专利名称：机械零件中的斜孔加工设备和方法
技术领域：
本发明涉及机械零件的加工设备和方法，更具体地涉及一种用于在机械零件中加工斜孔的设备及其方法。
背景技术：
随着工业的不断发展，在诸如飞机、轮船、起重机、发电机等许多应用中需要使用大型甚至巨型的机械结构、装置或设备。这些机械结构、装置或设备包括各种各样的大尺寸机械零件，例如轴、齿轮、气缸、悬臂、管道，等等。在机械加工领域，大尺寸机械零件的加工变得越来越重要。有时，还需要在大尺寸机械零件上加工将第一孔和第二孔连通的斜孔。通常只能通过手动操作的钻孔装置来加工此类斜孔。用于加工此类斜孔的加工设备和方法需要满足以下要求:(I)准确地将第一孔和第二孔连通；(2)在加工该斜孔时，避免钻屑滑伤已经加工好的深孔或者另一个孔的内壁。进一步，上述第一孔和第二孔中的一个或两个可能是深孔(例如长度大于I米的孔)。由于钻头刚度的限制，在加工此类深孔时钻头会产生变形，从而导致加工好的深孔并不是沿直线延伸，使得深孔的轨迹不处于预期位置而是处于事先无法确定的位置。这时，由于深孔的轨迹事先无法确定，所以此类斜孔的加工设备和方法应当能够根据深孔轨迹的测量结果来调整该斜孔的加工，从而保证所加工的斜孔能够将深孔和另一个孔连通。已有的钻孔设备和方法无法满足上述要求。因此，需要一种能够满足上述要求的用于加工零件中的斜孔的设备及其方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于加工零件中的斜孔的设备。本发明的另一个目的在于提供一种用于加工零件中的斜孔的方法。具体地，本发明提供了一种用于加工零件中的斜孔的方法，所述零件包括第一孔和第二孔并具有纵向轴线，所述第一孔具有与所述纵向轴线垂直的第一轴线，所述第二孔具有与所述纵向轴线平行的第二轴线，将要被加工的所述斜孔的轴线以相对于所述第一轴线的预定的斜孔角度从所述第一轴线上的第一预定位置延伸到所述第二轴线上的第二预定位置，所述方法包括如下步骤:(a)提供定位套筒，所述定位套筒具有定位套筒轴线，所述定位套筒的外径小于所述第一孔的内径，所述定位套筒还具有从中穿过的通孔，所述通孔的轴线与所述定位套筒轴线之间的角度等于所述斜孔角度；(b)将所述定位套筒共轴地固定在所述第一孔中，使得所述定位套筒的外壁与所述第一孔的内壁间隔开并且使得所述通孔的轴线经过所述第一预定位置；(C)提供钻套，所述钻套具有第一端部和相对的第二端部，所述钻套包括钻套孔和钻套孔轴线，所述钻套孔的内径等于所述斜孔的内径；(d)将所述钻套配合地且共轴地插入到所述通孔中，使得所述钻套的第一端部邻近所述第一预定位置并且所述钻套孔轴线经过所述第一预定位置，所述钻套和所述定位套筒能够一起相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转；(e)根据所述第一预定位置和所述第二预定位置计算所述钻套和所述定位套筒关于所述定位套筒轴线的角位置，使得当所述钻套和所述定位套筒处于所述角位置时所述钻套孔轴线经过所述第二预定位置；(f)将所述钻套和所述定位套筒相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转到所述角位置；(g)提供具有钻头的手动操作钻孔装置，所述钻头的外径等于所述钻套孔的内径；以及(h)将所述钻头配合地且共轴地插入所述钻套孔中并操作所述手动操作钻孔装置以沿着所述钻套孔轴线在所述零件中钻出所述斜孔，直到所述钻头的端部到达所述第二预定位置附近以使得所述斜孔将所述第一孔和所述第二孔连通。在一个实施例中，所述零件是具有侧壁的空心圆柱体，所述第一轴线垂直于所述空心圆柱体的纵向轴线，所述第二轴线平行于所述空心圆柱体的纵向轴线，所述第一孔是穿过所述侧壁的台阶孔，并且所述第二孔是位于所述侧壁中的盲孔。