專利名稱：用于切削加工的銑削刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于切削加工的旋轉(zhuǎn)刀具，具體涉及旨在用于銑削加工的具有一體阻尼器的刀具。
背景技術(shù)：
在切削加工過程中，為了提供最佳的切削速度、表面光潔度、設(shè)備使用壽命等，重要的是實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定的切削過程。要考慮的一項重要因素為是否存在振動或顫動，振動或顫動會導(dǎo)致不和諧、加工的零件表面粗糙和縮短刀刃使用壽命，并且會導(dǎo)致加工過程不可預(yù)測。振動會發(fā)生和存在于整個切削系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括機床、工件、工件附件、刀具夾緊元件以及具有刀刃的刀具。在使用長刀具或具有一個或多個延伸元件或軸的刀具的過程中， 切削端的振動格外明顯。振動的存在通常會導(dǎo)致諸如切削深度、徑向吃刀量、進給速度或切削速度之類的刀具數(shù)據(jù)減小。一種可能的振動消除方法是減小銑削刀具中的作用切削刀刃的數(shù)量，但這樣也會降低刀具的效率，這是因為完成工作的時間也更長。此外，也利用所稱的變節(jié)距銑刀減小或防止系統(tǒng)中的振動，這種銑刀的銑削刀片以變化的節(jié)距圍繞銑刀外周設(shè)置。用于減小用于旋轉(zhuǎn)加工的刀具中的振動、尤其是用于減小銑削刀具中的振動的其他現(xiàn)有技術(shù)包括在刀具體中引入居中設(shè)置的阻尼器。通常，該阻尼器由粘彈性材料形成，其抵消刀具內(nèi)的由操作引起的振動。這種現(xiàn)有技術(shù)的問題是，阻尼局限于特定的頻率或頻率范圍，并且阻尼體是針對刀具系統(tǒng)特定的固有頻率來調(diào)整的。此外，由于居中設(shè)置，并且考慮到刀具的穩(wěn)定性和強度，阻尼體的尺寸和延伸范圍受到限制。這是因為居中設(shè)置的阻尼器使得刀具的承載質(zhì)量的相對較大的一部分被去除。因此，非常需要解決上述問題的阻尼刀具。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及用于切削加工的具有阻尼作用的旋轉(zhuǎn)刀具。根據(jù)另一個方面，本發(fā)明涉及具有改進的阻尼作用的銑削刀具。本發(fā)明的一般實施例包括用于旋轉(zhuǎn)切削加工的銑削刀具1，所述銑削刀具包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的刀具體10、適于接納布置在刀具體的一端的相應(yīng)銑削刀片的多個刀片座20。 此外，刀具1包括多個布置在刀具體內(nèi)的阻尼構(gòu)件30，所述多個阻尼構(gòu)件抑制銑削刀具中的由操作引起的振動。阻尼構(gòu)件30以徑向偏離旋轉(zhuǎn)軸線、偏離刀片座20并且鄰近所述一端的方式布置。本發(fā)明的優(yōu)點包括-改進了旋轉(zhuǎn)切削加工中刀具的阻尼作用；-將阻尼器一體形成在若干不同的刀具幾何形狀中；-可調(diào)節(jié)的阻尼作用。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有阻尼作用的刀具的一個實施例的兩個視圖；圖2示出本發(fā)明的一個實施例的透視圖；圖3示出圖2的實施例的分解圖；圖4示出圖2的實施例的剖面圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的阻尼刀具的另一個實施例的分解圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的刀具的另一個實施例的透視圖；圖7示出圖6的實施例的分解圖；圖8示出本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的比較；圖9示出本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的另一個比較。
具體實施例方式
