CN116997435A - 阻尼器装置、机器工具及阻尼器装置的组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于机器工具(10)的阻尼器装置(12)，所述阻尼器装置包括具有空腔(40)和中心轴线(18)的管状元件(20)，所述管状元件包括第一表面(48)；阻尼质量体(32)，其布置在所述空腔内并且能够相对于所述中心轴线并且相对于所述管状元件径向地移动；至少一个弹簧元件(34，36)，其相对于管状元件支撑阻尼质量体，阻尼质量体和至少一个弹簧元件被布置成衰减阻尼器装置的振动动能；至少一个固定部分(26)，其具有第二表面(54)和在所述空腔内的固定内部部分(50)；以及减振材料(30)，其设置在第一表面和第二表面之间，减振材料被布置成衰减阻尼器装置的振动势能；其中，所述减振材料在所述第一表面和所述第二表面之间被基本上均匀地压缩。

Description

阻尼器装置、机器工具及阻尼器装置的组装方法
技术领域
本公开总体上涉及用于机加工操作的阻尼器装置。具体地，提供了一种用于机器工具的阻尼器装置、一种包括这种阻尼器装置的机器工具、一种组装用于机器工具的阻尼器装置的方法、一种根据该方法组装的阻尼器装置以及一种包括这种阻尼器装置的机器工具。
背景技术
机器工具可以用于各种机加工处理，例如铣削、车削、镗孔、磨削和钻孔处理。机器工具可以包括一个或多个切削齿和保持切削齿的工具保持器。机加工振动，也称为颤动，在机加工操作期间自然发生，并且对应于工件和机器工具之间的相对移动。机器工具通常使用材料去除速率作为关键性能指标。高的材料去除速率需要高的速度、高的切削深度和高的进给速率。所有这三个参数都将趋向于在机加工处理期间增加机器工具中的振动。然而，机器工具的振动使机加工工件的表面质量劣化，限制了生产率并且增加了生产成本。
为了衰减机器工具中的振动，机器工具可以包括调谐质量阻尼器组件，该调谐质量阻尼器组件包括阻尼质量体。通过将质量阻尼器组件的振动本征频率调谐成匹配机器工具的振动频率，将振动动能传递到阻尼质量体以稳定机器工具的移动。通常通过手动微调阻尼质量体的支撑刚度来调谐质量阻尼器组件的本征频率，从而获得两个频率的匹配。质量阻尼器组件的手动调谐步骤是复杂的，并且需要结构振动分析方面的知识。为此，通常使用内部具有粘性流体的预调谐质量阻尼器。具有预调谐质量阻尼器的机器工具在其目标频率范围内运行良好，该频率范围通常由其直径、其悬距(overhang)和机器工具夹具的刚度确定。
WO2018044216A1和WO2019168448A1每个均公开了一种机器工具，所述机器工具具有带有弹簧元件和阻尼质量体的质量阻尼器组件。弹簧元件包括具有频率相关弹性模量的材料，以提供自调谐效果。自调谐效果显著地增加了质量阻尼器组件的操作频率范围。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置具有改进的性能。
本公开的另一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置提高了机器工具的表面精加工能力。
本公开的另一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置具有改进的振动衰减。
本公开的另一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置在较宽的振动频率范围内具有改进的振动衰减。
本公开的另一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置具有成本有效、可靠和/或不太复杂的设计。
本公开的另一个目的是提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置能够实现成本有效、可靠和/或不太复杂的组装。
本公开的另一个目的在于提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置具有高刚度。
本公开的另一个目的在于提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置具有长的使用寿命。
本公开的另一个目的在于提供一种用于机器工具的阻尼器装置，该阻尼器装置组合地解决了上述几个或所有目的。
本公开的另一个目的在于提供一种包括阻尼器装置的机器工具，该机器工具解决了上述目的中的一个、几个或全部。
本公开的另一个目的在于提供一种组装用于机器工具的阻尼器装置的方法，该方法解决了上述目的中的一个、几个或全部。
本公开的另一个目的在于提供一种组装用于机器工具的阻尼器装置的方法，该方法成本有效、可靠和/或不太复杂。
本公开的另一个目的在于提供一种组装用于机器工具的阻尼器装置的方法，该方法能够快速实施。
根据第一方面，提供了一种用于机器工具的阻尼器装置，所述阻尼器装置包括具有空腔和中心轴线的管状元件，所述管状元件包括第一表面；阻尼质量体，所述阻尼质量体布置在所述空腔内并且能够相对于所述中心轴线并且相对于所述管状元件径向地移动；至少一个弹簧元件，所述至少一个弹簧元件相对于管状元件支撑阻尼质量体，所述阻尼质量体和至少一个弹簧元件被布置成衰减阻尼器装置的振动动能；至少一个固定部分，所述至少一个固定部分具有第二表面和在所述空腔内部的固定内部部分；以及减振材料，所述减振材料设置在第一表面和第二表面之间，所述减振材料被布置成衰减阻尼器装置的振动势能；其中，所述减振材料在所述第一表面和所述第二表面之间被基本上均匀地压缩或均匀地压缩。
