CN102452016A - 带有外装式动力消振器的刀架 - Google Patents

Abstract

一种刀架包括具有一个外表面的一个本体部分、以及安装在该本体部分的外表面上一个动力消振器。这个动力消振器包括一个刚性支撑构件、一个覆盖构件、以及被置于由刚性支撑构件与该覆盖构件所形成的一个空腔内的一个消振块。一个第一弹性支撑构件被置于该刚性支撑构件与消振块之间，并且一个第二弹性支撑构件被置于该覆盖构件与该消振块之间。这种动力消振器是通过相对于该刚性支撑构件来移动该覆盖构件而进行调谐的。一种抑制刀架振动的方法包括将该动力消振器外部地安装在该刀架的外表面上。

Description

带有外装式动力消振器的刀架

发明背景

在金属切削操作的过程中，切削刀具与工件之间的任何振动都可能导致不希望的切削性能，例如表面光洁度差以及终加工工件超过限值。此外，这样的振动会导致该切削刀具、或相关的机床受损。

为了减小这种振动，可以降低切削速度。但是，这种方法减小了金属切除速率，由此负面地影响生产率。

另一种途径是将一个消振块内部地安装在刀柄的空腔中。在一种设计中，一个弹性支撑件环绕着消振块的每一端以便使消振块悬在空腔中。一个压力板被定位为邻近该弹性支撑件并且是沿着该纵向轴线可移动的以便将每个弹性支撑件压靠在该消振块上。一个调节螺钉被用来使这个可移动的压力板沿着该纵向轴线进行移位以转换消振块的位置来改变该弹性支撑件的刚度、从而更改刀架的动态响应。

虽然将一个消振块放置在刀柄的空腔内抑制了振动，但是将消振块安装在刀柄空腔内的要求不希望地减少了刀架的整体刚度。此外，消振块的大小被限制为空腔的大小，并且因此该消振器不会被用于要求较大的消振块的更大型刀架设计。

发明概述

通过将一个动力消振器外部地安装在刀架的一个外表面上、而不是像常规刀架中那样将消振块内部地安装在刀柄的一个内腔中，解决了抑制刀架振动的问题，而没有减小刀架的整体刚度。理想情况下，该动力消振器被安装在刀架的振动幅值最大之处。

一方面，一种刀架包括具有一个外表面的一个本体部分、以及被安装在该本体部分的外表面上的一个动力消振器。

另一方面，一种抑制刀架振动的方法包括将一个动力消振器外部地安装在该刀架的外表面上。

附图说明

虽然展示了本发明的不同的实施方案，但所示的这些具体实施方案不应被解释为限制了权利要求。在此预期可以做出不同的改变和修改而不脱离本发明的范围。

图1是根据本发明的一个实施方案的一种具有外装式动力消振器的刀架的截面图，该刀架是用于一种切削刀具，例如铣刀；

图2是图1所示的具有外装式动力消振器的刀架的一个局部的放大截面图；

图3是使用图1所示具有外装式动力消振器的刀架而进行的一种模拟的频率响应函数的图形展示；

图4是使用图1所示具有外装式动力消振器的刀架而进行的一种模拟的频率响应函数的另一个图形展示；

图5是根据本发明的一个实施方案所述在刀架的后面部分具有一个外装式动力消振器的一种刀架的截面图；并且

图6是使用图5所示具有外装式动力消振器的刀架而进行的一种模拟的频率响应函数的图形展示。

具体实施方式

现在参见图1和图2，总体上示出了根据本发明的一个实施方案的一种刀架10。在所展示的实施方案中，刀架10是与切削刀具12一起使用的，例如在其一个末端处的铣刀。但是，应该认识到刀架10可以与用于金属加工操作的任何所希望的切削刀具一起使用，例如端铣刀等。

刀架10包括一个基本上圆柱形状的本体部分14，该本体部分具有邻近铣刀12的一个前端16以及远离铣刀12的一个后端18。刀架10可以包括一个任选的内部空腔20，该空腔从后端18到前端16延伸了本体14的整个长度并且作为一个冷却剂通道用于将冷却剂传递到切削刀具12上。本体部分12包括暴露在环境中的一个外部表面或外表面22、以及一条中央纵向轴线24。

本发明的一方面在于刀架10包括总体上以30示出的一个动力消振器，该动力消振器被安装在刀架10的外部表面或外表面22上。在所展示的实施方案中，动力消振器30是处于一种环形圈的形式，该环形圈被安装在邻近刀架10的前端16的外表面22上并且是邻近该切削刀具12。

