专利名称:工具装置的制作方法
本发明涉及的是切削加工一个至少有部份闭合内表面的工件的工具装置。
在实践中常常有需要在一个工件内，沿着其一个内表面作切削加工。例如工件有一个圆柱形孔，需要将其直径沿某一部份扩大。通常这种加工作业用立式车床，借助一个工具装置来进行，这工具装置有一个基本为圆柱形的工具支撑件，在其端部设置一个加工工具，例如硬质合金刀头之类。在切削操作里，把包括加工工具的工具支撑件伸入需要进一步加工的孔里，通过这工具支撑件进行一个加工工具和工件之件的相对旋转运动。这操作的进行方式是可以把加工工具旋转而工件固定，或者把待加工的工件旋转而使加工工具固定。
为了在工件内部作这种加工，必须把工具装置伸入需要加工的工件内膛。因此工具支撑件和加工工具的径向总外径，必须小于工件所具有的开孔的直径。在这方面有许多局部矛盾的要求必须解决为了取得尽可能高的稳定性，以获尽可能高的精确性，支撑加工工具的工具装置杆必须有刚性并不易弯曲，因而需要有大直径。由于加工工具的本体必须从杆部的表面上伸出，结果工具的工作宽度比较窄，工具装置只能用于一个非常狭窄的加工区域内。
与此相反，为了增加工具装置的可用加工面积，把支撑加工工具的杆部设计成有比较小的直径是相宜的。但是这样的措施必然降低工具装置的刚性，因而降低了加工的精度，因为工具装置的杆部是夹定的，而且夹在一侧，所以要受到显著的弯曲应力。
在任何情况下，在工件加工作业中，必须考虑到工具装置多少受到显著的挠性震动，结果，在最好的情况下必须容忍加工作业中的精度下降，但是在最恶劣的情况下，相当昂贵的加工工具就要过早损坏。用这种工具装置时，由于发生上述挠性震动，有时工件的切削不可靠，或者甚至无法进行，因此对工件的加工必须采用其他方法，常常需要使用非常昂贵的特别工具。
本发明的主要目的是避免这种工具装置的上述缺点，并提出一种工具装置，例如在工件的内孔中，沿一个预选定的轴向部份扩大其直径时，可以取得极端精确的加工，因而与所有无法控制的振动有关的问题，都可以解决，因此工具装置的使用寿命，特别是加工工具的寿命可以大为增长，使用这种工具作加工的可能性得以提高。
本发明的目的之所以能达到，是因为提出了一种用以切削加工至少有部份闭合内表面的工件的工具装置，这种装置有一个基本为杆形的工具支撑件，在其端部安装一个加工工具，可以将它伸入待加工的内膛里。根据本发明所提出，这工具装置的特点是工具支撑件是一个有连续的长孔在轴向上伸展的杆形件，并有安排在两端区域内的若干平行支撑表面，在和杆状件纵向轴线有一个角度的方向上伸展。在杆状件的一端至少用可以滑动的方式安装一个加工工具或加工工具支撑件，并停靠在杆状件的第一支撑表面上或前面的诸表面上;有一个控制件用滑动的方式安装在杆状件的另一端，和工具支撑件的轴线垂直，并且停靠在第二支撑表面上，另有一个连接件通过杆状件的孔伸展，其一端和加工工具或诸加工工具，或加工工具支撑件，或加工工具诸支撑件连接，其另一端和控制件连接，从而把这些元件按预定的距离连接在一起。
上述和杆件纵向轴线倾斜的角度在25°到65°范围内，通常至少在45°左右。
