CN107649697A - 超精密镗削刀座及其调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明题为“超精密镗削刀座及其调节装置”。本发明公开了超精密镗削刀座和调节装置。所述镗削刀座包括凸轮、通过倾斜部分与所述凸轮接触的凸轮从动件以及抵靠所述凸轮从动件施加偏置力的弹簧布置结构。所述调节装置包括附连到环形套管的带刻度的刻度盘，所述环形套管具有与所述镗削刀座接合的六边形端部。所述镗削刀座的刻度盘通过所述调节装置以约3.6°的增量旋转，这使得所述凸轮沿X方向移动约0.005mm，并使得所述凸轮从动件沿Y方向移动约0.001mm，由此选择性地调节安装在所述凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。

Description

超精密镗削刀座及其调节装置

技术领域

本发明整体涉及用于在零件上镗削超精密盲孔和通孔的镗削工具。更具体地，本发明涉及超精密镗削刀座和调节装置，该调节装置用于对切削刀片的切削刃进行达约0.001mm(1μm)的半径调节。

背景技术

如今，市场上存在多种类型的精密镗头或高精度镗削刀座。每种都具有用于对切削刃进行调节的机构。存在不同类型的机构，如例如美国专利4,786,217、5,316,417、5,326,198、8,028,435和美国公开申请2013/0071193中所述。如下所述，每种机构都具有其积极和消极的方面。

美国专利4,786,217描述了一种小型机构，该机构使用很少的零件，并且是刚性机构，因为该机构使用弹性变形来产生弹簧效应，这在每次进行调节时保持零件的接触。该机构的缺点在于：

(1)可偏转零件通过弹性变形产生的力是不恒定的，因此刚度可以沿着调节范围变化。

(2)由于其形状的缘故，可偏转零件可以很快失去弹性，特别是当工具长时间在调节范围的极限下工作时。

(3)提供允许对所做调节进行读数的刻度非常小，很难查看，因此，除非使用如比较器这类辅助测量仪器，否则调节不可靠。

(4)如果操作员将调节螺钉过度拧松，则该调节螺钉可能与基座主体失去接合。

美国专利5,316,417和5,326,198描述了一种精密机构，该机构无需任何额外的仪器来确保所做调节。然而，这些机构复杂、使用的零件多，因此价格更昂贵并且具有尺寸限制。此外，该机构的结构更易于在各零件之间存在间隙，这导致第一个加工孔的预期直径和实际直径之间存在偏差。

美国专利8,028,435涉及通过提供显示加工直径的显示器来调节工具以便提高调节可靠性的电子***。该***具有以下问题：

(1)电子电路可能因接触冷却剂而发生故障。

(2)与主体接合困难，因为操作员应当确保同时与调节螺钉和电触点接触。

(3)需要用电池工作，所以必需贮存电池并有人控制电池寿命，以便保持***正常工作。

最后，美国公开申请2013/0071193描述了一种小型刀座，其具有较少的零件和刚性的机构。该机构具有以下缺点：

(1)调节过程改变导入角，所以将该机构应用于盲孔是受到限制的。

(2)分辨率仅为0.005mm(5μm)。

(3)为了使调节更可靠，必需使用量规或带有光投射装置的装置。

因此，需要提供一种解决上述消极方面的机构。

发明内容

通过提供超精密镗削刀座和调节扳手解决了以超高精度选择性调节切削刀片的机加工半径的问题。其中，通过调节扳手将镗削刀座的刻度盘转动1/100圈，使得凸轮沿X方向移动约0.005mm，并使得凸轮从动件沿Y方向移动约0.001mm，由此选择性地调节安装在凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。

在本发明的一个方面，超精密镗削刀座包括：外壳；旋转地安装在外壳内的刻度盘；具有螺纹部分的凸轮，其中旋转刻度盘使得凸轮直线移动；通过倾斜部分与凸轮接触的凸轮从动件，所述倾斜部分相对于平行于X轴的平面成一角度倾斜；和抵靠凸轮从动件施加偏置力的弹簧布置结构。沿顺时针方向旋转刻度盘使得凸轮沿第一X方向移动，并使得凸轮从动件沿第一Y方向移动。沿逆时针方向旋转刻度盘使得凸轮沿第二相反X方向移动，并且凸轮从动件由于弹簧布置结构抵靠凸轮从动件施加的偏置力而沿第二相反Y方向移动。凸轮从动件沿第一Y方向和第二Y方向的移动选择性地调节安装在凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。

