申请/专利权人：拉通德公司

申请日：2016-02-23

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN107405743B

主分类号：B23Q11/00(20060101)

分类号：B23Q11/00(20060101);B23B5/16(20060101)

优先权：["20150227 DE DE102015002483.3"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.05#授权;2017.12.22#实质审查的生效;2017.11.28#公开

摘要：本发明涉及减少再生颤振的方法，其中工件1相对于在一端设置有至少一个切削刀具3，3a，3b，3c的刀具头2旋转，刀具头2借助至少一个切削刀具3，3a，3b，3c加工工件1的壁，刀具头2在加工中受激励而振动，松动的附加质块mz通过振动而运动，附加质块在第一位置随机地接触刀具头2或者在第二位置随机地不与刀具头2连接，由此通过附加质块mz的质量随机地改变刀具头2的总质量，并且通过质量改变，改变刀具头2的振动特性，从而抵消再生颤振，并且其中在刀具头2的与一端相对的另一端设置了容纳部51，刀具头2借助容纳部51可替换地安装在主轴上。

主权项：1.一种减少切削机的再生颤振的方法，其中，工件1相对于在一端设置有至少一个切削刀具3，3a，3b，3c的刀具头2旋转，所述刀具头2借助所述至少一个切削刀具3，3a，3b，3c加工所述工件1的壁，所述刀具头2在加工中受激励而振动，松动的附加质块mz通过所述振动而运动，所述附加质块在第一位置随机地接触所述刀具头2或者在第二位置随机地不与所述刀具头2连接，由此通过所述附加质块mz的质量随机地改变所述刀具头2的总质量，并且通过质量改变，改变所述刀具头2的振动特性，从而抵消再生颤振，并且其中在所述刀具头2的与所述一端相对的另一端设置了容纳部51，刀具头2借助所述容纳部51可替换地安装在主轴上，其特征在于，所述附加质块mz为环形结构，在所述第二位置中，所述附加质块mz与所述刀具头2没有接触和连接，壁构造为具有半径r1的外壁71，并且相应的壁构造为具有相应半径r2的相应内壁72，相应半径r2大于半径r1，其中所述松动的附加质块mz能够绕所述主轴移动，并且其中，在启动过程期间，所述附加质块mz的内壁摩擦所述刀具头2的外壁，直到所述附加质块mz通过摩擦力承受了所述刀具头2的转速。

全文数据：减少切削机的再生颤振的方法技术领域[0001]本发明不仅涉及一种用于尤其是切削机的减少再生颤振的方法，还涉及一种切削机。背景技术[0002]在现有技术中，切削机对于管端采用旋转的组合式刀盘的形式自然足够地熟知。例如在EP2106313B1中公开了一种刀具头。[0003]在US2,699,696中公开了一种具有主轴的钻头，在它的外端设置了一个用于附着重量的空间，其中该空间通过罩盖封闭。此处公开的钻头不利的是，它只能与附着重量一起使用。[0004]在DE102009009212B3中描述了一种用于加工工件的减振刀具，其中沿着刀具本体的周长固定了一个或多个可移动的振动缓冲器。该刀具的缺点是，振动缓冲器的位置必须事先精确地确定，以尽可能最佳地缓冲振动。[0005]具有旋转的组合式刀盘的切削机是可振动的物体，借助它能够再加工可切割的管断面。尤其是管断面端可以具有倒角。[0006]为了形成倒角，刀具头要向管端上的管断面的纵轴延长线移动，刀具头旋转并且具有一个或多个刀片，借助它可以在管断面端施加内倒角、外倒角以及平面。在施加倒角和平面时需要将切肩从管端清除。刀具头位于旋转的主轴的端部并且与主轴一起形成一个可振动的物体。