在工具装置的理想实施方案中，安排在杆状件自由端的第一支撑面，可以由一个以45°角倾斜的贯穿杆状件的连续槽道形成、加工工具或加工工具支撑件以可滑动的方式安装在槽道内。这个措施以及另外一些措施将在下文中进一步讨论、加工工具或加工工具支撑件在基本为杆状件轴的径向方向上移动，达到出伸的工作位置，或退到静止位置上，这样，加工工具工作部份在纵向轴线上的位置保持不变。原则上讲实现本发明的方法很多，如上文已有所述，作45°倾斜的槽道可以容纳加工工具本身或加工工具支撑件，供它们在里面移动。在容纳工具支撑件时，加工工具(例如硬质合金刀头)和加工工具支撑件的自由端相连。无论在哪一种情况下，假如槽道有一个多边形的截面，而加工工具支撑件或加工工具有相应的棱柱的截面形状，是有优点的，可以肯定避免它们绕自己的轴线旋转。
假使杆状件在它们的自由端的另端上有一个前沿表面作45°倾斜，控制件在它上面停靠，又假使由一个楔形件形成的控制件有面向杆状件的第一表面，和工具支撑件的纵向轴线作45°倾斜，并有一个面向一个停靠件的第二表面，在与工具支撑件轴线垂直的方向上伸展，那么就有一个简单的解决办法，一方面把杆状件在轴线方向上支撑，另一方面把楔形件在与纵向轴线作垂直的方向上移动，造成杆形件在轴线方向上的位移。
为了达到这个目的，可以将楔形件和一个驱旋装置作可操纵的连接，把楔形状至少在一个和工具支撑件轴线垂直的方向上移动。
实现停靠件也有各种不同的可行方法，这决定于整个工具装置是按可旋转的方式安装还是作固定安装。在任一情况下停靠件应该是一个可以在两个互相垂直的方向上移动的元件，从而垂直于工具支撑件的轴线的方向，但是上述轴线的方向上则属固定连接而不能位移。
假使在选定的解决方案中，工具装置用的是固定安装而不能旋转的话，那么便以用一个纵横台作停放件为宜，可以在X方向和Y方向上位移而在Z方向上固定。
但是假如实施的是工具装置的旋转式安装，那么停靠特就以用一个可以作径向移动，基本为圆盘形的可旋转静液压支承元件为宜，但在工具支撑件的轴线方向上则为固定式安装。
在对本发明的目标作进一步发展的理想实施方案中，可以使杆状件至少有一部份的外表面，其外径至少和待加工的内膛的内径接近一致。从而可以保证工具装置的自由端有精确而控制严格的导向，这主要有利于提高加工的精度和增长加工工具的使用寿命。
特别在自由端上有一个容纳加工工具或加工工具支撑件的部份的杆状件，直径至少与待加工的膛孔的内径接近一致的时候，那么就可以利用有一部份内径需要扩大的工件膛孔作为导轨，支撑并引导带有加工工具、并有相应直径的工具装置自由端。
在另一个理想的实施方案中，杆状件以可位移的方式安装。利用这个在纵向上可位移的特点，并且由于在一方面的加工工具或加工工具支撑件，和在另一方向的可以在和工具装置轴线的垂直方向上位移的控制件(以楔形为佳)互相连系，并通过一个在杆状件中伸展的连接件互相偶接，便可保证楔形控制件在垂直于轴线的方向上作位移，从而保证了加工工具或加工工具支撑件作分别的前进和后退的动作。从而可能在加工工具完全后退的时候，把工具装置，特别是其杆状件伸入待加工的内孔，然后通过控制件在轴线垂直的方向上位移，使加工工具从它后退的位置伸长到需要的程度，这样便使加工操作开始。
在本发明的一个理想的实施方案中，特别是为了实现杆形件的上述轴向位移，可以设置一个径向轴向联合支承面支持杆状件，并允许它在上面位移。此外，如有需要时则对杆状件作引导，杆状件和工具装置有可操纵的偶接，使杆状件作轴向移动，并和一个驱动件连接。
在某些情况下工具装置设有两个加工工具或两个加工工具支撑件更为方便，两个加工工具支撑件之间有一个倾斜角度，并停靠作45°倾斜的支撑面或诸支撑面。有时这措施可以使工件的加工既迅速而又精确。
以下所述是本发明目标的一些实施方案，在下文中将参照附图作较为详细的说明。附图介绍内容具体如下图1为现有技术领域：