在本发明的另一个方面，调节扳手使得镗削刀座的刻度盘旋转，如上述段落所述。

在本发明的又一个方面，结合了超精密镗削刀座和调节扳手，其中通过调节扳手将镗削刀座的刻度盘转动1/100圈使得凸轮沿X方向移动约0.005mm，并使得凸轮从动件沿Y方向移动约0.001mm，由此选择性地调节安装在凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施方案，但是示出的具体实施方案不应被解释为限制权利要求。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。

图1为根据本发明的实施方案的超精密镗削刀座的前视图；

图2为图1的超精密镗削刀座的侧视图；

图3为沿着图1的线3-3截取的超精密镗削刀座的剖视图；

图4A为沿着图2的线4-4截取的超精密镗削刀座的剖视图；

图4B为根据本发明的另选实施方案的用于弹簧布置结构的类似图4A的剖视图；

图5为沿着图4的线5-5截取的超精密镗削刀座的剖视图；

图6为沿着图4的线6-6截取的超精密镗削刀座的剖视图；

图7为根据本发明的实施方案的调节扳手的侧视图；

图8为图7的调节扳手的端视图；

图9为沿着图7的线9-9截取的调节扳手的剖视图；

图10为沿着图7的线10-10截取的调节扳手的剖视图；

图11为调节扳手的放大视图，示出了包括多个齿、多个滚珠和多个弹簧的内部布置结构(以虚线显示)；并且

图12为根据本发明的实施方案的安装在转接器上的超精密镗削刀座和与该镗削刀座相接合的调节扳手的透视图。

具体实施方式

现在参见图1至图6，根据本发明的实施方案示出了超精密镗削刀座10。通常，刀座10包含两个运动零件：凸轮12(即，驱动零件)和凸轮从动件14(即，从动零件)。在图示实施方案中，凸轮12包括平板凸轮，该平板凸轮在凸轮12和凸轮从动件14之间提供平坦的接触。弹簧布置结构17抵靠凸轮12和凸轮从动件14施加偏置力，以使凸轮12和凸轮从动件14之间保持恒定接触。在图示实施方案中，弹簧布置结构17包括串联排列的一对蝶形弹簧。一对销18为弹簧布置结构17施加预负荷。此外，销18通过保护凸轮从动件14抵靠离心力来提高安全性。

如图5所示，由于凸轮12和凸轮从动件14两者均通过相对于平行于X轴的平面28成一角度27倾斜的倾斜部分26互相接触，当凸轮12沿X1方向(即，沿着X轴)移动时，凸轮12将沿Y1方向(即，沿着Y轴)移动凸轮从动件14。在一个实施方案中，角度27在约5°和约15°之间的范围内。当凸轮12沿X2方向(即，沿着X轴与X1方向相反)移动时，一对弹簧17将沿Y2方向(即，沿着Y轴与Y1方向相反)移动凸轮从动件14。因此，凸轮从动件14沿Y方向移动，通过安装螺钉24附接到凸轮从动件14的切削刀片25将沿Y方向移动，由此引起镗削刀座10的机加工直径(或半径)变化。

