CN105345097A - 一种高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法，该高效可转位复合扩孔钻包括刀柄总成，刀柄总成两端中心分别开有安装孔和中心螺孔，中心螺孔端部开有沉孔，安装孔和中心螺孔之间开有冷却通道，安装孔和中心螺孔内分别安装有刀杆总成和拉钉，刀柄总成外部设有两个法兰盘，刀柄总成顶端开有两个锁紧螺孔，锁紧螺孔内通过螺纹连接有锁紧螺钉，两个锁紧螺孔分别置于靠近刀杆总成一侧的一个法兰盘的两侧。本发明提高了刀具的刚性，降低了刀具的挠性要求，减少了刀具数量，且选择适当材质制作的刀片来提高耐磨性、耐疲劳性要求；同时，降低了加工难度，提高了可操作性、经济性和加工效率。

Description

一种高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法。
背景技术
目前，使用常规扩孔加工方法在工件上加工出阶梯深孔时，常规的方法是采用若干个不同的刀具逐个加工不同直径的孔，一般从最小直径的孔开始逐个加工，但传统的加工方法很难加工如图1所示的精度达IT9级的阶梯深孔，原因主要有六方面，其一是加工刀具的耐疲劳性差，主要是毛坯采用灰口铁铸造，加工的孔又与众多开口槽垂直交叉，加工时刀具的受力变化大；其二是加工后的孔尺寸不易控制，留下质量隐患，主要是开口槽系铸造成型，因而不可避免地存在拔模斜度，加工时刀具受力不均，特别是刀具承受的径向力较大，刀具易晃动；其三是加工刀具易磨损，主要是开口槽表面有硬化现象，且硬度不均；其四是使用的刀具数量较多、加工效率低、加工周期长、加工成本高，主要是该类孔的台阶较多、长径比大，有的孔甚至达15倍；其五是加工过程中的冷却效果较差，导致工件或刀具散热差，影响加工精度；其六是加工刀具的整体刚性差，特别是长径比较大的刀具，如果选用高速钢刀具则易弯曲，如果选用硬质合金刀具则易断裂。
发明内容
本发明旨在提供一种高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法，在数控设备上使用可使加工后的阶梯深孔尺寸能直接达到IT9级精度要求，且加工的效率高，加工的成本低，克服了传统加工方法的技术问题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种高效可转位复合扩孔钻，包括刀柄总成，刀柄总成两端中心分别开有安装孔和中心螺孔，中心螺孔端部开有沉孔，安装孔和中心螺孔之间开有冷却通道，安装孔和中心螺孔内分别安装有刀杆总成和拉钉，刀柄总成外部设有两个法兰盘，刀柄总成顶端开有两个锁紧螺孔，锁紧螺孔内通过螺纹连接有锁紧螺钉，两个锁紧螺孔分别置于靠近刀杆总成一侧的一个法兰盘的两侧。
所述刀杆总成包括从左至右直径逐级递增的台阶形的刀杆本体，刀杆本体右端固接有凸台，凸台右端为安装座，刀杆本体上每个台阶的端部均通过安装螺钉安装有三角形的刀片，刀杆本体外部开有两个容屑槽，两个容屑槽以刀杆本体中轴呈中心对称布置。
所述刀杆总成中心开有主冷却通道，主冷却通道上设置有若干对称布置的支线冷却孔，支线冷却孔内端与主冷却通道相连通，支线冷却孔与刀杆总成中轴之间的夹角为锐角。
所述安装座外壁开有的卡装斜面，该卡装斜面与安装座中轴之间的夹角为2°。
所述安装座端部与安装孔端部之间卡装有密封圈。
所述锁紧螺孔与刀柄座中轴间的夹角为98°。
所述刀杆总成采用硬度为HRC35-38的14Cr17Ni2合金制作。
一种高效可转位复合扩孔钻的加工方法，该方法包括以下步骤：
(a)将用于加工刀杆总成的坯料进行正火处理，正火温度为720-950℃，时间为40-60min；
(b)车加工坯料各外圆及端面，各台阶处外圆均留双边余量0.3-0.5mm；
(c)粗铣加工容屑槽和卡装斜面，容屑槽留余量0.5-0.8mm；
(d)采用枪钻从安装座端部向另一端加工主冷却通道；
(e)用万向分度头装夹校正外圆和容屑槽，并加工支线冷却孔；
(f)真空热处理，保证硬度要求并消除应力；
(g)清洗去除工件热处理产生的氧化色；
(h)校正安装座的外圆及端面并精磨外圆和端面；
(i)将刀杆总成装入刀柄总成中的安装孔内，以刀柄座外锥面为基准，精磨其余各档外圆及端面；