当切割力施加到由阻尼器装置支撑的切削齿时，在阻尼器装置中激发振动。然后，由振动波携带的振动能量将在机器工具内部在振动动能和振动势能之间转换。当振动动能最高时，振动势能最低，反之亦然，因为振动动能和振动势能之和基本上是恒定的(如果不衰减的话)。当振动波到达减振材料时，振动波被减振材料衰减，并且被减振材料反射和/或传输通过减振材料。当振动波到达阻尼质量体时，振动波被阻尼质量体衰减和反射。该过程继续，直到振动波完全衰减。
由至少一个弹簧元件支撑的阻尼质量体将衰减振动动能，并且减振材料将衰减振动势能。因此，阻尼器装置将顺序地衰减振动能量。减振材料可以被剪切和进一步压缩以衰减振动势能。
此外，阻尼器装置将在机加工期间以多个频率振动。阻尼器装置的另一优点在于，减振材料也将衰减在质量阻尼器组件的标称范围之外的频率下的振动。
借助于减振材料，显著提高了阻尼器装置的减振能力。因此，阻尼器装置的机加工性能也得到了显著改善。
该阻尼器装置包括质量阻尼器组件和结构阻尼器组件。质量阻尼器组件包括阻尼质量体和至少一个弹簧元件。结构阻尼器组件包括减振材料。结构阻尼器组件可以进一步包括第一表面和第二表面。因此，结构阻尼器组件构成了除质量阻尼器组件之外的附加减振源。质量阻尼器组件和结构阻尼器组件中的每一个可以组装在至少一个固定部分中的一个或多个上。
在使用阻尼器装置之前对减振材料的压缩锁定了减振材料的形状。由于减振材料在第一表面和第二表面之间被压缩，所以能够避免导致损坏的减振材料的扭曲。在组装期间，减振材料可以在相对于中心轴线的径向方向上从未压缩状态被压缩至少3％，例如至少5％，例如至少10％。
减振材料可以相对于中心轴线对称地分布。例如，减振材料可以围绕第一表面或第二表面。减振材料的压缩将帮助所述至少一个固定部分相对于中心轴线居中。
减振材料可以沿着中心轴线延伸。例如，减振材料沿着中心轴线的长度可以是阻尼质量体沿着中心轴线的长度的至少一半，例如大于阻尼质量体沿着中心轴线的长度。
第一表面和第二表面可以具有基本上对应的形状或对应的形状。减振材料可以设置为第一表面和第二表面之间的层。第一表面可以与第二表面接触或不接触。
固定内部部分可以通过过渡配合或过盈配合装配到空腔中。这样，尽管引入了结构阻尼器组件，但是当固定内部部分插入到空腔中时，力矩的弯曲区域可以被维持。因此，当阻尼器装置被夹持在工具固定件中时，结构阻尼器组件的引入对阻尼器装置的静态刚度具有最小的影响。
在整个本公开中，阻尼器装置可以是工具保持器或工具。工具与工具保持器的可能不同之处在于，工具包括一个或多个切削齿，而工具保持器不包括切削齿。
该阻尼器装置可以用于各种机加工操作，例如铣削、车削、镗孔、磨削和钻孔操作。该阻尼器装置可以构造成保持或支撑一个或多个切削齿以用于对工件进行机加工。在这种情况下，切削齿可以可拆卸地连接到阻尼器装置或者可以与阻尼器装置一体地形成。该阻尼器装置例如可以是工具保持器，该工具保持器支撑另一个工具保持器，该另一个工具保持器进而保持切削齿。
阻尼器装置可以包括端部执行器。质量阻尼器组件可以布置在端部执行器和结构阻尼器组件之间。端部执行器设置在阻尼器装置的前端部处。因此，阻尼器装置还包括与前端部相对的后端部。
管状元件和至少一个固定部分可以由相同的材料制成。合适材料的示例包括钢、钨合金和碳化钨。管状元件可以包括圆筒形外表面和/或圆筒形内表面。
阻尼器装置可以进一步包括后端部。在这种情况下，所述至少一个固定部分中的每一个都直接或间接地固定到所述后端部。在本公开中，固定部分可以替代地被称为锁定部分。
阻尼质量体可以在一侧或两侧上由一个或多个弹簧元件支撑。阻尼质量体例如可以在一侧上仅由一个弹簧元件支撑，以及在相对侧上仅由一个弹簧元件支撑。可替代地，阻尼质量体可以在一侧上由多个弹簧元件支撑，以及在相对侧上由多个弹簧元件支撑。可替代地，阻尼质量体可以仅在一侧上由一个或多个弹簧元件支撑，并且可以在相对侧上不被支撑。
每个弹簧元件可以构造成将振动能量转换成热量。每个弹簧元件可以是弹性元件。每个弹簧元件可以具有频率相关的弹性模量。以这种方式，可以获得自调谐效果。例如，弹簧元件可以具有频率相关的弹性模量，使得阻尼质量体的共振频率与从100Hz到1000Hz的振动频率范围内的阻尼器装置的振动频率基本上匹配或匹配，例如为从20Hz到3000Hz。具有这种频率相关刚度的材料在至少一个维度上可以具有100nm或更小的结构尺寸。
作为具有这种频率相关的弹性模量的材料的替代，至少一个弹簧元件可以由橡胶或弹性体制成。橡胶和弹性体通常具有低于10％的阻尼比。
第一表面和第二表面可以是渐缩形的。借助于第一表面和第二表面的渐缩形设计，阻尼器装置在压缩该减振材料时提供自锁定效果。自锁定效果是指由于减振材料的压缩由减振材料施加在第一表面和第二表面上的力而不会引起第一表面和第二表面之间的分离。
第一表面和第二表面的渐缩形设计还使得减振材料能够高度预压缩。这样，减振材料的至少95％的表面区域，例如几乎100％的表面区域，可以与第一表面和第二表面接触。这又使得阻尼器装置具有高性能，以将振动波传输通过减振材料，从而有效地衰减振动势能。此外，渐缩形设计结合减振材料的压缩使得能够避免减振材料与第一表面和/或第二表面之间的任何间隙，并且避免减振材料由于摩擦阻力而被蹭掉(smeared away)。
第一表面和第二表面可以相对于中心轴线旋转对称。例如，第一表面和第二表面中的每一个可以是圆锥形的。作为可能的替代，渐缩形形状可以包括第一表面和第二表面的凸形或凹形。
