CN106424881B - 铣削刀具 - Google Patents

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Abstract

一种铣削刀具，包括刀体，刀体上设有螺旋容屑槽，螺旋容屑槽包括依次相连的前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面，前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面分别对应的前刀面曲线、槽底曲线、过渡圆弧曲线和反屑面曲线依次光滑相连形成螺旋容屑槽的径向截面轮廓，前刀面曲线和过渡圆弧曲线设置为凹型曲线，槽底曲线和反屑面曲线设置为凸型曲线。该铣削刀具具有易于加工、成本低廉、能明显提升容屑和排屑性能的优点。

Description

铣削刀具
技术领域
本发明主要涉及金属切削加工领域，尤其涉及一种铣削刀具。
背景技术
对于整体硬质合金刀具来说，螺旋槽是其主要结构特征之一，螺旋槽的槽型对刀具的加工性能有非常重要的影响。一方面螺旋槽是副切削刃的前刀面，其形状大致决定了副切削刃的锋利性和强度；同时，加工过程中螺旋槽为切屑提供了容纳空间和排出通道，决定了刀具的容屑和排屑性能。另一方面，螺旋槽影响刀具刚性，螺旋槽越深，刀具刚性越差。可见，对于整硬旋转刀具，容、排屑性能要求和刚性要求是一对矛盾体，必须通过合理设计螺旋槽槽型来获得较好的平衡。
如图1所示，目前一般的刀具螺旋槽采用用碟型或平行砂轮加工，所形成的螺旋槽的径向截面轮廓由槽前刀面曲线21和反屑面曲线24光滑连接而成，槽底部空间狭窄，刀具的容屑、排屑性能不佳。从设计角度看，该螺旋槽的槽型主要由设计参数r 0和l d控制。因此，优化该螺旋槽容屑和排屑性能的一般做法是减小刀具的芯厚圆r 0，或者减小刀具径向刃瓣宽l d。然而，这种方法无疑会削弱刀具的刚性，甚至可能导致刀具加工过程中产生振动。
综上所述，为了提高刀具螺旋槽的容屑和排屑性能，同时保证刀具刚性不受重大损失，必须从槽型形状设计方面另辟蹊径。
专利文献CN102303158A公开了一种具有双圆弧槽型的立铣刀，该铣刀螺旋槽径向截面轮廓由两段圆弧构成，其中前刀面圆弧的半径小，而反屑面圆弧的半径大，从而实现兼顾刀具刚性、容屑和排屑性能的目的。然而，这种成型容屑槽存在一定弊端，那就是加工这种容屑槽的砂轮的截面轮廓为曲线，由一般的平行砂轮修磨而成，修磨难度大、时间长，这必然会增加生产成本。
专利文献JP2012157917A公开了一种立铣刀，该专利通过对容屑槽两处位置的深度、容屑槽的横截面积，以及容屑槽底部轮廓与芯厚圆的重叠长度进行限定，从而对铣刀的螺旋槽进行重点保护。然而，这种螺旋槽底部轮廓与芯厚圆完全重合，故芯厚值不宜取得太小，否则刀具刚性不足，也就是说这种方案只适合又浅又大的螺旋槽。而随着客户对刀具切削效率要求的不断提高，刀具切削参数不断加大，单位时间的材料去除量大大增加，这要求刀具螺旋槽不仅要大，而且要深，以便为切屑提供充足的容屑和排屑空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种易于加工、成本低廉、能明显提升容屑和排屑性能的铣削刀具。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种铣削刀具，包括刀体，所述刀体上设有螺旋容屑槽，所述螺旋容屑槽包括依次相连的前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面，所述前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面分别对应的前刀面曲线、槽底曲线、过渡圆弧曲线和反屑面曲线依次光滑相连形成所述螺旋容屑槽的径向截面轮廓，所述前刀面曲线和过渡圆弧曲线设置为凹型曲线，所述槽底曲线和反屑面曲线设置为凸型曲线。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述槽底曲线为阿基米德螺旋线的一部分，在在以刀体中心O为坐标原点的极坐标系中，所述槽底曲线上任意点满足极坐标方程ρ = ρ 0+kθ；式中，ρ为所述槽底曲线上任意点的极径，ρ 0是θ为0时的极径，k为阿基米德螺旋线系数，θ是槽底曲线上任意点的相位角的弧度值。
