CN101898257A - 用于铣削材料的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于铣削材料的装置和方法，其中铣刀主体包括第一端部和相对的第二端部。第一端部连接到可旋转心轴，且第二端部设置有至少一个切削刃。铣刀主体限定了纵轴线，并设置有轴向凹部，其中至少一个质量元件布置在该凹部中。质量元件相对于铣刀主体的轴向位置利用被包括在装置中的调整构件来调整，用于调整装置的自然频率。质量元件通过利用被包括在装置中的锁构件而被相对于铣刀主体轴向地锁定，以便使得用于所述铣削操作的装置的自然频率最优化。

Description

用于铣削材料的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于铣削诸如钛、铝、铸件或另外的材料的材料的方法和装置，铣刀主体包括第一端部和相对的第二端部，铣刀主体在第一端部处可连接到可旋转心轴或保持器，且在第二端部处设置有至少一个切削刃或用于安装具有至少一个切削刃的至少一个铣削刀片的安装构件。铣刀主体限定了延伸通过第一端部和第二端部的纵轴线，并设置有轴向凹部和布置在凹部中的至少一个质量元件。
背景技术
在铣削中，铣削的性能在很大程度上由组装系统的组合后的自然频率来决定，该系统包括机器、安装到机器的可旋转心轴或保持器以及连接到该心轴且具有一个或多个切削刃的铣刀主体。切削刃可与铣刀主体成一体，或者铣刀主体设置有一个或多个可更换的铣削刀片，其中每个铣削刀片设置有一个或多个切削刃。细长铣刀主体，特别是当以大的突出长度安装时，往往在铣削的材料中引起差的且不规则的表面光度，这由所谓的机器振颤(chatter)引起，这可能表现为在工件的铣削表面上的波浪。
对于具体的心轴速度，即心轴的每单位时间的转数，存在临界轴向切削深度，且在切削深度大于临界轴向切削深度的情况下，引起的振动太大，以致不能执行稳定的铣削操作。如果心轴的速度改变，临界轴向切削深度将改变。因此，选择避免稳定性问题的轴向切削深度和心轴速度的组合是重要的。但是，问题是，并不总是能够改变心轴速度来避免稳定性问题，这可能是由于机器的速度控制限制和/或增加的切削速度可能引起切削区域中较高的温度，这又会导致较快的工具磨损。
在现有技术中，存在若干解决方案试图解决切削操作(例如钻孔、车削和铣削)中的颤动问题和稳定性问题。
US 5 700 116公开了一种衰减在例如铣削期间产生的振动的阻尼系统，其中安装了铣削刀片的细长的刀具主体设置有轴向孔，阻尼器质量体布置在该轴向孔中。阻尼器质量体通过弹性O型圈悬挂，且阻尼系统的调整通过改变O型圈上的压力来提供。
US 3 447 402公开了一种用于钻孔的系统，包括设置有轴向中心孔的钻孔主体，阻尼器质量体利用环形的弹性元件悬挂在轴向中心孔中，其中阻尼器质量体用来振动，以衰减该系统的振动。
US 3 774 730公开了一种设置有腔的钻孔主体，阻尼器质量体通过弹性O型圈悬挂在腔中，以允许阻尼器质量体相对于钻孔主体位移，从而衰减钻孔主体中的振动。
US 3 838 936公开了一种用于钻孔主体的阻尼器装置，包括被包含在布置于钻孔主体中的轴向孔中的阻尼器质量体，阻尼器质量体通过弹性橡胶圈悬挂，以衰减不期望的振动。衰减通过调节橡胶圈上的压力来调节。
US 5 957 016公开了一种控制切削刀具系统中的颤动的方法，其中系统的自然频率通过压电材料、电流变流体、正弦曲线形状的场和/或方波形状的信号来调节。
US 4 047 469公开了一种衰减例如铣刀中的颤动的方法，该方法通过使旋转的阻尼器质量体与切削刀具或心轴接触并连续地沿切削刀具或心轴移动阻尼器质量体以变化接触压力并因此改变系统的自然频率来抑制颤动。
US 2006/0291973公开了用以减小切削刀具中的振动的系统，其中安装了切削刀具的主体设置有轴向腔中，阻尼器质量体通过弹性圈以可移动方式悬挂在轴向腔中。
WO 2006/010093公开了一种用于衰减刀具系统中的颤动的方法，其中将校准重量附接到系统中的刀具保持器，以调节保持器的自然频率。
US 3 559 512公开了一种衰减钻孔期间的振动的系统，其中钻孔主体具有中心轴向孔，一组阻尼器质量体通过环形弹性阻尼元件悬挂在中心轴向孔。
US 3 938 626公开了一种用以衰减振动的结构，其中钻孔主体具有轴向腔，一组阻尼器质量体通过在腔中轴向延伸的杆而可移动地悬挂在轴向腔中。
US 5 170 103公开了一种用以减小切削刀具系统中的颤动的装置，其中安装在保持器上的主体设置有轴向腔，且其中布置在腔中的阻尼器质量体通过弹性元件可移动地悬挂。
然而，上述方法和装置没有提供充分灵活且有效的解决方法来有效地克服铣削中的稳定性问题和振动问题。
发明内容
发明目的
因此，本发明的目的是提供对诸如钛、铝、铸件或另外材料的材料的改进且更有效的铣削，其中避免或显著地减小了振动问题。
发明概述
本发明的上述目的通过提供所附权利要求1所限定的装置并通过提供所附权利要求13所限定的方法来实现。
如图1和详述中的附带说明所见，可通过显示了多个稳定性正弦半周(lobe)的稳定图来说明某一组装铣削系统的临界轴向切削深度，其中轴向切削深度和心轴速度的组合应在所绘曲线以下，以避免稳定性问题。在对心轴速度有限制的那些情况下，本发明的发明人发现，稳定性正弦半周的移动能提供临界轴向切削深度的增加，而不需要改变心轴速度，从而实现更有效的铣削而没有稳定性问题。还存在的优势是将稳定性正弦半周从较高的心轴速度范围向下移动到期望的心轴速度，这是因为稳定性正弦半周越高且越宽，心轴速度则越高。
