CN102581617B - 深孔加工刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深孔加工刀具，包括刀体和与刀体一起组配形成加工功能部的粗镗部、刮削部及滚压部，其中：滚压部的保持架为刀体轴向的可调部件，在这个方向上，滚子被保持架约束在具有第二斜面的滚道支撑部上；一位于所述刀体内的顶杆被设置，且连接所述保持架；所述顶杆与所述顶块螺纹配合，形成顶块游动的螺纹副；顶杆被一座部支撑，并在刀具头端设有驱动顶杆转动的原动件；其中，座部在刀体轴向移动的自由度在刀体轴向一端被约束，另一端被复位装置约束。依据本发发明的深孔加工刀具在满足实现刀具涨缩功能实现的条件下，能够保证具有较高的加工精度。

Description

深孔加工刀具

技术领域

本发明涉及一种深孔加工刀具，具体是涉及一种深孔镗-刮-滚复合刀具自动涨缩机构的组合深孔刀具，包含有用于表面成型部分的涨缩结构，以利于加工深孔过程中或者加工完成后的退刀；深孔是指孔的长度与孔的直径比大于10的内孔。

背景技术

 中国第CN102152118A发明专利申请公开整体被引用至此，为有助于理解、检索和审查，把上述发明专利申请公开的背景技术部分包含于该申请中。

公知的，深孔加工大多采用单一功能的刀具，一种简单的复合刀具是镗滚复合刀具，但此类刀具也不能实现刀具自动涨缩功能，由于深孔加工刀具的刀杆都很长，刀具具有自然的挠曲变形，且稳定性差，致使刀具工作过程中途退刀或加工完工件退刀时刀具非常容易划伤已加工表面。当加工工件过程中出现刀具损坏或中途机床停车等状态时，刀具退回过程中毁损工件造成工件报废的情况时有发生。

本领域的技术人员早就注意到深孔加工退刀的问题，其中中国第2007100643523（CN101264575A）号发明专利申请属于一种镗滚镗头，为实现其发明目的，其所提供的技术方案为该镗头组件包括芯轴,芯轴的前端装有镗刀，芯轴的前部外缘活动装有滚轮组件,芯轴与滚轮组件之间设置有推力轴承。滚轮组件与推力轴承的动圈之间设有2-4个支撑半环,对接形成圆环状,可以在不拆装其它零部件的情况下,很方便的将支撑半环拆下和装上。当加工完毕后,需要退刀时,拆下支撑半环,滚轮沿跑道的后部外径较小的部位滚动,此时,由于芯轴的前部失去了滚轮的支撑,在自身重量的作用下,自然下沉小量尺寸,使镗刀离开工件上壁小量尺寸,在退刀的过程中不会划伤工件。

CN101264575A所记载的技术方案从一定程度上解决了组合镗头退刀难的问题，不过其使用切削状态时安装上所述支撑半环，退刀时取下所述支撑半环的技术手段不仅操作起来比较麻烦，而且频繁的进行装配操作会影响刀具的精度。此外，为满足支撑半环的装拆，以及切削状态下滚压，使得该组合镗头的滚压部分的结构太过于复杂。

中国第2008201604545号实用新型专利则公开了一种单一功能的镗头，该镗头包括弹簧、调节刀架,通过销轴固定在该调节刀架上的可转刀座,该可转刀座上设有固定刀架,其中在调节刀架的一侧有两个弹簧,两个弹簧的中间有调节螺杆,调节螺杆上有调节螺母,固定刀架固定在镗杆上,固定刀架两侧有支承条。在镗头退出时,可转刀座可以随销轴转动,避免碰伤已加工孔表面,而且还可以径向微调进给,实现对工件内孔的精确加工。不过这类刀具中所说的销轴要承载非常大的力，而可转刀座要做到可转，其刚性得不到很好的保证，而深孔镗刀的刚性要求又恰恰非常高，这种为满足退刀而付出的代价太大，往往降低了镗削加工的精度。

中国第CN102152118A发明专利申请公开则提出了一种粗镗、刮削和辊压复合的深孔刀具，其采用能够轴向调整的具有锥度表面结构的调整部件，相关内控表面加工的功能部件向心端与所述调整部件的锥度表面相接合，把调整部件轴向的调整表现为对功能部件的径向调整，从而实现了功能部件在工作时的第一状态和再回退的第二状态，其实现依赖于调整部件的轴向移动，实现刀具的涨缩。

