CN106984876A - 一种少干涉螺纹铣削加工铣刀 - Google Patents

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Abstract

一种少干涉螺纹铣削加工铣刀，包括可绕旋转轴线旋转的刀具本体，以及周向均匀分布的切削刀片，其特征在于：所述切削刀片的切削齿齿形是一种能够减少加工干涉的特殊齿形，其齿形轮廓模型建立主要包括以下步骤：1）建立螺纹理论牙形轮廓；2）计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ；3）改变螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度、齿顶长度；4）获得可减少螺纹铣削加工干涉的特殊齿形轮廓。此外，所述刀具本体包括切削部和柄部，切削部上的切削刀片一半设有倒锥。该螺纹加工铣刀可减少螺纹铣削加工过程中产生的干涉，且铣削初始过程平稳、切削力相对较小，可有效地提高螺纹加工精度和铣刀使用寿命。

Description

一种少干涉螺纹铣削加工铣刀
技术领域
本发明涉及金属切削加工，尤其涉及一种针对大螺距、大直径螺纹少干涉数控铣削加工的铣刀。
背景技术
螺纹数控铣削加工与螺纹车削和丝锥、板牙加工等传统螺纹加工方式相比，在加工精度和加工效率方面有很大的优势。在数控铣削螺纹过程中，螺纹铣刀发生断裂时可方便将其移除，通用性较好，在国外已广泛地采用了数控铣削对螺纹进行加工。
螺纹铣刀一般采用螺旋插补方式加工螺纹，刀具一边随机床主轴回转，一边沿工件回转中心开展切削运动，同时进行轴向运动。在螺纹铣削加工过程中，因螺纹铣刀齿形不符合加工曲面，导致加工干涉的产生，从而极大地影响螺纹加工精度。此外，当被刀具刚性不足时，会导致所加工的螺纹存在锥度，甚至出现螺纹不合格的现象，并且螺纹铣刀的各切削齿磨损不均匀会降低刀具寿命。
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，提供一种产生的干涉少、螺纹加工精度高、铣削初始过程平稳、切削力相对较小、使用寿命长的螺纹铣刀。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种少干涉螺纹铣削加工铣刀，包括可绕旋转轴线旋转的刀具本体，以及周向均匀分布的切削刀片，其特征在于：所述切削刀片的切削齿齿形是一种能够减少加工干涉的特殊齿形，其齿形轮廓模型建立主要包括以下步骤：
1）建立螺纹理论牙形轮廓；
2）计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ；
3）改变螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度、齿顶长度；
4）获得可减少螺纹铣削加工干涉的特殊齿形轮廓；
所述建立螺纹理论牙形轮廓，是根据国家对标准螺纹的定义，建立螺纹理论牙形轮廓的数学模型；
所述计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ，是根据螺纹铣刀齿形的生成原理，生成螺纹实际牙型轮廓，然后将螺纹实际牙型与理论牙形轮廓采用有限单元法进行离散化处理，通过比较径向坐标相同的离散点的轴向坐标差值，得到的最大差值即为E max ；
所述螺纹铣刀齿形的生成原理，是被加工螺纹孔的轴向截面绕自身轴线作螺旋运动而形成的成形面相对于刀具轴线旋转时在铣刀上所形成的包络面；
所述采用有限单元法进行离散化处理，是将螺纹轮廓和铣刀轮廓进行等距取点，从而将连续的轮廓离散成有限点；
所述改变螺纹铣刀齿形轮廓齿根、齿顶长度，是保持螺纹铣刀螺距不变，根据计算出来的E max ，得到新的螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度L r 、齿顶长度L c， 其表达式为：
L r1 =(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)+P/2-2E max （1）
L c1 =P/2-(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)-E max （2）
其中，D、D 1 分别为螺纹铣刀大径和小径，α 1、 α 2为螺纹铣刀齿形的牙侧角，P为螺纹铣刀螺距；
所述获得可减少加工干涉的特殊齿形，是连接改变后的齿形齿根和齿顶两端，便可以得到该螺纹铣刀的齿形轮廓。
所述刀具本体包括切削部和柄部，切削部上的切削刀片一半设有倒锥。
所述切削部的切削刀片一半设有倒锥，是切削刀片自切削端面至切削刀片中部无锥度，切削刀片中部至末端的倒锥锥度M逐渐增大，其表达式为：
M=P/100 （3）
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的螺纹加工铣刀，通过一种特殊的螺纹铣刀齿形可以有效地减少螺纹高速铣削加工中的干涉，提高螺纹精度，降低生产成本。此外，切削刀片自切削端面至切削刀片中部无锥度，切削刀片中部至末端的倒锥锥度M逐渐增大，既能确保螺纹全部被加工，又可以延长螺纹铣刀使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种实施例的主视结构示意图；
图2为图1中切削部切削刀片的放大结构示意图；
图3为修改后的梯形螺纹铣刀牙型轮廓示意图；
图4为现有常规梯形螺纹铣刀加工干涉图；
图5为本发明实施例的梯形螺纹铣刀加工干涉图。
图中各标号表示：
1、刀具本体；2、切削刀片；3、切削部；4、柄部；5、切削刀片倒锥；6、切削端面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明。本实施例在以本发明内容为前提下进行实施，给出了详细的实施步骤。
本发明实施对象为梯形螺纹铣刀，该梯形螺纹铣刀大径D=24mm和小径D 1 =18.5mm、螺距P=5mm，其包括可绕旋转轴线旋转的刀具本体1，以及周向均匀分布的切削刀片2，其特征在于：所述切削刀片2上的切削齿的齿形是一种能够减少加工干涉的特殊齿形，其齿形轮廓模型建立主要包括以下步骤：
