用于鉆頭的支撐墊以及設計和制造支撐墊的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于鉆頭的支撐墊及設計和制造支撐墊的方法。深孔鉆頭支撐墊（50），其邊緣倒角（36、38、40）在連續(xù)的研磨操作中形成，使得在直通向該支撐墊（50）的外表面（34）的有角側(cè)表面中不存在間斷。制造該支撐墊（50）的方法包括產(chǎn)生虛擬引導度量，該虛擬引導度量包括：用于研磨表面環(huán)繞支撐墊坯體的彎曲行進路徑；以及沿著彎曲行進路徑的長度在多個分開的位置處與該彎曲行進路徑相交的多個控制表面，每個控制表面均限定該研磨表面的定向角。在CNC研磨機以連續(xù)的方式在相鄰的控制表面之間移動時，CNC研磨機能夠解釋虛擬引導度量，以改變研磨表面相對于支撐墊坯體的定向角。
【專利說明】用于鉆頭的支撐墊以及設計和制造支撐墊的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬物體的研磨表面輪廓。具體地，本發(fā)明涉及支撐墊的形狀和制造，該支撐墊用于旨在深孔鉆進的鉆頭，所述深孔鉆進即在金屬工件中加工這樣的孔，該孔的深度超過其直徑的4倍。
【背景技術】
[0002]典型地用非自定心的鉆頭來執(zhí)行深孔鉆孔。用于例如使用單管系統(tǒng)(STS)或噴射器系統(tǒng)技術的深孔鉆進的常規(guī)鉆頭由不對稱放置的切削刀片制成。這樣的鉆頭在它們的前端處包括外切削刀片、內(nèi)切削刀片和中間切削刀片。內(nèi)外切削刀片被定位成與第一切屑進口相鄰，并且中間切削刀片被定位成與第二切屑進口相鄰，該第二切屑進口在直徑上與第一切屑進口相對置。
[0003]一對支撐墊(也稱為引導墊)在其前端處被安裝在鉆頭的外周上。每個支撐墊均呈現(xiàn)徑向突出表面。這些突出表面旨在緊靠由外切削刀片產(chǎn)生的孔壁。支撐墊連同外切削刀片一起提供三點接觸，以使鉆頭在孔中定中心。因此，可以使支撐墊和外切削刀片環(huán)繞鉆頭的外周彼此隔開。
[0004]例如在US5，697，737、US6，602, 028和US6，682，275中公開了具有這樣的支撐墊的長孔鉆的示例。
[0005]常規(guī)支撐墊例如由諸如硬質(zhì)合金的硬質(zhì)耐磨材料形成為單獨的物體，這些物體然后例如通過釬焊或借助于螺釘被固定到鉆頭。每個支撐墊均具有大體立方形的形狀，但是其中外表面(即，徑向上背對鉆頭以接觸孔壁的表面)是凸的，即，橫跨在鉆頭的周向方向上的支撐墊的寬度畫出一凸拱。由支撐墊呈現(xiàn)的徑向突出表面可以沿著支撐墊的長度遠離鉆頭的前端逐漸變細，即，使得最大徑向突起處在支撐墊的前緣處。
[0006]倒角形成在支撐墊的邊緣處，用以提供與外表面的平滑過渡。倒角的已知缺點在于，它們交線(典型地，在支撐墊的拐角部處)會是鋒利的并且因此易于充當額外的切削表面。這會導致質(zhì)量差的孔，看起來如螺旋、肋狀部、尺寸過大和縮回時的刻劃線，并且還會減少支撐墊或鉆頭的有用的工作壽命并且在使用中會不利地影響鉆頭的表面速度。
[0007]已經(jīng)作出各種嘗試來解決該缺點。例如，可以使用金剛石銼或研具通過手工來對交點進行珩磨。然而，就其屬性而言，從一致性和可重復性的觀點來看，該方法是勞動密集的并且難以控制的。其他人已經(jīng)嘗試使用額外的常規(guī)機械研磨步驟來使交點過渡。然而，使用的額外的研磨步驟不可避免產(chǎn)生進一步的交點，因為必須存在間隙用于研磨表面的引入和引出。
[0008]US2010/0158623公開了使用錐形研磨表面的對預定研磨步驟的使用以沿著前端倒角與支撐墊的外表面之間的交點有效地提供額外的弧形倒角。然而，甚至在這種情況下，在額外的倒角與側(cè)倒角相交的地方形成進一步的交點。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]在本發(fā)明最一般的方面，本發(fā)明提供了一種深孔鉆頭支撐墊，其邊緣倒角在連續(xù)的研磨操作中形成，使得在直通向該支撐墊的外(即接觸)表面的有角側(cè)表面中不存在間斷。這點對于支撐墊的在其前側(cè)表面與其前表面之間的拐角部而言是特別有利的，因為這是摩擦力會特別高的地方。