CN109249071B - 一种阵列微槽微铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列微槽微铣刀，包括刀柄以及沿其轴向对称固定安装于其上的两串列微刀片，所述刀柄的直径为5mm‑30mm，微刀片的主切削刃宽度为0.05mm‑1mm。本发明的阵列微槽微铣刀具有高强度、高刚度、高耐磨性的特点，有效避免了常规微铣刀刚性弱、易破损而造成的阵列微槽精度、一致性差以及毛刺严重等问题，可以实现阵列微槽的高效率、高一致性以及高表面完整性加工。

Description

一种阵列微槽微铣刀

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，具体涉及一种阵列微槽微铣刀。

背景技术

阵列微槽结构是典型的微结构特征，特征尺寸在微米级到毫米级，可通过其阵列结构特征实现摩擦润滑、光学衍射等特定功能，被广泛应用于航空航天、生物医疗、光学工程以及信息通讯等诸多领域。阵列微槽的加工质量，如尺寸精度、毛刺、表面质量等直接影响其使用性能。因此，具有阵列微槽结构的零件，不仅需要在特征尺寸范围内保证尺寸精度及超高的一致性要求，而且还需满足高表面完整性要求。此外，实际应用需求中阵列微槽结构材料多种多样，其高质量加工极具挑战性。在此背景下，对多种材料阵列微槽结构的高一致性、高表面完整性和高效率加工提出了越来越迫切的需求。微细电火花加工、微细激光加工等特种加工方法以及微细车、铣、刨削等微细机械加工方法是常用的阵列微槽加工方式。与其他加工方法相比，微细铣削可加工材料不受限制、柔性更强、三维加工能力强、材料去除率大，在阵列微槽加工方面具有显著优势。当前，在微细铣削中采用常规微铣刀加工阵列微槽，微铣刀容易磨损甚至破损，从而导致零件表面完整性差、毛刺严重、尺寸精度差等问题，难以满足阵列微槽高效率、高一致性、高表面完整性的加工要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种阵列微槽微铣刀，所要解决的核心技术问题为：在微细铣削中由于常规微铣刀容易磨损而导致零件表面完整性差、毛刺严重、尺寸精度差，难以满足阵列微槽高效率、高一致性、高表面完整性的加工要求。

本发明的技术方案如下：

一种阵列微槽微铣刀，包括刀柄以及沿其轴向对称固定安装于其上的两串列微刀片，所述刀柄的直径为5mm-30mm，微刀片的主切削刃宽度为0.05mm-1mm。

本发明在微细铣削领域首次采用两串列刀片的微铣刀形式，可以同时加工与一串列刀片相等数量的多个阵列微槽，一方面大幅度提升了加工效率，另一方面减少了单个刀片的加工时间，相应减小了单个刀片的刀具磨损，提高了刀具寿命，同时，有效避免了非阵列刀具加工中由于刀具磨损造成的微槽精度差、一致性差、毛刺严重等问题，有利于实现微槽的高效率、高一致性、高表面完整性加工要求。

本发明的阵列微槽微铣刀，其刀柄直径范围与常规铣刀刀柄相近。一般的微铣刀其铣削过程需具有较大切削速度，由于一般微铣刀直径小（一般为0.1mm-1mm），在此情况下，要求转速极高，如果采用与常规铣刀尺寸接近的刀柄，在高转速下容易产生振动和不稳定现象，刀具极易破损，甚至产生不安全因素。本发明的阵列微槽微铣刀，其刀柄直径范围与常规铣刀刀柄相近，由于刀柄尺寸较大，一方面简化了串列刀片与刀柄的安装固定过程，另一方面刀片沿刀柄轴向对称排布的结构使得刀具在较低转速下刀片切削部分可获得极大的切削速度，可以避免高转速引起的振动等问题，增加了刀具的加工可靠性和稳定性。

本发明的阵列微槽微铣刀，其微细铣削领域的特征尺寸是刀片主切削刃的宽度，其范围为0.05mm-1mm。

对上述方案进一步优化，对于每串列微刀片，微刀片的有效铣削长度为0.1mm-1mm，相邻微刀片之间的间距为0.05mm-1mm，单列刀片数量为3-100。

对上述方案进一步优化，所述微刀片的切削部分包含前刀面、主后刀面、副后刀面Ⅰ、副后刀面Ⅱ，以及前刀面与主后刀面相交形成的主切削刃、前刀面与副后刀面Ⅰ相交形成的副切削刃Ⅰ、前刀面与副后刀面Ⅱ相交形成的副切削刃Ⅱ，主后刀面与前刀面之间的夹角为锐角，主前角γ₀、副前角Ⅰ、副前角Ⅱ、副后角Ⅰ以及副后角Ⅱ均为0°，主后角α₀范围为8°~15°。

对上述方案进一步优化，所述刀柄采用硬质合金材料，微刀片采用超硬刀具材料。

本发明的阵列微槽微铣刀可根据不同的实际需求，改变主切削刃宽度W、有效铣削长度L、阵列刀片间距H、阵列刀片单列数量N、主后角α₀值，以满足不同尺寸阵列微槽加工需求。

