CN102848002A - 带有减振装置的旋转切削刀具 - Google Patents

Abstract

一种旋转切削刀具包括一个刀具本体，该刀具本体具有一个头部、一个柄、以及沿着该刀具本体的一条中央纵向轴线延伸的一个空腔。该头部包括被安装在一个切屑凹槽附近的凹座中的至少一个切削镶片。在该空腔之内布置了一个减振装置。这个减振装置包括一个停止构件、一个带螺纹的紧固件、多个重物元件以及一个偏置构件。这些重物元件中的至少一个、如果不是所有，具有不同的外直径，以导致这些重物元件在该空腔中以不同的频率振动。这些重物元件的至少一些频率是不同于该切削刀具的基本震颤频率的，由此减弱了该旋转切削刀具在机加工操作过程中的振动。

Description

带有减振装置的旋转切削刀具

背景技术

在常规的旋转切削刀具中，外周切削刃被设计成是等间距的，以便允许整个刀具本体上的负载是均匀的。为此，常规切削刀具的这些槽的大小及形状是相同的，这就允许在这些切削刃之间实现相等的负载分布。

一般而言，旋转切削刀具被设计成带有多个围绕该刀具的外周对称地间隔开的多个槽，其中这些槽沿着该刀具的部分长度延伸而在刀柄处终止。刀柄是刀具上被安装在机床中的整个部分，而带槽的部分是刀具上与工件接合的部分。槽的总数可以改变，并且这些槽可以被形成为平行于刀具的纵向旋转轴线延伸亦或更寻常地作为一条螺旋线而围绕该旋转轴线延伸。在一种螺旋安排中，由这些槽限定的切削刃各自用一个“螺旋角”来描述，该螺旋角是由与该螺旋线相切的一条线以及平行于该刀具的旋转轴线的一条线所形成的角度。

常规的旋转切削刀具在常规的速度（RPM）和进给量下表现得足够好，但是，在高于常规的速度和进给量（这是生产率所希望的）下，经历了可观的性能衰退。当切削力增大时，这种性能衰退直接归咎于振动（确切地是共振）的存在及幅度。在增加的速度和/或进给量下，常规的带有螺旋槽和直槽的刀具引发了共振，由此当振荡频率与系统的固有振动频率（其共振频率）或其谐波相符时，刀具切削工件的动作具有一种增强潜在振荡能量的趋势。不受控共振的出现不可避免地导致了通常被称为“震颤”的状况，这种震颤导致了在预期寿命及工件品质意义上的差的工具性能。这是不希望出现的。

解决这种震颤问题的若干途径试图使共振频率振动的出现及产生的效果最小化。这总体上是通过在这些槽的前导边缘之上或之中创造一种不规则形式而由此中断该系统产生不受控振荡的趋势来实现的。此外，这些途径还可以包括这些槽围绕该刀具周边（环圆周的分度）的一种不对称安排以便进一步中断共振频率振动。这个活动的最终目标是通过在高于常规的速度和进给量下限制振动的破坏特性来延长刀具寿命。不希望的是改变机床的转动速度以及切削刀具的前进速度，因为这样的步骤会影响最佳的生产率。

发明内容

在旋转切削刀具（例如螺旋立铣刀）中的过度震颤问题是通过将具有多个外直径变化的重物元件的一个减振装置布置在该旋转切削刀具的一个空腔内来解决的。

在一个方面，一种旋转切削刀具包括一个刀具本体，该刀具本体具有一个向前端和一个向后端。该刀具本体包括一个头部、一个柄，以及沿着该刀具本体的一条中央纵向轴线从该向后端朝向该向前端延伸的一个空腔。该空腔在其一端处具有螺纹。该头部包括从该向前端向后延伸的至少一个切屑凹槽。该头部进一步包括沿着该至少一个切屑凹槽被安装在一个凹座内的至少一个切削镶片。该旋转切削刀具进一步包括被布置在该空腔内的一个减振装置。该减振装置包括在一端处的一个停止构件，在一个相反端处的一个带螺纹的紧固件，布置在这个停止构件与这个带螺纹的紧固件之间的多个重物元件、以及布置在这个停止构件与该多个重物元件之间的一个偏置构件。该多个重物元件中的至少一个具有的外直径与该多个重物元件中的另一个的外直径不相同以便致使该多个重物元件在该空腔内以多个不同的频率振动，其中该多个频率中的至少一些是不同于该切削刀具的基本震颤频率的，由此减弱该旋转切削刀具在机加工操作过程中的振动。

