技术领域
[0001] 本发明涉及用于机械加工的方法和装置。
相关背景技术
[0002] 通常，加工用来通过利用切削刀具去除材料来形成形状，该切削刀具可被旋转地驱动，且根据待被形成的形状，相对于待被加工的材料而被运动。
[0003] 利用轴向加工，即，通过成形加工和包络加工，存在两种形成所期望的形状的方法。
[0004] 在第一实例中，切削刀具的形状确定所获得的表面的形状。因此，所获得的表面具有与旋转轴线不平行的母线。
[0005] 在第二实例中，切削刀具覆盖的体积的包络线确定所加工的表面的形状。
[0006] 锪锥孔(countersinking)、锪孔(spot-facing)、锥形孔和表面精细加工为轴向成形加工的实例。通孔为轴向包络加工的实例。
[0007] 特别地，在航空学中，一些轴向加工操作必须被精密地进行。讨论的加工操作例如为：
[0008] -用来容纳固定元件的头部的锪锥孔，该锪锥孔不允许突出、或者必须处于凹陷状态中，以便不产生气动干扰(突出)；
[0009] -用来通过锥/锥摩擦容纳组装元件的锥形孔，两个元件之间的表面区域必须被正确地确保适合于该锥形孔；
[0010] -用来对于组装元件(如，螺母、铆钉头或螺钉头)形成平面邻接表面的锪孔和表面精细加工，对于该锪孔和表面精细加工，邻接质量对于组件随时间的耐久性是至关重要的。
[0011] 因此，在这些非限制性的实例中，所实施的加工必须确保所制造的形状的尺寸的和几何形状一致性。
[0012] 图7A示出了对于常规的锪锥孔，力曲线随时间的变化。力的增加是以下事实的结果：锪锥孔(圆锥体)越深，被去除的材料的量越大以用于相同轴向的运动。操作的最后看到，由于刀具停止向前运动，以便进行表面的珩磨(平滑化)，故力保持恒定(或几乎恒定)，然后，移开刀具，力停止。
[0013] 在公布WO2008/000935A1、DE 10 2005 002 462 B4、US 7 510 024 B2、FR2 907695、US2007/209813和FR 2 952 563中公开了振动钻孔装置。
[0014] 振动钻孔由于其特别具有促进排出碎屑的优点，故已被发展。
[0015] 图7B示出锪锥孔的实例中的力曲线的变化，在图7B中可看到，甚至在珩磨阶段中出现的振动分量被加入到初始力中。
[0016] 到目前为止，振动钻孔的利用仍保持局限于轴向包络加工，特别是用于制造孔。这是因为，在轴向成形加工的情况下，轴向振动在所加工的表面上形成波动，该波动并不总是确保所需的尺寸公差和几何公差。
[0017] 尤其为了能够进行成形加工操作，同时在操作结束时具有符合所期望的尺寸要求和几何要求的表面，需要进一步改善振动辅助的加工装置。
具体实施方式
[0053] 根据图1至图4，现将描述用于实施本发明的装置的实施例，其中，在方法的上述步骤b)中停用振动。例如，这些装置为具有集成的振动系统的自动钻孔装置(UPA)。
[0054] 下面的描述主要涉及确保断开的部件、确保向前运动和轴向振动的生成的部件，本身例如从FR 2 952 563中已知的。
[0055] 在图1和图2中所示的加工装置100包括被滑动地连接至驱动小齿轮2的轴3，该驱动小齿轮2以示意的和局部的方式单独示于图1A中，该驱动小齿轮2驱动轴3以本身已知的方式围绕轴线X旋转。
[0056] 轴3与驱动其平移的行进小齿轮(未示出)螺旋连接。
[0057] 这两种运动的组合产生与轴3连接的刀具(未示出)的切削速度和行进速度。
[0058] 驱动小齿轮2通过引导滚动装置8以滑动方式被可枢转地连接至框架1。
[0059] 在该实施例中，通过波纹状环6、光滑环7和滚动构件(如，利用保持架65被保持在适当位置中的辊64)构成用于产生轴向振动的振动系统。
[0060] 如在申请FR 2 952 563中所描述的，波纹状环6和光滑环7之间的相对速度产生振动。
[0061] 波纹状环6通过滚动构件61(如，球)可枢转地连接至驱动小齿轮2。
[0062] 光滑环7被固定在框架1上。
[0063] 在图1B中单独示出的凸轮9通过被接合在轴3的轴向凹槽中的立柱92被滑动地连接至轴3。
[0064] 凸轮9包括大体上是螺旋形的孔91，驱动小齿轮2包括轴向凹槽94，该轴向凹槽94具有相对于旋转轴线垂直的轴线，且具有圆形的横截面。
[0065] 连接构件(如，邻接球62)被接合在孔91中和驱动小齿轮2的凹槽94中；孔91和驱动小齿轮2的凹槽94的宽度大体上相当于邻接球62的直径，因此，该邻接球62与小齿轮2和凸轮9环形线性连接。
[0066] 在凸轮9的上部位置中，如图1C所示，球62被凸轮9和凹槽94强制挤压抵靠在波纹状环6上。
[0067] 例如通过如图所示的辊式挡块51构成的可移动挡块5以滑动的方式可枢转地连接至凸轮9。
