CN104646740B - 一种摩擦式减振铣刀刀杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦式减振铣刀刀杆，包括刀座、挡圈、阻尼条、刀体、心轴；刀体头部设有空腔，尾部设有接口，中部设有轴向内孔，内孔周向均匀分布扇形或者圆形导槽；阻尼条安装在导槽内，阻尼条的长度比导槽略长，形状与导槽相同，可采用分段或整体式设计；刀体内孔后端还设有刀尾内孔，刀尾内孔与接口连通；心轴的一端为小端，另一端为大端，心轴的小端位于刀体头部空腔中，用于挡圈和调整螺母的安装，心轴的大端固定在刀尾内孔中，导槽的侧壁与心轴之间设有间隙；刀座与刀体的空腔固定连接，刀座顶端设有端键，用于刀盘安装。本发明有效抑制铣削加工中的刀具颤振现象，适用于各种深腔，深孔零件的加工。

Description

一种摩擦式减振铣刀刀杆

技术领域

本发明涉及一种摩擦式减振铣刀刀杆，具体涉及一种金属铣削加工过程中的减振刀杆，属于机械加工领域。

背景技术

金属切削加工过程中，刀具与工件间常常会出现颤振现象。颤振影响加工精度，降低机床和刀具的使用寿命，同时，颤振还伴随着噪音，污染加工环境。颤振的消除除了选用合适的切削参数，还可以通过提高刀具系统或者机床的刚度、阻尼实现。将阻尼器应用于铣刀是一种很好的解决方案。

阻尼器主要分为主动、半主动、被动三种形式。主动和半主动形式的阻尼器通常需要外部能源的供给、复杂的控制算法和较大的空间，而铣刀由于运动状态和空间限制使得被动阻尼器相较主动、半主动更容易在铣刀上实现。

被动阻尼器又分为调谐式、冲击式、涡流式、电磁式、摩擦式等。铣刀旋转时产生远高于切削力的离心力，利用离心力产生的巨大摩擦力消耗振动能量，可以有效地降低铣刀振动。

铣刀长径比超过4时容易发生颤振现象，对于深腔结构件，现实中通常通过降低刀具切削参数来避免颤振现象的发生。而在铣刀中内置阻尼器可以在不牺牲加工效率的情况下提高工件的表面加工质量，具有广阔的应用前景。

摩擦阻尼器已在建筑工程领域取得了广泛的应用，而在铣削刀具中的应用尚且较少。传统的摩擦阻尼器主要分为普通摩擦耗能器、Pall摩擦阻尼器、Sumitomo摩擦阻尼器、摩擦剪切铰等。由于各类摩擦阻尼器摩擦力的来源主要依赖于预紧螺栓组件提供的压应力，故摩擦阻尼器结构通常偏大，难以实现小型化。另外，由于螺栓在高频振动环境下容易发生松动，加之摩擦接触表面的磨损，所以传统的摩擦阻尼器寿命短，可靠性低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种摩擦式减振铣刀刀杆，以消除铣削加工中的颤振现象，提高金属切削质量。

一种摩擦式减振铣刀刀杆，包括刀座、挡圈、阻尼条、刀体、心轴；

刀体头部设有空腔，尾部设有接口，中部设有轴向内孔，内孔周向均匀分布导槽，阻尼条安装在导槽内，阻尼条的长度比导槽长，刀体内孔后端还设有刀尾内孔，刀尾内孔与接口连通；

心轴的一端为小端，另一端为大端，心轴的小端位于刀体头部空腔中，固定处设有挡圈，心轴的大端固定在刀尾内孔中，导槽的侧壁与心轴之间设有间隙；

刀座与刀体的空腔通过螺纹固定连接，刀座顶端设有端键，用于刀盘安装。

本发明的优点在于：

(1)本发明一种摩擦式减振铣刀刀杆摩擦阻尼大小取决于刀杆转速，因而无论刀具转速高低，都可以有效抑制铣削加工中的刀具颤振现象，适用于各种深腔，深孔零件的加工；

(2)本发明一种摩擦式减振铣刀刀杆结构简单，刀具阻尼可以通过调整心轴预紧力和阻尼条材料、数量在宽范围调整；

(3)本发明一种摩擦式减振铣刀刀杆利用铣刀高速旋转时产生的巨大离心力，实现了摩擦阻尼器的小型化，并进一步将之应用于铣刀减振；

(4)本发明一种摩擦式减振铣刀刀杆摩擦材料的耗损可以通过离心力自动补偿，无需反复拆卸，可靠性高，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的轴向剖视图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的右视图；