在第一表面设置在第二表面的外侧的情况下，渐缩形的前端部可以小于渐缩形的后端部。也就是说，渐缩形设计可以构造成使得第一表面和第二表面的前端部分别跨越比第一表面和第二表面的后端部更小的区域。相反，在第一表面设置在第二表面的内侧的情况下，渐缩形的前端部可以大于渐缩形的后端部。第一表面和第二表面的渐缩形形状使得阻尼器装置非常易于组装。
第一表面和/或第二表面可以具有相对于中心轴线的至少0.2度的平均倾斜度，例如至少0.5度，例如至少1度，例如1.5度。替代地或附加地，第一表面和第二表面可以具有相对于中心轴线小于30度的平均倾斜度，例如小于10度，例如小于5度。
至少一个固定部分可以通过管状元件和至少一个固定部分之间沿着中心轴线的相对移动使得减振材料在第一表面和第二表面之间被基本上均匀地压缩或均匀地压缩而组装。
当组装阻尼器装置时，一个或多个固定部分中的至少一个可以插入到空腔中。该至少一个固定部分可以从管状元件的后端部插入到空腔中。替代地或附加地，质量阻尼器组件可以从管状元件的后端部插入到空腔中。将所述至少一个固定部分和所述质量阻尼器组件插入所述管状元件中基本上不影响由所述管状元件保持的所述切削齿的几何精度。通过将所述至少一个固定部分滑入所述空腔中，将对所述减振材料施加均匀的预压缩，而不会使所述减振材料变形、蹭掉和损坏。阻尼器装置的设计使得能够在减振材料的一个或多个表面区域上同时且均匀地形成预压缩。
在将减振材料压缩在第一表面和第二表面之间之前，管状元件可以形成为单个零件。这样，管状元件的刚度高。因此，阻尼器装置的几何精度高。
作为可能的替代方案，管状元件可以形成为两个半部(例如，在包括中心轴线的平面中分开)。在这种情况下，质量阻尼器组件、减振材料、和至少一个固定部分中的一个或多个可以径向地插入到第一半部中。然后，第二半部可以连接到第一半部以闭合管状元件，并且从而均匀地压缩减振材料。在该变型中，第一表面和第二表面不需要为渐缩形。
减振材料可以包括粘弹性材料。这种粘弹性材料是固相，但可以由于摩擦或粘附作用而容易变形和扭曲。粘弹性材料可以是聚合物材料。替代地或附加地，粘弹性材料可以是压敏粘合剂。减振材料的一个示例是丙烯酸树脂聚合物。
空腔可以包括圆筒形空腔部分。在这种情况下，阻尼质量体可以布置在圆筒形空腔部分内。此外，所述至少一个固定部分中的一个或多个的至少一部分可以布置在所述圆筒形空腔部分内。
空腔可以包括限定第一表面的渐缩形空腔部分。替代地，第一表面可以是管状元件的渐缩形外表面。
所述至少一个固定部分可以包括相对于彼此固定的至少两个固定部分。所述至少两个固定部分中的每一个可以固定到所述阻尼器装置或所述机器工具的后端部。
固定内部部分可以包括固定圆筒形部分。在这种情况下，固定圆筒形部分可以通过过渡配合或过盈配合而装配到圆筒形空腔部分内。然而，固定圆筒形部分和圆筒形空腔部分可以包括不规则部分，以改善它们之间的配合和/或改善至少一个固定部分和管状元件之间的对准。例如，固定圆筒形部分和圆筒形空腔部分可以包括凹部和对应的凹槽。替代地或附加地，固定圆筒形部分和圆筒形空腔部分可以具有对应的略微椭圆形的横截面形状。
至少一个弹簧元件中的一个或多个可以连接到固定内部部分。因此，阻尼器装置可以包括在阻尼质量体和固定内部部分之间的至少一个弹簧元件。
第二表面可以插入到空腔中。替代地，第二表面可以围绕管状元件。
所述至少一个固定部分可以包括心轴。在这种情况下，质量阻尼器组件和结构阻尼器组件中的每一个可以组装在心轴上。
减振材料可以具有至少10％的阻尼比，例如至少20％，例如至少30％。大多数金属具有0％至0.1％的阻尼比。橡胶可以具有5％至7.5％的阻尼比。损耗因子可以被定义为阻尼比的两倍。因此，减振材料可以具有至少20％的相应比率，例如至少40％，例如至少60％。减振材料不需要具有如针对至少一个弹簧元件所描述的频率相关弹性模量。
第一表面和第二表面可以是锥形的。替代地或附加地，第一表面和第二表面可以是平行的。
减振材料可以具有小于1mm的厚度，例如小于0.5mm、例如小于0.2mm、例如0.1mm。
减振材料具有至少0.35的泊松比，例如至少0.4，例如至少0.45。减振材料可以具有其杨氏模量的1.1倍至16.7倍的体积模量，例如3.3倍。替代地或附加地，减振材料可以具有是其剪切模量的3倍至49.7倍的体积模量，例如9.7倍。
根据第二方面，提供了一种包括根据第一方面的阻尼器装置的机器工具。机器工具可以构造成机加工工件。机器工具可以例如是铣削工具、车削工具、镗刀工具、磨削工具或钻孔工具。
根据第三方面，提供了一种组装用于机器工具的阻尼器装置的方法，该方法包括提供具有空腔和中心轴线的管状元件，所述管状元件包括第一表面；提供阻尼质量体，所述阻尼质量体布置在所述空腔内并且能够相对于所述中心轴线并且相对于所述管状元件径向地移动；提供至少一个弹簧元件，所述至少一个弹簧元件相对于所述管状元件支撑所述阻尼质量体，所述阻尼质量体和所述至少一个弹簧元件被布置成衰减所述阻尼器装置的振动动能；提供至少一个固定部分，所述至少一个固定部分具有第二表面和在所述空腔内部的固定内部部分；在第一表面和第二表面之间提供减振材料，所述减振材料被布置成衰减阻尼器装置的振动势能；以及将第一表面和第二表面相对于彼此定位，使得减振材料在第一表面和第二表面之间被基本上均匀地压缩或均匀地压缩。
第一表面和第二表面可以是渐缩形的。在这种情况下，该方法还可以包括使管状元件和至少一个固定部分沿着中心轴线相对于彼此移动，使得减振材料在第一表面和第二表面之间被基本上均匀地压缩或均匀地压缩。
