CN102892535A - 用于在波节处附接切割头的杆形刀夹 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有长度（I）的杆形刀夹（1），用于附接至少一个加工切割头（2）。所述刀夹（1）被构造成在第一端（4）处被夹紧并具有第二自由端（3），并且可选地具有位于夹紧点（4）和所述至少一个切割头（2）之间的辅助支撑件。在操作中，所述刀夹以较高阶的弯曲振荡的形式围绕位于从所述第一端延伸的曲线轴线（x）上的至少一个波节（6）振荡。所述至少一个切割头（2）朝所述第一端（4）大体定位在距所述自由端（3）一定距离的波节（6）处。

Description

用于在波节处附接切割头的杆形刀夹
技术背景
本发明涉及在机床中使用的杆形刀夹，特别是是用于去屑加工且在这方面尤其是用于大悬伸的内车削的杆形刀夹。在上下文中，术语悬伸通常指刀夹的附接点和切割头的位置之间的距离。大悬伸例如在深工件的内加工中是需要的。本发明还可与使用杆形刀夹的其它形式的加工结合使用，并可用于保持多个切割头的刀夹。在这种加工中，在杆中产生振荡，这是有问题的，因为振荡引起切割头相对于待加工工件移动。这减小尺寸公差和可实现的表面光洁度，并且甚至可能导致噪音和失效。这种加工的典型应用是在汽车工业、飞机工业、能源部门和用于油气回收设备内。
背景技术
为了减少这种振动，通常是在杆中使用阻尼器，并且通过使用这种阻尼器，可增加悬伸长度，通常增加约高达12×D，其中D是杆直径。
对于特别大的悬伸，杆中的较高阶的弯曲振荡变得更主要，且这种振荡难以抑制。在上下文中，较高阶的弯曲振荡指的是杆形刀夹围绕中心线振荡且在每个振荡周期中在多个点处与该中心线交叉。这些点被称为波节。这些振动引起刀夹的位移uω(x，t)，该位移uω(x，t)取决于沿x轴的位置、时间和振荡模式，且该位移uω(x，t)影响切割头的位置。实际上，这限制了可利用的最大悬伸长度。
发明内容
通过根据本发明的建议定位切割头，能够在不减小加工可实现的尺寸公差或表面质量的情况下明显增加悬伸长度。
阻尼器可设置在切割头的前部且可插入薄壁横截面。切割头可放置在第二共振频率的波节处或其附近。在上下文中，第二共振频率的波节指的是附接点之后的第一波节，在所述附接点处，刀夹轴线围绕穿过刀夹的直线中心轴线振荡。这是uω2(x，t)处于其最小值的点。这给出用于大悬伸的良好结果。阻尼器将作用于第一共振频率且部分地作用于较高阶的振荡模式。用以附接切割头的点能够通过有限元分析进行分析计算，或者能够使用模态分析来测量出来。模态分析测量可随后执行，以便将波节准确地设置在切割头的附接点处。
因此，本发明限定具有长度l杆形刀夹，用于附接至少一个加工切割头。刀夹被构造成具有在第一端处的主要附接点，并且可选地具有抵靠正被机加工的工件的辅助支撑件，且具有第二自由端。在操作中，刀夹以较高阶的挠曲模式的形式围绕位于从其第一端延伸的直线轴线（x）上的至少一个波节振荡。所述至少一个切割头朝第一端大体定位在距自由端一定距离的波节处。
刀夹的第一端和所述至少一个切割头之间的距离可为约0.78l-0.91l。该距离通常用于均质杆。然而，刀具可包括各种材料，且挖掘深度和许多因素都可影响实际值。换句话说，实际值可不同于上述值。
振荡阻尼器可设置在刀夹的自由端和所述至少一个切割头之间。
阻止支撑件可设置在所述至少一个切割头和所述主要附接点之间。
所述至少一个切割头可定位在二阶振荡的波节中。
所述至少一个切割头可定位在三阶振荡的波节中。
所述至少一个切割头可定位在四阶振荡的波节中。
刀夹可具有直径D，且所述至少一个切割头可定位在距第一端或辅助支撑件至少10×D距离处。
刀夹还可包括在所述至少一个切割头和第一端之间的辅助支撑件。所述至少一个切割头可定位在距辅助支撑件至少10×D的距离处。
刀夹还可允许在每一个波节处设置一个或更多个切割头。这种切割头可在波节处定位在围绕刀具的周围的不同位置中。
刀夹可以以较高阶的振荡模式的形式操作，使得形成至少两个波节。切割头可定位在这些波节中的至少两个波节处或其附近。例如，如果存在三个波节，则切割头可定位在这些波节中一个、两个或可能全部三个波节处。通常，切割头将被定位在离刀夹的自由端最近的波节处，以便允许以最大可能的悬伸执行加工。而且，可在每个波节处定位两个、三个或更多个切割头。例如，当具有三个波节且在每个波节处具有三个切割头时，存在总共九个切割头。然而，不需要在每个波节处具有相同数量的切割头。
附图说明：
图1示出根据本发明的保持切割头的刀夹；
图2是在第一横向振荡模式中的刀夹的示意图；
图3示出了在第二横向振荡模式中的刀夹；
图4示出了在第三横向振荡模式中的刀夹；
图5示出了在第四横向振荡模式中的刀夹；以及
图6示出了根据本发明的在第二横向振荡模式中且具有辅助支撑件的刀夹。
具体实施方式
参考附图的本发明详述：
在图1中，示出了在第一端4、支撑件5和第二自由端3之间延伸的杆形刀夹1，在第一端4处，刀夹1被夹紧到机床，支撑件5抵靠工件（未示出），而在第二自由端3处，刀夹没有被紧固。图1示出了当没有在操作时的刀夹1的构造，该构造具有轴向中心轴线。切割头2在距自由端3向内一定距离处附接到刀夹1。自由端3可包括振荡阻尼器且可具有套筒的形式。在该情形中，切割头将附接在第一端4和阻尼器之间。振荡阻尼器例如可以是具有柔性紧固的阻尼质量的阻尼器，或者可以是有源阻尼器，例如，包括压电或电动元件。然而，刀夹的自由端还可仅包括质量块。该质量块可为固定的重物质量块或者可包括可更换的重物，以进行组件的调节或“调整”。自由端3和切割头之间的距离也可通过移动切割头或者通过在切割头和自由端3之间形成可调节长度的组件来进行调节。该组件还可包括用于在操作期间进行调节的装置且可包括用于使质量块沿自由端3和切割头之间的轴线移动的致动器。可替换地，切割头2和自由端3之间的距离可借助于一个或更多个致动器来调节。例如，可使用传感器，比如加速度计、载荷传感器或应变仪，以确定波节并因此确定切割头的附接点。杆形刀夹1还可包括多个切割头。例如，如果刀夹以三阶自然振荡模式的形式振荡，使得形成两个波节，则切割头可被定位在这些波节处。
图2是刀夹的示意图，其作为在第一端4处被夹紧的均匀悬臂梁来说明。刀夹1具有长度l并且在第一偏转模式ω1中示出。在该第一偏转模式中，本发明不能被使用，因为该偏转模式不展现任何波节。直线轴线x从第一端4处的夹紧点延伸。
图3示出了类似于图2中的刀夹的刀夹1，该刀夹1被描述为在第一端4处夹紧并具有自由端3的长度为l的均匀梁。刀夹被示出处于第二偏转模式ω2中，其在0.78l处呈现波节6，对于该情形，该波节6将适合于放置切割头。（距离0.78l是从刀夹被夹紧的第一端4到切割头2的位置进行测量得到的。）如果刀夹1包括不同的材料和/或具有异质结构或辅助支撑件，则波节6将与所示的值0.78l的位置略微不同。
图4是与图2和3中的刀夹类似的在三阶偏转模式ω3中的刀夹1的示意图，该刀夹1具有长度l并在第一端4处被夹紧且具有自由端3，对于此模式，在刀夹1上存在两个波节6。这些波节6适合于附接切割头。第一波节位于0.50l处，而第二波节位于0.87l处。通常，切割头将位于最外面的波节处。
图5是与图2、3和4中的刀夹类似的刀夹1的示意图，该刀夹1具有长度l并在第一端4处被夹紧且具有自由端3。刀夹1被示出处在四阶偏转模式ω4中，对于该模式，存在分别位于0.36l、0.64l和0.91l处的三个波节6。通常，切割头将定位在0.91l处的最外面的波节上。
图6示出在第二横向偏转模式中的根据本发明的刀夹1。刀夹1被示出为具有第一夹紧端4并包括辅助支撑件5、第二自由端3和在波节6处的切割头2。该图略微夸大地示出了刀夹1的形状在操作中的改变。抵靠工件的支撑件5使波节6朝自由端3移动。这可被看到，因为刀夹1的第二横向偏转模式在第一端4和支撑件5之间产生了较少受模式的形状影响的一段（基本上为直的）。而在支撑件5和自由端3之间，中心轴线将偏离直线形状。抵靠工件的支撑件5可包括位于工件和支撑件之间或者位于刀夹1和支撑件5之间的支承表面。当然，支撑件5不总是必需的。