在所有附圖中，對應(yīng)或類似的元件將使用相同的附圖標記。一般來講，本發(fā)明包括用于切削加工例如金屬和金屬合金的旋轉(zhuǎn)刀具。所述刀具設(shè)有多個布置為徑向陣列的一體的阻尼構(gòu)件，用來同時減小刀具在扭轉(zhuǎn)方向和徑向的振動。旋轉(zhuǎn)加工是指這樣的情形在工件或刀具進行直線或旋轉(zhuǎn)進給運動的同時，切削工具被賦予相對于其旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)主運動。本發(fā)明所包含的刀具包括一種或多種銑刀，例如，長刃銑刀、角銑刀、端銑刀、帶柄端銑刀、螺旋銑刀等。根據(jù)參照圖1的一個實施例，本發(fā)明包括用于旋轉(zhuǎn)切削加工的銑削刀具1。銑削刀具1由刀具體10構(gòu)成，刀具體具有沿其旋轉(zhuǎn)軸線(在圖中上半部用虛線表示)的延伸。銑削刀具1也可包括沿旋轉(zhuǎn)軸線串聯(lián)布置的各種延伸元件(未示出)，以允許更深地切入工件。此外，銑削刀具1包括適于接納布置在刀具體10的一端的相應(yīng)銑削刀片的多個刀片座 20。圖1示出了具有銑削刀片的四個刀片座20，但也可以在刀具體10中布置更多或更少的刀片座20。通常，根據(jù)本發(fā)明的刀具包括三個或更多個刀片座。最后，刀具1包括布置在刀具體10內(nèi)的多個阻尼構(gòu)件30，多個阻尼構(gòu)件30抑制刀具中的由操作引起的振動。所述阻尼構(gòu)件30以徑向偏離刀具1的旋轉(zhuǎn)軸線、偏離刀片座20并且鄰近上述一端的方式布置。 阻尼構(gòu)件30適于但不是必需平行于刀具1的旋轉(zhuǎn)軸線布置。在與平行布置的偏差上，阻尼構(gòu)件和刀具的旋轉(zhuǎn)軸線之間的角度應(yīng)不超過10°。圖1示出了四個這樣的阻尼構(gòu)件30，但同樣可以布置更多或更少的阻尼構(gòu)件30。相比居中設(shè)置的阻尼構(gòu)件，使用多個徑向偏離的阻尼構(gòu)件的其中一個優(yōu)點是，有可能在更大的頻率范圍內(nèi)抵消振動。還存在其他優(yōu)點。下文將結(jié)合具體實例更詳細地討論該優(yōu)點和其他一些優(yōu)點。為了使阻尼器的使用不破壞刀具體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，各阻尼構(gòu)件的體積(和質(zhì)量) 受到刀具總體積(和質(zhì)量)的限制。這使得相比使用多個徑向偏離的阻尼器，使用居中設(shè)置的阻尼器會對能應(yīng)用在刀具上的阻尼質(zhì)量的大小限制在更小的范圍內(nèi)。例如，可以提及的是，對于具有大約1.5kg質(zhì)量的角銑刀(直徑60mm)，有可能包括六個徑向偏離的阻尼構(gòu)件，其具有222g的總質(zhì)量；而居中設(shè)置的阻尼器只允許190g的阻尼質(zhì)量。(此例在上述兩種銑削刀具中均包括同一類型的阻尼構(gòu)件)因此，通過使用多個阻尼構(gòu)件，有可能獲得超過居中設(shè)置情況下的阻尼質(zhì)量的總振蕩阻尼質(zhì)量。
對于特定類型的刀具解決方案，由于設(shè)計問題，不可能一體形成居中設(shè)置的阻尼構(gòu)件。US6595727中的銑削刀具示出了這種情況，該銑削刀具具有居中設(shè)置的中空鎖緊螺栓，其用以向銑削刀片提供冷卻介質(zhì)和潤滑劑。另一種類似的情況是用于所稱的斜線進刀銑削(ramping)的銑削刀具，參見US 6，945，740。以上所述刀具都無法按照居中設(shè)置阻尼構(gòu)件的原理減振，但利用本發(fā)明，能夠容易地使刀具減振，從而獲得更佳的切削性能。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，當阻尼構(gòu)件以徑向偏離中心軸線的方式布置時，可以更有效地對扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生的振動進行減振。此外，還可以獲得一個頻譜范圍，阻尼系統(tǒng)能夠在該頻譜范圍內(nèi)工作，并抵消出現(xiàn)的振動，或者消除/減小振動增加的趨勢。此外，可以在刀具內(nèi)使用多個相同的阻尼構(gòu)件，也可以在同一刀具內(nèi)使用不同的阻尼構(gòu)件。通過賦予阻尼構(gòu)件不同的質(zhì)量、阻尼效應(yīng)或結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實現(xiàn)多樣化。也可以將上述多樣化類型組合。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，阻尼構(gòu)件30布置在刀具體的一端的凹槽中，參見圖2 和圖3。所述凹槽中每一個凹槽都定向為使其縱向軸線平行于銑削刀具的旋轉(zhuǎn)軸線，并且從刀具的切削端延伸。