[发明专利]减振车刀及其设计方法

说明书

本发明提供了一种减振车刀及其设计方法，该减振车刀包括车刀和安装于所述车刀的动力吸振器，车刀包括依次连接的刀头、刀座和刀柄，刀柄靠近所述刀座的一侧设有用于安装所述动力吸振器的第一空腔，动力吸振器包括相互连接的第一吸振单元和第二吸振单元，第一吸振单元的一端与所述刀座连接，第一吸振单元的另一端悬置于所述第一空腔中，所述动力吸振器能够将所述车刀的振动能量分别转化为所述第一吸振单元的动能和所述第二吸振单元的热能，从而抑制车削加工中的颤振现象。本发明将动力吸振器安装在大长径比车刀上，并通过调节动力吸振器的刚度和阻尼比来进行减振，提升加工效率和精度；同时可减少因加工振动引起的刀具磨损，降低加工成本。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种减振车刀及其设计方法。

背景技术

航空航天领域，通常需要加工一些存在深孔、深腔结构的回转体复杂工件，由于结构限制，加工过程中需要采用长径比较大的车刀，但是,车刀长径比过大会导致加工系统刚度变差，在加工过程中容易产生切削颤振，进而影响正常的加工过程，降低车床的加工精度和加工速度，从而影响工件的质量和生产效率，严重时甚至会使切削工作无法正常进行，同时振动过程中产生的噪音也会对操作环境和操作者产生不利影响。

工件加工过程中，车刀的材料、结构和参数等均会对加工振动产生较大影响，由于刀具的材料和结构不易改变，传统的改进方法主要集中于对刀具的切削用量进行优化，但当长径比较大时，车刀为加工过程中的弱刚性环节，通过优化切削用量并不能明显提升加工效率。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种减振车刀，包括车刀和安装于所述车刀的动力吸振器，所述车刀包括依次连接的刀头、刀座和刀柄，所述刀柄靠近所述刀座的一侧设有用于安装所述动力吸振器的第一空腔，所述动力吸振器包括相互连接的第一吸振单元和第二吸振单元，所述第一吸振单元的一端与所述刀座连接，所述第一吸振单元的另一端悬置于所述第一空腔中，所述动力吸振器能够将所述车刀的振动能量分别转化为所述第一吸振单元的动能和所述第二吸振单元的热能，从而抑制车削加工中的颤振现象。

进一步地，所述刀头、刀座和所述刀柄同轴设置，并且所述刀柄的中心轴线与所述第一空腔的中心轴线相同。

进一步地，所述刀座的一端和所述刀头通过紧固螺钉连接，所述刀座的另一端设有第二空腔，所述第二空腔处于所述刀柄的所述第一空腔中，并且，所述刀座的所述另一端通过螺纹与所述刀柄连接。

进一步地，所述第一吸振单元包括悬臂弹簧杆和质量块，所述悬臂弹簧杆的一端通过螺纹与所述刀座连接，所述悬臂弹簧杆的另一端与所述质量块连接，所述质量块悬置在所述第一空腔中，所述质量块上还设有用于对所述悬臂弹簧杆和所述质量块进行轴向固定的顶丝。

进一步地，所述第二吸振单元为阻尼单元，所述阻尼单元通过支座套设在所述悬臂弹簧杆的外周上。

进一步地，所述支座套设在所述悬臂弹簧杆的外周上，所述阻尼单元套设在所述支座的外周上，并且所述悬臂弹簧杆与所述支座通过螺纹连接，所述悬臂弹簧杆的中部设有与所述支座配合的外螺纹。

进一步地，所述阻尼单元为多个橡胶垫片，通过调整所述橡胶垫片的数量能够调节所述动力吸振器的阻尼比。

进一步地，所述质量块为金属钨块，所述质量块沿其轴向方向设有贯穿其前后两端的贯通孔，所述悬臂弹簧杆的所述另一端伸入所述贯通孔中与所述质量块连接，所述质量块沿其径向方向设有用于安装所述顶丝的螺纹孔，所述贯通孔与所述螺纹孔连通，通过调节所述悬臂弹簧杆伸入所述贯通孔的长度能够调节所述动力吸振器的刚度，进而调节所述动力吸振器的固有频率。

进一步地，所述质量块与所述第一空腔的内壁之间具有一定的间隙。

本发明还提供了一种上述减振车刀的设计方法，包括如下步骤：