基本上不管是管断面的外壁还是内壁都不是精确的圆形，这就导致了在切削过程中的负载变化。当负载变化位于安装了刀具头的主轴的固有频率的范围内时，会产生不期望的颤振。一方面使切削机增大了颤振的负载，一方面会使待加工的工件表面呈波纹状，这就导致了质量残缺。甚至还可能导致加工过的工件不能使用了。[0007]颤振的一种典型形式是所谓的再生颤振。自身振动的刀具头会被己经产生的表面波纹反复激发，该表面波纹由相同的切削刀具在已经预加工的表面中形成。产生的颤振会越来越强。[0008]为避免再生颤振，在现有技术有不同的解决方案。[0009]例如，在具有多个刀片的铣刀或铰刀的情况下，刀片以不同的距离互相设置，这样在切割过程中，激励频率不断变化。其结果是，在理想情况下，再生颤振根本不会发生。[0010]在单个刀片的刀具的情况下，刀片的间距当然是不可能变化的。然而已知的是，旋转切割刀具的转速能够被快速地连续地改变，但是在高频情况下，这会导致机器的大量负载。[0011]此外现有技术中熟知主动阻尼系统，其中以电子方式检测振动，系统的固有频率通过附加质块而改变，此外还有被动阻尼系统，其中设置了液压阻尼器或附加的弹簧-质量系统，就是所谓的吸收器，进一步消除谐振频率。[0012]然而，用于防止再生颤振的上述系统特别精细，并且也需要密集的维护。发明内容[0013]因此本发明的目的是，提供一种用于减少再生颤振的更简单的方法，还提供了一种切削装置，其中，较少出现再生颤振，优选地根本不会发生。[0014]在第一方面中，该目的通过具有权利要求1的技术特征的方法来实现。[0015]在这种情况下，工件相对于具有至少一个切削刀具的刀具头旋转。在该方法的变型中，刀具头可以相对于切削机保持不动，并且工件可以旋转。在根据本发明的方法的另一变型中，工件相对于切削机相对夹紧，并且刀具头相对于工件旋转。刀具头通过至少一个切削刀具来加工工件的壁。[0016]工件可以特别是金属工件，特别是铁或钢工件;然而，也可以想到其它材料。工件优选具有细长的形状。它可以是纵向型材，特别是管，或者是圆形截面的或实心型材。管可以具有在整个长度上为圆形的外径和或内径。然而，该方法也可应用于优选具有圆形内部或外部横截面的其它工件，其中〃圆形〃在此不光是数学上完全圆形，而且包括稍微偏离数学上完全圆形的形状。本发明特别适用于这些真实的圆形形状。[0017]至少一个切削刀具设置在刀具头的一端。与至少一个切削刀具相对的是在刀具头的另一端上设置有容纳部，用于将刀具头紧固在由切削机驱动的可旋转主轴上。刀具头与附加质块可以容易地替换。[0018]该容纳部优选地易于操作地设计成为内螺纹，主轴在外端上具有相应的外螺纹。[0019]刀具头在加工过程中被激励而振动，通过振动来使松动的附加质块运动。松动的附加质块在第一位置中随机接触刀具头，并且在第二位置中，附加质块与刀具头不连接。特别地，附加质块与刀具头也没有弹簧连接、阻尼连接或的其它连接，而是附加质块优选地在第二位置处被空气完全包围，并且短时间地漂浮在空间中。结果，通过附加质块的质量，刀具头的质量随机地改变，由于质量变化而改变了刀具头的振动特性，从而抵消了再生颤振。[0020]本发明的方法利用了对固定安装在可旋转主轴上的刀具头的振动特性进行随机改变的理念，在加工操作期间，刀具头绕与主轴的纵向轴线相应的纵向轴线旋转。刀具头的振动特性通过刚性，尤其是主轴的刚性，通过阻尼还通过刀具头和主轴的质量确定。在这种情况下，阻尼由从纵向方向振动的刀具头自动地向静止状态过渡而产生，这就确定了阻尼。[0021]此外，本发明的方法利用了使质量变化随机发生的思想，其中附加质块松动地布置在刀具头上或刀具头中。[0022]为此目的，刀具头可以具有圆柱形的内部空间，圆柱形的附加质块位于该内部空间中。