CN108620650A - 一种变截面减振卧式铣刀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变截面减振卧式铣刀，包括刀杆和刀盘，其中所述刀杆的外表面为变截面结构，沿其轴线方向，在刀杆外表面的不同位置分别设有一圈安装槽，每圈安装槽包括多个沿刀杆圆周方向均匀间隔分布的矩形安装槽；在每个矩形安装槽内设有一个硬质合金条；同时在所述的刀杆的内部加工有一个内腔，在所述的内腔内装填有阻尼芯。本发明在刀杆上采用镶嵌硬质合金条的方式来提高铣刀的刚性，结构上便于实现，且能有效抑制振动的发生。
Description
技术领域
本发明涉及金属切削加工领域，具体涉及一种变截面减振卧式铣刀。
背景技术
在铣削加工中，长悬臂铣刀常常用于加工各种深孔类或腔体类零件。由于在深孔或腔体铣削时，铣刀杆的长径比比较大，动刚度较小，易发生铣削颤振，影响工件的表面质量和加工精度。而且，对于复杂的腔体零件，其内部各截面的直径不同，在铣削时为了不发生干涉，刀杆结构常需要设计成截面直径不同的阶梯型。同时，为了便于切屑的排出，需要采用卧式加工，加剧了铣削颤振。
发明内容
本发明为了克服上述问题，本发明公开了一种变截面的卧式铣刀，以达到减小振动，提高加工精度与效率的目的；同时，在铣削加工中，为防止未加工面对铣削时的干涉，铣刀杆需要设计成变截面的形式，这为振动的控制与结构设计增加了难度。
本发明采用的具体的技术方案，如下：
一种变截面减振卧式铣刀，包括刀杆和刀盘，其中所述刀杆的外表面为变截面结构，沿其轴线方向，在刀杆外表面的不同位置分别设有一圈安装槽，每圈安装槽包括多个沿刀杆圆周方向均匀间隔分布的矩形安装槽；在每个矩形安装槽内设有一个硬质合金条；同时在所述的刀杆的内部加工有一个内腔，在所述的内腔内装填有阻尼芯。
进一步的，所述的刀杆变截面结构由沿其轴线方向的截面直径不同的轴段构成，其轴段的直径大小与长度应与被加工零件的内腔孔径相匹配。这种结构的设计防止在铣削加工时刀杆与零件未加工面产生干涉。
进一步的，刀杆变截面结构包括I段、II段、III段、IV段和V段；I段、II段、III段、IV段呈阶梯状分布，其直径逐渐减少，V段的直径大于IV段的直径。
进一步的，所述内腔沿刀杆的轴线加工而成，其中内腔的起始端位于拉钉腔的末端，然后沿着刀杆的轴向方向，延伸至刀杆变截面结构中V段2/3处，这样可以最大限度的扩大内腔的深度，又能防止刀杆最大静变形出现在截面直径最小轴段(IV段)处。
进一步的，所述内腔的直径与内腔经过的截面直径最小轴段(III段)的直径比为1:1.5。
进一步的，安装槽的具体位置在刀杆的轴段长度较长部分，保证了安装槽的长度相对较长。
进一步的，靠近拉钉端的安装槽的长度与所在轴段I段的长度比例为1:1.3，深度比为1:5，使得该安装槽的长度与深度较大。
进一步的，靠近刀盘端的安装槽的长度与所在轴段III段的长度比例为1:1.3，深度比为1:3。该轴段(III段)与截面直径最小的轴段(IV段)相邻，防止安装槽深度对该轴段的影响，该安装槽的深度小于靠近拉钉端的安装槽深度。
进一步的，所述的阻尼芯，其材质为泡沫铝，利用环氧橡胶粘剂黏附在刀杆内腔中，提高刀杆的阻尼比，起到消耗振动能量的作用。
进一步的，所述的硬质合金条，具有较高的弹性模量，可以有效的提高刀杆的刚性，达到抑制振动的目的；具体的弹性模量要求不小于600Gpa。
本发明的有益效果：
1.本发明将铣刀刀杆设计成变截面式，一方面可以防止加工时刀杆与非加工面的干涉；另一方面相对于将刀杆直接设计成最小直径的圆柱杆状结构，这种变截面式的刀杆保证了刀杆的强度。
2.本发明为了进一步提高刀杆的刚性，在刀杆上采用镶嵌硬质合金条的方式来提高铣刀的刚性，结构上便于实现，且能有效抑制振动的发生。
3.本发明为了减少刀杆的振动，在刀杆内部填充阻尼材料可以提高铣刀的阻尼性，用于消耗振动能量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是卧式减振铣刀的立体结构示意图；
