[發明專利]一種銑刀及設計方法

有效

• 申請號: 202010114418.0
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111168134B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 盛冬平;李曉貞;徐紅麗;門艷鐘;何亞峰
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: B23C5/10
• 分類號: B23C5/10
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明提供了一種銑刀及設計方法，銑刀包括阻尼合金花鍵套、刀桿和刀頭組件，阻尼合金花鍵套和刀桿之間采用過盈配合的安裝方式實現力的傳遞，所述阻尼合金花鍵套安裝在所述刀桿的最外層，所述阻尼合金花鍵套和刀桿的變形量從外側到中心位置由大逐步變小，直至為零；銑刀設計方法包括以下步驟：獲取銑刀的原始三維設計模型，設計阻尼合金花鍵套，確定每個參數的可變區間；通過有限元分析，獲得在組合變量下銑刀的扭轉剛度矩陣，以及在每個剛度值下的結構阻尼比矩陣；入耐振值參數確定銑刀的最優設計方案，解決了銑刀在銑削過程中容易發生劇烈振動，容易對銑床系統造成嚴重損壞的問題。

技術領域

本發明涉及機床加工技術領域，尤其涉及一種深孔減振銑刀及其設計方法。

背景技術

銑刀是在機床加工中普遍應用的刀具，主要用來洗削平面和孔類特征，結構上主要包括刀桿和刀頭組件，在銑削過程中，由于銑削力的存在，導致銑削力作用在工件的同時，也反作用于銑刀，而由于銑削力的方向是周向的，故反作用給刀具的載荷是一個扭矩，該作用力和反作用力會引起銑刀和工件在銑削過程產生振動，更為嚴重的情況是刀具發生顫振，這會直接導致銑床系統產生劇烈振動和強烈噪聲，對工件和銑刀都會產生較為嚴重的影響。

為了解決該振動問題，有兩類方案，第一類方案是在刀頭組件內部增加阻尼材料，從而達到增加系統結構阻尼的目的，這種方案在增加阻尼的同時，顯著降低了刀頭的剛度，故在實際應用中，僅適用于低速小切削量的局部參數范圍；第二類方案是在刀桿內部增加調諧振動器，將銑刀的振動轉移到導桿內部的調諧振動器中，從而實現刀頭組件的減振，這種方法在理論上可行，但在實際上，由于導桿自身內部的空間結構的有限性，導致可用空間有限，在滿足調諧振動器設計的同時，卻顯著降低了銑刀剛度和強度，兩者難以同時滿足條件。

發明內容

本發明提供的一種銑刀及設計方法，解決了銑刀在銑削過程中容易發生劇烈振動，容易對銑床系統造成嚴重損壞的問題，顯著降低了銑刀在銑削過程中的振動，提高加工質量。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明一方面公開一種銑刀，包括阻尼合金花鍵套、刀桿和刀頭組件，阻尼合金花鍵套和刀桿之間采用過盈配合的安裝方式實現力的傳遞，所述阻尼合金花鍵套安裝在所述刀桿的最外層，所述阻尼合金花鍵套和刀桿的變形量從外側到中心位置由大逐步變小，直至為零。

進一步地，所述阻尼合金花鍵套為高錳基阻尼合金材料。

進一步地，所述阻尼合金花鍵套外徑需要等于原始銑刀的外徑尺寸。

本發明另一方面還公開一種銑刀的設計方法包括以下步驟：

獲取銑刀的原始三維設計模型，設計阻尼合金花鍵套1，建立關鍵設計參數花鍵大徑A、花鍵小徑B、花鍵寬度C、花鍵套長度L和內花鍵個數N，確定每個參數的可變區間，用矩陣表示如下：

通過有限元分析，以關鍵設計參數花鍵大徑A、花鍵小徑B、花鍵寬度C、花鍵套長度L和內花鍵個數N為變量，獲得在此組合變量下銑刀的扭轉剛度矩陣[K_t]，以及在每個剛度值下的結構阻尼比矩陣[ζ]；

引入耐振值參數θ，其等于剛度矩陣和阻尼比矩陣的乘積，用公式表示如下：

[θ]＝[k_t][ζ]；

其中，[θ]為耐振值矩陣，[k_t]為扭轉剛度矩陣，[ζ]為結構阻尼比矩陣；

確定銑銑刀的最優設計方案，用公式表示如下：

θ_max(t,l)＝Max([k_t][ζ])；

其中，[k_t]為扭轉剛度矩陣，[ζ]為結構阻尼比矩陣；