最初接触以及在操作完成时钻孔工具穿透工件的准确时刻。这就意 味着驱动主轴的反向运动可以自动开始，由于控制单元16也连续计算驱动主轴15的轴向 位置，所以在驱动主轴15的反向运动过程中，也能够在到达驱动主轴15的后端位置时实现 驱动和进给轴的自动关断。
权利要求
1.一种具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻，包括机架(10)、驱动电机 (36)、旋转驱动主轴(15)、联接器(30-33)以及进给机构(41、42、40、24、26、25、21、18)；所 述旋转驱动主轴(15)承载钻孔工具并且相对于所述机架(10)在轴向是可移动的，以进行 进给运动；所述联接器(30-33)用于将旋转运动从所述驱动电机(36)传递至所述驱动主轴 (15)，而不论所述驱动主轴(15)的轴向移动如何；所述进给机构(41、42、40、24、26、25、21、 18)用于所述驱动主轴(15)的轴向移动，其特征在于，所述进给机构包括 所述驱动主轴(15)的螺纹部分(18)， 螺母件(21)，所述螺母件(21)是旋转的但是相对于所述机架(10)在轴向是不可移 动的，并且布置为与所述螺纹部分(18)配合， 进给轴(24)，所述进给轴(24)设置成与所述驱动电机(36)平行并且经由变速装置 (40-42)联接至所述驱动电机(36)，并且以驱动方式连接至所述螺母件(21)。
2.根据权利要求1所述的具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻，其特征在 于，所述变速装置(40-42)包括 具有柔性齿形带(40)的皮带驱动器，眷在所述驱动电机(36)上的第一皮带轮(41)，以及 在所述进给轴(24)上的第二皮带轮(42)，其中所述第一和第二皮带轮(41、42)是可 更换的，以相对于所述驱动电机(36)的速度而改变所述进给轴(24)的旋转速度。
3.根据权利要求1或2所述的具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻，其特征 在于，所述驱动电机(36)是连接至电子操作控制和监测单元(16)的电动机，所述控制和监 测单元(16)以用于控制所述驱动电机操作的一个或多个合适的操作参数值进行编程。
4.根据权利要求3所述的具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻，其特征在 于，所述控制和监测单元(16)以对应于在正确执行的钻孔操作中获得的参数值的一个或 多个操作参数极限值进行编程，所述控制和监测单元(16)包括用于将实际获得的操作参 数值与所述极限值进行比较、以及用于指示实际获得的参数值是否在所述极限值的范围之 内的装置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有钻孔工具旋转和进给装置的便携式动力钻， 其特征在于，所述进给机构包括负载感测设备(23)，所述负载感测设备(23)布置为输送响 应于施加在所述驱动主轴(15)上的进给力的信号。
全文摘要
一种便携式动力钻，包括机架、钻孔工具以及驱动电机，所述钻孔工具承载驱动主轴，所述驱动电机用于使得所述驱动主轴旋转并且对所述驱动主轴进行轴向进给。所述驱动主轴相对于所述机架是可旋转的并可轴向移动的，并且经由斜齿轮、进给机构和支撑在所述驱动主轴上的两个锥齿轮连接至所述驱动电机。所述驱动电机，经由皮带驱动变速装置、进给轴和包含有轴向锁定但可旋转的螺母件的斜齿轮，以驱动方式连接至所述驱动主轴。所述进给轴设置成与所述驱动电机平行并且经由变速装置联接至所述驱动电机，并且以驱动方式连接至所述螺母件。所述驱动电机是由可编程控制单元控制和监测的电动机。
文档编号B23B45/00GK102006956SQ200980113024
公开日2011年4月6日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月18日
发明者K·J·L·艾尔斯马克, L·P·J·谢尔奎斯特 申请人:阿特拉斯科普科工具公司