CN103635287A

CN103635287A - 防振构件及切削工具

Info

Publication number: CN103635287A
Application number: CN201280031718.6A
Authority: CN
Inventors: 俣野和弥; 川下伦平
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: US20140105701A1; CN103635287B; EP2732913A4; JPWO2013011944A1; KR20140004252A; WO2013011944A1; JP5743116B2; EP2732913A1

Abstract

提供一种防振构件，所述防振构件通过与工具主体的外表面的摩擦力而能够安装于所述工具主体的外表面，且所述防振构件具备具有橡胶弹性或粘弹性的构件主体。

Description

防振构件及切削工具

技术领域

本发明涉及通过安装于工具而使振动衰减的防振构件、及具备该防振构件的切削工具。

本申请基于2011年7月15日向日本提出申请的特愿2011-156602号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

在切削加工时，作为使加工对象的加工精度恶化的原因，存在与加工相伴的切削工具的振动。例如，已知在铣刀加工时为了避免加工对象与切削工具的干涉而较长地设定工具长度的情况下，工具突出量增加而切削工具的强度下降，振动的发生变大。根据这种情况，为了抑制切削工具的振动而进行了各种尝试。

例如，在专利文献1中记载了一种通过在工具内部的中空部分设置由粘弹性体支承的重物来抑制加工时的振动的防振工具。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-307642号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，上述以往的防振工具需要在工具主体形成有中空部的基础上在其内部经由粘弹性体来固定重物等，结构复杂，存在导致工具的制造成本高涨这样的问题。而且，由于在工具主体的内部配置重物等振动吸振器，因此存在无法应对对于切削加工时的冷却有效的内部供油所产生的冷却的问题。

而且，正因为是上述那样的结构，因此存在工具其本身的强度下降，给工具的寿命造成坏影响的问题。

本发明考虑到这种情况而作出，其目的在于提供一种通过简单的结构，不会牺牲工具的强度，而能够对切削工具附加衰减功能的防振构件、及具备该防振构件的切削工具。

解决方案

本发明的防振构件具备具有橡胶弹性或粘弹性的构件主体，所述防振构件通过与工具主体的外表面的摩擦力而能够安装于所述工具主体的外表面。

根据本发明的防振构件，在切削时，由于在工具产生的工具的弯曲及扭转而具有橡胶弹性或粘弹性的构件主体发生变形，通过构件主体自身的衰减效果能够使工具主体的振动衰减。而且，在工具主体与构件主体的接触面产生摩擦，在工具主体与构件主体的交界面产生摩擦阻力，由此能够使振动衰减。

所述构件主体也可以是具有中心轴孔的筒形状，向所述中心轴孔内插入所述工具主体。即，也可以是，所述构件主体是具有中心轴孔的筒形状，向所述中心轴孔插入所述工具主体。

根据本发明的防振构件，能够以更简单的结构来制造防振构件。而且，能够提供一种更简单地向工具主体安装的防振构件。进而，由于也能够简单地向现有的工具安装防振构件，因此不会废弃现有的工具而能够低振动化使用。

另外，也可以是，所述中心轴孔的内径比所述工具主体的外形小。

根据本发明的防振构件，在防振构件的中心轴孔与工具主体之间产生过盈量（过盈量），通过过盈配合（过盈配合），能够以规定的紧固力将防振构件与工具主体嵌合。

另外，也可以是，在所述防振构件上，在所述构件主体的内周侧及外周侧中的至少一方形成至少1条狭缝。

根据本发明的防振构件，由于狭缝而在防振构件的内部进行摩擦的面积增加，能够得到更高的摩擦衰减效果。

另外，也可以向具有橡胶弹性或粘弹性的所述构件主体添加纤维。

根据本发明的防振构件，在切削工具高速旋转时，能够抑制防振构件因离心力而发生变形的情况。

此外，本发明提供一种具备所述防振构件和工具主体的切削工具。

根据本发明的防振构件，不牺牲切削工具的强度而能够向工具附加衰减功能。

发明效果

根据本发明，在切削时，由于在工具产生的工具的弯曲及扭转而具有橡胶弹性或粘弹性的构件主体发生变形，通过构件主体自身的衰减效果能够使工具主体的振动衰减。而且，在工具主体与构件主体的接触面产生摩擦，在工具主体与构件主体的交界面产生摩擦阻力，由此能够使振动衰减。

