用于磨削岩石钻头上球齿的磨削工具、磨削轴套、磨削主轴以及在磨削主轴上安装磨削轴套的方法.pdf

发明的详细描述

如下将结合图1A-1J描述根据本发明的用于磨削岩石钻头上球齿
的磨削工具10。该工具包括一个磨削主轴11、一个转头或冲洗头12、
一个减震装置13、一个安装装置或弹簧3以及一个磨削轴套15。

磨削主轴11的上端部用来可旋转地安装在一个未示出的并为
EP-B-734306专利所述类型的磨头上，该专利的内容将在本说明书中
进行参考。该磨头由此可与一例如为电动机的动力源相连，并能垂直
地即向下和向上移动位置。该磨头包括一个静止的外壳。上述磨削主
轴11可通过在磨削主轴纵向上沿轴向间隔放置的滚柱轴承而在主轴
箱的一个孔内枢轴旋转。该磨削主轴从外壳伸出的端部支承着一个冲
洗头12。该冲洗头12设有一个或几个开口，用来接纳一个软管，其
用来引导从一个合适的介质源输出的介质。将这些软管连接至介质源
可以防止在磨削主轴11旋转时冲洗头的一部分也发生旋转。冲洗头12
包括两个包围着磨削主轴11的密封套管。该磨削主轴用来在磨削时
相对球齿进行摆动。磨削主轴的前端部包括一个圆柱形中心凹进部分
27，而一个中央冲洗槽28的末端部分即为该凹进部分。该凹进部分27
基本相对旋转轴20对称，并包括一个圆柱形壁29和一个底面30。凹
进部分27的直径为D4。其底面30基本为平面并与轴20垂直。一个
径向延伸的孔32穿过壁30而延伸至主轴的外壳表面31。一个轴向槽
33从上述孔中沿着壁29轴向向前延伸，直至主轴11的自由端面34。
该主轴最后可以在表面29上设有一个圆周槽，以便接纳一个O形环
进行径向减震，具体如图1J右方所述。

上述减震装置包括一个由塑料或橡胶制成的圆形垫圈13。该垫
圈具有两个平行面式的侧面以及一个中心孔。弹簧14，主要显示在图
1G-1I，是一个螺旋弹簧，并由约为1mm的紧密绕制并且最好为不锈
钢的金属丝制成。该弹簧14在所述实施例中大约为4.5向左旋转的圈
数，其两端35、36具有不同的外形。其中一端35放置在一个由弹簧
形成的虚构圆柱形管内，而另一端36突出在该管的外部并与轴20垂
直。从所述端36看去，弹簧被沿着与主轴在磨削时的旋转方向R相
反的方向绕制。该弹簧的内部直径为D5，比如为11mm，其外部直径
为D6。

根据本发明的磨削轴套15主要参见图1D-1F，包括一个杆部16、
磨损部分17、以及连接杆部16和磨损部分17的第一中间部分18和
第二中间部分19。所有这些部分16-19都是圆柱形而没有传动槽，并
且都具有一个基本类似的轴向延伸部。杆部16和中间部分18、19最
好制成单件式部件。杆部16具有一个圆柱形柄面37，该柄面37最好
经过一个进入斜面而连接至平坦的后表面23，该后表面23基本垂直
于轴20而一个最好在中心的冲洗槽24的末端即为该背面23。磨损部
分17最好以直接烧结或通过锥面进行铜焊等合适的方式与第一中间
部分18相连，这样就为焊接方法提供了方便。在本发明的范围内，
同样可能使磨损部分17和第一中间部分18制成单件式部件。磨削轴
套15相对其纵向中心轴或旋转轴20对称旋转，因此该轴套可用作顺
时针方向和逆时针方向的磨削。杆部16的直径为D1，第二中间部分
19的直径为D2，第一中间部分18和磨损部分17的直径为D3。这些
直径满足如下条件：D2＜D1＜D3。或者D3可以小于D2。在杆部16
和第二中间部分19之间的过渡部分形成有一个肩部21。该肩部21为
平面并且基本垂直于轴20。当球齿具有弹道式自由端时，磨损部分15
的前端具有一个弹道式部位形状的凹进部分22。然而，如果球齿具有
锥形或球形自由端时，上述凹进部分自然具有相应的形状。该凹进部
分22用来与被磨削的球齿自由端接合并且配合。球齿通常由硬质合
金制成，因此凹进部分22为一种磨料，最好是金刚石的结合混合料。
如果磨损部分15与第一中间部分18为单件式部件，即如果磨损部分
坯件由钢制成，那么适于利用电镀或其它合适方式在磨损部分坯件上
涂敷一层金刚石。磨损部分15具有两个轴向延伸、与轴20平行但间
隔放置的冲洗槽25、26。每个冲洗槽25、26从磨损部分的后侧沿轴
向向前延伸，延伸末端至少在上述凹进部分22内。冲洗槽25、26的
末端最好在沿径向位于凹进部分22外部的一个部位上。每个冲洗槽
25、26具有矩形的基本形状，其短的两边基本平行于中央轴20，而
长的两边相互平行。一个长边的延长虚线并不与相对立的槽相交。冲
洗槽的径向内部或短边26与中心轴沿径向相隔。通过磨削轴套的这
种设计，球齿能被磨削成不在其顶部留下一个瘤或突起，这样就使球
齿在钻孔过程中减少了过早折断的危险。另外，因为槽25、26在磨
削过程不会被磨削残屑所阻塞，所以能够获得持续流动的冲洗介质。

