CN104802319A - 层叠组合式金刚石铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对脆硬非金属材料进行开槽加工的层叠组合式金刚石铣刀，包括刀杆和开槽刃体，刀杆内部开设有通水孔道，通水孔道的进水口通出刀杆上端，开槽刃体为与刀杆同轴套装的一个或两个以上金刚石齿环，金刚石齿环与刀杆键连接并通过刀杆下端旋合的螺母轴向锁紧；金刚石齿环上半部分圆周均布的上刀齿错位相对下半部分圆周均布的下刀齿，上齿槽形成在相邻上刀齿之间，下齿槽形成在相邻下刀齿之间；通水孔道的出水口径向通出刀杆，对于金刚石齿环的上齿槽和下齿槽，至少有一个出水口与之对应。本发明规避了高难、高温、高危的加工制造方法，金刚石环体和刀杆的固结为机械固结方式，制作工艺简单，制作成本低。

Description

层叠组合式金刚石铣刀

技术领域

本发明涉及粉末冶金金刚石铣削工具，具体为一种层叠组合式金刚石铣刀。

背景技术

对硬脆非金属材料进行非磨边类的开槽加工，常采用金刚石大螺旋升角条齿铣刀，一般直径小于30mm，铣刀磨削面180°与被加工材料大面积接触，属于大吃刀量、大磨削热的强力粗加工。

大螺旋升角(α)条齿铣刀，采用粉末冶金金刚石条形齿，若干条齿分别呈90°≥α＞45°有规则分布固结在圆柱状基体上，在齿与齿之间的基体上，设置内冷式通水孔，冷却水喷射在工件的被磨削面上。

金刚石条形齿的固结大都采用手工或半机械化钎焊加工工艺，其操作技能要求高，是一种高难、高温、高危的加工方法。

对于大螺旋升角的铣刀，由于是采用断续磨削方式，所以加工过程中跳动较大，易造成崩边或断裂的情况，增加齿数将会缓解，但需要增加通水孔，由此铣刀的结构强度将受到影响。为了确保铣刀的结构强度，齿数及通水孔的数量、大小都受到一定的限制。

由于铣刀磨削面180°大面积的参与磨削，磨削过程中会产生大量的磨削热，采用通水孔喷射的方式，难以保证相对均匀的作用在工件被加工面上。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种磨削效率高、冷却效果好、制造简单的层叠组合式金刚石铣刀。

能够解决上述技术问题的层叠组合式金刚石铣刀，其技术方案包括刀杆和开槽刃体，所不同的是所述开槽刃体为与刀杆的杆体同轴套装的一个金刚石齿环或两个以上等径的金刚石齿环(单层金刚石齿环的高度不足，可通过两个以上金刚石齿环层叠组合来满足被加工件的厚度)，所述刀杆下端旋合螺母将金刚石齿环轴向锁紧于刀杆的杆体上(依靠端面压力传递扭矩)；所述金刚石齿环上半部分圆周均布的两个以上(含两个)上刀齿错位相对下半部分圆周均布的两个以上(含两个)下刀齿(上刀齿数量与下刀齿数量相等)。

所述的金刚石铣刀(单个金刚石齿环)工作时，圆周均布的上刀齿和下刀齿均参与加工，由于错位均布的刀齿构成一个完整的圆周磨削面，形成类似连续磨削，加工过程中跳动大大减轻，缓解了易造成崩边或断裂的情况；所述的金刚石铣刀(两个以上金刚石齿环)工作时，层叠组合的金刚石齿环构成网格式磨削面，大大改善了加工过程的受力关系。

对于两个以上金刚石齿环的层叠组合，相邻金刚石齿环之间的连接面可设计为水平面(与轴线垂直)；为缓解金刚石齿环层叠组合的边界效应，确保金刚石铣刀工作时的工作面平整，相邻金刚石齿环之间的连接面可优化设计为斜面(与轴线非垂直)或优化设计为曲面；常规的设计，连接面(水平面、斜面和曲面)之间下齿槽对位上刀齿或下刀齿对位上齿槽。

进一步的设计为，所述斜面和曲面的轴向高度不大于金刚石粒径×6的积。

为缓解加工过程中各金刚石齿环上、下刀齿产生的边界效应，所述金刚石齿环中，上、下齿槽在轴向上形成重叠交汇，即上齿槽底部低于下齿槽底部、或下齿槽底部高于上齿槽底部，上、下齿槽之间交汇部位的轴向高度不大于2mm。

为适应金刚石铣刀的内冷式加工，所述刀杆内部开设有轴向通水孔道，所述通水孔道的进水口通出刀杆上端，所述通水孔道的出水口径向通出刀杆的杆体，对于金刚石齿环的上齿槽和下齿槽，至少有一个出水口与之对应。

