用于在工件中形成钻孔的系统及方法
【专利说明】用于在工件中形成钻孔的系统及方法
[0001]发明人！ChristophWANGENHEM
[0002]Christian MARTEN
[0003]Joern STEPPAN
[0004]Rocco EISSELER
[0005]相关申请的交叉引用
[0006]本申请要求2012年8月17日提交的待审未决的美国专利申请序列号N0.13/588，792的优先权，在此引入该专利申请的全部公开内容以用于所有目的。
技术领域
[0007]本发明概括来说涉及一种用于穿过工件钻孔的方法。更具体地说，本发明涉及一种使用枪钻在工件中形成钻孔并在钻孔的同时使钻头转向的方法。
【背景技术】
[0008]制品中形成的细长孔典型用细长钻头形成。其中一种这样的钻头是圆柱形的枪钻，此种枪钻沿着其长度的一部分设有沟槽。枪钻的切削刃通常在沟槽的前端。有些枪钻具有带有V形边缘的切削刃。但是，由于许多变化的缘故，传统枪钻的中心线方向存在不可预期的偏离。由于它们的形状的缘故，枪钻常常具有二次偏心惯性矩。此外，枪钻通常容易屈曲、弯曲和扭曲，这至少部分是由于其长度/直径比高(l/d>100)的缘故。在机加工处理金属期间，切削速度和进给速度导致扭转振动和扭曲。当在特定工件中形成多个钻孔时，会加剧钻孔中心线偏离的后果。
【发明内容】
[0009]在此公开了一种穿过工件钻孔并重新调整钻头路径以保持沿着预定(projected)路径的方法的实施例。在一个实例中，公开了一种控制工件的钻孔中的旋转钻头的方法，该方法包括:靠着工件推进钻头的钻头头部，以穿过工件钻孔；监测钻头头部在钻孔的底部中的方位朝向；和监测钻孔的壁与工件的外表面之间的距离，以限定测量距离。在该实例中，该方法还包括:通过比较测量距离和指定距离，获得偏移距离；和通过在钻头头部处于指定方位的时候对钻头轴向地施加脉动作用力，改变钻头穿过工件的路径。在该实例中，所述偏移距离可以保持在一容许值之内。在一个实例中，监测方位朝向的步骤包括，测量钻头头部在钻孔中随着时间变化产生的声波信号。任选地，施加脉动作用力的步骤包括:提供轴向親合于钻头的压电堆(piezo-electric stack)，和激发所述压电堆。该方法还可以包括:在钻孔外的位置监测钻头的方位朝向，以限定外方位；比较所述外方位与钻头头部在钻孔底部的方位朝向；和根据该比较，确定钻头的扭曲。监测钻孔与工件的外表面之间的距离的步骤可以包括:在工件中的基本上与钻孔底部一致的轴向位置以及在工件上的变化的周边传感器位置发射声波信号，以便使声波信号穿过工件向钻孔行进最短距离。在一任选的实例中，所述监测以大于钻头的旋转频率的频率执行。又任选地，可以使用放电加工机床在工件上形成先导孔。
[0010]在一替换方式中，公开了一种任选的方法，所述方法包括控制工件中的钻头。在该实例中，钻头在工件的钻孔中旋转，以加深该钻孔。监测钻头的紧邻钻孔的底部的一部分的方位朝向，并推算钻孔在工件中的突伸路径。基于这些步骤，通过对钻头施加轴向力，调整钻头穿过工件的方向。在该实例中，监测钻头的方位的步骤包括:监测由工件中钻头的尖部产生的声波信号，和建立该信号随着时间变化的曲线。该信号的大小可以相对于钻头的尖部的方位角而变化。该方法还可以包括监测钻孔的中心线位置，以及其中，调整钻头的方向的步骤还基于所监测的中心线位置。任选地，声波发送器和接收器可以邻近工件的外表面设置，发送器和接收器可以保持在工件的一轴向位置处，所述轴向位置对应于钻孔的底部的轴向位置。发送器和接收器还可以沿着工件的外周的一部分竖向地往复运动。可以监测邻近钻孔的开口的钻头的方位朝向，这可以用来确定钻头的轴向扭曲。
【附图说明】
[0011]本发明的一些特征和优点已经陈述，根据结合附图所进行的描述，其它特征和优点将变得显而易见，其中:
[0012]图1是依照本发明的钻孔系统的示例性实施方式的示意性侧视图。
[0013]图2和2A是依照本发明的位于工件中的枪钻的轴向截面图。
[0014]图3是依照本发明的钻头角度与所测量的声波信号的关系曲线的图示的例子。
