优化吸振器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于抑制在加工过程中引起的振动的已调谐或可调谐钻具，并且 更具体地，涉及一种利用已调谐动态吸振器减少处于多种固有频率或振型的振动的钻杆的 振动的已调谐或可调谐钻具。
【背景技术】
[0002] 在金属加工操作中，工件和抵靠在工件上推进的切削工具之间存在相对运动。具 体地说，上一道切削工具留在工件上的表面光洁度导致切肩厚度发生变化，这反过来导致 切削力大小波动。切削力的波动增大工件和工具之间的相对运动，并且可能导致被称为颤 动的不稳定状态。颤动是自激振动的一个示例。作为这种振动的结果，会产生劣质的表面 光洁度和超差成品工件。
[0003] 当切削工具与延长钻杆连接时，颤动的问题会更加严重。钻杆基本上是一种悬臂 式构件，其在一端处被锚固，并且在另一端处附接到切削工具。常规情况下，钻杆由金属材 料形成，诸如碳钢。为减少钻杆的振动，可以降低切削速度和深度等切削参数，降低材料移 除率。然而，该方法会影响生产量，导致生产率降低。
[0004] 为消除钻杆振动，已知进行了许多尝试。减少振动的一种方法是使用更硬材料制 成的钻杆，诸如碳化物（例如，碳化钨）。然而，与常规钢杆相比，碳化物钻杆比较昂贵。此 外，对于碳化物钻杆，虽然碳化物杆固有的高刚度能够降低颤动和振动，但是振动还是会达 到不可接受的水平。还有，碳化物很脆，并且在使用或安装时对钻杆的很小冲击都会不小心 损坏钻杆。Lee等人在美国专利No. 6, 935, 816中公开了在钢接头和钢尖端部分之间延伸的 碳化物钻杆。
[0005] 另一个降低钻杆振动的尝试是将动态吸振器机构附接至钻杆或附接到钻杆内部。 动态吸振器的尺寸可以在制造期间被设定成以特定预先确定频率振动以消减悬臂式杆的 振动。动态吸振器还可以包括用于针对特定应用调谐杆的各种机构。
[0006] 美国专利No. 3, 774, 730中公开了一种在可调谐钻杆中使用的动态吸振器，包括 支撑在弹性衬套上由高密度材料制成的圆柱形质量块。经过调优后，质量块响应于钻杆中 产生的振动而振荡，消减了振动。吸振器可以调谐，以使钻杆适应其长度和连接在钻杆末端 的切削工具的重量发生的变化。纵向推动圆柱形质量块相对末端处的压板，从而抵靠质量 块压缩橡胶衬套，这会抵靠质量块改变橡胶支架的力，由此来进行此类调整。一般来讲，固 有频率较高的钻杆，其调谐过程会更容易，其中可以施加较小的调谐质量块。因此，与更长 且更灵活的钻杆相比，更短和更硬的钻杆一般更易于调谐。
[0007] 可调谐钻杆一般由可以机械加工的材料制成，诸如碳钢，以便可以装配钻杆来适 应吸振机构。因此，可调谐钻杆一般不会由较硬的材料制造，诸如碳化物，这些材料无法通 过常规方法机械加工。除了可调谐钻杆，一些钻杆设计有不可调谐的内部吸振机构。这些 防振杆将被称为AVB杆。
[0008] 对于可调谐和AVB杆两者，动态吸振器被配置为消减或最小化杆的第一固有频率 (在下文中称为第一模式）下的杆的振动。然而，当有效地消减了或最小化钻杆的第一模式 的振动时，在下文中称为第二模式的第二固有频率可在切削期间变成主导并且引起颤动， 即使在轻负荷应用中也是如此。上述可调谐钻杆和AVB杆未解决第二模式或更高次模式的 振动。
[0009] 因此，如现有技术中已知的，常规可调谐钻杆和AVB杆对于具有较窄直径或较长 长度的钻杆可能不能产生令人满意的性能。这种限制是有问题的，因为较窄和较长长度钻 杆对某些切削应用来说特别适合。因此，需要一种可以被优化来消减或最小化第一模式和 随后振型下的钻杆的振动的已调谐或可调谐钻杆。