因为稳定性正弦半周与最主要的自然频率或与组装系统的两个最主要的自然频率的组合一致，所以能通过系统的自然频率的移动或调节来实现稳定性正弦半周的移动。控制着结构的自然频率的是其刚度和质量。在铣刀主体中，其一端固定地安装在心轴中，而另一端是自由的，刚度概念包括铣刀主体的突出长度、铣刀主体的材料的弹性模量和铣刀主体的直径。在铣削区域中，对铣刀主体的直径、突出长度和材料及其他参数存在应用限制，它们不能较大程度地改变。因此，本发明通过以所附权利要求限定的方式在铣刀主体中移动质量分布来移动或调节自然频率。这样，实现了调节组装系统的自然频率的有效方式，以便使所述铣削操作的自然频率最优，从而使得能在铣削期间利用心轴速度和轴向切削深度的最佳组合，例如在期望的心轴速度下实现最深的可能切削深度而没有稳定性问题和颤动。因而，通过本发明，提供了对诸如钛、铝、铸件或另外材料的材料的改进且更有效的稳定铣削，其中以比现有技术更有效的方式避免了振动问题还有颤动。本发明的发明人已经进行了测试并获得了非常好的结果。
本发明不涉及通过阻尼器质量体来衰减铣削过程中引起的振动或调节这种衰减，该阻尼器质量体悬挂在铣刀主体中并被允许移动或振动，而是本发明涉及通过轴向调整和轴向锁定所述质量元件来移动或调节装置的自然频率，以使所述铣削操作的自然频率最优，从而避免振动问题。
可改变材料的不同选择的质量/重量、刚度以及质量元件的轴向延伸来使装置的自然频率的调整最优。
对于质量元件，这里参考这样的元件，即：该元件的质量相对于铣刀主体的质量使得在运行时，例如在铣削操作期间，质量元件对铣刀主体或设置有铣刀主体的装置(例如铣刀刀具)的性能有质的或相当大的影响。
铣刀主体和一个或多个切削刃可由一个并且相同的件形成，或者铣刀主体可设置有所述安装构件，所述安装构件用于安装至少一个铣削刀片，例如安装一个铣削刀片或具有一个或多个切削刃的多个铣削刀片。在现有技术中存在所述安装构件的多种适当的变体，其中多种变体在详述中可见。
根据本发明的装置的有利实施方式，凹部适合于接收两个或多个质量元件，且每个质量元件可通过所述调整构件和锁构件轴向地调整和轴向地锁定。这样，对于装置的自然频率的调整而言实现了灵活性，且能容易地获得不同的质量，以便使所述铣削操作的自然频率最优，通过这些，铣削得到进一步的提高且更有效。
根据本发明的装置的其它有利实施方式，相应的质量元件以可替换方式布置在凹部中。这进一步有助于对于装置的自然频率的调整的灵活性，这是因为质量元件能由较高或较低重量的质量元件、较硬或不太硬的材料的质量元件或具有较大或较小的轴向延伸的质量元件替换，因而铣削变得甚至更有效。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，相应的质量元件可通过被包括在装置中的用于径向锁定质量元件的锁构件而相对于铣刀主体径向地锁定，从而防止质量元件相对于铣刀主体的径向运动。通过在径向方向上锁定质量元件，发明人意识到，装置的自然频率的最优化变得甚至更有效。例如通过以下事实实现了质量元件的径向锁定，即：使质量元件的径向延伸与凹部的内截面相一致，使得质量元件接触凹部的内壁。相应的质量元件的径向锁定的其它示例参见实施方式详述。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，凹部包围轴向孔。有利地，轴向孔居中地位于铣刀主体中。轴向孔提供质量元件的轴向和径向两种有效锁定以及相应的质量元件的轴向位置的有效调整，由此实现了装置的自然频率的更有效调整，从而实现了更有效的铣削。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，轴向孔在第一端部或第二端部设置有开口，用于送入和送出相应的质量元件。这提供了由至少一个质量元件形成的质量的有效调节，从而提供了装置的自然频率的更有效调整，以及更有效的铣削。
根据本发明的装置的有利实施方式，其中凹部包围轴向孔，所述调整构件包括驱动构件和加压构件，驱动构件在轴向孔中布置在端部中的一个和质量元件之间，并适合于朝着相对的端部驱动质量元件，而加压构件适合于对轴向孔的在上述相对的端部和质量元件之间的空间加压，以便从上述相对的端部驱动质量元件。所述驱动构件可以例如为弹簧构件的形式。质量元件的轴向位置相应地通过以下事实来调节，即：加压构件改变所述空间中的压力，且所述空间中的压力能通过适当的加压介质例如气态或液态的介质来建立。通过该实施方式，能在适当的铣削操作期间在铣刀主体旋转时调节质量元件的轴向位置，这有利于装置的自然频率的调整和最优化，从而更有效地进行铣削。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，所述加压构件适合于借助液体对轴向孔加压。有利地，液体为用于冷却切削区域的冷却液体的形式，这提供协作的益处，这是因为相同的管道系统用于质量元件的调整和切削区域的冷却。用于质量元件的轴向调整的液体和冷却液体也可通过两个分离的系统来输送。