CN114192855B - 一种减振铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减振铣刀，属于机械加工制造的技术领域，其包括铣刀头、刀杆、连接架和阻尼器，铣刀头一端的端面同轴设有第一连杆；刀杆一端的端面同轴设有第二连杆；连接架的内部开设有空腔，连接架的一端连接铣刀头，连接架的另一端连接刀杆，第一连杆和第二连杆均位于空腔内，且第一连杆和第二连杆相对设置；阻尼器安装在空腔内，阻尼器包括质量块和磁铁组，磁铁组安装在质量块上，且第一连杆和第二连杆相对的端部分别与质量块的两端的端部相抵接。本发明具有解决大长径比铣刀在高速铣削加工中铣刀颤振问题的效果。

Description

一种减振铣刀

技术领域

本发明涉及机械加工制造的技术领域，尤其是涉及一种减振铣刀。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

铣刀，是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具，工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。在选择铣刀时，应选择符合加工需求的最小长径比刀具，以获得最高加工效率。深腔类零件广泛存在于航空、航天、汽车等行业中。在加工深腔类零件内表面时，需要使用大长径比铣刀。但是，大长径比刀具悬伸较长，刚性差，在切削过程中常出现颤振现象。颤振会导致零件已加工表面出现振纹，零件的表面粗糙度较差。减振刀具可以有效抑制切削过程的振动。目前，具备抑振频率调节功能的刀杆在调节时，需要操作者具备相关理论知识。因此在实际生产加工中，亟须一种结构简单，经简单操作即可调节减振频率的刀杆。

现有减振方案的原理主要分为主动减振和被动减振两类。主动减振方案通常占用体积较大，装置复杂不易控制；被动减振则无需附加装置，实施方便效果明显。被动减振又可以分为耗能减振和动力吸振，耗能减振通过颗粒阻尼的碰撞、摩擦棒与刀杆的摩擦等来吸收振动能量，达到减振的目的，但工作噪音大、减振效果有限；动力吸振可以精确抑制工作带宽内的振动，减振效果好，但目前动力吸振刀具多采用橡胶作为刚度元件，橡胶材料的老化严重影响抑振性能，甚至会导致铣刀内部产生偏心质量，引发铣刀颤振。

另外，现有技术中，也存在其他类型的刚度元件实现方案，但结构复杂，在高速铣削时，零件间的接触面过多，依旧会引入不必要的振动。

发明内容

本发明的目的是至少解决大长径比铣刀在高速铣削加工中铣刀颤振的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种减振铣刀，包括

铣刀头，所述铣刀头一端的端面同轴设有第一连杆，且所述第一连杆与所述铣刀头一体成型；

刀杆；所述刀杆一端的端面同轴设有第二连杆，且所述第二连杆与所述刀杆一体成型；

连接架，所述连接架的内部开设有空腔，所述连接架的一端连接所述铣刀头，所述连接架的另一端连接所述刀杆，所述第一连杆和所述第二连杆均位于所述空腔内，且所述第一连杆和所述第二连杆相对设置；

阻尼器，所述阻尼器安装在所述空腔内，所述阻尼器包括质量块和磁铁组，所述磁铁组安装在所述质量块上，且所述第一连杆和所述第二连杆相对的端部分别与所述质量块的两端的端部相抵接。

根据本发明的减振铣刀，通过在铣刀头和刀杆上设置与其一体成型的第一连杆和第二连杆，极大减小了铣刀回转体的偏心质量，使铣刀高速铣削时所产生的偏心质量更小；同时，阻尼器、第一连杆、第二连杆共同构成动力吸振器，其中，阻尼效果通过连接架切割磁铁组产生电涡流实现。刀杆与阻尼器相配合，从而实现了对铣刀铣削振动的衰减，进而解决了大长径比铣刀在高速铣削加工中铣刀颤振的问题。

另外，根据本发明的减振铣刀，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述磁铁组包括磁铁环和多级磁环，所述磁铁环和所述多级磁环层状叠加设置。