图5为本发明的径向剖视图；

图6为本发明另一种阻尼条形式的径向剖视图；

图7为本发明不同形式阻尼条的示意图。

图中：

1-刀座 2-紧固六角螺母 3-挡圈

4-阻尼条 5-刀体 6-心轴

101-紧定螺钉孔 102-端键 103-座底外圆

501-空腔 502-刀尾内孔 503-Capto接口

504-导槽 505-侧壁 601-心轴大端

602-六角沉头孔 603-心轴小端

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种摩擦式减振铣刀刀杆，轴向剖视如图1所示，主视图、左视图、右视图、径向剖视图分别如图2、3、4、5所示；

一种摩擦式减振铣刀刀杆，包括刀座1、紧固六角螺母2、挡圈3、阻尼条4、刀体5、心轴6。

刀体5头部设有空腔501，尾部设有Capto接口503，中部设有轴向内孔，内孔周向均匀分布导槽504，导槽504长度约为刀体5长度的2/3，阻尼条4安装在导槽504内，刀体内孔用于安装心轴6，导槽504为2至8道，导槽数量与刀盘齿数相等；刀体5内孔后端还设有带螺纹的刀尾内孔502，刀尾内孔502与Capto接口503连通；空腔501用于安装紧固六角螺母2和挡圈3；刀尾内孔502用于刀柄与Capto接口503连接螺钉以及心轴6的安装。

心轴6的一端为心轴小端603，另一端为心轴大端601，心轴6尾部设有六角沉头孔602，心轴6的心轴小端603由Capto接口503的内孔插入，使用外六角扳手通过六角沉头孔602将心轴6的心轴大端601旋入刀尾内孔502底端，心轴6穿过刀体5中部轴向内孔，心轴6的心轴小端603进入刀体5头部空腔501，心轴6的心轴小端603通过紧固六角螺母2固定，紧固六角螺母2与刀体5之间设有挡圈3，心轴6的心轴大端601通过刀尾内孔502固定；导槽504的侧壁505与心轴6存在1mm间隙，避免导槽侧壁505受心轴6压迫变形。

阻尼条4的长度比导槽504长2mm，这样既可以避免挡圈3压力直接作用在导槽504上造成导槽破坏，又能为阻尼力的调节提供适当的空间。阻尼条4由挡圈3提供适当的压应力，挡圈3由心轴6的心轴小端603套入，并通过紧固六角螺母2定位。调整螺母2沿心轴小端603的旋入深度可以调整挡圈3对阻尼条4的压力。阻尼条4所受压应力的大小决定了铣刀高速旋转时离心力将阻尼条4压向导槽505内壁所需克服的摩擦力。该压力越大，则将阻尼条4与导槽505压紧的有效离心力越小。为了最大化刀体的阻尼比，调整螺母2的旋入深度必须视刀具的常用转速适当调节，若阻尼条4与导槽505之间的压力太小则不能提供足够大的减振阻尼；阻尼条4与导槽505之间的压力过大，则又会造成两者之间无相对位移，使得摩擦阻尼器失效。

所示导槽504的形状并不局限于图5所示的扇形，亦可以是圆形(图6)，或者扇形与圆形间隔排列。扇形的优点在于较大的接触面积，而圆形的优点在于加工成本低。阻尼条4的外形取决于导槽504的形状，阻尼条4的数量通常与刀齿的数量相等，每根阻尼条都有相对应的刀齿。由于铣刀刀齿加工后存在形位误差，故不同刀齿的振动频率存在差异，针对不同的刀齿频率可以通过改变其对应的阻尼条的材料来获得匹配的频率。阻尼条的材料可以使用阻尼合金、橡胶、甚至是铜、钢、钨等。另外，对于低频结构可以通过分段式的阻尼条来解决(图7)。阻尼条4轴向由挡圈3压紧，径向由心轴6定位。刀座1顶端有用于刀盘固定的端键102和用于压紧刀盘的紧定螺钉孔101，刀座1底端设有用于连接刀体5的外圆，刀座1以端键102定位。刀座1与刀体5以座底外圆103上的右旋螺纹紧配合连接。

