CN204747539U - 一种带导向分段式动力减振镗杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于深孔加工的带导向分段式动力减振镗杆，包括实心杆体、空心杆体、弹性定位件、减振块、刀头部分和导向部分。空心杆体和实心杆体通过螺纹和定位螺钉连接，减振块通过弹性定位件安置在空心杆体中央，空心杆体内壁和减振块之间的间隙中填充着粘弹体也就是阻尼液。刀头部分通过螺纹和定位螺钉安装在空心杆体端部，导向部分通过螺钉安装在刀头端部，并能自由拆卸和安装。在切削时，导向部分，起支撑防振作用。本实用新型公开的带导向分段式动力减振镗杆，适用于深长孔镗削加工，较之现有技术的减振镗杆，能够加工直径更小，长径比更大的深长孔，减振性能有大幅度的提高，大大改善了深长孔的加工条件，提高了加工精度和加工表面质量。

Description

一种带导向分段式动力减振镗杆

技术领域

本实用新型涉及一种镗刀杆，特别是一种带导向分段式动力减振镗杆。

背景技术

镗杆是镗床与相应的刀头的联接杆，在镗削加工过程中，镗杆处于悬伸状态，镗杆的刚度相对较弱，尤其在加工的孔比较深时(悬伸比L/D达到20)，在不加导向支撑的情况下，切削力很容易使镗杆变形。在深长孔镗削加工中，切削力多为不均匀，而镗杆的刚度又比较弱，使得加工过程中镗杆很容易产生振动，加工表面的质量和精度很难得到保证，刀具磨损严重，加工效率低。

为了减小镗杆的振动，目前通用的解决方式方法是减少悬伸长度、在刀杆上嵌硬质材料、在刀杆上增加阻尼层以及采用复合材料制作刀杆等。但对于深长孔零件来说，减少悬深长度不可行，只改变镗杆的材料也有着一定的局限性。

申请号为201010206962.4，名为《内置式动力双减振镗杆》的中国专利公开了一种内置式动力双减振镗杆，这种减振镗杆采用中间掏空，放置两个减振块和阻尼液，利用减振块振动相位滞后来减小杆体的振动。这种结构镗杆虽然能有效的减小共振振幅，但杆体中间腔体部分较长，掏空部分为深长孔结构，制造工艺有难度，很难实现。该结构镗杆放置两个减振块，在装配时减振块位置会存在误差，在加工过程中两个减振块很难按理想位置运动，实际减振性能会远低于理论。另外，该系统减振块轴向没有设置弹簧等弹性元件，减振块不能够轴向运动来消耗镗杆本体的振动能量，减振性能有限。这种结构的杆体采用的是Fe-Cr-Al或者Fe-Cr-Mo合金，这种材料虽有较高阻尼，但弹性模量较低，无法承受较大的切削力，镗杆的静刚度比较弱。

申请号为201320122009.0，名为《减振刀杆》的中国专利公开了一种带导向的减振镗杆，这种减振镗杆采用周向约束轴向导向，并加减振块的方式来抑制切削振动。但镗杆导向端周向约束后，镗刀头无法进行径向进刀，也不能进行内孔镗槽，镗削的灵活性较弱。

哈尔滨理工大学秦柏的一篇名为《阻尼动力减振镗杆动态特性仿真与优化设计研究》博士论文和一篇名为《深孔加工动力减振镗杆的动力学仿真与参数优化分析》硕士论文中都设计了一种动力减振镗杆，该镗杆中间采用减振块、环形橡胶加阻尼液的减振装置，利用减振系统来吸收镗杆振动的能量，达到减振的目的。该减振镗杆减振块轴向没有设置弹簧等弹性元件，减振块为轴向固定，减振块没法轴向移动来吸收更多振动的能量。并且杆体中间腔体为深长孔结构，制造工艺有难度，很难实现。而且该减振镗杆直径为60mm，不能镗削直径较小的孔，且该镗杆悬伸长度L/d小于10，只能加工长径比较小的孔，有着一定的加工局限性。

东芝公司的减振镗杆应用三明治结构，将刚度和强度大的材料嵌在镗杆两边，提高了镗杆的静刚度，但镗杆的质量受镶嵌在镗杆两侧的硬质材料和刀体粘接程度的影响比较大，而且这种方法只能提高静刚度，很难抑制高频共振。国外还开发出了一种利用动力减振器来对镗杆进行减振的镗杆，该镗杆是在振动系统上增加一个弹簧阻尼振动系统，用附加的振动系统来消耗振动的能量，达到减振的目的。该镗杆一般在杆前端内腔中安装动力减振块，这种结构的镗杆也叫做动力减振镗杆。该种结构镗杆能明显减少刀头的振动，提高加工质量。但这种镗杆不加导向装置，加工深孔的长径比有限，不能加工长径比大于16的深长孔。

