CN112247171A - 一种频率可调的被动减振刀杆及减振刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率可调的被动减振刀杆和减振刀具。刀杆包括刀杆主体、动力吸振单元和刀头连接座，刀杆主体一端具有安装空腔，刀头连接座与刀杆主体靠近安装空腔的一端连接，动力吸振单元包括第一弹性体、质量块和连接杆，连接杆位于安装空腔内，第一弹性体和质量块套于连接杆上，第一弹性体内设有调节腔，刀杆主体上设有气道，气道与调节腔连通，质量块与连接杆间隙配合且二者的间隙内填充有粘弹体。刀具包括刀头和上述的减振刀杆，刀头安装在刀头连接座上。本发明通过改变调节腔内的气压进而改变频率，使减振单元频率与刀杆振动频率不同，避免产生共振，并可降低切削振动振幅，增强减振刀杆对各种切削参数的适应能力。

Description

一种频率可调的被动减振刀杆及减振刀具

技术领域

本发明涉及金属切削加工，尤其涉及一种频率可调的被动减振刀杆及减振刀具。

背景技术

由于深孔、深型腔等零件的特点，往往需要采用长悬伸的刀具进行加工，然而，悬伸越长，刀具系统刚性越差，在加工过程中，受动态切削力、机床、冷却液等振动源的影响，刀杆频繁振动，甚至产生共振，存在加工质量差、刀具寿命低、加工效率低、工作环境噪音大等劣势。

现有技术解决方案包括：1)根据经验外加辅助支撑，对工人经验依赖性大，还存在盲目性；2)主动降低切削参数，可适当提供加工精度，但是严重损失加工效率；3)提高刀杆材质的静刚度，从而提高共振频率，起到一定效果，但是材料性能决定该方案对刀具悬伸增加有限；4)采用阻尼减振刀具，这类减振刀具结构不具备调节能力，适应切削参数范围相对较小。5)某些频率可调的减振刀杆专利，其内部阻尼器机械结构复杂，装配及维护难，且阻尼器的可调机械结构大量占用镗杆空腔内部空间，导致质量块体积大幅度减小，严重影响减振效果。综上所述，还缺乏一种结构更简单、阻尼可调类型的减振刀具。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改变调节腔内的气压以改变第一弹性体的刚度进而改变频率，实现对减振单元的频率的调整，以使减振单元的频率与刀杆的振动频率不同，避免产生共振，并可以降低切削过程中的切削振动振幅，增强了减振刀杆对各种切削参数的适应能力，从而调整减振刀杆的频率适用范围的频率可调的被动减振刀杆及减振刀具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种频率可调的被动减振刀杆，包括刀杆主体、动力吸振单元和刀头连接座，所述刀杆主体一端具有安装空腔，所述动力吸振单元位于所述安装空腔内，所述刀头连接座与刀杆主体靠近安装空腔的一端连接，所述动力吸振单元包括第一弹性体、质量块和连接杆，所述连接杆位于安装空腔内，所述第一弹性体和质量块套于连接杆上，且质量块靠近刀头连接座，所述第一弹性体内设有调节腔，所述刀杆主体上设有气道，所述气道与调节腔连通，所述质量块与连接杆间隙配合，且二者的间隙内填充有粘弹体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动力吸振单元还包括第二弹性体和支撑块，所述支撑块套在连接杆上，且与连接杆螺纹配合，所述质量块设于第一弹性体与支撑块之间，所述第二弹性体套在支撑块上并抵靠在质量块与刀头连接座之间，所述支撑块与刀头连接座之间具有一定间隙。

作为上述技术方案的进一步改进，所述气道内设有用于进气的单向阀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述刀头连接座以过盈配合的方式插接在安装空腔内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述刀头连接座具有插接部，所述插接部位于安装空腔内，所述插接部设有避让槽，所述第二弹性体和支撑块位于所述避让槽内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述连接杆靠近第一弹性体的一端具有圆柱凸台，所述第一弹性体套于圆柱凸台上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述刀杆主体设有第一内冷通道，所述连接杆设有第二内冷通道，所述刀头连接座设有第三内冷通道，所述第一内冷通道、第二内冷通道、第三内冷通道依次连通。

