CN104640656A - 切削工具夹具 - Google Patents

Abstract

本发明的切削工具夹具是这样一种切削工具夹具，用于在杆状切削工具的一个端部插进安装孔之后，将杆状切削工具安装在切削机中，从而使其固定，本切削工具夹具包括：包括阻尼合金的阻尼合金管体，按质量％计，该阻尼合金的组成成分含有16.9～27.7％的Cu、2.1～8.2％的Ni、以及1.0～2.9％的Fe，具有0.05％以下的C，其余是Mn和不可避免的杂质，以及，该阻尼合金管体提供沿阻尼合金管体纵向的中央通孔作为安装孔，并且具有螺纹外周面；以及刚性保持管体，其包括杨氏模量大于阻尼合金的材料，并且具有螺纹筒状内表面，以及，沿刚性保持管体的螺纹筒状内表面，使具有螺纹外周面的阻尼合金管体以螺纹连接方式固定。

Description

切削工具夹具

技术领域

本发明涉及一种切削工具夹具，用于将切削工具安装在切削机中。具体而言，本发明涉及这样一种切削工具夹具，用于在杆状切削工具的一个端部插进安装孔之后，将杆状切削工具安装到切削机中，从而使其固定。

背景技术

在一种切削加工中，使工件与切削工具相邻接时相对彼此移动，以执行切削，这种切削加工中，由于振动而存在导致加工精度降低的问题。尤其是，在用于对工件的孔的内周面进行切削的镗孔加工中，通过靠近长杆状切削工具(诸如镗杆)的一个端部，以悬臂方式支撑该切削工具进行加工，所以，容易在切削工具中产生“颤振(chatter vibration)”。为了应对这种振动，针对用于将切削工具安装在切削机中的切削工具夹具，设置包括阻尼合金用于减少振动的阻尼机构。

例如，专利文献1披露了一种技术，其中，为了防止切削加工时镗杆中所产生的振动直接传到切削工具夹具，将包括阻尼件的筒状套筒，适配进沿筒状夹具本体(包括钢材等)的轴线延伸的适配孔，以及，将镗杆的柄部插进套筒的内周面，并且用固紧螺钉进行压迫/固定。与柄部邻接固紧螺钉部分相对的外周面部分布置为压迫面，以及，将阻尼件置于压迫面与适配孔的相对内表面部分之间，从而对镗杆中产生的振动进行阻尼/吸收，并且抑制镗杆的偏斜(deflection)，特别地，防止由于柄部和夹具本体的共振而导致的“颤振”。作为可在这种压迫面部分中使用的阻尼件，该文献记载了铝、铜、锌、黄铜、使用这些金属作为主要成分的合金、阻尼钢片等。

此外，专利文献2披露了这样一种技术，其中，沿金属制成的套筒的轴心，以螺纹连接方式适配芯件，通过将切削工具的柄部配合进 芯件的工具保持孔，安装切削工具，以及，可以将重量轻并且振动吸收性能优良的纯镁或者镁合金用于芯件。切削工具夹具中的套筒和芯件分开形成，使得在切削加工时，从切削工具要通过切削工具夹具传到切削机底座的振动可以由芯件吸收。

此外，专利文献3披露了一种技术，其中，将阻尼件置于切削工具与工具台座之间，该切削工具压迫并固定于该工具台座，并且，该文献指出，由于阻尼件的阻尼系数较高，可以抑制切削加工时的振动，以及，可以减小冲击响应，例如，与切削工具接合过程中的冲击响应，但阻尼性能与抗拉强度等代表的刚性或强度处于折衷关系，而且，过高的阻尼性能反而导致切削工具的剧烈振动，并且带来加工精度的劣化。考虑到这一方面，规定该阻尼件适宜为这样的金属材料，其抗张强度为500～650兆帕、以及其对数阻尼系数(logarithmic damping factor)为0.2～0.35，例如，锰(Mn)基阻尼合金，以原子百分数计，其基本组成是20±5％的铜(Cu)、5±3％的镍(Ni)、以及2±1％的铁(Fe)。