图2、图3是是减振铣刀的局部剖视图；
图4是刀杆的结构示意图；
图5是硬质合金条A的结构示意图；
图6是硬质合金条B的结构示意图；
图7是阻尼芯的结构示意图；
图8是某深腔类零件的三维示意图；
图9是图8的剖面图；
图中：1拉钉，2硬质合金条，3刀杆，4紧固螺钉，5刀盘，6硬质合金条，7阻尼芯，8安装槽,9安装槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在铣削加工中，悬臂铣刀经常用于加工各种孔类或腔体类零件。由于深孔或腔体铣削时，铣刀杆的长径比比较大，动刚度较小，极易发生铣削颤振，影响工件的表面质量和加工精度，尤其是卧式铣削时颤振尤为剧烈，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种本发明公开了一种变截面的卧式铣刀，以达到减小振动，提高加工精度与效率的目的；同时，在铣削加工中，为防止未加工面对铣削时的干涉，铣刀杆需要设计成变截面的形式，这为振动的控制与结构设计增加了难度。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种减振式的变截面铣刀主要由变截面刀杆、硬质合金条、阻尼芯和刀盘组成。其中，图1展示了减振铣刀的立体结构示意图；本发明的目的包括两个，一个是达到减小振动，提高加工精度与效率的目的，具体的在刀杆外表面的不同位置分别设有一圈安装槽，每圈安装槽包括多个沿刀杆圆周方向均匀间隔分布的矩形安装槽；在每个矩形安装槽内设有一个硬质合金条；同时在所述的刀杆的内部加工有一个内腔，在所述的内腔内装填有阻尼芯；
另外一个目的是防止未加工面对铣削时的干涉，铣刀杆需要设计成变截面的形式；其中，本申请中变截面刀杆包括I段、II段、III段、IV段和V段，其前端的锥形段以及其凸起的安装槽都是现有的技术，因此，本申请在描述变截面刀杆时，仅仅描述了本发明改进的I段、II段、III段、IV段和V段。
具体的实施例中，如图1所示，本发明公开的一种变截面减振卧式铣刀，包括刀杆3和刀盘5，其中所述刀杆3的外表面为变截面结构，沿其轴线方向，在刀杆3外表面的不同位置分别设有一圈安装槽，每圈安装槽包括多个沿刀杆圆周方向均匀间隔分布的矩形安装槽；在每个矩形安装槽内设有一个硬质合金条；同时在所述的刀杆的内部加工有一个内腔，在所述的内腔内装填有阻尼芯；刀杆3的一端安装有拉钉1，另一端安装有与其为一体的刀盘。
在刀杆上采用镶嵌硬质合金条的方式来提高铣刀的刚性，结构上便于实现，且能有效抑制振动的发生。
为了减少刀杆的振动，在刀杆内部填充阻尼材料可以提高铣刀的阻尼性，用于消耗振动能量。
刀杆变截面结构由沿其轴线方向的截面直径不同的轴段构成，其轴段的直径大小与长度应与被加工零件的内腔孔径相匹配。这种结构的设计防止在铣削加工时刀杆与零件未加工面产生干涉。
硬质合金条2和6(图5和图6)具有较高的弹性模量，镶嵌在刀杆上的安装槽8和安装槽9中，可以有效的提高刀杆的刚性，达到抑制振动的目的。
阻尼芯，材质为泡沫铝，利用环氧橡胶粘剂黏附在刀杆内腔中，提高刀杆的阻尼比，起到吸振的作用。
硬质合金条，具有较高的弹性模量，可以有效的提高刀杆的刚性，达到抑制振动的目的；具体的弹性模量要求不小于600Gpa。
针对杆体截面设计的问题，下面结合一个具体工件进行说明：
在铣削某复杂的变截面腔体零件时(图8)；具体的加工面如图8所示；该工件具有5个变截面(从外向内)的半径之比约为1.3:1:1.1:1.2:1.3，各截面宽度之比约为5.3:1:1.5:1.6:1.8。因此，由于被加工件的截面特点，要求在铣削加工面(图9所示)时，为防止刀具与工件间碰撞产生损坏，应保证刀杆与被加工件各截面不能发生干涉。
基于被加工件的特点，其刀杆3(如图2、图3所示)设计成变截面的结构形式，由5个轴段组成(I-V),可以有效的防止在加工深孔或深腔体时非加工面对铣刀的干涉；