一种减振刀具，包括刀头，还包括上述的频率可调的被动减振刀杆，所述刀头安装在刀头连接座上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述刀头通过螺钉与刀头连接座上连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的频率可调的被动减振刀杆，通过向第一弹性体的调节腔内充气或抽气，改变调节腔内的气压，进而改变第一弹性体的刚度k，在质量m不变的基础上，刚度k变化，会导致频率ω变化，实现对减振单元的频率的调整，以使减振单元的频率与刀杆的振动频率不同，避免产生共振，并可以降低切削过程中的切削振动振幅，增强了减振刀杆对各种切削参数的适应能力，从而调整减振刀杆的频率适用范围。采用调节弹性组件的空腔气压调节其刚度，从而调节阻尼器的频率的方式，相对于采用复杂的机械结构调节质量块位置实现阻尼器频率可调方案而言，本发明大大节省了刀杆内部空间，使得整个阻尼器结构更为简单，调节方式也极其简单。

(2)本发明的减振刀具，采用了上述的减振刀杆，同样可以降低切削过程中的切削振动振幅，增强了减振刀杆对各种切削参数的适应能力，从而调整减振刀杆的频率适用范围。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1的A处放大图。

图3是图1的B处放大图。

图4是图1的C处放大图。

图5是本发明实施例1中刀杆主体的结构示意图。

图6是本发明实施例1中连接杆的结构示意图。

图7是本发明实施例1中刀头连接座的结构示意图。

图中各标号表示：

1、刀杆主体；11、安装空腔；12、气道；13、单向阀；14、第一内冷通道；2、刀头连接座；21、插接部；22、避让槽；23、第三内冷通道；3、第一弹性体；31、调节腔；4、质量块；5、连接杆；51、圆柱凸台；52、第二内冷通道；6、粘弹体；7、第二弹性体；8、支撑块；9、螺钉。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图7所示，本实施例的频率可调的被动减振刀杆，包括刀杆主体1、动力吸振单元和刀头连接座2，刀杆主体1一端具有安装空腔11，动力吸振单元位于安装空腔11内，刀头连接座2与刀杆主体1靠近安装空腔11的一端连接，刀头连接座2用来安装刀头。动力吸振单元包括第一弹性体3、质量块4和连接杆5，连接杆5位于安装空腔11内，第一弹性体3和质量块4套于连接杆5上，且质量块4靠近刀头连接座2。在轴向上，第一弹性体3抵靠在质量块4和安装空腔11的底壁之间，在径向上，第一弹性体3、质量块4抵靠在安装空腔11的周向侧壁上。质量块4与连接杆5间隙配合，且二者的间隙内填充有阻尼粘弹体6。

其中，第一弹性体3内设有调节腔31，刀杆主体1上设有气道12，气道12与调节腔31连通。通过向该气道12内充气或者抽气，增大或减小调节腔31内的气压，改变第一弹性体3的刚度k(如轮胎气压一样，充气刚度大，放气刚度下降)，根据公式

可知，在质量m不变的基础上，刚度k变化，会导致频率ω变化，实现对减振单元的频率的调整，以使减振单元的频率与刀杆的振动频率不同，避免产生共振，并可以降低切削过程中的切削振动振幅，增强了减振刀杆对各种切削参数的适应能力，从而调整减振刀杆的频率适用范围。采用调节弹性组件的空腔气压调节其刚度，从而调节阻尼器的频率的方式，相对于采用复杂的机械结构调节质量块4位置实现阻尼器频率可调方案而言，本发明大大节省了刀杆内部空间，使得整个阻尼器结构更为简单，调节方式也极其简单。

本实施例中，采用了粘弹体6提高阻尼器的阻尼性能，无需密封，可以使阻尼器结构大大简化，装配可维护难度大大降低。采用粘弹体6代替阻尼油，粘弹体属于高阻尼的软固体范畴，不会像阻尼油那样存在泄露问题，所以无需密封。整体减震效果受密度块质量m，刚度k，阻尼比c共同决定，虽然粘弹体的阻尼系数略低于阻尼油(c下降)，但是无需密封，内置减震器结构简化后，高密度块的体积空间增大，可以增大m，平衡整体减震效果。

本实施例中，第一弹性体3平衡的是径向振动，调节腔31为平衡径向振动提供空间。为了平衡轴向振动，动力吸振单元还包括第二弹性体7和支撑块8，支撑块8套在连接杆5上，且与连接杆5螺纹配合，质量块4设于第一弹性体3与支撑块8之间，第二弹性体7套在支撑块8上并抵靠在质量块4与刀头连接座2之间，支撑块8与刀头连接座2之间具有一定间隙，支撑块8与刀头连接座2之间的轴向间隙为平衡轴向振动，可以降低切削过程中的轴向振动。需要说明的是，连接杆5与刀头连接座2之间也必须留有间隙，避免刚性碰撞，给第二弹性体7预留变形空间，减弱轴向振动。