背景技术文献 

专利文献

专利文献1：JP-UM-A-05-088804

专利文献2：日本实用新型登记No.3,153,247

专利文献3：JP-A-2004-202649

发明内容

本发明所要解决的问题

如专利文献1至专利文献3中所述，普遍的做法是，将阻尼件置于切削工具和被切削工具压迫及固定处之间。取决于阻尼件的材料，阻尼件的阻尼性能变化很大，虽然如此，还未在切削工具夹具的设计等方面关于阻尼件各材料的优化进行过研究。换而言之，最大程度地抑制切削工具的振动以使切削加工具有高加工精度，并不一定是正确的。

在这样的情况下提出本发明，以及，本发明的目的是，提供一种切削工具夹具，使得能以优良的加工精度进行切削加工。

解决问题的方案

本发明的切削工具夹具是这样一种切削工具夹具，用于在杆状切削工具的一个端部插进安装孔中之后，将杆状切削工具安装在切削机中，从而使其固定，其中，该切削工具夹具包括：包括阻尼合金的阻尼合金管体，按质量％计，该阻尼合金的组成成分含有16.9～27.7％的铜(Cu)、2.1～8.2％的镍(Ni)、以及1.0～2.9％的铁(Fe)，具有0.05％以下的碳(C)，其余是锰(Mn)和不可避免的杂质，以及，该阻尼合金管体提供沿阻尼合金管体纵向的中央通孔作为安装孔，并且，该阻尼合金管体具有螺纹外周面；以及刚性保持管体，其包括杨氏模量大于阻尼合金的材料，并且具有螺纹筒状内表面，以及，使具有螺纹外周面的阻尼合金管体，沿刚性保持管体的螺纹筒状内表面，以螺纹连接方式固定。

根据本发明的这一方面，阻尼合金管体包括Mn基双晶(twinned)阻尼合金，其具有相对较高的刚性和强度，同时，具有有效吸收较宽频率范围内的振动的高阻尼能力，将该阻尼合金管体与沿刚性保持管体筒状内表面的较宽区域以螺纹方式固定，藉此，安装在这种切削工具夹具中的切削工具执行的切削加工，能够提供优良的加工精度。

在以上所述的本发明中，阻尼合金管体可以沿筒状内表面螺纹方式固定时，阻尼合金管体的端部插进刚性保持管体，使得设置在阻尼合金管体纵向相对端部中的凸缘部压抵刚性保持管体的端面。根据本发明的这一方面，阻尼合金管体包括具有相对较高刚性和强度的Mn基双晶阻尼合金，将该阻尼合金管体与沿刚性保持管体筒状内表面的较宽区域更牢固地以螺纹方式固定，藉此，安装在这种切削工具夹具中的切削工具执行的切削加工，能够提供更优良的加工精度。

附图说明

图1是示出根据本发明的切削工具夹具的侧向剖视图和正视图；

图2是示出根据本发明的切削工具夹具的组成部件的侧向剖视图和正视图；

图3是示出根据本发明的切削工具夹具的组成部件的侧向剖视图和正视图；

图4是侧向剖视图，示出由根据本发明的切削工具夹具固定切削工具所用方法；

图5是示出切削加工中圆度的测量结果的图；

图6是示出切削加工中表面粗糙度的测量结果的图；以及

图7是侧向剖视图，示出由根据本发明的另一实施例中的切削工具夹具固定切削工具所用方法。

具体实施方式

下面，参照图1至图4，描述作为本发明一种实施例的切削工具夹具。

如图1中所示，近似筒状保持管体(刚性保持管体)2包括刚性材料，近似筒状套筒(阻尼合金管体)3包括阻尼合金，通过将该近似筒状保持管体2与近似筒状套筒3以同心方式组合，制造用于夹持切削工具并将切削工具安装在切削机中的夹具1。保持管体2在其一个端部具有凸缘21，套筒3从与凸缘21相对的端部插入，并且，使设置在套筒3一个端部中的凸缘部31的侧表面邻接在保持管体2的端面24上。

结合参见图2，保持管体2的内周面22在整个长度上沿轴线设置有内螺纹。同样地，保持管体2设置有通孔23，该通孔23从外周面贯穿至内周面22，将用于固定切削工具的螺栓适配进通孔23中，如后文所述。沿轴线方向设置多个通孔23。保持管体2是刚体，包括例如钢(诸如S45C)，并且具有至少大于套筒3(下文描述)的杨氏模量，以及，通常，适宜的是，所具有的杨氏模量是套筒3的杨氏模量的两倍或更高。

