CN208483236U - 一种用于大悬伸镗刀杆的减振环 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，包括环形的基座、环形的顶套及夹持体，基座与顶套螺纹连接，所述基座内表面具有沿其圆周均匀分布的且与其轴线相倾斜的滑槽，所述顶套内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，所述夹持体具有顶推部和滑动部，所述顶推部具有与顶推面面接触的第一倾斜面，所述滑动部具有与滑槽的底面面接触的第二倾斜面，转动顶套，顶套通过螺纹连接沿基座轴向运动，顶推面通过第一倾斜面推动夹持体，带动夹持体通过第二倾斜面沿滑槽运动，多个夹持体所在圆周的半径减小，夹紧刀杆，本实用新型的减振环结构简单，使用方便，减振效果好。

Description

一种用于大悬伸镗刀杆的减振环

技术领域

本实用新型涉及机械加工用刀具技术领域，具体涉及一种用于大悬伸镗刀杆的减振环。

背景技术

在金属切削加工中，刀杆在切削力作用下容易产生弯曲变形，当刀杆长径比(L/D)大于4时刀杆自身将产生颤振，影响加工甚至造成加工根本无法进行。由于受工件加工尺寸的限制，通过缩短刀杆悬伸长度和增加刀杆直径参数来抑制振动不现实。减小切削厚度势必导致切削效率的降低。刀杆采用弹性模量大的材料虽增大了刀杆的静刚度，减小了弯曲变形，但是对于大悬伸刀杆减振效果并不明显。

现有的刀杆减振采用的减振措施包括主动减振以及被动减振，其中主动减振主要是在减振系统中加入反馈控制系统，通过反馈系统检测出振动系统中的相关状态量的变化，并进一步调节减振系统中控制振动的相关结构参数，从而在外界环境发生变化的情况下，使减振系统控制振动结构，使振动结构的振动响应保持最小、最稳定。主动减振普遍减振结构复杂，操作繁琐，生产中技术要求较高，价格高昂，增大了生产成本,不利于其在机械加工中的普及。目前减振刀杆采用的减振措施仍以被动减振措施为主。

被动减振目前包括的主要的措施有：减小切削刚度或是提高加工系统的结构刚度；使用新型材料提高刀杆的静刚度；以及使用冲击耗能的方法来减振，包括动力作用减振、摩擦作用减振、冲击减振、阻尼减振等。

现有的减振刀杆存在明显的不足和局限性，在有些减振刀杆的设计中，将减振结构或减振材料置于刀杆内腔中，虽然普遍减振效果明显，但大多自身结构复杂，且因其为新型结构，需对每根不同参数刀杆进行专门设计，通用性差，设计工作量大，生产使用成本较高，如申请号：201110221380.8、201210505707.9、201610842594.X、201610977096.6等发明专利。其中申请号201110221380.8的发明专利提出了一种阻尼减振刀杆，阻尼减振刀杆的结构是同轴圆形空腔的刀杆以及空腔中密封填充的阻尼颗粒以及粘性液体。此实用新型将颗粒阻尼技术应用在减振刀杆上，铣削、切削工作时刀柄内的颗粒处于离心场中，受到离心力的作用，更能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理；此减振刀杆同时利用了粘性液体的粘弹性和颗粒的阻尼效应进行减振。但是此刀杆为新型结构，需要对每根刀杆进行专门的设计，自身结构复杂，设计工作量大。且密封元件在振动环境中容易发生松动，并且存在老化现象，可能造成阻尼液的渗漏，降低阻尼器减振效果，污染阻尼器其余元件。申请号201210505707.9的发明专利提出了一种用于纺织机长套筒深孔加工的减振刀杆，该减振刀杆包括刀杆外体、刀头接盘和刀杆内腔机构，刀杆内腔机构由减振块、密封板、弹性橡胶和冷却水管组成，减振块设置在刀杆腔内靠近刀头接盘的一侧，其通过密封板与刀头接盘隔绝。该减振刀杆具有优良的减振性能较好的消除了切削刀具的振动，保证了长套筒深孔加工的高精度。但是刀杆内腔机构的特殊设计，使得每个刀杆的结构都非常复杂，生产中技术要求较高，价格高昂，增大了生产成本,不利于该减振刀杆在机械加工中的普及。后期维护与维修比较麻烦，对加工参数也有一定要求，一旦加工参数选择不当，反而会加剧镗杆的振动。申请号201610842594.X的发明专利提出了一种智能减振镗杆，具备自动减振调节功能,为多自由度系统，刀杆为主系统，位于空腔内部的多组悬臂吸振单元为子系统。数据处理单元通过传动单元来控制滑座在空腔内的滑动，进而改变悬臂梁的悬伸量，最终实现对子系统悬臂振动的改变。子系统悬臂振动的改变能够使所述主系统的振动相应地发生改变，进而控制所述刀片的尖端的振动。但是,结构复杂,维护与维修困难。申请号为201610977096.6的发明专利提出一种动力减振镗刀，包括刀头、刀杆、刀头端盖、连杆和刀尾端盖。连杆设置在刀杆内，连杆两端分别与刀头端盖和刀尾端盖相连，刀头端盖同时与刀杆相连，刀头端盖上装有刀头，刀尾端盖与刀杆内壁通过O型圈相连，所述连杆上设置有至少两个减振模块；减振模块通过卡簧轴向固定在连杆上，减振模块包括振芯、阻尼油以及橡胶圈，所述振芯通过橡胶圈悬置在连杆上，振芯和连杆间充有阻尼油。减振模块数量至少为两个，能够针对刀杆不同位置进行差异化减振，当刀杆长度增加时，可以通过增加减振模块数量，匹配出更好的减振效果。但是仍是刀杆内腔设计，结构复杂，内腔含有液体，对高主轴转速下的刀杆的密封要求较高，且对本实用新型的动平衡性要求很高。