在本发明的一些实施例中，所述磁铁组至少设置两组，至少设置两组所述磁铁组分别安装在所述质量块的两端部。

在本发明的一些实施例中，所述质量块两端的端部分别设置有台阶，至少设置两组所述磁铁组分别套设在所述质量块上并与所述台阶抵接。

在本发明的一些实施例中，所述第一连杆与所述质量块相抵接的端部设有第一尖顶端，所述第二连杆与所述质量块相抵接的端部设有第二尖顶端。

在本发明的一些实施例中，所述质量块两端的端面同轴分别开设有第一安装座和第二安装座，且所述第一尖顶端***所述第一安装座内，所述第二尖顶端***所述第二安装座内。

在本发明的一些实施例中，所述第一连杆与所述第一尖顶端的连接位置以及所述第一连杆与所述铣刀头的连接位置均设置有第一圆角；所述第二连杆与所述第二尖顶端的连接位置以及所述第二连杆与和所述刀杆的连接位置均设置有第二圆角。

在本发明的一些实施例中，所述铣刀头与所述连接架螺纹连接。

在本发明的一些实施例中，所述刀杆与所述连接架螺纹连接。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为减振铣刀的整体剖面结构示意图；

图2为更换长径比不同的刀杆后相对图1中第二连杆直径变化的整体剖面结构示意图；

图3为图1中磁铁组的整体结构示意图；

图4为图3中磁铁环的整体结构示意图；

图5为图3中多级磁环的整体结构示意图。

附图标记：

1、铣刀头；10、第一连杆；11、第一尖顶端；2、刀杆；20、第二连杆；21、第二尖顶端；3、连接架；30、空腔；4、阻尼器；40、质量块；400、台阶；401、第一安装座；402、第二安装座；41、磁铁组；410、磁铁环；411、多级磁环；5、第一圆角；6、第二圆角。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至5所示，本实施方式的减振铣刀，包括

铣刀头1，铣刀头1一端的端面同轴设有第一连杆10，且第一连杆10与铣刀头1一体成型；

刀杆2；刀杆2一端的端面同轴设有第二连杆20，且第二连杆20与刀杆2一体成型；

连接架3，连接架3的内部开设有空腔30，连接架3的一端连接铣刀头1，连接架3的另一端连接刀杆2，第一连杆10和第二连杆20均位于空腔30内，且第一连杆10和第二连杆20相对设置；

阻尼器4，阻尼器4安装在所述空腔30内，阻尼器4包括质量块40和磁铁组41，41磁铁组安装在质量块40上，且第一连杆10和第二连杆20相对的端部分别与质量块40的两端的端部相抵接。

具体地，在本实施例中，减振铣刀包括同轴依次连接的铣刀头1、连接架3、刀杆2以及安装在连接架3内部的阻尼器4，连接架3的内部开设有与连接架3同轴的空腔30，阻尼器4同轴安装在空腔30内。其中连接架3和刀杆2的材料采用的是工具钢H15，具有高刚性，同时连接架3又具有铁磁性。质量块40采用钨块，钨块较为环保，对生产环境污染较轻，同时其密度较大，较容易控制重量分配，而且耐腐蚀性能好，使用寿命较长。磁铁组41套设在质量块40上固定并产生磁场。阻尼器4与第一连杆10和第二连杆20共同构成动力吸振器，吸收刀具振动。其中，当阻尼器4振动时，连接架3切割磁铁组41产生的轴向磁场，产生电涡流，从而起到阻尼效果。

铣刀头1的非刀片端设有固设于铣刀头1上的第一连杆10，该第一连杆10是由铣刀头1毛坯件经成型车刀加工后得到的，与铣刀头1的同轴度高，同时该第一连杆10的直径是固定的。刀杆2朝向连接架3的端面设有第二连杆20，该第二连杆20是有刀杆2毛坯件经成型车刀加工后得到的，与刀杆2的同轴度高。需要说明的是，第一连杆10和第二连杆20均为刚性杆，相较于传统动力吸振刀具采用橡胶作为刚度元件，第一连杆10和第二连杆20具有不易老化、不易变形的优点，在高速铣削时所产生的偏心质量更小，铣刀的极限转速更高，同时铣刀加工时的振动与噪声也会减小很多。

