CN102303158B - 具有双圆弧槽型的立铣刀 - Google Patents

Abstract

具有双圆弧槽型的立铣刀，包括柄部和切削部，切削部包括端面切削齿、外周切削齿和容屑槽，容屑槽径向剖面由槽前刀面圆弧和槽后刀面圆弧构成，槽前刀面圆弧经过点a、b，槽后刀面圆弧经过点b、c，槽后刀面圆弧与槽前刀面圆弧内切于点b，以立铣刀旋转中心为原点，槽前刀面圆弧上所有点的坐标均满足(x-a₁)²+(y-b₁)²=r₁ ²，r₁为槽前刀面圆弧半径，a₁≠0，b₁≠0；槽后刀面圆弧上所有点的坐标均满足(x-a₂)²+(y-b₂)²=r₂ ²，r₂为槽后刀面圆弧半径，a₂≠0，b₂≠0。该立铣刀结构简单，能兼顾刀具刚性、容屑和排屑能力，加工钛合金、高温合金、不锈钢等难加工材料时能大幅提高刀具寿命、降低成本。

Description

具有双圆弧槽型的立铣刀

技术领域

本发明涉及金属切削工具，尤其涉及具有双圆弧槽型的立铣刀。

背景技术

在金属切削领域，粗加工用立铣刀为了保证较大的容屑空间，一般要求芯厚值较小，这样会导致刀具刚性差，切削刃强度低；精加工用立铣刀为了保证较好的刚性，要求芯厚值较大，这样会导致刀具的容屑空间小。因此，一般结构的立铣刀很难兼顾刀具刚性和容屑空间的要求，在加工钛合金、高温合金、不锈钢等难加工材料时，表现尤为突出。

目前，公知的整体立铣刀如图4所示，其容屑槽的槽型结构一般由多段光滑曲线构成，其中存在一个半径很小的槽底圆弧8，切屑10流过槽底圆弧8时，卷曲变形非常严重，导致切削力变大，而且，切屑10卷曲的方向朝向外周切削齿，因此容易将外周切削齿打崩。此外，槽背圆弧9与槽底圆弧8弯曲方向不一致，切屑10通过槽底流向槽背时会受到槽背圆弧9的阻碍，导致切屑10不能顺畅的排出，从而使刀具产生崩刃，甚至断刀的现象，降低了刀具的使用寿命，增加了加工成本。

专利文献CN201455382U公开了一种变槽型铣刀，该铣刀采用抛物线槽型，槽型截面图形为y=ax²+bx+c，在L1轴向长度内，芯厚为d1；在L1轴向长度外，芯厚为d2，且d2为d1的1.4倍。该技术方案仍存在以下4个弊端：

1、该铣刀槽型与公知铣刀槽型不同，经过优化后其截面槽型由一段抛物线构成，排屑较公知的整体立铣刀顺畅。由数学知识易知，抛物线上每点对应的圆弧圆心的位置不同而且每点的曲率半径也不同；由力学知识易知，切屑在流过容屑槽时，受到容屑槽对其阻力的大小与该点的曲率半径有密切关系，受力方向则指向圆心。因此，当切屑流经抛物线型容屑槽时，受到阻力的大小和方向时刻都在变化，这也就意味着同一切屑不同位置上的阻力的大小和方向是不同的，且会形成互相影响，这将导致整片切屑产生复杂的三维扭曲变形，最终导致的结果就是排屑不顺畅，切屑阻力变大，刀具易崩刃，刀具寿命低。

2、该技术方案中铣刀槽型截面图形满足y=ax²+bx+c，可供独立调整的参数比较少，只有3个（a、b、c），若是取值不当，有可能出现保证了刀具刚性和容屑空间，但切削齿后刀面宽度偏小、切削刃强度不够的现象。

3、该技术方案中，只限定了a、b、c不为零。若a取负值，则抛物线开口向内，即形成容屑槽的抛物线为一段外凸的抛物线，这样的槽型会导致切屑无法卷曲折断，造成刀具无法使用。

4、由于存在2个不等的芯厚d1和d2，因此在L1处会存在芯厚突变台阶，该台阶的存在对切屑的沿容屑槽的顺利排出形成了阻碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠，能兼顾刀具刚性、容屑和排屑能力，在加工钛合金、高温合金、不锈钢等难加工材料时，尤其是在不锈钢粗加工时能大幅提高刀具寿命、降低加工成本的具有双圆弧槽型的立铣刀。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有双圆弧槽型的立铣刀，包括柄部和切削部，所述切削部包括端面切削齿、外周切削齿和位于相邻两外周切削齿之间的容屑槽，所述容屑槽在径向剖面上由槽前刀面圆弧和槽后刀面圆弧构成，所述槽前刀面圆弧经过点a、b，所述槽后刀面圆弧经过点b、c，并且槽后刀面圆弧与槽前刀面圆弧内切于点b，以立铣刀旋转中心为原点，所述槽前刀面圆弧上所有点的坐标均满足方程(x-a₁)²+(y-b₁)²=r₁ ²，其中r₁为槽前刀面圆弧的半径，a₁和b₁的取值不等于0；所述槽后刀面圆弧上所有点的坐标均满足方程(x-a₂)²+(y-b₂)²=r₂ ²，其中r₂为槽后刀面圆弧的半径，a₂和b₂的取值不等于0；设立铣刀刃径为D。

