阅读说明：本技术 阻尼装置和具有这种阻尼装置的刀具保持装置 (Damping device and tool holder with such a damping device ) 是由 京特·布克 于 2018-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于在工件的切削加工期间阻尼刀具保持装置(10)的振动的阻尼装置。阻尼装置(25)包括具备两个端部(39、40)的阻尼体(38),在两个端部上分别布置有阻尼装备(47、48),阻尼装备具有与阻尼体(38)刚性连接的支承栓柱(51)和在圆周方向上包围住支承栓柱(51)的支承套(64),其中,在支承栓柱(51)和支承套(64)之间布置有被阻尼流体填充的环形空间(71),该环形空间在轴线方向上可弹性变形的密封环(73、74)密封住。为了在不需要使用者进行手动调较的情况下实现有效的振动阻尼,两个密封环(73、74)分别具有第一和第二贴靠区域(76、77)以及弹性的中间区域(78),其中,第一贴靠区域(76)材料锁合地与支承栓柱(51)连接,并且第二贴靠区域(77)材料锁合地与支承套(64)连接,并且其中,弹性的中间区域(78)布置在两个贴靠区域(76、77)之间,并且能够相对于支承栓柱(51)并且相对于支承套(64)弹性地变形。此外还建议了一种具有这种阻尼装置(25)的刀具保持装置(10)。(The invention relates to a damping device for damping vibrations of a tool holder (10) during machining of a workpiece. The damping device (25) comprises a damping body (38) having two ends (39, 40), on each of which a damping arrangement (47, 48) is arranged, which has a bearing pin (51) rigidly connected to the damping body (38) and a bearing sleeve (64) surrounding the bearing pin (51) in the circumferential direction, wherein an annular space (71) filled with a damping fluid is arranged between the bearing pin (51) and the bearing sleeve (64), which is sealed by an axially elastically deformable sealing ring (73, 74). In order to achieve effective vibration damping without requiring manual adjustment by the user, the two sealing rings (73, 74) each have a first and a second contact region (76, 77) and an elastic intermediate region (78), wherein the first contact region (76) is connected in a material-locking manner to the bearing pin (51) and the second contact region (77) is connected in a material-locking manner to the bearing sleeve (64), and wherein the elastic intermediate region (78) is arranged between the two contact regions (76, 77) and can be elastically deformed relative to the bearing pin (51) and relative to the bearing sleeve (64). Furthermore, a tool holder (10) having such a damping device (25) is proposed.)

阻尼装置和具有这种阻尼装置的刀具保持装置

技术领域

本发明涉及一种用于在切削加工工件期间被动地阻尼刀具保持装置的振动的阻尼装置，其中，阻尼装置具备带有第一端部和第二端部的阻尼体，并且其中，在两个端部上分别布置有阻尼装备，阻尼装置具有与阻尼体刚性地连接的支承栓柱和在圆周方向上包围住支承栓柱的支承套，其中，在支承栓柱和支承套之间布置了被阻尼流体填充的环形空间，这个环形空间相对于阻尼装置的纵轴线被两个在轴向上彼此间隔开布置的、可弹性变形的密封环密封住。

背景技术

为了切削加工工件、尤其是金属工件，要使用刀具保持装置，它们能够直接地或者在使用单独的接口部件的情况下与机床的机床主轴联接，并且它们能够承载用于切削加工工件的刀具，例如车削刀具、钻孔刀具或铣切刀具。这类刀具保持装置尤其可以设计成钻杆的形式。刀具保持装置可以具有自身直径多倍的长度。这导致刀具保持装置的刚度减小，并且可能导致刀具保持装置在切削加工工件期间激发振动。这种振动可能传递到布置到刀具保持装置上的刀具上，并且影响加工质量。例如，这种振动可能让工件的表面品质变差，并且也可能导致工件尺寸错误。此外，因此这样的振动还可能损坏刀具。

