一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具的制作方法

1.本发明涉及高精度智能切削设备技术领域，特别涉及一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具。


背景技术：

2.机械切削加工行业，永磁材料零件及其组合体的深孔加工等工艺是会在永磁环境下进行，在新能源车、风力发电、同步电机底座等领域，永磁机械零件应用日益广泛，但在永磁零件如强磁电机定子等零件中的精密孔，特别是深孔的镗削加工中，工件有较强的磁力，对黑色金属材料的机床、工具及刀具等有较强的吸引力，严重干扰金属切削过程及加工精度。
3.而当前存在的问题是，加工深孔用的内孔刀具悬伸比很大，由于刚性不足，很容易产生振动，影响加工精度和效率。而加上强磁力的作用，镗孔刀具在孔的进口处和出口处加工时刀具伸入零件磁场内的深度不同，造成因磁场吸引力大小的不同，而刀杆等工艺系统变形程度也不同，加工尺寸差距达2-3mm以上，而且加工尺寸一致变化，极不稳定，而无法满足高精度孔的加工要求。现有一些减振方式，例如，通过数控补偿方式，但这种方式尺寸补偿量难以准确计算，每次切削都不一致，常常造成尺寸超差、内孔圆柱度超差等问题而报废工件，很难保证产品合格。特别是现有的情况下，刀具悬伸长，刚性差，切削容易产生振动，切削量较小，加工效率低，受磁力场的影响，刀具刚性更不稳定，难以控制切削稳定性，加工表面粗糙度差。
4.如申请号为201920177324 .0的中国专利公开的一种阻尼减振器及应用该阻尼减振器的刀杆和刀具，包括调整杆，质量块通过间隙配合套设于调整杆的外部，支撑块组件设于所述调整杆的两端，弹性体组件套设于所述调整杆的外部且置于所述质量块与所述支撑块组件之间；所述支撑块组件、弹性体组件、质量块密封连接，所述质量块与调整杆之间的间隙填充阻尼油。该现有技术具有很好的减振系统，但用在永磁环境孔加工的话，同样会存在上述的问题。又如申请号为202111624666.0的中国专利公开的一种阻尼减振刀具，包括刀杆、套装在所述刀杆外侧的套筒、设置在所述套筒内的质量块、设置在所述质量块内的第一弹性支撑圈、设置在所述质量块两端的支撑座以及填充在所述质量块与所述刀杆之间的间隙内的阻尼油，还包括周向分布在所述套筒内壁上的第一磁性件和周向分布在所述质量块外壁上的第二磁性件，所述第一磁性件与所述第二磁性件呈同极相对设置。这种现有结构本身结构不对称，又有进气结构和磁性结构，在磁场中使用就更加不稳定，更加无法满足永磁环境下的高精度智能化制造的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种磁场环境下加工深孔精度更高并能应用于智能制造的永磁零件深孔加工用防磁减振刀具。
6.本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种永磁零件深孔加工用防
磁减振刀具，包括减振刀杆和所述减振刀杆前侧安装连接有的刀头，所述减振刀杆包括阻尼减振器和用于装配所述阻尼减振器的刀杆本体，所述阻尼减振器包括调整杆、配重质量模块、前端支撑块和后端支撑块，所述配重质量模块通过间隙配合套设于所述调整杆的外围，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液，所述前端支撑块和后端支撑块分别安装连接在调整杆的前端和后端，所述配重质量模块处在所述前端支撑块和所述后端支撑块之间，所述前端支撑块后端和配重质量模块前端之间夹设有前弹性体，所述后端支撑块前端和配重质量模块后端之间夹设有后弹性体，刀杆本体、所述调整杆、配重质量模块、前端支撑块和后端支撑块均为无磁钢结构件，所述配重质量模块与调整杆之间的间隙填充有第一阻尼液，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液，所述前弹性体和所述后弹性体均为磁流变弹性体。
7.作为本发明的优选，所述无磁钢结构件的磁导率≤1.319
×
10-6h/m。
8.作为本发明的优选，所述调整杆内部中空且在中空处设置有电磁线圈。
9.作为本发明的优选，所述调整杆内部中空处嵌入有电磁线圈安置舱，所述电磁线圈安置舱呈圆柱状，所述电磁线圈安置舱的内部设置有轴向与所述调整杆一致的缠绕轴柱，所述电磁线圈绕设在所述缠绕轴柱上。
10.作为本发明的优选，所述缠绕轴柱形成有轴向间隔分布的绕制槽。
11.作为本发明的优选，所述缠绕轴柱的其中一端为固定端与电磁线圈安置舱其中一侧固定而另一端为自由端。