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，驱动构件布置在第二端部和质量元件之间，而所述加压构件适合于对轴向孔的在质量元件和第一端部之间的空间加压。这是有利的实施方式，因为相同的管道系统用于质量元件的调整和切削区域的冷却，这有助于质量元件的有效调整。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，所述调整构件包括第一螺纹构件和第二螺纹构件，第一螺纹构件被锚固并轴向锁定在铣刀主体中，第二螺纹构件可与质量元件一起相对于铣刀主体轴向地移动。第一螺纹构件和第二螺纹构件彼此接合，且第一螺纹构件和第二螺纹构件的协作使质量元件相对于铣刀主体轴向地移动。这样，实现了质量元件的轴向位置的简单且有效的调整，相应地实现了装置的自然频率的有效最优化以及材料的有效铣削。相应的螺纹构件可为一个或多个螺纹的形式。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，其中所述调整构件包括螺纹构件，所述调整构件包括在凹部中轴向地延伸的杆，杆设置有第一螺纹构件，第一螺纹构件被可旋转地锚固在铣刀主体中，并可相对于铣刀主体轴向地旋转。根据另一有利实施方式，轴向杆为中空的，并限定出适合于接收并输送冷却液体至第二端部和/或所述安装构件来冷却切削区域的管道。这样，也实现了冷却水的有效输送。根据本发明的装置的另一有利实施方式，质量元件可通过轴向杆的旋转而轴向地移动，且所述锁构件包括锁元件，该锁元件用于在旋转方向上相对于铣刀主体锁定轴向杆，以便防止轴向杆的旋转。这样，实现了质量元件的有效轴向锁定，且防止了其相对于铣刀主体的轴向移动。根据该装置的有利实施方式，其中所述调整构件包括轴向延伸杆，所述调整构件包括导引构件，该导引构件用于在严格的轴向方向上引导相应的质量元件，以防止质量元件相对于铣刀主体的旋转，这进一步有助于相应的质量元件的有效轴向调整和轴向锁定。
根据本发明的装置的另一有利实施方式，其中所述调整构件包括螺纹构件，凹部的内壁设置有第一螺纹构件。当凹部的内壁设置有第一螺纹构件时，相应的质量元件有利地设置有第二螺纹构件，由此第一螺纹构件和第二螺纹构件也构成了所述锁构件。可选地，锁定垫圈可设置有第二螺纹构件，锁定垫圈适合于放置在端部中的一个和质量元件之间，并且布置在质量元件和相对的端部之间的驱动构件适合于朝着锁定垫圈驱动质量元件，从而轴向地锁定质量元件。
所述锁构件也可以其它的方式形成。铣刀主体的壁和质量元件可设置有适合于接收锁定销来提供质量元件的轴向锁定的协作的外围开口。质量元件还可通过完全液压锁定来锁定。
根据本发明的方法的有利实施方式，将两个或多个质量元件布置在凹部中，调整每个质量元件相对于铣刀主体的轴向位置，并且相对于铣刀主体将每个质量元件锁定在调整位置中。这样，实现了对于装置的自然频率的调整而言的灵活性，且能容易地获得不同的质量，以便使所述铣削操作的自然频率最优化，从而提高铣削并使铣削更有效。
根据本发明的方法的另一有利实施方式，将相应的质量元件可替换地布置在凹部中。这样，装置的自然频率的调整变得更灵活，因为质量元件能由具有如上提到的其它性能的质量元件替换，从而使铣削更有效。
根据本发明的方法的另一有利实施方式，方法的特征在于，通过被包括在装置中的锁构件来相对于铣刀主体径向锁定相应的质量元件，从而防止质量元件相对于铣刀主体的径向运动。通过在径向方向上锁定质量元件，发明人发现，装置的自然频率的最优化变得甚至更有效。
根据本发明的方法的另一有利实施方式，使上述至少一个质量元件形成这样的质量，且相应的质量元件的轴向位置被调整到这样的位置，即：使得对于所述铣削操作能实现装置的自然频率的最优调整。
根据本发明的方法和装置的另外优点和有利实施方式参见实施方式详述。
附图说明
现在为了示范的目的，通过实施方式并参考附图来更彻底地描述本发明，在附图中：
图1示意性示出包括包含于机床中的心轴、铣刀主体和铣削刀片的装置的稳定图，
图2以部分剖面形式示出图示根据本发明的装置的实施方式的示意图，
图3-4示出根据本发明的装置的第一实施方式的铣刀主体的示意性透视图，如从侧面和以部分地剖面看到的，
图5以部分剖面形式示出图3和图4的铣刀主体的第一端部的放大，
图6示出图3-4的铣刀主体的第一端部的示意性透视图，如从心轴看到的，
图7示出根据本发明的装置的第二实施方式的铣刀主体，如从侧面和以部分地剖面看到的，
图8示出根据本发明的装置的第三实施方式的铣刀主体，如从侧面和以部分地剖面看到的，
图9示出根据本发明的装置的第四实施方式的铣刀主体，如从侧面和以部分地剖面看到的，
图10示出图示根据本发明的方法的方面的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出了包括包含在机床中的心轴、铣刀主体和铣削刀片的装置的稳定图。该图示出了作为心轴速度的函数的最大可接受的轴向切削深度，且按以下方式来理解：如果轴向切削深度和心轴速度的组合被选择为位于曲线以下，则能避免稳定性问题，而如果组合被选择为位于曲线之上，则振动水平将以不可控制的方式逐渐升级。如图中看到的，在选得好的心轴速度和选得不好的心轴速度之间能存在大的差别，且在某些铣削操作过程中，心轴速度的较小调节能使轴向切削深度加倍。但是，问题是，并不总是能够改变心轴速度来达到期望的稳定性正弦半周102、104、106、108，这是因为装置的心轴速度的限制，或者因为增加的心轴速度和从而增加的切削速度可能导致切削区域的温度升高，这则引起较快的刀具磨损。如之前提到的，还有利的是将稳定性正弦半周102、104、106、108从较高的频率范围向下移动到期望频率，因为稳定性正弦半周越高且越宽，则频率越高。因为稳定性正弦半周与第一自然频率或组装系统的两个第一自然频率的组合一致，所以能通过装置的自然频率的移动或调节来实现稳定性正弦半周的移动。本发明人发现，根据本发明的铣刀主体的质量分布的变化是调节装置的自然频率的有效方式，且在随后的描述中，描述多个实施方式来执行这个变化。