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于深孔鉆機的鉆頭的支撐墊，所述支撐墊具有:用于接觸待鉆孔的工件的外表面，所述外表面在其相對置的側(cè)邊緣之間畫出一凸拱；與所述外表面相對置的內(nèi)表面；沿著所述支撐墊的第一側(cè)在所述內(nèi)表面和外表面之間的前側(cè)表面；沿著支撐墊的與所述第一側(cè)相對置的第二側(cè)在所述內(nèi)表面和外表面之間的尾側(cè)表面；用于定位在所述鉆頭的遠端處的前表面，所述前表面在所述前側(cè)表面和尾側(cè)表面的第一端處位于所述內(nèi)表面和外表面之間；在所述前側(cè)表面和尾側(cè)表面的與所述第一端相對置的第二端處位于所述內(nèi)外表面之間的后表面；在所述外表面與所述前側(cè)表面之間的前側(cè)倒角，所述前側(cè)倒角沿著所述外表面的前側(cè)邊緣相對于所述外表面以第一角度定向；以及在所述外表面與所述前表面之間的倒角進入表面，所述倒角進入表面沿著所述外表面的前緣相對于所述外表面以第二角度定向，其中，所述前側(cè)倒角經(jīng)由前過渡區(qū)域連接所述倒角進入表面，所述前過渡區(qū)域的相對于所述外表面的定向從所述第一角度無間斷地改變至所述第二角度。間斷的缺乏可以對應于光滑的輪廓表面，且在平面表面之間無任何可觀察到的交線。因此，在摩擦力會變得集中的地方不存在鋒利的邊緣。
[0011]上文限定的支撐墊結(jié)構(gòu)可以提供多種優(yōu)勢。在不同定向的平面表面之間不存在交線減小了支撐墊上的摩擦力。這進而能夠減小鉆頭上的扭矩負載，這幫助避免振動，從而提高孔的質(zhì)量。此外，可以延長支撐墊的工作壽命，這進而增加鉆頭總體的生產(chǎn)力。
[0012]優(yōu)選地，前側(cè)倒角、前過渡區(qū)域和倒角進入表面在單個機械研磨操作中被形成。在下文中詳細地陳述能夠?qū)崿F(xiàn)這種情況的方法。與上述已知的手動珩磨技術相比，在單個操作中形成表面會是更加有效且可重復的。這可以促進支撐墊的有效的工業(yè)規(guī)模制造。
[0013]支撐墊可以包括在外表面與尾側(cè)表面之間的尾側(cè)倒角，該尾側(cè)倒角沿著外表面的尾側(cè)邊緣相對于外表面以第三角度定向，其中，倒角進入表面經(jīng)由尾過渡區(qū)域與尾側(cè)倒角連接，該尾過渡區(qū)域相對于外表面的定向從第二角度無間斷地改變至第三角度。換言之，相同的技術能夠被用在倒角進入表面與尾側(cè)倒角之間的過渡部上，如在倒角進入表面與前側(cè)倒角之間，即:倒角進入表面、尾過渡區(qū)域和尾側(cè)倒角能夠在單個機械研磨操作中形成。
[0014]實際上，需要的是具有前緣倒角、倒角進入表面和尾緣倒角。優(yōu)選地，所有的三個倒角和前過渡區(qū)域和尾過渡區(qū)域無間斷地在單個研磨步驟中形成。
[0015]第一角度可以沿著前側(cè)倒角變化。任何變化優(yōu)選地是以連續(xù)方式進行的，以避免鋒利交點(即，在有角表面中的間斷點)的形成。同樣地，第二角度可以沿著倒角進入表面變化，并且/或者第三角度可以沿著尾側(cè)倒角變化。再一次，出于相同的原因，任何變化優(yōu)選地是連續(xù)的。
[0016]在一個實施例中，凹進部可以大致居中地形成在外表面的前緣中。倒角進入表面可以因此包括對應于該凹進部的平滑地凹陷的部分。外表面的前緣的中心常常是最大摩擦力被施加所在的位置。支撐墊的退化或斷裂在該位置處是常見的。凹進部旨在使摩擦力散開，以增加支撐墊的壽命。更改外表面的前緣的幾何形狀是不利的，并且在一些情況下利用常規(guī)支撐墊制造技術是不可能的。[0017]本發(fā)明的第二方面提供用于制造如上所述的支撐墊的方法。支撐墊傳統(tǒng)上被制造成材料的鑄造還體，所述鑄造還體的最終形狀在諸如由ANCA Pty.Ltd.制造的TX7+萬能研磨機的計算機數(shù)控(CNC)研磨機中完成，其作為計算機輔助制造(CAM)過程的一部分。傳統(tǒng)上，使用計算機輔助設計(CAD)軟件包來創(chuàng)建支撐墊的幾何形狀。