本实施例中，气道12内设有用于进气的单向阀13。这个单向阀13类似轮胎气门芯式单向阀，可以充气增压，增加第一弹性体3刚度；也可以通过压住阀体的橡胶密封件，放气泄压，达到降压作用，即降低第一弹性体3刚度的作用；根据公式

可知，在质量m不变的基础上，刚度k变化，会导致频率ω变化，实现对减振单元的频率的调整，以使减振单元的频率与刀杆的振动频率不同，使减震单元避开刀杆与工件切削系统的共振区，避免产生共振，降低切削振幅。

本实施例中，刀头连接座2以过盈配合的方式插接在安装空腔11内，从而提高刀头连接座2与刀杆主体1的连接强度。具体的，刀头连接座2具有插接部21，插接部21位于安装空腔11内，插接部21设有避让槽22，第二弹性体7和支撑块8位于避让槽22内。

本实施例中，连接杆5靠近第一弹性体3的一端具有圆柱凸台51，第一弹性体3套于圆柱凸台51上。

本实施例中，刀杆主体1设有第一内冷通道14，连接杆5设有第二内冷通道52，刀头连接座2设有第三内冷通道23，第一内冷通道14、第二内冷通道52、第三内冷通道23依次连通，作为减振刀杆的内冷通道。

实施例2

本实施例的减振刀具，包括刀头和实施例1的频率可调的被动减振刀杆，刀头(图中未示出)安装在刀头连接座2上。

优选的，刀头通过螺钉9与刀头连接座2上连接。

该减振刀具采用了实施例1的减振刀杆，同样可以降低切削过程中的切削振动振幅，增强了减振刀杆对各种切削参数的适应能力，从而调整减振刀杆的频率适用范围，相对于采用复杂的机械结构调节质量块4位置实现阻尼器频率可调方案而言，本发明大大节省了刀杆内部空间，使得整个阻尼器结构更为简单，调节方式也极其简单。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：包括刀杆主体(1)、动力吸振单元和刀头连接座(2)，所述刀杆主体(1)一端具有安装空腔(11)，所述动力吸振单元位于所述安装空腔(11)内，所述刀头连接座(2)与刀杆主体(1)靠近安装空腔(11)的一端连接，所述动力吸振单元包括第一弹性体(3)、质量块(4)和连接杆(5)，所述连接杆(5)位于安装空腔(11)内，所述第一弹性体(3)和质量块(4)套于连接杆(5)上，且质量块(4)靠近刀头连接座(2)，所述第一弹性体(3)内设有调节腔(31)，所述刀杆主体(1)上设有气道(12)，所述气道(12)与调节腔(31)连通，所述质量块(4)与连接杆(5)间隙配合，且二者的间隙内填充有粘弹体(6)。

2.根据权利要求1所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述动力吸振单元还包括第二弹性体(7)和支撑块(8)，所述支撑块(8)套在连接杆(5)上，且与连接杆(5)螺纹配合，所述质量块(4)设于第一弹性体(3)与支撑块(8)之间，所述第二弹性体(7)套在支撑块(8)上并抵靠在质量块(4)与刀头连接座(2)之间，所述支撑块(8)与刀头连接座(2)之间具有一定间隙。

3.根据权利要求1所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述气道(12)内设有用于进气的单向阀(13)。

4.根据权利要求2所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述刀头连接座(2)以过盈配合的方式插接在安装空腔(11)内。

5.根据权利要求4所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述刀头连接座(2)具有插接部(21)，所述插接部(21)位于安装空腔(11)内，所述插接部(21)设有避让槽(22)，所述第二弹性体(7)和支撑块(8)位于所述避让槽(22)内。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述连接杆(5)靠近第一弹性体(3)的一端具有圆柱凸台(51)，所述第一弹性体(3)套于圆柱凸台(51)上。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的频率可调的被动减振刀杆，其特征在于：所述刀杆主体(1)设有第一内冷通道(14)，所述连接杆(5)设有第二内冷通道(52)，所述刀头连接座(2)设有第三内冷通道(23)，所述第一内冷通道(14)、第二内冷通道(52)、第三内冷通道(23)依次连通。

8.一种减振刀具，包括刀头，其特征在于：还包括权利要求1至7任意一项所述的频率可调的被动减振刀杆，所述刀头安装在刀头连接座(2)上。

9.根据权利要求8所述的减振刀具，其特征在于：所述刀头通过螺钉(9)与刀头连接座(2)连接。

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