图2示出图示根据本发明的用于铣削诸如钛、铝、铸件或另外材料的材料220的装置的实施方式的示意图。根据该实施方式，以刀具形式，更准确地说是用于去屑金属加工的铣刀形式的装置包括细长铣刀主体202，该铣刀主体202例如为钢制的，其具有第一端部204和相对的第二端部206，其中铣刀主体202在第一端部204处可安装在可旋转心轴208中，可旋转心轴208则可旋转地安装在装置的固定部分210上，因而铣刀主体202可随心轴208旋转。在第二端部206处，铣刀主体202设置有安装构件212，安装构件212用于将至少一个铣削刀片214或齿外围地安装到铣刀主体202上，铣刀主体在为此目的而设计的槽中。这里，铣削刀片214设置有两个切削刃213、215，且相应地可转位到两个不同的有效位置，但是还可只设置有一个切削刃或多于两个切削刃。实际上，切削刀片通常由硬质合金或具有大的硬度和耐磨性的另一种等同材料制成。根据本发明的实施方式，安装构件包括具有外螺纹并预期穿过铣削刀片中的中心孔且也通过与槽中的内螺纹孔啮合而被接收的常规固定螺钉。根据本发明的另一实施方式，安装构件包括用于将铣削刀片固定在槽中的夹具。
铣刀主体202限定了纵轴线x-x，随后的铣刀主体也以相应的方式限定了纵轴线x-x，该纵轴线x-x延伸通过第一端部204和第二端部206，且铣刀主体202设置有轴向孔216和质量元件218，该质量元件218例如由Densimet材料制成，其为钨合金，或由另一高密度材料制成，质量元件218布置在轴向孔216中，且构成相对于铣刀主体的质量的相当可观的质量。应提到，质量元件的密度可高于以及低于铣刀主体的密度。考虑上述系统，即安装在机器的心轴中的铣刀的自然频率和自然模式来适当地选择质量元件218的质量。可选地，质量元件的质量可仅根据铣刀的特性来选择。在图2中，ap表示待铣削材料或工件220中的轴向切削深度。
下面更加详细描述根据本发明的装置的多个实施方式的铣刀主体，该铣刀主体包括附属轴向孔和质量元件，其中相应的铣刀主体在其第一端部适合于被安装在如图2所示的心轴中。
图3-6示意性示出用于去屑金属加工的铣刀，其包括根据本发明的装置的第一实施方式的细长铣刀主体302，其中铣刀主体302在其第二端部304处设置有安装构件306，安装构件306用于在刀座中将有刃的铣削刀片310外围地安装在铣刀主体302上。这里，铣削刀片310设置有两个切削刃307、309，且相应地可转位到两个不同的有效位置，但是也可以设置有一个或多于两个切削刃。用于铣削刀片310的安装构件306具有常规设计，且在此情形包括紧固元件306，该紧固元件306适合于与设置在铣削刀片310中的凹部接合，且该紧固元件306例如通过螺纹而锚固在铣刀主体302中的刀座的底表面中开口的紧固孔中。铣刀主体302设置有中心轴向孔314，中心轴向孔314沿铣刀主体302的纵轴线x-x延伸。轴向孔314适合于接收多个质量元件316、318、320，这些质量元件316、318、320一起构成相对于铣刀主体的质量的相当可观的质量或相当可观的重量，使得装置的自然频率取决于质量元件316、318、320相对于铣刀主体302的轴向位置。考虑到上述系统，即安装在机器的心轴中的铣刀的自然频率和自然模式来适当地选择质量元件316、318、320的质量。可选地，质量元件的质量可仅考虑铣刀的性能来选择。相对于铣刀主体302的质量，质量元件的质量应是不可忽略的，或者不是非常小的，因为这意味着装置的自然频率实质上不受质量元件的不同轴向定位的影响。轴向孔314在第一端部324处设置有开口322，用于送入和送出相应的质量元件316、318、320，且开口322可通过锚固在铣刀主体302中的紧固盖326来闭合。
该实施方式设置有包括齿条328的调整构件，齿条328在轴向孔314中轴向地延伸。该齿条328可围绕其纵轴线x-x旋转，这里，齿条328的纵轴线x-x与铣刀主体302的纵轴线x-x重合，且齿条328可相对于铣刀主体302轴向旋转。该齿条328的第一端330能够可旋转地附接到紧固盖326，且其第二端332可旋转地锚固在铣刀主体302的第二端部304中。所述调整构件包括设置在齿条328上的第一螺纹构件334，其为常规螺纹的形式，因而所述第一螺纹构件334锚固并轴向地锁定在铣刀主体302中。各个质量元件316、318、320设置有中心通孔，其中孔的内壁设置有所述调整构件的第二螺纹构件336，第一螺纹构件334和第二螺纹构件336适合于相互接合，且它们的协作使得相对于铣刀主体302轴向地移动相应的质量元件316、318、320。所述调整构件还包括导引构件，该导引构件适合于在严格的轴向方向上引导相应的质量元件316、318、320并防止质量元件316、318、320相对于铣刀主体302旋转。