CN103447561A - 刀头可换式金刚笔组合刀具 - Google Patents

Abstract

本发明是一种刀头可换式金刚笔组合刀具，其结构是：在一个刀杆（4）上安装两把刀具，分别为粗加工金刚石笔（1）和精加工金刚石笔（3），相继进行工件的粗、精加工两个工步，所述粗加工金刚笔安装于轴套（2）的前端；精加工金刚笔安装于刀杆的前端；轴套（嵌套于刀杆的前端，并通过尖头紧定螺钉锁紧。本发明通过对轴套的拆装完成粗加工与精加工刀具的切换，进给系统对刀头距离进行位移补偿，无需再次对刀即能继续进行精加工，有效提高加工效率；在工件素线曲率半径不小于1.5mm且工件实体部分素线的切线与同一平面内轴线垂线的夹角θ≤1°的条件下，可以最大限度地增加不干涉条件下加工工件的任意素线，从而有效地扩大机床的加工范围。

Description

刀头可换式金刚笔组合刀具

技术领域

本发明涉及一种组合刀具，具体涉及一种用于一次对刀的小型卧式精密数控砂轮修形机床的刀头可换式金刚笔组合刀具。

背景技术

在机械加工工业中，刀具的选用及其设计是一项非常重要的工作，它是关系到被加工工件的加工质量以及生产效率的提高与否。目前对于采用金刚石刀具来进行砂轮修型的方法中，由于对砂轮进行修型时需要粗加工与精加工两道工序，两道工序所使用的金刚笔刀具不同，更换与对刀相对费时，大大降低了机床的效率，同时因为刀具的经常更换可能造成加工精度的下降，也会影响机床的使用寿命。

迄今为止，组合刀具有多种形式。常见的阶梯钻就是一种简单的组合刀具，在一次走刀中完成几把刀同一种工艺的加工。较复杂的组合刀具常常集成可完成不同工艺的几把刀，如能钻孔又能铣削的钻铣刀等组合刀具，通常要分几次走刀或在不同工位上依次完成几把刀的切削。

在目前已有专利中，专利200720086378.3《V形结构的磨床砂轮修整刀头》公布了一种修整刀头，其能一次性完成砂轮外圆、两个侧面及R角的修整。解决了现有砂轮修整刀头只能修整外圆表面，对砂轮的R角及侧面只能采用手工修整，工作效率低，修整精度差，非生产性成本增加的问题，但其左右金刚刀在同一加工平面内，加工时易产生干涉，可加工砂轮素线曲率范围较小。

专利200810089344.9《快换刀头铰刀》公布了一种可以快换刀头的铰刀，其换刀头与刀体同心地刃刃相接地连成一体，快换刀头被磨损磨钝时，可立即更换，而刀体部分可长期使用，直至刀体部分的刃齿缓慢磨损为止。但其存在缺陷，即该快换铰刀所能承受工作负载较小，且止动销容易损耗，工作寿命不长。

专利200920175649.1《双刀头数控车床刀杆》公布了一种含双刀头的刀杆，第二只刀头突出于第一只刀头，它能够将在同一加工面有较大加工量需要两刀或着需要粗车一刀，再细车、精车一刀的加工件同时一次完活。它能成倍的提高工作效率，并减轻工人劳动强度。但由于其特殊的结构制造起来较困难，且不能加工曲面。

发明内容

本发明的目的是针对小型机床换刀过程影响加工效率和加工精度不够的问题，以及普通金刚笔刀具在被加工工件素线曲率较大或斜率较大时加工易干涉的问题，提供一种可以一次对刀完成粗精加工的刀头可换式金刚笔组合刀具。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：在一个刀杆上安装两把刀具，分别为粗加工金刚石笔和精加工金刚石笔，相继进行工件的粗、精加工两个工步。其中，粗加工金刚笔安装于轴套的前端；精加工金刚笔安装于刀杆的前端；轴套嵌套于刀杆的前端，并通过尖头紧定螺钉锁紧。

所述粗加工金刚笔可以位于精加工金刚笔的前面，它们的刀尖相隔轴向距离可以为50-60mm；通过对轴套的拆装可以完成精加工与粗加工刀具的切换；在粗加工完成且换刀后，进给系统对刀尖距离进行补偿，无需再次对刀即能继续进行精加工。