凹槽(因此阻尼構(gòu)件)可以關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線對稱或不對稱布置。根據(jù)優(yōu)選實施例，假設(shè)關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線的對稱性與刀片座相同，則阻尼構(gòu)件的數(shù)量對應(yīng)于刀具體中的刀片座的數(shù)量。換句話講，多個阻尼構(gòu)件中每一個阻尼構(gòu)件都與相應(yīng)的刀片座對應(yīng)且相鄰地設(shè)置。這使得減振的進行能夠緊密關(guān)聯(lián)刀具中的產(chǎn)生振動所處的點， 即銑削刀片接合進入工件的位置處。因此，在這種情況下，典型地刀片座的數(shù)量和阻尼構(gòu)件的數(shù)量為3個或更多個。在圖3所示實施例中，阻尼刀具1以拆卸狀態(tài)示出，其中阻尼構(gòu)件從相應(yīng)的凹槽移除。在圖中，還示出了用于防止阻尼構(gòu)件或刀片意外掉出刀具的蓋板。在該實施例中，所有阻尼構(gòu)件均為類似的元件，但也可以包括被調(diào)節(jié)成不同阻尼頻率或頻率間隔的元件，換句話講，不同阻尼構(gòu)件能具有不同阻尼效應(yīng)。在圖4中，以剖視圖示出圖2的實施例，以顯示阻尼構(gòu)件在銑削刀具1內(nèi)的定向。 在所示實施例中，蓋板已通過螺紋接合而附接到刀具體10中，但應(yīng)當理解，也可以采用其他附接方式。如上所述，并非刀具1中的所有阻尼構(gòu)件30都必須是同一類型。圖5以分解圖示出了這種情況，該圖示出了阻尼構(gòu)件30的兩種變型。其中一種變型為在阻尼構(gòu)件外部具有螺旋凹槽的大致柱形的插入物，以允許冷卻介質(zhì)在銑削刀具1中循環(huán)。另一種變型包括多個球形阻尼構(gòu)件，所述多個球形阻尼構(gòu)件堆疊在彼此之上并且利用間隔構(gòu)件間隔開。這兩種變型僅用于舉例，也可以采用類似的解決方案。根據(jù)參見圖6和7的另一個優(yōu)選實施例，刀具1包括蓋11，該蓋在安裝之后，與刀具體10—起在刀具的切削端覆蓋阻尼構(gòu)件及其凹槽。該蓋包括用于接納銑削刀片的最外側(cè)的一列刀片座20，并且適于與刀具體10配合形成刀具1。蓋11可以利用螺栓或其他等同的接合構(gòu)件附接到刀具體10。圖6示出了安裝有蓋11的刀具1，圖7示出了蓋11處于拆卸狀態(tài)的刀具1。具有在刀具中提供第一排刀片的蓋的上述實施例的具體優(yōu)點是，阻尼構(gòu)件能夠設(shè)置在刀具體中足夠靠前處，而不會因此終止于刀具的端部。對于用于斜線進刀銑削的銑削刀具，這一點特別有利。如圖6和圖7所示，刀具1可包括布置在刀具1的包絡(luò)面上的刀片座20。安裝在所述刀片座中的銑削刀片將與布置在端部的銑削刀片配合，以允許實現(xiàn)更長的切削刃，例如長刃銑削刀具。根據(jù)上文所述，有利的是阻尼構(gòu)件的數(shù)量等于布置在刀具的一端的刀片座的數(shù)量。然而，這不是必須的，阻尼構(gòu)件數(shù)量與刀片座數(shù)量不同的實施例也是可以的。所示實施例大部分涉及銑削刀具，特別是長刃銑削刀具。有利地，阻尼構(gòu)件(和對應(yīng)的凹槽)旋轉(zhuǎn)對稱。然而，這僅僅是為了適應(yīng)制造技術(shù)， 該原理也可應(yīng)用于具有其他幾何形狀的阻尼構(gòu)件和凹槽。此外，已經(jīng)示出大致柱形的凹槽， 但這也是為了適應(yīng)制造技術(shù)。在設(shè)計刀具、特別是長刀具中的阻尼構(gòu)件時，有利的是將阻尼效應(yīng)集中在振動最大的位置的附近。這意味著在大多數(shù)情況下，尤其對于長刀具來說，阻尼構(gòu)件在刀具的切削端中，有利地緊密關(guān)聯(lián)刀刃，即盡可能遠離旋轉(zhuǎn)軸線。因此，同樣有利的是采用錐形的阻尼構(gòu)件和凹槽，其中錐形的底面置于緊密連接刀具的切削端。另一個需要考慮的問題是刀具中存在冷卻通道。根據(jù)本發(fā)明，阻尼構(gòu)件及其凹槽適于與刀具中存在的冷卻通道的至少一部分配合。這意味著，阻尼構(gòu)件本身適于允許冷卻液的特定循環(huán)，并且凹槽適于與刀具的冷卻通道連通。本發(fā)明的阻尼構(gòu)件尤其涉及W02008/002145中已經(jīng)公開的阻尼構(gòu)件，但也可以是其他類型的阻尼構(gòu)件。實例可以為具有粘彈體形式的阻尼構(gòu)件，該粘彈體具有不同設(shè)計，例如球形、實心柱體、圓形或環(huán)形板或其組合。