中的工具装置部份切去的侧视示意图。
图2a和2b为本发明提供的工具装置部份切去的侧视示意图。
图3a为本发明第一实施方案中，加工工具后退时的工具装置轴向剖面示意图。
图3b为图3a所示第一实施方案中，加工工具伸出时的轴向剖面示意图。
图4a本发明第二实施方案工具装置在加工工具后退时的轴向剖面示意图。
图4b为本发明图4a所示第二实施方案中加工工具伸出时的轴向剖面示意图。
图1展示已知的传统类型的基本安排，藉以说明例如在现有技艺领域中如何将盲孔中的局部直径增大。
仅在图中局部示出的工件1，有一个盲孔2，其在轴向伸展的某一部份3的直径要求增大。这部份3在图中用方格阴影线表示其剖面。为此而使用的工具装置，在图里仅绘出其端部4。端部4中包括一个轴状，或称杆状的工具支撑件5，在其端部上，容纳一个在径向上伸出的加工工具，诸如硬质合金刀头。
为了使工具支撑件5和在它上面伸出的工具6能够伸入待加工的盲孔内，在垂直于工具轴线方向上的工具总量度，不允许大于数值b，也就是盲孔2内径的数值。工具向工件1的伸入，是沿轴线C1进行的。
现在将杆5按箭头R的方向移动，直到加工工具6的工作刃达到待加工部分3内的预定位置，然后把杆固定。易于理解的是杆5的可以固定，但是固定的位置离加工工具6相当远，因而特别如图1所示的杆的端部，承受了相当严重的弯曲应力。
现在夹定在一个适当的加工机械〔如立式车床(图中未示)〕上的工件1被旋转，使轴线C1在向着C2的方向上缓慢地平行推移，于是加工工具6的工作刃向待加工的部份3接近，切去工件1上的用方格阴影线表示的材料。当然除了轴线C1需要向轴线C2移动外，还必须将杆5移动，按所宜同时或交替沿箭头A和箭头B的方向移动，以保证按需要把材料切去。
由于如图1所示，杆端5只有一侧的夹定，安装在其端部的加工工具6的导向不良，便会发生本说明第一段中讨论过的问题，特别是由于对加工工具6的不适当的导向和支撑而造成工件加工不精确，以及因无控制的振动有造成工具损坏的危险。
本发明利用一种新颖的工具装置，提供克服这些问题的方法。根据本发明的基本运转原理，在图2的示意图中有所表达。图2a表示工具装置的初始或静止状态，图2b表示其运转状态。
为了透彻解释本发明的基本原理，假定情况与上面讨论图1时完完全相同。即工件1有一个盲孔2，需要加工，使盲孔2沿一个有格形阴影的部份的直径扩大。为此目的工具装置有一个轴形，或称杆形的工具支撑件5，仅其端部4在图2a及图2b中绘出，其上配置一个加工工具6，安装在端部4的自由端上。工具6放置在工具支撑件7中，工具支撑件用可滑动的方式在刀架8中安装。刀架8为了便于接受工具支撑件7，设有接纳槽9，其方向和杆状工具支撑件5倾斜45°。
刀架8的外径d至少应与待加工的盲孔2的内径接近一致，同时应考虑标准误差。
在图2a所示的状态中，工具支撑件7是处于后退位置中，因而加工工具6也后退，因此加工工具的工作刃不伸到刀架8的外面。这样可以得到两个优点可以把刀架8的直径d调节到与待加工的盲孔2的直径准确相符，使后者可以因此构成整个工具装置的精确而稳定的导向件。
可以选用相当大的杆状工具支撑件5的直径，从而可以很大地提高对弯曲力的抵抗和对无控制振动的抵抗。