为了抵抗这样的振动，公知用于被动地阻尼振动的阻尼装置，它们可以集成到刀具保持装置中。刀具保持装置为此可以具有空心腔，其中可以布置阻尼装置。在US 3,774,730A中，为此建议了一种具有圆柱形阻尼体的阻尼装置，阻尼体的端部构造成圆椎体形式并且分别具有在圆周方向上环绕的环形槽，其中布置了O形环。对阻尼体的支承通过设计为弹性的O形环实现，该O形环利用其背离阻尼体的外侧分别靠在阻尼装置的压力板上。两个压力板的其中一个在轴向方向上可运动地支承，并且可以通过调节螺丝相对于阻尼体推移，从而由此改变作用于O形环的预紧力。这会导致阻尼装置的阻尼性能发生变化。最佳地设置预紧力可以实现有效的振动阻尼。然而，设置预紧力对于使用者来说通常很困难，并且潜藏着设置错误的危险。

在US 7,661,912B2中，为了被动地阻尼刀具保持装置的振动，建议了一种带有阻尼体的阻尼装置，它在其第一端部上并且在其第二端部上分别承载有阻尼装备。这些阻尼装置分别具有与阻尼体刚性连接的支承栓柱，该支承栓柱在圆周方向上被支承套包围住。支承套在径向上与支承栓柱间隔开地布置，从而在支承栓柱和支承套之间构成环形空间。这个环形空间容纳粘稠的阻尼流体，并且在轴向方向上被两个在轴向上彼此间隔开布置的密封环密封住。阻尼装置的阻尼性能可以进行调较，为此要对O形环之间的轴向距离进行设定。在最佳地进行调较时，可以实现有效的振动阻尼，然而在这样设计阻尼装置时也存在需要精细调节的风险。

发明内容

因此，本发明的任务是，以如下方式改进开头所述类型的阻尼装置，使得能够在不需要使用者手动调较的情况下实现有效的振动阻尼。

所述任务在此类属的阻尼装置中根据本发明通过以下方式得以解决，即，两个密封环分别具有第一贴靠区域和第二贴靠区域以及弹性的中间区域，其中，第一贴靠区域与支承栓柱材料锁合地连接，并且第二贴靠区域与支承套材料锁合地连接，并且其中，中间区域布置在两个贴靠区域之间，并且能够相对于支承栓柱且相对于支承套弹性地变形。

在根据本发明的阻尼装置中，通过组合使用可弹性变形的密封环和阻尼流体实现对振动的被动阻尼。这些密封环具有双重功能，即，它们一方面成对地密封住容纳阻尼流体的环形空间，并且另一方面施加影响阻尼装置的阻尼性能的弹簧作用。密封环与支承栓柱还有支承套的材料锁合的连接具有以下优点，即，能够可靠地密封住被密封流体填充的环形空间。即使在密封体发生振动的情况下，也完全不存在阻尼流体从环形空间溢出的风险。

此外，这种材料锁合的连接还有以下优点，即，使得可以计算、从而可以预测并可以重现阻尼装置的阻尼性能，只要这些密封环具有与支承栓柱材料锁合连接的第一贴靠区域、与支承套材料锁合连接的第二贴靠区域和布置在贴靠区域之间的中间区域。第一贴靠区域布置在密封环的环形内侧，并且第二贴靠区域布置在密封环的环形外侧。

优选地，第一贴靠区域沉入支承栓柱的容纳槽中。

优选地，第二贴靠区域沉入支承套的容纳槽中。

基于它们与支承栓柱或支承套的材料锁合的连接，两个贴靠区域仅仅略微地有助于密封环的弹簧作用。密封环的弹性的作用首先通过中间区域得以确保，这个中间区域在径向方向上设置在两个贴靠区域之间，从而因此布置在环形内侧和环形外侧之间的区域内。

密封环尤其是可以如下地设置，即，中间区域既不沉入支承栓柱的容纳槽，也不沉入支承套的容纳槽。

中间区域相对于支承栓柱并且相对于支承套可变形，并且起弹性作用，这种弹性作用可以预先计算并且可以结合其他的、同样可以预先计算且可预设的影响变量(譬如阻尼体的质量、要使用的阻尼流体的类型和环形空间的长度及宽度)一起决定阻尼装置的阻尼性能。根据本发明的阻尼装置的阻尼性能从而可以在阻尼装置的生产工厂里预先设定，并且不需要由使用者手动地调较每个个别的阻尼装置。阻尼装置可以大批量地制成，并且它们在实践中具有保持一致的阻尼性能。