刻度盘13旋转地安装在外壳11内。如图3所示，由于包括刻度盘13上螺纹和凸轮12上螺纹的螺纹部分29，旋转刻度盘13使得凸轮12沿X方向(即，轴向方向)直线移动。在一个实施方案中，刻度盘13上的螺纹为左旋的并且具有约0.5mm的螺距。应该指出的是，刻度盘13不能沿X方向移动，因为一对螺钉19阻止了此类不需要的移动。当操作员沿顺时针方向(如图1所观察)旋转刻度盘13时，刻度盘13沿X1方向移动凸轮12。反之，当操作员沿逆时针方向(如图1所观察)旋转刻度盘13时，刻度盘13沿X2方向(与X1方向反向)移动凸轮12。凸轮12沿X方向的移动与螺纹部分29的螺纹的螺距成比例。在一个实施方案中，例如，刻度盘13旋转一整圈对应于凸轮12轴向移动约0.5mm；刻度盘13旋转半圈对应于凸轮12轴向移动约0.25mm，以此类推。由于刻度盘13的旋转和凸轮12的直线移动之间的精确移动是非常理想的，因此偏置构件16(诸如弹簧)等抵靠凸轮12施加偏置力，以消除凸轮12和刻度盘13之间的任何间隙。在一个实施方案中，偏置构件16包括螺旋弹簧。

当凸轮从动件14沿Y1方向移动时，凸轮从动件14使得一对弹簧17压缩。由于销18相对外壳11保持静止，弹簧17中的负载将增加，从而迫使凸轮从动件14移动返回Y2方向。该移动期间，弹簧17不能沿X方向进行轴向移动；否则，弹簧17将无法正确加载。如图4A所示，保持销20被提供用于阻止弹簧17沿X方向进行此类轴向移动。

图4B示出了弹簧布置结构17的另选实施方案，其中一个弹簧17位于刻度盘13的一侧上，并且另一个弹簧17位于刻度盘13的相对侧上。在该实施方案中，由于凸轮从动件14阻止弹簧17沿X方向轴向移动，因此可不安装止动销20。

当刻度盘13逆时针(如图1所观察)旋转时，凸轮12沿X2方向(与X1方向相反)移动，由此使得凸轮从动件14由于弹簧17抵靠凸轮从动件14施加的力而沿Y2方向(与Y1方向相反)移动。

最后，安装螺钉21被提供用于将镗削刀座10安装到任何所需的转接器100(图12)。

如上所述，凸轮12和凸轮从动件14之间的倾斜部分26具有介于约5°和约15°之间的角度27。在一个实施方案中，例如，倾斜部分26具有约11.31度的角度27。在该实施方案中，凸轮12沿X方向移动Δx使得凸轮从动件14沿Y方向移动Δy/5，即凸轮12沿X方向移动约0.5mm将使得凸轮从动件14沿Y方向移动约0.1mm。

如上所述，旋转刻度盘13使得凸轮12按比例直线移动。该直线移动与螺纹部分29的螺纹的螺距成比例。根据该比例，刻度盘13每转动1/100圈(即，约3.60°)将使得凸轮12沿X方向移动约0.005mm，并使得凸轮从动件14沿Y方向移动约0.001mm。类似地，如果刻度盘13转动1/20圈(即，约18°)，凸轮12将沿X方向移动约0.025mm，由此使得凸轮从动件14沿Y方向移动约0.005mm。

然而，操作员很难将表盘13旋转约18°。为了帮助操作员将凸轮从动件14移动约0.005mm，可在外壳11上标刻彼此间隔约18°的线29，并标刻数字30以便于以10°的增量读取刻度盘13的度数。此外，刻度盘13包括标志31，以提供刻度盘13的旋转量的指示。如图1所示，标志31指示刻度盘13旋转至约16的读数。

然而实际上，相同的逻辑并不适用于通过标刻间隔约为3.6°的线29来使凸轮从动件14沿Y方向移动约0.001mm，因为人眼将难以辨认线29。

现在参见图7至图11，根据本发明的实施方案示出调节装置50，其使镗削刀座10的刻度盘13可以约3.6°的增量旋转(即，刻度盘13转动1/100圈，凸轮12沿X方向移动约0.005mm，并且凸轮从动件14沿Y方向移动约0.001mm)。

如图12所示，操作期间，操作员可用一只手通过柄部53握住调节装置50，并且接合镗削刀座10的刻度盘13。通过具有环形套管52的调节装置50来实现与镗削刀座10的接合，所述环形套管具有与镗削刀座10的刻度盘13上的六边形凹陷部32(图1)接合的六边形端部59。只有调节装置50和镗削刀座10之间的接合不存在间隙时，镗削刀座10上的刻度盘13才可能实现所需的旋转精度。因此，调节装置50上的六边形端部59略大于镗削刀座10的刻度盘13上的六边形凹陷部32，并且具有狭槽64以使六边形端部59能够轻微变形并牢固地将调节装置50的六边形端部59保持在刻度盘13的六边形凹陷部32内。