根据第四方面，提供了一种根据第三方面的方法组装的阻尼器装置。根据第四方面的阻尼器装置可以是根据第一方面的任何类型。
根据第五方面，提供了一种包括根据第四方面的阻尼器装置的机器工具。根据第五方面的机器工具可以是根据第二方面的任何类型的机器工具。
附图说明
从结合附图的以下描述中，本公开的进一步细节、优点和方面将变得显而易见，其中：
图1：示意性地示出了包括阻尼器装置的机器工具的透视侧视图；
图2：示意性地示出了阻尼器装置的另一示例的侧视图；
图3：示意性地示出了处于未组装状态的图2中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图4：示意性地示出了处于组装状态的图2和3中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图5：示意性地示出了阻尼器装置的另一示例的侧视图；
图6：示意性地示出了处于未组装状态的图5中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图7：示意性地示出了处于组装状态的图5和6中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图8：示意性地示出了阻尼器装置的另一示例的侧视图；
图9：示意性地示出了处于未组装状态的图8中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图10：示意性地示出了处于组装状态的图8和9中的阻尼器装置的剖视侧视图。
图11：示意性地示出了包括阻尼器装置的另一示例的机器工具的另一示例的透视侧视图；
图12：示意性地示出了处于未组装状态的图11中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图13：示意性地示出了处于组装状态的图11和12中的阻尼器装置的剖视侧视图；
图14：示意性地示出了阻尼器装置的另一示例的透视侧视图；
图15：示意性地示出了处于未组装状态的图14中的阻尼器装置的剖视侧视图；以及
图16：示意性地示出了处于组装状态的图15中的阻尼器装置的剖视侧视图。
具体实施方式
下面，将描述用于机器工具的阻尼器装置、包括这种阻尼器装置的机器工具、组装用于机器工具的阻尼器装置的方法、根据该方法组装的阻尼器装置以及包括这种阻尼器装置的机器工具。相同或相似的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。
图1示意性地示出了机器工具10a的透视侧视图，在此示例为铣削刀具。机器工具10a包括工具保持器12和用于机加工工件(未示出)的多个切削齿14。工具保持器12是根据本公开的阻尼器装置的一个示例。该示例的机器工具10a包括四个切削齿14。
工具保持器12包括端部执行器16，在此示例为铣削头。端部执行器16设置在工具保持器12的前端部处。切削齿14连接到端部执行器16。图1还示出了机器工具10a的中心轴线18。
工具保持器12还包括管状元件20。管状元件20与中心轴线18同心。在该示例中，端部执行器16连接到管状元件20。
工具保持器12还包括后端部22。在机器工具10a的操作中，后端部22固定地夹持在工具夹具中，例如机器工具的可旋转主轴(未示出)。在工件的机加工期间，机器工具10a和工件之间存在相对移动，例如围绕中心轴线18的相对旋转。因此，机器工具10a可以移动并且工件可以静止，反之亦然。
图2示意性地示出了工具保持器12a的另一示例的侧视图。工具保持器12a是根据本公开的阻尼器装置的一个示例。工具保持器12a可以代替图1中的工具保持器12。工具保持器12a包括管状元件20a。工具保持器12a与工具保持器12的不同之处在于，端部执行器16与管状元件20a一体形成。图2还示出了多个座24中的一个，切削齿14可以连接到该座。
图3示意性地示出了处于未组装状态的图2中的工具保持器12a的剖视侧视图。除了管状元件20a外，工具保持器12a还包括固定部分26a、质量阻尼器组件28和减振材料30。管状元件20a和固定部分26a可以由相同的材料制成，例如钢、钨合金或碳化钨。
该示例的质量阻尼器组件28包括阻尼质量体32和在阻尼质量体32的每侧上的一个弹簧元件34和36。工具保持器12a还包括结构阻尼器组件38，该结构阻尼器组件又包括减振材料30。这里，质量阻尼器组件28设置在端部执行器16和结构阻尼器组件38之间。这里，质量阻尼器组件28和减振材料30中的每一个布置在固定部分26a上。
管状元件20a包括空腔40a。空腔40a在后端部处打开，并且在前端部处由端部执行器16闭合。该示例的空腔40a包括圆筒形空腔部分42a和渐缩形空腔部分44a，这里示例为锥形空腔部分。圆筒形空腔部分42a和渐缩形空腔部分44a在边缘46a处相遇。圆筒形空腔部分42a沿中心轴线18延伸的距离比渐缩形空腔部分44a长，这里大约长20％。渐缩形空腔部分44a的内表面形成根据本公开的第一表面48a的一个示例。第一表面48a的直径在边缘46a处比在后端部处小。
该示例的管状元件20a具有恒定的外径。此外，管状元件20a形成为单件。具有形成为单件的管状元件20a的工具保持器12a使得切削齿14相对于工具保持器12a的夹持区域(例如在工具保持器12a的后端部22中)的跳动小于10μm。
