CN109604695A - 梳形铣刀片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种梳形铣刀片，包括固定于铣刀座(8)上的刀片本体(10)，铣刀座(8)的侧面设有定位面(9)；刀片本体(10)设有螺钉孔(7)，刀片本体(10)的一个侧面上设有弧线棱(3)，弧线棱(3)所在侧面的相邻侧面上设有曲线棱(5)；弧线棱(3)上设有修光刃(2)，曲线棱(5)上设有梳形切削刃(4)。本发明切削加工时每刀刃只有小部分切削刃参与，未参与切削的空隙部分切削刃起分屑作用；采用多点切削增加了切削刃与工件的接触长度，刃顶两侧产生的轴向分力相互平衡，能够有效减小铣削加工时的加工阻力和铣削热；本发明不易产生振动，分屑效果优异，排屑顺利，为高温合金窄槽或深腔加工提供了理想的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于机械加工工具领域，具体地，涉及梳形铣刀片，尤其涉及切削刃采用幂函数曲线的用于机械加工的可转位梳形铣刀片。
背景技术
铣刀是用于铣削加工的具有一个或多个刀齿的旋转刀具，工作时各刀齿依次断续地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
刀具是机床实现切削加工的直接执行者，生产过程中，刀具直接影响着机械加工效率和产品的质量。当前，研发高精度、高效率、高质量和高使用寿命刀具的一个重要手段就是对刀具结构和几何形状进行改进。传统的平前刀面和直线刃刀片切削力大，刀具磨损严重，刀具寿命低，加工效率差，工件加工精度低。对此可以采用分屑切削的刀刃结构，即在刀具上开各种形式的分屑槽，比如矩形槽、角度形槽、圆弧形槽、波形槽等，以实现刀具性能和寿命的提高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种梳形铣刀片。
根据本发明提供的一种梳形铣刀片，包括刀片本体，刀片本体的曲线棱具有梳形切削刃，所述梳形切削刃在基面投影为幂函数曲线，在刀片本体径向上有波深，梳形切削刃侧面设有修光刃，修光刃所在侧面设有弧线棱。
优选地：所述梳形切削刃与修光刃之间设有带圆弧的刀尖。
优选地：弧线棱长度小于梳形切削刃长度，所述弧线棱和梳形切削刃均为两个，在刀片本体上呈对称分布。
优选地：刀片本体的中心设有与刀体装夹的螺钉孔。
优选地：螺钉孔外侧设有椭圆凸台面。
优选地：所述梳形铣刀片还包括铣刀座；刀片本体紧固设置在铣刀座上；铣刀座的相邻侧面上均设有定位面。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够减小铣削加工时的加工阻力，提高加工精度。
2、本发明中的梳形切削刃能够与工件之间形成多点分散切削，降低单点切削力及切削温度。
3、本发明能够减少单点切削时间，减少刀具磨损，增加刀片使用寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的铣刀片的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的铣刀片的一个实施例的俯视结构示意图。
图3是本发明的铣刀片的实施例3的实验示意图。
图4是一种铣削条件下梳形铣刀片的切屑。
图5是一种铣削条件下直线刃铣刀片的切屑。
图6是另一种铣削条件下梳形铣刀片的切屑。
图7是另一种铣削条件下直线刃铣刀片的切屑。
图8是另一种铣削条件下梳形铣刀片的切屑的局部放大图。
图9是另一种铣削条件下直线刃铣刀片的切屑的局部放大图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种梳形铣刀片，外形近似为方形。梳形铣刀片包括铣刀座8和固定于铣刀座8上的刀片本体10，铣刀座8的侧面设有定位面9；刀片本体10的中心设有装夹的螺钉孔7，刀片本体10的一个侧面上设有弧线棱3，弧线棱3所在侧面的相邻侧面上设有曲线棱5；弧线棱3上设有修光刃2，曲线棱5上设有梳形切削刃4。本梳形铣刀刃形结构复杂，在刀具径向上有较大的波深，切削加工时每刀刃只有小部分切削刃参与，未参与切削的空隙部分切削刃起分屑作用，比普通铣刀更容易切入工件；由于采用多点切削，因而增加了切削刃与工件的接触长度，刃顶两侧产生的轴向分力相互平衡，能够有效减小铣削加工时的加工阻力和铣削热；实验结果表明：本梳形铣刀的切削力较小，刀具不易产生振动，分屑效果优异，排屑顺利，为高温合金窄槽或深腔加工提供了理想的解决方案。