在一个实施例中，所述第二孔的长度至少为I米。在一个实施例中，所述方法还包括提供刻度盘的步骤，其中，所述刻度盘固定到所述零件，所述钻套的第二端部与所述刻度盘接合并能够在所述刻度盘上滑动；并且其中，所述角位置对应于所述刻度盘的刻度。在一个实施例中，步骤(f)包括根据所述刻度将所述钻套和所述定位套筒相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转到所述角位置。在一个实施例中，步骤(h)还包括:在开始钻所述斜孔时经由所述手动操作钻孔装置沿着所述钻套孔轴线向所述钻套施加第一力，以使所述钻套的第一端部抵靠所述第一孔的内壁并且与所述第一孔的内壁紧密配合，以防止钻屑进入所述第一孔的内壁和所述定位套筒的外壁之间的空间中；以及在所述斜孔完成之后释放所述第一力。在一个实施例中，所述钻套被弹簧偏压，所述弹簧向所述钻套施加与所述第一力相反的第二力，当所述第一力被释放时，所述第二力使所述钻套移位，从而使所述钻套的第一端部不与所述第一孔的内壁紧密配合。在一个实施例中，所述第二预定位置是在所述第二孔被加工出来之后通过测量确定的。在一个实施例中，所述钻套和所述通孔的截面形状为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形中的一种。本发明还提供了一种用于加工零件中的斜孔的设备，所述零件包括第一孔和第二孔并具有纵向轴线，所述第一孔具有与所述纵向轴线垂直的第一轴线，所述第二孔具有与所述纵向轴线平行的第二轴线，将要被加工的所述斜孔的轴线以相对于所述第一轴线的预定的斜孔角度从所述第一轴线上的第一预定位置延伸到所述第二轴线上的第二预定位置，所述设备包括:定位套筒，所述定位套筒具有定位套筒轴线，所述定位套筒的外径小于所述第一孔的内径，所述定位套筒还具有从中穿过的通孔，所述通孔的轴线与所述定位套筒轴线之间的角度等于所述斜孔角度；钻套，所述钻套具有第一端部和相对的第二端部，所述钻套包括钻套孔和钻套孔轴线，所述钻套孔的内径等于所述斜孔的内径，所述钻套配合地且共轴地插入到所述通孔中，使得所述钻套的第一端部邻近所述第一预定位置并且所述钻套孔轴线经过所述第一预定位置，所述钻套和所述定位套筒能够一起相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转；以及具有钻头的手动操作钻孔装置，所述钻头的外径等于所述钻套孔的内径，所述钻头配合地且共轴地插入所述钻套孔中。在详细说明本发明的实施例之前，应当认识到的是，本发明不限于在以下描述中阐述的或者在附图中示出的操作细节或者部件的结构和布置的细节。本发明可以在各种其它实施例中实施并且可以以本文未明确公开的替代方式来实施或执行。而且，应当理解的是，本文使用的短语和术语是为了描述的目的，并且不应当视为是限制性的。“包括”和“包含”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等同物以及另外的项目及其等同物。此外，在各种实施例的描述中可使用列举。除非另外明确地指出，否则列举的使用不应当被认为将本发明限制到部件的任何特定顺序或数量。列举的使用也不应当被认为将任何另外的步骤或部件排除出本发明的范围，所述另外的步骤或部件可能与所列举的步骤或部件组合或者被组合到所列举的步骤或部件中。