固定部分26a在这里示例为心轴。固定部分26a包括固定内部部分50a和固定渐缩形部分52a。在该示例中，固定内部部分50a是圆筒形的，并且固定渐缩形部分52a是锥形的。固定渐缩形部分52a的外表面形成根据本公开的第二表面54a的一个示例。第一表面48a和第二表面54a具有相应的锥形形状。在本示例中，第一表面48a和第二表面54a中的每一个相对于中心轴线18倾斜1.5度。固定部分26a还包括沿着中心轴线18延伸穿过其中的中心孔56。
如图3所示，减振材料30作为薄的均匀厚度层设置在第二表面54a上。减振材料30基本上覆盖整个第二表面54a，例如覆盖其至少95％，例如覆盖其至少99％。在该具体示例中，减振材料30沿着中心轴线18的长度比阻尼质量体32沿着中心轴线18的长度长，这里大约是两倍长。
该示例的工具保持器12a还包括前锁定件58。阻尼质量体32布置在前锁定件58和固定内部部分50a之间。
该示例的工具保持器12a还包括前隔热元件60和后隔热元件62。前隔热元件60和后隔热元件62提供热保护，例如用于干式机加工。前隔热元件60布置在前锁定件58和前弹簧元件34之间。前隔热元件60接收在前锁定件58的凹部中。
后隔热元件62布置在后弹簧元件36和固定内部部分50a之间。后隔热元件62接收在固定内部部分50a中的凹部中。这样，阻尼质量体32经由后弹簧元件36和后隔热元件62连接到固定内部部分50a。在相应的凹部中提供前隔热元件60和后隔热元件62改善了与中心轴线18的对准。
前弹簧元件34可以附着到前隔热元件60和阻尼质量体32中的每一个。后弹簧元件36可以附着到阻尼质量体32和后隔热元件62中的每一个。
该示例的工具保持器12a还包括三个O形环64、66和68。第一O形环64接收在前锁定件58中的径向外凹槽中。第二O形环66接收在固定内部部分50a的后部区域中的径向外凹槽中。第三O形环68接收在固定渐缩形部分52a的后部区域中的径向外凹槽中。
本示例的工具保持器12a还包括流体管道70。流体管道70与孔56流体连通。流体管道70连接到固定部分26a。在该具体示例中，流体管道70螺纹连接到固定内部部分50a的前开口中。
减振材料30具有超过10％，例如超过30％的阻尼比。减振材料30包括固相的丙烯酸树脂。这种丙烯酸树脂在其经受压缩载荷时表现为弹性固体，而在其经受剪切或拉伸载荷时表现为高粘度流体。在室温(20℃)下，丙烯酸树脂可以具有0.15MPa至60MPa的杨氏模量E、0.05MPa至20MPa的剪切模量G、2.5MPa至1000MPa的体积模量K和/或大约0.49的泊松比υ。
体积模量K可以定义为：
或为：
在该示例中，弹簧元件34和36也由丙烯酸树脂制成。因此，减振材料30和弹簧元件34和36可以由相同的材料制成。
如图3所示，该示例的工具保持器12a最初设置为第一单元72a和第二单元74a。第一单元72a包括管状元件20a和端部执行器16。第二单元74a包括固定部分26a、质量阻尼器组件28和减振材料30。第二单元74a还包括前锁定件58、O形环64、66和68、前隔热元件60、后隔热元件62和流体管道70。
图4示意性地示出了处于组装状态的图2和3中的工具保持器12a的剖视侧视图。通过将具有质量阻尼器组件28和减振材料30的固定部分26a插入到空腔40a中来组装该示例的工具保持器12a。由于对应地渐缩的第一表面48a和第二表面54a并且由于减振材料30的可压缩性，第一表面48a和第二表面54a变得相对于彼此定位，使得当固定部分26a进入空腔40a时，减振材料30在其间被均匀地压缩。减振材料30可以例如从其原始厚度(图3中)压缩10％。减振材料30的压缩将帮助固定部分26a相对于中心轴线18定中心，例如以0.01mm的精度定中心。
通过以这种方式使固定部分26a沿着中心轴线18滑动到空腔40a中，将对减振材料30施加均匀的预压缩，而不会使减振材料30变形、蹭掉和损坏。在该具体示例中，减振材料30设置在第一表面48a和第二表面54a之间，使得第一表面48a不与第二表面54a接触。
当移动固定部分26a以压缩减振材料30时，减振材料30也可能被轻微地剪切。然而，压缩是组装期间减振材料30的主要应力。
第一表面48a和第二表面54a的渐缩形设计在组装期间提供了高的压缩度。减振材料30的压缩提供了自锁定效应，使得第一表面48a和第二表面54a不彼此分离。
固定内部部分50a通过过渡配合装配到圆筒形空腔部分42a。这样，尽管引入了结构阻尼器组件38，但是当固定内部部分50a插入到空腔40a中时，力矩的弯曲区域可以被维持。从而当工具保持器12a被夹持在工具固定件中时，结构阻尼器组件38的引入对工具保持器12a的静态刚度具有最小的影响。
当固定部分26插入到空腔40a中时，连接到固定部分26a的质量阻尼器组件28进入固定部分26a前方的圆筒形空腔部分42a。在组装工具保持器12a之前或之后，固定部分26a固定到后端部22。
如图4所示，该示例的结构阻尼器组件38还包括第一表面48a和第二表面54a。阻尼质量体32布置在圆筒形空腔部分42a内，并且可以相对于中心轴线18和相对于管状元件20a径向移动。弹簧元件34和36相对于管状元件20a支撑阻尼质量体32。O形环64、66和68提供了空腔40a的密封，并且保护质量阻尼器组件28和结构阻尼器组件38免受机加工环境中的油和灰尘的影响。