参考图1、图2，图1、图2所示为本发明的一种梳形铣刀片的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，梳形铣刀包括铣刀座8和负责切削的刀片本体10，铣刀座8的相邻侧面上均设有定位面9；刀片本体10的中心设有螺钉孔7；梳形铣刀上表面螺钉孔7的周围设有椭圆凸台面6；刀片本体10的一个侧面上设有弧线棱3，弧线棱3所在侧面的相邻侧面上设有曲线棱5；弧线棱3上设有修光刃2，曲线棱5上设有梳形切削刃4，曲线棱5和梳形切削刃4共同作用，减小梳形切削刃4切削时的切削量，减小了切削时的阻力，提高了切削质量，同时梳形切削刃4将铁屑细分，降低切削力并增加刀片寿命。
在本发明的一个优选例中，弧线棱3和曲线棱5可以均为两个，在刀片本体10上对称分布。
在本发明的一个优选例中，曲线棱5的长度可以大于弧线棱3的长度。
在本发明的一个优选例中，弧线棱3和曲线棱5之间可以设有带圆弧的刀尖1，减小修光刃2和梳形切削刃4之间的应力集中。
在本发明的一个优选例中，梳形切削刃4可以显著增加切削刃与工件的接触长度，分散切削力，增加刀片寿命。
在本发明的一个优选例中，螺钉孔7和弧线棱3之间可以设有椭圆凸台面6，刀片夹持更加稳固且更加美观。
在本发明的一个优选例中，梳形切削刃4每个刃顶两侧产生的轴向分力可以相互平衡。
下面通过更多的优选例，对本发明进行更为详细的说明。
实施例1
本实施例进行了梳形铣刀片和直线刃铣刀片铣削磨损对比实验。实验分为两组，工件材料为普通45钢。第一组实验采用单齿铣削，每连续切削一段时间后用影像仪测量刀具的磨损量，当刀具达到磨钝标准时，切削实验停止，在影像仪上观察两种刀片的主切削刃和修光刃后刀面的磨损情况。实验结果表明，两种刀片的磨损均主要发生在修光刃后刀面上，主切削刃后刀面磨损较小；梳形铣刀修光刃后刀面的磨损量大于直线刃铣刀片的磨损量，这是由于单齿切削时，梳形刀片参与切削的切削刃长度大于直线刃刀片，无法发挥多刃铣削的优势。第二组实验采用双齿铣削，切削过程中，两种刀片的磨损主要发生在修光刃后刀面上，且梳形铣刀后刀面的磨损量小于直线刃刀片。这是因为采用双齿铣削时，一方面，两把刀片相互错开，梳形刃口以错位形式有效搭接，因而使得每把波形刃刀片的切削刃没有全部参与切削，与工件材料接触的切削刃长度较直线刃铣刀短，从而使单点铣削力降低；另一方面，梳形铣刀在轴向上每个波齿上下两面形成的铣削分力相互平衡，使得刀片修光刃后刀面与已加工表面之间的摩擦力减小，再加上其独特的分屑结构，从而使梳形铣刀片的耐磨性能优于直线刃铣刀片。因而，采用梳形铣刀多齿铣削可明显改善刀具的耐磨性能。
实施例2
本实施例进行了梳形铣刀片和常规直线刃刀片的切削力对比实验。实验采用正交试验，用较少的实验次数研究轴向切深、切削速度、每齿进给量和纵向切深对切削力的影响。实验所用的工件材料为45钢，测力仪器型号为KISTLER 9257B。实验数据显示，在相同铣削参数下可转位梳形铣刀片的铣削力比直线刃铣刀片的铣削力小，可降低铣削力1000000000000％～20％。其原因在于：一是梳形铣刀的主切削刃采用了独特的分屑结构，在铣削过程中将直线刃长条切屑变成厚而短的细鳞片状切屑，使切屑和工件表层的塑性变形抗力减小从而降低铣削力，而且在轴向上每个波齿上下两面形成的铣削分力相互平衡也使铣削力降低；二是安装在刀杆上的两把刀片相互错开，两把刀片的波形刃口以错位形式有效搭接，故在一定的铣削参数范围内，每把波形刃铣刀片的切削刃没有全部参加切削，与工件材料接触的切削刃长度较直线刃铣刀片短，从而使铣削力降低，且比普通直线刃刀片更容易切入工件。