发明内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种带导向分段式动力减振镗杆。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种带导向分段式动力减振镗杆，包括导向装置和镗杆本体，所述导向装置位于镗杆本体的末端，该导向装置包括导向外套、弹性卡片、轴颈和滑块,导向外套通过弹性卡片轴向定位在轴颈细端上，该导向外套能相对轴颈自由旋转，轴颈的粗端径向开有扁槽，滑块的一端与扁槽的形状相对应并能径向插入扁槽中，滑块的另一端与镗杆本体相固连。

优选的，所述镗杆本体中设置切削液管,该镗杆本体包括减振部分和实心杆体，其中减振部分包括刀头,该刀头的顶端与滑块相固连，刀头的另一端与空心杆体相连接，空心杆体内部装有减振块，该减振块的一端通过第一弹性定位件径向设置在空心杆体的内壁，减振块的另一端通过第二弹性定位件径向设置在空心杆体的内壁，第一弹性定位件与刀头之间设置第一密封件,第二弹性定位件与实心杆体之间设置第二密封件，第二弹性定位件的内部设置弹簧，该弹簧的一端与减振块相连，弹簧的另一端与第二密封件相连，减振块与空心杆体之间装有阻尼液。

优选的，减振块的轴心处设置通切削液管的管孔，实心杆体的轴心处设置通切削液管的管孔，刀头内部设置通切削液管的管孔，该管孔的末端通向刀尖。

优选的，第一密封件的外环面与空心杆体的内壁过盈配合，第一密封件的内环面与切削液管的外壁过盈配合，第二密封件的外环面与空心杆体的内壁过盈配合，第二密封件的内环面与切削液管的外壁过盈配合。

优选的，减振块的两端均为凸台状。

优选的，轴颈的扁槽为凹凸型扁槽。

优选的，刀头、空心杆体和实心杆体的材料相同，均为硬质合金。

优选的，刀头的另一端与空心杆体为螺纹连接，二者同时通过第一定位螺钉周向定位；空心杆体与实心杆体之间为螺纹连接，二者同时通过第二定位螺钉周向定位。

优选的，镗杆本体的直径为16mm，长径比为20。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：(1)本实用新型的镗杆为分段式结构，制造工艺上容易实现，镗杆主体采用弹性模量较大的硬质合金材料，受力变形小，配合导向头能够加工长径比L/D大于15的深长孔。(2)减振块可压缩弹性定位件，作径向运动，此时减振块、弹性定位件和阻尼液构成了一个附加的弹簧阻尼减振系统，减振块运动可以吸收振动的能量，减小振动。(3)减振块可压缩弹簧作轴向运动，此时减振块、弹簧和阻尼液构成了一个附加的弹簧阻尼减振系统，减振块作轴向运动也可以吸收振动的能量，减小振动。(4)导向部分和刀头采用可拆卸方式连接，可以根据需要加工安装不同尺寸的导向头，大大增加了加工的实用性。(5)导向部分采用导向外套和轴颈连接的方式，外套随工件内壁转动能够大大减少与工件的摩擦力，避免了导向部分带给刀杆附加的扭矩。(6)导向部分只限制了刀杆Y(竖直)方向的自由度，刀杆可进行径向进刀，导向部分的支撑可使镗杆加工更深的孔，同时又不影响径向进刀和轴向移动，减振镗杆在加工时既可以镗孔也可以镗内齿槽，大大的增加了加工的灵活性。(7)轴颈中的扁槽为凹凸型扁槽，使得轴颈和滑动轴向同步移动，同时又不影响滑块径向移动。

附图说明

图1是本实用新型的镗杆的总体结构示意图。

图2A是本实用新型的镗杆前端减振部分局部剖开结构示意图。

图2B是沿图2A中的A-A线的断面结构示意图。

图3是导向部分三维总体结构示意图。

图4是本实用新型实施实例减振镗杆内腔中不放减振装置的幅频响应曲线图。

图5是本实用新型实施实例减振镗杆幅频响应曲线图。

图中标号含义如下：1-导向外套；2-弹性卡片；3-轴颈；4-滑块；5-刀头；6-1-第一密封件；6-2-第二密封件；7-1-第一弹性定位件；7-2-第二弹性定位件；8-减振块；9-空心杆体；10-弹簧；11-实心杆体；12-阻尼液；13-1-第一定位螺钉；13-1-第二定位螺钉；14切削液管。

