CN106457497A - 旋转体的防振结构 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够更有效地减轻切削加工时产生的旋转体的旋转振动的防振结构。在旋转体的本体(2)的内部，具有：轴构件(20)，在旋转体的旋转轴芯(X)的长度方向配置多个；套在轴构件上，且在旋转轴芯(X)的长度方向上与旋转轴芯(X)同轴地配置多个的筒构件(22)，并且，在长度方向上邻接的轴构件(20)之间的边界位置和在长度方向上邻接的筒构件(22)之间的边界位置在沿着长度方向上位于不同位置。

Description

旋转体的防振结构
技术领域
本发明涉及一种防止旋转加工时的振动的旋转体的防振结构。
背景技术
在现有技术中，作为将金属等的工件进行切削加工的装置，有：保持前端侧固定有切削用刃部的工具架的端部侧，并使该工具架旋转的结构的装置。在该装置中，存在着当前端侧的刃部抵接工件时工具架发生弯曲变形，且工具架中产生振动而使加工精度下降的问题。这种振动根据工具架的长度和外形尺寸、或根据构成工具架的材料特性等，所产生的形态也不同。
为此，例如在专利文献1中，公开了为了针对宽的振动频率能够具有大的衰减比，使用相互呈同心状的多层圆筒件来构成钻孔作业中使用的钻杆的例子。当使用该钻杆切削工件时，切削力依次传达到相互嵌合的圆筒件，并到达主轴上。此时，相邻的圆筒件相互之间产生微小的位移，在多层结构的构件之间产生摩擦，从而呈现能量迅速消散的机制。
另外，在专利文献2中，公开了一种钻杆，该钻杆具有：钻杆头，通过夹紧螺栓连接钻杆的前端部和基端部；以及多个薄壁中空杆，位于上述前端部与基端部之间的位置，以套在上述夹紧螺栓的状态层叠配置。在上述薄壁中空杆的外周设置外筒，通过安装于该外筒的螺丝钉等，紧固予上述薄壁中空杆的中央部。通过该紧固方式，多层配置的多个薄壁中空杆相互接触，并产生摩擦而吸收振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭62-32702号公报
专利文献2：日本实开昭3-36701号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述专利文献1记载的工具中，多层结构圆筒件沿着轴的长度方向的长度均相同，另外，配置于内外方向的圆筒件之间在多个部分相互接合。因此，圆筒件之间的相对移动受到大幅限制。由此，在切削加工中钻杆产生振动时，通过由多层结构一体化的各圆筒件来减轻钻杆中产生的弯曲变形，此时，只不过是通过圆筒件之间产生的微小摩擦来吸收振动。
另外，在专利文献2中，设想通过螺丝钉等改变多个薄壁中空杆的紧固强度，能够改变振动吸收能力，但是，当紧固力大时，各薄壁中空杆之间的一体化程度进一步提高，从而各构件之间难以产生摩擦。因此，振动吸收能力降低。相反，当紧固力弱时，薄壁中空杆之间容易产生摩擦，而另一方面各薄壁中空杆容易弯曲变形，其结果，无法吸收切削部的振动。
本发明是鉴于上述实际情况完成的，其目的在于，提供一种能够更有效地减轻切削加工时产生的旋转体的旋转振动的防振结构。
解决问题的技术方案
本发明的旋转体的防振结构，其特征在于，
在旋转体的本体的内部，具有：
轴构件，在上述旋转体的旋转轴芯的长度方向上配置有多个；以及
至少一层的筒构件，套在上述轴构件上，且在上述旋转轴芯的长度方向上与上述旋转轴芯同轴地配置有多个，
并且，在上述长度方向上邻接的上述轴构件之间的边界位置和在上述长度方向上邻接的上述筒构件之间的边界位置在上述长度方向上的位于不同位置。
通过本结构，使轴构件之间的边界位置和筒构件之间的边界位置不同，能够通过与轴构件之间的边界位置对置的筒构件，或通过与筒构件之间的边界位置对置的轴构件，抑制因旋转振动轴构件之间或筒构件之间相互向直径方向相对移动的倾向。
例如，当在长度方向邻接的轴构件之间有产生相对移动的倾向时，首先，任意一方的轴构件按压位于其外侧的筒构件。而该被按压的筒构件的移动被另一方的轴构件阻止。由此，邻接的轴构件之间的相对移动最终被控制。此时，轴构件和筒构件的相对位置产生微小的变化，在两个构件之间产生摩擦。通过该摩擦，有效地吸收旋转体的振动。
本发明的其他结构特征在于，所述筒构件的总数比所述轴构件的总数少。