在利用机器工具10a进行机加工期间，切削力施加到切削齿14上，并且在机器工具10a的所有部件中发生振动。携带能量的振动波将在工具保持器12a中来回传播。振动能量将在振动动能和振动势能之间交替。来自工具保持器12a中的振动的振动动能经由弹簧元件34和36(在此处振动动能被衰减和反射)传递到阻尼质量体32。
减振材料30用作弹簧。减振材料30衰减振动势能，而与工具保持器12a的振动频率无关。因此，减振材料30也能够衰减在质量阻尼器组件28的标称范围之外的频率下的振动。减振材料30可以被剪切和/或进一步压缩，以便以这种方式吸收振动能量。振动波的一部分也将被减振材料30反射和/或传递通过减振材料。具有接近工具保持器12a的主要频率(prominent frequency)的频率的振动波将被更大程度地反射。工具保持器12a的主要频率由其结构决定，例如由其长度直径比决定。
质量阻尼器组件28和结构阻尼器组件38同时且独立地工作，以在机加工操作期间衰减振动。结构阻尼器组件38和质量阻尼器组件28因此协作以有效地衰减机械加工振动。因此，由机器工具10a提供的表面光洁度得到改善，并且寿命增加。结构阻尼器组件38的引入对工具保持器12a的刚度、切削齿14的跳动以及工具保持器12a的重量平衡具有最小的影响。
在不设置减振材料30而是在第一表面48a和第二表面54a之间存在过盈配合的情况下，在管状元件20a和固定部分26a之间将存在非常低的阻尼比，例如小于1％。然而，借助于减振材料30，管状元件20a与固定部分26a之间的阻尼比可以显著更高，例如10％或更高。这样，减振材料30能够更有效地衰减振动势能。
在该示例中，管状元件20a具有25mm的外径，并且减振材料30具有0.1mm的厚度。因此，与在第一表面48a和第二表面54a之间具有过盈配合的相应工具保持器相比，工具保持器12a仅具有0.1％的减小的静态刚度。然而，由于减振材料30，工具保持器12a的动态刚度与这种对应工具保持器相比增大100％。显著增加的动态刚度使得工具保持器12a能够借助于阻尼质量体32更有效地衰减振动。
图5示意性地示出了工具保持器12b的另一示例的侧视图。工具保持器12b是根据本公开的阻尼器装置的另一示例。主要描述关于工具保持器12a的不同之处。工具保持器12b包括管状元件20b。
图6示意性地示出了处于未组装状态的图5中的工具保持器12b的剖视侧视图。如图6所示，管状元件20b与管状元件20a相同。管状元件20b包括空腔40b、圆筒形空腔部分42b、限定第一表面48b的渐缩形空腔部分44b、以及在圆筒形空腔部分42b和渐缩形空腔部分44b之间的边缘46b。
代替固定部分26a，工具保持器12b包括第一固定部分26b1和第二固定部分26b2。第一固定部分26b1在第二固定部分26b2的前方连接到第二固定部分26b2。第一固定部分26b1和第二固定部分26b2的前部形成固定内部部分50b。固定内部部分50b具有与固定内部部分50a相同的尺寸和功能。
第二固定部分26b2包括具有第二表面54b的固定渐缩形部分52b。固定渐缩形部分52b和第二表面54b分别与固定渐缩形部分52a和第二表面54a具有相同的设计。
图7示意性地示出了处于组装状态的图5和6中的工具保持器12b的剖视侧视图。与图4类似，通过将第二单元74b插入第一单元72b中以将减振材料30压缩在第一表面48b与第二表面54b之间来组装工具保持器12b。
图8示意性地示出了工具保持器12c的另一示例的侧视图。工具保持器12c是根据本公开的阻尼器装置的另一示例。主要描述关于工具保持器12a的不同之处。工具保持器12c包括管状元件20c。
图9示意性地示出了处于未组装状态的图8中的工具保持器12c的剖视侧视图。管状元件20c包括仅具有圆筒形空腔部分42c的空腔40c。管状元件20c在其后端部处包括渐缩形的第一表面48c。第一表面48c是管状元件20c的外表面。第一表面48c是锥形的，并且在其前端部处具有比在其后端部处更大的直径。
工具保持器12c还包括第一固定部分26c1和第二固定部分26c2。第一固定部分26c1和第二固定部分26c2不直接彼此连接。然而，当工具保持器12c被组装(例如通过固定到后端部22)时，第一固定部分26c1和第二固定部分26c2相对于彼此固定。第二固定部分26c2围绕第一固定部分26c1的后部部分。
第一固定部分26c1完全是圆筒形的(除了用于第二O形环66和第三O形环68的凹槽)。第一固定部分26c1包括具有圆形横截面的固定内部部分50c。
第二固定部分26c2是大体圆筒形的。第二固定部分26c2包括限定渐缩形第二表面54c的固定渐缩形部分52c。第二表面54c在前端部处的内径大于在后端部处的内径。减振材料30设置在第二表面54c上。
图10示意性地示出了处于组装状态的图8和9中的工具保持器12c的剖视侧视图。工具保持器12c可以通过将第二单元74c的第一固定部分26c1和第二固定部分26c2彼此固定(例如通过连接到后端部22)并且将第一单元72c沿着中心轴线18向后移动到第一固定部分26c1和第二固定部分26c2之间的空间中来组装。类似于工具保持器12a和12b，第一表面48c和第二表面54c之间沿中心轴线18的相对移动将导致它们之间的减振材料30的均匀压缩。然而，在工具保持器12c中，第二表面54c围绕管状元件20c。
图11示意性地示出了包括工具12d的机器工具10b的另一示例的透视侧视图。工具12d是根据本公开的阻尼器装置的另一示例。该示例的工具12d包括管状元件20d和与管状元件20d一体形成的端部执行器16。端部执行器16包括多个切削齿14，这里是六个螺旋切削齿14。
