CN105252029B - 改进型螺纹刀片及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种机械加工领域的改进型螺纹刀片的实现方法,通过两次修正计算得到改进后的螺纹车刀法向齿形牙侧角;然后对螺纹车刀刀尖圆弧半径进行最大值优化;再对带修光刃的螺纹车刀齿根过渡圆弧进行最小值优化;最后基于所得参数构筑完整螺纹刀片尺寸模型并生产得到所述改进型螺纹刀片。本发明通过减少牙侧角、加大刀尖圆弧等形状优化设计,显著提高了刀具的耐用度。同时加工螺纹中径公差容易保证,控制的切削深度范围增大,容易操作。

Description

改进型螺纹刀片及其实现方法
技术领域
本发明涉及的是一种机械加工领域的技术,具体是一种针对各类单齿、多齿螺纹车刀,三角形平装、立装螺纹刀片带修光刃(全牙形)以及不带修光刃(V型)螺纹车刀的改进方法。
背景技术
随着螺纹刀具高速切削工艺逐渐普及,各类新型硬质合金、高效螺纹刀具在数控机床上应用逐渐扩大,获得了显著成效。现有的螺纹车刀片有全牙形,也称带修光刃的牙形。其特点在于车螺纹时只要控制中径尺寸,修光刃可将外径修正自然会合格。但是加工每种螺距均需使用其对应规格的刀片。这种刀片适用于高生产效率的大批量加工。另外一种螺纹刀片为不带修光刃的牙形、其特点在于螺纹外径需先加工到尺寸。加工螺纹时控制中径尺寸或牙形高度尺寸。这种刀片每一规格可加工某一范围螺距的螺纹。一个刀片可加工不同齿高、不同螺距的螺纹,因此可减少刀片储备量,适合于中小批量加工。
近年来已普遍使用硬质合金可转为螺纹刀片加工内、外螺纹。用的较多的平装三角型刀片,用两边定位,中心孔锥面压紧。三边刀片无后角,靠安装时倾斜形成左右侧刃后角,前角可压制时控制或刃磨控制。一般外螺纹刀片径向前角γp为10°。安装倾斜形成后角时,实际前角要减少。内螺纹刀片径向前角γp为15°。因为加工内螺纹安装倾斜形成要求有较大的后角。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提出一种改进型螺纹刀片及其实现方法,通过减少牙侧角、加大刀尖圆弧等形状参数优化设计,显著提高了刀具的耐用度。同时加工螺纹中径公差容易保证,控制的切削深度范围增大,容易操作。
本发明是通过以下技术方案实现:
本发明涉及一种改进型螺纹刀片的实现方法,包括以下步骤:
步骤1、通过两次修正计算得到改进后的螺纹车刀法向齿形牙侧角;
步骤2、对螺纹车刀刀尖圆弧半径进行最大值优化;
步骤3、对带修光刃的螺纹车刀齿根过渡圆弧进行最小值优化;
步骤4、基于步骤1~3所得参数构筑完整螺纹刀片尺寸模型,即:径向前角γp、法向齿形牙侧角齿高h、刀尖圆弧半径r1、齿根过渡圆弧r2,并生产得到所述改进型螺纹刀片。
本发明涉及上述方法得到的改进型螺纹刀片,其牙型为55~60°,对应法向牙侧角为26.9191~30.3545;刀尖圆弧半径r1与螺距P满足:齿根过渡圆弧半径r2满足:轴向前角γx、螺纹中径螺旋升角β、螺纹中径d2与螺纹车刀法向齿形牙侧角之间满足:
优选参数,所述的刀尖圆弧半径r1与螺距P的比例为0.1373~0.14433;
优选参数,所述的齿根过渡圆弧半径r2与螺距P的比例为0.072166~0.1373;
优选参数,齿高h与螺距P的比例为0.6403~0.649499;
所述的螺纹刀片为内螺纹(IR)刀片或外螺纹(ER)刀片,当作为内螺纹刀片时,其径向前角γp=15°,当作为外螺纹刀片时,其径向前角γp=10°。
技术效果
与现有技术相比,本发明采用更大的刀尖圆弧半径,车刀使用寿命显著高于现有技术;更小的牙侧角、使得螺纹加工时中径公差容易保证,控制的切削深度范围增大,容易操作。
附图说明
图1内外螺纹参数符号图;
图中:a为外螺纹刀片,b为内螺纹刀片;
图2螺纹刀片齿形参数符号图;
图中:a为侧视图,b为正视图,1为前刀面、2为左侧刃、3为右侧刃、4为刀尖圆弧(其半径为r1)、5为修光刃;
图3螺纹齿形角减少引起中径变动量计算图;
图中:A点为原螺纹中径;B点为更新后螺纹中径;C点为原始三角形顶点;
图4内外60°螺纹齿尖圆弧、齿高计算图;
图5螺纹刀片法向齿型牙侧角投影计算图;
图中:a为车螺纹主视图;b为刀片底面正投影齿形;c为螺纹轴向剖面齿形;d为前刀面正投影齿形,IR刀片γy=-15°,ER刀片γy=-10°,γy即刀片径向前角,γx即刀片轴向前角;
图6实施例中干式切削环境下主切削力对比图;
图7本发明刀片切屑形态图;
图8本发明刀片磨损对比图;
图9实施例刀刃磨损放大图;
图中:a为前刀面100倍放大;b为后刀面100倍放大;c为前刀面35倍放大;d为后刀面35倍放大。