以下附图仅为说明的目的，并且所有附图均未必按照比例绘制。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1示出了零件的一个实施例的示意图；图1A进一步示出了图1的零件的斜孔角度；图2示出了根据本发明的用于加工零件中的斜孔的设备的组装示意图；图3示出了图2的设备的定位套筒的示意图；图4示出了图2的设备的钻套的示意图；图5示出了钻套和定位套筒关于定位套筒轴线旋转到的期望的角位置；图6示出了图2的设备的任选的刻度盘的示意图；并且图7示出了根据本发明的用于加工零件中的斜孔的方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于加工零件中的斜孔的方法和设备进行详细说明。在本文中，术语“等于”表示两个参数在机械加工的公差范围之内相等。参照图1，示出了零件的一个实施例。在该实施例中，零件是具有侧壁102和纵向轴线的空心圆柱体100。空心圆柱体100包括穿过侧壁102的孔104以及位于侧壁102中的孔106。孔104的轴线X1垂直于纵向轴线\，并且孔106的轴线X2平行于纵向轴线\。在图1所示的实施例中，孔104的轴线X1与孔106的轴线X2相互垂直，但是应当理解孔104的轴线X1与孔106的轴线X2也可以形成其他角度。如图1A所示，将要被加工的斜孔108的轴线以相对于轴线X1的预定的斜孔角度α从轴线X1上的第一预定位置P1延伸到轴线X2上的第二预定位置P2。由于孔106的长度可能很长而使得在加工孔106时钻头会产生变形(钻头的刚度不足以承受高速钻削所产生的力，从而使得钻头变形)，导致加工好的孔106并不是沿直线延伸，从而孔106的轴线X2上的第二预定位置P2不是处于预期位置而是处于事先无法确定的位置。在这种情况下，可以在空心圆柱体100中的孔106已经加工完成之后通过某种测量方法来确定第二预定位置Ρ2。在一个实施例中，所述测量方法是超声波最小厚度测量法。在采用超声波最小厚度测量法时，利用超声波探测仪探测空心圆柱体100的侧壁102在沿着孔106的长度的各个位置处的最小壁厚，从而根据所探测到的最小壁厚的数据来计算所加工的孔106的实际轨迹，从而确定第二预定位置P2。应当理解，也可以采用适合于确定第二预定位置P2的任何其他测量方法。任选地，空心圆柱体100的孔104的轴线X1上的第一预定位置P1也可以在孔104已经加工完成之后通过例如超声波最小厚度测量法来确定。优选地，孔106的长度至少为I米。优选地，孔104是具有肩部的台阶孔，并且孔106是盲孔。在孔104是台阶孔并且孔106是盲孔的情况中，第一预定位置P1可以是孔104的下端，并且第二预定位置P2可以是孔106的盲端。应当理解，第一预定位置P1也可以是孔104的轴线X1上的其他位置，并且第二预定位置P2也可以是孔106的轴线X2上的其他位置。应当理解，本文所述的零件还可以包括不同于空心圆柱体的其他形状和结构的零件。应当理解，孔104也可以是不同于台阶孔的其他孔，并且孔106也可以是不同于盲孔的其他孔。参照图2，示出了根据本发明的用于加工零件中的斜孔的设备200的组装示意图。如图2所示，设备200包括定位套筒120、钻套140和手动操作钻孔装置160。参照图3，示出了图2的设备200的定位套筒120的示意图。在一个实施例中，定位套筒120具有定位套筒轴线Xdw，定位套筒120的外径小于孔104的内径，从而在将定位套筒120插入孔104时避免定位套筒120的外壁摩擦孔104的内壁。在一个实施例中，定位套筒120还具有从中穿过的通孔122，通孔122的轴线Xtk与定位套筒轴线Xdw之间的角度等于上面参照图1所描述的斜孔角度α。参照图4，示出了图2的设备200的钻套140的示意图。在一个实施例中，钻套140具有第一端部142和相对的第二端部144，钻套140包括钻套孔146和钻套孔轴线Χζτ，钻套孔146的内径等于斜孔108的内径。在一个实施例中，手动操作钻孔装置160具有钻头，钻头的外径等于钻套孔146的内径。在一个实施例中，手动操作钻孔装置160是手电钻。