密封环的贴靠区域和阻尼装置的支承栓柱或支承套之间的材料锁合的连接例如可以以粘合连接的方式设计，其方式为，密封环的第一贴靠区域与支承栓柱粘合，并且密封环的第二贴靠区域与支承套粘合。

密封环的贴靠区域在横截面方面例如可以构造为多边形的，尤其是三角形的或者四边形的。密封环的贴靠区域在横截面方面例如可以构造为矩形的、正方形的、梯形的或者菱形的。

在本发明的一种优选设计方案中，密封环的两个贴靠区域在横截面方面具有圆形截段的形状。因此它们优选地分别构成圆的部分区域，该部分区域被一条圆弧和一条弦界定。沿着这个圆弧可以让密封环与支承栓柱或支承套材料锁合地连接。尤其是贴靠面可以沿着这个圆弧延伸，利用它使得密封环整面地贴靠在支承栓柱或支承套上。在弦上可以邻接有密封环的中间区域。

特别有利的是，贴靠区域的圆弧延伸过至少120°的角度范围，优选地延伸过150°到180°的角度范围。在角度范围为180°时，密封环的贴靠区域在横截面方面设计为半圆形。

有利的是，密封环的两个贴靠区域设计成一样的。

优选地，贴靠区域分别被支承栓柱的或支承套的环形槽容纳。环形槽在横截面方面例如可以设计为U形的或C形的。

有利的是，贴靠区域整面地靠在各个环形槽的壁上。环形槽的横截面有利地等同于贴靠区域的沉入环形槽中的横截面。

布置在两个贴靠区域之间的弹性的中间区域具有可预设的横截面几何形状，它使得对阻尼装置的阻尼性能的计算变得简单。例如可以设置的是，让弹性的中间区域的横截面构造成梯形的或圆筒形的。

在本发明的一种特别优选的设计方案中，弹性的中间区域在横截面方面设计成矩形的或者方形的。

正如已经提过的那样，分别布置在阻尼体的端部上的阻尼装备具有与阻尼体刚性连接的支承栓柱。

支承栓柱可以一体式地与阻尼体相连，也就是与阻尼体一起构成一件式的构件，它由一种统一的材料制成。

作为替选，支承栓柱可以构成单独的构件，它与阻尼体机械地连接。尤其是支承栓柱可以与阻尼体旋拧连接。

相比阻尼体，支承栓柱可以由成本更低的材料制成。

例如支承栓柱可以由钢制成。

在切削加工工件期间，阻尼体就阻尼装置的纵轴线而言不仅沿着轴向方向振动，而且还沿着径向方向振动。这种振动从阻尼体传递到与阻尼体刚性连接的支承栓柱上。从支承栓柱可以让振动经由密封环和阻尼流体传递到支承套，在此期间振动受到了阻尼。

在传递轴向取向的振动时，密封环承受剪切负荷，这种剪切负荷与轴向振动的振幅有关。为了限定这种剪切符合，有利的是，支承套在轴向方向上与阻尼体间隔开布置，这个距离为至少0.3mm且最多1mm。

尤其可以设置的是，支承套和阻尼体之间的轴向距离为0.3mm到0.8mm，例如0.5mm到0.6mm。

在阻尼体和支承套之间设置轴向上的有限的距离确保了，可以固定在刀具保持装置的空心腔内的支承套构成止挡件，当轴向的振动具有很大的振幅时，阻尼体就被挡在这个止挡件上。可弹性变形的密封环的剪切负荷由此受到限制。

