專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于深孔加工的智能刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(shù)：
目前，公知的機(jī)械加工行業(yè)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(duì)運(yùn)動(dòng)，形成刀具加工面與待加工工件接觸面之間發(fā)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(chē)、刨、鏜等，采用的刀具分別為鉆頭、銑刀、車(chē)刀、刨刀、鏜刀等加工刀具。在深孔加工時(shí)公知的傳統(tǒng)刀具與待加工工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由工件家?jiàn)A具和刀具夾具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成，并受進(jìn)給速度和刀具及工件物性影響。加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削屑由刀具的排屑機(jī)構(gòu)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(shí)，切削過(guò)程的切削屑會(huì)形成連續(xù)的金屬切削帶，連續(xù)的切削帶阻礙刀具的排屑機(jī)構(gòu)正常的排屑作業(yè)，加大了刀具和待加工工件的摩擦力，導(dǎo)致刀具的溫升夾具，降低了切削加工精度，同時(shí)排出加工孔的金屬切屑帶會(huì)纏繞在旋轉(zhuǎn)的刀具和待加工工件上，對(duì)設(shè)備和加工操作人員造成一定的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種能克服傳統(tǒng)加工刀具在加工過(guò)程中容易形成連續(xù)金屬切屑帶的不足的，基于智能材料的新型加工刀具。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成一種用于深孔加工的智能刀具，在鉆頭、銑刀、刨刀、車(chē)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(guò)鑲嵌、粘結(jié)或過(guò)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(duì)外界信號(hào)能相應(yīng)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(lì)裝置的作用下。所述的智能材料在激勵(lì)裝置的作用下使刀具的切削刃部位產(chǎn)生主動(dòng)可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續(xù)金屬切削帶斷裂，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)激振斷屑?；蛘咚龅闹悄懿牧显诩?lì)裝置產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用下發(fā)生狀態(tài)變化，從而引起刀具的切削工作面的主動(dòng)激振，實(shí)現(xiàn)斷屑的目的。所述的激勵(lì)裝置對(duì)智能材料的控制方式是可控的，可以為開(kāi)環(huán)控制模式或帶反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制模式，并可以根據(jù)具體應(yīng)用情況而改變。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該加工刀具能夠根據(jù)加工工況，確定合適的激勵(lì)信號(hào)，使刀具在加工的同時(shí)發(fā)生主動(dòng)可控的激振，使切屑面的接觸條件發(fā)生瞬間改變，從而將連續(xù)切屑帶切斷，由刀具的排屑機(jī)構(gòu)及時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)情況。在傳統(tǒng)加工的同時(shí)，產(chǎn)生可控的刀具切削面的振動(dòng)，使連續(xù)切削屑斷裂，僅需對(duì)刀具夾持部位進(jìn)行處理，并在刀具夾具上安裝激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器，對(duì)原有設(shè)備改動(dòng)小，保護(hù)用戶(hù)在已購(gòu)設(shè)備上的投資。


圖1為本設(shè)計(jì)的一種基于智能材料的加工刀具示意圖。
圖2為本設(shè)計(jì)的一種使用狀態(tài)示意圖。
圖3為本設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制框圖。
圖4為本設(shè)計(jì)的一種帶有反饋環(huán)節(jié)的系統(tǒng)控制框圖。
圖1中1為刀具，2為智能材料，3為激勵(lì)裝置，4為刀具夾具，5為機(jī)械同步裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)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(guī)方法固定鎖緊，鎖緊時(shí)保證智能材料2不在刀具夾具4的夾持區(qū)域內(nèi)，并且暴露于激勵(lì)裝置3的作用范圍內(nèi)。激勵(lì)裝置3的安裝隨加工方式不同而有所區(qū)別對(duì)于刀具主動(dòng)工件不動(dòng)的加工工藝(如鉆孔)中，激勵(lì)裝置3通過(guò)機(jī)械同步裝置5與刀具夾具4保持在加工刀具1進(jìn)給方向上的相對(duì)位置不變；對(duì)于工件主動(dòng)刀具不動(dòng)的加工工藝(如車(chē)削)，激勵(lì)裝置3可通過(guò)機(jī)械同步裝置5直接固定在刀具夾具4上，上述兩種激勵(lì)裝置的布置方式均確保加工過(guò)程中智能材料2始終處于激勵(lì)裝置3的作用之下。在激勵(lì)裝置3中輸入激勵(lì)信號(hào)時(shí)，在其作用范圍內(nèi)的智能材料2的物理狀態(tài)(硬度、尺寸等)發(fā)生相應(yīng)的改變，產(chǎn)生微小的可控的激振，并導(dǎo)致加工刀具1的切削面在正常加工的同時(shí)發(fā)生一定范圍的可控幅度與強(qiáng)度的主動(dòng)振動(dòng)，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(xù)切屑帶因瞬間的振動(dòng)導(dǎo)致的沖擊切削力發(fā)生斷裂，從而實(shí)現(xiàn)斷屑的目的。
具體實(shí)施例2具體實(shí)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(guò)過(guò)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(lì)裝置3的作用下。所述的智能材料2在激勵(lì)裝置3的作用下使刀具1的切削刃部位產(chǎn)生主動(dòng)可控激振，從而使金屬冷切削加工中的連續(xù)金屬切削帶斷裂，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)激振斷屑。所述的激勵(lì)裝置對(duì)智能材料的控制方式是可控的，采用開(kāi)環(huán)控制模式，并可以根據(jù)具體應(yīng)用情況而改變。在開(kāi)環(huán)控制模式控制策略下，控制器產(chǎn)生可控的控制信號(hào)進(jìn)行信號(hào)激勵(lì)后輸入功放單元進(jìn)行功率放大產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的信號(hào)能量輸入激勵(lì)裝置，從而導(dǎo)致智能材料發(fā)生相應(yīng)狀態(tài)改變?？刂破鳟a(chǎn)生的信號(hào)類(lèi)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(shí)施例3具體實(shí)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(lì)裝置3的作用下。所述的智能材料在激勵(lì)裝置產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)作用下發(fā)生狀態(tài)變化，從而引起刀具1的切削工作面的主動(dòng)激振，實(shí)現(xiàn)斷屑的目的。所述的激勵(lì)裝置3對(duì)智能材料2的控制方式是可控的，采用帶反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制模式，并可以根據(jù)具體應(yīng)用情況而改變。在帶有反饋環(huán)節(jié)的控制策略下，刀具的激振特性經(jīng)過(guò)智能材料的產(chǎn)生的傳感信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理過(guò)程產(chǎn)生控制器的反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的反饋控制。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)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(lì)裝置(3)的作用下。
2.根據(jù)權(quán)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(chē)刀、鏜刀等。
3.根據(jù)權(quán)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(jié)或過(guò)盈配合。
4.根據(jù)權(quán)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(duì)外界信號(hào)能相應(yīng)改變材料物理特性的材料。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于機(jī)械加工行業(yè)中金屬冷切削加工中加工深孔的刀具，其技術(shù)要點(diǎn)為在普通刀具上添加了智能材料。該加工刀具能夠根據(jù)加工工況，確定合適的激勵(lì)信號(hào)，使刀具在加工的同時(shí)發(fā)生主動(dòng)可控的激振，使切屑面的接觸條件發(fā)生瞬間改變，從而將連續(xù)切屑帶切斷，由刀具的排屑機(jī)構(gòu)及時(shí)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(hào)B23B41/00GK2799132SQ20052010015
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者呂福在, 項(xiàng)占琴, 唐志峰, 李明范 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)