为增强刀杆传递给金刚石齿环的扭矩，所述金刚石齿环与刀杆的杆体之间轴向卡嵌一对或两对以上的健体和键槽。

为满足强度要求，各金刚石齿环中，错位的上、下齿槽相邻槽面之间的距离(最大直径处的周向距离)优化设计为不大于刀齿的1/2齿宽(中径处的周向距离)；或错位的上、下刀齿之间的搭接宽度(最大直径处的周向距离)优化设计为不大于刀齿的1/2齿宽(中径处的周向距离)。

金刚石若采用上、下往复行程的加工方式，铣刀圆周表面的平整度将会得到较好的维持，为避免冷却水快速流失，其优化方案是：对于单个使用的金刚石齿环，是在金刚石齿环的上、下齿槽内设有多小孔填充块；对于两个以上金刚石齿环的使用，是在最上端金刚石齿环的上齿槽和最下端金刚石齿环的下齿槽内设置多小孔填充块(可采用不影响刀齿工作的软质材料制作)，多小孔填充块可将出水口喷出的水分向多小孔流出，以减缓冷却水流失速度。

适应本发明结构设计的金刚石齿环的直径取值范围在之间(若制作更大或更小直径的金刚石铣刀产品，其必要性和经济性较差，一般可采取其他的制作方法)。

单个使用的金刚石齿环的上、下刀齿还可选取差异性配方制作，即采取两种差异性配方交替制作上刀齿，采取同样两种差异性配方交替制作下刀齿，使得上、下不同磨削性能的刀齿交叉布局，利用刀杆转速、刀齿在加工过程中的作用点位置变化、异性配方刀齿的磨耗差异，形成高频率的受力交变，可达到提高排屑性能(降低粉屑摩擦热)、实现高频微观冲击磨削的高效加工。

对于单个使用的金刚石齿环，其一种变形的特殊结构为：所述金刚石齿环包括圆周均布的刀齿，所述刀齿的上部或下部相连，齿槽形成在相邻刀齿之间。磨削加工时，刀齿相连的上部或下部不参加磨削，适合跳动要求不高的磨削加工场合。

对于单个使用的金刚石齿环，其另一种变形的特殊结构为：所述金刚石齿环包括上端圆周均布的上刀齿和下端圆周均布的下刀齿，上齿槽形成在相邻上刀齿之间，下齿槽形成在相邻下刀齿之间，上齿槽对位下刀齿且深入下刀齿内部，下齿槽对位上刀齿且深入上刀齿内部，上、下齿槽在轴向上形成重叠。磨削加工时，对应于上、下齿槽重叠部分的上、下刀齿参加磨削，适合跳动要求不高的磨削加工场合。

本发明的有益效果：

1、本发明层叠组合式金刚石铣刀规避了高难、高温、高危的加工制造方法，金刚石齿环和刀杆的连接为机械固结方式，制作工艺简单，制作成本低。

2、本发明采用单个金刚石齿环制作刀齿，可由异性配方的刀齿交替布局而成，可实现高频微观冲击磨削的高效加工。

3、本发明可形成封闭冷却水的齿槽空间，冷却效果大大改善。

4、本发明采用两个以上的金刚石齿环层叠组合，可构成网格式磨削面和网格式冷却面，大大改善了加工过程的受力关系和冷却效果，有利于高效加工。

5、本发明的金刚石齿环可依据工件的厚度对应设计和层叠，刀齿磨耗后可以更换金刚石齿环，降低了刀具成本。

附图说明

图1(a)为本发明一种实施方式的结构示意图。

图1(b)为本发明另一种实施方式的结构示意图。

图2(a)为图1(a)、图1(b)实施方式的开槽加工示意图Ⅰ。

图2(b)为图1(a)、图1(b)实施方式的开槽加工示意图Ⅱ。

图3(a)为图1(a)、图1(b)中刀杆的结构示意图。

图3(b)为图3(a)的仰视图。

图4(a)为图1(a)、图1(b)中金刚石齿环的结构示意图。

图4(b)为图4(a)的主视图。

图5(a)为图1(a)、图1(b)中最上层第一个金刚石齿环的结构示意图，显示为齿槽内设置多小孔填充块。

图5(b)为图5(a)的俯视图。

图6(a)为图1(a)、图1(b)实施方式中，单个金刚石齿环使用时的一种特殊结构。

图6(b)为图1(a)、图1(b)实施方式中，单个金刚石齿环使用时的一种特殊结构。

图号标识：1、刀杆；2、金刚石齿环；3、进水口；4、出水口；5、齿槽；6、刀齿；7、螺母；8、多小孔填充块；9、工件；10、层叠组合式金刚石铣刀；11、健槽；12、健体。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明层叠组合式金刚石铣刀10包括刀杆1和金刚石齿环2以及锁紧金刚石齿环2于刀杆1上的螺母7，如图1(a)、图1(b)所示。