【发明内容】
[0010] 提供了一种包括用于最小化或消减振动钻具在多种固有频率或模式下的振动的 动态吸振器的已调谐或可调谐钻具。已调谐或可调谐钻具包括钻杆，钻杆具有被配置为支 撑工具的远侧部、被配置用于附接至金属加工机床支撑结构的近侧部以及在近侧部和远侧 部之间延伸的管状体，管状体中具有延长圆柱形空腔。所述钻具进一步包括插入在所述钻 杆的所述延长空腔内的动态吸振器。动态吸振器包括结合钻杆的振动而振动的质量块。质 量块具有定位成邻近钻杆的近侧部的近端和定位成邻近钻杆的远侧部的远端。动态吸振器 进一步包括定位成邻近并支撑质量块的近端的至少一个近侧支架和定位成邻近并支撑质 量块的远端的至少一个远侧支架。至少一个近侧支架和至少一个远侧支架具有不同刚度。 [0011] 根据本发明的另一方面，提供了一种形成已调谐或可调谐钻具的方法。该方法包 括提供钻杆的步骤，钻杆具有被配置为支撑工具的远侧部、被配置用于附接至金属加工机 床支撑结构的近侧部以及在近侧部和远侧部之间延伸的管状体，管状体中具有延长圆柱形 空腔。该方法进一步包括提供已调谐或可调谐吸振器的步骤。吸振器包括结合钻杆的振动 来振动的质量块。质量块具有定位成邻近钻杆的近侧部的近端和定位成邻近钻杆的远侧部 的远端。吸振器进一步包括：至少一个近侧支架，其是弹性的、定位成邻近并支撑质量块的 近端，其中至少一个近侧弹性支架具有一定刚度；至少一个远侧弹性支架，其是弹性的、定 位成邻近并支撑质量块的远端，其中至少一个远侧支架具有一定刚度。近侧支架的刚度不 同于远侧支架的刚度。该方法进一步包括以下步骤：把吸振器安装至钻杆的空腔中；把切 削工具安装至钻杆的远端；以及把钻杆的近端固定至金属加工机床的安装结构。
【附图说明】
[0012] 本发明的优选实施例的一些优点和特征已经在上文进行了总结。当本领域的技术 人员参考下列附图并结合涉及附图的详细说明时，这些实施例以及该装置的其他潜在实施 例将是显而易见的。
[0013] 图1是可调谐钻具的示意图，如在现有技术中已知的；
[0014] 图2是是从标记为A-A的环绕区域观察的图1的钻具的展开图，如在现有技术中 已知的；
[0015] 图3是可调谐钻具的另一个实施例的展开图，如在现有技术中已知的；
[0016] 图4是钻具的实施例的横截面的示意图；
[0017] 图5是钻具的另一个实施例的横截面的示意图；
[0018] 图6是钻具的另一个实施例的横截面的示意图；
[0019] 图6A、6B和6C是与图6相似的示意图，但示出了用于将支架固定在压板和质量块 之间的不同构型；
[0020] 图7是示出振动杆频率响应函数（FRF)的线形图，如在现有技术中已知的；
[0021] 图8A是示出具有不同动态吸振器的各种振动的钻杆的频率响应的线形图；以及
[0022] 图8B是图8A中600-1000HZ. q3区域线形图的放大图。
【具体实施方式】
[0023] 为了下文中的描述，如果使用空间定向术语，应当与引用的实施例关联，因为其是 在附图中定向的或以其他方式在下文详细说明中进行描述的。然而，应当理解，下文所述的 实施例可以假设许多替代变化和实施例。还应当理解，附图中示出和文中介绍的特定设备 仅是示例性的，不应视为对本发明的限制。
[0024] 本发明涉及一种被配置成用于已调谐或可调谐钻具的吸振器。吸振器是响应于钻 杆的振动而振荡的动态吸振器。为方便讨论，现在将对如在现有技术中已知的包括吸振器 和钻杆的钻具2进行说明。
[0025] 参考图1和2,示出了如在现有技术中已知的钻具2。钻具2包括钻杆10,钻杆具 有从钻杆10的远端14向内延伸的中心空腔12。钻