CN2799132Y - 一种用于深孔加工的智能刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于机械加工行业中金属冷切削加工中加工深孔的刀具，其技术要点为在普通刀具上添加了智能材料。该加工刀具能够根据加工工况，确定合适的激励信号，使刀具在加工的同时发生主动可控的激振，使切屑面的接触条件发生瞬间改变，从而将连续切屑带切断，由刀具的排屑机构及时输出工件，杜绝了切屑在刀具夹具和工件夹具上的缠绕，并改善了加工刀具与工件的切削工作条件。

Description

一种用于深孔加工的智能刀具

                         技术领域

本实用新型涉及一种于金属冷切削加工中加工深孔的刀具，尤其是一种带有自激振断屑功能的用于深孔加工智能刀具。

                         背景技术

目前，公知的机械加工行业中的金属冷切削深孔加工，主要是利用工件与加工刀具的相对运动，形成刀具加工面与待加工工件接触面之间发生局部弹性变形，将材料由待加工工件上切除。具体的孔加工工艺包括钻、铣、车、刨、镗等，采用的刀具分别为钻头、铣刀、车刀、刨刀、镗刀等加工刀具。在深孔加工时公知的传统刀具与待加工工件的相对运动由工件家夹具和刀具夹具的相对运动构成，并受进给速度和刀具及工件物性影响。加工过程中产生的切削屑由刀具的排屑机构带离切削面并输送出工件。在工件材料具有韧性较好，刚度较高(如不锈钢)时，切削过程的切削屑会形成连续的金属切削带，连续的切削带阻碍刀具的排屑机构正常的排屑作业，加大了刀具和待加工工件的摩擦力，导致刀具的温升夹具，降低了切削加工精度，同时排出加工孔的金属切屑带会缠绕在旋转的刀具和待加工工件上，对设备和加工操作人员造成一定的安全隐患。

                            发明内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，提供了一种能克服传统加工刀具在加工过程中容易形成连续金属切屑带的不足的，基于智能材料的新型加工刀具。

本实用新型的目的通过如下技术方案来完成：

一种用于深孔加工的智能刀具，在钻头、铣刀、刨刀、车刀、镗刀等，冷金属切削加工中深孔加工刀具的，夹持部位和切削刃部位之间的刀杆上，通过镶嵌、粘结或过盈配合等方式嵌装有，采用磁致伸缩、电致伸缩、形状记忆合金、压电陶瓷材料等，对外界信号能相应改变材料物理特性的材料制成的智能材料；该智能材料暴露在激励装置的作用下。所述的智能材料在激励装置的作用下使刀具的切削刃部位产生主动可控激振，从而使金属冷切削加工中的连续金属切削带断裂，实现主动激振断屑。或者所述的智能材料在激励装置产生的激励信号作用下发生状态变化，从而引起刀具的切削工作面的主动激振，实现断屑的目的。所述的激励装置对智能材料的控制方式是可控的，可以为开环控制模式或带反馈环节的闭环控制模式，并可以根据具体应用情况而改变。

与现有技术相比，该加工刀具能够根据加工工况，确定合适的激励信号，使刀具在加工的同时发生主动可控的激振，使切屑面的接触条件发生瞬间改变，从而将连续切屑带切断，由刀具的排屑机构及时输出工件，杜绝了切屑在刀具夹具和工件夹具上的缠绕，并改善了加工刀具与工件的相对运动情况。在传统加工的同时，产生可控的刀具切削面的振动，使连续切削屑断裂，仅需对刀具夹持部位进行处理，并在刀具夹具上安装激励信号发生器，对原有设备改动小，保护用户在已购设备上的投资。

                         附图说明

图1为本设计的一种基于智能材料的加工刀具示意图。

图2为本设计的一种使用状态示意图。

图3为本设计的一种系统开环控制框图。

图4为本设计的一种带有反馈环节的系统控制框图。

图1中：1为刀具，2为智能材料，3为激励装置，4为刀具夹具，5为机械同步装置。

                         具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

具体实施例1：镶嵌了智能材料2的加工刀具1与刀具夹具4按常规方法固定锁紧，锁紧时保证智能材料2不在刀具夹具4的夹持区域内，并且暴露于激励装置3的作用范围内。激励装置3的安装随加工方式不同而有所区别：对于刀具主动工件不动的加工工艺(如钻孔)中，激励装置3通过机械同步装置5与刀具夹具4保持在加工刀具1进给方向上的相对位置不变；对于工件主动刀具不动的加工工艺(如车削)，激励装置3可通过机械同步装置5直接固定在刀具夹具4上，上述两种激励装置的布置方式均确保加工过程中智能材料2始终处于激励装置3的作用之下。在激励装置3中输入激励信号时，在其作用范围内的智能材料2的物理状态(硬度、尺寸等)发生相应的改变，产生微小的可控的激振，并导致加工刀具1的切削面在正常加工的同时发生一定范围的可控幅度与强度的主动振动，从而瞬间改变加工刀具1与待加工工件的接触条件，使连续切屑带因瞬间的振动导致的冲击切削力发生断裂，从而实现断屑的目的。

具体实施例2：具体实施例1所述的智能刀具，在冷金属切削加工中深孔加工刀具1镗刀的夹持部位和切削刃部位之间的刀杆上，通过过盈配合方式嵌装有采用压电陶瓷材料制成的智能材料2；该智能材料2暴露在激励装置3的作用下。所述的智能材料2在激励装置3的作用下使刀具1的切削刃部位产生主动可控激振，从而使金属冷切削加工中的连续金属切削带断裂，实现主动激振断屑。所述的激励装置对智能材料的控制方式是可控的，采用开环控制模式，并可以根据具体应用情况而改变。在开环控制模式控制策略下，控制器产生可控的控制信号进行信号激励后输入功放单元进行功率放大产生足够强度的信号能量输入激励装置，从而导致智能材料发生相应状态改变。控制器产生的信号类型和功放单元提供的功率放大决定了加工刀具的激振特征(频率、幅值等)。

具体实施例3：具体实施例1所述的智能刀具，在冷金属切削加工中深孔加工刀具1钻头的夹持部位和切削刃部位之间的刀杆上，镶嵌有采用磁致伸缩材料制成的智能材料2；该智能材料2暴露在激励装置3的作用下。所述的智能材料在激励装置产生的激励信号作用下发生状态变化，从而引起刀具1的切削工作面的主动激振，实现断屑的目的。所述的激励装置3对智能材料2的控制方式是可控的，采用带反馈环节的闭环控制模式，并可以根据具体应用情况而改变。在带有反馈环节的控制策略下，刀具的激振特性经过智能材料的产生的传感信号经信号调理过程产生控制器的反馈信号，从而实现整个系统的反馈控制。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1、一种用于深孔加工的智能刀具，包括上下连为一体的夹持部位和切削刃部位，其特征在于：在刀具(1)的夹持部位和切削刃部位之间的刀杆上嵌装有智能材料(2)；该智能材料(2)暴露在激励装置(3)的作用下。

2、根据权利要求1所述的智能刀具，其特征在于：所述的智能刀具(1)是冷金属切削加工中深孔加工刀具如钻头、铣刀、刨刀、车刀、镗刀等。

3、根据权利要求1所述的智能刀具，其特征在于：所述的智能材料(2)与刀具(1)的连接方式为镶嵌、粘结或过盈配合。

4、根据权利要求1所述的智能刀具，其特征在于：所述的智能材料(2)可以采用磁致伸缩、电致伸缩、形状记忆合金、压电陶瓷材料等对外界信号能相应改变材料物理特性的材料。

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