具体实施方式

本实用新型的一种带导向分段式动力减振镗杆，包括导向装置和镗杆本体，所述导向装置位于镗杆本体的末端，该导向装置包括导向外套1、弹性卡片2、轴颈3和滑块4,导向外套1通过弹性卡片2轴向定位在轴颈3细端上，该导向外套1能相对轴颈3自由旋转，轴颈3的粗端径向开有扁槽，滑块4的一端与扁槽的形状相对应并能径向插入扁槽中，滑块4的另一端与镗杆本体相固连。

所述镗杆本体中设置切削液管14，该镗杆本体包括减振部分和实心杆体，其中减振部分包括刀头5,该刀头5的顶端与滑块4相固连，刀头5的另一端与空心杆体9相连接，空心杆体9内部装有减振块8，该减振块8的一端通过第一弹性定位件7-1径向设置在空心杆体9的内壁，减振块8的另一端通过第二弹性定位件7-2径向设置在空心杆体9的内壁，第一弹性定位件7-1与刀头5之间设置第一密封件6-1,第二弹性定位件7-2与实心杆体11之间设置第二密封件6-2，第二弹性定位件7-2的内部设置弹簧10，该弹簧10的一端与减振块8相连，弹簧10的另一端与第二密封件6-2相连，减振块8与空心杆体9之间装有阻尼液12。

所述减振块8的轴心处设置通切削液管14的管孔，实心杆体11的轴心处设置通切削液管14的管孔，刀头5内部设置通切削液管14的管孔，该管孔的末端通向刀尖。

所述第一密封件6-1的外环面与空心杆体9的内壁过盈配合，第一密封件6-1的内环面与切削液管14的外壁过盈配合，第二密封件6-2的外环面与空心杆体9的内壁过盈配合，第二密封件6-2的内环面与切削液管14的外壁过盈配合。

所述减振块8的两端均为凸台状。

所述轴颈3的扁槽为凹凸型扁槽。

所述刀头5、空心杆体9和实心杆体11的材料相同，均为硬质合金。

所述刀头5的另一端与空心杆体9为螺纹连接，二者同时通过第一定位螺钉13-1周向定位；空心杆体9与实心杆体11之间为螺纹连接，二者同时通过第二定位螺钉13-2周向定位。

所述镗杆本体的直径为16mm，长径比为20。

下面进行更详细的描述：

本实用新型的带导向分段式减振镗杆，包括实心杆体、空心杆体、弹性定位件、减振块、刀头部分和导向部分。实心杆体和空心杆体都用硬质合金材料制造，实心杆体和空心杆体通过螺纹连接在一起，空心杆体螺纹连接处外端设有一定螺钉孔，定位螺钉上紧后可以防止实心杆体和空心杆体连接的松动，使连接更加紧固。空心杆体设有圆柱形孔腔，圆柱形减振块比孔腔略小，通过环形弹性定位件固定在空心杆体孔腔中，减振块中间为通孔结构，切削液管从中间穿过。减振块和空心杆体内壁表面之间设有间隙，并且上述间隙中充了粘弹体也就是阻尼液，在切削振动时，减振块和阻尼液构成了动态吸振器，可以吸收刀具本体的振动。

此外，减振块两端设有密封件，防止阻尼液泄露，其中一端和密封件之间设有一个弹簧，保证减振块轴向接触紧密不松动，当减振块受激轴向移动压缩弹簧运动时，减振块、弹簧和阻尼液构成了一个弹簧阻尼振动系统，也可以吸收部分刀具本体的振动能量，减小刀具本体的振动。

此外，空心杆体为通孔结构，这样工艺上也比较容易实现，空心杆体的另一端和刀头通过螺纹连接在一起，在螺纹位置径向也设有一个定位螺钉，可以锁死螺纹连接，防止切削时刀头周向滑动。刀头内部通向刀尖位置设有切削液管，镗削过程中，切削液冲向刀头，即能冷却刀头又能把切屑冲出来及时排出，同时切削液撞击刀头也可以吸收少量振动能量。在干切削时，切削液管通入高压气体，能起到及时排屑的作用。

导向头的滑块通过螺钉固定在刀头上，可以随时拆卸和更换，滑块滑动方向和刀头进刀方向一致，可随刀杆作轴向和径向移动。导向外套的外径与工件孔径是名义尺寸等同的间隙配合，外套可在轴颈上随工件内壁转动，以减小对工件孔壁的摩擦。