工具支撑件7，和在杆状工具支撑件内的轴向孔中伸展的一个连接件10连接，目的将在以下的本文中说明。根据图2b所示，工件1的加工是用从刀架8里推出的加工工具6。原则上讲，究竟是待加工的工件1，还是带加工工具6的刀架8被驱动作旋转运动是无关紧要的。加工工具6的向着待切去部份3的移动，是由工具支撑件7沿接纳槽9移动的结果。因此连杆10是起重要作用的，本文将在下面作详细解释。已经明确了解的是在对工件1的加工中，必须使工具装置在箭头B的方向上作轴向的移动。此外，应该注意到加工工具6在径向上的进刀，必须和工件与工具装置的相对位移协调。进刀最好由数控装置控制。
无论如何，从图2b的示意中可以明显看出，至少在刀架8的轴向延伸方向上的一个重要部份里，刀架8受到了待加工的盲孔内壁的引导，其结果便可保证有精确的加工，并且在这类切削的传统加工方法中通常遇见的任何振动，都可以有效地防止了。
在图3a中表示的是按本发明提出的工具装置一种实施方案的轴向剖面的简略图。从图中可以明确看到刀架8可以有一个环形的导向套筒12，和工具支撑件7在与工具装置轴线成45°角的方向上伸展，容纳在刀架8中滑动，在其一端安装加工工具6，以及杆状工具支撑件5。安装加工工具6的工具支撑件7，在与工具装置轴线倾斜45°的支撑面13上停靠。工具装置由一个槽道的壁形成，槽道举例而言，有棱柱形的截面。
在杆状工具支撑件5的另端有平行的支撑面14，也作45°倾斜，停靠在一个也有45°倾斜度的楔形件15的支撑面16上。工具支撑件通过上述连接件10和楔形件15连接。楔形件15的端面停靠在由两个板件17和18组成的纵横台19上，从而板件18通过连接件20和驱动器械21连接。连接件20的作用是实现板件18在箭头D所指的两个方向上作位移。
整个装置用一个尾座22支持，尾座22通过直线导轨24安装在机床底座23上。纵横台19的板件18通过一个轴承25停靠在尾座22的后支柱22a上，从而防止轴向位移。尾座22的前支柱22b有一个孔放置轴承25，容纳并引导杆状工具支撑件5。
从图3a的示意可以看到工具装置的静止状态，加工工具后退，这样便于将加工工具伸入工件(图中未示)。在这个位置上，杆状工具支撑件5和楔形元件15基本在同轴线上对正。
图3b里的示意表示，在盲孔内表面上进行切削操作时，工具装置元件所处的位置。图中可以明确看到，加工工具和它的工作刃，从刀架8的外周表面上伸出，而刀架8由待加工的内孔里的导向套筒支撑。
把工具支撑件(7)推出，从而推出加工工具6的进行过程如下从图3a所示的位置开始，开动驱动装置21，把板件18通过连接件20，向箭头D所指的方向向下移动。尾座22的支柱22a里的导向轴承，使这位移运动不费力地进行。
同时板件17，带动与之刚性连接的楔形件15向下移动。由于楔形件15通过连接件10和工具支撑件7有刚性连接，因此它也以完全相同的运动量向下移动。于是，倾斜45°的杆状工具支撑件的前表面，沿着也倾斜45°的楔形件15的支撑表面16滑动。于是工具支撑件7也沿倾斜45°的支撑表面13移动。在图3b中特别可以看到杆状工具支撑件5被迫作箭头E所指的方向作轴向位移，因此，轴承25的构造最好有能力接受和经受工具支撑件5的上述位移，并且还能接受和经受工具支撑件5可能发生的旋转运动。
在上文中根据图3a和3b叙述的工具装置，特别适合于用固定安装的工具装置在加工工具6的作用下，对旋转工件(图中未示)进行切削加工。就这点必须指出的是当把加工工具6从杆状工具支撑件中推出时，加工工具6的真正有效的工作刃，只有与工具装置纵向轴线垂直的方向上的位移。因此杆状工具支撑件没有必要在其轴线方向上作轴向位移，假如作轴向位移，则对加工工具6的推出动作需要进行协调。但是在实践中，在大多数情况下，需要加工的是工件的一个轴向伸展的部份，便必需采取措施，通过操纵驱动装置21控制加工工具6的推出，并控制工件的轴向位移;但无论如何进行这种同时控制的几何条件是既简单而又易行的。
