CN110369740B - 一种车床车削复合刀具及其加工方法 - Google Patents

一种车床车削复合刀具及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车床车削复合刀具及其加工方法，涉及机械加工技术领域。本发明传统刀具中一次使用一把刀具进行车削的结构整合为拥有三把刀片的复合刀具并进行了匹配设计，使得该复合刀具可以一次性完成零件车削外圆、端面及车削内孔和加工内孔两端锥面的工作。无需换刀更无需重新装夹定位基准，在缩短了加工时间的同时也减少了重新装夹带来的误差，节省了两个刀位；且加工后锥度角处无“台阶”状切痕，提高了刀具的使用寿命和工件的加工质量。

Description

一种车床车削复合刀具及其加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种车床车削复合刀具及其加工方法。
背景技术
传统的车削方式在车削内孔带锥度角的如图1所示第一零件5和图2所示第二零件6时，需要先用一把刀车削外圆然后换端面车刀车削端面，端面车削完成后再换镗孔刀车削内孔(通孔)，当零件内孔端面处需要车削锥面时(锥面锥度大等于45°的锥角)，第一近车刀位置锥面51和第二近车刀位置锥面61可以与镗内孔的工序一起进行，但是第一远端锥面52、第二远端锥面62和第三远端锥面63则需要重新调头装夹，再次定位基准后进行车削。如不调头装夹，首先需要多次换刀，然后在大批量产品加工时，可能因车刀磨损不够锋利或转速问题使远端锥度角产生“台阶”状切痕，直接影响产品质量，并且当远端锥面设计为2mm—5mm锥度角时传统刀具内孔刀会出现刀杆干涉问题，只能调头装夹加工，影响加工效率。基于此，需要设计一种车床车削复合刀具及其加工方法，以便一次性完成零件车削外圆、端面及车削内孔和加工内孔两端锥面的工作，缩短加工时间。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种车床车削复合刀具及其加工方法，以便一次性完成零件车削外圆、端面及车削内孔和加工内孔两端锥面的工作，缩短加工时间。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车床车削复合刀具，包括第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3和刀主体4；其中，所述刀主体4为一体化结构件，包括刀柄41和刀头42，所述第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3均螺装在刀头42上，所述第一刀片1为镗孔刀，用于车削内孔或通孔；第二刀片2用于车削零件外圆及平端面；第三刀片3用于车削内孔端面的锥度角。
优选地，所述第三刀片3的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片1的刀尖顶点距刀具中心低；第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3位于同一水平面上，且高于刀主体4的水平面；刀片1中心点到刀片3中心点的距离L1是刀片1的中心点到刀片2的中心点的距离D的1.125到1.25倍；在复合刀具做旋转车削动作时第一刀片1的中心点到第二刀片2的中心点的距离D产生的直径为D的圆的范围是待加工工件内孔尺寸的0.4倍，且第一刀片1中心点到第三刀片3中心点的距离L1是刀头42长度L2的2.2-2.5倍。
优选地，所述第三刀片3的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片1的刀尖顶点距刀具中心低3mm。
优选地，所述第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3高于刀主体4的水平面1mm。
优选地，所述刀柄41的外径尺寸与车床刀塔刀位尺寸匹配，可将刀柄41装配于车床刀塔的对应刀位上。
优选地，所述刀头42由圆柱体、六棱柱或五棱柱加工而成。
优选地，所述刀柄41直径为20mm标准件接口。
本发明还提供了一种利用所述的车床车削复合刀具加工零件的方法，将复合刀具的刀柄41沿刀塔刀套的中心通孔向插入，直至刀头42内侧与刀塔刀套前端贴合为止，此时用螺栓在刀套上方螺栓孔处固定刀柄41，进而保证复合刀具的刀柄41与刀套之间无松动，启动车床，先使用第二刀片2加工外圆和平端面，此时第一刀片1和第三刀片3位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片1车削内孔和近刀处锥面，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，此时第一刀片1已露出内孔，用第三刀片3车削远端锥面。
本发明又提供了一种利用所述的车床车削复合刀具加工零件的方法，将复合刀具的刀柄41安装到车床刀塔上，启动车床，先使用第二刀片2加工外圆和平端面，此时第一刀片1和第三刀片3位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片1车削内孔和近车刀位置锥面，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，将复合刀具移向远端直径较大的通孔内部，此时第一刀片1的刀尖已经移出直径较小的通孔内部，用第三刀片3车削远端锥面，完成车削后在将刀具移向更远端，将第一刀片1移出通孔，用第三刀片3车削更远端锥面。
(三)有益效果
本发明传统刀具中一次使用一把刀具进行车削的结构整合为拥有三把刀片的复合刀具并进行了匹配设计，使得该复合刀具可以一次性完成零件车削外圆、端面及车削内孔和加工内孔两端锥面的工作。无需换刀更无需重新装夹定位基准，在缩短了加工时间的同时也减少了重新装夹带来的误差，节省了两个刀位；且加工后锥度角处无“台阶”状切痕，提高了刀具的使用寿命和工件的加工质量。特别值得一提的是，该复合刀具尤其适用于内孔端面的锥面尺寸要求在2mm—5mm，锥度大于45°的非标锥面的加工，且可系列化、兼顾通用性与经济型，有效地解决了加工后出现“台阶”切痕的问题，延长了刀具使用寿命，减少了加工误差，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的车床复合刀具的立体结构示意图；
