CN104174910A - 铣削式微型刀具切削方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣削式微型刀具切削方法，包括以下步骤：（a）第一球头刀进行半精加工；（b）第二球头刀进行精加工；其包括以下步骤：（b1）清根加工工序；（b2）曲面精整加工。本发明在第二球头刀进行加工之前，通过采用半精加工的设计，可为第二球头刀的加工提供了均匀的、较高质量的待加工表面，从而延长第二球头刀的使用寿命；而在精加工过程中，先利用清根加工工序减少工件第一弧面根槽部位置的加工余量，然后再利用曲面精整加工加工出第三V型加工面，可减少第二球头刀在精加工过程中受到的切削反作用力，以减少刀具断刀的现象，因此，通过合理设置各步骤，可确保第二球头刀的使用寿命，提高工件的表面加工质量。

Description

铣削式微型刀具切削方法

 

技术领域

本发明涉及一种铣削式微型刀具切削方法。

背景技术

如图1所示，为了满足使用要求，常需要在精密零件等工件1上加工出V型面21。而经加工刀具2的加工，该V型面21的底部必然会形成与刀头底部相匹配的弧面根槽部22，该弧面根槽部22的半径值R等于加工刀具2的刀头半径。但在工业设计中，最理想的状态是R=0，但从微观上讲R=0是不可能实现的，只能无限趋近于0。为了可以减小弧面根槽部22的半径值R，行业内常用的方法主要有：电腐蚀法、激光加工法、电铸法、高速铣削法等。但利用电腐蚀法加工工件1时，容易发生放电不均及微量积碳现象，因此，无法确保其加工表面质量。而由激光加工法加工出来的工件1的表面光洁度只能达到国际标准的B级水平，表面较为粗糙，难以满足产品使用要求。而电铸法加工受到国外专利技术的限制，加工成本十分昂贵。因此，与上述的加工方法相比，高速铣削法具有成本低、加工质量高等优点，方便推广应用。在铣削领域内，为了能满足精细化背景下V型面21的R值越来越小的设计需求，微型刀具应运而生。其中，本领域的技术人员一般将刀头半径值小于0.2mm的刀具定义为微型刀具。而随着现代工业设计的逐步精细化，需要在工件1上加工出弧面根槽部22的R值为0.05mm的V型面21，此时，则需采用刀头半径值为0.05mm的微型刀具进行加工，但在加工R值为0.05mm的V型面21的过程中，由于该微型刀具的刀径较小（仅为0.05mm），容易出现刀具磨损、断刀现象，导致加工无法顺利开展，无法发挥刀头半径值为0.05mm的微型刀具的使用性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铣削式微型刀具切削方法，在形成第三V型加工面过程中，其可减少第二球头刀磨损、断刀的现象，确保第二球头刀的使用寿命，并发挥第二球头刀的使用性能。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

铣削式微型刀具切削方法，包括以下步骤：

（a）第一球头刀进行半精加工；第一球头刀通过铣削方式对工件的待加工表面进行半精加工，以在工件上加工出第一V型加工面，该第一V型加工面上形成第一弧面根槽部；

（b）第二球头刀进行精加工；第二球头刀通过铣削方式在第一V型加工面进行精加工，其包括以下步骤：

（b1）清根加工工序；第二球头刀在第一弧面根槽部上沿其延伸方向进行加工，以加工出第二清根面；

（b2）曲面精整加工；该第二球头刀在第一V型加工面未经加工的区域和第二清根面上进行加工，并加工形成第三V型加工面，该第三V型加工面上形成第三弧面根槽部；

其中，第二球头刀的刀头半径值Rb为0.05mm；第一球头刀的刀头半径值Ra为0.09 mm～0.15mm。

在步骤（a）中，第一球头刀的进给速度为Fa，第一球头刀的切削步距为Pa，第一球头刀的转速为Sa，其中，Fa为400～450mm/min，则在步骤（a）中，其满足以下条件：（1）Pa≤Ra×20%；（2）Sa≥5Fa/Ra；

在步骤（b1）中，第二球头刀的进给速度为Fb1，第二球头刀的切削步距为Pb1，第二球头刀的转速为Sb1，其中，Fb1为200～250mm/min，则在步骤（b1）中，其满足以下条件：（1）Pb1≤Rb×20%；（2）Sb1≥5Fb1/Rb；

在步骤（b2）中，第二球头刀的进给速度为Fb2，第二球头刀的切削步距为Pb2，第二球头刀的转速为Sb2，其中，Fb2为250～300mm/min，则在步骤（b2）中，其满足以下条件：（1）Pb2≤Rb×20%；（2）Sb2≥5Fb2/Rb。