综上所述，本发明与已有技术相比，有益效果体现在以下几个方面：

1、本发明的阵列微槽微铣刀选用远大于一般微铣刀直径的常规直径尺寸刀柄，与常规铣刀刀柄尺寸相近，相较于一般微铣刀，强度和刚度得到大幅度提升；

2、刀柄材料采用具有较大弹性模量的硬质合金材料，进一步提高了刀柄的刚度；

3、刀片材料采用具有良好耐磨性的超硬刀具材料，提高了耐用度；

4、刀片可以同时加工多个阵列微槽，一方面大幅度提升了加工效率，另一方面减少了单个刀片的加工时间，相应减小了刀具磨损，提高了刀具寿命；与此同时，有效避免了非阵列刀具加工中由于刀具磨损造成的微槽精度差、一致性差、毛刺严重等问题，有利于保证加工的微槽一致性；

5、该刀具结构可在较低转速情况下实现高速铣削，一方面可以利用高速铣削的优势，又可避免主轴高转速引起的振动等问题。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的阵列微槽微铣刀的主视图；

图2为本发明的阵列微槽微铣刀的仰视图；

图3为本发明的阵列微槽微铣刀的刀尖立体图；

图4为本发明的阵列微槽微铣刀的主要角度参数示意图；

图5为本发明的阵列微槽微铣刀的铣削运动示意图；

图中标记为：1.刀柄 2.微刀片 3.前刀面 4.主后刀面 5.副后刀面Ⅰ 6.副后刀面Ⅱ 7.主切削刃 8.副切削刃Ⅰ 9.副切削刃Ⅱ 10.工件 D为刀柄的直径 W为主切削刃宽度L为有效铣削长度 H为刀片间距 N为单列刀片数量 γ₀为主前角 α₀为主后角 V_c为刀具切削速度方向 V_f为刀具进给方向。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并用于限制本发明。

如图1-5所示，一种阵列微槽微铣刀，包括刀柄1以及沿其轴向对称固定安装于其上的两串列微刀片2，所述刀柄1的直径（D）为5mm-30mm，微刀片2的主切削刃宽度W为0.05mm-1mm。

对于每串列微刀片2，微刀片2的有效铣削长度L为0.1mm-1mm，相邻微刀片2之间的间距H为0.05mm-1mm，单列刀片数量N为3-100。

所述微刀片2的切削部分包含前刀面3、主后刀面4、副后刀面Ⅰ5、副后刀面Ⅱ6，以及前刀面3与主后刀面4相交形成的主切削刃7、前刀面3与副后刀面Ⅰ5相交形成的副切削刃Ⅰ8、前刀面3与副后刀面Ⅱ6相交形成的副切削刃Ⅱ9，主后刀面4与前刀面3之间的夹角为锐角，主前角γ₀、副前角Ⅰ、副前角Ⅱ、副后角Ⅰ以及副后角Ⅱ均为0°，主后角α₀范围为8°~15°。

所述刀柄1采用硬质合金材料，微刀片2采用超硬刀具材料。

实施例1：

本实施例加工了微槽宽度为1mm、间距为1mm、数量为21的阵列微槽，选用刀柄1的直径为30mm，主切削刃宽度为1mm，有效铣削长度为1mm，刀片间距为1mm，单列刀片数量为3，主后刀面4与前刀面3之间的夹角为锐角，主前角、副前角Ⅰ、副前角Ⅱ、副后角Ⅰ以及副后角Ⅱ均为0°，主后角为8°，刀柄材料采用硬质合金，刀片采用PCD材料。

实施例2：

本实施例加工了微槽宽度为0.5mm、间距为0.5mm、数量为100的阵列微槽，选用刀柄1的直径为15mm，主切削刃宽度为0.5mm，有效铣削长度为0.5mm，刀片间距为0.5mm，单列刀片数量为50，主后刀面4与前刀面3之间的夹角为锐角，主前角、副前角Ⅰ、副前角Ⅱ、副后角Ⅰ以及副后角Ⅱ均为0°，主后角为10°，刀柄材料采用硬质合金，刀片采用PCD材料。

实施例3：

本实施例加工了微槽宽度为0.05mm、间距为0.05mm、数量为100的阵列微槽，选用刀柄1的直径为5mm，主切削刃宽度为0.05mm，有效铣削长度为0.1mm，刀片间距为0.05mm，单列刀片数量为100，主后刀面4与前刀面3之间的夹角为锐角，主前角、副前角Ⅰ、副前角Ⅱ、副后角Ⅰ以及副后角Ⅱ均为0°，主后角为15°，刀柄材料采用硬质合金，刀片采用CBN材料。

Claims (3)

1.一种阵列微槽微铣刀，其特征在于：包括刀柄(1)以及沿其轴向对称固定安装于其上的两串列微刀片(2)，所述刀柄(1)的直径(D)为5mm～30mm，微刀片(2)的主切削刃宽度(W)为0.05mm～1mm；

所述微刀片(2)的切削部分包含前刀面(3)、主后刀面(4)、副后刀面I(5)、副后刀面II(6)，以及前刀面(3)与主后刀面(4)相交形成的主切削刃(7)、前刀面(3)与副后刀面I(5)相交形成的副切削刃I(8)、前刀面(3)与副后刀面II(6)相交形成的副切削刃II(9)，主后刀面(4)与前刀面(3)之间的夹角为锐角，主前角γ、副前角I、副前角II、副后角I以及副后角II均为0°，主后角α范围为8°～15°。

2.根据权利要求1所述的阵列微槽微铣刀，其特征在于：对于每串列微刀片(2)，微刀片(2)的有效铣削长度(L)为0.1mm～1mm，相邻微刀片(2)之间的间距(H)为0.05mm～1mm，单列刀片数量(N)为3-100。

3.根据权利要求1或2所述的阵列微槽微铣刀，其特征在于：所述刀柄(1)采用硬质合金材料，微刀片(2)采用超硬刀具材料。

Images