專利名稱：用于減緩振動的減振裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種減振裝置，其特別但并非排他地設計用于在機床中使用的鉆桿和類似的刀具夾持桿。典型的例子是用于在諸如桿或者類似元件的弱結(jié)構(gòu)上進行切削加工(車削、銑削、等等)的鉆桿。這種裝置也可以用在“夾具”、機器的其它部分、以及工件上。自身產(chǎn)生振動通常是結(jié)構(gòu)的動態(tài)剛性太小的結(jié)果。
已經(jīng)知曉類似的減振裝置，并在NO專利128 725中公開了一種相關的裝置。該專利涉及一種必須被放置在鉆桿鉆孔中的減振裝置，因為鉆孔本身是減振裝置的重要組成部分，其中減振效果是減振體和鉆孔本身之間通過設置在減振體和鉆孔之間的彈性元件而相互作用的結(jié)果。
隨著技術發(fā)展，刀架上長度/直徑之比(懸垂量)增大。這導致刀架動態(tài)剛性減小并且這也需要與之相適應的減振裝置。根據(jù)現(xiàn)有技術的減振裝置的問題在于，為了使減振裝置適合這些新的條件，必須降低減振體的頻率。為此，要求彈性元件具有更低的彈簧剛度常數(shù)或者減振體具有更大的質(zhì)量。
現(xiàn)在使用的減振體的密度已經(jīng)是商業(yè)可用密度的最高值。為了增加質(zhì)量，因此必須增加減振體的體積。這將導致與放置減振裝置的結(jié)構(gòu)的空間、尺寸和相關的問題以及放置減振裝置的結(jié)構(gòu)的弱化。
為了利用根據(jù)現(xiàn)有技術的解決方案能夠降低彈簧剛度常數(shù)，例如在NO專利172 677中描述的，必須相應地將彈性元件的材料改變?yōu)榫哂休^低彈簧剛度常數(shù)的更軟的材料或者通過降低元件的尺寸來降低彈性元件的強度。同時，彈性元件必須承受在金屬切削過程中產(chǎn)生的熱量，并且結(jié)果在材料中吸收了熱量，另外尺寸設計為抵抗它們承受的力。這已被證明是矛盾的性質(zhì)。
結(jié)論是，由于材料性質(zhì)的限制，根據(jù)現(xiàn)有技術的解決方案不能很好地適應于長度/直徑比增大和被減振系統(tǒng)的低固有頻率的發(fā)展。
經(jīng)常使用較高的旋轉(zhuǎn)速度，因此減振系統(tǒng)能抵抗快速旋轉(zhuǎn)也很重要。這也證明利用根據(jù)現(xiàn)有技術的裝置是有問題的。
本發(fā)明通過提供一種新的減振裝置解決上述問題。根據(jù)本發(fā)明的減振裝置適合于減緩在鉆桿、刀架桿和類似物中，優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)機器元件中，特別是具有內(nèi)部流體冷卻的元件中，自身產(chǎn)生的振動，并且減振裝置包括基本上為圓柱形的減振體。
與現(xiàn)有技術中相應的彈性元件主要承受壓力相比，本發(fā)明解決方案基于力通過彈性元件從桿轉(zhuǎn)移到減振體并且彈性元件基本上承受剪切力的技術。傳遞的力由剪切力代替壓力的優(yōu)點在于，與沿壓力方向傳輸力相比，當沿剪切力方向傳輸力時，可以降低彈簧剛度常數(shù)以及增加材料的阻尼特性。
表示彈性體承受剪切力的硬度的G模量，遠小于表示彈性體承受壓力的硬度Ec，并且大約是表示彈性體承受拉力的硬度Es的1/3。在彈性元件(彈性體)基本上承受剪切力的減振裝置中，系統(tǒng)的彈簧剛度常數(shù)有可能降低，并且因此可以不改變彈性元件的材料成分以及不降低元件的尺寸和強度來相當大地降低減振裝置的固有頻率。減振體的質(zhì)量也不需要增加。另外一個優(yōu)點是增加了減振功能的頻帶寬度，并且由例如橡膠制成的彈性元件的尺寸可以增加并且因此導致阻尼增加，不增加相同尺寸解決方案的固有頻率。因此，減振裝置可以允許長度和直徑間的比率更大的變化。這樣的一個優(yōu)點是可以消除作為減振介質(zhì)的減振液，因為增加數(shù)量的橡膠或者其它彈性材料作為系統(tǒng)中唯一的能量吸收件是足夠的。
降低頻率的能力的一個優(yōu)點是，在取得與現(xiàn)有系統(tǒng)相同的固有頻率的同時可以減小減振體的質(zhì)量。這一點使本發(fā)明更有用地應用于減振系統(tǒng)以高速和相當大離心力旋轉(zhuǎn)的應用中，諸如高速銑削應用中。