动力消振器30包括一个刚性支撑构件32和一个覆盖构件34。在所展示的实施方案中，刚性支撑构件32被安装在外部表面22上使得刚性支撑构件32不在沿着刀架10的纵向轴线24的一个方向上轴向地移动。为了进一步防止刚性支撑构件32的轴向运动，外部表面22可以包括抵靠在刚性支撑构件32上的一个凸台56。刚性支撑构件32可以被拧接到外表面22上。刚性支撑构件32和覆盖构件34二者均包括螺纹36，使得通过围绕纵向轴线24旋转该覆盖构件34就可以将覆盖构件34拧接到刚性支撑构件32上。刚性支撑构件32和覆盖构件34的尺寸是使得在这两个构件32、34之间存在一个间隙，以便允许覆盖构件34相对于刚性支撑构件32进行移动。刚性支撑构件32与覆盖构件34之间的相对移动是通过围绕刀架10的纵向轴线24旋转该覆盖构件34而实现的。当覆盖构件34被旋转时，覆盖构件34根据旋转的方向而沿着刀架10的纵向轴线24在箭头38的方向上移动。例如，当覆盖构件34在顺时针方向(当从前端16观看时)上被旋转时可以向右移动(如通过图2中的右箭头所示)，而当其在相反的逆时针方向(当从前端16观看时)上被旋转时则向左移动(如通过图2中的左箭头所示)。

动力消振器30还包括被置于一个空腔42内的一个消振块40，该空腔是由刚性支撑构件32和覆盖构件34所形成的。消振块40具有一个第一末端44和一个第二末端46。一个第一弹性支撑件48是邻近消振块40的第一末端44、并且被定位在该覆盖构件34与消振块40的一个成角度的表面52之间，以便使消振块40悬在空腔42内。一个第二弹性支撑件50是邻近消振块40的第二末端46、并且被定位在刚性支撑构件32与消振块40的一个成角度的表面54之间，以便使消振块40悬在空腔42内。

通过在沿着刀架10的纵向轴线24的任一方向上相对于刚性支撑构件32来移动覆盖构件34可以对刀架10进行精细调谐。当覆盖构件34向右移动时(如图2中所观察到的)，覆盖构件34将对抗第一弹性支撑件48施加较大的压力。进而，消振块40将较多地被推靠在第二弹性支撑件50上，该第二弹性支撑构件于是较多地被推靠在刚性支撑构件32上，以便为第一弹性支撑件48和第二弹性支撑件50二者提供较多的对抗消振块40的压缩。相反地，当覆盖构件34向左移动时(如图2中所观察到的)，覆盖构件34将对抗第一弹性支撑件48而施加较小的压力。进而，消振块40将较少地被推靠在第二弹性支撑件50上，该第二弹性支撑构件于是较少地被推靠在刚性支撑构件32上，以便为第一弹性支撑件48和第二弹性支撑件50二者提供较少的对抗消振块40的压缩。刚性支撑构件32和覆盖构件34消除了对于常规设计中常见的压力板及调节螺钉的需要，由此提供了一种更加简单、更有成本效益的设计。

图3和图4是来自本发明的具有外装式动力消振器30的刀架10进行的一种模拟的频率响应函数的图形展示。如图3和图4可见，这些结果显示：分别与具有标准的1％和2％阻尼比的刀架相比，具有外装式动力消振器30的刀架10提供了优越的结果。

实际上，消振块40应被定位在刀架上的振动幅值为最大之处，这样使得阻尼作用可以被最大化。例如，用于铣刀的刀架10的最大振动幅值可能位于该刀架的前端16附近。在另一个实例中，用于端铣刀的刀架的最大振动幅值可能位于后端附近。

如上所述，外装式动力消振器30的多种原理可以应用于许多不同的刀架设计上。现在参见图5，示出了用于端铣刀的、具有外装式动力消振器30的刀架10。

与先前的实施方案不同，图5中所示的刀架10包括一个柄58，该柄被安装在刀架10的前端16上。此外，刀架10包括一个套管60，该套管是围绕刀架10的本体部分14的一部分环圆周地布置的。套管60由一种刚性材料制成，例如金属、塑料等。套管60具有在刀架10的振动幅值(即位移)为最大之处创建一个位置来放置动力消振器30的一种目的。在这种具体情况下，如果使用常规的内部动力消振器，该动力消振器将需要被放置在端铣刀的后面、或刀架的中间，在此处振动幅值比刀具尖端(关注点)的振动幅值小得多。通过使用仅被连接到刀架10的一部分上的套管60，创建了一个枢转点，该枢转点致使套管60在将要放置消振块40的点处自由地振动。在这种情况下，套管60像“跷跷板”一样工作，使得套管60的、邻近刀架10的后端18的这个背面部分在一个与柄58相反的方向上以更高的振动幅值进行移动。结果是，与常规的实心刀架(其中一个内装式动力消振器在相同的轴向位置上)相比，套管60与该动力消振器相结合提供了改进的阻尼能力。

