可调节的可转位钻头和模块化系统以及夹持器的制造方法
【专利说明】 可调节的可转位钻头和模块化系统以及夹持器
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2008年9月12日提交的、申请号为12/209,931的未决美国专利申请的优先权和权益，通过引用将其公开内容并入本文。
技术领域
[0002]本发明主要涉及一种用于在工件内生成孔的可转位并且尺寸可调节的钻头。
【背景技术】
[0003]通常由硬化钢构成的常规螺旋型钻头已经被使用多年。整体硬质合金钻头提供了用于机械加工所需的强度特性，但是仍有多种局限性。具有可转位刀片的钻削工具的发展克服了这些局限性中的一部分。可转位钻头利用了一个或多个可转位、可更换刀片上的切削刃。刀片可以被安置在钻头主体切削端上的刀槽内。刀槽可以具有与至少一部分刀片形状相对应的形状。刀片可以是可转位的，这就意味着当切削刃在工作中磨损时，可以将刀片从其在钻头主体上的位置移除或松开，然后旋转或转位预定的量以使得能够使用刀片上另外的切削刃。至少一个切削几何结构与刀片相关联，这些切削几何结构可以位于两个或多个转位位置上，例如大致为三角形的刀片在三个位置处具有切削几何结构，大致为正方形或其他四边形的刀片在四个位置处具有切削几何结构，或者其他合适的形状。刀片可以由比钻头主体更硬和/或密度更高的材料制成。
[0004]可转位刀片可能能够比常规螺旋型钻头具有更大的切削进给和切削速度。刀片可以是硬质合金材料或者是具有合适硬度或可以被硬化以提供与被钻材料相比具有更大硬度的切削刃的类似材料。可转位钻头可以是“单排肩槽有效”、“双排肩槽有效”或“多排肩槽有效”的设计，其中设置一个或多个刀片，每个刀片都具有一个有效的排肩槽。螺旋型钻头通常具有两个有效的排肩槽。
[0005]虽然对于多种应用都是有效的，但是可转位钻头对于较小的孔例如3/4英寸(大约19_)或更小的孔可能就不那么有效了，因为设计通常会是“单排肩槽有效”。在工作时，一个单排肩槽有效的可转位刀片可能比双排肩槽有效的螺旋钻头或双排肩槽有效的扁平刀片钻头更慢。扁平型刀片具有前“刀刃型”钻尖并且可具有硬质合金构造或者由细晶粒工具钢制成。
[0006]如上所述，特别是在钻头尺寸变得更大或者材料变得更难以钻削时，可转位钻头可以使用节约成本的一个或多个可更换刀片。与“扁平型”钻头相比，可转位钻头可以在较快的转速下工作，切削更大的表面积，允许更快的进给前进。与常规的扁平钻头、整体硬质合金钻头或常规的螺旋钻头相比，可转位钻头的另一个优点在于刀片是可自耗的。不用重新磨削切削刃，而是可以将刀片转位至新的切削刃，并且随后在所有切削刃均磨损后即可将该刀片丢弃。
[0007]可转位型钻头在本领域中通常公知为“粗加工工具”，因为可转位钻头不能像其他类型的钻削产品那样自我对中。例如，可转位钻头上的刀片排肩槽不像譬如扁平钻头或其它产品中那样彼此为镜像的问题会造成工作钻头内不均匀的切削力。过去可以通过机器主轴将钻头保持在所需的切削路径中，并且精度可以取决于机器和主轴的刚度以及夹持零件的设置。为此，现有的可转位钻头可能无法有效用于钻削所具深度大于直径3倍的孔。在大于直径3倍的深度处，现有技术中可转位钻头的精度会降低并且作用在机器和机器主轴上的作用力会变得较大。
[0008]过去是在粗孔尺寸范围内制造可转位钻头或粗孔加工刀具。随着现有技术中钻头尺寸的增大，从一个钻头到下一较大尺寸钻头的尺寸差可以是大约1/4英寸(大约6mm)的直径或更大。终端用户在一次操作中可能难以将孔镗削至现有技术中钻头尺寸之间的尺寸。直到目前，在提供大约1.25英寸至5英寸(32_至127_)这种较大钻头尺寸内的高精度钻削公差孔方面仍少有改进，而是改为使用单独的镗孔产品来精加工粗孔。
[0009]此外，在过去可以通过特别定制的钻头来适应标准尺寸之间的孔径。然而，由于其低产量、非标准尺寸以及特殊的工程设计和销售投入，特别定制产品的交货周期和费用都可能会比较高。在获取这些特殊尺寸钻头上的费用和时间可能会使终端用户打消购买特殊钻头的想法并造成新增操作的额外费用。
