CN110090994A - 用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，包括依次连接的切削头、螺旋侧刃部、刀颈和刀杆；切削头包括三个均匀分布的刀齿，每个刀齿的端刃均为分段混合刃型，分段混合刃型包括依次连接的第一直线型刃、第二曲线型刃、第三曲线型刃、第四直线型刃、第五直线型刃、第六直线型刃和第七直线型刃，切削头远离螺旋侧刃的一端的中心为刀具中心，三个第一直线型刃均靠近刀具中心且相互连接；螺旋侧刃部包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃，侧刃远离切削头的一端与刀颈连接。本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具降低了钛合金层切削力、避免了碳纤维复合材料层分层缺陷，提高了CFRP/Ti叠层材料整体精度。

Description

用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具。
背景技术
为大幅提升航空产业国际竞争力，高强度结构材料和轻质功能材料逐渐发展成为新时代大型-宽体客机机身和复合材料机翼的首选。由钛合金骨架和碳纤维复合材料壁板构成的CFRP/Ti叠层结构广泛应用于机翼大部件中，以促进飞机轻量化、低能耗和远航程方面的高速发展。该叠层结构材料属性特殊，尤其体现高强度和各向异性，导致面向该类材料的一体化精密制孔成为航空制造领域中突出的技术难题。
螺旋铣制孔技术采用偏心加工模式，以克服传统钻削产生轴向切削力过大、刀具磨损加剧、出口毛刺严重，质量无法保证等问题，被广泛应用于机翼CFRP/Ti叠层结构的制孔加工中。该制孔新技术体现以下优势：1)采用小尺寸刀具实现不同尺寸、多种类型孔的加工；2)加工过程产生小尺寸切屑，有效降低轴向力水平和刀具磨损程度；3)有效控制切屑变形、促进排屑以避免切削热量积聚；4)大幅提高孔壁质量、有效减少出口毛刺与分层缺陷、进一步提升叠层材料的制孔精度。
刀具在螺旋铣制孔技术的研究与应用方面发挥重要作用，而面向机翼CFRP/Ti叠层结构制孔的专用刀具极为匮乏。现有的用于机翼CFRP/Ti叠层结构制孔螺旋铣制的刀具的制孔精度低、不适于制作小直径孔、切削力不稳定，会导致碳纤维复合材料层出现分层缺陷等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，以解决上述现有技术存在的问题，有效降低钛合金层切削力、避免碳纤维复合材料层分层缺陷、进一步提高CFRP/Ti叠层材料整体精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，包括依次连接的切削头、螺旋侧刃部、刀颈和刀杆；
所述切削头的轴线与刀具轴线重合且包括三个均匀分布的刀齿，每个所述刀齿的端刃均为分段混合刃型，所述分段混合刃型包括依次连接的第一直线型刃、第二曲线型刃、第三曲线型刃、第四直线型刃、第五直线型刃、第六直线型刃和第七直线型刃，所述切削头远离所述螺旋侧刃的一端的中心为刀具中心，三个所述第一直线型刃均靠近所述刀具中心且相互连接；
所述螺旋侧刃部包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃，所述侧刃远离切削头的一端与所述刀颈连接。
优选地，所述第一直线型刃垂直于所述刀具轴线。
优选地，所述第二曲线型刃和所述第三曲线型刃相对所述刀具中心之间的高度不同，所述第二曲线型刃与所述第三曲线型刃的曲率半径不同。
优选地，所述第二曲线型刃与所述刀具中心的距离小于所述第三曲线型刃与所述刀具中心的距离。
优选地，所述第四直线型刃、所述第五直线型刃、所述第六直线型刃和所述第七直线型刃的斜率各不相等。
优选地，所述第六直线型刃和所述第七直线型刃与所述刀具中心的垂直距离相等且大于所述第四直线型刃和所述第五直线型刃与所述刀具中心的垂直距离。
优选地，所述第六直线型刃与所述第七直线型刃相交于外刀尖，所述第四直线型刃与所述第五直线型刃相交于内刀尖。
优选地，所述第七直线型刃与对应的所述螺旋状侧刃的切线垂直相交。
优选地，所述侧刃的后刀面呈等螺距、阶梯状。
本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具降低了钛合金层切削力、避免了碳纤维复合材料层分层缺陷，提高了CFRP/Ti叠层材料整体精度。本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具采用周向等角度三齿结构设计，实现了各刀齿关于刀具轴线的呈120°对称的布局，极大地提高了物化属性差异性大的叠层材料高速加工的稳定性。构建端部的分段混合刃型，并使其最外侧直线刃与对应顶端的螺旋状侧刃的切线垂直相交，实现了钛合金层加工过程的交叉多重分屑、刀具在加工复合材料层中所产生的磨粒磨损大幅降低、有效避免切削刃对孔壁的划伤。同时，侧刃的螺距结构、端刃与侧刃具有的梯形刃带的双后刀面结构设计特点，为有效分屑促排提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具的结构示意图；
图2为本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具中切削头的正视图；
图3为图2的A-A剖视图；
其中，A-切削头，B-螺旋侧刃部，C-颈杆部，a-刀颈直径，b-刀杆直径，1-分段混合刃型，2-前刀面，3-螺旋槽，4-侧刃梯形韧带，5-侧刃后刀面，6-螺旋槽底部，7-刀具轴线，8-第七直线型刃，9-第六直线型刃，10-第五直线型刃，11-第四直线型刃，12-第三曲线型刃，13-第二曲线型刃，14-第一后刀面，15-第二后刀面，16-第三后刀面，17-第四后刀面，18-第五后刀面，19-第六后刀面，20-第一直线型刃，21-端部切削刃韧带，22-内刀尖，23-外刀尖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，以解决现有技术存在的问题，有效降低钛合金层切削力、避免碳纤维复合材料层分层缺陷、进一步提高CFRP/Ti叠层材料整体精度。