附加质块具有相应外壁，外壁在横截面上是严格的圆形的，并且在圆柱的整个纵向范围内是恒定圆形的，以及两个彼此平行延伸的端面，两个端面与相应的壁垂直。圆柱的半径略小于刀具头的圆柱形内部空间的内径。圆柱形开口的端面之间的距离略大于在其端面之间的圆柱形附加质块的长度。以这种方式，圆柱形附加质块均匀地松动布置，即在刀具头的内部可沿所有方向在间隙内自由移动。[0023]在刀具头的操作期间，具有相应外壁的附加质块在相对较长的时间段中紧贴在刀具头的圆柱形开口的内壁上。然而如果刀具头处于小的振动中，例如再生颤振开始建立时，在特定时间和短时间间隔内，附加质块随机地失去其与内壁的接触。附加质块仿佛漂浮在刀具头的内部，从而负责确定其固有频率的刀具头的质量减小了，从而改变了刀具头的固有频率。由于固有频率的变化，导致负责再生颤振的已经振动的刀具头的周期性刺激不会积聚，即振动特性在每一次变革时不会变得更强烈，这是由于固有频率变化了。[0024]在将刀具头从主轴移除之后，内部空间可自由地进入，可拆卸或更换附加质块。[0025]在根据本发明的方法的另一实施例中，附加质块以环形方式围绕刀具头的外壁布置。刀具头的外壁在与纵向方向垂直的横截面中是圆形的，并且具有半径，环形附加质块的内壁具有相应半径，内壁的半径略大于外壁的半径，使得环同样地松动地靠在刀具头的外壁上。在第一位置，环的相应的壁接触刀具头的外壁，在第二位置，该环形附加质块实际上不与该刀具头连接和接触;它仿佛悬浮地环绕刀具头。作用方式对应于上面的例子，并且上面的例子完全地相关于本发明的这个实施方式。[0026]在第二方面中，通过具有权利要求4的特征的切削机来实现该目的。[0077]该切削机特别适用于上述方法中的一种。切削机包括具有至少一个用于加工工件的壁的切削刀具的刀具头，以及一个松动地附加质块，其相对于刀具头具有不同的位置，并且在第一位置与刀具头接触，并且在第二位置不与刀具头连接，并且刀具头在第一位置具有第一振动特性以及在第二位置中具有第二振动特性。[0028]关于切削机，本发明同样利用了这样的的理念，改变优选地挂在主轴上的刀具头的固有频率，其中刀具头可沿所有方向摆动出纵向轴线，在这里刀具头的质量被改变了。然而，刀具头的质量的变化不以受控方式或机械方式发生，而是随机地发生。如果附加质块在第一位置处接触刀具头，则刀具头的质量增加，如果刀具头不形成任何连接，不是弹簧连接、阻尼连接或其它连接，则该质量减小了附加质量。通过质量的变化，刀具头的振动特性改变了，如上，再生颤振被抵消了。令人惊奇的是，已经表明，随机改变刀具头的质量的这种简单变型，以特别有效的方式抵消了再生颤振。特别地，在管端的加工过程中，可几乎完全避免由再生颤振引起的波浪形不规则性。[0029]有利地，刀具头具有在运行中旋转的壁，并且附加质块具有旋转的相应的壁，其中相应的壁沿着它的整个范围在第二位置与旋转的壁间隔开一间隙。附加质块和刀具头可相对于彼此移动，其中相对的运动空间是非常有限的，并且在此被指定为间隙。间隙优选为几个毫米，且特别优选地仅在微米范围内。在第一位置中，附加质块靠在壁上，在第二位置中，附加质块被空气完全包围，其仿佛相对于刀具漂浮。[0030]在本发明的一个优选实施例中，壁是圆柱形的，并且相应的壁同样是圆柱形的。壁有利地形成为具有半径的内壁，并且相应的壁形成为具有比半径小的相应半径的相应外壁。内壁是刀具头内的圆柱形内部空间的内壁，相应外壁是松动地设置在内部空间中的圆柱的外壁。内圆柱在沿其圆周的每个方向上以及在其端面上具有在内部空间中的间隙。[0031]在本发明的另一实施例中，外壁构造为具有半径的圆柱，并且相应的壁构造为具有大于半径的相应半径的外环的相应内壁。在这种情况下，仿佛有一个环装配在圆柱周围，其中，环具有间隙地松动地靠在圆柱上，从而刀具头在外环与刀具头形成接触时，比外环与刀具头没有接触时，质量增大了一个外环的质量。