所述刀杆1的杆体自上而下由同轴的五部分(螺纹连接刀柄位、扳手卡位、轴阶限定位、开槽刃体安装位、螺纹锁紧位)构成，扳手卡位、轴阶限定位和开槽刃体安装位的杆体中心开设通水孔道，所述通水孔道的进水口3于螺纹连接刀柄位杆体的中心开设并与通水孔道连通，通水孔道的出水口4(不同位置的多个)于开槽刃体安装位的杆体上径向开设，如图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)所示。

所述金刚石齿环2(采用粉末冶金制作)的内径匹配刀杆1的开槽刃体安装位杆体直径，金刚石齿环2的外径根据开槽加工需要选择在之间；金刚石齿环2的制作方案为：取一金刚石环体(金刚石齿环2的胚体)分为上、下两部分(一般为两等分)，金刚石环体上半部分自上端面向内开设四个圆周均布的扇形上齿槽5，四个上刀齿6间隔在四个上齿槽5之间，金刚石环体下半部分自下端面向内开设四个圆周均布的扇形下齿槽5，四个下刀齿6间隔在四个下齿槽5之间，上齿槽5与下齿槽5形状相同且位置相错位，即上齿槽5对应于下刀齿6正中(或下齿槽5对应于上刀齿6正中)；错位的上、下齿槽5相邻槽面之间的距离B(最大直径处的周向距离)不大于刀齿6的1/2齿宽(中径处的周向距离)，或另一种描述方式为错位的上、下刀齿6之间的重叠搭接宽度B(最大直径处的周向距离)不大于刀齿6的1/2齿宽(中径处的周向距离)；各齿槽5的底部采用(与轴线不垂直的)斜面或曲面，相邻的上齿槽5与下齿槽5之间，(在轴向上的投影)上齿槽5的底部低于下齿槽5的底部而形成重叠交汇，或下齿槽5的底部高于上齿槽5的底部而形成重叠交汇，交汇部位的轴向高度H选择为不大于2mm，如图4(a)、图4(b)所示。

对于单个金刚石齿环2的使用，其上、下刀齿6采取差异性配方制作，交叉布局。

所述金刚石齿环2的内径孔壁上轴向凸起有对称的两条键体12，所述刀杆1开槽刃体安装位的杆体上轴向开设对称的两条健槽11，金刚石齿环2与开槽刃体安装位的杆体套装，且键体12对位健槽11并相互卡嵌传递扭矩，金刚石齿环2的上端定位于刀杆1的轴阶限定位，所述螺母7旋合于刀杆1的螺纹锁紧位，并通过弹簧垫圈和软质垫圈将金刚石齿环2锁紧在刀杆1上；对于较厚工件9的开槽加工，通常需采用三个金刚石齿环2叠加使用，如图1(a)所示，三个金刚石齿环2依次与刀杆1的开槽刃体安装位杆体套装连接，连接面之间下齿槽5对位上刀齿6或下刀齿6对位上齿槽5，最上端金刚石齿环2定位于刀杆1的轴阶限位，螺母7锁紧于最下端金刚石齿环2，从而形成层叠组合式金刚石铣刀10，层叠组合式金刚石铣刀10轴向往复运动时，第一个金刚石齿环2的上齿槽5和第三个金刚石齿环2的下齿槽5内设有多小孔填充块8以挡住水流直接流出，如图1(a)、图1(b)所示。

所述通水孔道的出水口4根据金刚石齿环2的齿槽5位置制定开设位置，上述的三个金刚石齿环2套装连接后，则至少有一个出水口4对应于每一个金刚石齿环2的上、下齿槽5位置开设，如图1(a)、图1(b)所示；相邻金刚石齿环2之间的连接面可为如图1(a)所示的水平面，优化设计为图1(b)所示的斜面或曲面，所述斜面或曲面的轴向高度D优化设计不大于金刚石粒径×6的积，本实施例中金刚石粒径选择为0.3mm。

用直径为的三个金刚石齿环2构成的层叠组合式金刚石铣刀10对工件9开槽有两种加工方式，如图2(a)为在玻璃体内开槽，如图2(b)为自玻璃侧面向内开槽。

很显然，除了最上端金刚石齿环2的上齿槽5及最下端金刚石齿环2的下齿槽5以外，其余部分的齿槽5和工件9的被磨削面构成封闭区，此时的冷却水被封堵在齿槽5的空间内，在离心力的作用下，冷却水全面覆盖在齿槽5对应的工件9被磨削面，冷却方式由不均匀的喷射变为均匀的浸泡，达到了比现有技术更充分的冷却效果，有助于金刚石铣刀的高效加工；为更好保证有效工作面的平整，层叠组合式金刚石铣刀10采用轴向往复式开槽加工，当最上端金刚石齿环2的上齿槽5或最下端金刚石齿环2的下齿槽5离开工件9时，依靠多小孔填充块8挡住冷却水流而实施有效的冷却。