附图说明

图1是本发明的实施方式的机床的工具安装部的概观图。

图2是第一实施方式的防振构件的立体图。

图3是机床的卡盘部的放大侧视图。

图4是第二实施方式的防振构件的立体图。

图5A是第二实施方式的另一方式的防振构件的立体图。

图5B是第二实施方式的另一方式的防振构件的立体图。

图5C是第二实施方式的另一方式的防振构件的立体图。

图6是比较例1（无防振构件）的敲击试验结果。

图7是实施例2-1（整个长度上的防振构件）的敲击试验结果。

图8是实施例2-2（整个长度的一半上的防振构件）的敲击试验结果。

图9是敲击试验中的频率响应的坐标图。

图10是比较例3的表面粗糙度测定结果。

图11是实施例3的表面粗糙度测定结果。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的第一实施方式。

图1是具备适用了本实施方式的防振构件的切削工具的卧式加工中心100（以下，称为机床）的工具安装部的概观图。

本实施方式的防振构件1适用于机床100的铣刀（刀具）。在本实施方式中，使用立铣刀2作为铣刀。如图1所示，在本实施方式中使用的机床100的主轴朝向水平方向，立铣刀2由卡盘部51保持。

如图2所示，防振构件1的构件主体1A呈圆筒形状，沿着轴向形成有中心轴孔3。构件主体1A由粘弹性体构成，更详细而言，由天然橡胶配合硬度65的橡胶形成。需要说明的是，作为防振构件1的材质，并不局限于橡胶，只要是具有橡胶弹性或粘弹性的构件即可。通过使用这些材料，能得到高的振动衰减效果。例如，作为具有橡胶弹性的材料，可以采用天然橡胶、合成橡胶等的网眼状高分子、塑料等的链状的合成高分子。而且，例如，作为具有粘弹性的材料，可以采用具备冲击吸收力、压力分散性能的以硅酮为主原料的凝胶状原料（例如，泰已科（タイカ）公司的α凝胶（注册商标）等）。

防振构件1的轴向的长度是将立铣刀2的主体部大致覆盖的长度。即，防振构件1是在除了立铣刀2的刀刃部及保持部之外的大致整个长度上将立铣刀2覆盖的形状。本实施方式的防振构件1的长度为50mm，外径为40mm中心轴孔的直径为13mm。

图3是卡盘部51的放大侧视图。

如图3所示，防振构件1安装于由卡盘部51保持的立铣刀2。立铣刀2由被卡盘部51保持的保持部4、刀刃部5、以及保持部与刀刃部之间的主体部6构成。立铣刀2为大致圆柱形状，主体部6也是具有一定的直径的圆柱形状。防振构件1安装在立铣刀2的主体部6上。

在本实施方式中，立铣刀2的从卡盘部51突出的突出量为79mm，防振构件1安装在距立铣刀2的前端14.5mm的位置。而且，立铣刀的主体部的直径为14mm，防振构件1的中心轴孔的内径比立铣刀的主体部的外径小1mm。即，防振构件1与立铣刀2通过过盈配合的关系进行嵌合。

根据上述实施方式，在切削时，因在立铣刀2产生的立铣刀2的弯曲及扭转而防振构件1变形，通过防振构件1自身的衰减效果，能够使立铣刀2主体的振动衰减。

另外，在立铣刀2与防振构件1的接触面产生摩擦，在立铣刀2与防振构件1的交界面产生摩擦阻力，由此能够使振动衰减。

另外，由于防振构件1为简单的形状，因此能够以更低的成本制造防振构件1。而且，能够提供一种更简单地安装于立铣刀2的防振构件1。此外，也能够简单地向现有的工具安装防振构件，因此能够不用废弃现有的工具而低振动化使用。