实施例3
本实施例进行了梳形铣刀片和常规直线刃刀片的铣削振动特性对比实验。实验采用正交试验，共进行9组。铣削振动实验测试系统包括两部分，第一部分为数控加工中心-刀具-工件-夹具系统，第二部分为振动信号采集系统。参考图3，图3为铣削振动实验测试系统示意图。实验结果表明，梳形刀片在铣削45钢时比直线刃刀片具有更好的加工稳定性能，原因在于梳形刃产生细小切屑，切削刃与工件接触的长度短，易于切入工件，降低了切削力，从而提高了加工稳定性。并且可以得出，对可转位梳形铣刀片而言，在实际生产过程中以及合理的铣削范围内，可采用较高的铣削速度、相对较小的进给量和径向切深以达到减小铣削力和提高刀具加工稳定性的效果。
实施例4
本实施例进行了梳形铣刀片与直线刃刀片铣削温度实验，实验所选取的工件材料为Cr12MoV。在刀片上适当位置选择若干测量点，利用人工热电偶采集与处理系统测量铣削过程中温度变化。利用MATLAB软件对采集的数据进行处理，从得到的切削温度随时间的变化曲线可知，梳形铣刀片平均温度曲线均位于直线刃铣刀温度曲线下方，说明梳形铣刀温度较低。因而在同一切削条件下，波形刃铣刀较直线刃铣刀发热较少，从而可以说明梳形铣刀片性能优良，与通用直线刃铣刀片相比，梳形铣刀片具有较大的加工优越性。
实施例5
本实施例进行了梳形铣刀片与直线刃铣刀片断屑对比实验。实验研究表明，切屑的颜色与铣削过程中温度的高低存在一定的联系，因此可以通过观察切屑的颜色和利用影像仪观察切屑的形态来分析铣削过程中的实际情况。
vc表示切削速度。fz表示进给量。ae表示切削宽度。ap表示切削深度。
表1不同铣削条件的切屑
从上表中可以看出梳形铣刀片的切屑由窄鳞片状和月牙状切屑组成，而直线刃铣刀片的切屑由长条针状和月牙状切屑组成。直线刃铣刀片的切屑出现了向上和横向卷曲，而梳形铣刀片的切屑没有明显的卷曲现象。这是因为直线刃铣刀片有较大的刃倾角导致切屑以较大的流屑角侧向流出，而梳形铣刀片的切屑窄而厚，切屑变形小，减小了切屑与刀具前刀面之间的摩擦。由切屑的局部放大图可看出，两种切屑均有一定程度的褶皱。
在实验过程中，随着铣削速度与每齿进给量的逐渐增加，两种刀片的切屑均由褐色变蓝，说明切削温度逐渐变高。且直线刃铣刀片的变化更为明显，说明其在铣削过程中切屑的变形更加厉害。
综合上述分析可知，由于梳形铣刀片采用独特的分屑结构，在铣削过程中将宽切屑变为厚而窄的切屑，减小了切屑和工件表层金属的塑性变形所产生的抗力以及切屑与刀具之间的摩擦，从而降低了铣削力和铣削热。梳形铣刀片在大的径向切深时，其分屑的作用效果更为明显。另外，由于排屑顺利，梳形铣刀为窄槽或深腔加工中排屑困难的加工提供了理想的解决方案。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种梳形铣刀片，包括刀片本体(10)，其特征在于：刀片本体(10)的曲线棱(5)具有梳形切削刃(4)，所述梳形切削刃(4)在基面投影为幂函数曲线，在刀片本体(10)径向上有波深，梳形切削刃侧面设有修光刃(2)，修光刃(2)所在侧面设有弧线棱(3)。
2.根据权利要求1所述的梳形铣刀片，其特征在于：所述梳形切削刃(4)与修光刃(2)之间设有带圆弧的刀尖(1)。
3.根据权利要求1所述的梳形铣刀片，其特征在于：弧线棱(3)长度小于梳形切削刃(4)长度，所述弧线棱(3)和梳形切削刃(4)均为两个，在刀片本体(10)上呈对称分布。
4.根据权利要求1或2所述的梳形铣刀片，其特征在于：刀片本体(10)的中心设有与刀体装夹的螺钉孔(7)。
5.根据权利要求1或2所述的梳形铣刀片，其特征在于：螺钉孔(7)外侧设有椭圆凸台面(6)。
6.根据权利要求1所述的梳形铣刀片，其特征在于：所述梳形铣刀片还包括铣刀座(8)；刀片本体(10)紧固设置在铣刀座(8)上；铣刀座(8)的相邻侧面上均设有定位面(9)。
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