CN106583822A

CN106583822A - 一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具

Info

Publication number: CN106583822A
Application number: CN201710074232.5A
Authority: CN
Inventors: 魏兆成; 王敏杰; 翟东延
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明公开了一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，包括：刀体和刀体前端刀盘上密齿安装的多组规则排列的刀片组件；每组所述刀片组件具有二齿或三齿；当每组所述刀片组件具有二齿时，内齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列；当每组所述刀片组件具有三齿时，内齿、中齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列。本发明所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，采用刀片径向和轴向适当错位排列的方式实现分屑，能够将原来“宽而薄”的切屑转化为“窄而厚”的切屑，适用于钛合金、高温合金、硬化不锈钢等难加工材料切削，能够在较低切削力、切削热的条件下增大插铣步距，从而在保证刀具寿命的同时提高生产效率。

Description

一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具

技术领域

本发明属于铣削加工刀具结构设计领域，涉及刀具结构的创新，特别涉及到一种具有适用于难加工材料具有分屑功能的插铣刀具。

背景技术

插铣加工的一大特点是刀具沿轴向进给运动，使得刀具径向切削力小，允许的刀具悬伸长度较大，非常适合深腔、深沟槽、以及带有薄壁特征的零件加工。在实际生产中利用插铣工艺加工模具型腔、整体叶轮、整体叶盘等零件时，加工效率可提升50％以上，因此插铣工艺有广阔的应用前景。然而，由于插铣刀具的切削状态和磨损情况均不同于常规铣削加工，因此刀具设计的科学性关系到插铣工艺能否广泛应用。

目前，山高、伊斯卡、肯纳、山特维克等国际刀具公司，都有用成熟的插铣刀具产品。这些插铣刀具有专用的插铣刀具，也有从方肩铣削、平面铣削刀具中演化而来的。已有的这些插铣刀在刀片安装后，刀尖点位于同一个回转平面内，且各刀尖点距离刀具回转中心尺寸相等。这些刀具的设计除了考虑插铣加工轴向进给运动的特点外，与传统铣削刀具并无不同，即刀具设计过程中未能考虑插铣刀具的切屑变形与过热失效等问题。已有的商品化插铣刀能够完成一般材料的插铣加工，但针对难加工材料，比如不锈钢、钛合金、高温合金等，由于工件材料强度高、塑性大，使得插铣过程的切削力和切削热都很大，容易引起振动失稳、刀片过早损坏等问题。为减小切削力和切削热，难加工材料插铣加工时，通常采用的径向插铣宽度仅为1.5-3mm。较小的插铣步距使得插铣加工的效率优势不再显著，制约了插铣技术的推广应用。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，用于解决现有的插铣刀，在难加工材料时存在的切削振动大、刀具寿命短等问题。本发明采用的技术手段如下：

一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，包括：刀体和刀体前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；每组所述刀片组件具有二齿或三齿；当每组所述刀片组件具有二齿时，分别为内齿和外齿，内齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列；当每组所述刀片组件具有三齿时，分别为内齿、中齿和外齿，内齿、中齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列。

作为优选所述刀片为可转位刀片，其刀尖为锐角或直角。

作为优选所述的刀片通过刀片紧固附件安装于刀体上。

作为优选所述刀体的直径为α，α<50mm，每组所述刀片组件具有二齿。

作为优选所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。

作为优选所述内齿沿刀具轴向方向高出外齿的距离等于每齿进给量的2-3倍。

作为优选当所述刀体的直径为α，α≥50mm，每组所述刀片组件具有二齿或三齿。

作为优选当每组所述刀片组件具有二齿时，所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％，所述内齿沿刀具的轴向高出外齿距离等于每齿进给量的2-3倍。

作为优选当每组所述刀片组件具有三齿时，所述中齿相对外齿沿刀盘的径向缩进，内齿相对中齿沿刀盘的径向缩进，缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。

作为优选所述中齿相对外齿沿刀盘的轴向抬高，所述内齿相对中齿沿刀盘的轴向抬高，抬高距离等于每齿进给量的3-4倍。

作为优选所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当20≤α<35时，n≥4；当36≤α<50时，n≥6。

作为优选所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当50≤α<65时，n≥8；当66≤α<80时，n≥10；当80≤α<120时，n≥12。

与现有技术相比较，本发明所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，每组所述刀片组件具有二齿或三齿；当每组所述刀片组件具有二齿时，内齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列；当每组所述刀片组件具有三齿时，内齿、中齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列。针对钛合金、高温合金、硬化不锈钢等难加工材料插铣切削力、切削热大，刀具寿命短的特点，采用刀片径向和轴向适当错位排列的方式实现分屑，有利于在较低切削力、切削热的条件下增大插铣步距，从而在保证刀具寿命的同时提高生产效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的切削示意图(图中a_e为径向切削宽度，S为插铣步距)。