在另一方面，一种螺旋立铣刀包括具有一个向前端、一个向后端的一个刀具本体，该刀具本体包括一个头部、一个柄、以及沿着该刀具本体的一条中央纵向轴线从该向后端朝向该向前端延伸的一个空腔。该头部进一步包括安装在一个螺旋切屑凹槽附近的凹座上的至少一个切削镶片。在该空腔之内布置了一个减振装置。该减振装置包括：在一端处的一个停止构件，在一个相反端处、能够被螺纹式接收在该空腔内的一个带螺纹的紧固件，布置在这个停止构件与这个带螺纹的紧固件之间的多个重物元件，以及布置在这个停止构件与该多个重物元件之间、用于偏置该多个重物元件的一根弹簧。该多个重物元件的形状是圆柱形的并且具有彼此不同的外直径以便致使该多个重物元件在该空腔内以多个不同的频率振动，其中该多个重物元件的多个频率中的至少一些是不同于该切削刀具的基本震颤频率的，由此减弱了该旋转切削刀具在机加工操作过程中的振动。

附图说明

虽然展示了本发明的不同实施方案，但是不应认为所示的具体实施方案限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是根据本发明的一个示例性实施方案、带有一个减振装置的旋转切削刀具的透视图；

图2是图1的旋转切削刀具的透视图，其中为了更加清楚地显示出布置在该切削刀具的一个空腔内的这个减振装置，已将柄和头部移除；

图3是图1的旋转切削刀具的一个侧视图；

图4是沿图3的线4-4截取的该旋转切削刀具的一个截面图；而且

图5是根据本发明的一个实施方案的减振装置的一个侧视图。

具体实施方式

下面是对一种形式的螺旋立铣刀及其使用的切削镶片的展示和解释。但是，应注意的是，这种螺旋立铣刀以及切削镶片可以被配置成适合特定的应用并且不仅仅局限于图示中的实例。

现在参见图1至图3，一个总体上以10示出的旋转切削刀具包括一个刀具本体12，该刀具本体被实施为用于斜坡切削、圆弧插补、刮削和立铣削的、带有多个可转位切削镶片的14螺旋立铣刀。虽然这些切削镶片14是在一个螺旋立铣刀实施方案中示出的，但是这些切削镶片14是设计成用于任何类型的铣削中，例如套式立铣削、面铣削、快速切削以及类似操作中。

刀具本体12具有一种长形的且总体上圆柱形的形状。刀具本体12包括一个柄16以及一个头部18。柄16被配置成能够插入并固定在铣床（未示出）的转轴之内，如本领域所公知的。柄16可以具有任何形状或设计以便能够进行这种插入和固定。这样的设计包括但不限于V形凸缘式、楔形、套式铣刀安装件以及威达（Weldon）柄。

头部18是一个总体上圆柱形的本体，该本体从柄16轴向延伸到一个向前端20，由此在其间限定一个外表面22。头部18的外表面22优选地包括在其中形成的多个螺旋切屑凹槽或槽24。应认识到，本发明不受螺旋切屑凹槽24的数量的限制。在所展示的实施方案中，图1中示出了总共三个凹槽中的两个凹槽，但是本发明考虑到了任何数量的螺旋凹槽。每个切屑凹槽24优选地以一种从向前端20基本上延伸到柄16的螺旋或盘旋的方式被切入外表面22中。多个凹座26不布置在每个螺旋切屑凹槽24附近。每个凹座26能够接收一个安装在其上的对应的切削镶片14。切削刀具10具有一条中央纵向轴线28（在z轴方向上）。