(j)用分度头装夹，以刀柄座外锥面为基准，校正容屑槽并精加工容屑槽，分粗、精加工刀片的安装槽和刀片压紧螺孔；
(h)装配好后，对扩孔钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
一种高效可转位复合扩孔钻的使用方法，该方法具体为：把拉钉旋入刀柄总成上开设的中心螺孔中，将压紧螺钉旋入锁紧螺孔中，保证压紧螺钉底端高于锁紧螺孔底端，将密封圈放入安装孔内，再将刀杆总成插入刀柄总成左端开设的安装孔中，并保证安装座端部紧靠密封圈，旋转刀杆总成使卡装斜面正对压紧螺钉，最后拧紧压紧螺钉使其底端抵紧在卡装斜面上即可。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的高效可转位复合扩孔钻及其加工方法和使用方法，通过利用受径向切削力尽可能小的结构设计和刚性更强的可转位阶梯扩孔钻，提高了刀具的刚性，降低了刀具的挠性要求，减少了刀具数量，同时，可根据选择适当材质制作的刀片来提高耐磨性、耐疲劳性要求，本发明再利用数控设备的中心内冷方式将切削加工中产生的切屑及其热量带走，有效解决了该技术难题，降低了加工难度，提高了可操作性、经济性和加工效率。
附图说明
图1是需加工的工件结构图；
图2是本发明的结构图；
图3是本发明中刀柄总成的结构图；
图4是本发明中刀杆总成的结构图；
图5是图4的B-B剖视图；
图6是本发明中刀片的主视图；
图7是图6的A-A剖视图；
图中：1-刀柄总成，2-拉钉，3-密封圈，4-压紧螺钉，5-刀杆总成，101-刀柄座，102-法兰盘，103-中心螺孔，104-沉孔，105-压紧螺孔，106-安装孔，107-冷却通道，501-刀杆本体，502-凸台，503-安装座，504-卡装斜面，505-主冷却通道，506-刀片，507-安装螺钉，508-容屑槽，509-支线冷却孔。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
如图2-7所示，本发明提供的高效可转位复合扩孔钻，包括刀柄总成1，刀柄总成1两端中心分别开有安装孔106和中心螺孔103，中心螺孔103端部开有沉孔104，安装孔106和中心螺孔103之间开有冷却通道107，安装孔106和中心螺孔103内分别安装有刀杆总成5和拉钉2，刀柄总成1外部设有两个法兰盘102，刀柄总成1顶端开有两个锁紧螺孔105，锁紧螺孔105内通过螺纹连接有锁紧螺钉4，两个锁紧螺孔105分别置于靠近刀杆总成5一侧的一个法兰盘102的两侧。
所述刀杆总成5包括从左至右直径逐级递增的台阶形的刀杆本体501，刀杆本体501右端固接有凸台502，凸台502右端为安装座503，刀杆本体501上每个台阶的端部均通过安装螺钉507安装有三角形的刀片506，刀杆本体501外部开有两个容屑槽508，两个容屑槽508以刀杆本体1中轴呈中心对称布置。
所述刀杆总成5中心开有主冷却通道505，主冷却通道505上设置有若干对称布置的支线冷却孔509，支线冷却孔509内端与主冷却通道相连通，支线冷却孔509与刀杆总成5中轴之间的夹角为锐角。
所述安装座503外壁开有的卡装斜面504，该卡装斜面504与安装座503中轴之间的夹角为2°。
所述安装座503端部与安装孔106端部之间卡装有密封圈3。
所述锁紧螺孔105与刀柄座101中轴间的夹角为98°。
所述刀杆总成5采用硬度为HRC35-38的14Cr17Ni2合金制作。
实施例：
本发明包括设计-加工和使用三个步骤，具体为：
一、设计高效可转位复合扩孔钻
1、拉钉2根据具体的数控设备选用带内冷孔的标准件。
2、刀柄总成1为侧固式刀柄，整体硬度为HRC28-32，材料选用2Cr13制作。刀柄总成1的中心螺孔104的内螺纹和沉孔104根据拉钉2的外螺纹和外圆分别进行设计，内螺纹精度选用5级，沉孔104和拉钉2外圆的配合间隙保证≤0.01mm。刀柄座101的外锥度和法兰盘102按机床主轴接口尺寸进行设计，其中，刀柄座101的外锥度磨削加工时保证与机床主轴锥孔的配合度要求达到80％以上。一个锁紧螺孔105设在法兰盘102的中间凹槽处，另一个锁紧螺孔105设在法兰盘102的前端外圆上，且均与中心线成92°角，螺纹精度等级为6级，螺纹规格同压紧螺钉4配合选用和设计。安装孔106与刀杆总成5保证配合间隙≤0.01mm，同时，保证刀柄座101的外锥度与安装孔106的同轴度在0.005mm以内。安装孔106的底端面的平面度和与中心线的垂直度均要控制在0.003mm以内，粗糙度控制在Ra0.8以下。刀柄总成1中心开设主冷却通道505，尺寸大小为φ5，精度为IT8级，粗糙度为Ra1.6以下。