如图3中所示，套筒3中除凸缘部31之外的外周面32沿轴线方向设置有外螺纹，并且可以与保持管体2的内周面22上的上述内螺纹 对应地进行螺纹连接。管状套筒3的内周面限定有安装孔34，用于插入并安装切削工具。套筒3设置有多个通孔33，该通孔33与保持管体2的通孔23对应，并且从外周面32于径向贯穿至内周面。也就是，各通孔33设置所在的位置，允许在套筒3以螺纹方式固定至保持管体2(参见图1)时与通孔23连通。

套筒3包括双晶Mn基阻尼合金，其为Mn-Cu-Ni-Fe基阻尼合金，按质量％计，其组成成分含有16.9～27.7％的Cu，2.1～8.2％的Ni，以及1.0～2.9％的Fe，具有0.05％以下的C，其余是Mn和不可避免的杂质(低含量元素诸如氧(O)和氮(N))。各组分的成分范围(全部按质量％计)如下所述。如果Cu的量少于16.9％，不形成双晶，而如果其量超过27.7％，增大了偏析(segregation)，导致无法得到足够的阻尼性能。Cu的量适宜为19.7～25.0％。与主元素Mn和Cu在一起，添加Ni作为第三元素，从而能增强阻尼性能。如果Ni的量少于2.1％，该元素不能有助于双晶生成的变化，而如果其量超过8.2％，则使对双晶生成的贡献饱和。与Mn和Cu一起或与Ni一起，添加Fe作为第四元素，从而能进一步增强阻尼性能。如果Fe的量少于1.0％，该元素不能有助于双晶生成的变化，而如果其量超过2.9％，则使对双晶生成的贡献饱和。C的量设定为0.05％以下，藉此，即使Mn蒸发且C的相对浓度升高时，也可避免阻尼性能劣化。

如上所述，本实施例中的阻尼合金形成双晶，并且通过将外部强加的振动能量转化为双晶界面处的摩擦热而吸收振动。相比于一般的阻尼合金，这种阻尼合金对于较宽频率范围内的振动具有高阻尼能力，并且能有效地吸收振动。特别地，由于压缩应力的加载，即使较小的应力也在双晶界面处产生摩擦热，并且能有效地吸收振动。此外，相比于一般的阻尼合金，本阻尼合金具有较高刚性和强度。

再次参见图1，相比于使平滑表面相互在内部适配的情况，保持管体2的内周面22和套筒3的外周面32相互旋紧，并且以较大面积固定。此外，旋紧套筒3时使其凸缘部31的侧表面压抵保持管体2(作为具有较大杨氏模量的刚体)的端面24，从而，通过螺纹连接，向外周面32(其具有的多个面从轴线方向倾斜)施加较大表面压力，结果， 使套筒3更牢固地固定于保持管体2。

如图4中所示，在将杆状切削工具50的夹持部52插进安装孔34之后，将上述夹具1插进固定于切削机(未示出)的保持架60的保持孔64。此时，凸缘21的侧表面邻接保持架60，并且使切削工具50的刀头51从保持架60伸出。在这种状态下，设置在保持架60上的螺栓孔63(具有内螺纹)布置在与夹具1的通孔23、33连通的位置处，并且将多个螺栓4穿过螺栓孔63紧固，结果，使螺栓4的末端邻抵切削工具50。在螺栓4的行进方向压迫切削工具50，并且，切削工具50在螺栓4上邻接部分的相对的外周面压抵套筒3的内周面，从而使切削工具50固定。结果，可以在相对于工件移动刀头51时，执行切削加工。

与光滑表面相互在内部适配的情况相比，根据上述实施例，以较大面积，使包括双晶Mn基阻尼合金的套筒3以螺纹方式固定于高刚性保持管体2的内周面。之后，紧固多个螺栓4，藉此，切削工具50中与螺栓4邻接部分相对的外周面，受到压迫并固定于套筒3的内周面。也就是，套筒3固定切削工具50，同时，由于其刚性，以覆盖轴向整个区域的较大面积，同时在周向的较宽范围上，套筒3偏置并压抵保持管体2。结果，利用上述在压缩应力下具有较高振动阻尼能力的双晶Mn基阻尼合金的特性，提供了一种夹具1，其能有效地吸收较宽频率范围的振动，并具有较高阻尼能力，换而言之，提供了优良的加工精度。