所述导引构件包括至少一个轴向凹槽338、340和导引元件342、344，导引元件342、344与上述凹槽338、340互补并可在凹槽338、340中相对于凹槽338、340轴向移动。在该实施方式中，导引构件包括设置在轴向孔314的内壁上且适合于与导引元件342、344接合的两个相对的轴向凹槽338、340，其中导引元件342、344各锚固在质量元件316、318、320上。通过上述的调整构件，实现了通过齿条328的旋转来相对于铣刀主体轴向地调整质量元件316、318、320。齿条328在一个旋转方向上的旋转将相应的质量元件316、318、320相对于铣刀主体302在轴向方向上朝端部304、324中的一个移动，且齿条328在另一旋转方向上的旋转将质量元件316、318、320相对于铣刀主体302在轴向方向上朝相对的端部304、324移动，由此调整铣刀主体302的质量分布，且结果是调整了装置的自然频率。相应的质量元件316、318、320可替换地设置在轴向孔314中。齿条328为中空的，且限定有适合于接收并输送冷却液至铣削刀片310和切削区域的管道345。
第一实施方式包括用于轴向锁定质量元件316、318、320的锁构件，且质量元件316、318、320可相对于铣刀主体302轴向地锁定，从而防止在铣削操作中质量元件316、318、320相对于铣刀主体302的轴向移动。用于轴向锁定的锁构件包括固定在齿条328的第一端上的端部元件346，端部元件346具有限定了凹部并限定与齿条328的轴线x-x重合的中心轴线的壁348。端部元件346的凹部具有非圆形截面。端部元件346的壁348可以例如限定出六边形的内截面。用于轴向锁定的锁构件还包括设置在紧固盖326中且接收端部元件346的开口，并且包括紧固盖326中的两个外部凹陷350，该凹陷350可以有利地彼此相对地定位在端部元件346的每侧上。最后，锁构件包括销接元件352和中心锁定销358，销接元件352设置有与凹陷350互补的两个外围锁定销354、356并适合于与凹陷350接合，中心锁定销358与由端部元件346的壁348限定出的凹部互补且适合于与该凹部接合。所述锁定销354、356、358与相应的凹部和凹陷350的接合使得在相对于铣刀主体302的旋转方向上锁定齿轨328，从而防止齿条328的旋转。通过质量元件316、318、320的轴向调整和轴向锁定，装置的自然频率可最佳地用于上述铣削操作。为了旋转齿条328，有利地使用了适合于与端部元件346的凹部接合的工具，其中工具被旋转。
通过以第一螺纹构件334和第二螺纹构件336相互接合的形式的锁构件，相应的质量元件316、318、320可相对于铣刀主体302径向地锁定，从而防止相应的质量元件316、318、320相对于铣刀主体302的径向运动，即防止垂直于轴向轴线x-x的移动。相应的质量元件316、318、320的外周也可有利地接触轴向孔314的内壁。
图7示出根据本发明的装置的第二实施方式的铣刀主体，其中铣刀主体402设置有中心轴向孔404。该实施方式具有包括第一螺纹构件406的调整构件，第一螺纹构件406为常规内螺纹的形式，其被设置在轴向孔404的内壁上，从而被锚固并轴向地锁定在铣刀主体402中。所述调整构件包括常规螺纹形式的第二螺纹构件408和螺旋压缩弹簧412，第二螺纹构件408外围地设置在可轴向移动的垫圈410上，螺旋压缩弹簧412设置在带螺纹的上述垫圈410和铣刀主体402的第二端部411之间，其中铣刀主体的用于将有刃铣削刀片418外围地安装在铣刀主体402上的安装构件414就定位在第二端部411。该实施方式的安装构件414类似于第一实施方式中的安装构件。在垫圈410和弹簧412之间，设置了该实施方式的质量元件422。质量元件422具有平滑的包络面和与轴向孔404的内截面相一致的径向延伸部。弹簧412适合于朝垫圈410且在铣刀主体的第一端部424的方向上驱动质量元件422，铣刀主体402可在第一端部424安装在装置的心轴中。第一螺纹构件406和第二螺纹构件408适合于相互接合，且它们与所述弹簧412的作用的协作将质量元件422相对于铣刀主体402轴向地移动。该实施方式的锁构件包括第一螺纹构件406和第二螺纹构件408以及弹簧412，它们一起将质量元件422相对于铣刀主体402锁定在调整位置。垫圈410设置有凹部426，凹部426例如具有六边形内截面，工具适合于与凹部426接合，以便通过垫圈410的旋转来调整质量元件422的轴向位置，从而调整装置的自然频率。
从第二实施方式开始，可以通过用第一实施方式的齿条替换轴向孔的内壁的内螺纹、通过设置有位于其中心凹部中的内螺纹的垫圈以及通过用于在与第一实施方式类似地设置的严格轴向方向上引导质量元件的导引构件来形成另外的实施方式。
图8示出根据本发明的装置的第三实施方式的铣刀主体502，其中铣刀主体502的基本上沿其整个轴向延伸，从铣刀主体502的第一端部506延伸到其第二端部508的轴向孔504设置有构成第一螺纹构件518的内螺纹518，其中铣刀主体的用于将有刃铣削刀片514外围地安装在铣刀主体502上的安装构件510被定位在第二端部508。与第一螺纹构件518一起形成调整构件和锁构件的第二螺纹构件520以外螺纹520的形式外围地设置在质量元件522上。质量元件522设置有凹口524，凹口524例如具有六边形内截面，或另一种非圆形截面，工具适合于与凹口524接合，以便通过质量元件522的旋转来调整其轴向位置，从而调整装置的自然频率。