12.作为本发明的优选，所述缠绕轴柱为弹性柱。
13.作为本发明的优选，所述电磁线圈安置舱中填充有第二阻尼液。
14.作为本发明的优选，所述电磁线圈和所述绕制槽之间存在空隙。
15.作为本发明的优选，所述减振刀杆靠刀头的位置设置有霍尔传感器。
16.本发明的有益效果：极大地减少了磁场环境对深孔加工的影响，使得刀具的使用更加稳定可靠，从而可以进行高精度的深孔加工；根据磁场本身的环境属性，刀具减振系统可以做出相应的反馈，以提升减振效果，控制性更好，可以满足智能化制造的要求。
附图说明
17.图1是实施例1中的防磁减振刀具轴向切开后的立体结构示意图；图2是图1中电磁线圈安置舱处的立体结构示意图；图3是图2中的电磁线圈安置舱进一步优化后的立体结构示意图。
实施方式
18.以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
19.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后，可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
20.实施例，如图1-3所示，一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，包括减振刀杆和所述减振刀杆前侧安装连接有的刀头，所述减振刀杆包括阻尼减振器和用于装配所述阻尼减振器的刀杆本体1，所述阻尼减振器包括调整杆2、配重质量模块3、前端支撑块41和后端
支撑块42，这个基本构造是参照申请号为201920177324 .0的中国专利公开的一种阻尼减振器及应用该阻尼减振器的刀杆和刀具的，并还具有以下特征：所述配重质量模块3通过间隙配合套设于所述调整杆2的外围，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液，所述前端支撑块41和后端支撑块42分别安装连接在调整杆2的前端和后端，所述配重质量模块处在所述前端支撑块41和所述后端支撑块42之间，所述前端支撑块41后端和配重质量模块3前端之间夹设有前弹性体51，所述后端支撑块42前端和配重质量模块3后端之间夹设有后弹性体52。但本技术的重大改进要点在于：1、刀杆本体1、所述调整杆2、配重质量模块3、前端支撑块41和后端支撑块42均为无磁钢结构件；2、所述配重质量模块3与调整杆2之间的间隙填充有第一阻尼液，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液；3、所述前弹性体51和所述后弹性体52均为磁流变弹性体。第1点的设置，使得柱体制造材料无磁性，避免了被加工的永磁材料磁力场对切削刀杆磁性力的影响；第2点的设置，使得减振系统根据不同磁场环境是可以改变的，以达到最优的减振效果，当外部磁场较大就会有更强的振动，振动频率变大，磁流变阻尼液跟随着磁场变化刚度的，以适应不同磁场环境来进行更有效的减振；第3点的设置类似于第2点，但是这是对原有弹性体的改进，原因的弹性体是采用一般的橡胶弹性体等，不会对磁场产生应变能力，本实施例在该处的设置，也是使得弹性体在磁场环境中能自适应，磁场变大振动会变强变快，频率快了需要减振的反应也要跟上，则弹性体的刚性要加强，相反，磁场低的情况下，弹性体会做出相反的反馈来适应，使得减振系统的应变能力可以变强。这里需要指出的是，应变主要还是在磁流变阻尼液，这个对于整个减振系统的性能提升是主要的，弹性体部分的改变也是辅助磁流变阻尼液，因为磁流变阻尼液是在轴向延伸经过了大部分的刀杆所在区域。另外，值得注意的是，为什么都整体结构都采用了无磁性钢结构，但还是对减振系统也做了改进，是因为刀头我们采用的硬质合金切削刀头，是需要带铁磁性的钴或者其他能被磁场作用的材料成分的，或者采用磁性钢刀头，因为磁性不锈钢比非磁性不锈钢更硬、更坚固，所以刀头一般不会采用非磁性不锈钢这种偏软的材质的，特别是在对硬度大的零件、对加工要求高等情况下，是不会用非磁性不锈钢刀头的，所以，刀头是会受到磁场力作用的，所以在加工过程中，刀头会受到磁场作用影响，从而也会带动刀杆其他构造振动等，使得稳定性出现问题，所以上述结构设计，不仅减少了磁场对刀杆主体部分的影响，同时在刀头受到影响产生较大振动的情况下，减振系统进一步优化，针对不同的磁场环境做出相应的减振应对，及时性、适应能力方面都能得到优化。