图12示意性地示出了处于未组装状态的图11中的工具12d剖视侧视图。除了端部执行器16之外，管状元件20d与管状元件20a相同。管状元件20d包括空腔40d、圆筒形空腔部分42d、限定第一表面48d的渐缩形空腔部分44d、以及在圆筒形空腔部分42d和渐缩形空腔部分44d之间的边缘46d。
类似于工具保持器12b，工具12d包括第一固定部分26d1和第二固定部分26d2。第一固定部分26d1在第二固定部分26d2的前方连接到第二固定部分26d2。第一固定部分26d1和第二固定部分26d2的前部形成固定内部部分50d。固定内部部分50d具有与固定内部部分50b相同的尺寸和功能。
第二固定部分26d2包括具有第二表面54d的固定渐缩形部分52d。固定渐缩形部分52d和第二表面54d分别与固定渐缩形部分52b和第二表面54b具有相同的设计。
图13示意性地示出了处于组装状态的图11和12中的工具12d的剖视侧视图。与图7中的工具保持件12b类似，通过将第二单元74d插入第一单元72d中以将减振材料30压缩在第一表面48d与第二表面54d之间来组装工具12d。
图14示意性地示出了工具保持器12e的另一示例的透视侧视图。工具保持器12e是根据本公开的阻尼器装置的另一示例。该示例的工具保持器12e包括管状元件20e和用于安装切削头(未示出)的安装接口76。该具体示例的安装接口76包括螺纹并且与管状元件20e一体地形成。
图15示意性地示出了处于未组装状态的图14中的工具保持器12e的剖视侧视图。除了安装接口76之外，管状元件20e与管状元件20a相同。管状元件20e包括空腔40e、圆筒形空腔部分42e、限定第一表面48e的渐缩形空腔部分44e、以及圆筒形空腔部分42e和渐缩形空腔部分44e之间的边缘46e。
类似于工具保持器12b，工具保持器12e包括第一固定部分26e1和第二固定部分26e2。第一固定部分26e1在第二固定部分26e2的前方连接到第二固定部分26e2。第一固定部分26e1和第二固定部分26e2的前部形成固定内部部分50e。固定内部部分50e具有与固定内部部分50b相同的尺寸和功能。
第二固定部分26e2包括具有第二表面54e的固定渐缩形部分52e。固定渐缩形部分52e和第二表面54e分别与固定渐缩形部分52b和第二表面54b具有相同的设计。
图16示意性地示出了处于组装状态的图15中的工具保持器12e剖视侧视图。与图7类似，通过将第二单元74e插入第一单元72e中以将减振材料30压缩在第一表面48e与第二表面54e之间来组装工具保持器12e。
机器工具10a和10b中的一个或两个可以替代地用附图标记“10”来表示。工具保持器12、12a-12c和12e以及工具12d中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“12”来表示。管状元件20a-20e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“20”表示。固定部分26a-26e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“26”来表示。空腔40a-40e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“40”来表示。圆筒形空腔部分42a-42e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“42”表示。渐缩形空腔部分44a、44b、44d和44e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“44”来表示。第一表面48a-48e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“48”来表示。固定内部部分50a-50e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“50”来表示。第二表面54a-54e中的一个、几个或全部可以替代地用附图标记“54”来表示。
尽管已经参照示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于以上描述的内容。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要而变化。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (22)

1.一种用于机器工具(10)的阻尼器装置(12)，所述阻尼器装置(12)包括：
-管状元件(20)，所述管状元件具有空腔(40)和中心轴线(18)，所述管状元件(20)包括第一表面(48)；
-阻尼质量体(32)，所述阻尼质量体布置在所述空腔(40)内并且能够相对于所述中心轴线(18)和相对于所述管状元件(20)径向地移动；
-至少一个弹簧元件(34、36)，所述至少一个弹簧元件相对于所述管状元件(20)支撑所述阻尼质量体(32)，所述阻尼质量体(32)和所述至少一个弹簧元件(34、36)被布置成衰减所述阻尼器装置(12)的振动动能；
-至少一个固定部分(26)，所述至少一个固定部分具有第二表面(54)和在所述空腔(40)内部的固定内部部分(50)；以及
-减振材料(30)，所述减振材料设置在所述第一表面(48)和所述第二表面(54)之间，所述减振材料(30)被布置成衰减所述阻尼器装置(12)的振动势能；
