專利名稱：防振切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防振切削工具，其主要在顫振成為問題的切削加工中，能夠以簡單且低價的結(jié)構(gòu)有效地使該顫振衰減。
背景技術(shù)：
在刀夾(holder)內(nèi)組裝入減振器(damper)等，利用慣性來控制顫振的方法已經(jīng)被熟知。特別地，在加工內(nèi)徑的鏜孔刀中，由于刀夾的大小受到工件的孔徑限制，所以不得不用細(xì)刀柄使突出量增長，從而容易產(chǎn)生顫振。因此，防振切削工具的現(xiàn)有技術(shù)大多與鏜孔刀具有關(guān)。以下，主要以該鏜孔刀為例來進(jìn)行說明。
例如，在下述專利文獻(xiàn)1中公開了圖5所示的方法，即，在刀夾1從后端開孔21，在接近于刀尖的孔的前端部分設(shè)置減振器22，在孔的中空部插入超硬的芯桿23的方法。另外，在下述專利文獻(xiàn)2中公開了在刀夾的中央部形成深孔，其中配置了粘性流體與平衡塊的車刀，進(jìn)而在下述專利文獻(xiàn)3中公開了在設(shè)置于工具本體的孔插入桿(rod)簧，粘彈性體介于該桿簧與孔之間，在桿簧的前端設(shè)置切削頭，在切削頭與工具本體之間配置了摩擦吸振材料的切削工具。
專利文獻(xiàn)1、2所記載的切削工具，利用減振器的慣性來消除顫振。另外，專利文獻(xiàn)3所記載的切削工具將振動能量變換為摩擦熱而使向工具本體傳播的振動降低。
除此之外，還有一種工具是在設(shè)置于刀柄的插入孔圓錐嵌合并插入有材質(zhì)與刀柄不同的減振器，利用刀柄與減振器的接觸摩擦使振動衰減的鏜孔刀桿(參考下述專利文獻(xiàn)4)、或在工具本體的內(nèi)部組裝入吸收振動能量的減振材料使振動衰減(參考下述專利文獻(xiàn)5、6)。
專利文獻(xiàn)1～3的防振切削工具，由于在刀柄開有深孔而在該孔插入有減振器，所以特別是在小直徑的刀柄長度長的內(nèi)徑加工用刀夾的情況下，不得不用深孔鉆等來進(jìn)行孔加工，隨著加工費變高而影響成本。另外，由于使插入減振器的中空部變大所以刀夾的剛性下降。進(jìn)而有結(jié)構(gòu)復(fù)雜從而引起成本上升等的問題。
另外，還有個問題是，這些刀夾，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜而限制了刀柄直徑(由此在內(nèi)徑加工中限制了加工直徑)，限制了在得到防振效果方面的切削條件。
專利文獻(xiàn)4、5所公開的工具也具有同樣的問題。另外，用減振材料來吸收振動能量的方法，作為減振材料需要使用衰減性能高的Mn-Cu類減振合金等，但這樣的合金大多有價格高，加工性也不好等的問題，所以難以實現(xiàn)性能、成本兩方面都優(yōu)越的工具。
另外，使用減振材料的工具，如果為了降低成本而減少減振材料的使用量，則得不到滿意的衰減效果，相反地，如果增加減振材料的使用量，則工具的剛性或強(qiáng)度下降從而導(dǎo)致彎曲的增大或耐久性的下降。
此外，在使用利用刀柄與減振器的接觸摩擦來使振動衰減的方法時，以提高振動衰減效果為目的，如果提高摩擦面積，則要考慮加工部位的增加而導(dǎo)致的成本增加，在減振器相對于刀柄的密合性差的情況下，還會有剛性下降反而切削振動變大的危險性。
專利文獻(xiàn)1特開2003-136301號公報專利文獻(xiàn)2特開平6-31507號公報專利文獻(xiàn)3特許第2979823號公報專利文獻(xiàn)4特開平6-31505號公報專利文獻(xiàn)5特開2001-96403號公報專利文獻(xiàn)6特開2003-62703號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題在于，提供一種可以解決在現(xiàn)有的防振切削工具中所能發(fā)現(xiàn)的問題，成本低且顫振的抑制效果極其顯著，另外，具備以簡單的結(jié)構(gòu)就可以應(yīng)對寬范圍的加工直徑或?qū)挿秶那邢鳁l件的刀夾的防振切削工具。
為了解決上述課題，在該發(fā)明中，如圖1所示，在刀夾1的刀柄部2設(shè)置袋槽4，在該袋槽4插入減振片5使其相對于刀夾可以相對移動且不能飛出。另外，減振片5，隨著切削加工在刀夾1振動時以慣性交替沖撞于相對位置的袋槽內(nèi)壁，該沖撞以面接觸、在多處的線接觸、或者在多處的點接觸產(chǎn)生，來使刀夾的振動衰減。
該防振切削工具，作為優(yōu)選的方式是，在刀夾的刀柄部設(shè)置具有相對配置的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面的袋槽，在該袋槽插入具備分別與所述第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面相對的面的減振片并使其不會飛出，所述袋槽的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面以及與這些面相對的減振片的面由平面構(gòu)成，并被配置在與切削時假想的刀夾的振動方向交叉的方向，在所述第一、第二內(nèi)壁面與減振片之間設(shè)有使減振片可動而形成的間隙。
減振片5可以分成多個而插入到單一的袋槽。另外，也可以設(shè)置多個獨立的袋槽，將分成多個的減振片分別插入到各袋槽。進(jìn)而，使該減振片5在多處與袋槽4線接觸，或者點接觸也有效果，但為了得到更加良好的效果，也可以以盡量廣的面與袋槽4的壁面接觸。圖1中的軸直角截面形狀(刀柄的軸直角截面所顯現(xiàn)的形狀)為方形，使交替沖撞于相對配置的袋槽壁面4a、4b的面5a、5b的面積，大于其他的面5c、5d的面積，就能夠?qū)?yīng)于該要求。