现有的减振刀杆存在明显的不足和局限性，在有些减振刀杆的设计中，通过对刀杆进行表面阻尼层的覆盖，来达到减振目的，这类刀杆往往需要较高的设计技术要求且造价较高，不利于机械加工中的普及。如申请号201210165030.9的发明专利提出了一种涂层阻尼减振刀杆，在所述刀杆的基体材料上涂覆一层减振阻尼材料层，与刀杆的基体材料形成叠层结构，增大刀杆阻尼，利用涂层阻尼材料内耗将刀杆的振动动能转化为热能，从而达到减振、提高加工效率、改善加工质量的目的。该涂层阻尼减振刀杆，能够适应复杂多变的加工条件，有效减小或抑制切削加工过程刀杆的振动，改善切削加工过程的稳定性，提高加工精度和加工效率。但是阻尼涂层的设计技术要求高，涂层阻尼减振刀杆费用昂贵，增大了生产成本。

现有的减振刀杆存在明显的不足和局限性，在有些减振刀杆的设计中，通过增加减振支撑或改进刀杆夹具，来达到减振目的，这类设计因支撑器或夹具机构复杂、零部件较多，不便于安装，且因空间问题不适用于部分加工环境。如申请号为201510729696.6的发明专利提出了一种深孔加工刀杆减振支撑器,该减振支撑器由左、右两部分构成，左部分包括前轴承座、带轮连接轴、大同步带轮、螺纹轴、压套、推力轴承定位套、推力球轴承；右部分包括后轴承座、内锥套、锥形块、其上均布有轴向楔缝的锥形块和阻尼块、弹簧座、弹簧、复位圈；前轴承座、带轮连接轴、螺纹轴、推力轴承定位套、压套、大同步带轮、后轴承座、内锥套、锥形块、阻尼块、复位圈、弹簧座的轴线均在一条直线上；本实用新型可充分实现深孔加工刀杆的支撑及减振，减振效果突出，极大地提高深孔零件的加工质量。但支撑器结构复杂，零部件较多，安装繁琐，且只能适用于特定尺寸的刀杆，不具有良好的通用性，这也增加了生产成本。