现在参见图2、图4和图5，本发明的一方面在于，切削刀具10包括一个布置在圆柱形空腔40（该空腔从切削本体12的一个向后端21延伸）中的、用于减弱振动的减振装置，总体上以30示出。减振装置30包括在一端处的一个停止构件32、一个偏置构件34（例如压缩弹簧）、多个重物元件36、以及在另一端处的一个带螺纹的构件38（例如一颗紧定螺钉）。带螺纹的构件38的一端38a可以是无螺纹且圆柱形状的，以便具有与这些重物元件36大致相等的直径（即略小于空腔40的内直径）。带螺纹的构件38的相反端38b可以具有一个六角形形状的凹陷38b用于接收一个工具（未示出），例如一个六角扳手以及类似物。

在所展示的实施方案中，空腔40沿着刀具本体12的中央纵向轴线完全延伸穿过轴16并且部分进入刀具本体12的头部18。但是，应认识到，本发明不受空腔40延伸进入刀具本体12中的量的限制。例如，空腔40可能仅以这样的长度延伸进入刀具本体12的轴16中：使得在带螺纹的构件38被拧入空腔40中时这些重物元件36有充分的接合。空腔40的一端具有螺纹42（图4），用于螺纹式接收该减振装置30的带螺纹的构件38。

在所展示的实施方案中，这些重物元件36是圆柱形形状的、处于带有一个外直径的盘或环形式，所有这些重物元件的直径都是至少略小于空腔40的内部直径。同样，这些重物元件36中的一些（如果不是全部）的外直径是彼此略微不同的。这些重物元件36是相对于它们的外直径以一种无规则方式被布置在空腔40内的。典型地，彼此相差千分之几的三至五个不同的直径就足以使这些单独的重物元件36在直径上比空腔40的内部直径小千分之二至四英寸或差不多。

这些重物元件36是由极高密度的金属制成的，用于此目的的一种适合的组分是由约百分九十的钨以及百分之十的镍铜合金的一种合金组成。这种组分的比重是约十七，由此提供了对于其体积而言极重的重物元件36。

此外，这些重物元件36的组分是相当硬的，并且刀具本体12是由硬质材料制成的，这样使得这些重物元件36在空腔40内的横向运动将向空腔40传输冲击。这些重物元件36通过偏置构件34而保持是面对面接合的，这样使得这些重物元件36针对空腔40内的绝对的自由横向运动（即在相对于纵向轴线28的径向方向上）是轻微地在摩擦上受限的。

要将减振装置30组装在空腔40之内，将停止构件32插入空腔40中。接下来，将偏置构件34插入空腔40中而与停止构件32相邻。偏置构件34可以是部分地接收在停止构件32中以便防止该偏置构件34在空腔40内的不想要的移动。然后，将具有变化的外直径的这些重物元件36无规则地插入空腔40内。最后，将带螺纹的构件38拧入空腔40中直到这些重物元件36针对空腔40内的绝对的自由横向运动是轻微地在摩擦上受限的。

在切削刀具10的运行过程中，这些重物元件36因其外直径与空腔40的内部直径之间变化的关系而在空腔40内以多个频率振动。由于这些重物元件30在空腔40内具有不同的运动自由度，所以这些频率中的大多数（如果不是所有）将不同于切削刀具10的基本震颤频率。结果是，这些重物元件30对空腔40的冲击将处于随机的频率，由此减弱了切削刀具10在机加工操作过程中的振动，而不是与该震颤频率同步并且使其增强。

在此提及的专利以及公开文献通过引用结合在此。

尽管已对当前的优选实施方案进行了说明，但是本发明可以在所附权利要求范围内以其他方式来实施。

Claims (16)