減振片5優(yōu)選為使軸直角截面形狀為方形。該減振片5的俯視形狀并沒有特定的限定，可以選擇任意的形狀。
另外，該減振片5可以由比重大于刀柄部2的材質(zhì)的材料來形成。例如，在由鋼形成刀柄部2的情況下，由于鋼的比重為7.8，所以優(yōu)選為由比重為7.8以上的超硬合金或重金屬等來形成。雖然由比重與刀柄部2的材質(zhì)相同或比其小的材料來形成也有效，但如果使用比重大的材料，則能夠以小尺寸的片保證必要的重量。
壁面4a、4b和與這些壁面沖撞的減振片5之間的間隙，可以在0.01～0.5mm的程度。另外，壁面4a、4b是能夠與切削時假想的刀夾的振動方向形成交叉角的面。更優(yōu)選的是，形成為與振動方向大致正交的面。
另外，袋槽4的寬度w為刀柄直徑D或者刀柄寬度W的20％～100％，將壁面4a、4b之間的高度h設(shè)定為刀柄高度H的5％～70％。此處所指的寬度與高度是刀柄的軸直角截面的寬度與高度，以下也相同。
所述防振切削工具考慮了如下的方式如圖2所示，從刀夾1的側(cè)面加工在刀柄部2設(shè)置的袋槽4，具備片保持元件或蓋6等的密封元件，并用這些元件將插入到袋槽4的減振片5保持在袋槽內(nèi)的方式；如圖3所示，從配置刀尖7a的一側(cè)的相反側(cè)的刀夾側(cè)面1a加工袋槽4，使該袋槽4形成為沒有貫通于配置了刀具的刀尖7a的一側(cè)的側(cè)面1b的止動孔的方式；或者如圖4所示，刀夾的刀柄部2與刀頭部3分別形成，在刀柄部2的前端開放而設(shè)置的袋槽4插入減振片5，在刀柄部2的前端接合刀頭部3，堵塞位于刀柄部前端的袋槽4的口的方式。
任意方式的工具，袋槽4的軸向長度c(參考圖1)都是刀柄直徑D(或者刀柄高度H)的50％～250％，將該袋槽4設(shè)置于偏向工具的前端側(cè)的位置，具體來說，從刀具的刀尖到袋槽設(shè)置點的距離e(參考圖1)為刀柄直徑D的50％～250％左右的位置。袋槽長度c的更優(yōu)選的值，對于鏜孔刀是刀柄直徑D的100％～150％左右，從刀尖到袋槽設(shè)置點的距離e的更優(yōu)選的值，是刀柄直徑D的150％～220％左右，但是這些因切屑條件等不同而適當(dāng)值也變化。
而且，袋槽4，在鏜孔刀等的內(nèi)徑加工用工具中，如果寬度w是刀柄直徑D或者刀柄寬度W的50％～100％，高度h是刀柄高度H的20％～40％的范圍，則是最好的，但是因工具的尺寸等不同，即使是超出了該范圍的尺寸也可以得到良好的效果。
例如，刀柄直徑D超過Φ20mm的鏜孔刀，即使袋槽4的寬度w為0.2D～0.5D(0.2W～0.5W)，高度h為0.2H～0.5H，也能夠得到很好的效果。
另外，淬火鋼等高硬度材料的加工所使用的工具、或用帶擦具(wiper)刀片進(jìn)行加工的工具，在袋槽4的寬度w為0.5D～1.0D(0.5W～1.0W)，高度h為0.4H～0.7H左右時的效果也好。
進(jìn)而，袋槽的寬度w為0.2D～1.0D(0.2W～1.0W)，高度h為0.05H～0.2H左右的工具，碳素鋼的高速加工或不銹鋼的加工中的顫振的抑制效果高。
發(fā)明效果如果刀夾振動，則在袋槽收納的減振片以慣性振動，直接沖撞袋槽的內(nèi)壁。此時的減振片的振幅與刀夾的振幅是逆相位，因此，消除刀夾的振動來降低顫振。特別地，在該發(fā)明中，由于減振片與袋槽面接觸，或者由于在多處線接觸或點接觸，所以減振片的負(fù)載分散到廣范圍而施加于袋槽的內(nèi)壁，有效地利用這種情況從而能夠大幅度地抑制顫振。
如果使減振片沖撞的袋槽的壁面成為與假想的刀夾振動方向大致正交的朝向，則由于來自減振片的能量(消除刀夾振動的能量)沒有損失地傳遞到刀柄，所以可以減小減振片與袋槽，可以減少因設(shè)置袋槽而引起的刀柄的剛性下降，從而提高顫振的抑制效果。
另外，根據(jù)該發(fā)明，由于能夠從刀柄的側(cè)面加工袋槽，因此可以實現(xiàn)制造的容易化、和基于它們的制造成本的大幅度削減，能夠提供更低價的防振切削工具。
進(jìn)而，即使形成刀夾的刀柄部與刀頭部分別形成，從刀柄部的前端將減振片插入形成于刀柄部的袋槽的結(jié)構(gòu)，也可以插入相對于顫振的最有效的減振片，因此，不需要加工大的刀柄插入用的空洞，將因設(shè)置袋槽引起的刀柄的剛性下降抑制到最小限度，同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的簡化，能夠大幅度地降低工具成本。
而且，如果減振片小使其重量不夠，則防振效果不夠，另一方面，如果減振片過大，則袋槽變大使得刀柄剛性下降。為了避免這種麻煩，可以使袋槽的大小在前面敘述的范圍內(nèi)。
另外，如果袋槽長度c為刀柄直徑D或者刀柄高度H的50％以下，則減振片變小，得不到充分的效果，另一方面，其長度c如果超過D或者H的250％，則刀柄的剛性下降變大，在使刀夾突出量(從支承點到刀尖的突出量)在刀柄直徑的三倍以上而進(jìn)行的一般的切削狀態(tài)下容易產(chǎn)生顫振。


圖1(a)是表示本發(fā)明的工具的一個實施方式的俯視圖，(b)是圖1(a)的X-X線部分的截面圖；