3、密封圈3为“O”型橡胶圈，按GB/T1235选用标准件。
4、压紧螺钉4为内六角平端紧定螺钉，按GB/T77选用。
5、刀杆总成5整体硬度为HRC35-38，材料选用14Cr17Ni2制作；刀杆总成5的外圆按刀片506在安装位置装好后的直径考虑设计；刀杆本体501外圆在安装座503基础上增加20-30mm，以提高刀具的整体刚性；刀片506的安装位置和安装刀片506后的直径按所需加工孔的尺寸进行设计，且径向均留双边加工余量0.15-0.3mm；刀片506的安装槽的外形按所选刀片506的外形进行设计，并保证刀片506安装后其主切削刃设计成180°，刀片506压紧螺纹孔按刀片506的上的孔和压紧螺钉4的外螺纹进行设计，精度为IT6级；刀片506的安装槽设置在容屑槽508上，刀片506安装后，保证刀片506的切削刃高于容屑槽508平面0.5-1mm；刀片506的安装孔直径精度为IT11级；支线冷却孔509的尺寸大小为φ3mm，精度为IT8级；支线冷却孔509分别与主冷却通道505、容屑槽508相交，保证从支线冷却孔509孔喷出来的冷却液直接喷射到刀片506的切削工作刃处；安装座503末端处设有一卡装斜面504，与中心线形成2°夹角，安装座503的端面为密封端面，与中心线的垂直度均要控制在0.003mm以内，粗糙度控制在Ra0.8以下。
二、具体加工方法：
刀柄总成2的各个设计特征都需在热处理后采用精密数控车进行加工，其中，刀柄座101的锥度留单边余量0.08-0.10mm，再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证刀柄总成在机床主轴中被拉紧后的配合度达到80％以上；可转位阶梯扩孔钻刀杆总成选用标准的合金圆棒作坯料，加工顺序为：将坯料进行正火处理，正火温度为720-950℃，时间为40-60min；车加工坯料各外圆及端面，各台阶处外圆均留双边余量0.3-0.5mm；粗铣加工容屑槽508和卡装斜面504，容屑槽508留余量0.5-0.8mm；采用枪钻从安装座503端部向另一端加工主冷却通道505；用万向分度头装夹校正外圆和容屑槽508，并加工支线冷却孔509；真空热处理，保证硬度要求并消除应力；清洗去除工件热处理产生的氧化色；校正安装座503的外圆及端面并精磨外圆和端面；将刀杆总成5装入刀柄总成1中的安装孔106内，以刀柄座101外锥面为基准，精磨其余各档外圆及端面；用分度头装夹，以刀柄座101外锥面为基准，校正容屑槽508并精加工屑槽508，分粗、精加工刀片506的安装槽和刀片压紧螺孔；装配好后，对钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
三、具体使用方法为：
在对如图1所示的阶梯深孔进行加工时，先用钻削刀具对孔进行钻削加工，孔径留余量1-1.2mm，再用本发明进行加工，具体为：把拉钉2旋入刀柄总成1上开设的中心螺孔103中，将压紧螺钉4旋入锁紧螺孔105中，保证压紧螺钉4底端高于锁紧螺孔105底端，将密封圈3放入安装孔106内，再将刀杆总成5插入刀柄总成1左端开设的安装孔106中，并保证安装座503端部紧靠密封圈3，旋转刀杆总成5使卡装斜面504正对压紧螺钉4，最后拧紧压紧螺钉4使其底端抵紧在卡装斜面504上即完成装配，然后将刀柄座101与机床主轴相连，启动机床即可对工件进行加工。
上述实施例仅为本发明的一个较佳实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：包括刀柄总成(1)，刀柄总成(1)两端中心分别开有安装孔(106)和中心螺孔(103)，中心螺孔(103)端部开有沉孔(104)，安装孔(106)和中心螺孔(103)之间开有冷却通道(107)，安装孔(106)和中心螺孔(103)内分别安装有刀杆总成(5)和拉钉(2)，刀柄总成(1)外部设有两个法兰盘(102)，刀柄总成(1)顶端开有两个锁紧螺孔(105)，锁紧螺孔(105)内通过螺纹连接有锁紧螺钉(4)，两个锁紧螺孔(105)分别置于靠近刀杆总成(5)一侧的一个法兰盘(102)的两侧。