图2是本发明两齿错位分屑插铣刀具示意图。

图3是本发明两齿错位分屑原理示意图。

图4是本发明三齿错位分屑插铣刀具示意图。

图5是本发明三齿错位分屑原理示意图。

图6是本发明插铣刀具和现有普通插铣刀分别插铣加工后的工件示意图。

图7是本发明错位分屑插铣刀的外侧刀齿磨损示意图。

图8是本发明错位分屑插铣刀的内侧刀齿磨损示意图。

图9是现有技术普通插铣刀的刀齿磨损示意图。

其中：1、刀体I，2、外齿I，3、内齿I，4、刀片紧固附件I，5、刀具轴线方向I，6、工件I，7、刀具进给方向I；

8、刀体II，9、刀片紧固附件II，10、内齿II，11、中齿II，12、外齿II，13、刀具轴线方向II，14、刀具进给方向II，15、工件II。

具体实施方式

一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，包括：刀体和刀体前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；所述的刀片通过刀片紧固附件安装于刀体上，所述刀片紧固附件包括螺钉、压板等。所述的刀片组件中的刀片为可转位刀片，其刀尖为锐角或直角。

选用含有锐角或直角的可转位刀片，利用锐角或直角刀尖进行切削，刀片在刀盘的径向和轴向错位排列。所述刀尖为刀片自身相邻两侧面围成的尖角。

所述刀片组件的组数，在刀盘直径允许的情况下(小直径刀盘无法安装较多刀片)，组数设置越多越好，以提高切削效率。

本发明所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，刀片未安装到刀盘上之前，为刀片。刀片安装到刀盘上后，相当于刀盘的牙齿，俗称刀齿。即刀齿是相对于刀具的特定称为。

每组所述刀片组件具有二齿或三齿；当每组所述刀片组件具有二齿时，分别为内齿和外齿，内齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列；

当每组所述刀片组件具有三齿时，分别为内齿、中齿和外齿，内齿、中齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列。

优选的，当所述刀体的直径为α，α<50mm，每组所述刀片组件具有二齿。所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当20≤α<35时，n≥4；当36≤α<50时，n≥6。

对于直径50mm及以下的刀具，采用二齿错位方式，刀盘齿数为偶数，二个刀片一组，所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。所述内齿沿刀具轴向方向高出外齿的距离等于每齿进给量的2-3倍(每齿进给量为：多齿刀具每旋转一个齿间角时，铣刀相对工件在进给方向上的位移)。

优选的，当所述刀体的直径为α，α≥50mm，每组所述刀片组件具有二齿或三齿。对于直径50mm以上的刀具，采用二齿或三齿错位方式。所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当50≤α<65时，n≥8；当66≤α<80时，n≥10；当80≤α<120时，n≥12。

当每组所述刀片组件具有二齿时，二齿错位，刀盘齿数为偶数，二个刀片一组，所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％，所述内齿沿刀具的轴向高出外齿距离等于每齿进给量的2-3倍。

当每组所述刀片组件具有三齿时，三齿错位，刀盘齿数为三的倍数，三个刀片一组。所述中齿相对外齿沿刀盘的径向缩进，内齿相对中齿沿刀盘的径向缩进，缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。

所述中齿相对外齿沿刀盘的轴向抬高，所述内齿相对中齿沿刀盘的轴向抬高，抬高距离等于每齿进给量的3-4倍。

每组所述刀片组件具有二齿，加工时，刀具沿刀具进给方向接近工件，先是内齿接触工件，后是外齿接触工件，由于内外齿错位，使得各个刀齿的切屑宽度小于插铣步距，且切屑厚度等于每齿进给量的2倍，即将原来“宽而薄”的切屑转化为“窄而厚”的切屑，实现了分屑的效果。

每组所述刀片组件具有三齿，加工时，刀具沿刀具进给方向接近工件，先是内齿接触工件，接着中齿，后是外齿接触工件，由于内齿、中齿和外齿错位，使得各个刀齿的切屑宽度小于插铣步距，且切屑厚度等于每齿进给量的3倍，即将原来“宽而薄”的切屑转化为“窄而厚”的切屑，实现了分屑的效果。

本发明所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，能够获得较大的插铣步距，减小切削力，利于散热，延长刀具寿命，从而提高加工效率，降低生产成本。

本发明所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，能够用于透平叶轮、飞机结构件等零件的数控加工。

实施例1，如图2和图3所示，箭头5为刀具轴向方向I，箭头7为刀具进给方向I，一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，包括：刀体I1和刀体I1前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；所述的刀片通过刀片紧固附件I4安装于刀体I1上。所述刀片的刀尖为锐角或直角。

当所述刀体I1的直径为α，α<50mm，每组所述刀片组件具有二齿，分别为内齿I3和外齿I2，内齿I3和外齿I2在刀盘的径向和轴向错位排列。所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当20≤α<35时，n≥4；当36≤α<50时，n≥6。

所述内齿I3相对外齿I2沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。所述内齿I3沿刀具轴向方向I5高出外齿I2的距离等于每齿进给量的2-3倍。