圖2(a)是表示本發(fā)明的工具的其他實施方式的俯視圖，(b)是圖2(a)的X-X線部分的截面圖；圖3(a)是表示另外的其他實施方式的俯視圖，(b)是圖3(a)的X-X線部分的截面圖；圖4(a)是表示另外的其他實施方式的俯視圖，(b)是圖4(a)的X-X線部分的截面圖；圖5(a)是表示現(xiàn)有的防振刀具的基本結(jié)構(gòu)的俯視圖，(b)是圖5(a)的X-X線部分的截面圖；圖6(a)是表示工具的實施方式的俯視圖，(b)是圖6(a)的X-X線部分的截面圖；圖7(a)是使圖6的工具的袋槽(pocket)傾斜θ°的狀態(tài)的俯視圖，(b)是使圖6的工具的袋槽傾斜θ°的狀態(tài)的截面圖；圖8(a)是使圖6的工具的袋槽傾斜θ°＝90°的狀態(tài)的俯視圖，(b)是使圖6的工具的袋槽傾斜θ°＝90°的狀態(tài)的截面圖；圖9(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是圖9(a)的X-X線部分的截面圖，(c)是Y-Y線部分的截面圖；圖10是袋槽的形狀的不同而引起的刀夾變形量的比較圖；圖11是表示在效果的確認(rèn)實驗中使用的工具的式樣的圖；圖12是表示圖11的工具的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果的圖；圖13是將圖9的工具的減振片置換成長方體形狀的減振片的圖；圖14(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是圖14(a)的X-X線部分的截面圖；圖15(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是圖15(a)的X-X線部分的截面圖；圖16是表示使袋槽從刀柄中心偏心的例子的截面圖；圖17(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是圖17(a)的X-X線部分的截面圖；圖18(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖，(c)是圖18(a)的X-X線部分的截面圖；圖19是表示袋槽與減振片的變形例的俯視圖；
圖20是表示改變了袋槽的配置狀態(tài)的例子的截面圖；圖21是表示圖18的工具的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果的圖；圖22(a)是其他的實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖，(c)是圖22(a)的X-X線部分的截面圖；圖23(a)是表示另外的其他實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖；圖24(a)是表示另外的其他實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖；圖25是表示圖22的工具的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果的圖；圖26(a)是表示其他實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖；圖27(a)是表示另外的其他實施方式的工具的俯視圖，(b)是同上的工具的側(cè)視圖；圖28是表示圖26的工具的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果的圖；圖29是表示另外的其他實施方式的立體圖；圖30(a)是表示減振片的截面的其他例子的圖，(b)～(d)是表示減振片的截面的另外的其他例子的圖；圖31是表示減振片的其他例子的截面圖；圖32(a)是表示減振片的平面的其他的例子的圖，(b)是表示減振片的平面的另外其他例子的圖。
符號說明1刀夾2刀柄部3刀頭部4袋槽4a第一內(nèi)壁面4b第二內(nèi)壁面5減振片5a～5f平面6蓋
7不重磨刀片8夾緊元件9注油孔10安裝孔11止動銷12孔具體實施方式
以下，基于附圖，說明本發(fā)明的防振切削工具的實施例。
實施例1圖6表示本發(fā)明的防振切削工具的一個實施方式。圖示的工具是鏜孔刀，在刀夾1的前端用夾緊元件8可以自由裝卸地夾緊有不重磨刀片7。在刀夾1的刀柄部2，通過放電加工，開有從一方的側(cè)面向另一方側(cè)面貫通的孔，在偏置于刀夾1的前端側(cè)設(shè)置的該孔作為袋槽4，并在該袋槽4中插入有比重為15.1的超硬合金制的長方體的減振片5，用蓋6密封袋槽4的兩端以防止減振片5向外部飛出。袋槽4是軸直角截面形狀為長方形的袋槽，具有平行配置的壁面4a、4b。刀夾1的刀柄部2，圖示出了圓形截面的刀柄部，但使用本發(fā)明的工具的刀柄部也可以是角截面。
減振片5，其高度a與寬度f比袋槽4的尺寸小于0.15mm左右，并具備與袋槽的壁面4a、4b相對應(yīng)的平面5a、5b，允許在這些面與袋槽4之間產(chǎn)生的逢隙(間隙)的范圍內(nèi)的運動。
該減振片5必須要在袋槽4內(nèi)可動，如果不允許與袋槽4的壁面干擾而與刀夾1的相對移動則就不能發(fā)揮抑制顫振的效果。另外，如果減振片5太小，則該振動片5的重量不足，也得不到滿意的抑制顫振的效果。根據(jù)發(fā)明人的研究，在刀柄直徑D為φ20mm以下的較小的直徑刀夾中，相對于袋槽4將減振片5作成小于0.5mm左右，如果有減振片5活動的間隙則效果明顯。減振片5與袋槽4之間的間隙，如果小于0.01mm，則由于具有刀夾1或減振片5熱變形等而減振片5在袋槽內(nèi)就不能活動的可能性，所以作成0.01mm～0.5mm左右為佳。特別地，相對于袋槽4將減振片5減小0.1mm～0.3mm程度時的效果最好。但是，在刀柄直徑D例如大于φ20mm的情況下，由于即使增大與袋槽4之間的間隙，也能確保減振片5的重量不會不足，所以減振片5即使比袋槽4小0.5mm以上也有效果。