[0068] 固定挡块4例如以可调节的方式被固定在轴3上。
[0069] 弹性复位构件10倾向于使凸轮9运动远离驱动小齿轮2，例如，如图所示该弹性复位构件10被插入在凸轮9的立柱92下方所限定的肩部和小齿轮2的上端之间。
[0070] 操作阶段a/
[0071] 在这个操作阶段期间，如图1所示，弹性复位构件10将凸轮9保持在上部位置中。
[0072] 在这个上部位置中，如图1C所示，通过凹槽94和孔91的轮廓的组合，凸轮9将邻接球62置于联接位置中，在该联接位置处，邻接球62通过邻接效应固定地将波纹状环6与驱动小齿轮2连接。
[0073] 以这种方式构成的驱动小齿轮2和波纹状环6之间的完全连接使驱动小齿轮2围绕轴线X的旋转速度被传递至波纹状环6。
[0074] 振动系统的波纹状环6相对于光滑环7的相对速度产生沿着轴线X的轴向振动。
[0075] 这些轴向振动通过驱动小齿轮2然后行进小齿轮(未示出)被传递至轴3。
[0076] 因此，在这个阶段，轴向加工受到被叠加在轴3的恒定的向前运动上的轴向振动的影响。
[0077] 操作阶段b/
[0078] 在轴向加工行程结束时，被固定连接至轴3的固定挡块4将首先使可运动挡块5沿着轴线X平移。
[0079] 如图1D所示，可运动挡块5的运动伴随有凸轮9的平移，凸轮9的平移使邻接球62运动到断开位置中，这释放波纹状环6。这个环不再被固定地旋转连接至驱动小齿轮2，而是自由运动。
[0080] 振动系统的内部摩擦导致波纹状环6停止旋转。波纹状环6和光滑环7不再有任何相对速度。
[0081] 轴向振动的生成被停止，尽管如此，轴3能够继续行进。
[0082] 在阶段b)期间，轴向加工仅受到轴3的恒定的向前运动的影响。该轴向加工变成了常规的轴向加工操作，直到其在行程结束时停止。
[0083] 阶段c/
[0084] 如图2所示，在轴向加工行程结束时，被固定连接至轴3的固定挡块4使可运动挡块5与框架1接触。
[0085] 可运动挡块5和框架1之间的接触使轴3停止平移。
[0086] 阻止轴3的平移引起释放运动。
[0087] 当向后运动时，轴3和固定挡块4释放可运动挡块5。
[0088] 由于弹性复位构件10，可运动挡块5的释放使系统返回至起始位置。
[0089] 根据图3和图4，现将描述装置100的制造变型。在这些附图中，对于与关于图1和图2的先前描述相同或相似的构成元件，保持附图标记。
[0090] 正如在上文的实施例中，轴3滑动地连接至驱动其旋转的驱动小齿轮2，并且，轴3以螺旋的方式连接至驱动其平移的行进小齿轮(未示出)。
[0091] 这两种运动的组合分别产生与轴3连接的刀具(未示出)的切削速度和行进速度。
[0092] 驱动小齿轮2通过引导滚动装置以枢转方式滑动连接至框架1，该引导滚动装置包括环81和滚动构件83(如，球)。
[0093] 在所考虑的实施例中，通过波纹状环6、光滑环7和滚动构件构成用于产生轴向振动的振动系统，该滚动构件利用保持架65被固定在适当位置中，在该情况下，该滚动构件是如在以上实施例中的辊64。
[0094] 波纹状环6和光滑环7之间的相对速度产生轴向振动。
[0095] 波纹状环6相对于驱动小齿轮2是固定的，且随驱动小齿轮2旋转。
[0096] 光滑环7通过滚动构件84(如，球)和具有斜面88的外环82，可枢转地连接至框架1。
[0097] 凸轮9被滑动连接至轴3，且构成用于滚动构件83和滚动构件84的内环。
[0098] 在所示的实施例中，可运动挡块5由辊式挡块51构成，该辊式挡块51沿着轴线被滑动连接至凸轮9。
[0099] 弹性复位构件10通过将其本身轴向地插入在凸轮9的肩部95和驱动小齿轮2之间而倾向于使凸轮9运动远离驱动小齿轮2。
[0100] 滚动构件83在构成用于滚动构件83的内环的凸轮9和具有斜面89的外环81之间旋转，该斜面89相对于外环82的斜面88大体上以直角设置。
[0101] 操作阶段a/
[0102] 弹性复位构件10将凸轮9保持在上部位置中。
[0103] 如图3所示，凸轮9具有下部分97，该下部分97的用于滚动构件84的内环直径允许确保外环81和外环82之间的接触。
[0104] 外环81和外环82之间的这种接触使平滑环7固定连接至框架1。
[0105] 以这种方式构成的框架1和平滑环7之间的完全连接使平滑环7停止旋转。
[0106] 波纹状环6相对于光滑环7的相对速度允许产生轴向振动，这些轴向振动通过驱动小齿轮2然后通过行进小齿轮(未示出)被传递至轴3。
[0107] 因此，在这个阶段，轴向加工受到被叠加在轴3的恒定的向前运动上的轴向振动的影响。
[0108] 操作阶段b/