在阻尼体和支承套之间设置0.3mm的最小距离被证明是有利的，从而通过阻尼装置也有效地阻尼轴向的振动。

分别在轴向上界定出环形空间的密封环优选地由一种可弹性变形的材料制成，尤其是由一种弹性体材料制成。

有利的是，密封环由硅树胶材料制成。硅树胶材料具有可观的耐高温性，从而让密封环能够可靠地承受住因为密封体振动引起的温度负荷。

阻尼流体优选地是硅油。

阻尼体优选地由一种重金属、尤其是一种复合材料形式的重金属制成。

优选地，阻尼体具有至少90％的钨含量。

阻尼体的密度有利地至少为17g/cm³。

可以设置的是，每个阻尼装置的两个密封环都构造成一样的。

有利地，布置在阻尼体的两个端部上的阻尼装备设计成一样的。

在本发明的一种有利设计方案中，阻尼体设计成柱形的、优选地设计成圆柱形的。

阻尼体的长度、也就是阻尼体的轴向延伸度、优选地大于阻尼体的直径。

特别有利的是，布置在阻尼体的两个端部上的阻尼装备能够与阻尼体可松脱地连接。

尤其可以设置的是，阻尼装置能够与阻尼体旋拧连接。

有利的是，布置在阻尼体的两个端部上的支承栓柱构造成空心栓柱。

将支承栓柱设计成空心栓柱的形式使得能够分别将连接螺丝穿过支承栓柱，从而借助连接螺丝将支承栓柱与阻尼体刚性地连接。

特别有利的是，布置在阻尼体的端部上的阻尼装备分别构造为可更换的阻尼模块。

优选地，布置在阻尼体的端部上的阻尼模块设计成一样的。这样就允许较大批量地制造这种阻尼模块，从而降低生产成本。

本发明还涉及一种具有保持体并且具有开头所述类型的阻尼装置的刀具保持装置。保持体具有中央的空心腔，这个空心腔从空心腔底部延伸至保持体的端侧，并且阻尼装置布置在其中，其中，阻尼装置的支承套固定在保持体上。正如已经提及的那样，通过使用布置在保持体的空心腔内的阻尼装置能够实现对振动的有效阻尼，这些振动是在使用刀具保持装置期间因为切削加工工件而引起的。

有利的是，阻尼装置的支承套分别借助至少一个形状锁合元件与保持体相连。作为形状锁合元件例如可以使用销或螺丝，尤其是圆柱销或圆椎销、例如圆锥螺纹销。

在根据本发明的刀具保持装置的一种有利设计方案中，在保持体的空心腔内，朝着其端侧的方向有刀具容纳件与阻尼装置邻接，其中，刀具容纳件至少延伸至保持体的端侧，并且设计成用于可松脱地与用于切削加工工件的刀具进行连接。借助刀具容纳件可以在保持体的端侧上固定被用于切削加工工件的刀具，例如钻孔刀具。还可以设置的是，保持体具有与阻尼装置邻接的容纳部，用于可松脱地与刀具直接连接。阻尼装置在这类设计方案中布置在与刀具具有小的距离的位置上。基于这样小的距离，能够特别有效地阻尼在切削加工工件期间产生的振动。

在它的背离端侧的背侧上，保持体在本发明的一种有利设计方案中具有连接元件，这个连接元件被设计用于与接口部件可松脱地连接，从而将刀具保持装置与机床的机床主轴连接起来。

还可以设置的是，刀具保持装置能够与机床主轴直接连接。为了进行连接，刀具保持装置例如可以具有陡锥或空心轴锥，其布置在保持体的背离端侧的背侧上。

优选地，刀具保持装置连同接口部件、刀具保持件和刀具一起构成模块式的刀具系统。接口部件可以构成刀具系统的第一模块，它使得刀具系统能够与机床的机床主轴连接。第一模块可以邻接第二模块形式的刀具保持装置，开头所述类型的阻尼装置被集成到其中，并且阻尼装置在端侧承载刀具容纳件。在第二模块上可以邻接有刀具形式的第三模块，例如是铣切刀具或钻孔刀具，用于切削加工工件。

附图说明

下面结合附图更详尽地阐述本发明的一种有利实施方式。图中：

图1示出具有集成的阻尼装置的刀具保持装置的剖面图，其中，阻尼装置具有两个设计相同的阻尼装备，在它们之间布置有阻尼体；

图2示出图1所示的阻尼装置的阻尼装备的剖面图；

图3示出图2所示的阻尼装备的密封环的剖面图；

图4示出具有图1所示的刀具保持装置的模块式刀具系统的侧视图。

具体实施方式

图中示意性地示出了根据本发明的刀具保持装置的一种有利的实施方式，该刀具保持装置在总体上用附图标记10表示。在这个刀具保持装置中集成了同样示意性示出的根据本发明的阻尼装置25的有利实施方式。