在某种情况下，可能要求把待加工的工件夹定，而驱动工具装置作旋转运动，以进行所需要的工件加工作业。这种实施方案在图4a和4b中有所表示。图4a所示还是一个静止状态，此时加工工具在后退的位置上，不伸出刀架的外表面，而图4b表示的则是在实际加工操作中加工工具6所处的位置。
与图3a和3b所示的实施方案相反，楔形停靠件15和静液压支承板件26相连，板件26容放在一个静液压支承总成27中。静液压支承总成设有压油供给装置28。这种静液压总成是现有技艺领域中所熟知，故对它的结构不需要再作解释。无论如何这静液压支承板件可以不仅作旋转运动，而且可以作与旋转运动垂直的任何方向的摇摆动作。
楔形件15和与它连接的静液压支承板26的组件安放在支承体29中。根据图4a和图4b，楔形元件15有一个作45°倾斜的前表面16，也有45°倾斜度的前表面14在它上面停靠。轴形或杆形工具支撑件5由两个所谓径向轴向联合轴承30支持并导向。刀架的构造和设计包括加工工具支撑件7，和楔形元件15相连的连杆10，与图3a和3b中所示的构造和设计一致，并将按该两图作说明如下。
从旋转来看，轴承30和工具支撑件5有固定的连接，其部份外周缘31上有齿，与一个齿轮32啮合;齿轮32由一台电动机34，通过轴33带动旋转。于是刀架8也作旋转运动。
此外轴承30设有圆周上的环形槽35;可作轴向移动的轴37的自由端上，设有随动件36，嵌在槽35内。有一个驱动装置38，在一个控制装置(图中未示)的控制下把杆状工具支撑件5在轴向上移动，从而在一个方向上改变静液压支承板26的径向位置，而在另一个方向上改变加工工具6的位置。后一情况，也就是如图4b所示的的、杆状工具支撑件5作轴向移动后的情况。还必须注意到在这情况下，虽然工具支撑件5有轴向位移，加工工具6的工作刃不作轴向位移，加工工具只作相应的径向位移。
最后必须指出，如图4a和4b中所示的刀架8，假如它的外径和待加工的内孔的内径不相符，那么就可以沿它的外周加一个相应的导向套筒(图中未示)，给工具提供一个有准确限位而无间隙的导向，保证加工的最高精确度。
勘误表
勘误表
权利要求
1.用切削法加工至少有部份闭合内表面的工件的工具装置，有一个基本为杆形的工具支撑件，其一端上安装加工工具，可以伸入待加工的内膛里。本装置的特点为工具支撑杆(4)有一个杆状件(5)，有一个连续的长孔(11)，在其轴向上伸展，并有平行的支撑面(13、14、16)安排在杆状件两端的范围内，支撑面与杆状件的纵向轴线倾斜，至少有一个加工工具(6)，或加工工具支撑件(7)，用可滑动的方式安装在杆件(5)的一端上，并在杆件的第一支撑面(13)，或其最前面的诸表面上停靠，有一个控制件(15)，用可滑动的方式安装在杆件(5)的另一端，与工具支撑件的轴线垂直，停靠在第二支撑面(16)上，并有一个连接件(10)，在杆件(5)中伸展，其一端与加工工具或诸加工工具(6)，或加工工具支撑件，或加工工具诸支撑件(7)连接，而其另一端则与控制件(15)连接，从而将这些元件按预定的距离连接在一起。
2.如权利要求
第1项中之工具装置，特点为支撑表面(13、14、16)以25°-65°的角度倾斜于杆状件(5)的纵向轴线，最好角度不小于45°左右。
3.如权利要求