減振片5，在刀夾1的材質(zhì)是鋼的情況下，優(yōu)選為由具有鋼的比重為7.8以上的比重的材料形成。由于在得到相同效果的方面，該比重越大則袋槽的尺寸就可以越小，所以比較有利。一般來說，比重為14～16的超硬合金或比重為18左右的重金屬，由于容易獲得且容易加工，所以適合作為減振片5的材料。當(dāng)然，也可以使用比重比它大的材料。
對于袋槽4的大小，如果過大則刀夾1的剛性下降，工具的加工精度(加工尺寸或表面粗糙度)惡化，工具反而容易引起顫振。另外，如果該袋槽4過小，則減振片5也變小，顫振抑制的效果下降。此外，在袋槽4的、特別是高度尺寸h過小的情況下，由于加工袋槽的立銑刀等的工具的直徑變小，所以加工變得困難。
考慮到這些諸多情況，袋槽4的合適的寬度w是刀柄直徑D或者刀柄寬度W的20％～100％，其合適的高度h是刀柄直徑D或者刀柄高度H的5％～70％。如果考慮到顫振防止效果與加工時的刀夾的彎曲而引起的加工精度的惡化、制作的容易程度等來綜合地判斷，在刀柄直徑為D＝Φ20mm以下的較小的直徑的刀夾中，寬度w是刀柄直徑D或刀柄寬度W的50％～100％，更優(yōu)選的是70％～95％，高度h是刀柄直徑D或者刀柄高度H的20％～40％，更優(yōu)選的是20％～30％。
另外，袋槽4的長度c與從工具前端到袋槽設(shè)置點的距離e，最好是刀柄直徑D的50％～250％。特別是，在鏜孔刀中，在使袋槽4的長度c為刀柄直徑D的100％～150％左右、使從刀尖到袋槽的距離e為150％～220％左右時效果最好。在刀柄直徑D大于Φ20mm的情況下，由于即使袋槽4小也能夠得到防振效果，所以特別使袋槽4的寬度w減小到刀柄直徑D的50％左右也有效果。
圖7所示的袋槽4的設(shè)置角θ可以被適當(dāng)設(shè)定成與切削力的施加方向相對應(yīng)。在一般的內(nèi)徑加工用工具中，以將壁面4a、4b作成水平面的袋槽就能夠充分達(dá)成抑制顫振的目的。在通常以一定條件來切削的情況下，設(shè)置如下的袋槽以水平面為基準(zhǔn)在0°～45°的范圍傾斜，壁面4a、4b相對于切削力的主分力與背分力的合力而成直角朝向，將減振片5插入到其中，這樣效果更好。另外，在背分力變得極高的特殊的加工中，如圖8所示，也可以考慮使袋槽4垂直，對于一般的內(nèi)徑加工用工具，即使設(shè)置這樣方向的袋槽，抑制顫振的效果小，幾乎沒有意義。
實施例2圖9表示在重視加工精度時的有效的方式。圖6的工具能夠增大減振片5，容易提高抑制顫振的效果，但相反地由于袋槽4貫通了刀柄部2，所以刀夾1的剛性下降、加工精度下降的傾向變高。圖9的防振切削工具能夠解決該問題。
該圖9的防振切削工具，從配置刀尖7a的一側(cè)的相反側(cè)的側(cè)面1a，在刀柄部2用立銑刀加工而設(shè)置有袋槽4。袋槽4的兩端轉(zhuǎn)印了立銑刀的外徑而呈圓弧形狀，另外，為了防止刀夾1的剛性降低，袋槽4形成了如下的構(gòu)造配置刀尖7a的一側(cè)的側(cè)面1b形成了留有厚度為2mm左右的止動孔，與實施例1同樣地用蓋堵塞了位于側(cè)面1a側(cè)的入口，來防止減振片5的飛出。蓋6的材料可以是與刀夾1的材料相同的鋼，但如果由超硬合金形成而被牢固地粘貼于刀夾1，則能夠減小由于設(shè)置袋槽而引起的刀夾的鋼性下降。
圖9的防振切削工具將袋槽4作為止動孔，這在進(jìn)一步提高工具的實用性方面成為重要的一點。發(fā)明人首先試作了圖6的工具，確認(rèn)了非常高的顫振抑制效果。但是，圖6的結(jié)構(gòu)的顫振抑制效果雖然高，但是由于不可避免刀夾的剛性下降而有由此引起的加工精度下降的顧慮。
因此，對應(yīng)用了多在建筑材料等中使用的H型鋼的結(jié)構(gòu)等的多種類的結(jié)構(gòu)，研究其剛性的不同。其結(jié)果如圖10所示。該圖的A～D，表示沿著圖1(a)所示的刀夾的X-X線的截面形狀。從該圖可以看出，在以貫通孔形成袋槽4的圖6(圖10的A)的結(jié)構(gòu)中，與使用了沒有防振元件的一般鋼制刀柄的內(nèi)徑加工用工具相比，由負(fù)載引起的變形量大約變大了40％。對此，圖9的結(jié)構(gòu)(圖10的B)將由負(fù)載引起的變形量抑制到大約9％，由袋槽設(shè)置引起的剛性下降變小，實現(xiàn)加工精度的穩(wěn)定化。該效果，從圖10可以看出在其他的結(jié)構(gòu)中不能得到。
圖9的結(jié)構(gòu)，通過將由超硬合金形成的蓋6，通過將其牢固地固定于刀柄部2，也可以使由負(fù)載引起的刀柄的變形量變得與沒有孔的一般的鋼刀柄相同。
而且，插入到從側(cè)面觀察時兩端為圓弧面的袋槽4的減振片5，也可以是如圖13所示的長方體形狀。在即使兩端平坦也可以確保足夠減振片的重量的情況下，圖13的長方體形狀的減振片的一方省略圓弧面的加工是有利的。
接著，為了確認(rèn)該發(fā)明的顫振抑制效果，試作使用了以ISO規(guī)格S12M-STUPR1103為基準(zhǔn)的形狀的刀夾的工具，來進(jìn)行切削實驗。該工具的各個尺寸是圖1所示的刀柄直徑D＝Φ12mm，從工具前端到袋槽設(shè)置點的距離e＝21mm，袋槽長度c＝15mm，袋槽寬度w＝8mm，袋槽高度h＝3mm，圖1的(w-f)＝0.1mm。另外，圖10所示的t為2mm。