此时，本实用新型的外套和轴颈通过弹性卡片进行轴向固定，外套可随轴颈作轴向移动，同时又不影响外套在轴颈上转动，弹性卡不会增加外套和轴颈之间的摩擦力。

此外，本实用新型的轴颈另一端有一扁槽，扁槽和滑块接触，扁槽设为凹凸形，使得轴颈能够随滑块作轴向移动，同时不影响滑块径向滑动。此时，轴颈中扁槽限制了刀杆滑块Y(竖直)方向的自由度，起到了支撑防振的作用。

此外，本实用新型的刀头作径向切入时，滑块在扁槽中滑动，切向力(Y方向切削力)被滑块传递给轴颈，卸载到工件的内壁上，镗杆只受径向力的作用，故镗杆在切削时能够承受较大的切削力，导向部分限制了刀头Y方向的位置，给刀头一个Y方向支撑，故也能起到防振的作用。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

实施实例：

如图1是本发明的镗杆的总体结构示意图，它主要适用于直径较小的深长孔加工。镗杆的长径比为20：1，刀杆主体直径为16mm。如图所示，镗杆主要由导向部分和镗杆本体这两部分组成。镗杆本体又分为实心杆体部分、减振部分和刀头部分，减振部分由空心杆体9、减振块8、阻尼液12、第一弹性定位件7-1、第二弹性定位件7-2和弹簧10构成。

导向部分主要由四个元件构成，如图3，导向外套1套在轴颈3外面，可以绕轴颈3旋转，弹性卡片2主要起固定作用，使导向外套1和轴颈3轴向固定，滑块4通过凹凸扁槽和轴颈3连接在一起，可相对于轴颈3作径向滑动。导向部分采用Fe-Cr-Al或者Fe-Cr-Mo这种阻尼合金，在导向的同时也能减小振动。导向外套1的直径比轴颈3的直径要大一点，导向外套1的外径与工件孔径是名义尺寸等同的间隙配合，在切削加工时导向外套1可在轴颈3上随工件内壁转动，轴颈与工件内壁不接触。本实用新型中的导向外套直径大于16mm，可根据实际加工需要选择尺寸。滑块4通过螺钉固定在刀头5上，可拆卸更换，滑块4在轴颈3的扁槽中的滑动方向和刀头的径向进刀方向一致，并且在Y方向位置被轴颈限制。在镗削加工的时候，刀头受到的切向(即Y方向)的切削力会通过导向头卸载到工件内壁上，镗杆只承受径向的切削力，因此本实用新型镗杆能够加工更深的孔，并且导向部分在Y方向给刀头支撑，也可以起到防振的作用。

刀头部分由刀头5构成，如图2A所示，刀头5上装刀片，刀头5中间为切削液管14，切削液管14通向刀尖位置，在切削的时候，切削液管14中的切削液冲向刀尖，既能够起到冷却和排屑的作用又能够消减刀尖振动。在干切削的时候，切削液管14中通入高压气体，能够及时的排出切屑，防止堵塞，保证切削加工的正常进行。刀头部分采用硬质合金这种高弹性模量的材料，刚度大，受力变形小。

减振部分如图2A所示，外面为空心杆体9，选用硬质合金这种高弹性模量的材料，直径为16mm，壁厚为3mm，长度约为整个镗杆杆体的三分之一，空心杆体9为受力部件，承受主要的切削力。此处在选择壁厚的时候，考虑到空心杆体9的静刚度，应注意下列采用的公式。

$K=\frac{3EI}{L^3}$

式中K：悬伸镗杆的静刚度

E：杆体材料的弹性模量

I：杆体截面惯性矩

L：杆体的悬伸长度

采用壁厚为3mm的空心杆体和中间实心的杆体静刚度相差不大，此处选择3mm的壁厚没有削弱杆体的静刚度，保证了空心杆体9的刚度，同时又给内部装减振块留了足够的空间。减振块8选用密度大的重金属材料如铅等，本实用新型中减振块8直径为7mm，中间为通孔结构，切削液管14从中间穿过。尽可能的选择大质量的质量块可以提高镗杆的减振性能。第一弹性定位件7-1和第二弹性定位件7-2将减振块8径向固定在杆体内腔中，弹性定位件为环形橡胶，径向刚度适中的环形橡胶能够有效的提高减振性能，此处也可选用不同厚度的环形橡胶来改变弹性定位件的径向刚度。减振块8与空心杆体9内壁间隙填充着阻尼液12如图2B所示。在工作的时，减振块8、阻尼液12和弹性定位件构成一个径向减振系统，能够吸收镗杆本体的振动。本实用新型的阻尼液12选用粘度适中、粘温系数变化小的二甲基硅油，此处阻尼液粘度过小会减少减振性能，粘度过大也会使减振块8发挥不了较大作用，合适的阻尼液能够获得更大的衰减效果。由于切削时会产生一定的热量，粘温系数变化小的阻尼液能够使减振系统稳定的保持衰减性能。减振块8一端和弹簧10连接，弹簧10保证减振块8轴向接触紧密不松动，减振块8在受激时也可压缩弹簧10进行轴向移动，此时减振块8、阻尼液12和弹簧10也构成一个轴向减振系统，在切削时能够吸收部分振动。第一密封件6-1和第二密封件6-2位于空心杆体9的两端，密封件为环形橡胶，中间小孔和切削液管14过盈配合，外径和空心杆体9内腔也是过盈配合，它的作用是防止阻尼液12泄露。减振部分的空心杆体9和刀头5通过螺纹连接的方式固定，在空心杆体9端部螺纹位置设有第一定位螺钉13-1，定位螺钉可锁死螺纹连接，防止连接松动。