具体实施方式
本实施例包括以下操作:
步骤1、对螺纹车刀法向齿形牙侧角进行改进:
步骤1.1、第一次计算:设定减少螺纹牙侧角引起的中径减少量Δd2基本上相当于螺纹中径公差的1/5,以此为验算条件,按螺纹牙侧角螺距P、螺纹标准中给定的中径公差Td2等数据,选定牙侧角极限偏差(±)下限X倍的X值,计算出螺纹牙侧角计算名义参数
所述的X值,具体通过以螺纹牙侧角的极限偏差(±)下限X倍计算中径减少量Δd2和中径公差Td2,当满足时,即可采用该X值。
步骤1.2、第二次计算:以螺纹牙侧角计算名义参数为基础,按照刀片径向前角γp、轴向前角γx的数值,计算出螺纹车刀法向齿形牙侧角
步骤2、螺纹车刀刀尖圆弧半径r1按不同规格螺纹底部允许的最大值进行优化设计计算;
步骤3、对带修光刃的螺纹车刀齿根过渡圆弧r2按磨齿形能达到的最小圆弧半径进行优化设计计算;
步骤4、按步骤1~3所得到的法向齿形牙侧角刀尖圆弧半径r1、齿根过渡圆弧r2。计算齿高h参数的数值。
所述的步骤1中的第一次计算,具体包括以下步骤:
步骤1.1.1、设定x值为0.6~0.75;
步骤1.1.2、选定内螺纹直径D或外螺纹直径d,并根据加工件图纸获得螺距P;
步骤1.1.3、计算牙侧角减少量Δε=-1·X·螺纹牙侧角的极限偏差,该极限偏差按上述螺距P从螺纹标准中查依据;
所述的螺纹标准参考“机械工程基础与通用标准实用丛书”螺纹及其联结p151表4-31(中国计划出版社李晓滨主编2004年5月第一版)。
步骤1.1.4、根据加工件图纸选定牙侧角
步骤1.1.5、计算牙侧角的计算名义值
步骤1.1.6、计算中径减少量Δd2:
步骤1.1.7、计算中径的外螺纹和内螺纹公差分别为:Td2=0.09·k·P0.4·d0.1、TD2=0.09·k′·P0.4·D0.1,单位为mm,其中:P为螺距、d为外螺纹直径,D为内螺纹直径,不同公差等级系数k和k’如下:
公差等级 2 3 4 5 6 7 8 9
k 0.4 0.5 0.63 0.8 1 1.25 1.6 2
k’ 0.53 0.66 0.85 1.06 1.32 1.7 2.12
公差等级由加工螺纹图纸规定决定,一般螺纹的公差等级为6级。
步骤1.1.8、验算:当满足时,确认X值,否则重选X重复步骤步骤1.1.1~1.6直到满足条件。
本实施例中设置中径减少量Δd2相当于螺纹中径公差Td2的1/5,其余4/5留给螺距、中径加工产生的误差使用。
如图5所示,螺纹车刀径向前角γp、轴向前角γx(与螺纹中径螺旋角β相同)、螺纹中径螺旋升角β、螺纹中径d2与螺纹车刀法向齿形牙侧角之间几何关系满足:
按上述公式计算的角度磨出法向刀片齿形角,测量前刀面齿形角,与修正前一致。用此刀片车M42×1.5螺纹,测量螺纹轴向齿形角,完全符合螺纹精度要求。
所述的步骤2,即螺纹车刀刀尖圆弧半径r1的优化,如图4所示,取螺纹标准中齿底圆弧半径的公差上限,具体如下:
螺纹标准中齿底圆弧半径其中:螺纹原始三角形高H=0.886P,并且r1取R1max
所述的步骤3,即螺纹车刀齿根过渡圆弧r2的优化,如图4所示,取磨齿形能达到的最小圆弧半径,具体如下:
侧刃与修光刃的过渡圆弧因此r2的取值满足:0.05(mm)≤r2<R2max
所述的步骤4,即完整螺纹刀片尺寸模型,具体为:将步骤1~3计算得到的优化参数折算出相当于螺距P的倍数的计算公式,并得到带修光刃螺纹刀片的设计参数表,包括:螺纹车刀径向(垂直螺纹轴线)前角γp、螺纹车刀法向齿形牙侧角螺纹车刀齿高h、螺纹车刀刀尖圆弧半径r1、螺纹车刀修光刃过渡圆弧半径r2,具体如下:
如图4所示,针对外螺纹刀片(ER):刀尖圆弧半径r1=0.14433P、齿根过渡圆弧r2=0.072166P、齿高h=0.649499P;针对内外螺纹刀片(IR):刀尖圆弧半径r1=0.07216P、齿根过渡圆弧r2=0.05。
针对外螺纹刀片(ER)或内外螺纹刀片(IR):刀尖圆弧半径r1=0.1373P、齿根过渡圆弧r2=0.1373P、齿高h=0.6403P。
本实施例以以下尺寸的工件进行效果验证:外径25~30mm,长度:120~150mm,材料:304不锈钢,螺距14扣/寸。切削参数:无冷却液,转速:700~1100转(v=75~100m/min)。刀具寿命:现有进口刀片单个刀尖加工500件左右。本发明单个刀尖可加工600~700件左右。
实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种改进型螺纹刀片的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、通过两次修正计算得到改进后的螺纹车刀法向齿形牙侧角,具体包括:
步骤1.1:设定减少螺纹牙侧角引起的中径减少量Δd2基本上相当于螺纹中径公差的1/5,以此为验算条件,按螺纹牙侧角螺距P、螺纹标准中给定的中径公差Td2数据,选定牙侧角极限偏差(±)下限X倍的值,计算出螺纹牙侧角计算名义参数
步骤1.2:以螺纹牙侧角计算名义参数为基础,按照刀片径向前角γp、轴向前角γx的数值,计算出螺纹车刀法向齿形牙侧角
步骤2、对螺纹车刀刀尖圆弧半径进行最大值优化;
步骤3、对带修光刃的螺纹车刀齿根过渡圆弧进行最小值优化;
步骤4、基于步骤1~3所得参数构筑完整螺纹刀片尺寸模型,即:径向前角γp、法向齿形牙侧角齿高h、刀尖圆弧半径r1、齿根过渡圆弧r2,并生产得到所述改进型螺纹刀片。
2.根据权利要求1所述的实现方法,其特征是,所述的下限X倍的值,具体通过以螺纹牙侧角的极限偏差(±)下限X倍计算中径减少量Δd2和中径公差Td2,当满足时,即可采用该值。
3.根据权利要求1所述的实现方法,其特征是,所述的步骤1.1具体包括:
步骤1.1.1、设定下限为0.6~0.75倍;
步骤1.1.2、选定内螺纹直径D或外螺纹直径d,并根据加工件图纸获得螺距P;
步骤1.1.3、计算牙侧角减少量Δε=-1·X·螺纹牙侧角的极限偏差,该极限偏差按所述螺距P从螺纹标准中查依据;
步骤1.1.4、根据加工件图纸选定牙侧角
步骤1.1.5、计算牙侧角的计算名义值
步骤1.1.6、计算中径减少量Δd2
步骤1.1.7、计算中径的外螺纹和内螺纹公差分别为:Td2=0.09·k·P0.4·d0.1、TD2=0.09·k′·P0.4·D0.1,单位为mm,其中:P为螺距、d为外螺纹直径,D为内螺纹直径,不同公差等级系数k和k’如下表;
步骤1.1.8、验算:当满足时,确认X值,否则重选X值,重复步骤1.1.1~1.1.6直到满足条件。
4.根据权利要求1所述的实现方法,其特征是,所述的步骤2具体是指:取螺纹标准中齿底圆弧半径的公差上限,即螺纹标准中齿底圆弧半径其中:H为0.886P,并且r1取R1max
5.根据权利要求1所述的实现方法,其特征是,所述的步骤3具体是指:取磨齿形能达到的最小圆弧半径,即侧刃与修光刃的过渡圆弧因此r2的取值满足:0.05(mm)≤r2<R2max
6.一种根据上述任一权利要求所述实现方法得到的改进型螺纹刀片,其特征在于,该改进型螺纹刀片的牙型为55~60°,对应法向牙侧角为26.9191~30.3545;刀尖圆弧半径r1与螺距P满足:齿根过渡圆弧半径r2满足:轴向前角γx、螺纹中径螺旋升角β、螺纹中径d2与螺纹车刀法向齿形牙侧角之间满足:
7.根据权利要求6所述的改进型螺纹刀片,其特征是,所述的刀尖圆弧半径r1与螺距P的比例为0.1373~0.14433;所述的齿根过渡圆弧半径r2与螺距P的比例为0.072166~0.1373;所述的齿高h与螺距P的比例为0.6403~0.649499。
8.根据权利要求6所述的改进型螺纹刀片,其特征是,所述的螺纹刀片为内螺纹刀片或外螺纹刀片,当作为内螺纹刀片时,其径向前角γp=15°,当作为外螺纹刀片时,其径向前角γp=10°。
9.根据权利要求6或7或8所述的改进型螺纹刀片,其特征是,当该改进型螺纹刀片的牙型为60°时:
当螺距P为0.5~1mm,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当螺距P为1~2mm,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当螺距P为2~3mm,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当螺距P大于3mm,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当该改进型螺纹刀片的牙型为55°时:
当每寸牙数为27~48,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当每寸牙数为13~24,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当每寸牙数为9~12,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
当每寸牙数为4~8,作为外螺纹刀片时,法向牙侧角当作为内螺纹刀片时,法向牙侧角
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