21.在实施的细节上，配重质量模块3通过间隙配合套设于调整杆2的外围。调整杆2的前后端部分的外侧开设形成外螺纹与前端支撑块41和后端支撑块42分别通过螺纹配合方式连接，当然，前端支撑块41和后端支撑块42的内部开设相应的内螺纹。前弹性体51的前后同样需要设置密封圈以确保与前端支撑块41和配重质量模块3之间的密封性，即确保第一阻尼液不易外漏，当然，后弹性体52的前后侧也是需要确保密封性的。前、后弹性体也可以采用台阶式的结构，在轴向和径向上都能起到不错的减振效果。这些基础的构造可以借鉴申请号为201920177324 .0的中国专利公开的一种阻尼减振器及应用该阻尼减振器的刀杆和刀具。
22.进一步，所述无磁钢结构件的磁导率≤1.319
×
10-6h/m。即，刀杆本体1、所述调整杆2、配重质量模块3、前端支撑块41和后端支撑块42都是采用磁导率特别低的材料制作而成的，可以大大降低对刀杆的整体影响，极大减少振动等不良扰动，使得刀具的使用能更加
稳定。
23.作为优选，所述调整杆2内部中空且在中空处设置有电磁线圈x。由于永磁零件加工，永磁环境的磁场强度较大的区域主要集中在刀头位置和刀杆外侧，对于处在刀杆内部并离刀头位置较远的第一阻尼液来说，即便是采用了磁流变阻尼液，但永磁环境这种磁流变阻尼液的控制和影响是较小的，就不能很好地发挥作用，而能主动进行控制的电磁场的引入就能有效管控磁流变阻尼液的工况，根据外界不同的刀头处的不同磁场环境进行电磁场的施加及强弱控制，使得磁流变阻尼液适应不同的振动环境来更好地进行减振。为了配合这个工作，可以进一步设计：所述减振刀杆靠刀头的位置设置有霍尔传感器h，防磁减振刀具在靠近刀头的位置处安装连接霍尔传感器h来检测刀头位置的磁场环境并反馈给相应自动控制系统的微处理器，再由微处理器控制线圈的通电情况来实现电磁场条件的精准施加，从而达到更好的减振效果，并实现自动化控制，霍尔传感器h可以安装连接在刀杆本体1或者前端支撑块41上。
24.作为优选，所述调整杆2内部中空处嵌入有电磁线圈安置舱c，所述电磁线圈安置舱c呈圆柱状并轴向与调整杆2一致，电磁线圈安置舱c也可以采用无磁钢制作并中空。所述电磁线圈安置舱c的内部设置有轴向与所述调整杆2一致的缠绕轴柱c1，也即这两者都是跟调整杆或者说刀杆的轴向是一致的并且所述电磁线圈x绕设在所述缠绕轴柱c1上，进一步，所述缠绕轴柱c1形成有轴向间隔分布的绕制槽c11，绕制槽c11为环形状的槽体结构。当然，电磁线圈的线头是要穿出电磁线圈安置舱c的，所以电磁线圈安置舱c的端部需要设置相应的线孔并做好密封，保证线束进出又能将内部环境密封保护起来。
25.进一步优选，所述缠绕轴柱c1的其中一端为固定端与电磁线圈安置舱c其中一侧固定而另一端为自由端。缠绕轴柱c1整体呈圆柱状，并优选前端与电磁线圈安置舱c的前端盖内侧固定柱通过胶黏或者螺栓连接等方式固定住即可，电磁线圈安置舱c的前后侧优选是有密封端盖的，分为前端盖后端盖，前端盖固定住缠绕轴柱c1的前端，并且前端盖与电磁线圈安置舱c螺纹连接，这样方便拆卸更换维修，当然需要在端口垫密封圈，而电磁线圈安置舱c的后端盖可以一体成型在电磁线圈安置舱c的后侧端口并开设上述的线头穿孔供线圈出线即可。
26.作为优选，所述缠绕轴柱c1为弹性柱，可以是橡胶柱，因为当外部磁场始终会对内侧如果施加电磁场的情况下会有干扰，因为电磁场即便是铜线圈产生的，磁场间也会有作用力来干扰，会使得线圈晃动，虽然这种干扰很微小，但是通过这种设计，可以极大减少这种影响。进一步，所述电磁线圈安置舱c中填充有第二阻尼液，进一步内部的减振效果，第二阻尼液也可以采用磁流变阻尼液，但内部即使有振动也很小，也可以采用普通的阻尼油液。
27.为了装配的需要，电磁线圈安置舱c外侧壁面上开设外螺纹，而调整杆2内部中空的内壁面上开设与电磁线圈安置舱c外侧壁面的外螺纹相对应的内螺纹，从而使得电磁线圈安置舱c可以旋转螺纹连接在调整杆2，当然，调整杆2的中空优选是前后贯通的才能方便安装。当然为了更便捷地进行操作，电磁线圈安置舱c的一体连接的后端盖的外侧上开设有十字型槽等操作槽z，通过旋拧的工件进行操作即可拆装。
28.另外，为了将线圈产生电磁场更好地进行集聚，需要配置铁芯t，则可以将一个细长的铁芯镶嵌在缠绕轴柱c1内部，铁芯t可以在缠绕轴柱c1生成成型的过程中一体制造形成在内部，也可以在缠绕轴柱c1以后通过开口镶嵌等工艺插入到缠绕轴柱c1内。还有一点，
所述电磁线圈x和所述绕制槽c11之间优选存在空隙，或者说不要将电磁线圈缠绕得过于紧密，留一点活动的余量，这样可以减少电磁线圈x本身晃动引起其他部件的干扰，因为阻尼液可以第一时间削减其干扰。