也可以采用具有機械和/或流體力學作用模式的不同類型的阻尼構(gòu)件。如上所述，使用單個居中設(shè)置的阻尼器的一個問題是，刀具的阻尼能力被限定在特定頻率內(nèi)，使得阻尼體必須調(diào)到刀具系統(tǒng)的特定阻尼頻率下。對于安裝在特定機床內(nèi)的刀具的阻尼器調(diào)諧通常沒有問題，但在更換機床和設(shè)備系統(tǒng)的固有頻率改變時，會出現(xiàn)問題。根據(jù)本發(fā)明，使用在不同頻率下調(diào)諧的多個阻尼器的優(yōu)點是，可以在更寬的頻譜范圍內(nèi)對系統(tǒng)進行減振。從下文參照圖8的模擬結(jié)果中，可以很清晰地看到這一點。圖8示出了來自三個不同的模擬的結(jié)果，其中已用3000-3300HZ之間的主共振頻率對200個不同的傳遞函數(shù)進行隨機化。為簡明起見，圖中僅示出其中一個傳遞函數(shù)。最上面的圖示出了已知無阻尼刀具的結(jié)果。中間的圖示出了來自相同隨機傳遞函數(shù)的結(jié)果， 但其中具有已調(diào)節(jié)或調(diào)諧至頻率范圍的中位值即3150Hz的已知阻尼器，并具有士5%的隨機分布。最下面的圖示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的、來自相同隨機傳遞函數(shù)的結(jié)果，但具有5個調(diào)整或調(diào)諧至2300-4000HZ之間的頻率的阻尼器，并具有士5%的單獨分布。此外，5個阻尼器的總質(zhì)量與單個阻尼器的質(zhì)量的相同。圖中清楚示出，相比已知單阻尼器或已知無阻尼系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的多阻尼器的傳遞函數(shù)(“動柔度(rec印tance) ”)的振幅峰值明顯降低。為了示出阻尼系統(tǒng)的效果，選擇了隨機傳遞函數(shù)，并用來計算代表性刀具的穩(wěn)定性極限，參見圖9。通過選擇低于圖中曲線的軸向切削深度和主軸轉(zhuǎn)速的組合，避免了穩(wěn)定性問題。如果反之，選擇了曲線以上的組合，則振動水平會不可控地急劇上升。結(jié)果清楚地表明，相比無阻尼(UD)和單阻尼(SD)系統(tǒng)，多阻尼器(MD)使得臨界切削深度可以增加許多倍。因此，本發(fā)明使得單位時間內(nèi)可以從工件上去除更多材料，從而提高工藝效率。如上所述，本發(fā)明可以將多個不同的阻尼構(gòu)件組合到同一個銑削刀具內(nèi)，以實現(xiàn)刀具的阻尼效應(yīng)的多樣性。然而，也可以在銑削刀具內(nèi)布置多個類似但可單獨調(diào)節(jié)的阻尼構(gòu)件?？烧{(diào)節(jié)是指阻尼構(gòu)件不是固定在特定的阻尼范圍內(nèi)，而是能在操作過程中或至少在安裝銑削刀具時調(diào)節(jié)或調(diào)諧。本發(fā)明尤其適用于但不限于用來加工對加工方法提出類似要求的鈦和鈦合金或材料組的刀具。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進行修改或更改。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)切削加工的銑削刀具(1)，所述銑削刀具包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的刀具體(10)以及適于接納布置在所述刀具體(10)的一端的相應(yīng)銑削刀片的多個刀片座 (20)，其特征在于-所述刀具體(10)內(nèi)布置有多個阻尼構(gòu)件(30)，所述阻尼構(gòu)件(30)抑制所述銑削刀具(1)中的由操作引起的振動，且所述阻尼構(gòu)件(30)以徑向偏離所述旋轉(zhuǎn)軸線、偏離所述刀片座00)并且鄰近所述刀具體(10)的所述一端的方式布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具，其特征在于所述刀具體包括多個凹槽，在所述凹槽中布置相應(yīng)的所述阻尼構(gòu)件(30)中的每一個阻尼構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的刀具，其特征在于所述多個刀片座在所述刀具(1)的所述一端布置在一公共平面內(nèi)，并且與所述刀具的包絡(luò)面相鄰，用于切削鄰近所述多個刀片座的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