在使用中，将定位套筒120共轴地固定在空心圆柱体100的孔104中，使得定位套筒120的外壁与孔104的内壁间隔开并且使得通孔122的轴线Xtk经过第一预定位置P”在孔104是具有肩部的台阶孔的情况下，定位套筒120具有与孔104的肩部配合的肩部，从而通过定位套筒120的肩部和孔104的肩部之间的相互配合来将定位套筒120共轴地固定在空心圆柱体100的孔104中。应当理解，也可以采用本领域已知的其他方法将定位套筒120共轴地固定在空心圆柱体100的孔104中。然后，将钻套140配合地且共轴地插入到定位套筒120的通孔122中，使得钻套140的第一端部142邻近第一预定位置P1并且钻套孔轴线Xzt经过第一预定位置P1，钻套140和定位套筒120能够一起相对于空心圆柱体100绕着定位套筒轴线Xdw旋转。然后，根据第一预定位置P1和第二预定位置P2计算钻套140和定位套筒120关于定位套筒轴线Xdw的角位置Φ，使得当钻套140和定位套筒120处于该角位置时钻套孔轴线χζτ经过第二预定位置ρ2。在一个实施例中，如图5所示，角位置φ由钻套孔轴线Xzt和定位套筒轴线Xdw所在的平面与纵向轴线\之间的角度Θ限定。
接下来，将钻套140和定位套筒120相对于空心圆柱体100绕着定位套筒轴线Xdw旋转到上述角位置φ。最后，将钻头162配合地且共轴地插入钻套孔146中并操作手动操作钻孔装置160以沿着钻套孔轴线Xzt在空心圆柱体100中钻出斜孔108，直到钻头162的端部到达第二预定位置P2附近以使得斜孔108将孔104和孔106连通。参照图6，示出了图2的设备200的任选刻度盘180的示意图。在一个实施例中，图2的设备200除了定位套筒120、钻套140和手动操作钻孔装置160之外还包括刻度盘180。在一个实施例中，钻套140的第二端部144与刻度盘180接合并能够在刻度盘180上滑动。上述根据第一预定位置P1和第二预定位置P2计算的角位置Φ对应于刻度盘180的刻度G。优选地，钻套140和通孔122的截面形状是非圆形的，以便使得钻套140不会在通孔122中旋转。在一个实施例中，钻套140和通孔122的截面形状为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形中的一种。应当理解，钻套140和通孔122的截面形状也可以是其他非圆形状。参照图7，示出了根据本发明的用于加工零件中的斜孔的方法300的流程图。以下针对上述空心圆柱体100来详细描述方法300，不过本发明的方法300也可以适用于其他机械零件中的斜孔加工。在步骤302中，提供定位套筒120，定位套筒120具有定位套筒轴线Xdw，定位套筒120的外径小于孔104的内径，从而在将定位套筒120插入孔104时避免定位套筒120的外壁摩擦孔104的内壁。定位套筒120还具有从中穿过的通孔122，通孔122的轴线Xtk与定位套筒轴线Xdw之间的角度等于上面参照图1所描述的斜孔角度α。在步骤304中，将定位套筒120共轴地固定在孔104中，使得定位套筒120的外壁与孔104的内壁间隔开并且使得通孔122的轴线Xtk经过第一预定位置P”在步骤306中，提供钻套140，钻套140具有第一端部142和相对的第二端部144，钻套140包括钻套孔146和钻套孔轴线Xzt，钻套孔146的内径等于斜孔108的内径。在步骤308中，将钻套140配合地且共轴地插入到通孔122中，使得钻套140的第一端部142邻近第一预定位置P1并且钻套孔轴线Xzt经过第一预定位置P1,钻套140和定位套筒120能够一起相对于空心圆柱体100绕着定位套筒轴线Xdw旋转。在步骤310中，根据第一预定位置P1和第二预定位置P2计算钻套140和定位套筒120关于定位套筒轴线Xdw的角位置φ，使得当钻套140和定位套筒120处于该角位置Ψ时钻套孔轴线Xzt经过第二预定位置Ρ2。在步骤312中，将钻套140和定位套筒120相对于空心圆柱体100绕着定位套筒轴线xDW旋转到上述角位置φ。