供實驗的切削工具，是圖11所示的發(fā)明品1～6與比較品1～5。發(fā)明品1～6與比較品1及3，是使袋槽的高度與寬度、減振片的大小、材質(zhì)變化的工具，比較品2是使減振片與袋槽之間的間隙為0的工具，比較品4是使用了一般的鋼制刀柄的工具，比較品5是由超硬合金形成了刀柄。而且，比較品5以外的工具的刀柄材質(zhì)是鋼。
切削實驗，準(zhǔn)備作為被切削材料的一般的合金鋼SCR420，在切削速度80m/min，160m/min，切深0.2mm，進(jìn)給速度0.1mm/rev的條件下，使從工具刀夾的突出量變化(突出量＝48mm，60mm，72mm，84mm)來切削，研究有無發(fā)生顫振。
圖12表示其結(jié)果。在圖12中，○表示沒有發(fā)生顫振的工具，×表示發(fā)生了顫振的工具。從該實驗結(jié)果可以看出，各發(fā)明品的顫振抑制效果非常高。其中發(fā)明品1、3、5比由超硬合金形成的刀夾的比較品5，還能夠得到更好的顫振抑制效果。
對于顫振抑制效果還進(jìn)行了與市場上多家公司出售的防振型鏜孔刀的比較。在同一條件下利用各工具實施切削，發(fā)現(xiàn)市場出售品都產(chǎn)生了由顫振引起的噪音(加工中的金屬音)。對此，發(fā)明品由于切削條件的不同在加工初期產(chǎn)生若干噪音，但是該噪音馬上消失而實現(xiàn)了無噪音的加工。另外，從最初到最后幾乎沒有產(chǎn)生噪音，有時還不知道是在進(jìn)行切削。
實施例3圖14表示另外其他的實施方式。該圖14的防振切削工具，分別制作了刀夾1的刀柄部2與刀頭部3，將兩者組合成一體。刀頭部3可以結(jié)合成不能從刀柄部2取下，也可以裝卸自如地連接使得在刀頭部3破損時可以進(jìn)行更換修理。
該結(jié)構(gòu)，由于在刀柄部2的前端開口形成有袋槽4而形成，通過將減振片5插入到該袋槽4，使刀頭部3作為蓋來起作用。所以能夠省去專用的蓋。另外，若通過放電加工等形成袋槽4，則可以由超硬合金形成刀柄部2，能夠得到剛性高、顫振抑制效果極高的內(nèi)徑加工用防振切削工具。
實施例4如圖15所示，考慮了從刀夾1的兩側(cè)面加工袋槽4而留下刀柄的中央的材料。該結(jié)構(gòu)與已述的其他實施方式相比，由于減振片5變小而使得顫振抑制效果稍微下降，但是能夠在留在左右的袋槽之間的材料部分，形成沿著軸向的供油孔，有效地將切削液供給到刀尖前端。
實施例5圖16的防振切削工具，可以從刀柄部2的中心偏向下側(cè)(也可以是上側(cè))地設(shè)置袋槽4，該結(jié)構(gòu)也可以在袋槽4的上側(cè)部分確?？臻g而形成供油孔9。
實施例6圖17是防止減振片5從袋槽4飛出的方法的其他的例子。如圖所示，可以在該減振片5設(shè)置有上下貫通該減振片的安裝孔10，在該安裝孔10貫通有比孔徑細(xì)的止動銷11等，而防止減振片的脫落，從而該結(jié)構(gòu)不需要蓋。
實施例7圖18示出了該發(fā)明的防振切削工具的另外其他實施例。該工具示出了如下的例子，在鏜孔刀中，在刀夾1的刀柄部2形成的袋槽4的寬度w與高度h，都為刀柄直徑D的20％～50％，但適用對象并不一定是鏜孔刀，袋槽尺寸也并不限定于此處所列舉的數(shù)值。另外，袋槽4也不一定需要從橫向向刀柄加工，也可以形成如圖18所示的結(jié)構(gòu)從刀柄部2的上方(或者下方)向刀柄部2加工，將減振片5插入到該袋槽4之后，用蓋6堵塞袋槽4的入口。蓋6優(yōu)選為由超硬合金形成而彌補(bǔ)因設(shè)置袋槽引起的鋼制刀柄的鋼性下降。
袋槽4，用立銑刀加工成前端與后端形成如圖19所示的圓弧狀。與此相配合，如果將減振片5的長度方向兩端作成圖19(b)所示的圓弧或者圖19(c)所示的山形形狀，則能夠進(jìn)一步增大減振片的重量，減振片5的長度方向兩端也可以如圖19(a)所示切割成軸直角。
減振片5的朝向(袋槽4的設(shè)置角)也可以是面5a，5b相對于作用有切削阻力的方向垂直的方向，因此，面5a、5b并不一定是水平，也可以如圖20(a)那樣傾斜。
減振片5的截面形狀沒有必要是正方形。使相對于作用有切削阻力的方向垂直的面5a、5b的面積，大于相對于這些面成直角的面5c、5d的面積，則振動衰減效果高。該減振片5，可以被分割成多個而收納于袋槽4，這樣也可以得到足夠的振動衰減效果。
另外，袋槽4的位置，如圖20(b)所示，可以離開刀柄的中央。這樣有時使袋槽4的加工變得容易，能夠降低加工成本。另外，由于減振片5在離開刀柄中心的位置沖撞于袋槽壁面而對刀柄施加扭力，所以提高了在對刀柄施加扭轉(zhuǎn)振動時的振動衰減效果。
該實施例7的工具的顫振抑制效果的確認(rèn)實驗結(jié)果如下所述。實驗是在ISO標(biāo)準(zhǔn)S16RSSKPR09(Φ16mm)的刀柄上形成了如圖21所示的尺寸的袋槽(重心位于刀柄中央)，在該袋槽插入了與由比重為18.1的重金屬形成的袋槽相比，縱向、橫向的尺寸小0.3mm的減振片，這樣構(gòu)成了發(fā)明品1、2與比較品1、2以及鋼刀柄、沒有袋槽的比較品3，使用這些發(fā)明品與比較品并在下述1、2的切削條件下進(jìn)行該實驗。發(fā)明品1、2，比較品1、2，從刀尖到袋槽的距離e都為25mm，袋槽4的長度c都為20mm。
切削條件1使用刀片ISO標(biāo)準(zhǔn)SPMTO90304N(帶有模制斷路器(mold breaker))