图9示出根据本发明的装置的第四实施方式的铣刀主体602，其中铣刀主体602在其第一端部604可安装在可旋转心轴中，且在其第二端部606处设置有用于将有刃铣削刀片612外围地安装在铣刀主体602上的安装构件608。在设置在铣刀主体602中的轴向孔616中，设置了质量元件618，且质量元件618在此也具有平滑的包络面，并具有与轴向孔616的内截面相一致的轴向延伸，由此质量元件618被径向地锁定，从而防止质量元件618相对于铣刀主体602的径向运动。该实施方式的调整构件包括螺旋压缩弹簧620的形式的驱动构件，螺旋压缩弹簧620设置在质量元件618和第二端部606之间，且适合于朝第一端部604驱动质量元件618。调整构件另外地包括加压单元622形式的加压构件，其适合于对轴向孔616的在第一端部604和质量元件618之间的空间623加压，以便从第一端部604朝弹簧620并且朝第二端部606驱动质量元件618。加压单元622适合于通过冷却液624对轴向孔加压，冷却液624另外用于冷却切削区域。加压单元622包括连接到轴向孔616的至少一个阀626和控制装置628，控制装置628用于控制阀，从而控制冷却液流入轴向孔616中并控制对轴向孔616的在第一端部604和质量元件618之间的空间623的加压。
图7-9中的实施方式的铣削刀片418、514、612可设置有与根据图3-6的实施方式描述的类似的切削刃。
在上述实施方式中，质量元件以可替换方式设置在轴向孔中，且相应的质量元件可由较高或较低重量的质量元件、较硬或不太硬材料的质量元件、或具有较大或较小轴向延伸的质量元件替换，以便有效地提供相应的装置的自然频率的最优化，从而使铣削变得更有效。
上述的调整构件适合于在第一位置和第二位置之间轴向调整并移动凹部中的相应的质量元件，其中质量元件在第一位置和第二位置之间的移动距离相对于铣刀主体的轴向延伸而言足够得大，以便通过质量元件的位移来有效地调整装置的自然频率。所述位移距离有多大取决于每个具体的系统，例如取决于铣刀、心轴和机器是如何构造的。移动距离相对于铣刀主体的总的轴向延伸不应是可忽略的，或者不应是非常小的，因为这将意味着装置的自然频率实质上不受质量元件的不同轴向定位影响。根据有利的实施方式，例如，移动距离可以为铣刀主体的总的轴向延伸的至少1/10。
上述至少一个质量元件适合于形成相对于铣刀主体的总质量/重量而言足够大的质量/重量，以便通过质量元件的轴向调整来有效地调整装置的自然频率。质量元件的质量有多大适当地取决于每个具体的系统，例如取决于铣刀、心轴和机器是如何构造的。质量元件的质量相对于铣刀主体的质量不应是可忽略的，或者不应是非常小的，因为这将意味着装置的自然频率实质上不受质量元件的不同轴向定位的影响。根据有利的实施方式，例如，上述至少一个质量元件可以形成铣刀主体的总重量的至少1/20。
图10示出图示根据本发明的铣削材料的方法的方面的流程图，其中利用了上述的包括加压构件的装置的第四实施方式，该方法包括以下步骤：在701中，在第一端部将铣刀主体安装在可旋转心轴中。在702中，将构成相对于铣刀主体的质量相当可观的质量的一个或多个质量元件设置在铣刀主体的轴向孔中，质量元件以可替换方式设置在轴向孔中。通过质量元件的径向延伸与轴向孔的内截面相一致的事实，质量元件相对于铣刀主体径向地锁定，因为质量元件插入轴向孔中并由轴向孔接收，从而防止质量元件相对于铣刀主体的径向运动。在703中，通过减小或增大质量元件和第一端部之间的空间的液体压力来调整质量元件相对于铣刀主体的轴向位置，以便调整装置的自然频率，这导致质量元件从第一位置到第二位置移动某一移动距离。质量元件在第一位置和第二位置之间的移动距离相对于铣刀主体的轴向延伸而言足够得大，以便通过质量元件的移动(参考上述范围)最佳地调整装置的自然频率。在704中，通过被包括在装置中的锁构件来相对于铣刀主体将质量元件轴向地锁定在调整位置，其中轴向锁定意味着质量元件相对于铣刀主体的轴向移动被防止，以便使上述铣削操作的装置的自然频率最优化，于是在705中，在轴向切削深度和心轴速度的最佳组合下开始铣削操作。使得上述至少一个质量元件形成这样的质量，即：对上述铣削操作来说实现装置的自然频率的最优调整(指上面给出的范围)。如果需要，在706中，通过增大或减小质量元件和第一端部之间的空间的液体压力，由此质量元件的轴向位置被调节，从而在运行时调节装置的自然频率。
本发明不应被认为限于上述的实施方式，而是可在所附权利要求的范围内进行许多方式的修改和改变。
相应地，可以将本发明应用于具有多个铣削刀片，例如具有多个可更换的铣削刀片的铣刀，即使在上面的实施方式中铣刀仅被描述为设置有一个铣削刀片的铣刀主体。在此情形，多个铣削刀片可切向地间隔开，且也可设置在铣刀主体的不同轴向水平上。而且，还可以将本发明应用于由两部分构成的，即由铣刀主体和头部构成的铣刀类型，头部与主体可拆卸地连接，从而可更换，且在头部中包括必要的切削刃。

Claims (17)