[0032]这里的切削过程是周期性过程，其中，被加工的刀具表面中的不规则部分周期性地与切削刀具接触，并且周期性地激励切削刀具。如果该周期性激励特别地与刀具头的固有频率一致，则振动积累并成为再生颤振。这是非常大的，并且能够导致对切削刀具的损坏，并且也会导致特别不均匀的工件表面。附图说明[0033]参照七个附图中的两个实施例描述了本发明。在附图中：[0034]图1示出了用于在表面切削时对切削机的物理颤振进行说明的物理示意图，[0035]图2示出了用于对根据本发明的具有附加质块的切削机进行说明的物理示意图，[0036]图3示出了在切削操作期间根据本发明的刀具头相对于工件的布置，[0037]图4示出了在第一实施例中根据本发明的刀具头的立体图，[0038]图5示出了根据本发明的具有内部质块的图4中沿纵向方向的剖视图，[0039]图6示出了根据本发明的刀具头的第二实施例，[0040]图7示出了根据本发明的具有外部质块的图6中沿纵向方向的剖视图。具体实施方式[0041]图1示意性地示出了大致圆形截面的工件，例如，在外部横截面上基本为圆形的管段1。然而，工件也可以是实心轮廓或在一些部分中是实心的和空心的轮廓。工件优选由金属制成，特别优选由钢制成;然而，也可以设想其它材料。管段1由刀具头2加工，刀具头2在示意图中具有恰好一个单个的刀片3。自然地，刀具头2也可以具有两个、三个、或者更多数量的刀片3。刀具头2与管段1彼此相对旋转。在这种情况下，刀具头2可在空间中相对于切削机未示出）固定，并且管部能够绕沿纵向L取向的纵向轴线旋转，或管段1可在空间内相对于切削机固定，且刀具头2可绕管段1的纵向轴线旋转，且在此情况下，刀片3在外部绕管段1旋转。在旋转操作期间，切割刀具从管段1的外壁4上移除切肩。在切削作业期间，发生切削力的变化，例如，由于外壁4不是正好是圆形的，实际上总是这种情况，从而实际上所去除的切屑具有稍微不同的厚度。即使是理想的圆形管段1，也会发生负载变化，其导致刀具头2首先处于轻微的振动中，然而，通过刀具头2和管段1的连续相对旋转，振动可被周期性地强化，并导致所谓的再生颤振。[0042]管段1的外表面4的波纹周期性地反复地激励刀具头2做相同的振动。通常，刀具头2以例如5000rpm旋转；然而，也可以想到其它转速。特别地，刀具头2可以以较低的转速运行，但是也可以以较高的转速运行。刀具头2安装在沿纵向L取向的旋转主轴（未示出）上且可沿纵向L振动。刀具头2的振动特性由安装在主轴上的刀具头2的刚度c、阻尼d和刀具头2加主轴的质量m确定。特别地，刀具头2的固有频率felgen是这三个参数的函数。在这里，固有频率feigen是指安装在主轴上的刀具头2沿纵向L振动的固有频率。[0043]本发明利用了如图2所示的思想，通过一个附加质块，刀具头2的总质量随机且暂时地变化，并且这样振动特性随机且暂时地变化。[0044]刀具头2绕管段旋转，该管段被牢固地夹持并固定在容纳部中，根据附加质块心是连接于刀具头2还是不接触且不连接于刀具头2,刀具头2的总质量发生变化。如果附加质块mz连接于刀具头2，例如，附加质块mz与刀具头2接触，刀具头2的固有频率下降；如果附加质±夬心不与刀具头2连接，则刀具头2的固有频率增加。[0045]通过刀具头2的振动特性的变化，仿佛在切削操作中引入了干扰，其抵消了周期性加强的振动。因为通过质量变化刀具头2的谐振频率改变了，旋转运动期间由于管段1的壁中的波纹引起的刀具头2的周期性激励不会导致再生颤振形式的共振悲剧。[0046]图3示出了管段1的一个端部，其为金属管。借助本发明的刀具头2的三个如此布置的刀片3、315、3〇，将内倒角、外倒角和平面施加到金属管中。刀具头2相对于夹持于切削机的管段1旋转。