刀具保持装置具有纵长形的、在所示实施例中为圆柱形的保持体12，它具有与刀具保持装置10的纵轴线14共轴的柱形空心腔16。空心腔16从空心腔底部17延伸至保持体12的端侧18。

在其背离端侧18的背侧19上，保持体12构成连接元件，连接元件在所示实施例中构造成连接栓柱20。

在空心腔16内布置有阻尼装置25。在空心腔16内，刀具容纳件28邻接阻尼装置25的背离空心腔底部17的一侧。刀具容纳件28具有与纵轴线14共轴的凹陷部30。刀具容纳件28允许将刀具保持装置10与图4中示意性示出的刀具32相连，并且连接栓柱20允许将刀具保持装置10与图4中所示的接口部件34相连，在这个接口部件的帮助下能够将刀具保持装置10与机床的机床主轴连接起来。刀具保持装置10与刀具容纳件28、刀具32和接口部件34组合构成模块式的刀具系统36，它可以围绕着纵轴线14发生转动，从而对工件进行切削加工。

为了阻尼在切削加工期间产生的振动，阻尼装置25被集成到刀具保持装置10中。阻尼装置25具有纵长形的阻尼体38，它由一种重金属-复合材料构成。在所示实施例中，阻尼体38由一种钨含量为至少90％的复合材料制成。阻尼体38的密度在所示实施例中为至少17g/cm³。

阻尼体38在所示实施例中设计成圆柱体的，并且具有第一端部39、第二端部40以及周侧面41。在所示实施例中，阻尼体38的长度、也就是它与纵轴线14平行的延伸度、大于它横向于纵轴线14的直径。然而，本发明不局限于这样的设计方案，而是阻尼体的长度也可以小于它的直径。阻尼体38与纵轴线14共轴地取向，其中，周侧面41与空心腔16的内壁43具有距离。这个距离有利地最大2mm，优选0.5到0.8mm。

阻尼体38具有中央的贯通钻孔44，这个贯通钻孔被冷却剂管线45穿过。通过这个冷却剂管线45可以在对工件进行切削加工期间向借助刀具容纳件28布置在保持体12的端侧18上的刀具32输送冷却剂。

阻尼体38在空心腔16内的支承通过布置在第一端部39上的第一阻尼装备47和布置在第二端部40上的第二阻尼装置48实现。两个阻尼装备47、48在所示实施例中设计成一样的，并且分别构成可更换的阻尼模块，这个阻尼模块能够与阻尼体38可松脱地连接，尤其是可以旋拧。

第一阻尼装备47在图2中放大示出，并且在下面得以详尽阐述，其中，阐述内容同样也适用于构造相同的第二阻尼装备48。

阻尼装置47具有空心栓柱形式的支承栓柱51，它包括中央的贯通开口52。贯通开口52被空心螺丝54穿过，在它的帮助下，支承栓柱51刚性地并且可松脱地与阻尼体38相连。

支承栓柱51具有朝向阻尼体38的凸缘56，这个凸缘利用端部部段57沉入阻尼体38的端侧凹陷部59内，并且与通过径向朝外的台阶61拓宽的栓柱部段62邻接。通过台阶61使得支承栓柱51支撑在阻尼体38上。

支承栓柱51在圆周方向上被支承套64包围住，这个支承套设计成空心圆柱体的，并且具有侧向的凹陷部65。在阻尼装置25处于安装状态时，形状锁合元件沉入到它的侧向凹陷部65中，这个形状锁合元件在所示实施例中设计成圆锥螺纹销67。圆椎螺纹销67穿过保持体12的侧壁69，这个侧壁在圆周方向上界定出空心腔16。借助圆椎螺纹销67将支承套64固定在空心腔16内。