将调节装置50接合在镗削刀座10的刻度盘13中之后，操作员可用一只手旋转调节装置50的带刻度的刻度盘54。带刻度的刻度盘54的旋转是不连续的；由于带刻度的刻度盘54具有一百个齿60，一百个齿与被弹簧56偏置的多个滚珠55接合，因此其只能以约3.6°的增量进行旋转。在图示实施方案中，齿60与彼此间隔约90°的四个滚珠55接合，如图11所示。滚珠55和弹簧56位于调节装置50的主体51中的孔65中。因此，当旋转带刻度的刻度盘54时，齿60抵靠弹簧56推动滚珠55。当操作员将带刻度的刻度盘54旋转3.6°时，弹簧56以操作员能够感受到的移动方式抵靠齿推动滚珠55。此外，该移动还会制造操作员能够听到的咔嗒声。此外，操作员可通过观察标刻在带刻度的刻度盘54上的标记66来查看调节情况。

带刻度的刻度盘54通过螺钉58附连到环形套管52。因此，带刻度的刻度盘54的旋转移动直接传递至环形套管和与镗削刀座10接合的六边形端部59的旋转移动。因此，当以约3.6°的增量旋转调节装置50的带刻度的刻度盘54时，镗削刀座10的刻度盘13同样以约3.6°的增量旋转，由此使切削刀片25沿Y方向(即在切削刀片25的半径上)移动约0.001mm。

如图9和图10所示，调节装置50的环形套管52(以及六边形端部59)由多条弹簧61和多个滚珠62支承。因此，环形套管52在主体51中浮动，使得可轻松实现带刻度的刻度盘54、环形套管52和六边形端部59的旋转。弹簧61通过螺纹紧固件63诸如螺钉、螺栓等保持在适当位置。

超精密镗削刀座10和调节装置50具有以下若干优点：

(1)通过将镗削刀座10和调节装置50作为单独部件提供，可大幅降低镗削刀座10的尺寸，由此显着增加镗削刀座10的可能应用的数量。

(2)通过将镗削刀座10和调节装置50作为单独部件提供，可大幅降低镗削刀座10的成本。此外，顾客只需为若干镗削刀座10购买一个调节装置50即可。

(3)通过将镗削刀座10和调节装置50作为单独部件提供，镗削刀座10和调节装置50对几何公差中的偏差不会非常敏感。

(4)镗削刀座10的调节是完全机械的，由此避免更换电池和与电池处理和更换相关联的额外成本。

(5)用于将沿X方向的移动转变为沿Y方向的移动的两个移动零件(即，凸轮12和凸轮从动件14)为平坦的倾斜表面而非圆柱形，由此增加了调节机构的刚度。

(6)镗削刀座10提供张力，这也增加了机构的刚度。其可被设计成在调节期间保持恒定的力，这有利于调节的灵敏度。

(7)镗削刀座10允许两个运动零件(即凸轮12和凸轮从动件14)之间存在较大间隙，由此避免了紧密的制造公差并且降低了镗削刀座10的成本。

(8)镗削刀座10的简易设计还使维护更加方便，从而允许快速修理镗削刀座10。此外，镗削刀座10的成本还允许顾客贮存替换镗削刀座。因此，在维修损坏的刀座期间无需停止工作。

(9)调节装置50的耐用性很高，因为其表面不会经受切片的冲击，且不会经受与镗削刀座10发生碰撞。

(10)调节切削刀片25的直径期间导入角不变，因此镗削刀座10可用于机加工盲孔。

(11)可在调节装置50中添加零环，以便使调节变得更容易。

本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。

虽然当前已描述了优选实施方案，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。

Claims (17)