上述CN102152118A所公开的结构是一种比较好的尝试，并且也应用到生产实践中，不过由于其通过一根长径比比较小且备有螺帽的的顶杆进行所说的径向调整，与顶杆螺纹联接的螺母载荷偏大但螺纹长度却比较短，相对比较容易失效，即便是螺纹没有失效，也会因为螺纹变形造成调整精度变差，影响最终的加工精度。

发明内容

本发明建立在深孔加工刀具中的诸多尝试，表现在刀具的涨缩功能的实现和实现该功能对加工精度的影响。因此，本发明的目的在于提出一种深孔加工刀具，在满足实现刀具涨缩功能实现的条件下，能够保证具有较高的加工精度。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种深孔加工刀具，包括管状的刀体和与刀体一起组配形成加工功能部的的粗镗部、刮削部及滚压部，其中：

刮削部的刮削头被安装在形成于刮削部体上的径向孔内，该刮削头的向心端与位于刮削部轴向心孔内具有第一斜度的接合部的顶块的接合部接合；

滚压部的保持架为刀体轴向的可调部件，在这个方向上，滚子被保持架约束在具有第二斜面的滚道支撑部上；

一位于所述刀体内的顶杆被设置，且连接所述保持架；

所述顶杆与所述顶块螺纹配合，形成顶块游动的螺纹副；

顶杆被一座部支撑，并在刀具头端设有驱动顶杆转动的原动件；

其中，座部在刀体轴向移动的自由度在刀体轴向一端被约束，另一端被复位装置约束。

依据上述结构，顶杆与顶块通过螺纹连接，区别于既有的直连方式，形成类同于丝母丝杠副的结构，丝母对应于顶块，为游动部分，调整起来更方便。通过所述原动件调整顶杆，能够比较方便的调整顶块的位置。这种结构，螺纹段被加工在顶杆中部，并且顶杆的一般结构为阶梯轴类结构，中部轴端轴径较大，且为了满足支撑刚度的要求，在此轴段处刚度也更高，相比而言，基于此类结构的螺纹强度会比较高。另外，这种设置方式可以简化顶杆的结构，原有的顶杆结构为多段，在顶块处被连接，整体的装配精度会影响加工精度。而基于本发明的上述结构，顶杆被做成一个轴体，不会存在装配产生的精度问题，对加工精度的影响小。

使用中，当退刀时，座部被驱动，使刀具缩小，而当处于加工状态时，驱动部分卸力，复位装置使刀具膨胀复位。

上述深孔加工刀具，所述原动件为一带有中心孔的旋钮，相应地，所述顶杆的刀具头端为多棱体结构，被空套入断面几何形状与该多棱体部分断面相似的所述中心孔；

旋钮在刀体轴向设有紧定螺钉，该紧定螺钉顶持粗镗部前端面，而形成旋钮的锁止状态。

上述深孔加工刀具，所述多棱体结构与所述中心孔间隙配合。

上述深孔加工刀具，所述刮削部的刮削头体在周向均布有偶数个径向孔，并间隔地安装所述刮削头，其余径向孔则用于设置导向块，且导向块的向心端也与所述顶块具有第一斜度的接合面接合。

上述深孔加工刀具，在刀具的尾端设有辅助支撑部，该辅助支撑部为套型结构，外周面设有耐磨的尼龙块。

上述深孔加工刀具，在刀具的尾端同轴线地设有一气缸，该气缸的推杆用于驱动所述座部。

上述深孔加工刀具，所述第一斜度大于第二斜度。

上述深孔加工刀具，所述顶块形成所述接合部的结构为燕尾槽，以与被支撑部件的向心端连接形成燕尾槽轨道副。

上述深孔加工刀具，所述第一斜度的斜率为3.0~3.4度。

上述深孔加工刀具，所述保持架经由一与保持架螺纹连接的用于调整滚子在刀具轴向位置的拉块与所述顶杆连接。

下满接合说明书附图详述本发明的技术方案，使本领域的技术人员更清楚的理解本发明。

附图说明

图1为依据本发明的一种深孔加工刀具的纵剖结构示意图。

图2为图1的A—A剖视图。

图3为图1的B—B剖视图。

图4为一种顶块的纵剖结构示意图。

图5为顶块的侧视图。

图6为刮削刀的主视图。

图7为刮削刀的左视图（局剖）。

图8为导向块体的主视结构示意图。

图9为导向块的左视结构示意图。

图10为一种卡爪主视结构示意图。

图11为一种卡爪的左视结构示意图。

图中：1、旋钮，2、连接螺母，3、卡爪连接套，4、粗镗刀体，5、顶块，6、导向键，7、导向块体，8、导向块，9、螺钉，10、压力弹簧，11、滚柱，12、滚道，13、保持架，14、刀体，15、螺钉，16、拉块，17、拉钉，18、压力弹簧，19、滚珠，20、尼龙块，21、螺母，22、气缸，23、气管，24、管接头，25、顶柱，26、直销，27、旋钮，28、螺母，29、螺钉，30、螺母，31、保持器，32、顶杆，33、直销，34、刮削头体，35、压块， 36 刮削头，37、刮削刀片，38、卡爪， 39、粗镗刀片，40、槽块，41、螺钉，42、螺钉，43、压力弹簧。