Claims (12)

1.一种杆形刀夹（1），具有长度l，用以附接至少一个用于加工的切割头（2），所述刀夹（1）被构造成在第一端（4）处被夹紧并且在第二端（3）处是自由的，并且，在操作中，所述刀夹（1）以较高阶的弯曲振荡的形式围绕位于从所述第一端（4）延伸的直线轴线（x）上的至少一个波节（6）振荡，
其特征在于：
所述至少一个切割头（2）朝所述第一端（4）大体定位在距所述第二端（3）一定距离的波节（6）处。
2.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中所述第一端（4）和所述至少一个切割头之间的距离约为0.78l-0.91l。
3.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中在所述第二端（3）和所述至少一个切割头（2）之间定位振动阻尼器。
4.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中所述至少一个切割头（2）定位在用于二阶振荡的波节（6）处。
5.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中所述至少一个切割头（2）定位在用于三阶振荡的波节（6）处。
6.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中所述至少一个切割头定位在用于四阶振荡的波节（6）处。
7.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），所述刀夹（1）具有直径D，且所述至少一个切割头（2）定位在距所述第一端（4）至少10×D的距离处。
8.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），还包括位于所述第一端（4）和所述至少一个切割头（2）之间的辅助支撑件（5）。
9.根据权利要求8所述的杆形刀夹（1），其中所述至少一个切割头（2）定位在距离所述辅助支撑件（5）至少10×D的距离处。
10.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），其中一个或更多个切割头定位在同一波节（6）处。
11.根据权利要求1所述的杆形刀夹（1），用于在较高阶偏转模式下操作，使得至少两个波节（6）被形成，且其中至少一个切割头（2）大体定位在所述波节（6）中的至少两个波节的至少每一个波节处。
12.根据权利要求11所述的杆形刀夹（1），其中至少两个切割头（2）大体定位在所述波节（6）中的至少两个波节中的至少每一个波节处。
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