通常的CAM過程包括產(chǎn)生指令(例如，G-代碼)以根據(jù)支撐墊的CAD表征驅(qū)動CNC研磨機。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了由該技術引起的問題是，在CAD圖內(nèi)算術地表達環(huán)繞支撐墊坯體的前側(cè)表面和前表面的平滑輪廓的倒角表面是極端困難的。因此，對于制造期望的表面輪廓存在明顯的障礙，這是由于直至它能夠被算術地表達為止，用以驅(qū)動CNC研磨機的相關指令不能被提取。而且，明顯的是，每個特定幾何形狀均將需要單獨的數(shù)學表達式，這在制造上將是負擔。
[0018]發(fā)明人通過繞開完整的支撐墊的CAD表征構(gòu)想出了該問題的解決方案。他們意識至|J，CNC機器本身在研磨表面被提供開始和停止定向時能夠執(zhí)行研磨表面相對于支撐墊坯體的在位置上的連續(xù)變化。因此，發(fā)明人意識到，如果支撐墊幾何形狀能夠被表達為由用于研磨表面的固定定向組成的構(gòu)架，則CNC研磨機本身將會提供光滑的過渡部。事先不需要推導出這些過渡部的數(shù)學表達式。
[0019]因此，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于制造用于深孔鉆機的鉆頭的支撐墊的方法，所述方法包括:產(chǎn)生虛擬引導度量，該虛擬引導度量包括:用于限定研磨表面環(huán)繞支撐墊坯體的前側(cè)表面和前表面的行進方向的彎曲路徑，在沿著彎曲路徑長度的多個分開的離散位置處與所述路徑相交的多個控制表面，每個控制表面限定所述研磨表面在所述路徑上的每個離散位置處的定向角；以及指示計算機數(shù)控(CNC)研磨機將所述虛擬引導度量與被保持在所述CNC研磨機的工件卡具中的支撐墊坯體相關聯(lián)；根據(jù)所述虛擬引導度量，使所述CNC研磨機的研磨表面與被保持在所述工件卡具中的支撐墊坯體之間相對移動；以及在所述相對移動期間，以連續(xù)的方式改變相鄰的控制表面之間的研磨表面的定向角。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，虛擬引導度量以組合的方式提供了研磨表面相對于支撐墊坯體的移動的路徑以及研磨表面在其環(huán)繞該路徑的路程上的一組位置。在解釋虛擬引導度量時，CNC研磨機確定研磨表面在各相鄰的位置之間的移動。這一技術的特別優(yōu)勢在于，虛擬引導度量可以由一組參數(shù)限定，使得能夠僅僅通過輸入新的參數(shù)組而非產(chǎn)生完全新的形狀來產(chǎn)生不同的幾何形狀。
[0020]因此，虛擬引導度量可以包括存儲在計算機存儲器中的多個參數(shù)，所述參數(shù)限定彎曲路徑和控制表面的性質(zhì)。該方法可以包括:在產(chǎn)生虛擬引導度量之前，將參數(shù)中的一個或多個參數(shù)輸入到計算機存儲器中。例如，虛擬引導度量的彎曲路徑可以包括U形路徑，該U形路徑用于環(huán)繞支撐墊坯體的前側(cè)表面、前表面和尾表面而形成單個倒角表面。該U形路徑可以由可以第一組參數(shù)來限定，所述第一組參數(shù)例如為與旨在供使用的支撐墊坯體的對應的前拐角部的寬度、長度、半徑，尾拐角部的半徑。所述多個參數(shù)可以包括下列中的任一個或多個:主導程角，用于限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的進入表面的中心部分的定向角；主導程寬度，用于限定所述倒角沿著所述進入表面的中心部分的寬度；次導程角，用于限定所述研磨表面沿著在所述中心部分的每一側(cè)上的進入表面的定向角；次導程寬度，用于限定所述倒角沿著所述中心部的每一側(cè)上的所述進入表面的寬度；墊前側(cè)角，用于限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的定向角；墊前側(cè)角寬度，用于限定所述倒角沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的寬度；墊尾側(cè)角，用于限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的尾側(cè)表面的取向角；墊尾側(cè)角寬度，用于限定所述倒角沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的寬度；以及過渡半徑，用于限定在前緣部與進入表面部之間的所述彎曲路徑的曲率半徑。