应该认识到在用于铣刀的刀架10的先前实施方案中可以使用套管60，而且该套管还将用于其他刀架类型，并且本发明不受在所展示的实施方案的刀架10中使用套管60的限制。

图6是来自本发明的具有外部后装式动力消振器30的用于端铣刀的刀架10的一种模拟的频率响应函数的图形展示。这些结果显示：与不具有动力消振器的实心刀架相比，具有外部后装式动力消振器30的刀架10提供了优越的结果。这些结果进一步显示，如果消振块40被放置在振动幅值为最大之处、并且被适当地调谐到适当的频率，则套管60的振动幅值将被显著地最小化，因此降低柄58的振动，这是本发明的主要目的之一。

动力消振器30的一个优点是在刀架10的刚度上总体上没有降低，因为消振块40不是被放置在该刀架的一个内部空腔内(这要求减小横截面的惯性矩)。在图6中，当随着该本体的直径被略微减小以便添加套管60、同时依然维持刀架10的外径，而固有频率从大约850赫兹移动至到大约600赫兹时，可以注意到实心刀架10的刚度的降低。图5中展示的刀架10还曾是狭长的以便在与工件(未示出)的间隙会成问题时维持相同的有效长度。即便在刚度上有降低，图5中所示的刀架10具有比实心端铣刀夹具或收缩配合夹具高得多的动态刚度。刀架10的动态刚度的增量在与具有1％阻尼的标准刀架相比时是大约10-20倍、在与具有2％阻尼的标准刀架相比时是大约5-10倍。此外，本发明的外装式动力消振器30允许在不降低刀架10的整体刚度的情况下对于更大的切削刀具来优化消振块40的尺寸。

另一个优点是本发明的动力消振器30可以应用于许多不同的刀架类型，这与消振块被内部地安装在刀架内的常规设计不同。例如，本发明的动力消振器30允许在空心铣刀刀架上以极小的改变来应用一个可调谐块。本发明的动力消振器30还可以被适配到一个端铣刀适配器、一个槽铣刀、一个收缩配合刀架以及类似物上，其中已知其振动阻尼是差的。此外，本发明的原理可以应用于用于模块式刀具的扩充件和缩减件。

在此提及的这些专利以及公开文件通过引用被结合在此。

在已经说明了目前优选的实施方案之后，本发明可以在所附权利要求的范围之内以其他方式来实施。

Claims (10)

1.一种刀架，包括：

一个本体部分，该本体部分具有一个外表面；以及

一个动力消振器，该动力消振器被安装在该本体部分的外表面上。

2.根据权利要求1所述的刀架，其中该动力消振器包括一个刚性支撑构件、一个覆盖构件、以及被置于由该刚性支撑构件与该覆盖构件形成的一个空腔内的一个消振块。

3.根据权利要求2所述的刀架，其中该动力消振器进一步包括一个第一弹性支撑构件和一个第二弹性支撑构件，该第一弹性支撑构件被置于该刚性支撑构件与该消振块之间，并且该第二弹性支撑构件被置于该覆盖构件与该消振块之间。

4.根据权利要求3所述的刀架，其中该刚性支撑构件被配置为沿着该刀架的一条纵向轴线相对于该覆盖构件进行移动。

5.根据权利要求4所述的刀架，其中当该覆盖构件在一个第一方向上移动时该覆盖构件对抗该第一弹性支撑件而施加压力并且该消振块被推靠在该第二弹性支撑件上，该第二弹性支撑件于是被推靠在该刚性支撑构件上，以便为该第一弹性支撑件和该第二弹性支撑件二者提供对抗该消振块的压缩；并且其中当该覆盖构件在一个第二方向上移动时该覆盖构件对抗该第一弹性支撑件施加较小的压力并且该消振块较少地被推靠在该第二弹性支撑件上，该第二弹性支撑件于是较少地被推靠在该刚性支撑构件上，以便为该第一弹性支撑件和该第二弹性支撑件二者提供较少的对抗该消振块的压缩。

6.根据权利要求1所述的刀架，进一步包括一个套管，该套管是围绕该本体部分的外表面的一部分而布置的。

7.根据权利要求1所述的刀架，其中该动力消振器是邻近该刀架的一个前端。

8.根据权利要求1所述的刀架，其中该动力消振器是邻近该刀架的一个后端。

9.一种抑制刀架振动的方法，包括将一个动力消振器外部地安装在该刀架的一个外表面上。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括将该动力消振器放置在该刀架的振动幅值最大之处。

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