顺便提及，将套筒3旋入保持管体2的内部，同时将其凸缘部31的侧表面压向保持管体2(包括杨氏模量较大的刚体)的端面24，藉此，由套筒3在旋紧行进方向所施加的力，以及，由套筒3的凸缘部31施加的顶靠力，此两种力施加于套筒3的螺纹外周面32，也就是具有螺纹面(其为相对于轴线方向倾斜的面)的外周面32，藉此，能将套筒3更牢固地固定于保持管体2。换而言之，能更有效地吸收切削工具50中所产生的振动。

[评估测试]

下面，参见图5和图6，说明使用本发明实施例和比较例各自的 切削工具夹具进行切削加工(镗孔加工)的结果。通过如下文所述方式测量圆度和表面粗糙度，评估切削加工的结果。

实施例1是通过将套筒3和保持管体2(S45C构成)旋紧在一起所得到的切削工具夹具(下文称为“旋紧式”)，该套筒3由Mn-Cu-Ni-Fe基阻尼合金构成，按质量％计，该Mn-Cu-Ni-Fe基阻尼合金具有的组成成分为22.4％的Cu，5.2％的Ni，2.0％的Fe，以及0.01％的C，其余是Mn和不可避免的杂质。具体而言，保持管体2具有40毫米的外径，其中，于整个长度在其内周面上形成M33×2的内螺纹。套筒3具有25.2毫米的内径，其中，在其外周面上形成M33×2的外螺纹。通过旋紧-固定这些部件得到切削工具夹具夹持的总长度，也就是套筒3的总长度，为96毫米。

与实施例1不同，比较例1是通过冷适配(cold fitting)将筒状套筒固定于保持管体得到的切削工具夹具(下文称为“适配式”)，没有将套筒3与保持管体2旋紧在一起。这里，边界直径是31毫米，以及，其它尺寸与实施例1中相同。比较例2和比较例3是通过整体方式形成保持管体和套筒所得到的切削工具夹具(下文称为“整体式”)。比较例2和比较例3的材料分别是：实施例1的保持管体2所使用的S45C、以及实施例1的套筒3所使用的Mn-Cu-Ni-Fe基阻尼合金。

关于切削加工，在100米/分钟的切削速度、0.5毫米切削量、0.2毫米/转的进刀速度和140毫米的工具伸出量的条件下，在工件(由SUS304构成圆筒体，并且具有200毫米长度、100毫米外径和62毫米内径)上，执行三遍进刀距离为80毫米的镗孔加工。

三遍镗孔加工之后，由可商购的三维测量计在加工孔的内周面上测量圆度。在测量中，在距离加工孔端面的深度为3毫米、6毫米、25毫米、以及45毫米的四个部位处测量圆度，以及，为了对各情况进行综合评估，记录四个部位处测量值的平均值。图5下部示出各情况下的平均值。

每次执行一遍镗孔加工时，在距离工件内周面端面的深度为30毫米的部位中，由可商购表面粗糙度测量仪在三个位置处测量表面粗糙 度，并且确定其平均值。镗孔加工执行三遍，并且记录每一遍的表面粗糙度Ra的平均值。

如图5和图6中所示，在“旋紧式”的实施例1中，圆度为6.3～8.7微米，且平均为7.4微米，以及，表面粗糙度Ra为1.69～1.93微米。即使增加遍数，表面粗糙度Ra也显示出稳定的值。

另一方面，在“适配式”的比较例1中，圆度为11.9～21.4微米，且平均为16.3微米，并且大于实施例1。表面粗糙度Ra为2.42～5.01微米，并且也大于实施例1。也就是，就以圆度和表面粗糙度Ra评估的加工精度而言，实施例1优于比较例1。