1.用于铣削材料的装置，包括具有第一端部(204；324；424；506；604)和相对的第二端部(206；304；411；508；606)的铣刀主体(202；302；402；502；602)，所述铣刀主体(202；302；402；502；602)在所述第一端部(204；324；424；506；604)处能够连接到可旋转心轴(208)或保持器，并且所述铣刀主体(202；302；402；502；602)在所述第二端部(206；304；411；508；606)处设置有至少一个切削刃(213、215；307、309)或用于安装具有至少一个切削刃(213、215；307、309)的至少一个铣削刀片(214；310；418；514；612)的安装构件(212；306；414；510；608)，所述铣刀主体(202；302；402；502；602)限定有延伸穿过所述第一端部和所述第二端部(204；324；424；506；604；206；304；411；508；606)的纵轴线(x-x)，并且所述铣刀主体(202；302；402；502；602)设置有轴向凹部(216；314；404；504；616)和布置在所述凹部(216；314；404；504；616)中的至少一个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)，其特征在于，
所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)能够通过被包括在所述装置中的调整构件而相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)轴向地调整，用于调整所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的轴向位置，从而调整所述装置的自然频率，并且
所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)能够通过被包括在所述装置中的用于轴向锁定所述质量元件的锁构件而相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)轴向地锁定在调整位置中，从而能够防止在铣削操作期间所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的轴向移动，以便使得用于所述铣削操作的所述装置的自然频率最优化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹部适合于接收两个或更多个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)，并且每个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)能够通过所述调整构件和所述锁构件轴向地调整和轴向地锁定。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)以可替换方式布置在所述凹部(216；314；404；504；616)中。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)能够通过被包括所述装置中的用于径向地锁定所述质量元件的锁构件而相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)径向地锁定，从而防止所述质量元件相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的径向运动。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述凹部包围轴向孔(216；314；404；504；616)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述轴向孔(216；314；404；504；616)在所述第一端部或所述第二端部(204；324；424；506；604；206；304；411；508；606)处设置有开口，用于送入和送出相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述调整构件包括驱动构件和加压构件，所述驱动构件在所述轴向孔(616)中被布置在所述端部(604、606)中的一个和所述质量元件(618)之间，并适合于朝相对的端部(604、606)驱动所述质量元件(618)，而所述加压构件适合于对所述轴向孔(616)的在所述相对的端部(604、606)和所述质量元件(618)之间的空间(623)加压，以便从所述相对的端部(604、606)驱动所述质量元件(618)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加压构件适合于借助于液体(624)对所述轴向孔(616)加压。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述驱动构件布置在所述第二端部(606)和所述质量元件(618)之间，而所述加压构件适合于对所述轴向孔(616)的在所述质量元件(618)和所述第一端部(604)之间的空间(623)加压。