根据本发明的减振铣刀，通过在铣刀头1和刀杆2上设置与其一体成型的第一连杆10和第二连杆20，极大减小了铣刀回转体的偏心质量，使铣刀高速铣削时所产生的偏心质量更小；同时，阻尼器4、第一连杆10、第二连杆20共同构成动力吸振器，其中，阻尼通过连接架3切割磁铁组41产生电涡流实现。刀杆2与阻尼器4相配合，从而实现了对铣刀铣削振动的衰减，进而解决了大长径比铣刀在高速铣削加工中铣刀颤振的问题。

在本发明的一些实施例中，磁铁组41包括磁铁环410和多级磁环411，磁铁环410和多级磁环411层状叠加设置。

在本发明的一些实施例中，磁铁组41至少设置两组，至少设置两组磁铁组41分别安装在质量块40的两端部。

进一步地，质量块40两端的端部分别设置有台阶400，至少设置两组磁铁组41分别套设在质量块40上并与台阶400抵接。

具体地，磁铁环410为普通环形磁铁，磁铁环410与多级磁环411层叠设置构成磁铁组41，磁铁环410的内部为沿轴向的磁感线，多级磁环411内部为沿径向的磁感线，两种磁感线相互垂直，错叠后生成跟高的外磁场强度(如图3所示)。在本实施例中，磁铁组41设置四组，质量块40的两端端部分别套设两组，其中，每组靠近质量块40台阶400处的磁铁组41通过粘贴的方式贴于台阶400处，在其它实施例中，也可采用其他方式，在此不做任何限定。剩余的磁铁组41则依靠强磁性吸附于其相邻的磁铁组41上，组合后构成阻尼器4。在减振铣刀振动时，连接架3切割磁铁组41产生的轴向磁场，产生电涡流，从而起到阻尼效果。这样设置的磁环层叠结构极大程度增强了磁铁组41的轴向磁场强度，而且也大幅度提高了在使用铣刀时，具有铁磁性连接架3切割的磁感线的数量，大幅度提高了阻尼效率。

值得一提的是，由于刀杆2的长径比是根据所加工零件的孔深需求确定的，在满足加工需求的情况下，长径比要尽可能地小。对于不同规格长径比的刀杆2，当刀杆2的长径比改变时，刀具动力学特性改变，其固设于刀杆2上的第二连杆20的直径则依据动力吸振原理计算得到，因此不同规格刀杆2所固接的第二连杆20的直径不同。而且第二连杆20的直径决定了阻尼器4的振动频率，铣刀将调频装置集成到所更换的刀杆2上，更换刀杆2可直接得到精确调谐的减振铣刀，无需再对阻尼器4进行额外调谐，省去了对刀具进行动力学测试、调谐的步骤；且大量减少了构成频率可调铣刀的零件数量。在更换刀杆2改变铣刀的长径比时，与刀杆2固接的第二连杆20的直径会随刀杆2更替而改变，但与铣刀头1固接的第一连杆10的尺寸无需改变，故不需要更换铣刀头1，从而节约了刀具的成本。

在本发明的一些实施例中，第一连杆10与质量块40相抵接的端部设有第一尖顶端11，第二连杆20与质量块40相抵接的端部设有第二尖顶端21。具体地，第一尖顶端11和第二尖顶端21均呈锥形分别设置在第一连杆10和第二连杆20相对的端部，且第一尖顶端11和第二尖顶端21的尖部均抵接在质量块40两端的端面上。第一尖顶端11和第二尖顶端21的设置，使阻尼器4与铣刀头1和刀杆2的同轴度更高，减小偏心质量，进一步减小铣刀加工时的振动和噪声，提高装置的可靠性。

在本发明的一些实施例中，质量块40两端的端面同轴开设有第一安装座401和第二安装座402，且第一尖顶端11***第一安装座401内，第二尖顶端21***第二安装座402内。具体地，质量块40两端的端面上分别开设有与第一尖顶端11和第二尖顶端21适配的第一安装座401和第二安装座402，且第一安装座为与第一尖顶端适配锥形安装座，第二安装座也为与第二尖顶端适配的锥形安装座。安装时，第一尖顶端11的尖部顶入第一安装座401内，第二尖顶端21的尖部顶入第二安装座402内。当铣刀在工作时，第一安装座401和第二安装座402始终保持第一尖顶端11和第二尖顶端21的高同轴度，避免由于第一尖顶端11和第二尖顶端21相对错位导致的偏心质量增大、噪声及颤振现象，提高了零件的表面质量，进一步提高了装置的可靠性。