在步骤314中，提供具有钻头162的手动操作钻孔装置160，钻头162的外径等于钻套孔146的内径。在步骤316中，将钻头162配合地且共轴地插入钻套孔146中并操作手动操作钻孔装置160以沿着钻套孔轴线Xzt在空心圆柱体100中钻出斜孔108，直到钻头162的端部到达第二预定位置P2附近以使得斜孔108将孔104和孔106连通。优选地，步骤312包括根据刻度G将钻套140和定位套筒120相对于空心圆柱体100绕着定位套筒轴线Xdw旋转到上述角位置φ。优选地，步骤316还包括在开始钻斜孔108时经由手动操作钻孔装置160沿着钻套孔轴线Xzt向钻套140施加第一力F1,以使钻套140的第一端部142抵靠孔104的内壁并且与孔104的内壁紧密配合，以防止钻屑进入孔104的内壁和定位套筒120的外壁之间的空间中。优选地，步骤316还包括在斜孔108完成之后释放第一力Fp优选地，钻套140被弹簧190偏压，弹簧190向钻套140施加与第一力F1相反的第二力F2。当第一力F1被释放时，第二力F2使钻套140移位，从而使钻套140的第一端部142不与孔104的内壁紧密配合。本领域技术人员可从前面的具体说明意识到本公开的广泛教导可以按照多种形式来实施。虽然本公开包括了具体的示例，但本公开的真实范围却不应当被如此限制，因为本领域技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求书后将会明白其他的修改、变形和替换。
权利要求
1.一种用于加工零件中的斜孔的方法，所述零件包括第一孔和第二孔并具有纵向轴线，所述第一孔具有与所述纵向轴线垂直的第一轴线，所述第二孔具有与所述纵向轴线平行的第二轴线，将要被加工的所述斜孔的轴线以相对于所述第一轴线的预定的斜孔角度从所述第一轴线上的第一预定位置延伸到所述第二轴线上的第二预定位置，所述方法包括如下步骤: (a)提供定位套筒，所述定位套筒具有定位套筒轴线，所述定位套筒的外径小于所述第一孔的内径，所述定位套筒还具有从中穿过的通孔，所述通孔的轴线与所述定位套筒轴线之间的角度等于所述斜孔角度； (b)将所述定位套筒共轴地固定在所述第一孔中，使得所述定位套筒的外壁与所述第一孔的内壁间隔开并且使得所述通孔的轴线经过所述第一预定位置； (C)提供钻套，所述钻套具有第一端部和相对的第二端部，所述钻套包括钻套孔和钻套孔轴线，所述钻套孔的内径等于所述斜孔的内径； Cd)将所述钻套配合地且共轴地插入到所述通孔中，使得所述钻套的第一端部邻近所述第一预定位置并且所述钻套孔轴线经过所述第一预定位置，所述钻套和所述定位套筒能够一起相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转； (e)根据所述第一预定位置和所述第二预定位置计算所述钻套和所述定位套筒关于所述定位套筒轴线的角位置，使得当所述钻套和所述定位套筒处于所述角位置时所述钻套孔轴线经过所述第二预定位置 ； (f)将所述钻套和所述定位套筒相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转到所述角位置； (g)提供具有钻头的手动操作钻孔装置，所述钻头的外径等于所述钻套孔的内径；以及 (h)将所述钻头配合地且共轴地插入所述钻套孔中并操作所述手动操作钻孔装置以沿着所述钻套孔轴线在所述零件中钻出所述斜孔，直到所述钻头的端部到达所述第二预定位置附近以使得所述斜孔将所述第一孔和所述第二孔连通。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述零件是具有侧壁的空心圆柱体，所述第一轴线垂直于所述空心圆柱体的纵向轴线，所述第二轴线平行于所述空心圆柱体的纵向轴线，所述第一孔是穿过所述侧壁的台阶孔，并且所述第二孔是位于所述侧壁中的盲孔。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二孔的长度至少为I米。