[0021]如上所述，支撐墊坯體可以包括外表面，該外表面在其相對置的側(cè)邊緣之間畫出一凸拱。在這種情況下，彎曲路徑在其前緣處可以包括用于符合外表面的形狀的拱形部。拱形的半徑可以是虛擬引導度量的進一步的參數(shù)。如上所述，可能期望的是在外表面的前緣中提供凹進部。這能夠通過以U形路徑的形式提供適當?shù)陌枷輥硗瓿?。凹陷的深度和半徑可以是U形路徑的參數(shù)。
[0022]CNC研磨機被布置(例如編程)用以改變相鄰的控制表面之間的定向角所用的方式可以在CNC研磨機中被預先設定，或在輸入虛擬引導度量之前被單獨地編程。因此，改變研磨表面的定向角的步驟可以包括:隨著研磨表面根據(jù)連續(xù)函數(shù)Φ (x)沿著相鄰的控制表面的終端點之間的距離χ行進時，使定向角變化，其中該連續(xù)函數(shù)在每個終端點處均
【權(quán)利要求】
1.一種用于深孔鉆機的鉆頭的支撐墊，所述支撐墊具有: 外表面，所述外表面用于接觸待鉆孔的工件，且所述外表面在其相對置的側(cè)邊緣之間畫出一凸拱； 內(nèi)表面，所述內(nèi)表面與所述外表面相對置； 前側(cè)表面，所述前側(cè)表面沿著所述支撐墊的第一側(cè)處在所述內(nèi)表面和外表面之間； 尾側(cè)表面，所述尾側(cè)表面沿著所述支撐墊的與所述第一側(cè)相對置的第二側(cè)處在所述內(nèi)表面和外表面之間； 前表面，所述前表面用于定位在所述鉆頭的遠端處，且所述前表面在所述前側(cè)表面和尾側(cè)表面的第一端處位于所述內(nèi)表面和外表面之間； 后表面，所述后表面在所述前側(cè)表面和尾側(cè)表面的與所述第一端相對置的第二端處位于所述內(nèi)表面和外表面之間； 前側(cè)倒角，所述前側(cè)倒角處在所述外表面與所述前側(cè)表面之間，且所述前側(cè)倒角沿著所述外表面的前側(cè)邊緣相對于所述外表面以第一角度定向；以及 倒角進入表面，所述倒角進入表面處在所述外表面與所述前表面之間，且所述倒角進入表面沿著所述外表面的前邊緣相對于所述外表面以第二角度定向， 其特征在于: 所述前側(cè)倒角經(jīng)由前過渡區(qū)域連接所述倒角進入表面，所述前過渡區(qū)域相對于所述外表面的定向從所述第一角度無間斷地改變至所述第二角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐`墊，其中，所述前側(cè)倒角、前過渡區(qū)域和倒角進入表面在單個機器研磨操作中被形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支撐墊，包括處在所述外表面與所述尾側(cè)表面之間的尾側(cè)倒角，所述尾側(cè)倒角沿著所述外表面的尾側(cè)邊緣相對于所述外表面以第三角度定向， 其中，所述倒角進入表面經(jīng)由尾過渡區(qū)域與所述尾側(cè)倒角連接，所述尾過渡區(qū)域相對于所述外表面的定向從所述第二角度無間斷地改變至所述第三角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支撐墊，其中，所述倒角進入表面、尾過渡區(qū)域和尾側(cè)倒角在單個機器研磨操作中被形成。