所述精加工金刚笔可以由刀具头部和圆柱形导向段组成，该导向段上有一个用于与平头紧定螺钉配合的平面，以限制导向段的旋转偏移，保证刀具头部平面与水平面平行；该导向段与刀杆前端的安装孔过盈配合完成周向定位，并通过刀具头部的环向端面轴向定位。

所述精加工金刚笔的刀具头部可以为Ф3mm的圆弧，其曲率半径≤1.5mm；该刀具头部的厚度可以为12mm，其两侧为直边，长度可以为20mm。

所述粗加工金刚石笔，可以由刀具头部和圆柱形导向段组成，该导向段上有一个用于与平头紧定螺钉配合的平面，以限制导向段的旋转偏移，保证刀具头部平面与水平面平行；该导向段与轴套前端刀具内孔过盈配合完成周向定位，并通过刀具头部的环向端面轴向定位。

所述粗加工金刚石笔的刀具头部可以为Ф5mm的圆弧，其曲率半径可以≤2.5mm；该刀具头部的厚度可以为12mm，其两侧为直边，长度为20mm。

所述轴套，其前部内圆柱用于对粗加工金刚笔的定位，其后部内圆柱部分用于与刀杆的固定配合；该轴套的外圆部分有三个呈圆周分布的螺纹通孔，用于轴套与刀杆的夹紧，并且通过尖头紧定螺钉与该螺纹通孔相连以限制轴套的旋转偏移。为确保前部内圆柱与后部内圆柱的同轴度，采用一次装夹加工方法形成阶梯孔。

所述刀杆，其外圆柱部分为磨削加工，用于刀杆与轴套的配合，在第一次安装后进行配钻，生成三个与固定用尖头紧定螺钉相配的小孔，保证轴套前端粗加工金刚笔刀头平面与水平面平行。该外圆柱部分有螺纹孔，用于精加工金刚笔的夹紧与限制旋转自由度；该刀杆的前端面上有内磨孔，用于刀杆与精加工金刚笔的导向与配合。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一.采用套筒式组合刀具，通过控制系统补偿刀头轴向间距的方式省去了精加工再次对刀的时间，有效提高加工效率15%至20%。

其二.采用粗加工金刚笔的可拆卸安装方式及半径R2.5mm的刀头，采用较大进给量高效地完成对工件的粗加工，能有效保证高生产效率10%至15%。

其三.采用精加工金刚笔的精密校准、定位和不拆卸地安装方式，可以保证um级的精加工精度。

其四.采用粗、精加工笔的特制刀头结构，可以最大限度地增加不干涉条件下能加工工件素线的曲率与斜率范围，从而有效地扩大机床的加工范围。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是粗加工金刚石笔的主视图。

图3是图2的右视图。

图4是图2的俯视图。

图5是精加工金刚石笔的主视图。

图6是图5的右视图。

图7是图5的俯视图。

图8是轴套的剖视图。

图9是刀杆的轴侧图。

图10是工件母线切线与同一平面内轴线的垂线的夹角。

图中：1.粗加工金刚笔；2.轴套；3.精加工金刚笔；4.刀杆；5.粗加工金刚笔刀具头部；6.粗加工金刚笔环向端面；7.粗加工金刚笔导向段；8.粗加工金刚笔尾端平面；9.精加工金刚笔刀具头部；10.环向端面；11.导向段；12.平面；13.轴套前端内孔；14.轴套前端面；15.轴套前端外圆螺纹孔；16.轴套后端外圆螺纹孔；17.轴套后端内孔；18.轴套后端内孔端面；19.刀杆前端安装孔；20.刀杆前端面；21.刀杆前端导向段；22.刀杆前端外圆螺纹孔；23.刀杆后端螺纹孔。