综上所述，现有技术中对于使用大悬伸镗刀杆进行加工过程中存在的振动问题，尚缺乏有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，镗刀加工过程中，安装在镗刀杆上，极大的减小镗刀杆长径比过大导致的加工颤振影响，并且安装方便稳固，适用于不同直径的镗刀杆。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，包括环形的基座、环形的顶套及夹持体，基座与顶套螺纹连接，所述基座内表面具有沿其圆周均匀分布且与其轴线相倾斜的滑槽，所述顶套内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，所述夹持体具有顶推部和滑动部，所述顶推部具有与顶推面面接触的第一倾斜面，所述滑动部具有与滑槽的底面面接触的第二倾斜面，转动顶套，顶套通过螺纹连接沿基座轴向运动，顶推面通过第一倾斜面推动夹持体，带动夹持体通过第二倾斜面沿滑槽运动，多个夹持体所在圆周的半径减小。

进一步的，所述基座包括第一基座部及第二基座部，所述第一基座部外表面具有外螺纹结构，内表面沿圆周均匀设有多个与其轴线相倾斜的滑槽。

进一步的，所述第二基座部的外径大于第一基座部的外径。

进一步的，所述滑槽的截面形状为T型。

进一步的，所述环形顶套包括第一顶套部及第二顶套部，所述第一顶套部内表面具有与所述外螺纹结构相匹配的内螺纹结构，所述第二顶套部内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，所述第二顶套部的内径小于第一顶套部的内径。

进一步的，所述滑槽与基座轴线的倾斜角度不大于30°，滑槽与基座轴线的倾斜角度小于顶推面与顶套轴线的倾斜角度。

进一步的，所述夹持体的滑动部截面形状为与滑槽形状相匹配的T型，所述第一倾斜面及第二倾斜面对侧具有位于同一平面上的夹持面，夹持面与基座或顶套的轴线平行。

进一步的，所述夹持面上固定有阻尼层，阻尼层上用于阻尼层与夹持面固定连接的表面的对侧表面为弧面。

进一步的，所述阻尼层采用丁基橡胶材质。

本实用新型还公开了一种用于大悬伸镗刀杆的减振环的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：将夹持体嵌入安装入基座的滑槽内，顶套与基座螺纹连接，装配好减振环。

步骤2：将减振环套在入镗刀杆上，减振环在镗刀杆上的位置避开镗刀杆的振动节点，位于振动峰值位置处。

步骤3：旋转顶套，通过螺纹连接，顶套沿基座轴向移动，顶套通过顶推面推动夹持体，夹持体沿滑槽滑动，多个夹持体的夹持面所在圆周直径减小，夹持体接触镗刀杆表面并夹紧镗刀杆。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的减振环仅具有基座、顶套及夹持体，结构简单，整体结构稳固可靠，生产难度小，使用便利，减振效果好，只需将减振环套在刀杆的选定位置，并通过旋入顶套与基座的螺纹配合使得夹持体夹紧刀杆，实现固定，使用简单且牢固可靠，解决了大多数刀杆减振装置或减振刀杆结构复杂，制造成本高的问题，且因其简单可靠的环形圆周对称式设计，在其生产过程中降低了对精度和材料的要求；

2.本实用新型通用性强，通过倾斜滑槽实现减振环可加持直径的调节，进而通用于一定范围内不同直径的刀杆，再通过制造一系列从小到大不同适用刀杆直径范围的减振环就能实现更刚广泛的通用性，且由于其整体结构简单，只需套在刀杆的需要位置即可实现减振，故其可安装于市面上大多数类型的镗刀杆之上。

3.本实用新型提出的减振环轴向宽度小，对于大悬伸刀具的减振，可根据刀具的振动情况，选择合适的加持点，安装多个减振环来实现更优的减振效果。

4.减振环为环形，且加持块为圆周阵列分布，最大程度的保证了刀具的动平衡性。

5.阻尼层与刀杆接触部分为圆弧面，可以保证阻尼面更大面积的贴和刀杆表面，既使得夹持体对刀具的加持更稳固，也使阻尼层对刀具发挥更大程度的减振效果；

6.本实用新型可用于航天，化工，水利，电力等行业中使用到大悬伸镗刀的加工，尤其为一些异形件或深孔件的加工提供在轻量化加工、噪声、稳定性和可靠性要求等方面的加工性能的改善，有十分广阔的推广应用前景。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型整体结构爆炸示意图；