1）建立螺纹理论牙形轮廓；
2）计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ；
3）改变螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度、齿顶长度；
4）获得可减少螺纹铣削加工干涉的特殊齿形轮廓；
所述建立螺纹理论牙形轮廓，是根据国家对标准螺纹的定义，建立螺纹理论牙形轮廓的数学模型；
所述计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ，是根据螺纹铣刀齿形的生成原理，生成螺纹实际牙型轮廓，然后将螺纹实际牙型与理论牙形轮廓采用有限单元法进行离散化处理，通过比较径向坐标相同的离散点的轴向坐标差值，得到的最大差值即为E max ；
所述螺纹铣刀齿形的生成原理，是被加工螺纹孔的轴向截面绕自身轴线作螺旋运动而形成的成形面相对于刀具轴线旋转时在铣刀上所形成的包络面；
所述采用有限单元法进行离散化处理，是将螺纹轮廓和铣刀轮廓进行等距取点，从而将连续的轮廓离散成有限点；
所述改变螺纹铣刀齿形轮廓齿根、齿顶长度，是保持螺纹铣刀螺距不变，根据螺纹铣刀齿形的生成原理计算出来的E max ，得到新的螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度L r 、齿顶长度L c， 其表达式为：
L r1 =(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)+P/2-E max =1.7mm （1）
L c1 =P/2-(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)-E max =3.06mm （2）
其中，D、D 1 分别为螺纹铣刀大径和小径，α 1、 α 2为螺纹铣刀齿形的牙侧角，P为螺纹铣刀螺距；
所述获得可减少加工干涉的特殊齿形，是连接改变后的齿形齿根和齿顶两端，便可以得到该螺纹铣刀的齿形轮廓。
所述刀具本体包括切削部3和柄部4，切削部3上的切削刀片2一半设有倒锥5。
所述切削部的切削刀片2一半设有倒锥，是切削刀片2自切削端面6至切削刀片中部无锥度，切削刀片2中部至末端的倒锥锥度M逐渐增大，其表达式为：
M=P/100=0.05mm （3）
为进一步说明本发明的螺纹加工铣刀具有上述优点，现将上述第一实施例的螺纹加工铣刀与现有常规螺纹铣刀在MATLAB中进行仿真做对比。
图4为现有常规梯形螺纹铣刀的加工干涉图，图5为本发明实施例的梯形螺纹铣刀加工干涉图。从图4和图5中，可以看出，本发明实施例的螺纹铣刀较现有常规螺纹铣刀的加工干涉明显减少，分析其原因，为螺纹铣刀齿形不符合目标曲面而产生干涉，本发明实施例的螺纹铣刀从而极大地影响螺纹加工的精度。
由上可见，本发明第一实施例的螺纹加工铣刀在螺纹加工精度方面明显优于现有常规螺纹加工铣刀。
虽然本发明实施例如上，然而并非用以限定本发明。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、变化和修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种少干涉螺纹铣削加工铣刀，包括可绕旋转轴线旋转的刀具本体(1)，以及周向均匀分布的切削刀片(2)，其特征在于：所述切削刀片(2)的切削齿齿形是一种能够减少加工干涉的特殊齿形，其齿形轮廓模型建立主要包括以下步骤：
1）建立螺纹理论牙形轮廓；
2）计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ；
3）改变螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度、齿顶长度；
4）获得可减少螺纹铣削加工干涉的特殊齿形轮廓；
所述建立螺纹理论牙形轮廓，是根据国家对标准螺纹的定义，建立螺纹理论牙形轮廓的数学模型；
所述计算螺纹铣削加工过程中的最大过切量E max ，是根据螺纹铣刀齿形的生成原理，生成螺纹实际牙型轮廓，然后将螺纹实际牙型轮廓与理论牙形轮廓采用有限单元法进行离散化处理，通过比较径向坐标相同的离散点的轴向坐标差值，得到的最大差值即为E max ；
所述螺纹铣刀齿形的生成原理，是被加工螺纹孔的轴向截面绕自身轴线作螺旋运动而形成的成形面相对于刀具轴线旋转时在铣刀上所形成的包络面；
所述采用有限单元法进行离散化处理，是将螺纹轮廓和铣刀轮廓进行等距取点，从而将连续的轮廓离散成有限点；
所述改变螺纹铣刀齿形轮廓齿根、齿顶长度，是保持螺纹铣刀螺距不变，根据计算出来的E max ，得到新的螺纹铣刀齿形轮廓的齿根长度L r 、齿顶长度L c， 其表达式为：
L r1 =(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)+P/2-2E max （1）
L c1 =P/2-(D-D 1 )/2tan(α 1)+(D-D 1 )/2tan(α 2)-E max （2）
其中，D、D 1 分别为螺纹铣刀大径和小径，α 1、 α 2为螺纹铣刀齿形轮廓的牙侧角，P为螺纹铣刀螺距；
所述获得可减少螺纹铣削加工干涉的特殊齿形轮廓，是连接改变后的齿形齿根和齿顶两端，便可以得到该螺纹铣刀的齿形轮廓。
2.根据权利要求1所述的一种少干涉螺纹铣削加工铣刀，其特征在于：所述刀具本体包括切削部(3)和柄部(4)，切削部(3)上的切削刀片(2)一半设有倒锥(5)。
3.根据权利要求2所述的一种少干涉螺纹铣削加工铣刀，其特征在于：所述切削部的切削刀片(2)一半设有倒锥，是切削刀片(2)自切削端面(6)至切削刀片(2)中部无锥度，切削刀片(2)中部至末端的倒锥锥度M逐渐增大，其表达式为：
M=P/100 （3） 。
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