4.如权利要求1所述的方法，还包括提供刻度盘的步骤，其中，所述刻度盘固定到所述零件，所述钻套的第二端部与所述刻度盘接合并能够在所述刻度盘上滑动；并且其中，所述角位置对应于所述刻度盘的刻度。
5.如权利要求4所述的方法，其中，步骤(f)包括根据所述刻度将所述钻套和所述定位套筒相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转到所述角位置。
6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(h)还包括:在开始钻所述斜孔时经由所述手动操作钻孔装置沿着所述钻套孔轴线向所述钻套施加第一力，以使所述钻套的第一端部抵靠所述第一孔的内壁并且与所述第一孔的内壁紧密配合，以防止钻屑进入所述第一孔的内壁和所述定位套筒的外壁之间的空间中；以及在所述斜孔完成之后释放所述第一力。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述钻套被弹簧偏压，所述弹簧向所述钻套施加与所述第一力相反的第二力，当所述第一力被释放时，所述第二力使所述钻套移位，从而使所述钻套的第一端部不与所述第一孔的内壁紧密配合。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二预定位置是在所述第二孔被加工出来之后通过测量确定的。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述钻套和所述通孔的截面形状为三角形、正方形、长方形、五边形、六边形中的一种。
10.一种用于加工零件中的斜孔的设备，所述零件包括第一孔和第二孔并具有纵向轴线，所述第一孔具有与所述纵向轴线垂直的第一轴线，所述第二孔具有与所述纵向轴线平行的第二轴线，将要被加工的所述斜孔的轴线以相对于所述第一轴线的预定的斜孔角度从所述第一轴线上的第一预定位置延伸到所述第二轴线上的第二预定位置，所述设备包括: 定位套筒，所述定位套筒具有定位套筒轴线，所述定位套筒的外径小于所述第一孔的内径，所述定位套筒还具有从中穿过的通孔，所述通孔的轴线与所述定位套筒轴线之间的角度等于所述斜孔角度； 钻套，所述钻套具有第一端部和相对的第二端部，所述钻套包括钻套孔和钻套孔轴线，所述钻套孔的内径等于所述斜孔的内径，所述钻套配合地且共轴地插入到所述通孔中，使得所述钻套的第一端部邻近所述第一预定位置并且所述钻套孔轴线经过所述第一预定位置，所述钻套和所述定位套筒能够一起相对于所述零件绕着所述定位套筒轴线旋转；以及 具有钻头的手动操作钻孔装置，所述钻头的外径等于所述钻套孔的内径，所述钻头配合地且共轴地插入所述钻 套孔中。
全文摘要
本发明涉及机械零件中的斜孔加工设备和方法。具体地，一种用于加工零件中的斜孔的方法包括提供定位套筒、将定位套筒共轴地固定在零件的第一孔中、提供钻套、将钻套配合地且共轴地插入到定位套筒的通孔中、将钻套和定位套筒相对于零件绕着定位套筒轴线旋转到特定角位置、提供具有钻头的手动操作钻孔装置以及将钻头配合地且共轴地插入钻套的钻套孔中并操作手动操作钻孔装置以沿着钻套孔轴线在零件中钻出斜孔，直到斜孔将零件的第一孔和零件的第二孔连通。本发明还提供了一种用于加工零件中的斜孔的设备。
文档编号B23B49/02GK103182545SQ20131009125
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者何仕炯 申请人:北京景年科技有限公司