该铣削式微型刀具切削方法包括以下步骤：

（a）   第一球头刀进行半精加工，第一球头刀的Ra为0.1mm，加工量为0.02mm，Fa=400～450 mm/min，Pa=0.02mm，Sa=20000～22000r/min；

（b）   第二球头刀进行精加工，第二球头刀的Rb为0.05mm，其加工量小于等于 0.005mm，并包括以下步骤：

（b1）清根加工工序， Fb1=200～250mm/min，Pb1=0.002～0.003mm，Sb1=28000～30000r/min；

（b2）曲面精整加工，Fb2为250～300mm/min ，Pb2=0.005～0.0075mm，Sb2=28000～30000r/min。

在步骤（b2）中，该第二球头刀以单向走刀方式进行加工。

所述第一弧面根槽部的半径值与第一球头刀的刀头半径值相等；所述第三弧面根槽部的半径值与第二球头刀的刀头半径值相等。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明在第二球头刀进行精加工之前，通过采用半精加工的设计，可为第二球头刀的加工提供了均匀的、较高质量的待加工表面，从而减小第二球头刀的磨损，以延长第二球头刀的使用寿命；而在精加工过程中，先利用清根加工工序减少工件第一弧面根槽部位置的加工余量，然后再利用曲面精整加工加工出第三V型加工面，可减少第二球头刀在精加工过程中受到的切削反作用力，以减少刀具断刀的现象，因此，在形成第三V型加工面过程中，通过合理设置各步骤，可确保第二球头刀的使用寿命，发挥第二球头刀的使用性能，提高工件的表面加工质量；而且，通过合理调节刀具的进给速度、切削步距、转速各加工参数，可形成超高速、小步距、小进给速度的切削工艺，在满足工件的加工效率的情况下，可提高各刀具的寿命，最大化发挥各刀具的使用性能。

附图说明

图1为加工出V型面的工件的结构示意图；

图2为本发明的铣削式微型刀具切削方法的加工流程图；

图3为本发明中第一球头刀进行半精加工的示意图；

图4为本发明中第一球头刀、第二球头刀进行加工的示意图；

图5为本发明中第二球头刀进行精加工的立体图；

图6为刀具旋转一周所切削的距离A的定义；

其中，1、工件；2、加工刀具；21、V型面；22、弧面根槽部；3、第一球头刀；31、第一V型加工面；32、第一弧面根槽部；5、第二球头刀；51、第三V型加工面；52、第三弧面根槽部。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，以便于更清楚的理解本发明所要求保护的技术思路。

如图2所示，本发明的铣削式微型刀具切削方法，包括以下步骤：

（a）   第一球头刀3进行半精加工；第一球头刀3通过铣削方式对工件1的待加工表面进行半精加工，以在工件1上加工出第一V型加工面31，该第一V型加工面31的底部形成第一弧面根槽部32，具体的，如图3所示，该第一弧面根槽部32的截面形状与第一球头刀3底部弧面的截面形状相适配，所述第一弧面根槽部32的延伸方向（也就是轴线方向）与第一V型加工面31的延伸方向一致，且该第一弧面根槽部32的半径值等于第一球头刀3的刀头半径值；在半精加工过程中，工件1被固定，该第一球头刀3做自转运动，并沿如图3所示的流线式加工路径S进行移动，以加工出第一V型加工面31。当然,第一球头刀3的加工路径并不限定，可采用多种方式，只要能加工出第一V型加工面31即可;

（b）   第二球头刀5进行精加工；第二球头刀5通过铣削方式在第一V型加工面31进行精加工，其包括以下步骤：

（b1）清根加工工序；如图5所示，第二球头刀5在第一弧面根槽部32上沿其延伸方向（也就是沿其轴线方向）进行加工，以加工出第二清根面；具体的，在清根加工过程中，工件1被固定，该第二球头刀5做自转运动，并沿图5的A向进行移动；

（b2）曲面精整加工；如图4所示，该第二球头刀5在第一V型加工面31未经加工的区域和第二清根面上进行加工，并加工形成第三V型加工面51，该第三V型加工面51的底部形成第三弧面根槽部52，具体的，第三弧面根槽部52的截面形状与第二球头刀5底部弧面的截面形状相适配，所述该第三弧面根槽部52的延伸方向（也就是轴线方向）与第三V型加工面51的延伸方向一致，该第三弧面根槽部52的半径值等于第二球头刀5的刀头半径值；在曲面精整加工过程中，工件1被固定，该第二球头刀5做自转运动，并沿如图3所示的流线式加工路径S以单向走刀方式进行移动;而通过采用单向走刀方式，可避免双向加工时逆向二次切削造成表面轻微挤压而出现光洁度下降的现象；

