專利名稱：一種用于深孔加工的智能刀具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種于金屬冷切削加工中加工深孔的刀具，尤其是一種帶有自激振斷屑功能的用于深孔加工智能刀具。
背景技術：
目前，公知的機械加工行業中的金屬冷切削深孔加工，主要是利用工件與加工刀具的相對運動，形成刀具加工面與待加工工件接觸面之間發生局部彈性變形，將材料由待加工工件上切除。具體的孔加工工藝包括鉆、銑、車、刨、鏜等，采用的刀具分別為鉆頭、銑刀、車刀、刨刀、鏜刀等加工刀具。在深孔加工時公知的傳統刀具與待加工工件的相對運動由工件家夾具和刀具夾具的相對運動構成，并受進給速度和刀具及工件物性影響。加工過程中產生的切削屑由刀具的排屑機構帶離切削面并輸送出工件。在工件材料具有韌性較好，剛度較高(如不銹鋼)時，切削過程的切削屑會形成連續的金屬切削帶，連續的切削帶阻礙刀具的排屑機構正常的排屑作業，加大了刀具和待加工工件的摩擦力，導致刀具的溫升夾具，降低了切削加工精度，同時排出加工孔的金屬切屑帶會纏繞在旋轉的刀具和待加工工件上，對設備和加工操作人員造成一定的安全隱患。
發明內容
本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種能克服傳統加工刀具在加工過程中容易形成連續金屬切屑帶的不足的，基于智能材料的新型加工刀具。
本發明的目的通過如下技術方案來完成一種用于深孔加工的智能刀具，在鉆頭、銑刀、刨刀、車刀、鏜刀等，冷金屬切削加工中深孔加工刀具的，夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上，通過鑲嵌、粘結或過盈配合等方式嵌裝有，采用磁致伸縮、電致伸縮、形狀記憶合金、壓電陶瓷材料等，對外界信號能相應改變材料物理特性的材料制成的智能材料；該智能材料暴露在激勵裝置的作用下。所述的智能材料在激勵裝置的作用下使刀具的切削刃部位產生主動可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續金屬切削帶斷裂，實現主動激振斷屑。或者所述的智能材料在激勵裝置產生的激勵信號作用下發生狀態變化，從而引起刀具的切削工作面的主動激振，實現斷屑的目的。所述的激勵裝置對智能材料的控制方式是可控的，可以為開環控制模式或帶反饋環節的閉環控制模式，并可以根據具體應用情況而改變。
與現有技術相比，該加工刀具能夠根據加工工況，確定合適的激勵信號，使刀具在加工的同時發生主動可控的激振，使切屑面的接觸條件發生瞬間改變，從而將連續切屑帶切斷，由刀具的排屑機構及時輸出工件，杜絕了切屑在刀具夾具和工件夾具上的纏繞，并改善了加工刀具與工件的相對運動情況。在傳統加工的同時，產生可控的刀具切削面的振動，使連續切削屑斷裂，僅需對刀具夾持部位進行處理，并在刀具夾具上安裝激勵信號發生器，對原有設備改動小，保護用戶在已購設備上的投資。
圖1為本設計的一種基于智能材料的加工刀具示意圖。
圖2為本設計的一種裝配使用狀態示意圖。
圖3為本設計的一種系統開環控制框圖。
圖4為本設計的一種帶有反饋環節的系統控制框圖。
圖1中1為刀具，2為智能材料，3為激勵裝置，4為刀具夾具，5為機械同步裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述。
具體實施例1鑲嵌了智能材料2的加工刀具1與刀具夾具4按常規方法固定鎖緊，鎖緊時保證智能材料2不在刀具夾具4的夾持區域內，并且暴露于激勵裝置3的作用范圍內。激勵裝置3的安裝隨加工方式不同而有所區別對于刀具主動工件不動的加工工藝(如鉆孔)中，激勵裝置3通過機械同步裝置5與刀具夾具4保持在加工刀具1進給方向上的相對位置不變；對于工件主動刀具不動的加工工藝(如車削)，激勵裝置3可通過機械同步裝置5直接固定在刀具夾具4上，上述兩種激勵裝置的布置方式均確保加工過程中智能材料2始終處于激勵裝置3的作用之下。在激勵裝置3中輸入激勵信號時，在其作用范圍內的智能材料2的物理狀態(硬度、尺寸等)發生相應的改變，產生微小的可控的激振，并導致加工刀具1的切削面在正常加工的同時發生一定范圍的可控幅度與強度的主動振動，從而瞬間改變加工刀具1與待加工工件的接觸條件，使連續切屑帶因瞬間的振動導致的沖擊切削力發生斷裂，從而實現斷屑的目的。
