[發明專利]一種利用微觀摩擦及質量分布提供減震的數控刀具系統

在審

• 申請號: 201410202999.8
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN105081373A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 付麒麟
• 申請（專利權）人: 付麒麟
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23B51/00;B23C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種利用微觀摩擦現象以及質量分布方法提高數控刀具減震性能的夾具及刀桿系統，屬于車削，銑削，鉆孔，磨削等數控刀具刀桿制造，以及數控刀具的夾持部件制造技術領域，但不局限于在機械加工刀具上的使用。主要目的是通過利用調節微觀摩擦現象以及質量分布，提高機械結構的動態剛度，從而抑制機械加工過程中的振動現象。

技術背景：

數控車刀在使用過程中，會因刀具機械結構的減震性能低而造成刀具的顫振現象。傳統的刀具沒有設計減震的環節，因而刀具使用過程中，懸長與直徑的比例通常要求小于等于4。當需要使用長徑比高于4的機械加工刀具完成機械加工過程，目前市場上已經存在的減震方案包括利用質量減震塊如CN100522426C，使用復合阻尼材料如W02002045892A1，使用輕質量的刀頭提高結構的振動模態頻率，如日本三菱的DimpleBar，以及利用刀片與工件之間的摩擦現象來實現，如CN102259207A。

目前市場上存在的，利用質量減震塊提供減震功能的加工刀具，普遍價格較高，且產品功能單一，沒有實現模塊化。目前尚沒有針對扭轉振動提供減震功能的專用質量減震塊。

阻尼材料直接作為結構件使用在刀桿結構中，通常以降低機械結構的靜態剛度為代價，無法保證被加工部件的幾何尺寸質量要求。

使用輕質量的刀頭可有效的提高振動模態頻率，但其減震性能不明顯。

刀片與工件之間的摩擦現象不穩定，且增加了切削力，提高了機械加工的耗能。因為刀片的磨損，摩擦現象會產生改變，因而無法穩定的提供減震功能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種能有效利用機械結構結合面的微觀滑動摩擦現象，結合機械結構的質量分布，提高機械結構的減震性能的刀具，以及夾具系統。其優勢在于產品造價低，刀桿結構模塊化，可在旋轉刀具上使用，對機械結構的靜態剛度影響小，減震性能穩定。

本發明的技術方案，是通過設計具有減震性能的機械部件結合面，在裝配過程中調節結合面的正向壓力，優化機械結構的靜態剛度和動態剛度，結合刀桿結構的質量分布，有效的為刀桿結構提供減震功能。

隨著機械結構結合面的正向壓力增加，結合面的靜態剛度會逐漸增加，減震系數會逐漸減小，存在一個最優化的正向壓力值，使結構的動態剛度最大化。選取合適的正向壓力可有效的調節機械結構的靜態剛度和動態剛度。

機械加工刀具普遍為懸臂結構，例如車刀，銑刀等。在振動模態下，最大的位移在刀片部位，而最大的應力和應變在刀具的夾持部件周圍。由高速旋轉帶來的離心力，受懸臂結構的末端(即刀片部位)的質量不平衡影響最大。因此可在刀片部位使用彈性系數與密度比高的材料，而在刀具的夾持部位使用彈性系數高的材料。在刀具的夾持部分周圍設計具有優化靜態剛度和減震系數的結合面，利用微觀摩擦現象，提高刀具機械結構的動態剛度。利用離心力對刀具夾持部分的質量平衡低要求，可將本發明技術方案使用在旋轉刀具上，提供可靠的減震系數。

結合質量減震塊方法，在刀桿結構件上使用質量減震塊，通過模態耦合的方法，將振動能量分流到質量減震塊上，本發明可進一步提升質量減震塊的減震性能。通過對質量減震塊的結構進行優化設計，本發明還對扭轉振動模態提供有效的減震解決方案。

模塊化的設計使本發明的技術解決方案更彈性化，可在不同的加工環境下使用，操作方便。

附圖說明：

圖1是本發明的總裝配圖

圖2是本發明的刀桿結構部分的裝配示意圖

圖3是本發明的強力彈簧結構示意圖

圖4是本發明的可調節液壓夾持件7的示意圖及原理圖

圖5是本發明微觀滑動摩擦減震原理的示意圖

圖6是本發明實施例的刀桿結構在不同條件下的動態柔度頻率響應函數

圖7是本發明實施例的刀桿結構使用液壓連接件以及質量減震單元的示意圖

圖8是本發明實施例的刀桿結構使用的扭轉振動質量減震單元的示意圖

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

本發明的實施例：采用本發明，一種利用微觀摩擦及質量分布提供減震的數控刀具系統，在使用過程中，通過調節扭矩螺栓9上的力矩，擠壓液壓油脂13，使液壓緊固件7的內壁和外壁膨脹變形。液壓緊固件7的內壁膨脹變形擠壓強力彈簧6，以此形成對刀桿結構的夾緊和固定。液壓油脂13的壓強通過液壓計8來指示，根據切削力的不同，選擇適合的液壓油脂壓強。