当层叠组合式金刚石铣刀10采用单个金刚石齿环2作往复式开槽加工时，多小孔填充块8填充于上、下齿槽5内。

本发明的两个特殊实施例，适合金刚石齿环2的单个使用。

1、所述金刚石齿环2包括圆周均布的刀齿6，所述刀齿6的下部相连，齿槽5形成在相邻刀齿6之间；磨削加工时，刀齿6相连的下部不参加磨削，适合跳动要求不高的磨削加工场合，如图6(a)所示。

2、所述金刚石齿环2包括上端圆周均布的上刀齿6和下端圆周均布的下刀齿6，上齿槽5形成在相邻上刀齿6之间，下齿槽5形成在相邻下刀齿6之间，上、下刀齿6错位相对，即上齿槽5对位下刀齿6且深入下刀齿6根部，下齿槽5对位上刀齿6且深入上刀齿6根部，上、下齿槽5在轴向上形成重叠，极端情况下，圆周均布的上、下刀齿6均为2个，如图6(b)所示；磨削加工时，对应于上、下齿槽5重叠部分的上、下刀齿6参加磨削，适合跳动要求不高的磨削加工场合。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.层叠组合式金刚石铣刀，包括刀杆(1)和开槽刃体，其特征在于：所述开槽刃体为与刀杆(1)的杆体同轴套装的一个金刚石齿环(2)或两个以上等径的金刚石齿环(2)，刀杆(1)下端旋合螺母(7)将金刚石齿环(2)轴向锁紧于刀杆(1)的杆体上；所述金刚石齿环(2)上半部分圆周均布的两个以上上刀齿(6)错位相对下半部分圆周均布的两个以上下刀齿(6)，上齿槽(5)形成在相邻上刀齿(6)之间，下齿槽(5)形成在相邻下刀齿(6)之间。

2.根据权利要求1所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：上、下金刚石齿环(2)之间的连接面为水平面、或为斜面、或为曲面，连接边面之间下齿槽(5)对位上刀齿(6)或下刀齿(6)对位上齿槽(5)。

3.根据权利要求2所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述斜面和曲面的轴向高度不大于金刚石粒径×6的积。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述金刚石齿环(2)中，上、下齿槽(5)在轴向上形成重叠交汇，上、下齿槽(5)之间交汇部位的轴向高度不大于2mm。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述刀杆(1)内部开设有轴向通水孔道，所述通水孔道的进水口(3)通出刀杆(1)上端，所述通水孔道的出水口(4)径向通出刀杆(1)的杆体，对于金刚石齿环(2)的上齿槽(5)和下齿槽(5)，至少有一个出水口(4)与之对应。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述金刚石齿环(2)与刀杆(1)的杆体之间轴向卡嵌一对或两对以上的健体(12)和键槽(11)。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：各金刚石齿环(2)中，错位的上、下刀齿(6)之间的重叠搭接宽度不大于刀齿(6)的1/2齿宽。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：对于单个使用的金刚石齿环(2)，金刚石齿环(2)的上、下齿槽(5)内设有多小孔填充块(8)；对于两个以上使用的金刚石齿环(2)，最上端金刚石齿环(2)的上齿槽(5)和最下端金刚石齿环(2)的下齿槽(5)内设有多小孔填充块(8)。

9.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述金刚石齿环(2)的直径为

10.根据权利要求1～3中任意一项所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：对于单个使用的金刚石齿环(2)，采取两种差异性配方交替制作上刀齿(6)，采取同样两种差异性配方交替制作下刀齿(6)。

11.根据权利要求1所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述单个使用的金刚石齿环(2)包括圆周均布的刀齿(6)，所述刀齿(6)的上部或下部相连，齿槽(5)形成在相邻刀齿(6)之间。

12.根据权利要求1所述的层叠组合式金刚石铣刀，其特征在于：所述单个使用的金刚石齿环(2)包括上端圆周均布的上刀齿(6)和下端圆周均布的下刀齿(6)，上齿槽(5)形成在相邻上刀齿(6)之间，下齿槽(5)形成在相邻下刀齿(6)之间，上齿槽(5)对位下刀齿(6)且深入至下刀齿(6)内部，下齿槽(5)对位上刀齿(6)且深入至上刀齿(6)内部，上、下齿槽(5)在轴向上形成重叠。