所述槽前刀面圆弧半径r₁为0.18 D～0.25D。

所述槽后刀面圆弧半径r₂为2.0D～2.5D。

所述立铣刀的芯厚d为0.55 D～0.75D。

所述外周切削齿的后刀面宽度B为0.1 D～0.2 D。

所述立铣刀刃径D的取值范围为3mm~16mm。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的具有双圆弧槽型的立铣刀其槽型完全由槽前刀面圆弧和槽后刀面圆弧构成，并且槽后刀面圆弧与槽前刀面圆弧内切，使两段圆弧弯曲方向一致，切屑在流经槽前刀面圆弧和槽后刀面圆弧时，受到阻力的大小和方向是恒定的，切屑变形均匀，不会产生复杂的三维扭曲变形，因此切屑流出会非常顺畅，而且不会流向外周切削齿，从而大大降低刀具出现崩刃、断刀的现象，大幅度提高了刀具使用寿命，降低了加工成本；构成本发明立铣刀双圆弧槽型的两段圆弧是相互独立的，各有3个独立的参数（a₁、b₁、r₁，以及a₂、b₂、r₂）可以分别调整两段圆弧的圆心位置及圆弧大小，因此可以在很大范围内协调保证刀具刚性、容屑空间和外周切削齿强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明切削部的径向剖面放大图；

图3是本发明立铣刀的排屑示意图；

图4是现有立铣刀的排屑示意图。

图中各标号表示：

1、柄部；2、切削部；3、端面切削齿；4、外周切削齿；5、容屑槽；6、槽前刀面圆弧；7、槽后刀面圆弧；8、槽底圆弧；9、槽背圆弧；10、切屑。

具体实施方式

图1至图2示出了本发明的一种具有双圆弧槽型的立铣刀实施例，该立铣刀包括柄部1和切削部2，切削部2包括端面切削齿3、外周切削齿4和位于相邻两外周切削齿4之间的容屑槽5，容屑槽5在径向剖面上由且仅由槽前刀面圆弧6和槽后刀面圆弧7构成，槽前刀面圆弧6经过点a、b，槽后刀面圆弧7经过点b、c，并且槽后刀面圆弧7与槽前刀面圆弧6内切于点b，以立铣刀旋转中心为原点，槽前刀面圆弧6上所有点的坐标均满足方程(x-a₁)²+(y-b₁)²=r₁ ²，其中r₁为槽前刀面圆弧6的半径，a₁和b₁的取值不等于0；槽后刀面圆弧7上所有点的坐标均满足方程(x-a₂)²+(y-b₂)²=r₂ ²，其中r₂为槽后刀面圆弧7的半径，a₂和b₂的取值不等于0；设立铣刀刃径为D。如图3所示，本发明的具有双圆弧槽型的立铣刀其槽型完全由槽前刀面圆弧6和槽后刀面圆弧7构成，并且槽后刀面圆弧7与槽前刀面圆弧6内切，使两段圆弧弯曲方向一致，切屑10在流经槽前刀面圆弧6和槽后刀面圆弧7时，受到阻力的大小和方向是恒定的，切屑10变形均匀，不会产生复杂的三维扭曲变形，因此切屑10流出会非常顺畅，而且不会流向外周切削齿4，从而大大降低刀具出现崩刃、断刀的现象，大幅度提高了刀具使用寿命，降低了加工成本；构成本发明立铣刀双圆弧槽型的两段圆弧是相互独立的，各有3个独立的参数（a₁、b₁、r₁，以及a₂、b₂、r₂）可以分别调整两段圆弧的圆心位置及圆弧大小，因此可以在很大范围内协调保证刀具刚性、容屑空间和外周切削齿4强度。

槽前刀面圆弧6半径r₁为0.18 D～0.25D，槽后刀面圆弧7半径r₂为2.0D～2.5D，外周切削齿4的后刀面宽度B为0.1 D～0.2 D，立铣刀刃径D的取值范围为3mm~16mm，立铣刀的芯厚d前后一致、大小不变，不存在芯厚突变台阶，使得切屑10排出更加顺畅，其取值范围是0.55 D～0.75D。本实施例中，D=6mm，a₁=-1.177，b₁=-2.769，r₁=1.2mm ，a₂=-6.726，b₂=-13.684，r₂=13.4mm，B=0.8mm，d=3.57mm。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种具有双圆弧槽型的立铣刀，包括柄部（1）和切削部（2），所述切削部（2）包括端面切削齿（3）、外周切削齿（4）和位于相邻两外周切削齿（4）之间的容屑槽（5），其特征在于：所述容屑槽（5）在径向剖面上由槽前刀面圆弧（6）和槽后刀面圆弧（7）构成，所述槽前刀面圆弧（6）经过点a、b，所述槽后刀面圆弧（7）经过点b、c，并且槽后刀面圆弧（7）与槽前刀面圆弧（6）内切于点b，以立铣刀旋转中心为原点，所述槽前刀面圆弧（6）上所有点的坐标均满足方程(x-a₁)²+(y-b₁)²=r₁ ²，其中r₁为槽前刀面圆弧（6）的半径，a₁和b₁的取值不等于0；所述槽后刀面圆弧（7）上所有点的坐标均满足方程(x-a₂)²+(y-b₂)²=r₂ ²，其中r₂为槽后刀面圆弧（7）的半径，a₂和b₂的取值不等于0；设立铣刀刃径为D。

2.根据权利要求1所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述槽前刀面圆弧（6）半径r₁为0.18 D～0.25D。

3.根据权利要求1或2所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述槽后刀面圆弧（7）半径r₂为2.0D～2.5D。

4.根据权利要求1或2所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述立铣刀的芯厚d为0.55 D～0.75D。

5.根据权利要求3所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述立铣刀的芯厚d为0.55 D～0.75D。

6.根据权利要求1或2所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述外周切削齿（4）的后刀面宽度B为0.1 D～0.2 D。

7.根据权利要求5所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述外周切削齿（4）的后刀面宽度B为0.1 D～0.2 D。

8.根据权利要求7所述的具有双圆弧槽型的立铣刀，其特征在于：所述立铣刀刃径D的取值范围为3mm～16mm。

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