通过本结构，使筒构件的总数少于轴构件的总数，可容易地将筒构件中的至少一个长度设置成比轴构件中的任意一个长度长。虽然物体中存在旋转体系的惯性力矩，但其大小与物体质量和旋转半径的平方成正比。因此，通过本结构，使位于旋转半径大的外侧的筒构件的长度加长，增加筒构件的质量，加大惯性力矩，从而能够提高旋转的稳定性。与此相对，设置于内侧的轴构件的旋转半径小，长度方向上的长度也短。因此，能够控制惯性力矩小。如此，通过设计轴构件的惯性力矩和筒构件的惯性力矩的差，当旋转体中产生振动时，会积极地产生轴构件和筒构件之间的相对移动，提高两构件之间产生的摩擦，从而能够更有效地吸收旋转体的振动。
本发明的其他结构特征在于，所述轴构件和所述筒构件之间配置有弹性密封件。
通过本结构，当轴构件和筒构件之间设有弹性密封件时，若在旋转体中产生振动，轴构件的位移经由弹性密封件传递至筒构件，并通过筒构件的旋转惯性限制轴构件的移动。由此，能够减轻旋转体的振动。
本发明的其他结构特征在于，在所述轴构件之间的边界位置及所述筒构件之间的边界位置上，设置有弹性密封件。
通过本结构，配置于轴构件之间的边界位置及筒构件之间的边界位置的弹性密封件在轴构件、或筒构件之间接受规定的弹性压缩。由此，例如当旋转体在静止的状态下、或安装在旋转体的工具无振动地加工工件的状态下，轴构件或筒构件互相不会相对移动。由此，能够使轴构件及筒构件保持规定的位置关系。
本发明的其他结构特征在于，所述筒构件的径向厚度比所述轴构件的径向厚度厚。
通过本结构，相对于轴构件质量，筒构件的质量相对增大。由此，筒构件的惯性力矩进一步加大，筒构件的旋转状态稳定。其结果，能够强化旋转体的振动吸收功能。
本发明的其他结构特征在于，
具有三个所述筒构件，位于所述长度方向中央的筒构件的径向厚度比其他筒构件的径向厚度厚。
工具架等的旋转体中产生振动时，长度方向的中央位置的位移量变大。在本结构中，具备三个筒构件，长度方向的中央位置的筒构件的径向厚度比其他筒构件的径向厚度厚。由此，因为增加了位于该中央区域的筒构件的惯性力矩，从而能够强化旋转体的振动吸收功能。
附图说明
图1是具有防振结构的工具架的纵向剖视图。
图2是沿着图1的II－II线的剖视图。
图3是沿着图1的III－III线的剖视图。
图4是表示第二实施方式的防振结构的纵向剖视图。
图5是表示第三实施方式的防振结构的纵向剖视图。
图6是表示第四实施方式的防振结构的纵向剖视图。
图7是表示第五实施方式的防振结构的纵向剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。
第一实施方式
图1～图3表示具有本发明的防振结构的工具架1(旋转体的一例)。
该工具架1用于钻孔加工中，具有：圆筒形长条状的本体2，用于安装工具；以及锥状的柄部3，被把持于机床的主轴(未图示)。
在本体2的内部具有圆筒状的中空部7。该中空部7由在本体2的前端侧大开口的轴孔8形成。在轴孔8中，从中心侧以同轴芯状配置有冷却液管11、轴构件20、筒构件22。
在冷却液管11的外周侧，沿着旋转轴芯X的长度方向配置有多个圆筒状的轴构件20。图1表示配置有三个轴构件20例子。在轴构件20的外侧，套有与旋转轴芯X同轴芯状配置的多个筒构件22。图1中表示为两个筒构件22。
将冷却液管11及轴构件20、筒构件22插入轴孔8后，通过栓构件9加以固定。栓构件9的外周面形成有外螺纹部，使该栓构件9与形成于轴孔8的内周面所形成的内螺纹部拧接。通过轴孔8的底部和栓构件9，冷却液管11及轴构件20、筒构件22沿着旋转轴芯X被按压固定。
如图1所示，轴构件20沿着长度方向以同等长度配置有三个轴构件20A～20C。另一方面，筒构件22配置有同等长度的两个筒构件22A、22B。由于轴孔8中轴构件20的设置区域及筒构件22的设置区域具有相同的长度，因此，筒构件22的长度比轴构件20的长度长。而各自的总数上，筒构件22的数量必然少。
根据本结构，互相邻接的轴构件20之间的边界位置21和筒构件22之间的边界位置23是沿着长度方向的不同的位置。轴构件20及筒构件22，例如由金属材料等具有适当的衰减特性的材料构成。轴构件20及筒构件22可以由同种类的材料构成，也可以由不同种类的材料构成。
如图1所示，在轴构件20及筒构件22与邻接的轴构件20或筒构件22抵接的部分，或者，在轴构件20或筒构件22与栓构件9或本体2、冷却液管11抵接的部分，配置有弹性密封件24、25。本体2和轴构件20和筒构件22，通过弹性密封件24、25相互嵌合。
这些弹性密封材24、25，位于轴构件20和筒构件22之间，并施加有规定的弹性压缩，在工具架1静止的状态或无振动地对工件进行切削加工的状态下，轴构件20和筒构件22没有相互的相对移动，保持规定的位置关系。因此，在该通常情况下，配置于轴孔8的部件之间不会接触。
但是，当对工件进行切削加工时工具架1产生振动时，弹性密封件24、25进一步变形，轴构件20或筒构件22之间发生抵接。
此时，例如，轴构件20的位移经由弹性密封件24、25传递至筒构件22，通过筒构件22的旋转惯性，限制轴构件20的移动，从而减轻振动。另外，当轴构件20与筒构件22抵接时，两者之间产生摩擦，轴构件20的动作转换成热或声音，使振动减小。
另外，图1中表示了轴构件20和筒构件22的外面侧及内面侧配置有两个弹性密封件24、25的例子，但也可以使用比轴构件20和筒构件22的厚度稍微厚一些的一个弹性密封件。
另外，在冷却液管11和栓构件9的边界部具备弹性密封件12，在栓构件9和轴构件20的边界部以及栓构件9和筒构件22的边界部具备弹性密封件13。这些弹性密封件12、13不仅具有保持构件之间相对位置的功能，还具有防止冷却液进入轴构件20或筒构件22的配置区域的功能。通过防止冷却液的进入，不会阻碍轴构件20及筒构件22的位移，能够保持良好的防振效果。
如图1所示，轴构件20之间的边界位置21和筒构件22之间的边界位置23在沿着长度方向上位于不同位置。根据本结构，例如，当长度方向上邻接的轴构件20A、20B中的轴构件20A要在径向上位移时，会按压位于轴构件20A的外侧的筒构件22A。虽然该筒构件22A也想向同方向位移，但与轴构件20A邻接的轴构件20B阻止筒构件22A的动作。如此，假设在特定的轴构件20或筒构件22中产生了向径向的动作的情况下，通过邻接的其他轴构件20及筒构件22阻止该动作，其结果，工具架1的振动被吸收。
第二实施方式
图4表示本发明的第二实施方式。在此，设定筒构件22的直径方向的厚度比轴构件20的直径方向的厚度厚。根据这样的结构，相对于轴构件20质量，筒构件22的质量相对增大。因此，筒构件22的惯性力矩进一步增加，使筒构件22的旋转状态稳定，其结果，强化了工具架1的振动吸收功能。
第三实施方式
本实施方式中，如图5所示，在长度方向上配有同等长度的4个轴构件20的同时，在其外侧配有同等长度的3个筒构件22。在此，将筒构件22的中央位置的筒构件22B的厚度设定为比其他筒构件22A、22C的厚度厚。而对于轴构件20，虽然两端的轴构件20A、20D的厚度是恒定的，但是中央侧的轴构件20B、20C的厚度被设定为在长度方向的中央侧小。
工具架1中产生振动的情况下，在长度方向中央部的位置上位移量变大。因此，通过提高位于该区域的筒构件22B的惯性力矩，提高了振动吸收功能。
第四实施方式
本实施方式中，如图6所示，轴构件20的外周侧配置有两层的筒构件22、32。对于内侧的筒构件22及外侧的筒构件32，也使长度方向邻接的筒构件22之间的边界位置23和长度方向邻接的筒构件32之间的边界位置33在沿着长度方向上位于不同位置。需要说明的是，设定这样的边界位置的差异始终是针对径向邻接的构件的边界位置，如图6所示，位于长度方向中央的轴构件20之间的边界位置和外侧的筒构件32之间的边界位置位于在沿着长度方向的相同位置，这也没有特别的问题。
在本实施方式中，仅对外侧的筒构件减少沿着长度方向上的数量，从而提高外侧筒构件的惯性力矩。在外侧的筒构件32之间也设有与上述实施方式相同的弹性密封件34。另外，在轴构件20的外周侧设置的筒构件的层数也可以是三层以上。
第五实施方式
在上述实施方式中，示出了使用工具架1作为旋转体的例子，但如图7所示，旋转体也可以是与工具架等连接的机床的主轴50。未图示的工具架等连接在主轴50的一方(例如，图7的右侧)。
主轴50配置于壳体60的内侧，在主轴本体51的内部具有圆筒状中空部52。在该中空部52中，从中心侧以同轴芯状配置有冷却液管53、轴构件20、筒构件22。
在冷却液管53的外周侧，沿着旋转轴芯X的长度方向配置有多个圆筒状的轴构件20。图7表示配置着三个轴构件20A～20C的例子。进一步，在轴构件20的外侧，套有与旋转轴芯X筒轴芯状配置的多个筒构件22。图7表示配置有两个筒构件22A、22B的例子。在轴构件20及筒构件22与邻接的轴构件20或筒构件22抵接的部分，或者，轴构件20和筒构件22与主轴本体51、冷却液管53等抵接的部分，配置有弹性密封件24、25。
在主轴本体51和壳体60之间，沿着旋转轴芯X的方向设有轴承61、62，轴承61和轴承62之间配有间隔件63。在轴承62的间隔件63的相反侧，螺母64嵌合于壳体60，并且螺母65嵌合于主轴本体51上。由此，通过间隔件63及螺母64、65，轴承61、62被保持于壳体60的内周侧的位置。通过轴承61、62，主轴50稳定地旋转，通过轴构件20及筒构件22吸收振动。
其他实施方式
(1)在上述实施方式中，表示了长度方向的构件(轴构件20，筒构件22、32)之间的内周侧端及外周侧端的双方上设有弹性密封件24、25、34的例子。但是，在能够保持构件之间非接触状态的情况下，弹性密封件也可以仅设置在内周侧端及外周侧端中的一方。另外，代替弹性密封件，也可以将润滑剂或粘性材料置于各构件的缝隙之间，以使构件之间不直接接触。
(2)在上述实施方式中，在长度方向上配置了同等长度的轴构件20及筒构件22(32)。但是，在长度方向上也可以配置不同长度的轴构件20或筒构件22。
(3)在上述实施方式中，表示了内侧构件(轴构件20，筒构件22)的总数比与该内侧构件邻接的外侧构件(筒构件22、32)的总数多的例子。但是，内侧构件和外侧构件的总数也可以相同。但在这种情况下，需要使长度方向上内侧构件(轴构件20)的端部位置和外侧构件(筒构件22)的端部位置不同，或者，适当地改变长度方向上内侧构件和外侧构件的分割尺寸，以使互相的边界位置不同。
(4)本发明的防振结构中，当设置三个以上的轴构件20或筒构件22(32)时，也可以将沿着长度方向上的中央侧的轴构件20或筒构件22的刚性设为比端部侧的轴构件20或筒构件22的刚性高。由此，轴构件20或筒构件22中长度方向的中央侧难以变形，能够抑制旋转体(工具架1，机床的主轴50)的振动。
(5)在上述实施方式中，作为本发明的防振结构，举出了在圆筒状冷却液管11、53的周围配置有轴构件20及筒构件22(32)的例子，但是，在不需要提供冷却液的工具架1或机床的主轴50中，也可以代替圆筒状构件，在圆柱状构件(实心材料)的周围配置轴构件20及筒构件22。
附图标记说明
1 工具架(旋转体)
2 本体
7 中空部
9 栓构件
20 轴构件
21、23、33 边界位置
22、32 筒构件
24、25、34 弹性密封件
50 机床的主轴(旋转体)
51 主轴本体(本体)
X 旋转轴芯

Claims (6)

1.一种旋转体的防振结构，其中，
在旋转体的本体的内部，具有：
轴构件，在上述旋转体的旋转轴芯的长度方向上配置有多个；以及
至少一层的筒构件，套在上述轴构件上，且在上述旋转轴芯的长度方向上与上述旋转轴芯同轴地配置有多个，
并且，在上述长度方向上邻接的上述轴构件之间的边界位置和在上述长度方向上邻接的上述筒构件之间的边界位置在上述长度方向上位于不同位置。
2.根据权利要求1所述的旋转体的防振结构，其中，
所述筒构件的总数比所述轴构件的总数少。
3.根据权利要求1或2所述的旋转体的防振结构，其中，
所述轴构件和所述筒构件之间配置有弹性密封件。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的旋转体的防振结构，其中，
在所述轴构件之间的边界位置及所述筒构件之间的边界位置上，设置有弹性密封件。
5.权利要求1～4中任一项所述的旋转体的防振结构，其中，
所述筒构件的径向厚度比所述轴构件的径向厚度厚。
6.权利要求1～5中任一项所述的旋转体的防振结构，其中，
具有三个所述筒构件，
位于所述长度方向中央的筒构件的径向厚度比其他筒构件的径向厚度厚。
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