[0015]图4是依照本发明的图1中钻孔系统的替换实施方式的一部分的局部侧截面图。
[0016]图5是依照本发明的有和没有钻头转向时的钻孔中心线偏离曲线的图示的示例性实施方式。
[0017]图6是依照本发明的图1工件中偏移钻孔和指定钻孔的轴向截面图。
[0018]图7A和7B是依照本发明的利用放电加工机床和枪钻在图1的工件中形成钻孔的示意性实施例。
[0019]虽然本发明将结合优选实施方式进行描述，但是应当明白，这不意味着本发明局限于这些实施方式。相反，它旨在覆盖包括在由附带的权利要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有替换、改进和等同。
【具体实施方式】
[0020]以下参考显示了实施方式的附图，将更加全面地描述本公开内容的方法和系统。本公开内容的方法和系统可以采用许多不同的形式，而且不应当被看作为局限于在此所阐述的说明性实施方式；相反，这些实施方式的提供使得对本领域技术人员来说，本公开内容是充分的和完整的，并且完全地传达了其范围。在全文中，同样的数字表示同样的元件。
[0021]还应当明白，本公开内容的范围不局限于构造、操作、严格材料或已显示和描述的实施方式的严格细节，因为改变和等同对本领域技术人员来说是显而易见的。在附图和说明书中，已经公开了说明性实施方式，尽管使用了特殊术语，但是，这些术语仅仅是作为概括性、描述性意义使用的，并不是出于限制的目的。所以，在此所述的改进仅仅由附带的权利要求书的范围限定。
[0022]图1中示意性示出了用来穿过工件14制造细长钻孔12的钻孔系统10的示例。如图所示，钻孔12是通过向工件14中对旋转钻头16轴向施力而形成的。在一个实施例中，钻头16是大家所熟知的枪钻，其可以具有沿着其长度的一部分的沟槽部分和在前端上的、设置在V形凹口中的切削刃。示例性钻头可以从德国Riederich的Botek, Langenfeldstrasse4获得。钻头16的自由端显示为处在钻孔12的底部中，所述自由端由钻头头部18构成，所述钻头头部附着于钻杆20的一端部上。在图1的示例中，钻头头部18和钻杆20基本上均为细长构件，其中，钻杆20的与钻头头部18相反的端部连接于驱动器22。驱动器显示安装在钻头卡盘24内，所述驱动器具有大于钻杆22的直径。轴向力和旋转力通过卡盘24传递到钻头16上以便形成钻孔12。卡盘24则由轴26驱动，所述轴26相对于卡盘24轴向可动但利用键28不可旋转地固定到卡盘24上，这样，通过旋转所述轴26，卡盘24也旋转。轴26显示为连接于钻头马达30，所述钻头马达为轴26、卡盘24和钻头16提供旋转力。
[0023]一任选的脉动装置32示出设置在钻头马达20和钻头16之间，其具有基本上圆柱形的外壳34。外壳34覆盖卡盘24和轴26之间的相交部，卡盘24从外壳34的一侧轴向向外突伸出。致动器36显示为设置在外壳34内，每个所述致动器的一个端部均固定在外壳34的后侧(远离卡盘24的那一侧)上。致动器36的相对端则显示为与卡盘24的在外壳34内部的端部(该端部远离驱动器22)机械合作。弹簧38显示为邻近卡盘34，用于对卡盘24施加朝着马达30的偏压力。正如下文将要更详细地描述的那样，致动器36可以有选择地对钻头16施加轴向力。
[0024]声波发送器40和接收器42显示为邻近工件14的外表面，并与钻孔12的底端对准。正如下文将要更详细地论述的，发送器40和接收器42可以沿着工件14的长度以与钻头16在工件14中穿行的进给速度基本上相同的速度轴向移动。通过以与钻头16的进给速度基本上相同的速度移动发送器40和接收器42，使发送器40、接收器42和钻头16的尖部沿着工件12保持在基本上相同的轴向位置处。因此，在图1的实施例中，发送器40、接收器42和钻头16的尖部与工件14的由钻孔12横穿的端部保持大致相同的距离L。
[0025]仍然参照图1，处理器44显示为经由相应的引线46、48与发送器40和接收器42相联通，所述引线46、