其中，第二球头刀5的刀头半径值Rb为0.05mm；第一球头刀3的刀头半径值Ra为0.09 mm～0.15mm。优选的，将第二球头刀5的刀头半径值Rb限定为0.05mm，第一球头刀3的刀头半径值Ra限定为0.1mm，为本发明的优选方案，由于上述规格的刀具在行业内通用，方便于加工和选用。

第一球头刀3、第二球头刀5均包括呈圆柱形的柄部、一体成型在柄部下端并呈半球形的刀头部。由于该第一球头刀3的最大刀头半径值为0.15mm，而本领域的技术人员一般将刀头半径值小于0.2mm的刀具定义为微型刀具，因此，第一球头刀3、第二球头刀5均属于微型刀具。

本发明的铣削式微型刀具切削方法通常运用在未经加工、或经过粗、中加工或半精加工的工件1上（工件1若通过粗加工、中加工或半精加工等预先开设有V型槽，则把该V型槽的表面作为第一球头刀3的待加工面），以用于在该工件1上加工出第三弧面根槽部52的半径值为0.05mm的第三V型加工面51，从而满足精细化背景下根槽部半径值越来越小的设计需求。而在形成第三V型加工面51过程中，通过在第二球头刀5进行精加工之前采用半精加工的设计，可为第二球头刀5的加工提供了较为均匀、较高质量的待加工表面，从而减小第二球头刀5的磨损，以延长第二球头刀5的使用寿命；而且，通过利用半精加工，可尽量减少精加工的待加工量，通过使精加工量均匀化，可使第二球头刀5受力均匀，从而减少第二球头刀5断刀的机率。而在精加工过程中，由于半精加工后所得第一弧面根槽部32位置的根部余量L较大，又由于第二球头刀5的刀头半径相对较小，若采用一刀过的方式进行精加工，第二球头刀5将会受到很大的切削反作用力，导致刀具发生折断的情况，因此，先通过利用第二球头刀5进行清根加工，可减少工件1第一弧面根槽部32位置的加工余量，再通过曲面精整加工工序加工出第三V型加工面51，因此，通过合理设置各加工步骤，可确保第二球头刀5的使用寿命，提高工件1表面加工质量。其中，步骤（b1）和步骤（b2）采用同一把刀具，可避免接刀段差问题，以提高工件1表面的加工质量。

当然，在实际加工过程中，还可以在步骤（a）之前、步骤（a）与步骤（b）之间设置有其他半精加工工序，但只采用步骤（a）、步骤（b）的方案为本发明的最优方案，其在满足延长第二球头刀5的使用寿命的情况下，还有利于控制制作成本。

为了进一步防止第二球头刀5断刀、延长第二球头刀5的使用寿命，本发明人对第二球头刀5的切削步距、进给速度、转速这三个行业内常用的参数进行合理调节，以通过提高转速、减少切削步距和进给速度来降低第二球头刀5的受力，可在满足工件1加工效率的情况下，进一步延长第二球头刀5的使用寿命。而通过以下列方式合理调节第一球头刀3的切削步距、进给速度、转速，同样可达到延长第一球头刀3的使用寿命。

在步骤（a）中，第一球头刀3的进给速度为Fa，第一球头刀3的切削步距为Pa，第一球头刀3的转速为Sa，第一球头刀3旋转一周所切削的距离为A（其中，A为行业内常用的参数，其定义如图6所示），其中，Fa为400～450mm/min，在步骤（a）中，Pa≤Ra×20%，A≤Ra×20%，则Sa=Fa/A≥Fa /（Ra×20%）=5Fa/Ra；因此，在步骤（a）中，其满足以下条件：（1）Pa≤Ra×20%；（2）Sa≥5Fa/Ra；

而与步骤a相类似的，在步骤（b1）中，第二球头刀5的进给速度为Fb1，第二球头刀5的切削步距为Pb1，第二球头刀5的转速为Sb1，其中，Fb1为200～250mm/min，则在步骤（b1）中，其满足以下条件：（1）Pb1≤Rb×20%；（2）Sb1≥5Fb1/Rb；

而与步骤a相类似的，在步骤（b2）中，第二球头刀5的进给速度为Fb2，第二球头刀5的切削步距为Pb2，第二球头刀5的转速为Sb2，其中，Fb2为250～300mm/min，则在步骤（b2）中，其满足以下条件：（1）Pb2≤Rb×20%；（2）Sb2≥5Fb2/Rb。

现以其中一例子进行详细说明：

在加工前，根据“第二球头刀5的刀头半径值Rb为0.05mm；第一球头刀3的刀头半径值Ra为0.09 mm～0.15mm。”，并综合所需加工的工件1，选定第一球头刀3的Ra为0.1mm，第二球头刀5的Rb为0.05mm，然后再合理分配各刀具的加工量，开始加工；