29.通过上述设计，使得永磁环境对孔加工的影响大大降低，更加稳定的孔加工过程能够满足高精度的生产制造，加上自动化控制的一些设计，使得减振系统和加工的过程能得到智能化的控制和管理，整个刀具的整体性能就得到极大提升，非常符合现今社会高精度制造和智能化生产的要求。
30.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，包括减振刀杆和所述减振刀杆前侧安装连接有的刀头，所述减振刀杆包括阻尼减振器和用于装配所述阻尼减振器的刀杆本体（1），其特征在于，所述阻尼减振器包括调整杆（2）、配重质量模块（3）、前端支撑块（41）和后端支撑块（42），所述配重质量模块（3）通过间隙配合套设于所述调整杆（2）的外围，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液，所述前端支撑块（41）和后端支撑块（42）分别安装连接在调整杆（2）的前端和后端，所述配重质量模块处在所述前端支撑块（41）和所述后端支撑块（42）之间，所述前端支撑块（41）后端和配重质量模块（3）前端之间夹设有前弹性体（51），所述后端支撑块（42）前端和配重质量模块（3）后端之间夹设有后弹性体（52），刀杆本体（1）、所述调整杆（2）、配重质量模块（3）、前端支撑块（41）和后端支撑块（42）均为无磁钢结构件，所述配重质量模块（3）与调整杆（2）之间的间隙填充有第一阻尼液，所述第一阻尼液为磁流变阻尼液，所述前弹性体（51）和所述后弹性体（52）均为磁流变弹性体。2.根据权利要求1所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述无磁钢结构件的磁导率≤1.319
×
10-6
h/m。3.根据权利要求1所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述调整杆（2）内部中空且在中空处设置有电磁线圈（x）。4.根据权利要求3所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述调整杆（2）内部中空处嵌入有电磁线圈安置舱（c），所述电磁线圈安置舱（c）呈圆柱状，所述电磁线圈安置舱（c）的内部设置有轴向与所述调整杆（2）一致的缠绕轴柱（c1），所述电磁线圈（x）绕设在所述缠绕轴柱（c1）上。5.根据权利要求4所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述缠绕轴柱（c1）形成有轴向间隔分布的绕制槽（c11）。6.根据权利要求4所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述缠绕轴柱（c1）的其中一端为固定端与电磁线圈安置舱（c）其中一侧固定而另一端为自由端。7.根据权利要求6所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述缠绕轴柱（c1）为弹性柱。8.根据权利要求7所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述电磁线圈安置舱（c）中填充有第二阻尼液。9.根据权利要求8所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述电磁线圈（x）和所述绕制槽（c11）之间存在空隙。10.根据权利要求1所述的一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，其特征在于，所述减振刀杆靠刀头的位置设置有霍尔传感器（h）。

技术总结
本发明涉及高精度智能切削设备技术领域，特别涉及一种永磁零件深孔加工用防磁减振刀具，包括减振刀杆和减振刀杆前侧安装连接有的刀头，减振刀杆包括阻尼减振器和用于装配阻尼减振器的刀杆本体，阻尼减振器包括调整杆、配重质量模块、前端支撑块和后端支撑块，前端支撑块后端和配重质量模块前端之间夹设有前弹性体，后端支撑块前端和配重质量模块后端之间夹设有后弹性体，刀杆本体、调整杆、配重质量模块、前端支撑块和后端支撑块均为无磁钢结构件，配重质量模块与调整杆之间的间隙填充有第一阻尼液，第一阻尼液为磁流变阻尼液，前弹性体和后弹性体均为磁流变弹性体，磁场环境下加工深孔精度更高并能应用于智能制造。工深孔精度更高并能应用于智能制造。工深孔精度更高并能应用于智能制造。


技术研发人员：朱永胜 何琳虎 董国锋 尤建武 张新友 王振涛
受保护的技术使用者：松德刀具（长兴）科技有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/7