5.一種用于制造用于深孔鉆機的鉆頭的支撐墊的方法，所述方法包括: 產(chǎn)生虛擬引導度量，該虛擬引導度量包括: 彎曲路徑，所述彎曲路徑用于限定研磨表面環(huán)繞支撐墊坯體的前側(cè)表面和前表面的行進方向， 多個控制表面，所述多個控制表面在沿著所述彎曲路徑的長度的多個分開的離散位置處與所述彎曲路徑相交，每個所述控制表面均限定所述研磨表面在所述路徑上的每個離散位置處的定向角；以及 指示計算機數(shù)控(CNC)研磨機將所述虛擬引導度量與被保持在所述CNC研磨機的工件卡具中的支撐墊坯體相關聯(lián)； 根據(jù)所述虛擬引導度量，使所述CNC研磨機的研磨表面與被保持在所述工件卡具中的所述支撐墊坯體之間相對移動；以及 在所述相對移動期間，以連續(xù)的方式改變相鄰的控制表面之間的所述研磨表面的定向角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述彎曲路徑包括U形路徑，所述U形路徑用于環(huán)繞所述支撐墊坯體的前側(cè)表面、前表面和尾表面形成單個倒角表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述支撐墊坯體包括外表面，所述外表面在其相對置的側(cè)邊緣之間畫出一凸拱，并且其中，所述彎曲路徑在其前緣處包括用于符合所述外表面的形狀的拱形部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項所述的方法，其中，改變所述研磨表面的定向角包括:隨著所述研磨表面根據(jù)連續(xù)函數(shù)Φ (χ)沿著相鄰的控制表面的終端點之間的距離X行進時，使所述定向角變化，其中，所述連續(xù)函數(shù)在每個終端點處均
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任一項所述的方法，其中，所述虛擬引導度量包括存儲在計算機存儲器中的多個參數(shù)，所述參數(shù)限定所述彎曲路徑和控制表面的性質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個參數(shù)包括下列中的任一個或多個: 主導程角，用于 限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的進入表面的中心部分的定向角； 主導程寬度，用于限定所述倒角沿著所述進入表面的中心部分的寬度； 次導程角，用于限制所述研磨表面沿著在所述中心部分的每一側(cè)上的進入表面的取向角； 次導程寬度，用于限定所述倒角沿著所述中心部分的每一側(cè)上的進入表面的寬度； 墊前側(cè)角，用于限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的定向角； 墊前側(cè)角寬度，用于限定所述倒角沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的寬度； 墊尾側(cè)角，用于限定所述研磨表面沿著所述支撐墊坯體的尾側(cè)表面的定向角； 墊尾側(cè)角寬度，用于限定所述倒角沿著所述支撐墊坯體的前側(cè)表面的寬度；以及 過渡半徑，用于限定前緣部與進入表面部之間的所述彎曲路徑的曲率半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，包括在產(chǎn)生所述虛擬引導度量之前，將所述參數(shù)中的一個或多個參數(shù)輸入到所述計算機存儲器中。
12.—種將表面輪廓施加到物體的方法，所述方法包括: 產(chǎn)生虛擬引導度量，該虛擬引導度量包括: 路徑，所述路徑限定研磨表面沿著所述物體的周界的行進方向； 多個控制表面，所述多個控制表面在沿著所述路徑的長度的多個分開的離散位置處與所述路徑相交，每個控制表面限定所述研磨表面在所述路徑上的每個離散位置處的定向角；以及 指示計算機數(shù)控(CNC)研磨機將所述虛擬引導度量在所述物體被保持在所述CNC研磨機的工件卡具中時與所述物體相關聯(lián)； 根據(jù)所述虛擬引導度量，使所述CNC研磨機的研磨表面與被保持在所述工件卡具中的所述物體之間相對移動；以及 在所述相對移動期間，以連續(xù)的方式改變相鄰的控制表面之間的所述研磨表面的定向角。
【文檔編號】B23B51/04GK103624301SQ201310353871
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月22日
【發(fā)明者】托尼·艾文斯, 西蒙·拉韋斯 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司