管段1和刀具头2具有共同的纵向L，刀具头2绕沿纵向L取向的纵向轴线旋转，该纵向轴线与管段1的纵向轴线相相应。[0047]图4示出了根据本发明的刀具头2的外侧视图。在这种情况下设置三个刀片3a、3b、3c面向管段1未示出），且三个刀片3a、3b、3c可替换地安装在刀具头2上的相应支架中，刀具头可绕纵向L在两个方向上旋转。[0048]在图5中示出图4中所示的刀具头2沿纵向L的剖视图。刀具头2具有刀具头质量为m的外壳体50。三个刀片3a、3b、3c设置在刀具头2的一端。另一端设置有容纳部51，通过该容纳部51刀具头2可安装在切削机上。一端和另一端优选彼此相对。[0049]根据本发明的附加质块1112在这里被构造为设置于刀具头2中的松动的、圆柱形的物体。刀具头2具有内部空间52,内部空间52具有圆柱形内壁53和两个端面54、56。两个端面54、56相互平行且与圆柱形内壁53垂直设置。[0050]根据图5的横截面，内部空间52是矩形的。矩形的尺寸可以偏离所示的形式，也可以提供方形的内部横截面。附加质块mz构造为圆柱形，其中，圆柱的相应半径r2略小于圆柱形内部空间52的半径rl，从而使圆柱形的附加质块mz在周向沿整个相应的壁57及其端面58、59具有间隙60,也就是相对于圆柱形内壁53且相对于内部空间的端面54、56隔开。[0051]图5示出了在一些第二位置中的一个位置的刀具头2,其中附加质块mz不与刀具头2接触。如果刀具头2不运转，刀具头2位于一些第一位置中的一个位置，其中圆柱形的附加质块mz将它相应外壁57靠在刀具头2的内壁53的部分上。在运转中刀具头2以相当大的转速旋转，例如每分钟5000转。在启动过程期间，内圆柱首先用其相应外壁57摩擦刀具头2的内壁53，这样直到内圆柱通过摩擦承受了工具头2的转速。在切削过程中，在再生颤振开始形成的时刻，刀具头2处于轻微的振动。在图5中，这些振动垂直于沿纵向L取向的纵向轴线。间隙60的尺寸设置为使得其最多具有仍然允许颤振的幅度。如果刀具头2开始振动，在振动过程期间存在一些时刻，就是圆柱形附加质块mz完全不与刀具头2接触，即相应外壁57与刀具头2的内壁53在周向上的每处都间隔开，使得刀具头2的总质量m+mz减小了附加质块mz从而到了刀具头质量m。从而刀具头2的固有频率feigen改变，尽管只是短时间的，但其变化使得刀具头2的振动特性发生变化，这样它不会因周期性的激励而逐渐被累积激发，防止了再生颤振。[0052]具有接触的附加质块mz的刀具头2具有质量m+mz，因此具有第一固有频率feigenc，1，111+1112，而不接触附加质块1112的刀具头2具有质量111以及第二固有频率匕181511£；，〇1，111，第二固有频率feigenC，d，m不同于第一固有频率feigenC，d，m+mz。[0053]实验表明，通过在刀具头2中提供松动的附加质块mz的简单措施，能够特别有效地防止再生颤振。[0054]图6示出了本发明的第二实施例，其中，将松动的附加质块mz设置为环绕刀具头2的外侧的外环。附加质块mz为环形，并设置有相应内壁72,内壁72在第一位置上靠在在该部分上同样地为圆柱形刀具头的外壁71上。[0055]图7以剖视图示出了图6中的刀具头2。刀具头2具有半径为r1的圆柱形外壁71，附加质块mz为环形结构，且具有环形的相应内壁72,附加质块mz具有略大于半径rl的相应半径r2。在一些第二位置中，图7中示出了其中之一，环形附加质块此与刀具头完全没有接触和连接，刀具头和附加质块由间隙60隔开。[0056]作用原理与第一实施例相同。通常，具有相应内壁72的外环在某处靠在刀具头2的外壁71上，刀具头2由此具有质量m+niz，其包括外环的质量。