（a）   Ra为0.1mm的第一球头刀3进行半精加工，确定加工量为0.02mm，由于进给速度Fa为400～450 mm/min，因此，根据Pa≤Ra×20%选定Pa=0.02mm，然后再根据Sa≥5Fa/Ra选定Sa=20000～22000r/min；并将加工余量控制在小于等于0.005mm，并选用流线式加工路径S进行加工；

（b）   Rb为0.05mm第二球头刀5进行精加工，精加工作为加工过程中最重要的一步，其加工量应控制在小于等于 0.005mm：

（b1）清根加工工序，由于Fb1为200～250mm/min；根据Pb1≤Rb×20%选定Pb1=0.002～0.003mm，并根据Sb1≥5Fb1/Rb选定Sb1为28000～30000r/min；然后沿图5的A向自动走刀方式进行加工；

（b2）曲面精整加工，待清根加工完成后，直接进行曲面精整加工，中途不换刀，直接加工工件1到所需尺寸；由于Fb2为250～300mm/min ，可根据Pb2≤Rb×20%选定Pb2=0.005～0.0075mm，并根据刀具的转速Sb2≥5Fb2/Rb选定Sb2=28000～30000r/min；然后采用流线式加工路径S以单向方式(也就是只沿正向或反向方向进行运动，不能同时混合正向和反向进行运动)进行加工。

本发明通过合理设置各加工工序，可确保第二球头刀5的使用寿命，并可提高工件1的表面精度；而且，通过合理设置刀具的切削步距、进给速度、转速各加工参数，可形成超高转速、小步距、小进给速度的切削工艺，在确保工件1的加工效率的情况下，还可提高各刀具的使用寿命，并使各刀具的加工能力能够得到最大化发挥。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.铣削式微型刀具切削方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）第一球头刀进行半精加工；第一球头刀通过铣削方式对工件的待加工表面进行半精加工，以在工件上加工出第一V型加工面，该第一V型加工面上形成第一弧面根槽部；

（b）第二球头刀进行精加工；第二球头刀通过铣削方式在第一V型加工面进行精加工，其包括以下步骤：

（b1）清根加工工序；第二球头刀在第一弧面根槽部上沿其延伸方向进行加工，以加工出第二清根面；

（b2）曲面精整加工；该第二球头刀在第一V型加工面未经加工的区域和第二清根面上进行加工，并加工出第三V型加工面，该第三V型加工面上形成第三弧面根槽部；

其中，第二球头刀的刀头半径值Rb为0.05mm；第一球头刀的刀头半径值Ra为0.09 mm～0.15mm。

2.如权利要求1所述的铣削式微型刀具切削方法，其特征在于：在步骤（a）中，第一球头刀的进给速度为Fa，第一球头刀的切削步距为Pa，第一球头刀的转速为Sa，其中，Fa为400～450mm/min，则在步骤（a）中，其满足以下条件：（1）Pa≤Ra×20%；（2）Sa≥5Fa/Ra；

在步骤（b1）中，第二球头刀的进给速度为Fb1，第二球头刀的切削步距为Pb1，第二球头刀的转速为Sb1，其中，Fb1为200～250mm/min，则在步骤（b1）中，其满足以下条件：（1）Pb1≤Rb×20%；（2）Sb1≥5Fb1/Rb；

在步骤（b2）中，第二球头刀的进给速度为Fb2，第二球头刀的切削步距为Pb2，第二球头刀的转速为Sb2，其中，Fb2为250～300mm/min，则在步骤（b2）中，其满足以下条件：（1）Pb2≤Rb×20%；（2）Sb2≥5Fb2/Rb。

3.如权利要求2所述的铣削式微型刀具切削方法，其特征在于：该铣削式微型刀具切削方法包括以下步骤：

（a）  第一球头刀进行半精加工，第一球头刀的Ra为0.1mm，加工量为0.02mm，Fa=400～450 mm/min，Pa=0.02mm，Sa=20000～22000r/min；

（b）  第二球头刀进行精加工，第二球头刀的Rb为0.05mm，其加工量小于等于 0.005mm，并包括以下步骤：

（b1）清根加工工序， Fb1=200～250mm/min，Pb1=0.002～0.003mm，Sb1=28000～30000r/min；

（b2）曲面精整加工，Fb2为250～300mm/min ，Pb2=0.005～0.0075mm，Sb2=28000～30000r/min。

4.如权利要求1所述的铣削式微型刀具切削方法，其特征在于：在步骤（b2）中，该第二球头刀以单向走刀方式进行加工。

5.如权利要求1所述的铣削式微型刀具切削方法，其特征在于：所述第一弧面根槽部的半径值与第一球头刀的刀头半径值相等；所述第三弧面根槽部的半径值与第二球头刀的刀头半径值相等。