所述槽底曲线的阿基米德螺旋线系数k的值满足0< k <3。
所述刀体的芯厚圆定义为C0，C0的半径为r 0，设定刀体的外径圆定义为C1，C1的半径为r，r 0 / r= 0.5~0.8。
所述前刀面曲线的起点和反屑面曲线的终点分别定义为A点和E点，所述前刀面曲线、槽底曲线、过渡圆弧曲线和反屑面曲线相互的切点分别定义为B点、C点和D点，所述B点和C点的极径分别为r 1和r 2，r 1 / r 0 > 1，r 2 / r= 0.55~0.9。
所述刀体的径向刃瓣宽定义l d，l d / r = 0.1~0.3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的铣削刀具，螺旋容屑槽包括依次相连的前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面，前刀面、槽底曲面、圆弧过渡曲面和反屑面分别对应的前刀面曲线、槽底曲线、过渡圆弧曲线和反屑面曲线依次光滑相连形成螺旋容屑槽的径向截面轮廓，前刀面曲线和过渡圆弧曲线设置为凹型曲线，槽底曲线和反屑面曲线设置为凸型曲线。本发明铣削刀具的螺旋容屑槽与一般的刀具螺旋槽相比，在芯厚完全相同的条件下，该结构的螺旋容屑槽的径向截面面积更大，能够明显提升铣刀的容屑和排屑性能。而且，用于加工本发明螺旋槽的砂轮为形状简单的普通砂轮，易于修磨，加工中调试方便，降低了加工成本。
附图说明
图1是现有技术中铣削刀具的俯视结构示意图。
图2是本发明铣削刀具的立体结构示意图。
图3是本发明铣削刀具的俯视结构示意图。
图中各标号表示：
1、螺旋容屑槽；11、前刀面；12、槽底曲面；13、圆弧过渡曲面；14、反屑面；2、径向截面轮廓；21、前刀面曲线；22、槽底曲线；23、过渡圆弧曲线；24、反屑面曲线。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2和图3所示，本发明铣削刀具的一种实施例，该刀具包括刀体，刀体上设有螺旋容屑槽1，螺旋容屑槽1包括依次相连的前刀面11、槽底曲面12、圆弧过渡曲面13和反屑面14，前刀面11、槽底曲面12、圆弧过渡曲面13和反屑面14分别对应的前刀面曲线21、槽底曲线22、过渡圆弧曲线23和反屑面曲线24依次光滑相连形成螺旋容屑槽1的径向截面轮廓2，前刀面曲线21和过渡圆弧曲线23设置为凹型曲线，槽底曲线22和反屑面曲线24设置为凸型曲线。本发明铣削刀具的螺旋容屑槽1与一般的刀具螺旋槽相比，在芯厚完全相同的条件下，该结构的螺旋容屑槽1的径向截面面积更大，能够明显提升铣刀的容屑和排屑性能。而且，用于加工本发明螺旋槽的砂轮为形状简单的普通砂轮，易于修磨，加工中调试方便。
本实施例中，槽底曲线22为阿基米德螺旋线的一部分，在在以刀体中心O为坐标原点的极坐标系中，槽底曲线22上任意点满足极坐标方程ρ = ρ 0+kθ；式中，ρ为槽底曲线22上任意点的极径，ρ 0是θ为0时的极径，k为阿基米德螺旋线系数，θ是槽底曲线22上任意点的相位角的弧度值。该结构中，可以通过控制阿基米德系数k，从而控制槽底曲线22起点的极径和终点的极径，达到间接控制刀具刚性、容屑和排屑性能达到最佳。
本实施例中，槽底曲线22的阿基米德螺旋线系数k的值满足0< k <3。为了达到合理平衡刀具刚性和螺旋槽容、排屑性能的目标，阿基米德螺旋线系数k满足0< k <3。k不能为负值，否则虽然螺旋槽容屑空间较大，但刀具刚性差；k也不能过大，否则刀具刚性有余，但容屑空间不足。本实施例中，k = 0.3288mm/rad，ρ 0 = 2.9845mm，即槽底曲线22的极坐标方程为ρ = 2.9845+0.3288*θ。
对于本实施例，槽底曲线22的极坐标方程为ρ = 2.9845+0.3288*θ，为进一步阐述其形状，在该曲线上取10个点，计算出各点的极坐标值如下表所示。
点序列 1(C) 2 3 4 5 6 7 8 9 10(B)
极径(mm) 3.250 3.232 3.214 3.198 3.182 3.165 3.150 3.136 3.121 3.106
极角(rad) 0.8074 0.7598 0.7121 0.6637 0.6155 0.5670 0.5180 0.4689 0.4195 0.3699
