专利名称：自维持轴向振动式的穿孔装置和工具的制作方法
技术领域：
更有利地，所述穿孔头部的部件适用在现有的穿孔设备上，而无 需对所述穿孔设备进行明显的改变。
151为实现这样一自维持振动式穿孔，穿孔装置包括因此能实现自维持轴向振动式穿孔，而无需使用特别的驱动部 件，并可以获得使用适于常规驱动部件的切削工具。连接区的特征适合所 述切削工具，这可以避免使用调节装置。
第二元件72相对于第一元件71的轴向及角向移动的幅度受到臂 76的形状和尺寸限定，但实际上，实现包括这些臂的第三元件73并不存 在特别的困难，因为所希望的幅度较小。对于轴向移动以及小于一定程度 的角向移动，按照装置尺寸变化的所述幅度最通常地约为数十毫米。 形部722通过其结构和尺寸，能允许第一和第二元件之间具有无 干扰的轴向和角向平移的相对运动。间隙723特别被留出在第一和第二元 件71、 72之间，从而可无摩擦地实现轴向平移运动、且使角向运动不产生 任何卡住的风险。
[55切削工具5的轴6的取向不由驱动部件强制施加，所述驱动部件 不包括任何的工具轴向引导件,待穿孔零件8—侧的工具端部51受到引导。
[56引导件例如由穿孔套筒10实现，所述穿孔套筒通过例如一穿孔 格栅(未示出)的支承件而相对于待穿孔零件8被定位。以另一种方式， 引导件通过对零件的部分穿孔实现，这种部分穿孔可以使切削工具5对中 并进行初始引导，随后在穿孔过程中，该切削工具通过一正在实现的孔被 引导。
[57对于给定的切削工具及必须在其中实现钻孔的材料，对切削参 数、工具旋转速度及尤其是走刀、以及弹性部件77的适合刚度的选择，会 引起切削工具的轴向振动，而该轴向振动由切削的作用力和穿孔的自然非 稳定性加以保持。
[58正如在所有振动机械系统中，活动组件的质量是影响振动条件的 一参数，且其对于例如通过相关质量来调节切削工具的或振动组件的质量 是十分必要的，从而轴向振动运动可启动且在特别的穿孔操作过程中被自 维持。
[59该自维持的轴向振动的幅度，引起由切削工具在其端部51脱落 的材料屑的破碎。
601 切屑的破碎可以通过使得工具暂时脱离零件材料的轴向振动幅 度来实现，这会在工具沿其轴并按一幅度振动时发生，其中所述幅度基本 等于或大于在一轴向振动周期期间工具走刀装置行进的距离。
[61当工具位于啮合入材料的最浅位置时，切屑的粉碎还可通过较小 的、但足以使切屑的厚度被足够减小的一振动幅度实现，从而使穿孔操作 时被脆化的切屑自然破碎。优选实施该振动运行方式，以便避免在每个轴 向振动周期所述工具因进入零件材料中而受到损害。[62图3b的照片示出在利用按照本发明的一自维持轴向振动式装置 实现穿孔操作过程中所产生的被细碎化的切屑，其与图3a照片的碎屑相比 较，图3a的照片基本具有相同的放大比例，且其中的碎屑是在常规的穿孔 操作中实现的。
[63在另一实施方式中，工具支承体7通过基本呈圆柱形的单一元件 12实现。单一元件12在其端部之一 121包括实现固定到驱动部件1的输 出轴2的固定部件，并在其另一端部122上包括用于固定切削工具5的固 定部件。
[641 有利的是，所述固定部件与驱动部件的以及现有工具的固定部件 相兼容。
[65在端部121、 122之间，工具支承体12包括中间区123，所述中 间区成形为获得与工具轴向振动移动相关的弹性部件需要的压缩弹性特 征；并能获得希望的弯曲柔性，以使工具的轴按一角度偏离，尤其是在切 削工具5上施加的作用力的作用下。
[66有利的是，还必须传输扭力的所述中间区123，由具有圆截面的 中空圆柱段实现，如图4b所示，该圆柱段由例如钢的弹性材料制成，且 其壁130包括界定出中间区123的结构的一些开口 124，所述结构类似于 被垫隔件126保持隔开的环125的叠置体，而所述垫隔件126以径向相对 的组对安设在两环之间、且按卯度被设置一环的两表面之间。有利的是， 中间区123通过对一材料块的加工实现，在该材料块中，端部121、 122 也被加工出。图4c示出在一平面上展开的中间区123的外表面的形态。
[67这种布置能
[68-把驱动部件1的力矩传输至切削工具5，因为中间区123的所 述结构在扭转上相当具有刚性；
[69-通过接柱126之间的环125的变形，在输出轴的轴或工具的轴 的方向上实现弹性连接，如图4d的剖面示例所示的，且其刚度尤其由所 述环的数量和厚度决定；
[70-当工具的轴6没有确切地处于输出轴的轴3的方向中时，传输 旋转运动，在这种情况下，中间元件以万向接合类的安装方式运行。
