[发明专利]一种铣刀及设计方法

说明书

本发明提供了一种铣刀及设计方法，铣刀包括阻尼合金花键套、刀杆和刀头组件，阻尼合金花键套和刀杆之间采用过盈配合的安装方式实现力的传递，所述阻尼合金花键套安装在所述刀杆的最外层，所述阻尼合金花键套和刀杆的变形量从外侧到中心位置由大逐步变小，直至为零；铣刀设计方法包括以下步骤：获取铣刀的原始三维设计模型，设计阻尼合金花键套，确定每个参数的可变区间；通过有限元分析，获得在组合变量下铣刀的扭转刚度矩阵，以及在每个刚度值下的结构阻尼比矩阵；入耐振值参数确定铣刀的最优设计方案，解决了铣刀在铣削过程中容易发生剧烈振动，容易对铣床系统造成严重损坏的问题。

技术领域

本发明涉及机床加工技术领域，尤其涉及一种深孔减振铣刀及其设计方法。

背景技术

铣刀是在机床加工中普遍应用的刀具，主要用来洗削平面和孔类特征，结构上主要包括刀杆和刀头组件，在铣削过程中，由于铣削力的存在，导致铣削力作用在工件的同时，也反作用于铣刀，而由于铣削力的方向是周向的，故反作用给刀具的载荷是一个扭矩，该作用力和反作用力会引起铣刀和工件在铣削过程产生振动，更为严重的情况是刀具发生颤振，这会直接导致铣床系统产生剧烈振动和强烈噪声，对工件和铣刀都会产生较为严重的影响。

为了解决该振动问题，有两类方案，第一类方案是在刀头组件内部增加阻尼材料，从而达到增加系统结构阻尼的目的，这种方案在增加阻尼的同时，显著降低了刀头的刚度，故在实际应用中，仅适用于低速小切削量的局部参数范围；第二类方案是在刀杆内部增加调谐振动器，将铣刀的振动转移到导杆内部的调谐振动器中，从而实现刀头组件的减振，这种方法在理论上可行，但在实际上，由于导杆自身内部的空间结构的有限性，导致可用空间有限，在满足调谐振动器设计的同时，却显著降低了铣刀刚度和强度，两者难以同时满足条件。

发明内容

本发明提供的一种铣刀及设计方法，解决了铣刀在铣削过程中容易发生剧烈振动，容易对铣床系统造成严重损坏的问题，显著降低了铣刀在铣削过程中的振动，提高加工质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明一方面公开一种铣刀，包括阻尼合金花键套、刀杆和刀头组件，阻尼合金花键套和刀杆之间采用过盈配合的安装方式实现力的传递，所述阻尼合金花键套安装在所述刀杆的最外层，所述阻尼合金花键套和刀杆的变形量从外侧到中心位置由大逐步变小，直至为零。

进一步地，所述阻尼合金花键套为高锰基阻尼合金材料。

进一步地，所述阻尼合金花键套外径需要等于原始铣刀的外径尺寸。

本发明另一方面还公开一种铣刀的设计方法包括以下步骤：

获取铣刀的原始三维设计模型，设计阻尼合金花键套1，建立关键设计参数花键大径A、花键小径B、花键宽度C、花键套长度L和内花键个数N，确定每个参数的可变区间，用矩阵表示如下：

通过有限元分析，以关键设计参数花键大径A、花键小径B、花键宽度C、花键套长度L和内花键个数N为变量，获得在此组合变量下铣刀的扭转刚度矩阵[K_t]，以及在每个刚度值下的结构阻尼比矩阵[ζ]；

引入耐振值参数θ，其等于刚度矩阵和阻尼比矩阵的乘积，用公式表示如下：

[θ]＝[k_t][ζ]；

其中，[θ]为耐振值矩阵，[k_t]为扭转刚度矩阵，[ζ]为结构阻尼比矩阵；

确定铣铣刀的最优设计方案，用公式表示如下：

θ_max(t,l)＝Max([k_t][ζ])；

其中，[k_t]为扭转刚度矩阵，[ζ]为结构阻尼比矩阵；