在支承栓柱51和支承套64之间延伸着环形空间71，它被在图中为了看得更清楚而没有示出的阻尼流体所填充。在所示实施例中，使用硅油作为阻尼流体。

在轴向方向上，环形空间71被第一密封环73和第二密封环74界定并且被密封住。两个密封环73、74确保了密封流体不会从环形空间71逸出。

两个密封环73、74构造成相同的，并且分别能够弹性变形。在所示实施例中，两个密封环73、74由硅树胶材料制成。

正如可以从图3中看出的那样，两个密封环73、74分别具有第一贴靠区域76、第二贴靠区域77和布置在第一贴靠区域76和第二贴靠区域77之间的中间区域78。每个密封环73、74的第一贴靠区域76都沉入到在圆周方向上包围住支承栓柱61的外部环形槽81中，外部环形槽在所示实施例中形状锁合地容纳住第一贴靠区域76。每个密封环73、74的第二贴靠区域77沉入到在支承套74的内侧形成的内部环形槽83中，内部环形槽在所示实施例中形状锁合地容纳第二贴靠区域77。总体上，支承栓柱51具有两个在轴向上间隔开布置的外部环形槽81，并且支承套64具有两个在轴向上相互间隔开布置的内部环形槽83。两个贴靠区域76、77设计成一样的，并且它们在横截面方面分别具有圆形截断的形状，这个圆形截段被圆弧85和一条弦87界定。贴靠面沿着圆弧85延伸，密封环73、77利用这些贴靠面在中间加入了在图中未示出的粘合层的情况下整面地贴靠在支承栓柱51上或支承套61上，并且中间区域78与弦87邻接。

第一贴靠区域76与支承栓柱51材料锁合地连接，在所示实施例中，第一贴靠区域76与支承栓柱51粘合。以相应的方式，第二贴靠区域77材料锁合地与支承套64相连，在所示实施例中，第二贴靠区域77与支承套64粘合。

布置在两个贴靠区域76、77之间的中间区域78在所示实施例中具有矩形的横截面，它不仅能够相对于支承栓柱51而且还能够相对于支承套64弹性地变形。通过提供中间区域，确保了两个密封环73、74施加弹动作用，尽管这些贴靠区域76、77与支承栓柱51或支承套64是材料锁合连接的。

正如已经提过的那样，支承栓柱51在凸缘56的台阶61的区域中直接贴靠在阻尼体38上，并且与阻尼体38刚性地连接。阻尼体38的振动因此直接被传递给支承栓柱51。

与支承栓柱51相反，支承套64在轴向方向上与阻尼体38具有距离，其中，距离为最大1mm。尤其可以设置的是，距离为大约0.3mm到大约0.7mm，优选地0.5mm。

刀具保持装置10在对工件进行切削加工期间激发的振荡可以借助阻尼装置25有效地被阻尼。阻尼作用尤其是由阻尼体38的质量、环形空间71的长度和宽度、阻尼流体的类型和密封环73、74的弹性效果决定。因为密封环73、74与支承栓柱51并且与支承套64材料锁合地连接，所以形状锁合地沉入到环形槽81或83内的贴靠区域76、77的弹性效果在一次近似的情况下小到可以忽略，并且密封环73、74的弹性效果基本上由相应的中间区域78预先确定，这个中间区域在所示实施例中在不变形的状态下具有矩形的横截面，并且它的弹性变形既不会受到支承栓柱51影响也不会受到支承套64影响。这就使得密封环73、74的弹簧作用以及阻尼装置25的总体上的阻尼性能可以被计算，并且因此通过选择阻尼体38的质量、阻尼流体的类型以及被填充阻尼流体的环形空间71的长度和宽度并且通过选择密封环73、74的材料属性在生产工厂被预先确定。不需要使用者对阻尼装置25进行手动调较。

正如已经提到的那样，刀具保持装置10连同集成的阻尼装置25和集成的刀具容纳件28构成可更换的模块，这个可更换的模块与刀具2和接口部件34组合构成模块式的刀具系统36。在此可以使用各种不同的接口部件34，它们使得能够与机床主轴的各种不同的容纳装置进行接合。以相同的方式，也可以使用不同设计的刀具32，用于以不同的方式切削加工工件。在切削加工期间产生的振动可以通过阻尼装置25有效地阻尼。