[71可以采用中间区123的其它形式，只要这些形式符合三个要求，即传输穿孔力矩、沿轴的弹性、以及在驱动轴的轴和工具的轴之间的角 向变形的可能性。
[72
图5a和5b图示出另 一种可在中间区123的壁130中设置开口 127 的可能布置，该布置能恢复中间区所需的能力。图5b示出沿一平面展开 的中间区的外表面上的开口形状。在该特殊的实施方式中，中间区123包 括由材料桥129相连的至少两环128a、 128b。各材料桥129通过第一端部 129a被连接到第一环128a，并通过其第二端部129b被连接到第二环128b 于所述第二环的一位点处，该位点相对于与第一环的连接位点错开这样一 角度该角度对应绕驱动轴的旋转角，例如90度。
[73材料桥129的弹性特征与实现材料桥的材料及其形状相关，所述 弹性特征能允许获得希望的刚性。如有必要，通过构造中间区123可并置 多个被桥连接的环。
[74在装置的一特殊实施方式中，工具架是一常规且刚性的连接部 件，且用于使工具轴向及角向移动的部件构成切削工具的整体组成部分。
[75
图6所示的这样一切削工具5在端部5a和端部5b之间，包括连 接区5c，其中所述端部5a能通过绕轴6a旋转移除材料屑来实现穿孔，而 所述端部5b能通过例如图1所示的驱动部件被驱动绕轴6b旋转，所述连 接区5c:
[76-能以弹性方式变形，从而引起工具5的切削端部5a的自维持 轴向振动，
[77-能传输驱动工具5所必需的力矩，
[78-能弯曲变形，从而允许工具的切削端部5a的轴6a以及被驱动 部件驱动旋转的端部5b的轴6b形成角S。
[79有利的是，连接区5c包括与上述工具支承体的中间区123的部 件相类似的部件。
[80该实施方式尤其有利，因为无需改变现有的驱动部件， 一方面， 根据工具的特别特征以及规定的切削参数来实现中间区123，所述特征会 影响工具的自激振动性能，而另一方面，中间区123的使用期限受集成有 该中间区的切削工具的使用寿命限制，因而这使得避免或极大限制所述中 间区疲劳断裂的风险，所述中间区在穿孔操作期间被促动引起振动和受力。[81在制作工具5时，中间区123可以通过加工被实现。工具还可以 通过对不同元件进行组装例如焊接实现。
[82在一未被示出的特殊实施方式中，类似于上述工具支承体的中间 区123的中间区，被布置在输出轴2上，靠近连接有工具支承体或工具的 端部。
83因此，本发明还可以用于实施产生细碎切屑的穿孔，所述切屑易 于通过例如鼓风或抽吸等常规方式排出，并且能实施相对于钻孔的轴产生 非对称切削力的钻头，例如包括单一切削刃的钻头即3/4钻头，在驱动工具 旋转的驱动部件处无需对工具进行轴向引导。
[84此外，本发明能实现工具的自维持轴向振动式穿孔，而无需改变 现有的驱动部件。
权利要求
1. 穿孔装置，其包括-旋转驱动单元(1)，其具有被驱动绕轴(3)旋转的输出轴(2)，-具有旋转轴(6)的切削工具(5)，-使所述切削工具(5)连接所述输出轴(2)的连接部件(7)，其中，所述连接部件(7)能把驱动力矩传输至所述切削工具(5)并包括弹性部件(73、77)(123)，所述弹性部件能在进行穿孔操作时引起所述切削工具的自维持轴向振动，其特征在于，所述连接部件(7)布置成在进行穿孔操作期间，在施加于所述切削工具(5)的径向力的作用下，所述连接部件允许所述切削工具(5)的轴(6)的方向与所述输出轴(2)的轴(3)的方向之间产生角偏差。
2. 按照权利要求1所述的穿孔装置，其特征在于，所述连接部件(7 ) 包括第一端元件(71) (121)，其配有实现联接到所述驱动单元(1) 的输出轴(2)用的联轴部件；第二端元件(72) (122)，其配有固定所 述切削工具(5 )用的固定部件；并且所述连接部件在所迷第一和第二端元 件之间包括中间区，所述中间区呈扭转刚性、沿轴向呈弹性且具有弯曲柔 性。
3. 按照权利要求2所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区包括 扭转上呈刚性、在轴向上呈柔性且具有弯曲柔性的第一部件(73);以及 沿轴向呈弹性的、并与所迷第一部件(73)分开的第二部件(77)。
4. 按照权利要求3所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区的第一 部件(73)包括至少三臂(76)，这些臂以非径向的方式布置在联结于所 述第一端元件(71)的第一环(74)与联结于所述第二端元件(72)的第 二环(75)之间。