图2为本实用新型整体结构内部示意图；

图3为本实用新型夹持体结构示意图；

图4为本实用新型夹持体结构主视示意图；

图5为本实用新型基座结构示意图；

图6为本实用新型模型一主振型函数图；

图7为本实用新型模型二主振型函数图；

图8为本实用新型模型三主振型函数图；

图9为本实用新型模型四主振型函数图；

其中，1.顶套，1-1.第一顶套部，1-2.第二顶套部，1-3.顶推面，2.夹持体，2-1.第一倾斜面，2-2.第二倾斜面，2-3.阻尼层，3.基座，3-1.第一基座部，3-2.第二基座部，3-3.滑槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中对于使用大悬伸镗刀杆进行加工过程中存在的振动问题，尚缺乏有效的解决方案，针对上述问题，本申请提出了一种用于大悬伸镗刀杆的减振环。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-5所示，一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，包括环形的基座3、环形的顶套1及夹持体2，基座与顶套螺纹连接，并利用螺纹连接形成自锁，所述基座内表面具有沿其圆周均匀分布且与其轴线相倾斜的滑槽，所述顶套内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，顶推面的倾斜方向与滑槽倾斜方向相反，所述夹持体2具有顶推部和滑动部，所述顶推部具有与顶推面面接触的第一倾斜面2-1，所述滑动部具有与滑槽的底面面接触的第二倾斜面2-2，顶推通过螺纹连接沿基座轴向运动，顶推面通过第一倾斜面推动夹持体，带动夹持体通过第二倾斜面沿滑槽运动，多个夹持体所在圆周的半径减小。

所述基座采用弹性模量大于72GPa的刚性较大材料制成，包括第一基座部3-1及第二基座部3-2，所述第一基座部外表面具有外螺纹结构，内表面沿圆周均匀设有多个与其轴线相倾斜的T型的滑槽3-3，滑槽靠近第二基座部一端所在圆周的直径小于滑槽远离第二基座部一端所在圆周的直径，滑槽与基座轴线的倾斜角度越大，适用的刀杆直径范围越大，所述滑槽与基座轴线的倾斜角度β选用10°-30°，倾斜角度不得大于30°，否则将不便于减振环的制造生产。

所述第二基座部的外径大于第一基座部的外径，可对顶套沿基座轴向的位移进行限。

所述环形顶套1采用弹性模量大于72GPa的刚性较大的材料制成，包括第一顶套部1-1及第二顶套部1-2，所述第一顶套部内表面具有与所述外螺纹结构相匹配的内螺纹结构，所述第二顶套部内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面1-3，所述顶推面靠近第一顶套部一端所在圆周的直径大于顶推面远离第一顶套部一端所在圆周的直径，所述第二顶套部的内径小于第一顶套部的内径，所述滑槽与基座轴线的倾斜角度小于顶推面与顶套轴线的倾斜角度α，可以保证在顶套推动夹持体在滑槽内滑动时，顶套顶推面施加给夹持体的轴向的力远远大于滑槽施加给夹持体的与顶推力方向相反的轴向力，进而保证顶套可以非常顺畅的推动夹持体在滑槽中滑动，顶推面与顶套轴线的角度范围为12°-35°。

所述夹持体的滑动部截面形状为与滑槽形状相匹配的T型，滑动部较宽的部分嵌入滑槽中，所述第一倾斜面及第二倾斜面对侧具有位于同一平面上的夹持面，夹持面与基座或顶套的轴线平行。第一倾斜面与夹持面的夹角与顶推面与顶套轴线的倾斜角度相同，都为α，第二倾斜面与夹持面的夹角与滑槽相对于基座轴线的倾斜角度相同，都为β。

所述夹持面上固定有由丁基橡胶材质制成的阻尼层2-3，用于阻尼层与夹持面固定连接的表面的对侧表面为弧面，可以保证阻尼层与刀杆表面贴合。

本实用新型还公开了一种用于大悬伸镗刀杆的减振环的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：将夹持体嵌入安装入基座的滑槽内，顶套与基座螺纹连接，装配好减振环。