可以減小減振體質(zhì)量的事實對于增加可以將切削液傳輸至切削邊緣的中心管的直徑是有用的。因此與現(xiàn)有的解決方案相比利用本解決方案可以帶來較多量的切削液。增加量的切削液的優(yōu)點是更有效地從切削邊緣去除切屑。
根據(jù)NO專利172 677描述的解決方案的另一個已知問題是，如果彈性體用作動態(tài)密封并且沒有被固定到周圍的部件上，那么主體和中心管之間的腔中的減振液可能泄漏到用作彈性元件的彈性體。
本發(fā)明所建議的解決方案消除了這個問題，彈性元件直接固定到周圍的結(jié)構(gòu)，或者可選地使用靜態(tài)密封。
減振裝置的減振體具有一個軸向貫通的鉆孔。彈性元件設置于減振元件的每一端并且與通過鉆孔軸向延伸的縱向中心體或管相連。
在一個應用中，裝置可以設置在鉆桿里具有基本上軸向且圓柱形的形狀的腔中。管可以剛性地連接到鉆桿中的用于冷卻液的內(nèi)部鉆孔(利用外面設置的墊圈將彈性元件保持在位)。
在一個實施例中，本發(fā)明允許向切削邊緣供應冷卻液，其中當縱向中心體是管形時通過減振裝置的軸向面積直接引導冷卻液。該結(jié)構(gòu)允許鉆桿中相同的腔包括減振體。在減振體和腔的壁之間的間隙可以減小很多，因此減振體的直徑可以增加。
在一個實施例中，軸向延伸的縱向中心體的外徑適應于鉆孔的直徑，具有小的間隙來接受減振介質(zhì)，例如諸如減振油的減振液。
在一個實施例中，用于減振介質(zhì)的間隙可以設置為靠近減振體和鉆桿的軸線以將作用在介質(zhì)上的離心力的作用降低到可接受的水平，這在減振系統(tǒng)必須高速旋轉(zhuǎn)時是有利的。
現(xiàn)在參考實施例和附圖詳細地說明這種減振裝置，其中

圖1示出減振裝置最簡單和最基本的實施例，圖2示出減振裝置的已經(jīng)考慮了裝配和安裝的一種實施例，圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術置于鉆桿內(nèi)的減振器，以及圖4示出當減振裝置被放置到需要減振的平面物體上時減振裝置的安裝方法。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明減振裝置的簡單設計的例子。基本上為圓柱形的減振體1設置有貫穿其中的軸向鉆孔6。在鉆孔里面，具有軸向延伸的縱向中心體或管3，其通常適合于在它的外端部剛性地固定在鉆桿里或者固定于需要減振的物體。管3優(yōu)先地可以引導冷卻液通過其自身與進一步延伸到鉆桿中的通道連通。在減振體1的每個外端，連接有具有例如長方形截面的圓形彈性元件2。彈性元件2可以構(gòu)形為彈性墊圈或短的中空圓柱體，具有用于縱向中心體3貫穿的通道的開口以及兩個相對的端面。端面通?；緸槠叫械?。彈性元件2例如可以由橡膠或者其它彈性材料制成?？v向中心體3與端面之一剛性地連接，減振體1與端面中的另一個剛性地連接，其中彈性元件2還與墊圈或者端片5連接，而墊圈5又例如通過硫化橡皮或膠結(jié)連接到管3上。墊圈5優(yōu)選地用螺釘連接固定到管3上，但不是必須如此。通過改變彈性元件2的尺寸或者材料特性可以改變系統(tǒng)的固有頻率。
圖2示出考慮了各種部件的裝配的例子。在這個例子中，彈性元件2在每一側(cè)連接到中間墊圈7上。
該連接可以在彈性元件2模制期間制成并且通過在中間墊圈7上涂敷膠水來制成。中間墊圈7可以使彈性元件2容易地連接到減振體1和墊圈5上。中間墊圈7可以例如利用膠水固定到這些部件上，并且密封以防油的泄漏。可選地，它們可以利用機械鎖固定，并且在接觸面上利用密封環(huán)8來防止泄漏，如在圖2中所示。墊圈5利用絲扣連接固定到管3上，并且以這種方式剛性地連接到管或縱向中心體3上。減振體1放置在墊圈5之間。兩個彈性元件2放置在兩個墊圈5和減振體1之間，這樣每個彈性元件2的端面之一剛性地連接于兩個墊圈5。每個彈性元件2的另一個端面剛性地連接于減振體1。
在圖3中，示出根據(jù)現(xiàn)有技術的置于鉆桿9內(nèi)的減振裝置。鉆桿9有一個直接與中心管3連通的冷卻管11，并且它們與鉆桿的軸線12對準。