第1项或第2项中之工具装置，特点为安排在杆状件(5)的自由端的第一支撑表面(13)，由以45°倾斜度穿透杆状件(5)的一条连续槽道构成，加工工具(6)或加工工具支撑件(7)在通道中用可滑动的方式安装。
4.如权利要求
第3项中之工具装置，特点为槽道有多边形截面，加工工具支撑件(7)有相应的棱柱形，以可在槽道内滑动的方式安装，在其自由端上安装加工工具(6)。
5.如权利要求
第3项中之工具装置，特点为槽道有一个多边形的截面，加工工具(6)有相应的棱柱形，以可在槽道内滑动的形式安装。
6.如权利要求
第1至4项中的一项所述的工具装置，特点为杆状件(5)在它朝向上述自由端的一端上。有一个前沿表面。上述自由端倾斜45°，控制件(15)在上面停靠。
7.如上述权利要求
第1至6项中的工具装置，特点是控制件(15)由一个楔形件形成，楔形件有朝向杆状件(5)的第一表面，杆状件在它的前沿表面(16)上停靠，与工具支撑件的纵向轴线作45°倾斜，其第二表面(39)朝向一个停靠件，并在和工具支撑件的轴线垂直的方向上伸展。
8.如权利要求
第7项中的工具装置，特点为楔形件(15)和一个驱动装置有可控制的连接，用以使楔形件(15)在垂直于工具支撑件轴线方向的位移。
9.如权利要求
第7及8项中之工具装置，其特点为停靠件(19)是一个可以在互相垂直的两个方向上位移的元件，当它可以在与工具支撑件轴线垂直的方向上位移时，便不能在上述轴线方向上作位移。
10.如权利要求
第9项中的工具装置，特点是停靠件(19)是一个纵横台，可以作X方向和Y方向的位移，但在Z方向上固定。
11.如权利要求
第9项中的工具装置，特点是停靠件(26)是一个基本为圆盘形的静液压支承元件，可作径向位移，需要时可以旋转，但在工具支撑件的轴线方向上则为固定安装。
12.如前述各权利要求
中任一项所述的工具装置，特点为至少杆状件(5)的外表面(8、12)的一部份，与待加工的内膛的内径约略一致。
13.如权利要求
第12项中的工具装置，特点为杆状件(5)的自由端有一个部份(8)，容纳加工工具或加工工具的支撑件，其直径至少几乎和待加工的内膛的直径大致一致。
14.如以上各权利要求
中一项所述的工具装置，特点为把装置放在一个加工器械内，可在其中旋转。
15.如以上各权利要求
中一项所述的工具装置，特点为杆状件(5)用可以在纵向上作位移的方式安装。
16.如权利要求
第15项中的工具装置，特点是有一个径向联合支承面，容纳杆状件作位移，杆状件和工具装置有可控制的连接，以便杆状件作轴向位移，并和驱动件(38)连接。
17.如以上各权利要求
中一项所述的工具装置，特点为有两个加工工具(6)或两个加工工具的支撑件(7)，互相间有一个倾斜角度，停靠作45°角倾斜的支撑表面或诸支撑表面。
专利摘要
一种加工内表面的切削工具，有一刀杆，其端装有刀头，可伸入工件的内孔。刀杆组件的刀杆有一轴向通孔，两端有平行的与轴线成45°的支撑面。刀头装在刀身上，刀身装在刀杆的一端可沿支撑面滑动。和刀杆组件轴线垂直的控制件可滑动地装在刀杆的另端并靠在第二个支撑面上，用来使刀身伸出退后。为此刀杆的通孔中有连杆，一端连接刀身，一端连接控制件，把这些元件按预定的距离连接在一起。
文档编号B23B29/00GK85104345SQ85104345
公开日1987年1月14日 申请日期1985年6月6日
发明者施奈德 申请人:厄罗瓦公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan