CN106825635B - 高频震动切削断屑装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于切削设备技术领域，涉及一种高频震动切削断屑装置.它解决了现有技术中切削加工过程中切屑断屑方式繁琐、不可控制等技术问题。本高频震动切削断屑装置，包括具有能沿轴向转动的输出轴的驱动器和用于固定刀具的刀架组件，驱动器固定在刀架组件上，驱动器的输出轴连接有一偏心轴组件，偏心轴组件插入到刀架组件中且当驱动器驱动偏心轴组件转动时偏心轴组件产生偏心力从而迫使刀架组件震动并带动固定在刀架组件上的刀具震动。本发明具有1.刀具装夹简单方便，2.减少了专用刀具的选择，降低刀具成本；3.增强刀具切削性能，适用各种工件材质；4.提高断屑可控性及稳定性等优点。

Description

高频震动切削断屑装置

技术领域

本发明属于切削设备技术领域，涉及切削断屑装置，尤其是涉及一种高频震动切削断屑装置。

背景技术

金属切削加工是用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等符合设计要求的零件，是现代工业制造的重要加工手段。工件与刀具之间相互运动，具有切削性能的刀具将工件上多余材料切除，切削下多余的材料称为切削屑。加工过程中，切削断屑可靠性能对正常生产与加工安全都有着重要影响。

随着工业不断发展，金属切削朝着高自动化、高效率的方向发展，这需要确保在加工过程中稳定的加工工艺，然而材料不断升级，加工高性能的材料对切削工艺的要求也越来越高，传统的加工工艺在切削过程中切削断屑性能不能保证，通常会因待切削材料韧性高，切削屑在冷作硬化后仍保持高韧性，以至于切削屑不能及时折断形成长条带状切屑，长条带状切屑在加工过程中会给加工造成不良影响，尤其在自动化数控加工工艺中尤为突出。

长条带状切屑易缠绕到工件和刀具上，切屑缠绕到工件上会划伤工件表面，切屑缠绕到刀具上会崩坏刀具，操作者需不断清理缠绕到工件或者刀具上的长条切削，增加了操作不安全因素，延长加工工序时间，影响自动化效率。切削过程中可靠断屑，可以确保高效率、高自动化的安全性及可靠性，国内外业内人才争相研究与探讨更合理、更可靠的解决方案。

在以往的断屑工艺中，本领域技术人员通常在刀具的前刀面上磨出或者压制出一定形状的断屑槽，不同形状的断屑槽可以控制得到不同形状的切屑，而在不同的加工阶段需要不同的切屑形状，从而导致在加工相应工序时更换刀具，大大影响了切削自动话进程和设备效能，同时增加了刀具制造成本和数量，且不同性能的材料需要得到相同性状的切削需要前刀面做有不同形状的断屑槽，需要技术人员设计合理的断屑槽，对技术人员经验要求高，增加了技术人员的工作量。本技术领域中还有一种较为简单的断屑方法，在切屑排出方向设计挡板结构，当切屑连续排出时，碰上挡板结构，切屑被弯曲折断，然而这种方法对工件形状具有局限性，且可控性差。

刀架与刀具关系密切，在刀具不变的情况下，改变刀架的夹持状态来改变刀具状态，在切削过程中，使切屑受到不同频率的交变弯曲和不同的冲击载荷，从而使断屑形状稳定可控。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种高频震动切削断屑装置；解决了现有技术中刀具普适性低、断屑可控性低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种高频震动切削断屑装置，包括具有能沿周向转动的输出轴的驱动器，用于固定刀具的刀架组件，所述的驱动器固定在刀架组件上，驱动器的输出轴连接有一偏心轴组件，所述的偏心轴组件插入到刀架组件中且当驱动器驱动偏心轴组件转动时偏心轴组件产生偏心力从而迫使刀架组件震动并带动固定在刀架组件上的刀具沿震动。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的偏心轴组件包括相互连接的且轴心线不重合的第一转轴和第二转轴，所述的刀架组件包括可拆卸连接的上震刀架和下震刀架，驱动器固定在上震刀架上，第一转轴连接驱动器后穿过上震刀架，第二转轴插入到下震刀架中，刀具安装在上震刀架上，下震刀架与上震刀架通过震动导向机构连接，所述的震动导向机构的轴心线与刀具的轴心线垂直。

在上述的高频震动切削断屑装置中，震动导向机构包括设置在上震刀架底部的卡接槽，及设置在下震刀架顶部的卡接条，卡接条插入到卡接槽中并与卡接槽紧密接触，所述的卡接槽和卡接条的轴心线分别与刀具的轴心线垂直。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的上震刀架上具有用于安装刀具的刀具安装槽，且所述的刀具安装槽位于卡接槽上方。

在上述的高频震动切削断屑装置中，下震刀架固定在机座上，在卡接条的侧壁和卡接槽内壁之间插入有一根镶条从而使卡接条和卡接槽在径向紧密连接，所述的下震刀架上设有一个用于控制下震刀架震幅的震荡阻尼机构。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的震荡阻尼机构包括至少一个阻尼弹簧，下震刀架侧壁设有与阻尼弹簧相配适的弹簧容置腔，震荡阻尼机构还包括与上震刀架可拆卸固定连接的弹簧压板，所述的阻尼弹簧一端插入到弹簧容置腔中，另一端抵靠在弹簧压板上，

或所述的震荡阻尼机构包括至少一个阻尼拉杆，所述的阻尼拉杆固定安装在下震刀架上且在阻尼拉杆上套设有阻尼轴承，所述的下震刀架设有与阻尼拉杆相配适的轴承容置腔，所述的轴承容置腔内设有固定阻尼拉杆的固定架。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的上震刀架上设有用于穿设第一转轴的上震荡腔，下震刀架上设有用于穿设第二转轴的下震荡腔，第一转轴和驱动器的输出轴通过分体式紧固环组件固定连接，上震荡腔内设有套设在第一转轴上的上轴承组件，下震荡腔内设有套设在第二转轴上的下轴承组件。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的上轴承组件包括由第一转轴往第二转轴方向依次设置的第一轴承、内隔套、外隔套和第二轴承，其中第一轴承与分体式紧固环组件抵靠，内隔套的两端分别与第一轴承和第二轴承的轴承内圈抵靠，外隔套的两端分别与第一轴承和第二轴承的轴承外圈抵靠，第一轴承和第二轴承的轴承外圈与上震荡腔内壁形成紧固连接。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的下轴承组件包括由第一转轴往第二转轴方向依次设置且相互顶紧的轴承隔套、第三轴承和轴承压块，所述的轴承隔套和第三轴承套设在第二转轴上，所述的第二转轴的端部抵靠在轴承压块上，轴承隔套的两端分别与第二轴承和第三轴承顶紧配合，第三轴承的轴承外圈与下震荡腔的内壁形成紧固连接。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的机座包括机座本体及突出于机座本体上表面的导轨条，所述的下震刀架压设在导轨条上，在导轨条上且位于卡接条的两端分别设有一块夹块，夹块分别与导轨条和下震刀架可拆卸的固定，且至少有一块夹块具有与下震刀架相配适的夹槽从而使下震刀架插入到夹槽中形成卡接固定。

在上述的高频震动切削断屑装置中，所述的下震刀架上设有至少一条卡槽且至少有一块夹块卡入到卡槽中。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1.刀具装夹简单方便，

2.减少了专用刀具的选择，降低刀具成本；

3.增强刀具切削性能，适用各种工件材质；

4.提高断屑可控性及稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的结构示意图；

图2是本发明提供的爆炸图；

图3是本发明提供的另一个方向机构示意图；

图4是本发明提供的剖视图；

图5是本发明提供的另一种震荡阻尼机构的机构示意图；

图6是本发明提供的上震刀架结构示意图；

图7是本发明提供的偏心轴机构示意图；

图8是本发明提供的下刀板结构示意图。

图中，驱动器1、刀架组件2、偏心轴组件3、第一转轴31、第二转轴32、紧固环组件33、上轴承组件34、第一轴承341、内隔套342、外隔套343、第二轴承345、下轴承组件35、轴承隔套351、第三轴承352、轴承压块353、上震刀架4、刀具安装槽41、上震荡腔42、下震刀架5、下震荡腔51、卡槽52、导向机构6、卡接槽61、卡接条62、镶条63、机座7、机座本体71、导轨条72、夹块73、夹槽74、震荡阻尼机构8、阻尼弹簧81、阻尼拉杆81b、弹簧压板82、弹簧容置腔83、阻尼轴承84、轴承容置腔85、固定架86。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-3所示，本发明提供了一种高频震动切削断屑装置，包括具有能沿周向转动的输出轴的驱动器1，用于固定刀具的刀架组件2，所述的驱动器1固定在刀架组件2上，驱动器1的输出轴连接有一偏心轴组件3，所述的偏心轴组件3插入到刀架组件2中且当驱动器1驱动偏心轴组件3转动时偏心轴组件3产生偏心力从而迫使刀架组件2震动并带动固定在刀架组件2上的刀具沿震动。在车削过程中，驱动器1驱动偏心轴组件3转动，偏心轴组件在做圆周转动时，因偏心力的存在致使偏心轴组件3不能达到动平衡而产生圆周跳动，偏心轴组件3将跳动传递给刀架组件2，迫使刀架组件2发生震动，从而带动固定安装在刀架组件2上的刀具发生高频低振幅的震动。

切削时，尤其是车削高韧性材料，切屑冷作硬化后仍然不易断裂，形成长条带形切屑，此时需施加外力使得切屑再次发生弯曲形变，受力折断。跟随刀架组件2震动的刀具在切削时的可控震动使得切屑再次弯曲变形，发生冷作硬化，使得切屑脆性增加，在切屑弯曲形变到达其脆性极限时断屑。刀具震动幅度不同，切屑的弯曲形变量也不同，切屑达到弯曲形变极限的时间不同，从而使产生切屑的性状不同，即控制驱动器1动力的大小，来改变偏心轴组件3所产生的偏心力大小，以达到控制刀具震动的幅度来控制切屑性状。

本实施例中采用偏心轴组件3转动时产生轴跳动来迫使刀架组件2震动，与本领域传统技术克服设备震动从而减小加工精度的观点不同，克服了技术偏见，利用可控的震动来实现对切屑的二次折断。本领域技术人员也可以选择震动电机、超声震荡器来代替驱动器1和偏心轴组件3来实现刀架组件2的震动。

具体的，如图4所示，偏心轴组件3包括相互连接的且轴心线不重合的第一转轴31和第二转轴32，所述的刀架组件2包括可拆卸连接的上震刀架4和下震刀架5，驱动器1固定在上震刀架4上，第一转轴31连接驱动器1后穿过上震刀架4，第二转轴32插入到下震刀架5中，刀具安装在上震刀架4上，下震刀架5与上震刀架4通过震动导向机构6连接，所述的震动导向机构6的轴心线与刀具的轴心线垂直。

优选地，震动导向机构6包括设置在上震刀架4底部的卡接槽61，及设置在下震刀架5顶部的卡接条62，卡接条62插入到卡接槽61中并与卡接槽61紧密接触，所述的卡接槽61和卡接条62的轴心线分别与刀具的轴心线垂直。

上震刀架4上具有用于安装刀具的刀具安装槽41，且所述的刀具安装槽41位于卡接槽61上方。

在切削过程中，刀具在刀架组件2的带动下发生震动，由于震动导向机构6限制，刀架组件2在刀具的轴向方向不能产生位移，也就是说，刀具在吃刀量方向上始终不变，从而保证所加工表面精度。

为确保能实现加工表面的精度，需要减小卡接槽61和卡接条62之间的间隙，本实施例优选将下震刀架5固定在机座7上，在卡接条62的侧壁和卡接槽61内壁之间插入有一根镶条63从而使卡接条62和卡接槽61在径向紧密连接，所述的下震刀架5上设有一个用于控制下震刀架5震幅的震荡阻尼机构8。其中镶条采用磨配的工艺制造并安装在卡接槽61中，在保证卡接槽61和卡接条62能实现滑动的前提下，以减小卡接槽61和卡接条62之间的间隙，防止在震动过程中刀具在其轴向方向上发生位移。

本领域技术人员应当知晓，卡接槽61和卡接条62可选用燕尾槽和燕尾滑轨，也可选用其他形式的滑轨滑槽。

优选地，如图3所示，震荡阻尼机构8包括至少一个阻尼弹簧81，下震刀架5侧壁设有与阻尼弹簧81相配适的弹簧容置腔83，震荡阻尼机构8还包括与上震刀架4可拆卸固定连接的弹簧压板82，所述的阻尼弹簧81一端插入到弹簧容置腔83中，另一端抵靠在弹簧压板82上。在切削过程中，震动会受到干扰而产生不稳定的震动波形，阻尼弹簧的设置可作为逆反馈使得震动趋于平稳，也就是说，在震动过称中，减小了突发因素对震动的干扰，提高了震动的可控性和稳定性，以保证切削加工过程中刀具不会震动加大而影响精度或者震动减小影响断屑效果。

在另一种震荡阻尼机构8的方案，震荡阻尼机构8包括至少一个阻尼拉杆81b，所述的阻尼拉杆81b固定安装在下震刀架5上且在阻尼拉杆81b上套设有阻尼轴承84，所述的下震刀架5设有与阻尼拉杆81b相配适的轴承容置腔85，所述的轴承容置腔85内设有固定阻尼拉杆81b的固定架86。

固定架86一端固定在偏心轴组件3上，另一端固定在震荡阻尼机构8上，当偏心轴组件3由于旋转迫使上震刀架4震动时，将震动通过固定架86传递到阻尼拉杆81b上，调整阻尼拉杆81b的松紧来控制阻尼拉杆的阻尼系数，从而减小了突发因素对震动的干扰，提高了震动的可控性和稳定性，以保证切削加工过程中刀具不会震动加大而影响精度或者震动减小影响断屑效果。

上震刀架4上设有用于穿设第一转轴31的上震荡腔42，下震刀架5上设有用于穿设第二转轴32的下震荡腔51，第一转轴31和驱动器1的输出轴通过分体式紧固环组件33固定连接，上震荡腔42内设有套设在第一转轴31上的上轴承组件34，下震荡腔51内设有套设在第二转轴32上的下轴承组件35。轴承组的设置，有利于防止偏心轴在旋转过程中发生扰动，或者与下震荡腔51发生碰撞磨损，从而影响震动效果。

具体的，上轴承组件34包括由第一转轴31往第二转轴32方向依次设置的第一轴承341、内隔套342、外隔套343和第二轴承345，内隔套342的两端分别与第一轴承341和第二轴承345的轴承内圈抵靠，外隔套343的两端分别与第一轴承341和第二轴承345的轴承外圈抵靠，内隔套342与外隔套343为分体式设计，在限制轴承位置时，不影响轴承内圈与外圈的独立转动，同时保证两个轴承的内圈和外圈分别同步转动。第一轴承341和第二轴承345的轴承外圈与上震荡腔42内壁形成紧固连接。

下轴承组件35包括由第一转轴31往第二转轴32方向依次设置且相互顶紧的轴承隔套351、第三轴承352和轴承压块353，所述的轴承隔套351和第三轴承352套设在第二转轴32上，所述的第二转轴32的端部抵靠在轴承压块353上，轴承隔套351的两端分别与第二轴承345和第三轴承352顶紧配合，第三轴承352的轴承外圈与下震荡腔51的内壁形成紧固连接。

优选地，如图1所示，机座7包括机座本体71及突出于机座本体71上表面的导轨条72，所述的下震刀架5压设在导轨条72上，在导轨条72上且位于卡接条62的两端分别设有一块夹块73，夹块73分别与导轨条72和下震刀架5可拆卸的固定，且至少有一块夹块73具有与下震刀架5相配适的夹槽74从而使下震刀架5插入到夹槽74中形成卡接固定。其中导轨条72可选用燕尾滑轨，夹块固定安装在下震刀架5上时可组成与导轨条72相适配的燕尾槽。刀架组件2在机座7上可以通过外设电机来控制位置，也可通过机械结构来实现刀架组件2的定位。

下震刀架5上设有至少一条卡槽52且至少有一块夹块73卡入到卡槽52中。

本发明的工作过程：

切削过程中，刀具固定安装在上震刀架4上，驱动器1驱动偏心轴组件3转动，偏心轴组件在在做圆周转动时，因偏心力的存在致使偏心轴组件3不能达到动平衡而产生圆周跳动，偏心轴组件3将跳动传递给刀架组件2，迫使刀架组件2发生震动，从而带动固定安装在刀架组件2上的刀具发生高频低振幅的震动。切削时，尤其是车削高韧性材料，切屑冷作硬化后仍然不易断裂，形成长条带形切屑，此时需施加外力使得切屑再次发生弯曲形变，受力折断。

跟随刀架组件2震动的刀具在切削时的可控震动使得切屑再次弯曲变形，发生冷作硬化，使得切屑脆性增加，在切屑弯曲形变到达其脆性极限时断屑。刀具震动幅度不同，切屑的弯曲形变量也不同，切屑达到弯曲形变极限的时间不同，从而使产生切屑的性状不同，即控制驱动器1动力的大小，来改变偏心轴组件3所产生的偏心力大小，以达到控制刀具震动的幅度来控制切屑性状。

在切削过程中，刀具在刀架组件2的带动下发生震动，由于震动导向机构6限制，刀架组件2在刀具的轴向方向不能产生位移，也就是说，刀具在吃刀量方向上始终不变，从而保证所加工表面精度。

本发明的优点：

1.刀具装夹简单方便，

2.减少了专用刀具的选择，降低刀具成本；

3.增强刀具切削性能，适用各种工件材质；

4.提高断屑可控性及稳定性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了驱动器1、刀架组件2、偏心轴组件3、第一转轴31、第二转轴32、紧固环组件33、上轴承组件34、第一轴承341、内隔套342、外隔套343、第二轴承345、下轴承组件35、轴承隔套351、第三轴承352、轴承压块353、上震刀架4、刀具安装槽41、上震荡腔42、下震刀架5、下震荡腔51、卡槽52、导向机构6、卡接槽61、卡接条62、镶条63、机座7、机座本体71、导轨条72、夹块73、夹槽74、震荡阻尼机构8、阻尼弹簧81、阻尼拉杆81b、弹簧压板82、弹簧容置腔83、阻尼轴承84、轴承容置腔85、固定架86等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种高频震动切削断屑装置，包括具有能沿轴向转动的输出轴的驱动器(1)和用于固定刀具的刀架组件(2)，其特征在于，所述的驱动器(1)固定在刀架组件(2)上，驱动器(1)的输出轴连接有一偏心轴组件(3)，所述的偏心轴组件(3)插入到刀架组件(2)中且当驱动器(1)驱动偏心轴组件(3)转动时偏心轴组件(3)产生偏心力从而迫使刀架组件(2)震动并带动固定在刀架组件(2)上的刀具震动；

所述的偏心轴组件(3)包括相互连接的且轴心线不重合的第一转轴(31)和第二转轴(32)，所述的刀架组件(2)包括可拆卸连接的上震刀架(4)和下震刀架(5)，驱动器(1)固定在上震刀架(4)上，第一转轴(31)连接驱动器(1)后穿过上震刀架(4)，第二转轴(32)插入到下震刀架(5)中，刀具安装在上震刀架(4)上，下震刀架(5)与上震刀架(4)通过震动导向机构(6)连接，所述的震动导向机构(6)的轴心线与刀具的轴心线垂直；

所述的上震刀架(4)上设有用于穿设第一转轴(31)的上震荡腔(42)，下震刀架(5)上设有用于穿设第二转轴(32)的下震荡腔(51)，第一转轴(31)和驱动器(1)的输出轴通过分体式紧固环组件(33)固定连接，上震荡腔(42)内设有套设在第一转轴(31)上的上轴承组件(34)，下震荡腔(51)内设有套设在第二转轴(32)上的下轴承组件(35)；

所述的上轴承组件(34)包括由第一转轴(31)往第二转轴(32)方向依次设置的第一轴承(341)、内隔套(342)、外隔套(343)和第二轴承(345)，其中第一轴承(341)与分体式紧固环组件(33)抵靠，内隔套(342)的两端分别与第一轴承(341)和第二轴承(345)的轴承内圈抵靠，外隔套(343)的两端分别与第一轴承(341)和第二轴承(345)的轴承外圈抵靠，第一轴承(341)和第二轴承(345)的轴承外圈与上震荡腔(42)内壁形成紧固连接；

所述的下轴承组件(35)包括由第一转轴(31)往第二转轴(32)方向依次设置且相互顶紧的轴承隔套(351)、第三轴承(352)和轴承压块(353)，所述的轴承隔套(351)和第三轴承(352)套设在第二转轴(32)上，所述的第二转轴(32)的端部抵靠在轴承压块(353)上，轴承隔套(351)的两端分别与第二轴承(345)和第三轴承(352)顶紧配合，第三轴承(352)的轴承外圈与下震荡腔(51)的内壁形成紧固连接。

2.根据权利要求1所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，震动导向机构(6)包括设置在上震刀架(4)底部的卡接槽(61)，及设置在下震刀架(5)顶部的卡接条(62)，卡接条(62)插入到卡接槽(61)中并与卡接槽(61)紧密接触，所述的卡接槽(61)和卡接条(62)的轴心线分别与刀具的轴心线垂直。

3.根据权利要求2所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，所述的上震刀架(4)上具有用于安装刀具的刀具安装槽(41)，且所述的刀具安装槽(41)位于卡接槽(61)上方。

4.根据权利要求2所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，下震刀架(5)固定在机座(7)上，在卡接条(62)的侧壁和卡接槽(61)内壁之间插入有一根镶条(63)从而使卡接条(62)和卡接槽(61)在卡接槽(61)的径向紧密连接，所述的下震刀架(5)上设有一个用于控制下震刀架(5)震幅的震荡阻尼机构(8)。

5.根据权利要求4所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，所述的震荡阻尼机构(8)包括至少一个阻尼弹簧(81)，下震刀架(5)侧壁设有与阻尼弹簧(81)相配适的弹簧容置腔(83)，震荡阻尼机构(8)还包括与上震刀架(4)可拆卸固定连接的弹簧压板(82)，所述的阻尼弹簧(81)一端插入到弹簧容置腔(83)中，另一端抵靠在弹簧压板(82)上,

或所述的震荡阻尼机构(8)包括至少一个阻尼拉杆(81b)，所述的阻尼拉杆(81b)固定安装在下震刀架(5)上且在阻尼拉杆(81b)上套设有阻尼轴承(84)，所述的下震刀架(5)设有与阻尼拉杆(81b)相配适的轴承容置腔(85)，所述的轴承容置腔(85)内设有固定阻尼拉杆(81b)的固定架(86)。

6.根据权利要求4所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，所述的机座(7)包括机座本体(71)及突出于机座本体(71)上表面的导轨条(72)，所述的下震刀架(5)压设在导轨条(72)上，在导轨条(72)上且位于卡接条(62)的两端分别设有一块夹块(73)，夹块(73)分别与导轨条(72)和下震刀架(5)可拆卸的固定，且至少有一块夹块(73)具有与下震刀架(5)相配适的夹槽(74)从而使下震刀架(5)插入到夹槽(74)中形成卡接固定。

7.根据权利要求6所述的高频震动切削断屑装置，其特征在于，所述的下震刀架(5)上设有至少一条卡槽(52)且至少有一块夹块(73)卡入到卡槽(52)中。

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