具体实施方式

参照说明书附图1为依据本发明的一种深孔加工刀具的纵剖结构示意图，符合了本发明所采用的较佳的实现方式，本领域的技术人员可以根据关于较佳示例的描述选择或者变通相关技术手段。示例中所采用技术手段的名称不构成对其结构的具体限定，相关的技术手段被简单变换应落入本发明的保护范围之内。

一种深孔加工刀具被表现在说明书附图1中，如同现有的具有涨缩功能的深孔加工刀具，其具有包括管状的刀体14，当然，刀体并非严格的圆柱管，因其表面有诸多的连接结构，主要是其中心含有轴向的孔，形成一个套管结构。

在刀体14直接或者间接的组配有粗镗部、刮削部及滚压部，形成加工功能部。

其中：

粗镗部周转尺寸最小，用于粗镗加工，组配在刀具头端，即图1中的左端，另一端为刀具的座端，用于连接镗杆。这部分通常不需要涨缩，切削力也比较大，如果配置涨缩结构，会影响粗镗的精度，对后续加工也不利。

粗镗部的粗镗刀片39通常安装有3个，均布安装在粗镗刀体4上，为了提高粗镗部份的动刚度，在粗镗刀片39的轴对称侧设有导向健6，形成辅助支撑，可以提高动刚度，进而提高加工的精度。

粗镗之后的工序一般是精镗，因此，在组合刀具中，刮削刀被组配。

如图1所示，刮削部安装在粗镗部的后侧的刀体14上。公知的，为了减轻重量，复合刀具通常被加工成中空的结构，中空的部分可以安装其他附件。

参见说明书附图2，为附图1的A-A剖视结构示意图。为了清楚地表达设计要点，省略不相关的部分，主要用于表达刮削刀的安装结构。

图2中刮削头体34开有若干径向孔，刮削头34导向于所安装的径向孔内，向心端被约束，处于工作的稳定状态。

为了满足刮削部分的涨缩，一顶块5被配置在刮削头34的向心端，并接合。对应的接合部具有第一斜度，通过顶块5位置的变化实现刮削头的刮削进刀量。同时有可以较大附图的驱动顶块，使刮削头34完全脱离工件表面，处于退刀状态，这也是公知涨缩结构的一般结构。

精加工后的第三步是滚压，采用如图1和2所示的滚柱11，类似于一个开放的轴承结构，被滚压的工件类同于轴承的外圈。图3中，滚柱被保持架20均匀的约束在滚道12上，形成均匀的滚压，各滚柱11所受到的负荷基本一致。

滚道的侧面为椎体，当然，可以在滚道部形成槽，槽具有一定斜度，为第二斜度。那么在刀体14轴向，滚柱被驱动，就可以实现滚压部的涨缩。

涨缩有两个目的，一个是调整进刀量，另一个则是退刀，进刀时需保持结构稳定，退刀则要求动作快。

涨缩的配置方式已经为本领域所公知，图1中，保持架13也被连接到顶杆32上，能够同顶块5同步的快速驱动，实现快速的涨缩，满足退刀的需要。因工作方式不一样，第一斜度与第二斜度的方向不一样，其实，稍有物理常识的人据此都容易配置斜度在不同应用中的结构形式。

刀体14内为操作空间，也是顶杆等调整部件的安装控件。

在图1中，所述顶杆32与所述顶块5螺纹配合，形成顶块游动的螺纹副，那么，对应地，顶杆被座部约束，其结构可参照丝母丝杠副，机械领域的技术人员依据该结构容易实现。

从而，加以对应的，若使顶块5位置发生变动，一种操作方式是驱动顶杆32动作的第一动作方式，另一种方式则是驱动所述座部动作的第二种动作方式，本方案选择为第一动作方式用于刮削刀的调整，第二种动作方式用于刮削刀的退刀。

退刀需要有复位，最好采用固定设置的复位装置进行复位，如座部在刀体轴向移动的自由度在刀体轴向一端被约束，另一端被复位装置约束。这种结构的复位精度比较高。也可以采用附加的装置进行两死点调整，如气缸，不过这种结构会增加结构的复杂性，不提倡使用。