5个轴段分别是I段、II段、III段、IV段和V段；I段、II段、III段、IV段呈阶梯状分布，其直径逐渐减少，V段的直径大于IV段的直径。
I段、II段、III段、IV段和V段的长度之比约为4.4:1.9:3.4:1.7:1，半径之比约为1.8:1.3:1.1:1:1.1。刀杆各轴段的长度与半径之比满足的基础条件是当刀杆IV轴段穿过被加工件各腔至其直径最小截面腔时，刀杆与被加工件不产生干涉。
进一步的，内腔沿刀杆的轴线加工而成，其中内腔的起始端位于拉钉空腔的末端，然后沿着刀杆的轴向方向，延伸至刀杆变截面结构中V段2/3处，这样可以最大限度的扩大内腔的深度，又能防止刀杆最大静变形出现在截面直径最小轴段(IV段)处；
进一步的，所述内腔的直径与内腔经过的截面直径最小轴段(III段)的直径比为1:1.5；进一步的，安装槽的具体位置在刀杆的轴段长度较长部分，保证了安装槽的长度相对较长。
进一步的，靠近拉钉端的安装槽8的长度与所在轴段I段的长度比例为1:1.3，深度比为1:5，使得该安装槽的长度与深度较大；
进一步的，靠近刀盘端的安装槽9的长度与所在轴段III段的长度比例为1:1.3，深度比为1:3。该轴段(III段)与截面直径最小的轴段(IV段)相邻，防止安装槽深度对该轴段的影响，该安装槽的深度小于靠近拉钉端的安装槽深度；
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，包括刀杆和刀盘，其中所述刀杆的外表面为变截面结构，沿其轴线方向，在刀杆外表面的不同位置分别设有一圈安装槽，每圈安装槽包括多个沿刀杆圆周方向均匀间隔分布的矩形安装槽；在每个矩形安装槽内设有一个硬质合金条；同时在所述的刀杆的内部加工有一个内腔，在所述的内腔内装填有阻尼芯。
2.如权利要求1所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述的刀杆变截面结构由沿其轴线方向的截面直径不同的轴段构成，其轴段的直径大小与长度应与被加工零件的内腔孔径相匹配。
3.如权利要求1所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述的刀杆变截面结构包括I段、II段、III段、IV段和V段；I段、II段、III段、IV段呈阶梯状分布，其直径逐渐减少，V段的直径大于IV段的直径。
4.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述内腔沿刀杆的轴线加工而成，其中内腔的起始端位于拉钉空腔的末端，然后沿着刀杆的轴向方向，延伸至刀杆变截面结构中V段2/3处。
5.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述内腔的直径与内腔经过的截面直径最小轴段III段的直径比为1:1.5。
6.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，安装槽的具体位置在刀杆的轴段长度较长部分，保证了安装槽的长度相对较长。
7.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，靠近拉钉端的安装槽的长度与所在轴段I段的长度比例为1:1.3，深度比为1:5，使得该安装槽的长度与深度较大。
8.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，靠近刀盘端的安装槽的长度与所在轴段III段的长度比例为1:1.3，深度比为1:3。
9.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述的阻尼芯，其材质为泡沫铝，利用环氧橡胶粘剂黏附在刀杆内腔中。
10.如权利要求3所述的一种变截面减振卧式铣刀，其特征在于，所述的硬质合金条的弹性模量高于600Gpa。
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