所述刀座1由钢或者硬质合金制成，在其上端的端键102传动部分依据GB/T6132-2006选用。刀座1座底外圆直径为刀体头部直径的65％～70％，外圆与刀体头部由螺纹紧配合连接。

所述刀体5由工具钢、硬质合金或硬铝合金等制成，设有3°锥角。刀体5头部内孔与刀座1座底外圆由螺纹连接，刀体5尾部Captio接口503执行ISO26623-1标准。刀体5内部空腔设有2～8道导槽504，用以安装阻尼条4。刀体5尾部设有内螺纹孔用于心轴6的轴向固定。

所述紧固六角螺母2用于挡圈3的轴向固定以及与挡圈3组合为阻尼条4提供合适预应力。

所述挡圈3用于阻尼条4的轴向固定和压紧，为刀体5提供反向弯矩。

所述心轴大端601与刀体以螺纹配合，心轴小端603由挡圈和六角螺母定位。心轴与阻尼条无间隙与导槽壁存在2mm间隙。

刀体5发生弯曲变形时，心轴6与阻尼条4同时发生弯曲，由于心轴与阻尼条非同心，两者端部存在位移差，阻尼条端部位移会略大于心轴。由于挡圈3的约束作用，挡圈3将受到阻尼条沿轴线方向的反向作用力，又因为挡圈3与刀体5刀壁之间无隙配合，挡圈3对刀壁施加一个额外的反向弯矩，该反向弯矩具有反抗刀体5变形的效果。刀体5的弯曲变形越大，刀体收到的反向弯矩越大，减振刀柄的抑振效果作用也就越明显。

铣刀高速旋转时，阻尼条4受到强大离心力的作用，该离心力可以克服挡圈3施加的摩擦力的作用，使得阻尼条发生形变和位移，压紧刀体内壁。当刀体5发生弯曲变形时，阻尼条3与导槽504发生相对摩擦，摩擦将振动能量转变为热能，经过刀体辐射到环境中，从而降低了振动幅值，防止长悬伸铣刀加工时产生的颤振现象。另一方面，经过调谐后的阻尼条具有与刀齿相同的频率，当刀齿受周期性冲击力发生振动时，阻尼条以同等的频率振动，由于阻尼条由较大阻尼系数材料构成(阻尼合金，橡胶等)，具有较大的内部阻尼，因而可以耗散大量的能量，提升长悬伸铣削刀具的动态刚度。

Claims (10)

1.一种摩擦式减振铣刀刀杆，包括刀座、挡圈、阻尼条、刀体、心轴；

刀体头部设有空腔，尾部设有接口，中部设有轴向内孔，内孔周向均匀分布导槽，阻尼条安装在导槽内，阻尼条的长度比导槽长，刀体内孔后端还设有刀尾内孔，刀尾内孔与接口连通；

心轴的一端为小端，另一端为大端，心轴的小端位于刀体头部空腔中，固定处设有挡圈，心轴的大端固定在刀尾内孔中，导槽的侧壁与心轴之间设有间隙；

刀座与刀体的空腔通过螺纹固定连接，刀座顶端设有端键，用于刀盘安装。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述导槽长度为刀体长度的2/3。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述导槽数量与刀盘齿数相等。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述导槽的侧壁与心轴存在1mm间隙。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述阻尼条的长度比导槽长2mm。

6.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述导槽的形状为扇形或者圆形或者扇形与圆形间隔排列。

7.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述阻尼条材料采用阻尼合金、橡胶、甚至是铜、钢或者钨。

8.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述阻尼条对于低频结构时，采用分段式。

9.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述刀座采用钢或者硬质合金，端键传动部分依据GB/T6132-2006选用，刀座座底外圆直径为刀体头部直径的65％～70％。

10.根据权利要求1所述的一种摩擦式减振铣刀刀杆，所述刀体采用工具钢、硬质合金或硬铝合金，设有3°锥角，刀体尾部接口执行ISO26623-1标准。