如图1所示，所述原动件为一带有中心孔的旋钮1，相应地，所述顶杆32的刀具头端为多棱体结构，被空套入断面几何形状与该多棱体部分断面相似的所述中心孔，从而，在多棱体部分，顶杆32具有在中心孔轴向移动的自由度，方便快速涨缩结构的设置，同时具有轴向倍中心孔约束的特点，满足通过旋钮1的转动，实现慢速涨缩的结构实现。

为了使工作状态的结构稳定，旋钮1在刀体轴向设有紧定螺钉，如图1所示的螺钉11，该紧定螺钉顶持粗镗部前端面，而形成旋钮的锁止状态，使顶杆相对转动的自由度被约束，当然，跟随刀具转动的自由度没有被约束。

图中，旋钮1通过转动副被安装在粗镗头部，为此，旋钮本身可以为常见的手轮结构，方便调整，可以在对应位置设置表尺，方便快速的调整，不需要再进行计算。

因为是手动调整，所以，尽可能的设置表尺，不需要再进行额外的计算。

较佳地，所述多棱体结构与所述中心孔间隙配合，既满足快速涨缩的需要，又满足调整精度的需要。

近年来出现的自动涨缩组合刀具，采用精镗刀浮动的方式加工，容易产生震动纹，为此，配置导向块以减少浮动镗刀所产生的震动纹，不过导向块易磨损，造成刀具支撑力不够，直接影响加工效率和加工精度。

导向块8的除了工作磨损，还体现在快速退刀中的加速磨损，为此，一种较佳的选择是，所述刮削部的刮削头体34在周向均布有偶数个径向孔，并间隔地安装所述刮削头36，其余径向孔则用于设置导向块8，且导向块的向心端也与所述顶块5具有第一斜度的接合面接合。

导向块8材料采用弹性模量大的尼龙，通过过盈配合即导向块直径尺寸大于实际加工尺寸0.2～0.3mm来保证加工过程中所需要的支撑力。

在图2所示的结构中，径向孔有六个，导向块8和刮削头36各3个，当然，根据刮削部分的尺寸，增加导向块与刮削头的个数。

导向块8是一个概念，在图2和图1中表示了刮削块的功能部分，也就是与工件表面接触的部分，这里的导向块包含了用于安装其的导向块身，表示在图1和图2中为导向块体7，可以比较方便的更换导向块，而被是整体的报废。

在图1中，斜度为2°的滚道12在圆周上均匀分布8～16个滚柱11，个数为偶数的滚柱数量根据刀具的大小而不同，滚柱11安放在保持器31的槽中而被约束，带有刻度线的旋钮27通过螺纹与拉块16连接，然后拉块通过轴承和螺母30与保持器31相连接。保持架13通过螺钉29与保持器31固定在一起，旋转旋钮27推动通过滚柱11在滚道12上轴向移动，从而达到调整滚压尺寸的目的。旋钮27上加工有用于依靠自身变形锁紧用的槽和安装螺钉15用的沉孔和螺纹孔。调整完毕后，拧紧螺钉15，保证加工过程滚压尺寸稳定。

螺母21通过螺纹与拉钉17相连，拉钉17上有一个销孔通过直销26连接拉块16，刀体14上加工有一个长条形过孔用于穿过直销26，旋转螺母21，使拉块16紧紧靠在刀体14的侧面，同时在螺母21圆周上均布的6个滚珠19一点靠在刀体14内孔45°倒角处，另一点支撑在顶柱25上。这种结构的目的是防止大流量冷却液冲击保持架13而产生轴向位移，保证刮削和滚压尺寸工作稳定。

滚压是为了提高内孔表面硬度、耐磨性和降低表面粗糙度。滚柱被制作成三段圆锥，通过对滚柱形状和尺寸的合理设计，在挤压面积尽量增大的同时，作用在滚柱上的挤压力分布尽量合理，这样才有利于提高滚柱的寿命。

图1中，顶杆与拉钉17接合，便于整体被快速驱动。

在刀具的尾端设有辅助支撑部，该辅助支撑部为套型结构，外周面设有耐磨的尼龙块20，辅助支撑刀具，只要是退刀时起支撑作用，通过螺钉安装在刀体14上，可以有效的防止失去端部支撑的刀具退刀时刮伤工件表面，同时，该部分为刀具提供一个支撑，提高整体刚度，进而提高加工精度。