[0109] 在轴向加工行程结束时，被固定连接至轴3的固定挡块4首先使可运动挡块5平移，在附图中，该平移使凸轮9向下运动。
[0110] 凸轮9的平移使滚动构件84在凸轮9的上部分96上滚动，上部分96的直径大于下部分97的直径。
[0111] 滚动构件84抵靠斜面88和斜面89的径向运动使外环81和外环82旋转地分离。光滑环7不再被固定连接至框架1，而是自由运动。
[0112] 振动系统的内部摩擦使光滑环7被旋转地驱动。
[0113] 波纹状环6和光滑环7不再有任何相对速度。
[0114] 轴向振动的生成被停止，轴3继续向前运动。因此，在这个阶段期间，轴向加工仅受到轴3的恒定的向前运动的影响。该轴向加工变成了常规的轴向加工操作，直到其在行程结束时停止。
[0115] 阶段c/
[0116] 在轴向加工行程结束时，被固定连接至轴3的固定挡块4使可运动挡块5与框架1接触，可运动挡块5与框架1的接触使轴3停止平移，并且将引起释放运动。
[0117] 当向后运动时，轴3和固定挡块4释放可运动挡块5，由于弹性复位构件10，可运动挡块5的释放使系统返回至起始位置。
[0118] 根据图5和图6，现将描述轴向振动被钝化的制造变型。
[0119] 在这些附图中所示的装置200被整合在用于数控机器的刀架中，且被用来在同一周期期间进行钻孔/锪锥孔操作。
[0120] 装置200包括被完全连接至机器的轴的配件202和滑动连接至配件202的导向件203。
[0121] 弹性阻尼构件207允许在导向件203上形成预紧力，在钻孔/锪锥孔操作期间，该预紧力朝向向前运动的方向且大于刀具208的推力。
[0122] 轴杆204被滑动连接至导向件203。
[0123] 装置200包括振动系统206，该振动系统206包括波纹状环260、滚动构件261、固定光滑环262和针式挡块263，当在波纹状环260和光滑环262之间存在相对旋转运动时，该振动系统206允许在导向件203和轴杆204之间产生轴向振动。
[0124] 刀具208可以以可被拆卸的方式被完全连接至轴杆204。
[0125] 装置200还包括以滑动方式被可枢转地连接至配件202的护套201。
[0126] 就旋转来说，护套201(通过未示出的部件)被保持固定在机器的框架(未示出)上，但可轴向地运动。
[0127] 光滑环262被完全连接至护套201。这种护套201设置在其具有挡块部件(如，三脚架205)的远端，该挡块部件以可调节方式被完全连接至护套201；三脚架205的轴向位置被调整，使得在锪锥孔操作结束时，三脚架205的正面对应刀具208的轴向位置。
[0128] 操作阶段a/
[0129] 轴的旋转引起配件202、依次是导向件203、轴杆204和刀具208的旋转。
[0130] 波纹状环260和固定环262之间的相对旋转速度引起轴向振动，该轴向振动被传递至导向件203和刀具208。
[0131] 轴的向前运动以整体的方式使装置200的所有构成部件平移。
[0132] 在与切削运动(旋转)相关联的状态中，轴的向前运动(恒定的)和由振动系统206产生的轴向振动在待被钻孔/锪锥孔的材料M中引起能够符合轴向加工的组合运动。
[0133] 操作阶段b/
[0134] 在轴向加工周期结束时，材料M与三脚架205接触。
[0135] 由于三脚架205通过护套201被完全连接至光滑环262，故与材料M的接触使轴杆204和刀具208停止平移。
[0136] 由振动系统206产生的振动被完整地重新传递至弹性阻尼构件207和轴的恒定的向前运动。
[0137] 因此，刀具208继续旋转，而不行进。刀具208在材料M中的很少的旋转转数使表面被“珩磨”，即，允许在周期结束时获得与轴向成形加工(锪锥孔)相符的表面。
[0138] 阶段c/
[0139] 数控机器被程序控制，以便进行被弹性阻尼构件207吸收的轻微的超程；然后返回至后面，至释放位置。
[0140] 当向后运动时，材料M和三脚架205之间的接触的解除允许弹性阻尼构件207使装置200返回至其初始配置中。
[0141] 当然，本发明不局限于所示的实施例。
[0142] 例如，振动系统可以以除了通过在光滑环和波纹状环之间的旋转滚动构件之外的方式而形成。
[0143] 以此方式，在未示出的变型中，如在申请WO2008/000935中所描述的，滚动构件在两个其偏移量可被调整的波纹状表面之间旋转；偏移量根据向前运动而被控制，以便在预定的向前运动结束时停用振动系统。
[0144] 在其他变型中，振动系统是电动机械的、气动的、液压的、压电的，等等。
[0145] 尽管本发明优选被用于轴向成形加工，但本发明可有利地用于车削。
[0146] 术语“包括”必须被理解成与“包括至少一个”同义。