在切削过程期间，在再生颤振开始时，刀具头2再次被激励为小的振动，外环由于其惯性而不参与这些振动，使得在很短的时间段内，刀具头2的外壁71完全不与外环的相应内壁72接触，从而使刀具头2的质量m减小了外环的附加质量mz，进而改变了刀具头的固有频率feigen，固有频率feigen由刀具头2的质量m或m+mz确定，从而以非常简单的方式防止了再生_振。[0057]附图标记列表[0058]1管段[0059]2刀具头[0060]3刀片[0061]3a刀片[0062]3b刀片[0063]3c刀片[0064]4外壁[0065]50外壳体[0066]51容纳部[0067]52内部空间[0068]53圆柱形内壁[0069]54端面[0070]56端面[0071]57相应的壁[0072]58端面[0073]59端面[0074]60间隙[0075]71圆柱形外壁[0076]72环形的相应内壁[0077]c刚度[0078]d阻尼[0079]m质量[0080]mz附加质块附加质量）[0081]rl半径[0082]r2相应半径[0083]feigen固有频率[0084]feigenc，d,m第一固有频率[0085]feigenc，d，m+mz第二固有频率[0086]L纵向

权利要求：1.一种减少再生颤振的方法，其中，工件（1相对于在一端设置有至少一个切削刀具3,3，315,3；的刀具头2旋转，所述刀具头2借助所述至少一个切削刀具3,3，3、3〇加工所述工件（1的壁，所述刀具头2在加工中受激励而振动，松动的附加质块mz通过所述振动而运动，所述附加质块在第一位置随机地接触所述刀具头2或者在第二位置随机地不与所述刀具头（2连接，由此通过所述附加质块mz的质量随机地改变所述刀具头2的总质量，并且通过质量改变，改变所述刀具头2的振动特性，从而抵消再生颤振，并且其中在所述刀具头⑵的与所述一端相对的另一端设置了容纳部51，刀具头⑵借助所述容纳部51可替换地安装在主轴上。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，壁构造为具有半径H的内壁53，并且相应的壁构造为具有相应半径r2的相应外壁57，相应半径r2小于半径rl。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，壁构造为具有半径rl的外壁H，并且相应的壁构造为具有相应半径r2的相应内壁72，相应半径r2大于半径rl。4.一种切削机，包括在一端设置有至少一个切削刀具3，3a，3b，3c的刀具头（2，用于加工工件（1的壁，包括松动的附加质块心），所述附加质块mz能够相对于所述刀具头2随机地具有不同的位置，并且所述附加质块mz在第一位置接触所述刀具头2以及在第二位置不与所述刀具头2连接，其中所述刀具头2在第一位置具有第一振动特性，在第二位置具有第二振动特性，并且在所述刀具头2的与所述一端相对的另一端设置了容纳部51，刀具头2借助所述容纳部51可替换地安装在主轴上。5.如权利要求4所述的切削机，其特征在于，所述刀具头（2具有在运行中绕纵轴旋转的壁，并且所述附加质块mz具有旋转的相应的壁，所述旋转的相应的壁在第二位置沿其整个的范围与所述旋转的壁相间隔。6.如权利要求4或5所述的切削机，其特征在于，壁（53,71呈圆柱形，并且相应的壁57，72同样地呈圆柱形。7.如权利要求4至6任一项所述的切削机，其特征在于，所述壁构造为具有半径rl的内壁53，并且所述相应的壁构造为具有相应半径r2的相应外壁57，相应半径r2小于半径rl。8.如权利要求4至7任一项所述的切削机，其特征在于，所述壁构造为具有半径rl的外壁71，并且所述相应的壁构造为具有相应半径r2的相应内壁7¾，相应半径rf大于半径rl。

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