[发明专利]一种利用微观摩擦及质量分布提供减震的数控刀具系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用微观摩擦现象以及质量分布方法提高数控刀具减震性能的夹具及刀杆系统，属于车削，铣削，钻孔，磨削等数控刀具刀杆制造，以及数控刀具的夹持部件制造技术领域，但不局限于在机械加工刀具上的使用。主要目的是通过利用调节微观摩擦现象以及质量分布，提高机械结构的动态刚度，从而抑制机械加工过程中的振动现象。

技术背景：

数控车刀在使用过程中，会因刀具机械结构的减震性能低而造成刀具的颤振现象。传统的刀具没有设计减震的环节，因而刀具使用过程中，悬长与直径的比例通常要求小于等于4。当需要使用长径比高于4的机械加工刀具完成机械加工过程，目前市场上已经存在的减震方案包括利用质量减震块如CN100522426C，使用复合阻尼材料如W02002045892A1，使用轻质量的刀头提高结构的振动模态频率，如日本三菱的DimpleBar，以及利用刀片与工件之间的摩擦现象来实现，如CN102259207A。

目前市场上存在的，利用质量减震块提供减震功能的加工刀具，普遍价格较高，且产品功能单一，没有实现模块化。目前尚没有针对扭转振动提供减震功能的专用质量减震块。

阻尼材料直接作为结构件使用在刀杆结构中，通常以降低机械结构的静态刚度为代价，无法保证被加工部件的几何尺寸质量要求。

使用轻质量的刀头可有效的提高振动模态频率，但其减震性能不明显。

刀片与工件之间的摩擦现象不稳定，且增加了切削力，提高了机械加工的耗能。因为刀片的磨损，摩擦现象会产生改变，因而无法稳定的提供减震功能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能有效利用机械结构结合面的微观滑动摩擦现象，结合机械结构的质量分布，提高机械结构的减震性能的刀具，以及夹具系统。其优势在于产品造价低，刀杆结构模块化，可在旋转刀具上使用，对机械结构的静态刚度影响小，减震性能稳定。

本发明的技术方案，是通过设计具有减震性能的机械部件结合面，在装配过程中调节结合面的正向压力，优化机械结构的静态刚度和动态刚度，结合刀杆结构的质量分布，有效的为刀杆结构提供减震功能。

随着机械结构结合面的正向压力增加，结合面的静态刚度会逐渐增加，减震系数会逐渐减小，存在一个最优化的正向压力值，使结构的动态刚度最大化。选取合适的正向压力可有效的调节机械结构的静态刚度和动态刚度。

机械加工刀具普遍为悬臂结构，例如车刀，铣刀等。在振动模态下，最大的位移在刀片部位，而最大的应力和应变在刀具的夹持部件周围。由高速旋转带来的离心力，受悬臂结构的末端(即刀片部位)的质量不平衡影响最大。因此可在刀片部位使用弹性系数与密度比高的材料，而在刀具的夹持部位使用弹性系数高的材料。在刀具的夹持部分周围设计具有优化静态刚度和减震系数的结合面，利用微观摩擦现象，提高刀具机械结构的动态刚度。利用离心力对刀具夹持部分的质量平衡低要求，可将本发明技术方案使用在旋转刀具上，提供可靠的减震系数。

结合质量减震块方法，在刀杆结构件上使用质量减震块，通过模态耦合的方法，将振动能量分流到质量减震块上，本发明可进一步提升质量减震块的减震性能。通过对质量减震块的结构进行优化设计，本发明还对扭转振动模态提供有效的减震解决方案。

模块化的设计使本发明的技术解决方案更弹性化，可在不同的加工环境下使用，操作方便。

附图说明：

图1是本发明的总装配图

图2是本发明的刀杆结构部分的装配示意图

图3是本发明的强力弹簧结构示意图

图4是本发明的可调节液压夹持件7的示意图及原理图

图5是本发明微观滑动摩擦减震原理的示意图

图6是本发明实施例的刀杆结构在不同条件下的动态柔度频率响应函数

图7是本发明实施例的刀杆结构使用液压连接件以及质量减震单元的示意图

图8是本发明实施例的刀杆结构使用的扭转振动质量减震单元的示意图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的实施例：采用本发明，一种利用微观摩擦及质量分布提供减震的数控刀具系统，在使用过程中，通过调节扭矩螺栓9上的力矩，挤压液压油脂13，使液压紧固件7的内壁和外壁膨胀变形。液压紧固件7的内壁膨胀变形挤压强力弹簧6，以此形成对刀杆结构的夹紧和固定。液压油脂13的压强通过液压计8来指示，根据切削力的不同，选择适合的液压油脂压强。