1.一种旋转切削刀具，包括：

具有一个向前端、一个向后端的一个刀具本体，该刀具本体包括一个头部、一个柄、以及沿着该刀具本体的一条中央纵向轴线从该向后端朝向该向前端延伸的一个空腔，该空腔在其一端具有多个螺纹，该头部包括从该向前端向后延伸的至少一个切屑凹槽，该头部进一步包括被安装在至少一个切屑凹槽附近的一个凹座内的至少一个切削镶片；以及

一个被布置在该空腔内的减振装置，该减振装置包括在一端处的一个停止构件、在一个相反端处的一个带螺纹的紧固件、被布置在该停止构件与该带螺纹的紧固件之间的多个重物元件、以及被布置在该停止构件与该多个重物元件之间的一个偏置构件，该多个重物元件中的至少一个具有的外直径不同于该多个重物元件中的另一个的外直径，以致使该多个重物元件在该空腔内以多个不同的频率振动，

其中该多个频率中的至少一些是不同于该切削刀具的一个基本震颤频率的，由此减弱了该旋转切削刀具在机加工操作过程中的振动。

2.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该空腔完全地延伸穿过该轴并且部分地进入该刀具本体的头部之中。

3.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中这些重物元件通过该偏置构件而被保持在面对面的接合中，这样使得当该减振装置被组装在该旋转切削刀具中时这些重物元件针对该空腔内的绝对的自由横向运动是轻微地在摩擦上受限的。

4.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中这些重物元件是相对于它们的这些外直径以一种无规则的方式被布置在该空腔内。

5.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该偏置构件被部分地接收在该停止构件中以便防止该偏置构件在该空腔内的不想要的运动。

6.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该带螺纹的构件的一端是无螺纹的且圆柱形状的、具有略小于该空腔的内部直径的一个外直径。

7.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该空腔的一端具有螺纹，用于螺纹式接收该减振装置的带螺纹的构件。

8.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该旋转切削刀具包括一种螺旋立铣刀。

9.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该至少一个切屑凹槽是以一种螺旋或盘旋的方式被切入该切削本体的一个外表面中的。

10.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该偏置构件包括一个压缩弹簧。

11.一种螺旋立铣刀，包括：

具有一个向前端、一个向后端的一个刀具本体，该刀具本体包括一个头部、一个柄、以及沿着该刀具本体的一条中央纵向轴线从该向后端朝向该向前端延伸的一个空腔，该头部进一步包括被安装在一个螺旋切屑凹槽附近的凹座内的至少一个切削镶片；以及

布置在该空腔内的一个减振装置，该减振装置包括在一端处的一个停止构件、在一个相反端处的能够被螺纹式接收在该空腔内的一个带螺纹的紧固件、布置在该停止构件与该带螺纹的紧固件之间的多个重物元件、以及布置在该停止构件与该多个重物元件之间用于偏置该多个重物元件的一个弹簧，该多个带螺纹的紧固件的形状是圆柱形的并且具有彼此不同的外直径，以致使该多个重物元件在该空腔内以多个不同的频率振动，

其中该多个重物元件的多个频率中的至少一些是不同于该切削刀具的一个基本震颤频率的，由此减弱了该旋转切削刀具在机加工操作过程中的振动。

12.根据权利要求11所述的螺旋立铣刀，其中该空腔完全地延伸穿过该轴并且部分地进入该刀具本体的头部之中。

13.根据权利要求11所述的螺旋立铣刀，其中这些重物元件通过该压缩弹簧而被保持在面对面的接合中，这样使得当该减振装置被组装在该螺旋立铣刀中时这些重物元件针对该空腔内的绝对的自由横向运动是轻微地在摩擦上受限的。

14.根据权利要求11所述的螺旋立铣刀，其中这些重物元件是相对于它们的这些外直径以一种无规则的方式被布置在该空腔内的。

15.根据权利要求11所述的螺旋立铣刀，其中该压缩弹簧被部分地接收在该停止构件中以防止该压缩弹簧在该空腔之内的不想要的运动。

16.根据权利要求11所述的螺旋立铣刀，其中该带螺纹的构件的一端是无螺纹的且圆柱形状的、具有略小于该空腔的内部直径的一个外直径。

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