還可以使用根據(jù)本發(fā)明的減振裝置為例如平面物體進行外部減振，并且圖4示出這種用法的裝配架。軸向延伸的縱向中心體3這時固定到兩個支架13上，支架13則被剛性地固定到需要減振的物體上。減振裝置的其余部分與圖2中示出的實施例相同。在這種情況下，縱向中心體不需要中空。
減振裝置通常以如下方式工作當需要減振的結(jié)構(gòu)例如刀架由于例如來自切削工具的外力的作用下開始運動時，該運動的一部分通過彈性元件傳輸?shù)綔p振體上。由于墊圈和減振體之間幾何構(gòu)造和連接，彈性元件將承受剪切力。沒有從刀架通過管并且經(jīng)彈性元件傳輸?shù)綔p振體上的運動(能量)將轉(zhuǎn)換成彈性元件中的、在某些情況減振液中的熱量形式的能量。在這種情況下，熱量由除了各種接合面之外減振液中和彈性元件中的內(nèi)部摩擦產(chǎn)生。
在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生典型的振動并且刀架和減振體將以相同的頻率運動，但是相位和加速度略微不同。相位上的差別導致了在彈性元件和減振液中必要的變形/摩擦，這將產(chǎn)生熱量而使能量損耗。因此，刀架和減振體的加速度也不相同，并且減振力與該差別成正比。
權利要求
1.一種減振裝置，用于減緩機床中刀架、機床元件和工件中的振動以及受到不希望的振動的其它物體中的振動，它可以設置在物體內(nèi)或者物體上，包括基本為圓柱形的減振體(1)，其具有貫穿其中的鉆孔(6)以及穿過鉆孔(6)縱向延伸的中心體(3)，該中心體(3)可以剛性地連接到需要減振的物體，并且減振體(1)通過兩個彈性元件(2)連接于縱向中心體(3)，其特征在于，彈性元件(2)構(gòu)形為具有兩個基本上相對的端面和一個縱向中心體(3)穿過的開口；兩個墊圈(5)剛性地連接于縱向中心體(3)，從而減振體(1)放置在這兩個墊圈(5)之間；以及彈性元件(2)放置在兩個墊圈(5)和減振體(1)之間，使得每個彈性元件(2)的端面之一剛性地連接于減振體(1)，從而在減振體(1)與縱向中心體(3)之間的相對運動期間，彈性元件(2)基本上承受剪切力。
2.根據(jù)權利要求1的減振裝置，其特征在于，彈性元件(2)由人造橡膠材料制成并且通過化學鍵接或者硫化過程固定。
3.根據(jù)權利要求1的用于減緩振動的減振裝置，其特征在于，彈性元件(2)被制成彈性墊圈或者具有平行端面的短中空圓柱體。
4.根據(jù)權利要求1的減振裝置，其特征在于，彈性元件(2)通過中間墊圈(7)連接于減振體(1)和墊圈(5)，中間墊圈(7)利用例如膠接或機械鎖連接于墊圈(5)。
5.根據(jù)權利要求1的減振裝置，其特征在于，彈性元件(2)的厚度或者端面間的距離的尺寸確定為來確定減振體(1)的固有頻率，并且可以通過改變該厚度來調(diào)整其固有頻率。
6.根據(jù)權利要求1的減振裝置，其特征在于，縱向中心體(3)的外徑適應于鉆孔(6)的直徑，具有用于接受減振液(4)的小間隙。
7.根據(jù)權利要求6的減振裝置，其特征在于，減振體(1)包括用于噴射間隙內(nèi)的減振液的開口。
8.根據(jù)權利要求1的減振裝置，其特征在于，減振體(1)設置在鉆桿(9)內(nèi)的腔中，該腔在鉆桿(9)中基本為軸向并且是圓柱形的；縱向中心體(3)包括軸向延伸的管，并且能引導冷卻液，其中管(3)可以剛性地連接于鉆桿(9)的用于冷卻液的內(nèi)部鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減振裝置，用于減緩機床中刀架、機床元件和工件中的振動以及受到不希望的振動的其它物體的振動。減振裝置可以設置在物體內(nèi)或者物體上，并且包括基本為圓柱形的減振體(1)，其具有貫穿其中的鉆孔(6)以及穿過鉆孔縱向延伸的中心體(3)，該中心體(3)可以剛性地連接于需要減振的物體。減振體(1)和縱向中心體通過彈性元件(2)連接。該連接使彈性元件(2)在減振過程中基本上承受剪切力。
文檔編號F16F7/10GK1665629SQ03815509
公開日2005年9月7日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權日2002年4月30日
發(fā)明者安德斯·迪格內(nèi)斯 申請人:蒂尼斯公司