具體實施例2具體實施例1所述的智能刀具，在冷金屬切削加工中深孔加工刀具1鏜刀的夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上，通過過盈配合方式嵌裝有采用壓電陶瓷材料制成的智能材料2；該智能材料2暴露在激勵裝置3的作用下。所述的智能材料2在激勵裝置3的作用下使刀具1的切削刃部位產生主動可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續金屬切削帶斷裂，實現主動激振斷屑。所述的激勵裝置對智能材料的控制方式是可控的，采用開環控制模式，并可以根據具體應用情況而改變。在開環控制模式控制策略下，控制器產生可控的控制信號進行信號激勵后輸入功放單元進行功率放大產生足夠強度的信號能量輸入激勵裝置，從而導致智能材料發生相應狀態改變。控制器產生的信號類型和功放單元提供的功率放大決定了加工刀具的激振特征(頻率、幅值等)。
具體實施例3具體實施例1所述的智能刀具，在冷金屬切削加工中深孔加工刀具1鉆頭的夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上，鑲嵌有采用磁致伸縮材料制成的智能材料2；該智能材料2暴露在激勵裝置3的作用下。所述的智能材料在激勵裝置產生的激勵信號作用下發生狀態變化，從而引起刀具1的切削工作面的主動激振，實現斷屑的目的。所述的激勵裝置3對智能材料2的控制方式是可控的，采用帶反饋環節的閉環控制模式，并可以根據具體應用情況而改變。在帶有反饋環節的控制策略下，刀具的激振特性經過智能材料的產生的傳感信號經信號調理過程產生控制器的反饋信號，從而實現整個系統的反饋控制。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于深孔加工的智能刀具，包括上下連為一體的夾持部位和切削刃部位，其特征在于在刀具(1)的夾持部位和切削刃部位之間的刀桿上嵌裝有智能材料(2)；該智能材料(2)暴露在激勵裝置(3)的作用下。
2.根據權利要求1所述的智能刀具，其特征在于所述的智能材料(2)在激勵裝置(3)的作用下使刀具(1)的切削刃部位產生主動可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續金屬切削帶斷裂，實現主動激振斷屑。
3.根據權利要求1所述的智能刀具，其特征在于所述的智能材料(2)在激勵裝置(3)產生的激勵信號作用下發生狀態變化，從而引起刀具(1)的切削工作面的主動激振，實現斷屑的目的。
4.根據權利要求1或2或3所述的智能刀具，其特征在于所述的激勵裝置(3)對智能材料(2)的控制方式是可控的，并可以根據具體應用情況而改變。
5.根據權利要求4所述的智能刀具，其特征在于所述的控制方式可以為開環控制模式或帶反饋環節的閉環控制模式。
6.根據權利要求1所述的智能刀具，其特征在于所述的智能刀具(1)是冷金屬切削加工中深孔加工刀具如鉆頭、銑刀、刨刀、車刀、鏜刀等。
7.根據權利要求1所述的智能刀具，其特征在于所述的智能材料(2)與刀具(1)的連接方式為鑲嵌、粘結或過盈配合。
8.根據權利要求1所述的智能刀具，其特征在于所述的智能材料(2)可以采用磁致伸縮、電致伸縮、形狀記憶合金、壓電陶瓷材料等對外界信號能相應改變材料物理特性的材料。
全文摘要
本發明公開了一種用于機械加工行業中金屬冷切削加工中加工深孔的刀具，其技術要點為在普通刀具上添加了智能材料。該加工刀具能夠根據加工工況，確定合適的激勵信號，使刀具在加工的同時發生主動可控的激振，使切屑面的接觸條件發生瞬間改變，從而將連續切屑帶切斷，由刀具的排屑機構及時輸出工件，杜絕了切屑在刀具夾具和工件夾具上的纏繞，并改善了加工刀具與工件的切削工作條件。
文檔編號B23B41/00GK1631592SQ20051004896
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者呂福在, 項占琴, 唐志峰, 李明范 申請人:浙江大學