此外，由于在防振构件1的中心轴孔3与立铣刀2之间产生过盈量，因此能够通过过盈配合以规定的紧固力使防振构件1与立铣刀2嵌合。

接下来，对第二实施方式的防振构件进行说明。

图4是第二实施方式的防振构件1B的立体图。如图4所示，在第二实施方式的防振构件1B的构件主体1A上，形成有在从轴向观察第一实施方式的防振构件1的内周侧时从中心轴孔3呈放射状（径向方向）地形成的多条狭缝7。多条狭缝7沿着轴向（轴向方向）在防振构件1B的整个长度上延伸。

根据上述实施方式，通过狭缝7，在防振构件1B的内部进行摩擦的面积增加，能够得到更高的摩擦衰减效果。而且，中心轴孔3容易扩展，因此容易将防振构件1B安装于立铣刀2。

需要说明的是，狭缝7也可以不是沿着轴向方向连续形成。例如图5A所示，狭缝7C也可以间断地形成在构件主体1A的局部。而且，狭缝7无需沿着轴向方向直线性地设置，如图5B所示，狭缝7D也可以扭转成螺旋状而形成。

另外，如图5C所示，狭缝7E也可以形成在构件主体1A的外周侧。通过将狭缝不仅形成在内周侧，而且也形成在外周侧，由此防振构件的刚性下降，能够期待由结构衰减产生的衰减效果。

实施例

接下来，对于安装有防振构件的立铣刀的实施例和没有防振构件的立铣刀的比较例，进行了用于确认防振效果等的各种测定。

验证从基于卷刃量的比较、基于敲击试验的比较、基于表面粗糙度的比较、基于工具损伤的检查的比较这4个观点进行。

机床使用了卧式加工中心。立铣刀使用了φ14的6刃立铣刀。试件设为时效处理完的方料（宽×高×进深=122×109×76（mm））。径向和轴向的切入及转速在实施例及比较例中为一定。

<基于卷刃量的比较>

在实施例的立铣刀和比较例的立铣刀中，对试件进行加工，对加工后的卷刃量（磨损量）进行了计测、比较。试件的加工进行了两面加工。

<实施例1>

实施例1使用安装有防振构件的立铣刀，在表1所示的条件下对试件进行了加工。防振构件使用外径=40mm、内径=13mm、长度=50mm的构件，通过过盈配合而嵌合并固定于外径14mm的立铣刀。

<比较例1>

比较例1使用未安装防振构件的立铣刀，在表1所示的条件下对试件进行了加工。

表1示出对试件的端面进行了两面加工之后的立铣刀的卷刃量。卷刃量对于立铣刀的后隙面及前倾面分别进行了计测。而且，1面的切削距离为约2.68m。

根据表1，虽然各切削刃存在卷刃量的变动，但是在两面加工的时点，在后隙面的评价中能够确认到平均49%的卷刃量的减少。在前倾面的评价中，能够确认到平均31%的卷刃量的减少。

[表1]

<基于敲击试验的比较>

为了确认防振构件的效果原因，在使工具旋转停止的状态下实施了敲击试验。敲击试验通过以工具前端位置为施振输入位置、并利用冲击锤对该位置进行打击来实施。振动的计测位置为工具前端位置。

<实施例2-1,2-2>

作为实施例2-1，准备了将立铣刀的主体部在整个长度上覆盖的防振构件。作为实施例2-2，准备了将立铣刀的主体部的约一半覆盖的防振构件，即，与实施例2-1相比，准备了具有约一半的整个长度的防振构件。

<比较例2>

比较例2为未安装防振构件的立铣刀。

图6是比较例1（无防振构件）的敲击试验结果。图7是实施例2-1（整个长度上的防振构件）的敲击试验结果。图8是实施例2-2（整个长度的一半的防振构件）的敲击试验结果。任意的坐标图均是表示水平方向的振动加速度。