加工时，内齿I3先接触工件I6，外齿I2后接触工件I6。

实施例2，如图2和图3所示，箭头5为刀具轴向方向I，箭头7为刀具进给方向I，一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，包括：刀体I1和刀体I1前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；所述的刀片通过刀片紧固附件I4安装于刀体I1上。所述刀片的刀尖为锐角或直角。

当所述刀体I1的直径为α，α＞50mm，每组所述刀片组件具有二齿，分别为内齿I3和I外齿2，内齿I3和外齿I2在刀盘的径向和轴向错位排列；所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当50≤α<65时，n≥8；当66≤α<80时，n≥10；当80≤α<120时，n≥12。

所述内齿I3相对外齿I2沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％，所述内齿I3沿刀具的轴向高出外齿I2距离等于每齿进给量的2-3倍。

加工时，内齿I3先接触工件I6，外齿I2后接触工件I6。

实施例3，如图4和图5所示，一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其中箭头14为刀具进给方向II，包括：刀体II8和刀体II8前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；所述的刀片通过刀片紧固附件II9安装于刀体II8上。所述刀片的刀尖为锐角或直角。

当所述刀体II8的直径为α，α＞50mm，每组所述刀片组件具有三齿，分别为内齿II10、中齿II11和外齿II12，内齿II10、中齿II11和外齿II12在刀盘的径向和轴向错位排列。所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当50≤α<65时，n≥8；当66≤α<80时，n≥10；当80≤α<120时，n≥12。

所述中齿II11相对外齿II12沿刀盘的径向缩进，内齿II10相对中齿II11沿刀盘的径向缩进，缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。所述中齿II11相对外齿II12沿刀盘的轴向抬高，所述内齿II10相对中齿II11沿刀盘的轴向抬高，抬高距离等于每齿进给量的3-4倍。

加工时，内齿II10先接触工件II15，后中齿II11、外齿II12依次接触工件15。

实施例4，切削试验：

在本切削试验中，取用两把刀具，刀具A和刀具B，刀具A为实施例1或实施例2的其中一种，刀具B为普通的插铣刀具，刀具直径都为25mm，4个刀齿。

刀具A和刀具B除了刀片错位外，其余几何参数完全相同。

刀具A中的错位分屑插铣刀，两个相配合的刀片间轴向错位0.25mm，径向错位1.2mm。刀具A和刀具B都选用三菱公司的CCMT060208菱形刀片。

插铣试验中，工件材料为17-4PH硬化不锈钢，切削参数为：主轴转速1250r/min，插铣步距3mm，径向切削宽度20mm，如图1所示。

插铣后的实验工件，如图6所示，右侧5列刀纹，为刀具A分屑插铣刀加工，左侧4列刀纹，为刀具B普通插铣刀加工。

试验结果如下：

刀具B，普通插铣刀切削时间不足40分钟，4个刀尖全部崩刃损坏，如图9所示。

刀具A，分屑刀具切削时间超过55分钟，两个外侧刀齿中度磨损，如图7所示，两个内侧刀齿轻度磨损，如图8所示。

试验结果表明，在相同切削条件下，本发明错位分屑刀具的寿命有大幅度提高，适宜硬化不锈钢等难加工材料插铣加工。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于包括：刀体和刀体前端刀盘上安装的多组规则排列的刀片组件；

每组所述刀片组件具有二齿或三齿；

当每组所述刀片组件具有二齿时，分别为内齿和外齿，内齿和外齿在刀盘的径向和轴向错位排列；

2.根据权利要求1所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

所述刀片为可转位刀片，其刀尖为锐角或直角。

3.根据权利要求1所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

所述的刀片通过刀片紧固附件安装于刀体上。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

当所述刀体的直径为α，α<50mm，每组所述刀片组件具有二齿。

5.根据权利要求4所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。所述内齿沿刀具轴向方向高出外齿的距离等于每齿进给量的2-3倍。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

当所述刀体的直径为α，α≥50mm，每组所述刀片组件具有二齿或三齿。

7.根据权利要求6所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

当每组所述刀片组件具有二齿时，所述内齿相对外齿沿刀盘的径向缩进距离等于刀片刃长的15％～40％，所述内齿沿刀具的轴向高出外齿距离等于每齿进给量的2-3倍。

8.根据权利要求6所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

当每组所述刀片组件具有三齿时，所述中齿相对外齿沿刀盘的径向缩进，内齿相对中齿沿刀盘的径向缩进，缩进距离等于刀片刃长的15％～40％。所述中齿相对外齿沿刀盘的轴向抬高，所述内齿相对中齿沿刀盘的轴向抬高，抬高距离等于每齿进给量的3-4倍。

9.根据权利要求4所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当20≤α<35时，n≥4；当36≤α<50时，n≥6。

10.根据权利要求6所述的一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，其特征在于：

所述的错位分屑插铣刀具为密齿结构，刀具齿数为n，当50≤α<65时，n≥8；当66≤α<80时，n≥10；当80≤α<120时，n≥12。