10.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述调整构件包括第一螺纹构件(334；406；518)和第二螺纹构件(336；408；520)，所述第一螺纹构件(334；406；518)被锚固并轴向锁定在所述铣刀主体(202；302；402；502)中，而所述第二螺纹构件(336；408；520)能够与所述质量元件(316、318、320；422；522)一起相对于所述铣刀主体(202；302；402；502)轴向地移动，且所述第一螺纹构件和所述第二螺纹构件(334；406；518；336；408；520)彼此接合，并且所述第一螺纹构件和所述第二螺纹构件(334；406；518；336；408；520)的协作实现相对于所述铣刀主体(202；302；402；502)轴向地移动所述质量元件(316、318、320；422；522)。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调整构件包括在所述凹部(314)中轴向地延伸的杆(328)，所述杆(328)设置有所述第一螺纹构件(334)，可旋转地锚固在所述铣刀主体(302)中，并能够相对于所述铣刀主体(302)轴向地旋转。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述凹部(404；504)的内壁设置有所述第一螺纹构件(406；518)。
13.用于铣削材料的方法，其中包括第一端部(204；324；424；506；604)和相对的第二端部(206；304；411；508；606)的铣刀主体(202；302；402；502；602)在所述第一端部(204；324；424；506；604)处连接到可旋转心轴(208)或保持器，且所述铣刀主体(202；302；402；502；602)在第二端部(206；304；411；508；606)处设置有至少一个切削刃或用于安装具有至少一个切削刃的至少一个铣削刀片的安装构件，并且所述铣刀主体(202；302；402；502；602)限定了延伸穿过所述第一端部和所述第二端部(204；324；424；506；604；206；304；411；508；606)的纵轴线(x-x)，并设置有轴向凹部(216；314；404；504；616)，所述方法包括以下步骤：
将至少一个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)布置在所述凹部中，
通过被包括在所述装置中的调整构件来调整所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的轴向位置，以调整所述装置的自然频率，以及
通过被包括在所述装置中的锁构件来相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)将所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)轴向地锁定在调整位置中，通过轴向地锁定，防止在铣削操作期间所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的轴向移动，以便使得用于所述铣削操作的所述装置的自然频率最优化。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，两个或更多个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)布置在所述凹部中，每个质量元件相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的轴向位移被调整，且每个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)被相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)锁定在调整位置中。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)以可替换方式布置在所述凹部(216；314；404；504；616)中。
16.如权利要求13-15中任一项所述的方法，其特征在于，通过被包括在所述装置中的锁构件来相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)径向地锁定相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)，从而防止相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)相对于所述铣刀主体(202；302；402；502；602)的径向运动。
17.如权利要求13-16中任一项所述的方法，其特征在于，使至少一个质量元件(218；316、318、320；422；522；618)形成这样的质量，且相应的所述质量元件(218；316、318、320；422；522；618)的轴向位置被调整到这样的位置，即：使得对于所述铣削操作能够实现所述装置的自然频率的最优化的调整。
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