上述磨削工具10以如下方式作用，主要参见图1J，其中应当理
解磨削主轴11和转头12已经彼此组装在一起并与磨头相互组装在一
起。垫圈13被推进主轴的凹进部分27内，以便能使其一个侧面紧靠
住凹进部分的底面30。随后弹簧14被推进凹进部分内，以便首先使
弹簧的端部35进入，接着是弹簧另一端36被沿着径向弹性向内推动
从而进入槽33内。该槽引导端部36，以便在弹簧被进一步进入上述
凹进部分时使其能弹回孔32内。通过端部36和孔32的相互配合，
垫圈和弹簧都能被固定而不会从凹进部分中掉出。弹簧的外部直径D6
适于略小于凹进部分27的直径D4。随后磨削轴套与轴20对齐，以
便使直径例如为11.5mm的杆部16能朝着弹簧14插入。大约在杆部
自由端紧靠弹簧轴向前部的同时，轴套的第二中间部分19也接合住
凹进部分的壁29。即直径D1大约等于直径D4以便实现滑动配合。
通过进一步向内推动磨削轴套，杆部将进入弹簧，由于直径D2和D5
之间约相差0.5mm，弹簧适合于杆部的直径，因此磨削轴套能被推进
凹进部分，直至轴套的端面23紧靠住底面30。在该位置时在端面34
和磨削轴套之间经常有一间隙，这样震动能在垫圈内耗尽。为了进一
步方便安装以及减小弹簧上的张力，在杆部插入弹簧期间，使轴套旋
转一定角度或者旋转至少半圈。该轴套随后以绕制弹簧的相反方向旋
转，以便增加弹簧的直径D5，使插入变得容易。如果轴套以绕制弹
簧的同一方向旋转，弹簧将会挤压杆部，从而不能完成插入操作。这
个现象完全依靠于弹簧的自由端以及被固定得不能旋转的另一端，这
样弹簧和杆部之间的摩擦会根据旋转方向增大或减小。这个现象随后
能在磨削过程中用来驱动磨削轴套。弹簧的绕制决定了工具以哪个方
向驱动磨削轴套。尽管实施例显示一个左旋的螺旋弹簧。而右旋的螺
旋弹簧同样经常使用。通过将弹簧的轴向前端36沿轴向固定在孔32
内，弹簧的塑性变形在一松开轴套时即被抵消，这是由于弹簧的螺纹
圈在完全收回时相互抵靠而不会转动磨削轴套，因此不能增大螺距。
磨削轴套随后相对需被磨削的球齿而被调整到一个合适的位置处，即
图1C中磨损部分17与球齿38相接合的位置处。磨削轴套15随后以
工作方向R旋转，以便进行磨削球齿的操作。在杆部16和弹簧之间
的摩擦由于主轴的加速而增加。在冲洗磨削工具期间，因为弹簧将在
凹进部分27内发生一些倾斜由此楔牢杆部，所以轴套10尽管缺少球
齿的轴向支承仍不会发生脱离。在利用浸透有油或肥皂的弹簧所进行
的实验中，轴套在没有上述相对运动的帮助下一直不能变得松动。磨
削轴套能用一个人员进行安装和拆卸。

在松动磨削轴套时，除了轴套以安装方向的相同方向相对旋转
外，拆卸程序基本相反。弹簧和垫圈将保持在凹进部分内，直至它们
磨损到必须更换。

图2A-2E示出根据本发明的磨削工具10’的一替代实施例，其
中具有根据上述实施例所指引的标号。该实施例与上述实施例的不同
点在于：磨削轴套15’通过轴套上的锥形配合表面、垫圈13’和磨
削主轴11’来引导。垫圈13’使得磨削岩石钻头的球齿时从磨削轴
套传递到磨削主轴的震动最小化，并实现高效密封，从而使磨料不会
进入凹进部分。

在上述实施例中张开弹簧以便接纳磨削轴套，而在随后的实施例
中弹簧是通过收缩来接纳磨削轴套的。

图3A-3E示出根据本发明的磨削工具10”的另一替代实施例。
该实施例与上述第一实施例的不同点在于：磨削轴套15”的杆部16”
包括一个用于接纳垫圈13”和磨削主轴11”突出自由端的中心凹进
部分。所述自由端或突出物支承着弹簧14”，而弹簧的轴向前端36”
径向向内，以便与主轴11”的一个孔32”相配合。该实施例主要用
于磨削较小的球齿，在此硬质合金球齿周围的空间受到邻近球齿的限
制，其中设置在轴套和主轴之间的接合可以不必考虑磨削端的尺寸。