[發明專利]一種鏜刀及設計方法

在審

• 申請號: 202010114424.6
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111390207A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 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: B23B27/16
• 分類號: B23B27/16;B23B29/00;G06F30/23;G06F30/17
• 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

本發明提供了一種鏜刀及設計方法，包括阻尼合金套、刀桿和套頭組件，所述阻尼合金套和刀桿之間采用過盈配合的安裝方式實現力的傳遞，所述阻尼合金套安裝在所述刀桿的最外層，所述阻尼合金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；鏜刀設計方法包括以下步驟：獲取鏜刀的原始三維設計模型，設計合金阻尼套1，建立關鍵設計參數，包括壁厚T和長度L，確定每個參數的可變區間；通過有限元分析，以壁厚T和長度L為變量，獲得在此組合變量下鏜刀的彎曲剛度矩陣[k_b]，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，確定鏜刀的最優設計方案，解決了鏜刀在鏜削過程中容易發生劇烈振動，容易對鏜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，尤其涉及一種高倍徑的鏜刀及其設計方法。

背景技術

鏜刀在機床加工中具有普遍的應用，主要用來切削工件的內圓，結構上主 要包括刀桿和刀頭，在鏜削過程中，由于切削力的存在，導致切削力作用在工 件的同時，也反作用于鏜刀，從而引起鏜刀和工件在鏜削過程產生振動，更為 嚴重的情況是刀具發生顫振，這會直接導致鏜床系統產生劇烈振動和強烈噪聲， 對工件和鏜刀都會產生較為嚴重的影響。

為解決此類問題，有兩類方案，第一類方案是在刀桿內部增加動力減振器， 這種方案在理論上可行，但在實際應用中，由于刀桿空間的限制和強度等問題， 使得該方案難以得到實現，且成本極高。另外，由于是在刀桿內部增加了動力 減振器，故該類減振鏜刀通常只能用于某一特定工況，當工況改變時，需要對 內部動力減振器的內部結構進行調整，操作較為復雜；第二類方案是在刀桿內 部加入阻尼橡膠棒，以達到增加結構阻尼系數的目的。該類方案由于是將阻尼 橡膠棒安裝在刀桿中心內部，根據力學原理可知，鏜刀在切削時，中心位置的 橡膠棒參與分擔的載荷較小，遠低于外圈結構，故此方案中橡膠棒起到的實際 效果有限。另外由于鏜刀在加工過程中，一直處于高溫狀態，且內部無散熱裝 置，使得內部橡膠棒在高溫作用下極易老化，無法持續提供阻尼效果。

發明內容

本發明提供的一種鏜刀及設計方法，解決了鏜刀在鏜削過程中容易發生劇 烈振動，容易對鏜床系統造成嚴重損壞的問題，顯著降低了鏜刀在鏜削過程中 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鏜刀，包括阻尼合金套、刀桿和刀頭組件，所述阻 尼合金套和刀桿之間采用過盈配合的安裝方式實現力的傳遞，所述阻尼合金套 安裝在所述刀桿的最外層，所述阻尼合金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，所述阻尼合金套為高錳基阻尼合金材料。

本發明另一方面還公開一種鏜刀的設計方法包括以下步驟：

獲取鏜刀的原始三維設計模型，設計合金阻尼套1，建立關鍵設計參數， 包括壁厚T和長度L，確定每個參數的可變區間，用矩陣表示如下：

其中，T為阻尼合金層壁厚，L為刀桿的長度；

通過有限元分析，以阻尼合金層壁厚T和刀桿長度L為變量，獲得在此組 合變量下鏜刀的彎曲剛度矩陣[k_b]，以及在每個剛度值下的結構阻尼比矩陣[ζ]， 矩陣中的元素的解析解通過如下公式獲得：