1.一种超精密镗削刀座，包括：

外壳；

旋转地安装在所述外壳内的刻度盘；

具有螺纹部分的凸轮，其中旋转刻度盘使得所述凸轮直线移动；

通过倾斜部分与所述凸轮接触的凸轮从动件，所述倾斜部分相对于平行于X轴的平面成一角度倾斜；和

抵靠所述凸轮从动件施加偏置力的弹簧布置结构，

其中，沿顺时针方向旋转所述刻度盘使得所述凸轮沿第一X方向移动，并且所述凸轮从动件沿第一Y方向移动，并且

其中，沿逆时针方向旋转所述刻度盘使得所述凸轮沿第二相反X方向移动，并且所述凸轮从动件由于所述弹簧布置结构抵靠所述凸轮从动件施加的所述偏置力而沿第二相反Y方向移动，并且

其中，所述凸轮从动件沿所述第一Y方向和所述第二Y方向的移动选择性地调节安装在所述凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。

2.根据权利要求1所述的镗削刀座，其中所述倾斜部分相对于平行于所述X轴的平面具有约介于约5°和约15°之间的角度。

3.根据权利要求1所述的镗削刀座，其中所述凸轮沿所述第一X方向和所述第二X方向移动Δx分别使得所述凸轮从动件沿所述第一Y方向和所述第二Y方向移动Δy/5。

4.根据权利要求3所述的镗削刀座，其中所述凸轮沿所述第一X方向和所述第二X方向移动约0.005mm分别使得所述凸轮从动件沿所述第一Y方向和所述第二Y方向移动约0.001mm。

5.根据权利要求1所述的镗削刀座，还包括偏置构件，所述偏置构件用于抵靠所述凸轮提供偏置力以消除所述凸轮和所述刻度盘之间的任何间隙。

6.根据权利要求1所述的镗削刀座，其中所述弹簧布置结构包括一对弹簧，所述一对弹簧被保持销分隔开以防止所述一对弹簧进行此类轴向移动。

7.根据权利要求1所述的镗削刀座，其中所述弹簧布置结构包括一对弹簧，并且其中一个弹簧位于所述刻度盘的一侧上，并且另一个弹簧位于所述刻度盘的相对侧上。

8.根据权利要求1所述的镗削刀座，其中所述刻度盘包括六边形凹陷部，所述六边形凹陷部容纳调节装置的六边形端部。

9.权利要求1所述的用于使得所述镗削刀座的所述刻度盘旋转的调节装置。

10.根据权利要求9所述的调节装置，其中所述镗削刀座的所述刻度盘通过所述调节装置以约3.6°的增量旋转。

11.根据权利要求9所述的调节装置，还包括附连到具有六边形端部的环形套管的带刻度的刻度盘，使得所述带刻度的刻度盘的旋转移动直接传递至所述环形套管以及与所述镗削刀座接合的所述六边形端部的旋转移动。

12.根据权利要求11所述的调节装置，其中所述带刻度的刻度盘包括与被弹簧偏压的多个滚珠接合的多个齿。

13.根据权利要求12所述的调节装置，其中所述带刻度的刻度盘具有一百个齿，所述一百个齿与彼此间隔约90°的四个滚珠接合。

14.根据权利要求12所述的调节装置，其中所述滚珠和所述弹簧位于所述调节装置的主体中的孔中。

15.根据权利要求11所述的调节装置，其中所述环形套管由多个弹簧和多个滚珠支承，使得可轻松实现所述带刻度的刻度盘、所述环形套管和所述六边形端部的旋转。

16.根据权利要求11所述的调节装置，其中所述调节装置具有六边形端部，所述六边形端部略大于所述镗削刀座的所述刻度盘上的六边形凹陷部，并且所述六边形端部具有狭槽，以使所述六边形端部能够轻微变形并牢固地将所述调节装置的所述六边形端部保持在所述刻度盘的所述六边形凹陷部内。

17.超精密镗削刀座和调节装置的结合，其中通过所述调节装置将所述镗削刀座的刻度盘转动1/100圈使得凸轮沿X方向移动约0.005mm，并使得凸轮从动件沿Y方向移动约0.001mm，由此选择性地调节安装在所述凸轮从动件上的切削刀片的机加工半径。