较佳的选择是，在刀具的尾端同轴线地设有一气缸22，该气缸22的推杆（如图1中的顶柱）用于驱动所述座部。图1中气缸为单作用缸，被压力弹簧18驱动复位。

做不是一个宏观的概念，构成等效丝母丝杠机构的机架，图1中的拉钉与顶杆联动，也构成一种驱动方式。

基于气缸的快速响应特性，这种结构能够快速的完成刀具的涨缩，完成退刀。

为了简化结构，气缸22装在辅助支撑部形成的内腔内。

在上述结构中，所述第一斜度大于第二斜度，滚压部没有尖锐的部分，对工件表面的负面影响小，不同于刮削刀片，刮削刀片很容易伤及工件表面。

参见说明书附图2，一种较佳的选择是所述顶块5形成所述接合部的结构为燕尾槽，以与被支撑部件的向心端连接形成燕尾槽轨道副，能够比较好的驱动所连接功能部件，并在径向形成约束。

所述第一斜度的斜率为3.0~3.4度，在满足精确调整的基础上，具有一定的自锁能力。

一个工作过程为：

刀具尾端安装有气缸22，快换管接头24和气管23，气源通过气管23进入气缸22，首先推动顶柱25向左移动，使滚珠19落下，然后推动螺母21向左移动，顶杆32也被驱动，通过以上描述可以看出，刮削和滚压尺寸变小。顶杆32向左移动，推动卡爪38（卡爪与顶块接合或者构成顶块的一部分，具有燕尾轨道体结构）向左移动，卡爪38通过第一斜度的燕尾结构使导向块体7产生径向位移，导向块体7上安装有导向块8，使导向块8在圆周直径尺寸变小。

刀具进入比加工尺寸大0.16mm～0.19mm的预置的一个导向套中，此时关闭气源，通过压力弹簧43、10、18产生的轴向力，推动刀具到初始位置。此时，靠压力弹簧43产生的轴向力作用在卡爪38上，卡爪38通过第一斜度的燕尾结构产生的径向力作用在导向套的内壁上，这种自锁结构保证径向力不通过燕尾结构使的卡爪38产生轴向位移，加工过程开始。加工完成以后，重新打开气源，刀具重复以上过程。这样的目的一是为了防止刮削刀片37和滚柱11划伤内壁，二是防止退刀时工件将导向块8切削。

Claims (10)

1.一种深孔加工刀具，包括管状的刀体和与刀体一起组配形成加工功能部的的粗镗部、刮削部及滚压部，其中：

刮削部的刮削头被安装在形成于刮削头体上的径向孔内，该刮削头的向心端与位于刮削部轴向心孔内具有第一斜度的接合部的顶块的接合部接合；

滚压部的保持架为刀体轴向的可调部件，在这个方向上，滚子被保持架约束在具有第二斜度的滚道支撑部上；

一位于所述刀体内的顶杆被设置，且连接所述保持架；

其特征在于，所述顶杆与所述顶块螺纹配合，形成顶块游动的螺纹副；

顶杆被一座部支撑，并在刀具头端设有驱动顶杆转动的原动件；

其中，座部在刀体轴向移动的自由度在刀体轴向一端被约束，另一端被复位装置约束。

2.根据权利要求1所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述原动件为一带有中心孔的旋钮，相应地，所述顶杆的刀具头端为多棱体结构，被空套入断面几何形状与该多棱体部分断面相似的所述中心孔；

旋钮在刀体轴向设有紧定螺钉，该紧定螺钉顶持粗镗部前端面，而形成旋钮的锁止状态。

3.根据权利要求2所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述多棱体结构与所述中心孔间隙配合。

4.根据权利要求1所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述刮削部的刮削头体在周向均布有偶数个径向孔，并间隔地安装所述刮削头，其余径向孔则用于设置导向块，且导向块的向心端也与所述顶块具有第一斜度的接合面接合。

5.根据权利要求1或4所述的深孔加工刀具，其特征在于，在刀具的尾端设有辅助支撑部，该辅助支撑部为套型结构，外周面设有耐磨的尼龙块。

6.根据权利要求1所述的深孔加工刀具，其特征在于，在刀具的尾端同轴线地设有一气缸，该气缸的推杆用于驱动所述座部。

7.根据权利要求1所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述第一斜度大于第二斜度。

8.根据权利要求1或7所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述顶块形成所述接合部的结构为燕尾槽，以与被支撑部件的向心端连接形成燕尾槽轨道副。

9.根据权利要求8所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述第一斜度的斜率为3.0~3.4度。

10.根据权利要求1所述的深孔加工刀具，其特征在于，所述保持架经由一与保持架螺纹连接的用于调整滚子在刀具轴向位置的拉块与所述顶杆连接。

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