2.根据权利要求1所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述刀杆总成(5)包括从左至右直径逐级递增的台阶形的刀杆本体(501)，刀杆本体(501)右端固接有凸台(502)，凸台(502)右端为安装座(503)，刀杆本体(501)上每个台阶的端部均通过安装螺钉(507)安装有三角形的刀片(506)，刀杆本体(501)外部开有两个容屑槽(508)，两个容屑槽(508)以刀杆本体(1)中轴呈中心对称布置。
3.根据权利要求1所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述刀杆总成(5)中心开有主冷却通道(505)，主冷却通道(505)上设置有若干对称布置的支线冷却孔(509)，支线冷却孔(509)内端与主冷却通道相连通，支线冷却孔(509)与刀杆总成(5)中轴之间的夹角为锐角。
4.根据权利要求2所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述安装座(503)外壁开有卡装斜面(504)，该卡装斜面(504)与安装座(503)中轴之间的夹角为2°。
5.根据权利要求1所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述安装座(503)端部与安装孔(106)端部之间卡装有密封圈(3)。
6.根据权利要求2所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述锁紧螺孔(105)与刀柄座(101)中轴间的夹角为98°。
7.根据权利要求1所述的高效可转位复合扩孔钻，其特征在于：所述刀杆总成(5)采用硬度为HRC35-38的14Cr17Ni2合金制作。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的高效可转位复合扩孔钻的加工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(a)将用于加工刀杆总成(5)的坯料进行正火处理，正火温度为720-950℃，时间为40-60min；
(b)车加工坯料各外圆及端面，各台阶处外圆均留双边余量0.3-0.5mm；
(c)粗铣加工容屑槽(508)和卡装斜面(504)，容屑槽(508)留余量0.5-0.8mm；
(d)采用枪钻从安装座(503)端部向另一端加工主冷却通道(505)；
(e)用万向分度头装夹校正外圆和容屑槽(508)，并加工支线冷却孔(509)；
(f)真空热处理，保证硬度要求并消除应力；
(g)清洗去除工件热处理产生的氧化色；
(h)校正安装座(503)的外圆及端面并精磨外圆和端面；
(i)将刀杆总成(5)装入刀柄总成(1)中的安装孔(106)内，以刀柄座(101)外锥面为基准，精磨其余各档外圆及端面；
(j)用分度头装夹，以刀柄座(101)外锥面为基准，校正容屑槽(508)并精加工容屑槽(508)，分粗、精加工刀片(506)的安装槽和刀片压紧螺孔；
(h)装配好后，对扩孔钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
9.一种如权利要求1-7任一项所述的高效可转位复合扩孔钻的使用方法，其特征在于：该方法具体为：把拉钉(2)旋入刀柄总成(1)上开设的中心螺孔(103)中，将压紧螺钉(4)旋入锁紧螺孔(105)中，保证压紧螺钉(4)底端高于锁紧螺孔(105)底端，将密封圈(3)放入安装孔(106)内，再将刀杆总成(5)插入刀柄总成(1)左端开设的安装孔(106)中，并保证安装座(503)端部紧靠密封圈(3)，旋转刀杆总成(5)使卡装斜面(504)正对压紧螺钉(4)，最后拧紧压紧螺钉(4)使其底端抵紧在卡装斜面(504)上即可。
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