本发明提供一种用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，包括依次连接的切削头、螺旋侧刃部、刀颈和刀杆；
所述切削头的轴线与刀具轴线重合且包括三个均匀分布的刀齿，每个所述刀齿的端刃均为分段混合刃型，所述分段混合刃型包括依次连接的第一直线型刃、第二曲线型刃、第三曲线型刃、第四直线型刃、第五直线型刃、第六直线型刃和第七直线型刃，所述切削头远离所述螺旋侧刃的一端的中心为刀具中心，三个所述第一直线型刃均靠近所述刀具中心且相互连接；
所述螺旋侧刃部包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃，所述侧刃远离切削头的一端与所述刀颈连接。
本发明用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具降低了钛合金层切削力、避免了碳纤维复合材料层分层缺陷，提高了CFRP/Ti叠层材料整体精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1-3所示，本实施例用于机翼CFRPTi叠层结构螺旋铣的分段混合刃型1交叉分屑刀具，包括依次连接的切削头A、螺旋侧刃部B、刀颈和刀杆，刀颈直径a小于刀杆直径b，刀颈和刀杆形成颈杆部C。
切削头A的轴线与刀具轴线7重合，切削头A包括三个均匀分布的刀齿，每个刀齿远离螺旋侧刃部B的一端均为分段混合刃型1，分段混合刃型1包括依次连接的第一直线型刃20、第二曲线型刃13、第三曲线型刃12、第四直线型刃11、第五直线型刃10、第六直线型刃9和第七直线型刃8，切削头A远离螺旋侧刃部B的一端的中心为刀具中心，三个第一直线型刃20均靠近刀具中心且相互连接；螺旋侧刃部B包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃，侧刃远离切削头部的一端与刀颈连接，相邻的侧刃之间形成有螺旋槽3，螺旋槽底部6靠近刀颈。
值得注意的是，在本实施例中，第一直线型刃20垂直于刀具轴线7。第二曲线型刃13和第三曲线型刃12相对刀具中心之间的高度不同，第二曲线型刃13与刀具中心的距离小于第三曲线型刃12与刀具中心的距离，第二曲线型刃13与第三曲线型刃12的曲率半径不同；第四直线型刃11、第五直线型刃10、第六直线型刃9和第七直线型刃8均相对第一直线型刃20倾斜，且斜率各不相等；第六直线型刃9和第七直线型刃8与刀具中心的垂直距离相等且大于第四直线型刃11和第五直线型刃10与刀具中心的垂直距离；第六直线型刃9与第七直线型刃8相交于外刀尖23，第四直线型刃11与第五直线型刃10相交于内刀尖22。
第七直线型刃8与对应的螺旋状侧刃的切线垂直相交，端刃构成具有复杂边界特征的前刀面2，形成端部切削刃韧带21，后刀面由第一后刀面14、第二后刀面15、第三后刀面16、第四后刀面17、第五后刀面18和第六后刀面19构成。侧刃后刀面5呈等螺距、阶梯状，形成侧刃梯形韧带4，侧刃的螺距结构、端刃与侧刃具有的梯形刃带的双后刀面结构设计特点，为有效分屑促排提供保障。
切削头A端部切削刃的设计决定了其完成的切削量远大于侧刃，可大幅提高孔壁质量和刀具整体寿命；切削头A与螺旋导向刃部分B的直径略小于刀颈直径，该设计可应用于制孔精度的在线补偿。
本实施例用于机翼CFRPTi叠层结构螺旋铣的分段混合刃型1交叉分屑刀具中的端刃和侧刃分别采用分段混合刃型1和螺旋结构，能够有效控制切屑尺寸与待加工表面几何形貌，以发挥刀具的交叉分屑作用，实现在物性相异性较大的CFRP/Ti叠层材料界面的高质量稳定性切削。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“笫二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：包括依次连接的切削头、螺旋侧刃部、刀颈和刀杆；
所述切削头的轴线与刀具轴线重合且包括三个均匀分布的刀齿，每个所述刀齿的端刃均为分段混合刃型，所述分段混合刃型包括依次连接的第一直线型刃、第二曲线型刃、第三曲线型刃、第四直线型刃、第五直线型刃、第六直线型刃和第七直线型刃，所述切削头远离所述螺旋侧刃的一端的中心为刀具中心，三个所述第一直线型刃均靠近所述刀具中心且相互连接；
所述螺旋侧刃部包括三个与各刀齿端刃一一对应连接的侧刃，所述侧刃远离切削头的一端与所述刀颈连接。
2.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第一直线型刃垂直于所述刀具轴线。
3.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第二曲线型刃和所述第三曲线型刃相对所述刀具中心之间的高度不同，所述第二曲线型刃与所述第三曲线型刃的曲率半径不同。
4.根据权利要求3所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第二曲线型刃与所述刀具中心的距离小于所述第三曲线型刃与所述刀具中心的距离。
5.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第四直线型刃、所述第五直线型刃、所述第六直线型刃和所述第七直线型刃的斜率各不相等。
6.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第六直线型刃和所述第七直线型刃与所述刀具中心的垂直距离相等且大于所述第四直线型刃和所述第五直线型刃与所述刀具中心的垂直距离。
7.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第六直线型刃与所述第七直线型刃相交于外刀尖，所述第四直线型刃与所述第五直线型刃相交于内刀尖。
8.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述第七直线型刃与对应的所述螺旋状侧刃的切线垂直相交。
9.根据权利要求1所述的用于机翼叠层结构螺旋铣的分段混合刃型交叉分屑刀具，其特征在于：所述侧刃的后刀面呈等螺距、阶梯状。
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