极角(°) 46.26 43.53 40.80 38.03 35.26 32.49 29.68 26.87 24.04 21.20
本实施例中，刀体的芯厚圆定义为C0，C0的半径为r 0，设定刀体的外径圆定义为C1，C1的半径为r，r 0 / r= 0.5~0.8。通常r 0值越大，刀具刚性越好，r 0与r的比值在 0.5~0.8之间较为合理。本实施例中，r = 10mm，r 0 = 6.2mm，r 0 / r= 0.62。
本实施例中，前刀面曲线21的起点和反屑面曲线24的终点分别定义为A点和E点，前刀面曲线21、槽底曲线22、过渡圆弧曲线23和反屑面曲线24相互的切点分别定义为B点、C点和D点，B点和C点的极径分别为r 1和r 2，r 1 / r 0 > 1，r 2 / r= 0.55~0.9。当r 1 / r 0 > 1，且r 2 / r= 0.55~0.9时设计的螺旋容屑槽1的容、排屑性能和刚性能获得较好平衡。本实施例中，r 1 = 3.106mm，r 2 = 3.25mm。
本实施例中，刀体的径向刃瓣宽定义l d，l d / r = 0.1~0.3。径向刃瓣宽定义l d与r的比值在0.1~0.3之间较为合适，若l d / r < 0.1，则副切削刃强度较差，加工中易崩缺和破损；若l d / r > 0.3，则刀具的容屑和排屑性能不足。本实施例中，l d = 1.9mm。
设定螺旋容屑槽1径向截面的面积，即图3中阴影部分的面积为S，显然在r 0完全相同的前提下，S越大，螺旋容屑槽1的容屑空间越大，这意味着刀体的容屑和排屑性能更好。本实施例中，r = 10mm，r 0 = 6.2mm，l d = 1.9mm，计算得到S = 7.68mm2；对于图1所示现有一般的刀具螺旋槽，在同等条件下（r = 10mm，r 0 = 6.2mm，l d = 1.9mm），计算得到S =6.18mm2。计算可知，前者的容屑空间比后者提高24.3%。可见，本发明在不损失刀具刚性前提下，能显著提升刀具的容屑和排屑性能。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种铣削刀具，包括刀体，所述刀体上设有螺旋容屑槽（1），其特征在于：所述螺旋容屑槽（1）包括依次相连的前刀面（11）、槽底曲面（12）、圆弧过渡曲面（13）和反屑面（14），所述前刀面（11）、槽底曲面（12）、圆弧过渡曲面（13）和反屑面（14）分别对应的前刀面曲线（21）、槽底曲线（22）、过渡圆弧曲线（23）和反屑面曲线（24）依次光滑相连形成所述螺旋容屑槽（1）的径向截面轮廓（2），所述前刀面曲线（21）和过渡圆弧曲线（23）设置为凹型曲线，所述槽底曲线（22）和反屑面曲线（24）设置为凸型曲线，所述槽底曲线（22）为阿基米德螺旋线的一部分，在以刀体中心O为坐标原点的极坐标系中，所述槽底曲线（22）上任意点满足极坐标方程ρ = ρ 0+kθ；其中，ρ为所述槽底曲线（22）上任意点的极径，ρ 0是θ为0时的极径，k为阿基米德螺旋线系数，θ是槽底曲线（22）上任意点的相位角的弧度值。
2.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于：所述槽底曲线（22）的阿基米德螺旋线系数k的值满足0< k <3。
3.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于：所述刀体的芯厚圆定义为C0，C0的半径为r 0，设定刀体的外径圆定义为C1，C1的半径为r，r 0 / r= 0.5~0.8。
4.根据权利要求3所述的铣削刀具，其特征在于：所述前刀面曲线（21）的起点和反屑面曲线（24）的终点分别定义为A点和E点，所述前刀面曲线（21）、槽底曲线（22）、过渡圆弧曲线（23）和反屑面曲线（24）相互的切点分别定义为B点、C点和D点，所述B点和C点的极径分别为r 1和r 2，r 1 / r 0 > 1，r 2 / r= 0.55~0.9。
5.根据权利要求4所述的铣削刀具，其特征在于：所述刀体的径向刃瓣宽定义l d，l d / r= 0.1~0.3。
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