实心杆体部分如图1所示，实心杆体11长度约为整个镗杆杆长的三分之二，选用高弹性模量的硬质合金材料，外径为16mm。在实心杆体11的中央设有一小孔，切削液管从中间通过。实心杆体11和减振部分的空心杆体9通过螺纹连接的方式固定，第二定位螺钉13-2锁死螺纹连接。实心杆体11被夹具装夹，选择中间只有一个通切削液管的小孔结构能够承受较大的夹紧力，也能保证整个镗杆的刚度和强度。

分别对本实用新型实施实例减振镗杆内腔中不放减振装置的镗杆和本实用新型实施实例减振镗杆进行仿真实验，加载的交变切削力为50N，分析结果如图4和图5所示。从图中可以知道加减振装置共振振幅能够明显的减小，图5可以明显的体现本发明镗杆的减振性能。

Claims (9)

1.一种带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，包括导向装置和镗杆本体，所述导向装置位于镗杆本体的末端，该导向装置包括导向外套[1]、弹性卡片[2]、轴颈[3]和滑块[4],导向外套[1]通过弹性卡片[2]轴向定位在轴颈[3]细端上，该导向外套[1]能相对轴颈[3]自由旋转，轴颈[3]的粗端径向开有扁槽，滑块[4]的一端与扁槽的形状相对应并能径向插入扁槽中，滑块[4]的另一端与镗杆本体相固连。

2.根据权利要求1所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，所述镗杆本体中设置切削液管[14],该镗杆本体包括减振部分和实心杆体，其中减振部分包括刀头[5],该刀头[5]的顶端与滑块[4]相固连，刀头[5]的另一端与空心杆体[9]相连接，空心杆体[9]内部装有减振块[8]，该减振块[8]的一端通过第一弹性定位件[7-1]径向设置在空心杆体[9]的内壁，减振块[8]的另一端通过第二弹性定位件[7-2]径向设置在空心杆体[9]的内壁，第一弹性定位件[7-1]与刀头[5]之间设置第一密封件[6-1],第二弹性定位件[7-2]与实心杆体[11]之间设置第二密封件[6-2]，第二弹性定位件[7-2]的内部设置弹簧[10]，该弹簧[10]的一端与减振块[8]相连，弹簧[10]的另一端与第二密封件[6-2]相连，减振块[8]与空心杆体[9]之间装有阻尼液[12]。

3.根据权利要求2所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，减振块[8]的轴心处设置通切削液管[14]的管孔，实心杆体[11]的轴心处设置通切削液管[14]的管孔，刀头[5]内部设置通切削液管[14]的管孔，该管孔的末端通向刀尖。

4.根据权利要求2所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，第一密封件[6-1]的外环面与空心杆体[9]的内壁过盈配合，第一密封件[6-1]的内环面与切削液管[14]的外壁过盈配合，第二密封件[6-2]的外环面与空心杆体[9]的内壁过盈配合，第二密封件[6-2]的内环面与切削液管[14]的外壁过盈配合。

5.根据权利要求2所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，减振块[8]的两端均为凸台状。

6.根据权利要求1所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，轴颈[3]的扁槽为凹凸型扁槽。

7.根据权利要求2所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，刀头[5]、空心杆体[9]和实心杆体[11]的材料相同，均为硬质合金。

8.根据权利要求2所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，刀头[5]的另一端与空心杆体[9]为螺纹连接，二者同时通过第一定位螺钉[13-1]周向定位；空心杆体[9]与实心杆体[11]之间为螺纹连接，二者同时通过第二定位螺钉[13-2]周向定位。

9.根据权利要求1所述的带导向分段式动力减振镗杆，其特征在于，镗杆本体的直径为16mm，长径比为20。