在由S45C构成的“整体式”比较例2中，圆度为9.2～10.1微米，且平均为9.7微米，并且大于实施例1。此外，表面粗糙度Ra为3.99～5.35微米，并且大于实施例1。也就是，就以圆度和表面粗糙度Ra评估的加工精度而言，实施例1优于比较例2。在比较例2中，据信，尽管切削工具中所产生的振动的幅度相对较小，且圆度相对较高，所产生的振动不能被吸收，且表面粗糙度增大。

在具有与实施例1中相同组成成分的Mn-Cu-Ni-Fe基阻尼合金构成的“整体式”比较例3中，圆度为15.0～25.3微米，且平均为18.4微米，并且大于实施例1。此外，表面粗糙度Ra为6.54～9.19微米，并且大于实施例1。也就是，就以圆度和表面粗糙度Ra评估的加工精度而言，实施例1优于比较例3。据信，与旋紧式(实施例1)或适配式(比较例1)相比，由于阻尼合金应用于较大厚度，双晶变形不够充分，并且振动不能有效地转化为摩擦热，无法获得良好的阻尼性能。

如上所述，在使用实施例1的切削工具夹具进行镗孔加工时，由圆度和表面粗糙度评估的加工精度非常好。套筒3使用与一般的阻尼合金相比具有较高刚性和强度的双晶Mn基阻尼合金，通过将套筒3螺纹方式固定于高刚性保持管体2，夹具1可以实现这种高加工精度，同时，夹具1能有效地吸收较宽频率范围内的振动，尤其是在压缩应力下。

此外，如图7中所示，可以在保持管体2的通孔23和套筒3的通孔33的内周面采用连续内螺纹，并且可以将固紧螺钉42紧固于该处， 以使其末端邻接切削工具50，使得切削工具50可以受到压迫并固定于套筒3的内周面。此时，固紧螺钉42没有从保持管体2的外周面凸出，并且与保持架60没有接触。顺便提及，可以由螺栓(未示出)将保持管体2压迫并固定于保持架60。固紧螺钉42与保持架60不接触，因而，可以避免切削工具50中所产生的振动传到切削工具夹具1外部。作为另一实施例，可以使用更短的固紧螺钉42，以使其不会从套筒3的外周面凸出。也就是，通过将固紧螺钉42保持为使其不仅与保持架60不接触、而且与保持管体2也不接触，可以防止切削工具50中所产生的振动经由套筒3传到外部。

虽然参照其代表性实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于此。本领域的技术人员可以发现多种替代实施方式及修改，而不脱离本发明的要旨或所附权利要求的范围。

本申请基于2012年6月29日提交的日本专利申请(专利申请No.2012-146856)，该申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

工业适应性 

根据本发明的切削工具夹具，通过安装于这种切削工具夹具中的切削工具，执行的切削加工实现了优良的加工精度。

附图标记说明：

1   夹具

2   保持管体

3   套筒

22  内周面

31  凸缘部

32  外周面

34     安装孔

50  切削工具

Claims (2)

1.一种切削工具夹具，用于在杆状切削工具的一个端部插进安装孔之后，将所述杆状切削工具安装在切削机中，从而使其固定，

其中，所述切削工具夹具包括：阻尼合金管体，该阻尼合金管体包括阻尼合金，按质量％计，该阻尼合金的组成成分含有16.9～27.7％的Cu、2.1～8.2％的Ni、以及1.0～2.9％的Fe，具有0.05％以下的C，其余是Mn和不可避免的杂质，以及，所述阻尼合金管体提供沿所述阻尼合金管体纵向的中央通孔作为安装孔，以及，所述阻尼合金管体具有螺纹外周面；以及刚性保持管体，该刚性保持管体包含材料的杨氏模量比所述阻尼合金的大，以及，所述刚性保持管体具有螺纹筒状内表面，以及

使具有螺纹外周面的所述阻尼合金管体，沿所述刚性保持管体的螺纹筒状内表面以螺纹连接方式固定。

2.根据权利要求1所述的切削工具夹具，其中，使所述阻尼合金管体沿所述筒状内表面以螺纹连接方式固定时，所述阻尼合金管体的端部插进所述刚性保持管体，使得设置在所述阻尼合金管体纵向上相对端部处的凸缘部压抵所述刚性保持管体的端面。