具体实施方式

本发明设计一种组合刀具，在一个刀体上安装两把刀具，相继进行工件的粗、精加工两个工步。用组合刀具加工可以节省许多辅助工时，提高生产效率，零件的加工精度由刀具的位置和几何精度来保证，刀具调整准确就能保证加工精度。此外，由于普通金刚笔刀头的几何结构所限，为防止干涉被加工工件的素线曲率和斜率被限制在特定范围内，本发明通过特制的刀头结构大大增加了可加工素线范围，保证在范围内能安全不干涉地加工。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的刀头可换式金刚笔组合刀具，其结构如图1所示，由刀杆4、精加工金刚石笔3、轴套2和粗加工金刚石笔1组成，其中：粗加工金刚笔1安装于轴套2的前端。轴套2嵌套于刀杆4的前端，通过三个尖头紧定螺钉锁紧。精加工金刚笔3安装于刀杆4的前端。

所述粗加工金刚笔1，其结构如图2至图4所示，由后端导向段7和刀头（刀具头部5）组成。导向段为长度为20mm的Ф12mm圆柱，其上有一铣粗加工金刚笔尾端平面8用于与平头紧定螺钉的配合以限制其旋转偏移。刀头（刀具头部5）为Ф5mm的半圆弧，可保证粗加工的大切削量。由于所受切削力较大，刀头（刀具头部5）厚度为12mm以保证其刚度。刀头的两侧为直边，长度为20mm。

粗加工金刚笔1安装于轴套2上，通过后端精磨的导向段7与轴套2前端的内孔13过渡配合（便于磨损后的刀头更换）完成周向定位，通过环向端面6轴向定位，在尾端圆柱部分铣一个平面8并通过平头紧定螺钉的夹紧限制刀具的旋转自由度，保证刀具头部5平面与水平面平行，采用上述精密校准和定位的方式保证加工精度。粗加工金刚笔1的切削功能部分是粗加工刀头5，即刀尖的半圆弧部分，通过半圆弧和长杆结构设计提高其加工范围，保证工件实体部分素线的切线与同一平面内轴线垂线的夹角θ只要不小于1°时即不会干涉。粗加工刀头5不能从粗加工金刚笔1拆卸，粗加工刀头5的半圆弧部分是金刚石材料。粗加工刀尖与精加工刀尖距A设计为50-60mm，A即为控制系统补偿量。

所述精加工金刚笔3，其结构如图5至图7所示，由导向段11和刀头（刀具头部9）组成，其导向段11与粗加工金刚笔1的导向段7的结构相同，刀头（刀具头部9）为Ф3mm的圆弧，保证可不干涉加工的曲率半径极限为1.5mm。刀头（刀具头部9）厚度为12mm保证其刚度。刀头（刀具头部9）的两侧为直边，长度为20mm。

精加工金刚笔3安装于刀杆4通过后端精磨的导向段11与刀杆前端的内磨孔19过盈配合完成周向定位，通过环向端面10轴向定位，在尾端圆柱部分铣一个平面12并通过平头紧定螺钉的夹紧限制刀具的旋转自由度，保证刀具头部9平面与水平面平行，采用上述精密校准和定位的方式保证加工精度。精加工金刚笔3一般不允许拆卸，如果拆卸必须重新对刀。精加工金刚笔3的切削功能部分是精加工刀头9，即刀尖的半圆弧部分，通过半圆弧和长杆结构设计提高其加工范围，保证工件实体部分素线的切线与同一平面内轴线垂线的夹角θ只要不小于1°时即不会干涉。精加工刀头9不能从精加工金刚笔3拆卸，精加工刀头9的半圆弧部分是金刚石材料。

所述轴套2的结构如图8所示，轴套前端内孔13安装粗加工金刚笔1，内孔经过精磨与粗加工金刚笔1的导向段7过渡配合完成周向定位，轴套前端面14与粗加工金刚笔环向端面6完成轴向定位，通过尖头紧定螺钉夹紧。轴套2安装于刀杆4前端，轴套后端内孔17与刀杆前端导向段21过渡配合完成周向定位，轴套后端内孔端面18与刀杆前端面20完成轴向定位，通过套筒中部三个互成120°尖头紧定螺钉完成夹紧同时限制套筒的旋转自由度。该轴套与刀杆4的配合形式为过渡配合，方便轴套的拆装。