步骤2：将减振环套在入镗刀杆上，减振环在镗刀杆上的位置避开镗刀杆的振动节点，位于振动峰值位置处。

在安装位置的选定上，要避开刀杆振动的节点位置，选择其振动的峰值位置，即可较大程度的发挥减振环的减振作用。可将大悬伸镗刀杆简化为悬臂梁模型，其固有频率可采用以下四个模型：

模型一：固有频率公式为：

ω_n1＝0.356ω^*

(1)

其主振型函数图如图6所示，在这种振型情况下，应将减振环尽量布置在接近刀杆末端的位置，即函数曲线距离横轴距离最大位置处。

模型二：固有频率公式为：

ω_n2＝2.232ω^*

(2)

其主振型函数图如图7所示，在这种振型情况下，应将减振环尽量布置在距刀杆根部约2/5刀杆长的位置，即函数曲线距离横轴距离最大位置处。。

模型三：固有频率公式为：

ω_n3＝6.252ω^*

(3)

其主振型函数图如图8所示，在这种振型情况下，应将减振环尽量布置在距刀杆根部约1/4刀杆长及2/3刀杆长的位置，即函数曲线距离横轴距离最大位置处。。

模型四：固有频率公式为：

ω_n4＝12.25ω^*

(4)

其主振型函数图如图9所示，在这种振型情况下，应将减振环尽量布置在距刀杆根部约1/6刀杆长、1/2刀杆长以及3/4刀杆长的位置，即函数曲线距离横轴距离最大位置处。

模型一、模型二、模型三及模型四中：

其中，ω_n1、ω_n2、ω_n3、ω_n4为刀杆各阶振动固有频率，L为刀杆长，ρ为刀杆密度，A为刀杆横截面积，E为刀杆材料弹性模量，I为刀杆横截面对其中性轴的惯性矩。

步骤4：旋转顶套，通过螺纹连接，顶套沿基座轴向移动，顶套的顶推面不断抵着夹持体的第一倾斜面推动夹持体，夹持体通过第二倾斜面沿滑槽滑动，由于滑槽与基座的轴线倾斜呈一定角度，夹持体的分布圆周直径随之减小，最终夹持体内面紧紧接触刀杆表面，实现夹持体对刀杆的稳固加持。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，包括环形的基座、环形的顶套及夹持体，基座与顶套螺纹连接，所述基座内表面具有沿其圆周均匀分布且与其轴线相倾斜的滑槽，所述顶套内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，所述夹持体具有顶推部和滑动部，所述顶推部具有与顶推面面接触的第一倾斜面，所述滑动部具有与滑槽的底面面接触的第二倾斜面，转动顶套，顶套通过螺纹连接沿基座轴向运动，顶推面通过第一倾斜面推动夹持体，带动夹持体通过第二倾斜面沿滑槽运动，多个夹持体所在圆周的半径减小。

2.如权利要求1所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述基座包括第一基座部及第二基座部，所述第一基座部外表面具有外螺纹结构，内表面沿圆周均匀设有多个与其轴线相倾斜的滑槽。

3.如权利要求2所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述第二基座部的外径大于第一基座部的外径。

4.如权利要求2所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述滑槽的截面形状为T型。

5.如权利要求2所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述顶套包括第一顶套部及第二顶套部，所述第一顶套部内表面具有与所述外螺纹结构相匹配的内螺纹结构，所述第二顶套部内表面具有与其轴线相倾斜的顶推面，所述第二顶套部的内径小于第一顶套部的内径。

6.如权利要求1所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述滑槽与基座轴线的倾斜角度不大于30°，滑槽与基座轴线的倾斜角度小于顶推面与顶套轴线的倾斜角度。

7.如权利要求1所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述夹持体的滑动部截面形状为与滑槽形状相匹配的T型，所述第一倾斜面及第二倾斜面对侧具有位于同一平面上的夹持面，夹持面与基座或顶套的轴线平行。

8.如权利要求7所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述夹持面上固定有阻尼层，阻尼层上用于阻尼层与夹持面固定连接的表面的对侧表面为弧面。

9.如权利要求8所述的一种用于大悬伸镗刀杆的减振环，其特征在于，所述阻尼层采用丁基橡胶材质。