刀夾突出量80mm被切削材料SCM415切削速度V＝120m/min進(jìn)給速度f＝0.15mm/rev切深d＝0.5mm/rev切削液不溶于水性切削油劑切削條件2使用刀片ISO標(biāo)準(zhǔn)SPMTO90304N(帶有模制斷路器mold breaker)刀夾突出量80mm被切削材料SUJ2切削速度V＝120m/min進(jìn)給速度f＝0.1mm/rev切深d＝0.5mm/rev切削液不溶于水性切削油劑圖21一起顯示了實驗結(jié)果。該圖的○、×表示顫振的有無。發(fā)明品1、2，不管在一般的碳素鋼的切削條件即切削條件1、或被切削材料的硬度高時的精加工切削條件即切削條件2的任意一個中，都能得到良好的結(jié)果，可以全能發(fā)揮抑制顫振的效果。
對此，比較品1在切削條件1、2中的結(jié)果都差。認(rèn)為是減振片過輕的原因。比較品2在切削條件1中有效，在背分力變高的切削條件2中的結(jié)果差。另外，比較品3完全得不到振動的衰減效果，因此，在切削條件1、2的結(jié)果都差。
實施例8圖22表示了將該發(fā)明使用于開槽刀具的例子，另外圖23、24分別示出了將該發(fā)明使用于外徑加工用刀具的例子。這些刀具由于與內(nèi)徑加工用刀具不同、不會受到尺寸限制，所以通過增大刀柄的尺寸就能夠減小因增大袋槽的尺寸而引起的刀柄的剛性下降。
在外徑加工用的刀具中，主要使用負(fù)(negative)型的刀片，此時，因為切削阻力變高，所以產(chǎn)生了更大的振動能量。因此，需要能夠消除更大的振動能量的減振片。此時的袋槽4優(yōu)選為，寬度w與圖6的工具相同(刀柄寬度W的50％～100％)，將高度h擴(kuò)大到刀柄高度H(或者刀柄直徑D)的40％～70％，如果是不受到刀柄的尺寸限制的工具，能夠形成該優(yōu)選的尺寸的袋槽。
實施例8的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果如圖25所示。即使在用開槽刀具進(jìn)行的開槽加工中，也會產(chǎn)生與一般的外徑加工同樣大小的振動能量。因此，研究使用圖22的開槽刀具的顫振的衰減狀況。
此處的實驗，準(zhǔn)備了在安裝了K10-PVD涂層超硬合金制三角形狀縱使用開槽刀片(刀刃寬度3mm)的刀夾的鋼制刀柄(尺寸25mm×25mm)上，形成圖25所示的尺寸的袋槽，在該袋槽插入了比由比重為18.1的重金屬形成的袋槽尺寸小0.2mm的減振片，這樣構(gòu)成了的發(fā)明品1、2與比較品1～3以及鋼制刀柄、沒有袋槽的比較品4。然后，使用這些發(fā)明品與比較品進(jìn)行切削。此時的實驗條件如下所示。而且，發(fā)明品1、2，比較品1～3，從刀尖到袋槽的距離e都為15mm，袋槽的長度c都為30mm。
切削條件1被切削材料S45C切削速度V＝100m/min進(jìn)給速度f＝0.05mm/rev切削液不溶于水性切削油劑切削條件2被切削材料S45C切削速度V＝200m/min進(jìn)給速度f＝0.1mm/rev切削液不溶于水性切削油劑從圖25一起顯示的實驗結(jié)果可以看出，發(fā)明品1、2，不管在切削條件1、2的任意一個中，都防止了顫振。對此，比較品1，由于袋槽設(shè)置引起的刀柄的剛性下降得過大，所以袋槽設(shè)置成為相反效果變得與比較品4差異不大。另外，比較品2、3在輕切削中有效，在重切削中得不到抑制顫振的效果。
實施例9圖26表示了外徑切削用刀具的另外其他的例子。在一般的外徑加工中，由于能夠確保刀柄的剛性，所以難以產(chǎn)生“kiki”的噪音那樣的大的顫振。但是，產(chǎn)生了無聲音的微小顫振，因此有時在刀尖產(chǎn)生微小的崩刃，或者在涂層工具中涂層膜脫落。
對于成為該問題的原因的微小顫振，能夠以尺寸比已述的減振片小的減振片來應(yīng)對。袋槽4的寬度w為刀柄寬度W的20％～100％，高度h為刀柄高度H的5％～20％，在該袋槽4中插入在壁面4a、4b之間具有0.03～0.5mm、更優(yōu)選的是0.03～0.1mm的間隙的減振片5，為了防止該減振片5的飛出用蓋6堵塞袋槽4的入口。該圖26的工具在碳素鋼的高速加工或不銹鋼的加工中有效。由減振片5的防振效果抑制微小顫振，減少刀尖的崩刃等，提高耐久性。
而且，刀柄部2分為上下來制作部件，在袋槽4的加工、減振片5的插入后，如果用嵌合、螺栓固定、焊接等適當(dāng)?shù)姆椒▉硐嗷ス潭ㄏ聜?cè)部分與上側(cè)部分，則能夠?qū)⑾聜?cè)部分作為蓋來發(fā)揮作用。
鏜孔刀在確保刀柄的剛性時，并不是大的顫振，而是產(chǎn)生了微小的顫振，對于這樣的鏜孔刀，使用與在圖26的外徑切削用刀具中所采用的工具相同的袋槽和減振片是有效的。設(shè)置了該袋槽4與減振片5的鏜孔刀的實施例9的效果的確認(rèn)實驗結(jié)果如圖28所示。實驗準(zhǔn)備了在25mm角的鋼制刀柄形成了圖28所示尺寸的袋槽4，在該袋槽4插入了比由比重為18.1的重金屬形成的袋槽尺寸小0.2mm的減振片5，這樣構(gòu)成的圖26所示結(jié)構(gòu)的發(fā)明品1、2與比較品1、2以及鋼制刀柄、沒有袋槽的比較品3。然后，使用這些發(fā)明品與比較品進(jìn)行切削。此時的實驗條件如下所示。而且，發(fā)明品1、2與比較品1、2，從刀尖到袋槽4的距離e都為25mm，袋槽4的長度c都為30mm。
切削條件被切削材料SCM435切削速度V＝300m/min進(jìn)給速度f＝0.25mm/rev
切深1.5mm切削液不溶于水性切削油劑在上述條件下進(jìn)行斷續(xù)切削，計量直到切削刃損壞為止的沖撞次數(shù)，進(jìn)行十次實驗，取其平均值進(jìn)行訐價，結(jié)果如圖28所示。
在該實驗中，比較品1、2在切削刃產(chǎn)生了微小的崩刃，該微小崩刃積聚最終產(chǎn)生大的破損。對此發(fā)明品1、2沒有產(chǎn)生微小崩刃，增大磨損才導(dǎo)致破損。從該實驗結(jié)果可以看出，通過該發(fā)明也能夠抑制成為微小崩刃的原因的微小顫振。