5. 按照权利要求3或4所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区的 所述第二部件(77)包括弹簧部件，所述弹簧部件能净皮压缩在所述的第一 和第二端元件(71、 72)的支撑表面(711、 721)之间。
6. 按照权利要求2至5中任一项所述的穿孔装置，其特征在于，所述 的第一和第二端元件(71、 72)以及所述中间区的第一和第二部件(73、 77 )成形为能在穿孔操作时避免所述第 一和第二端元件之间的直接接触。
7. 按照权利要求2所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区(123 ) 包括沿轴向呈弹性的元件，该弹性的元件能传输穿孔扭力并能在所述工具(5)旋转期间弯曲变形，从而使所述工具的轴(6)具有与所述输出轴(2) 的轴(3)不同的方向。
8. 按照权利要求7所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区(123) 包括至少三个同轴的弹性材料制的环(125)，这些环基本具有相同的尺寸 且按叠置体布置，各环与相邻的环间隔开，且通过沿所述环的一半径且径 向相对地设置的两连接元件(126)被连接到所述相邻的环，并且其中，设 置在一环的一表面上的两连接元件另外沿所述环的这样一半径设置该半 径基本垂直于由设置在该环的另一表面上的两连接元件所确定的半径。
9. 按照权利要求7所述的穿孔装置，其特征在于，所述中间区(123) 包括至少两环(128a、 128b)，这些环被保持成同轴且被至少两长形的弹 性材料制的连接元件(129)间隔开，各连接元件通过所述连接元件的一端 部(129a )被固定至第一环(128a )，并通过所述连接元件的第二端部(129b) 被固定至第二环(128b)于这样一位点该位点与所述第一端部(129a) 固定到所述第一环(128a)的位点错开这样一角度，该角度对应于所述环 绕其轴旋转的角度。
10. 按照权利要求8或9所述的穿孔装置，其特征在于，所述弹性材 料是金属材料如钢。
11. 按照权利要求8， 9或10所述的穿孔装置，其特征在于，所述中 间区(123)和所述端部区(121、 122)通过加工材料块制成单一元件。
12. 用于穿孔的切削工具(5),其包括-第一切削端部(5a)，其包括旋转轴(6a)，能通过移除待穿孔材 料的切屑来实现穿孔，-第二切削端部(5b),其包括旋转轴(6b)，用于被连接到驱使绕 该旋转轴(6b)转动的旋转驱动部件，其特征在于，所述切削工具在所述两端部(5a、 5b)之间包括连接区(5c):-所述连接区能传输穿孔扭力，-所述连接区(5c)能在穿孔操作产生的力的作用下，基本沿所述工 具(5 )的轴(6a )以弹性方式变形并形成所述工具的端部(5a)沿其轴(6a ) 的自维持振动，-所述连接区(5c)能在所述工具(5)的^走转期间弯曲变形，从而允 许所述工具的切削端部(5a)的轴(6a)与所述第二端部的轴(6b)形成 一角度。
13. 按照权利要求12所述的用于穿孔的切削工具(5),其特征在于， 所述连接区(5c)包括符合按照权利要求8至11中任一项所述的中间区(123)的区部。
14. 按照权利要求12或13所述的用于穿孔的切削工具(5),其特征 在于，所述连接区(5c)的弹性特征，根据待穿孔材料和切削参数的特殊 条件加以确定，以便对于所述特殊条件产生所述工具的切削端部(5a)的 自维持轴向振动。
全文摘要
为了实现穿孔而不产生卡塞所用切削工具的风险，穿孔装置使用能产生使得从孔中移除的材料屑粉碎以方便其排出的工具自维持轴向振动的部件。用于产生自维持轴向振动的部件还成形为工具的轴的方向与驱动工具旋转所用部件的旋转轴显著不同。一所述装置的优点尤其在于制出深孔，和/或使用切削工具期间产生不对称的切削力。在一特别有利的实施方式中，用于产生自维持轴向振动的、以及用于使工具旋转轴具有显著不同于驱动部件旋转轴方向的部件形成切削工具的一部分。
文档编号B23B47/00GK101443149SQ200780017515
公开日2009年5月27日 申请日期2007年5月10日 优先权日2006年5月17日
发明者D·布兰皮卡尔, G-F·莫拉鲁, P·拉巴泰 申请人:欧洲航空防务及航天公司Eads法国;国立高等工艺技术学院;国家科研中心