所述刀杆4的结构如图9所示，刀杆4前端安装孔19经过精磨与精加工金刚笔3导向段11过盈配合完成周向定位，刀杆4前端面20与精加工金刚笔3环向端面10完成轴向定位，通过平头紧定螺钉夹紧。刀杆4前端精磨导向段21与轴套后端内孔17过渡配合完成周向定位，刀杆4前端面20与轴套后端内孔端面18完成轴向定位，通过紧尖头定螺钉夹紧，在第一次安装后进行配钻，生成三个与固定用尖头紧定螺钉相配的小孔，保证轴套前端粗加工金刚笔刀头平面与水平面平行。刀杆后端安装于机床滑台，通过刀杆4后端两螺纹孔23安装尖头紧定螺钉将刀具与滑板固定。

如图10所示，该图为某工件待加工的母线，考虑到组合刀具的制造、安装误差以及运动装置的直线度、垂直度等误差，当工件实体部分素线的切线与同一平面内轴线垂线的夹角θ不小于1°时，且曲率半径不小于1.5mm时，该组合刀具能不干涉地加工任意的母线。

本发明的工作过程是：加工开始时，将粗加工刀具及轴套部分安装于刀杆4前端，进行加工前的对刀并设置补偿量（粗加工刀尖与精加工刀尖轴向距离），保持大进给量高效地完成数次粗加工。粗加工完成后，退刀并松下轴套与刀杆配合处的尖头紧定螺钉，进行粗加工刀具与精加工刀具的转换。在进行精加工前数控系统根据之前设定的刀尖距离进行位移补偿，无需再次对刀，节省了很多辅助工时，能有效提高生产效率。

Claims (9)

1.一种刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征是在一个刀杆（4）上安装两把刀具，分别为粗加工金刚石笔（1）和精加工金刚石笔（3），相继进行工件的粗、精加工两个工步，其中：粗加工金刚笔（1）安装于轴套（2）的前端；精加工金刚笔（3）安装于刀杆（4）的前端；轴套（2）嵌套于刀杆（4）的前端，并通过尖头紧定螺钉锁紧。

2.根据权利要求1所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述粗加工金刚笔（1）位于精加工金刚笔（3）的前面，它们的刀尖相隔轴向距离为50-60mm；通过对轴套（2）的拆装完成精加工与粗加工刀具的切换；在粗加工完成且换刀后，进给系统对刀尖距离进行补偿，无需再次对刀即能继续进行精加工。

3.根据权利要求1所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述精加工金刚笔（3）由刀具头部（9）和圆柱形导向段（11）组成，该导向段上有一个用于与平头紧定螺钉配合的平面，以限制导向段的旋转偏移，保证刀具头部（9）平面与水平面平行；该导向段与刀杆（4）前端的安装孔过盈配合完成周向定位，并通过刀具头部的环向端面轴向定位。

4.根据权利要求3所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述刀具头部（9）为Ф3mm的圆弧，其曲率半径≤1.5mm；该刀具头部的厚度为12mm，其两侧为直边，长度为20mm。

5.根据权利要求1所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述粗加工金刚石笔（1），由刀具头部（5）和圆柱形导向段（7）组成，该导向段上有一个用于与平头紧定螺钉配合的平面，以限制导向段的旋转偏移，保证刀具头部（5）平面与水平面平行；该导向段与轴套（2）前端刀具内孔过盈配合完成周向定位，并通过刀具头部的环向端面轴向定位。

6.根据权利要求5所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述刀具头部（5）为Ф5mm的圆弧，其曲率半径≤2.5mm；该刀具头部的厚度为12mm，其两侧为直边，长度为20mm。

7.根据权利要求1所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述轴套（2），其前部内圆柱用于对粗加工金刚笔（1）的定位，其后部内圆柱部分用于与刀杆（4）的固定配合；该轴套的外圆部分有三个呈圆周分布的螺纹通孔，通过尖头紧定螺钉限制轴套（2）的旋转偏移。

8.根据权利要求7所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于采用一次装夹加工方法形成阶梯孔，以确保前部内圆柱与后部内圆柱的同轴度。

9.根据权利要求1所述的刀头可换式金刚笔组合刀具，其特征在于所述刀杆（4），其外圆柱部分为磨削加工，用于刀杆（4）与轴套（2）的配合，该外圆柱部分有螺纹孔，用于精加工金刚笔（3）的夹紧与限制旋转自由度；该刀杆（4）的前端面上有内磨孔，用于刀杆（4）与精加工金刚笔（3）的导向与配合。

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