圖29的防振切削工具，在刀柄部2的前端側(cè)，在刀柄長度方向錯開位置地設(shè)置有多個沿刀柄寬度方向延伸的孔(不論貫通孔、止動孔)12，各孔12作為袋槽，而在該孔中分別插入減振片5使其可動且不會從孔飛出。該結(jié)構(gòu)由于減振片5也在多個部位與刀夾線接觸，所以能夠得到好于使用了減振器的已知的防振切削工具的振動衰減效果。該結(jié)構(gòu)由于分散設(shè)置孔12，所以比設(shè)置了單一的袋槽的工具容易抑制刀夾剛性的下降。另外，通過使孔12形成圓孔，使減振片5形成圓桿狀，能夠使刀夾的制作更加簡單從而也可以抑制制造成本。
而且，減振片5，如果使軸直角截面形狀為方形，則能夠保證大的相對于壁面4a、4b的接觸面積，但是也可以是如圖30(a)所示的多角形，或圖30(b)所示的橢圓形等，也可以如圖30(c)或圖30(d)所示，在面5a、5b上形成有凸凹，在袋槽的壁面4a、4b上在多處形成線接觸或點接觸的形狀。
如圖31所示，在刀夾的刀柄部2，在寬度方向錯開位置地設(shè)置多個獨立的袋槽4，即使是在各袋槽4中收納減振片5的結(jié)構(gòu)，也使減振片5在多處與袋槽的壁面4a、4b線接觸，或者，能夠使其面接觸，這樣的結(jié)構(gòu)也是有利的。
減振片5的俯視形狀并沒有特別的限定。方形、長方形之外，也可以采用圓形(參考圖32(a))或接近于半橢圓的形狀(參考圖32(b))等任意的形狀。俯視形狀不是四角的減振片，也使刀柄的軸直角截面形狀為方形。
而且，該發(fā)明能夠適用于容易發(fā)生顫振的內(nèi)徑加工工具、開槽加工用刀具、攻絲用工具、一般外徑車削用工具等。另外，并不限于車削加工，即使使用于安裝于銑床或加工中心等而使用的鏜孔套筒主軸(boring quill)或鉆頭等，也能夠得到良好的抑制顫振的效果。
本發(fā)明的防振切削工具，安裝于公知的鉆床、外徑加工用的車床、銑床、加工中心等來使用。使用該防振切削工具來進(jìn)行加工，不會因加工不良而引起成品率的下降，不會產(chǎn)生再加工的實施引起的生產(chǎn)率的下降等。另外，使用該防振切削工具加工的部件在切削面不會有顫振痕跡。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(修改)一種防振切削工具，其中，在刀夾的刀柄部設(shè)置袋槽，相對于刀夾沒有連結(jié)的減振片不能飛出地被插入到所述袋槽內(nèi)，隨著切削加工而刀夾振動時，所述減振片以面或多處沖撞于所述袋槽的內(nèi)壁，所述減振片與所述袋槽的內(nèi)壁的至少一方的沖撞部分由平面構(gòu)成。
2.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1所述的防振切削工具，其中，所述減振片以及所述袋槽內(nèi)壁的沖撞部分都由平面構(gòu)成。
3.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1所述的防振切削工具，其中，在刀夾的刀柄部設(shè)置具有相對配置的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面的袋槽，在該袋槽插入具備分別與所述第一內(nèi)壁面和第二內(nèi)壁面相對的面的減振片，并使其不會飛出，所述袋槽的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面以及與這些面相對的減振片的面由平面構(gòu)成，并被配置在與切削時假想的刀夾的振動方向交叉的方向，在所述第一、第二內(nèi)壁面與減振片之間設(shè)有使減振片可動而形成的間隙。
4.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述袋槽與減振片的刀柄的軸直角截面的形狀為方形，使沖撞于所述減振片的所述袋槽內(nèi)壁的面的面積，大于其他的面的面積。
5.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述減振片與使該減振片沖撞的袋槽內(nèi)壁之間的間隙，被設(shè)定在0.01～0.5mm的范圍。
6.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的防振切削工具，其中，刀柄的軸直角截面的袋槽寬度w為刀柄直徑D或者刀柄寬度W的20％～100％，使減振片沖撞的相對的袋槽內(nèi)壁之間的高度h為刀柄高度H的5％～70％。
7.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述袋槽的軸向長度c成為刀柄直徑D或刀柄高度H的50％～250％，該袋槽被設(shè)置于偏向工具的前端側(cè)的位置。
8.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的防振切削工具，其中，由比重與刀夾的刀柄部的材質(zhì)相同或者比其大的材料，形成所述減振片。
9.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的防振切削工具，其中，使所述減振片沖撞的袋槽內(nèi)壁，與假想的刀夾的切削時振動方向大致正交。
10.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述減振片被分成多個，并將該多個減振片插入到單一的袋槽或者獨立的多個袋槽。