[0010]同样是在过去的可转位钻头中，工作期间，可转位刀片钻头的物理切削状况可能会从孔的外缘向孔径的中心有所变化，这是由于在材料上经过的切削刃具有不同的线速度。在接近直径的中心处，切削刃的线速度可能会非常低。在现有的可转位钻头中，在中心处的低线速度下，机械切削动作可能就像挤压出材料的凿子。随着与中心的距离增加，刀片的线速度提高，从而切削刃可有效地剪切材料。在过去，孔中心处的低线速度可能会造成钻头损坏。为了适应孔中心处的低线速度，现有技术中的钻头已尝试使用具有不同形状或刀片材料或特殊切削刃的中心切削刀片。
[0011]而且，随着现有钻头尺寸的增大，钻头可以被设置为具有较大尺寸的刀片。由于刀片的尺寸和形状变得更大，将刀片保持在其刀槽中的刀片螺钉也可以改变。要制造很多孔尺寸的用户必须承担刀片、刀片等级以及螺钉尺寸的庞大库存量。要加工的孔从小到1.5英寸(38mm)的最小尺寸到最大尺寸的范围内变动的用户可能有多达30到45个要库存的单独构件。
[0012]不平衡的钻头可能会造成颤动。因为可转位刀片可能不是双排肩槽有效的并且可能不均匀，所以现有的可转位钻头总是难以平衡。在过去，可转位刀片被磨削或加工成具有平磨的切削刃以防止切削刃出现现有技术中的可转位钻头共有的颤动或移动。为此，现有技术中使用的具有磨削或平磨刀刃的已有钻头需要更多的动力。
[0013]现有技术中的可转位钻头在钻削过程中还依赖于一定量的冷却剂来从孔中排出钻肩。切削动作所产生的钻肩必须从切削刃向后移动并且必须从邻近切削区的沟槽中排出以防止钻肩塞在钻头主体与切削直径之间的空隙中。冷却剂可以被栗送通过钻头主体，在钻头端部上排出并通过压力和动量向后流动并且顺着沟槽向后推动钻肩。冷却剂可以包括在切削热量和压力的作用下能够形成雾的水溶性油。冷却剂被吸入后对操作人员而言可能是健康威胁，因此必须要通过过滤或其它工艺进行收容以减少机器操作人员通过空气吸入的量。
[0014]在过去的可转位钻头中，钻头损坏点可能在刀片中心区附近。该中心区可能会堆积不能向后移动和越过钻头主体结构并从所形成的孔中移出的钻肩。
【发明内容】
[0015]本发明涉及一种可调节钻头，包括:具有纵轴线的钻头主体，钻头主体包括工作面，工作面包括延伸到钻头主体内的孔；在孔附近向钻头主体边缘延伸的导向部件；从工作面沿至少一部分钻头主体延伸的纵向沟槽；在工作面附近并且可以沿着导向部件选择性滑动的夹头，夹头包括:沿着导向部件的狭槽和切削面，切削面包括定位在钻头主体边缘附近的刀片槽；通过狭槽进入孔内以将夹头可释放地固定至钻头主体的紧固件；以及可释放地固定在刀片槽内的刀片。
[0016]可调节钻头可以进一步包括第二工作面，第二工作面包括延伸到钻头主体内的第二孔；在第二工作面附近的包括通孔的第二夹头；以及第二切削面，第二切削面包括定位在钻头主体轴线附近的刀片槽；通过通孔进入第二孔内以将夹头可释放地固定至钻头主体的紧固件；以及可释放地固定在刀片槽内的刀片。
[0017]可调节钻头可以进一步包括不同结构的刀片，这些刀片与可调节钻头相结合以提供可选的切削特性。
[0018]在一个可选实施例中，可调节钻头可以进一步包括居中定位的钻削刀片，其允许在钻削系统工作期间提高稳定性，同时仍然允许利用刀片结构的可转位能力。在可选实施例中，该系统可以由模块化系统构成，模块化系统包括用于结合夹持器使用的可更换刀片，用于将刀片定位在中心位置以有助于与可调节的可转位刀片相结合进行钻削。该系统还可以包括模块化的夹持器装置以提供用于各种应用的工作灵活性。
【附图说明】
[0019]图1是本公开中可调节的可转位钻头的分解透视图，其中为清楚起见移除了一些部分；
图2是图1中钻头的前视图；
图3是图1中钻头的夹头和刀片的局部视图；
图4A是图1中的一部分钻头的侧视图；
图4B是图4A中所示部分的顶视图；
图4C是图1中钻头的侧视图；
图4D是图4C中所示钻头的顶视图；
图5是图1中钻头的顶视图；
图6A-6D示出了可与本公开相结合使用的三角形刀片示例的视图；
图7A-7D示出了具有可选刀片结构的钻头示例的视图；
图8A-8D不出了具有可选刀片结构的钻头不例的视图；以及图9A-9D示出了具有可选刀片结构的钻头示例的视图。
[0020]图10A-10D示出了本发明的一个可选实施例的视图，将居中设置的切削刀片与其相连。
[0021]图1