其中，所述减振材料(30)在所述第一表面(48)与所述第二表面(54)之间被基本上均匀地压缩。
2.根据权利要求1所述的阻尼器装置(12)，其中，所述第一表面(48)和所述第二表面(54)是渐缩形的。
3.根据权利要求2所述的阻尼器装置(12)，其中，所述第一表面(48)和/或所述第二表面(54)相对于所述中心轴线(18)具有至少0.2度的平均倾斜度。
4.根据权利要求2或3所述的阻尼器装置(12)，其中，所述至少一个固定部分(26)通过所述管状元件(20)与所述至少一个固定部分(26)之间沿着所述中心轴线(18)的相对移动使得所述减振材料(30)在所述第一表面(48)与所述第二表面(54)之间被基本上均匀地压缩而被组装。
5.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述减振材料(30)包括粘弹性材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述空腔(40)包括圆筒形空腔部分(42)，其中，所述阻尼质量体(32)布置在所述圆筒形空腔部分(42)内，并且其中，所述至少一个固定部分(26)中的一个或多个的至少一部分布置在所述圆筒形空腔部分(42)内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述空腔(40)包括限定所述第一表面(48)的渐缩形空腔部分(44)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述至少一个固定部分(26)包括相对于彼此固定的至少两个固定部分(26)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述固定内部部分(50)包括固定圆筒形部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述至少一个弹簧元件(34、36)中的一个或多个连接到所述固定内部部分(50)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述第二表面(54)插入到所述空腔(40)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述至少一个固定部分(26)包括心轴。
13.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述减振材料(30)具有至少10％的阻尼比。
14.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述第一表面(48)和所述第二表面(54)是锥形的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述第一表面(48)和所述第二表面(54)是平行的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述减振材料(30)具有小于1mm的厚度。
17.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)，其中，所述减振材料(30)具有至少0.35的泊松比。
18.一种机器工具(10)，所述机器工具包括根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器装置(12)。
19.一种组装用于机器工具(10)的阻尼器装置(12)的方法，所述方法包括：
-提供管状元件(20)，所述管状元件具有空腔(40)和中心轴线(18)，所述管状元件(20)包括第一表面(48)；
-提供阻尼质量体(32)，所述阻尼质量布置在所述空腔(40)内并且能够相对于所述中心轴线(18)并且相对于所述管状元件(20)径向地移动；
-提供至少一个弹簧元件(34、36)，所述至少一个弹簧元件相对于所述管状元件(20)支撑所述阻尼质量体(32)，所述阻尼质量体(32)和所述至少一个弹簧元件(34、36)被布置成衰减所述阻尼器装置(12)的振动动能；
-提供至少一个固定部分(26)，所述至少一个固定部分具有第二表面(54)和位于所述空腔(40)内部的固定内部部分(50)；
-在所述第一表面(48)和所述第二表面(54)之间提供减振材料(30)，所述减振材料(30)被布置成衰减所述阻尼器装置(12)的振动势能；以及
-将所述第一表面(48)和所述第二表面(54)相对于彼此定位，使得所述减振材料(30)在所述第一表面(48)与所述第二表面(54)之间被基本上均匀地压缩。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一表面(48)和所述第二表面(54)是渐缩形的，并且其中，所述方法还包括使所述管状元件(20)和所述至少一个固定部分(26)沿着所述中心轴线(18)相对于彼此移动，使得所述减振材料(30)在所述第一表面(48)与所述第二表面(54)之间被基本上均匀地压缩。
21.一种根据权利要求19或20所述的方法组装的阻尼器装置(12)。
22.一种机器工具(10)，所述机器工具包括根据权利要求21所述的阻尼器装置(12)。
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