11.(修改)根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項所述的防振切削工具，其中，從刀夾的側(cè)面加工所述袋槽，還具備在袋槽內(nèi)保持所述減振片的片保持元件或者密封元件。
12.(修改)根據(jù)權(quán)利要求11所述的防振切削工具，其中，從刀夾的與刀尖配置側(cè)相反一側(cè)的側(cè)面加工所述袋槽，使其作成沒有到達(dá)刀尖配置側(cè)的側(cè)面的止動孔。
13.(追加)根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項所述的防振切削工具，其中，刀夾的刀柄部與刀頭部分別形成，使所述袋槽在刀柄部的前端開放，在該袋槽插入所述減振片，通過在刀柄部的前端接合的所述刀頭部，堵塞刀柄部前端的袋槽的口。
權(quán)利要求
1.一種防振切削工具，其中，在刀夾的刀柄部設(shè)置袋槽，在該袋槽插入減振片并使其相對于刀夾可以相對運動、且不能飛出，該減振片隨著切削加工而刀夾振動時以慣性交替沖撞于相對位置的袋槽內(nèi)壁，該沖撞以面接觸，或者在多處的線接觸，或者在多處的點接觸產(chǎn)生，從而使刀夾的振動衰減。
2.一種防振切削工具，其中，在刀夾的刀柄部設(shè)置具有相對配置的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面的袋槽，在該袋槽插入具備分別與所述第一內(nèi)壁面和第二內(nèi)壁面相對的面的減振片，并使其不會飛出，所述袋槽的第一內(nèi)壁面與第二內(nèi)壁面以及與這些面相對的減振片的面由平面構(gòu)成，并被配置在與切削時假想的刀夾的振動方向交叉的方向，在所述第一、第二內(nèi)壁面與減振片之間設(shè)有使減振片可動而形成的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防振切削工具，其中，所述袋槽與減振片的刀柄的軸直角截面的形狀為方形，使沖撞于所述減振片的所述袋槽內(nèi)壁的面的面積，大于其他的面的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述減振片與使該減振片沖撞的袋槽內(nèi)壁之間的間隙，被設(shè)定在0.01～0.5mm的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的防振切削工具，其中，刀柄的軸直角截面的袋槽寬度w為刀柄直徑D或者刀柄寬度W的20％～100％，使減振片沖撞的相對的袋槽內(nèi)壁之間的高度h為刀柄高度H的5％～70％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述袋槽的軸向長度c成為刀柄直徑D或刀柄高度H的50％～250％，該袋槽被設(shè)置于偏向工具的前端側(cè)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的防振切削工具，其中，由比重與刀夾的刀柄部的材質(zhì)相同或者比其大的材料，形成所述減振片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的防振切削工具，其中，使所述減振片沖撞的袋槽內(nèi)壁，與假想的刀夾的切削時振動方向大致正交。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的防振切削工具，其中，所述減振片被分成多個，并將該多個減振片插入到單一的袋槽或者獨立的多個袋槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的防振切削工具，其中，從刀夾的側(cè)面加工所述袋槽，還具備在袋槽內(nèi)保持所述減振片的片保持元件或者密封元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的防振切削工具，其中，從刀夾的與刀尖配置側(cè)相反一側(cè)的側(cè)面加工所述袋槽，使其作成沒有到達(dá)刀尖配置側(cè)的側(cè)面的止動孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的防振切削工具，其中，刀夾的刀柄部與刀頭部分別形成，使所述袋槽在刀柄部的前端開放，在該袋槽插入所述減振片，通過在刀柄部的前端接合的所述刀頭部，堵塞刀柄部前端的袋槽的口。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種成本低且顫振的抑制效果極其顯著，另外，具備以簡單的結(jié)構(gòu)就可以應(yīng)對寬范圍的加工直徑或?qū)挿秶那邢鳁l件的刀夾的防振切削工具。在刀夾(1)的刀柄部(2)設(shè)置袋槽(4)，在該袋槽(4)插入減振片(5)并使其相對于刀夾(1)可以相對運動、且不能飛出，該減振片(5)在切削加工時從刀夾接受動能而交替沖撞于袋槽的相對位置的內(nèi)壁(4a、4b)，該沖撞以面接觸、在多處的線接觸、或者在多處的點接觸產(chǎn)生，從而使刀夾的振動衰減。
文檔編號B23B29/03GK1886223SQ20048003485
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者村上大介, 上田正信, 鹿島一彥, 沖田淳也, 木村則秀 申請人:住友電工硬質(zhì)合金株式會社