在本发明的一些实施例中，第一连杆10与第一尖顶端11的连接位置以及第一连杆10与铣刀头1的连接位置均设置有第一圆角5；第二连杆20与第二尖顶端21的连接位置以及第二连杆20与和刀杆2的连接位置均设置有第二圆角6。具体地，由于在第一连杆10与第一尖顶端11、第一连杆10与铣刀头1之间存在直径突变，因此在第一连杆10与第一尖顶端11、第一连杆10与铣刀头1之间的连接处设置第一圆角5，以减小应力集中，避免装置被损坏，降低经济成本。同理，在第二连杆20与第二尖顶端21、第二连杆20与刀杆2之间的连接处设置第二圆角6，以减小应力集中，避免装置被损坏，降低经济成本。

在本发明的一些实施例中，铣刀头1与连接架3螺纹连接。

在本发明的一些实施例中，刀杆2与连接架3螺纹连接。

具体地，连接架3两端端部的内周面均设置有内螺纹，铣刀头1和刀杆2朝向连接架3一端的外周面均设置有与内螺纹适配的外螺纹。安装时，只需将铣刀头1和刀杆2旋拧进连接架3即可完成装配。螺纹连接的设置，便于铣刀头1和刀杆2的安拆，提高工作效率；同时在维修更换时，可只单独更换其中部分零件，降低经济成本。

进一步地，铣刀头1上的螺纹方向与铣刀旋转方向相同。具体地，当铣刀在进行铣削加工时，铣刀受到的扭矩可以使螺纹连接自紧，避免了铣刀头1在加工过程中脱离装置，对附近工作人员造成伤害，进一步提高了装置的可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种减振铣刀，其特征在于，包括

铣刀头，所述铣刀头一端的端面同轴设有第一连杆，且所述第一连杆与所述铣刀头一体成型；

刀杆，所述刀杆一端的端面同轴设有第二连杆，且所述第二连杆与所述刀杆一体成型；

连接架，所述连接架的内部开设有空腔，所述连接架的一端连接所述铣刀头，所述连接架的另一端连接所述刀杆，所述第一连杆和所述第二连杆均位于所述空腔内，且所述第一连杆和所述第二连杆相对设置；

阻尼器，所述阻尼器安装在所述空腔内，所述阻尼器包括质量块和磁铁组，所述磁铁组安装在所述质量块上，且所述第一连杆和所述第二连杆相对的端部分别与所述质量块的两端的端部相抵接；

所述磁铁组包括磁铁环和多级磁环，所述磁铁环和所述多级磁环层状叠加设置；

不同长径比的所述刀杆所固接的所述第二连杆的直径不同，所述第二连杆的直径决定所述阻尼器的振动频率。

2.根据权利要求1所述的减振铣刀，其特征在于，所述磁铁组至少设置两组，至少设置两组所述磁铁组分别安装在所述质量块的两端部。

3.根据权利要求2所述的减振铣刀，其特征在于，所述质量块两端的端部分别设置有台阶，至少设置两组所述磁铁组分别套设在所述质量块上并与所述台阶抵接。

4.根据权利要求1所述的减振铣刀，其特征在于，所述第一连杆与所述质量块相抵接的端部设有第一尖顶端，所述第二连杆与所述质量块相抵接的端部设有第二尖顶端。

5.根据权利要求4所述的减振铣刀，其特征在于，所述质量块两端的端面同轴分别开设有第一安装座和第二安装座，且所述第一尖顶端***所述第一安装座内，所述第二尖顶端***所述第二安装座内。

6.根据权利要求4所述的减振铣刀，其特征在于，所述第一连杆与所述第一尖顶端的连接位置以及所述第一连杆与所述铣刀头的连接位置均设置有第一圆角；所述第二连杆与所述第二尖顶端的连接位置以及所述第二连杆与和所述刀杆的连接位置均设置有第二圆角。

7.根据权利要求1所述的减振铣刀，其特征在于，所述铣刀头与所述连接架螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的减振铣刀，其特征在于，所述刀杆与所述连接架螺纹连接。

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