刀具，其特征在于所述多個阻尼構(gòu)件(30)關(guān)于所述刀具的所述旋轉(zhuǎn)軸線對稱布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刀具，其特征在于所述多個阻尼構(gòu)件(30)關(guān)于所述刀具的所述旋轉(zhuǎn)軸線非對稱布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的刀具，其特征在于所述阻尼構(gòu)件(30)的數(shù)量等于所述多個刀片座00)的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的刀具，其特征在于所述阻尼構(gòu)件(30)的數(shù)量和/或所述刀片座00)的數(shù)量分別為至少3個。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的刀具，其特征在于所述阻尼構(gòu)件(30)中的每一個阻尼構(gòu)件均被布置為與用于接納銑削刀片的所述多個刀片座00)中的相應(yīng)的一個刀片座相鄰。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的刀具，其特征在于所述阻尼構(gòu)件(30)中的每一個阻尼構(gòu)件為同一類型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的刀具，其特征在于所述多個阻尼構(gòu)件(30) 為單獨進行調(diào)節(jié)的阻尼構(gòu)件，以允許寬頻率阻尼范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的刀具，其特征在于所述多個阻尼構(gòu)件中的至少一個阻尼構(gòu)件是可調(diào)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刀具，其特征在于所述凹槽在所述刀具的所述一端開口。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刀具，其特征在于所述凹槽被布置為通過蓋(11)而被完全容納在所述刀具體內(nèi)，所述蓋被布置在所述刀具的所述一端。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的刀具，其特征在于所述凹槽旋轉(zhuǎn)對稱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的刀具，其特征在于所述凹槽相對于所述一端錐形漸縮。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的刀具，其特征在于所述刀具(1)包括多個冷卻通道，所述冷卻通道被布置為與所述凹槽連通且協(xié)作。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具，其特征在于所述銑削刀具尤其旨在用于銑削加工鈦和鈦合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具，其特征在于所述刀具為長刃銑刀。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的刀具，其特征在于所述阻尼構(gòu)件(30)平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線布置。
全文摘要
一種用于旋轉(zhuǎn)切削加工的銑削刀具(1)，所述銑削刀具包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的刀具體(10)以及適于接納布置在所述刀具體(10)的一端的相應(yīng)銑削刀片(21)的多個刀片座(20)。此外，所述刀具(1)包括多個布置在所述刀具體內(nèi)的阻尼構(gòu)件(30)，所述阻尼構(gòu)件(30)抑制所述銑削刀具(1)中的由操作引起的振動，且所述阻尼構(gòu)件以平行于且徑向偏離所述旋轉(zhuǎn)軸線并且鄰近所述一端的方式布置。
文檔編號B23C5/00GK102189290SQ20111007076
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者斯圖雷·舍 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司