[發明專利]一種機床刀具、刀柄的設計方法及刀具

在審

• 申請號: 202211533285.6
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN116029060A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 劉鋼;盧立成;張維;李軍利
• 申請（專利權）人: 成都永峰科技有限公司;上海工程技術大學;成都智遠先進制造技術研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 成都明濤智創專利代理有限公司 51289
• 代理人: 康鵬程

本發明公開了一種機床刀具、刀柄的設計方法及刀具，涉及一種機床用的刀具，其技術方案要點是：一種機床刀具用刀桿的設計方法，包括如下步驟；根據刀具的設計指標，建立初版刀具的三維模型，所述初版三維模型包括刀柄、刀桿和刀頭；刀桿包括刀頭端和刀柄端；建立刀具動力學有限元模型，進行模態有限元分析和諧響應有限元分析；如不滿足設計指標，則對刀桿結構及材料調整，并重新建模；直至有限元動力學模型滿足設計要求。達到有限次數的迭代可以完成刀桿的設計；設計后的刀桿與刀具、刀柄結合后具有良好的減振效果。

技術領域

本發明涉及一種機床用的刀具，更具體地說，它涉及一種機床刀具、刀柄的設計方法及刀具。

背景技術

以航空領域使用的銑床為例。航空薄壁零件由于結構形狀復雜，剛度較低，加工余量大，加工工藝性差，在切削力、切削熱、殘余應力等多方面因素影響下，振動問題會破壞零件的加工質量和表面粗糙度，已經成為影響薄壁零件加工精度、表面質量和切削效率的主要問題之一。在薄壁件銑削中，解決銑刀振動的有效方法是調整切削參數或改變刀頭結構，以盡可能地減少加工過程中發生的振動，避開其固有頻率，達到減振目的。改變切削參數一般是減少單層切削的厚度，這樣會使加工的效率低下。改變刀頭的結構一方面可能造成加工效率低，另一方面由于刀頭的異形形狀，對于刀頭齒的數量和結構進行設計，其設計難度較高，不利于降低刀頭設計成本、制作成本和使用成本。刀具的振動影響加工的質量和效率，不僅在銑床領域存在，在其他機床領域同樣存在。

發明內容

第一方面，本發明的目的是提供一種機床刀具用刀桿的設計方法，通過有限次數的迭代可以完成刀桿的設計，設計后的刀桿與刀具、刀柄結合后具有良好的減振效果。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種機床刀具用刀桿的設計方法，包括如下步驟：根據刀具的設計指標，建立初版刀具的三維模型，所述初版三維模型包括刀柄、刀桿和刀頭；刀桿包括刀頭端和刀柄端；建立刀具動力學有限元模型，進行模態有限元分析和諧響應有限元分析；如不滿足設計指標，則對刀桿結構及材料調整，并重新建模；直至有限元動力學模型滿足設計要求。

進一步的，所述刀桿結構及材料調整步驟如下：在刀桿上設計與刀桿同軸的圓柱形空腔，所述空腔由刀柄端向內延伸；在空腔內設計阻尼芯，所述阻尼芯由內至外依次為芯模和阻尼層；芯模為圓柱形，其表面沿芯模軸線設置有多條開槽；開槽內設計內嵌條。

進一步的，所述空腔的直徑取值范圍為刀桿直徑的三分之一至二分之一。

進一步的，所述芯模的直徑取值范圍為圓形空腔直徑的三分之一至二分之一。

進一步的，所述芯模設計為硬質合金材料；阻尼層設計為碳纖維材料；內嵌條設計為聚氨酯橡膠。

進一步的，所述硬質合金材料為Yg15硬質合金；所述碳纖維材料為T700碳纖維材料或M40J碳纖維材料。

進一步的，開槽數量取值范圍為4～6條；所述開槽均勻分布于刀桿表面。

第二方面，本發明提供了一種機床刀具的設計方法，包括上述的一種機床刀具用刀桿的設計方法，還包括將迭代完成的刀桿與刀頭、刀柄重新組裝建模，完成刀具的設計。

第三方面，本發明提供了上述方法制作出的一種機床刀具。

有益效果：

1、通過本發明提供的刀桿，可以有效一致刀桿在加工時引起的強迫振動和自激振動，使得加工工件獲得更高質量的表面加工。

2、本發明涉及的阻尼芯，其結構和材料可以根據實際情況進行選擇，具備較強的可設計性。

3、本發明阻尼層、膜芯和內嵌條，采用不同的材料復合而成，使刀桿的共振頻率提高，有效地避免了切削過程中的共振現象；使得銑刀可以用于轉速更高的設備之上，提高了加工的效率。

附圖說明