如图6～8所示可知，与比较例1相比，实施例2-1及实施例2-2的衰减效果高。

图9是频率响应的坐标图。通过半功率法算出的衰减比在比较例2中为约1.5%，在实施例2-1中为5.0%，在实施例2-2中为3.0%，能够确认到具有防振构件的安装所产生的衰减效果的情况。如图9所示，比较例2、实施例2-1、2-2的工具的振动的峰值为900Hz附近和1，200Hz附近，根据工具的转速和刃数而算出的施振振动数远离上述的峰值。因此，认为安装有防振构件的情况产生的效果不是由共振回避产生而是由衰减产生的。而且，实施例2-2仅覆盖立铣刀的主体部的约一半，因此虽然防振效果稍小，但仍然表现出具有防振效果的情况。

<基于表面粗糙度的比较>

在实施例的立铣刀和比较例的立铣刀中，对试件进行加工，对加工后的表面粗糙度进行了计测、比较。试件的加工进行了五面加工。

<实施例3>

设为与实施例1同样的条件。即，使用安装有防振构件的立铣刀，对试件进行了加工。

<比较例3>

设为与比较例1同样的条件。即，使用未安装防振构件的立铣刀，对试件进行了加工。

表2示出工具路径方向的表面粗糙度的值。而且，图10示出比较例3的表面粗糙度测定结果，图11示出实施例3的表面粗糙度测定结果。图10及图11均表示工具路径的方向的表面粗糙度。而且，高度方向的尺度相同。

[表2]

如表2所示，工具路径方向的表面粗糙度的Ra：算术平均粗糙度、Rz：最大高度粗糙度、Rt：最大截面高度中的任意的数值均是，实施例3成为低的数值。尤其是在实施例3中，由于安装有防振构件，而最大高度粗糙度Rz从4.3μm减少为3.7μm。作为其原因，认为是工具振动的振幅的减少。

另外，如图10及图11所示，当观察测定了加工面的形状时，在实施例3中，加工面呈周期短的波形连续的形状，进而该波形的高度在以比各自的波形长的周期观察时，有规则地增减。即，可知由于振动受到抑制，波形稍平滑。相对于此，在比较例3中，加工面的波形不规则，无法观察到实施例3那样的倾向，难以看到以波形的外形长的周期进行增减的规则性。即，可知由于振动的抑制比实施例3少，细波形不规则地排列。

<基于工具损伤的检查的比较>

对于实施例1的安装有防振构件的切削工具，实施荧光渗透探伤试验和放射线试验，确认了工具自身的损伤状态。

其结果是，切削加工前、切削加工后（切削距离13.4m）均没有异常，在切削初期的阶段，在工具柄部分也未确认到工具的损伤。

通过以上的比较，得到了以下的结果。

（1）通过向立铣刀安装防振构件，能够确认到存在工具的衰减效果升高而切削刃的卷刃减少的效果。

（2）切削刃的卷刃减少效果在切削初期有效，可知与工具的预设时的振动相比，防振构件的安装产生的卷刃减少效果大。

需要说明的是，本发明的技术范围并未限定为上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够施加各种变更。例如，在以上说明的各实施方式中，使用了卧式加工中心作为机床，但只要是使用长条形状的刀具的机床即可，并不局限于此。例如，也可以将防振构件形成为向钻床的钻头、车床的车刀使用的结构。

标号说明

1…防振构件，

1A…构件主体

2…立铣刀（工具主体），

3…中心轴孔，

4…保持部，

5…刀刃部，

6…主体部，

7、7C、7D、7E…狭缝

Claims

1.一种防振构件，所述防振构件具备具有橡胶弹性或粘弹性的构件主体，所述防振构件通过与工具主体的外表面的摩擦力而能够安装于所述工具主体的外表面。

2.根据权利要求1所述的防振构件，其中，

所述构件主体是具有中心轴孔的筒形状，向所述中心轴孔内插入所述工具主体。

3.根据权利要求2所述的防振构件，其中，

所述中心轴孔的内径比所述工具主体的外径小。

4.根据权利要求3所述的防振构件，其中，

在所述构件主体的内周侧及外周侧中的至少一方形成有至少1条狭缝。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的防振构件，其中，

向所述构件主体添加纤维。

6.一种切削工具，其具备权利要求1～4中任一项所述的防振构件和工具主体。

7.一种切削工具，其具备权利要求5所述的防振构件和工具主体。