图2为本发明适用的第一种零件结构形式示意图；
图3为本发明适用的第二种零件结构形式示意图；
图4为本发明装在刀塔上的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
针对现有加工方式存在的不足，本发明提供一种车床车削复合刀具如图1。该复合刀具将传统刀具中一次使用一把刀具进行车削的结构整合为拥有三把刀片的复合刀具并进行了匹配设计，使得该复合刀具可以一次性完成零件车削外圆、端面及车削内孔和加工内孔两端锥面的工作。无需换刀更无需重新装夹定位基准，在缩短了加工时间的同时也减少了重新装夹带来的误差，节省了两个刀位；且加工后锥度角处无“台阶”状切痕，提高了刀具的使用寿命和工件的加工质量。特别值得一提的是，该复合刀具尤其适用于内孔端面的锥面尺寸要求在2mm—5mm，锥度大于45°的非标锥面的加工，且可系列化、兼顾通用性与经济型，有效地解决了加工后出现“台阶”切痕的问题，延长了刀具使用寿命，减少了加工误差，提高了生产效率。
本发明设计一种车床车削复合刀具，可适用于四方刀塔或十二方刀塔车床装夹，如图1所示，所述复合刀具由第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3和刀主体4组成，其中所述刀主体4为一体化结构件，包括刀柄41和刀头42，所述第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3螺装在刀头42上，3个刀片均为车床通用结构件，已系列化生产，通用性强，刀柄41的外径尺寸与车床刀塔刀位尺寸匹配，以四方刀塔为例，可将刀柄41装配于车床刀塔的对应刀位上，如图4所示。因刀柄41为标准件所以也适用于十二方刀塔。其中第一刀片1为镗孔刀，用于车削内孔(通孔)；第二刀片2用于车削零件外圆及平端面；第三刀片3用于车削内孔端面的锥度角。
本发明中刀头42可以由圆柱体，也可以是六棱柱、五棱柱加工而成，优选圆柱体是因为其既容易加工，又满足工厂生产的要求，其刀头42的具体长度和宽度尺寸依据车床要加工的工件实际长度具体设计，但必须满足：(1)第三刀片3的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片1的刀尖顶点距刀具中心低3mm，从而有效地避免了在第一刀片1在车削内孔时第三刀片3可能划伤零件的风险；(2)第一刀片1、第二刀片2、第三刀片3位于同一水平面上，满足车床主轴中心点高度要求，且高于刀主体4的水平面1mm，以方便排屑；(3)刀片1中心点到刀片3中心点的距离L1是刀片1的中心点到刀片2的中心点的距离D的1.125到1.25倍，以保证在刀片1车削内孔时刀片3不会划伤工件；(4)在复合刀具做旋转车削动作时第一刀片1的中心点到第二刀片2的中心点的距离D产生的直径为D的圆的范围是待加工工件内孔尺寸的0.4倍，且第一刀片1中心点到第三刀片3中心点的距离L1是刀头42长度L2的2.2-2.5倍，以获得最佳的刀体抗震性；(5)所述刀柄41直径满足20mm的尺寸要求，与车床刀塔刀套的接口，此接口为车床通用结构件，已系列化生产。
本发明在加工内孔端面的锥面尺寸要求在2mm—5mm，锥度大于45°的非标锥面时工件质量高，刀具磨损小使用寿命长，生产效率得到大幅提高。本发明所适用加工的其中两种零件结构见图2、图3。
如图2、图4所示，本发明复合刀具的加工图2所示零件时的使用方法为：
将复合刀具的刀柄41沿刀塔刀套的中心通孔向插入，直至刀头42内侧与刀塔刀套前端贴合为止，此时用螺栓在刀套上方螺栓孔处固定刀柄41，进而保证复合刀具的刀柄41与刀套之间无松动。启动车床，先使用第二刀片2加工外圆和平端面，此时第一刀片1和第三刀片3位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片1车削内孔和第一近刀处锥面51，因第三刀片3的刀尖顶点距刀具中心的长度比第一刀片1的刀尖顶点距刀具中心低3mm，故使用第一刀片1加工内孔时与第三刀片3无干涉，不会出现第三刀片3划伤内孔的现象，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，此时第一刀片1已露出内孔，用第三刀片3车削第一远端锥面52。
如图3、图4所示，本发明复合刀具的加工图3所示零件时的使用方法为：
将复合刀具的刀柄41安装到车床刀塔上，启动车床，先使用第二刀片2加工外圆和平端面，此时第一刀片1和第三刀片3位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片1车削内孔和第一近车刀位置锥面61，因第三刀片3的刀尖顶点距刀具中心的长度比第一刀片1的刀尖顶点距刀具中心低3mm，故使用第一刀片1加工内孔时与第三刀片3无干涉，不会出现第三刀片3划伤内孔的现象，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，将复合刀具移向远端直径较大的通孔内部，此时第一刀片1的刀尖已经移出直径较小的通孔内部，用第三刀片3车削第二远端锥面62，完成车削后在将刀具移向更远端，将第一刀片1移出通孔，用第三刀片3车削第三远端锥面63。
可以看出，与现有技术相比，本发明加工零件一次装夹，无需多次换刀，缩短了加工时间的同时也减少了重新装夹带来的误差，特别值得一提的是，该复合刀具尤其适用于大批量，系列化生产，对加工内孔端面的锥面尺寸要求在2mm—5mm，锥度大于45°的非标锥面加工效果良好，解决了传统刀具批量加工时需调头装夹的问题，减少重新装夹后再次定位带来的误差，排屑设计使排屑更畅，避免加工内孔锥度角出现毛刺儿、飞边儿的现象，消除了加工锥度角处出现“台阶”状切痕现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用车床车削复合刀具加工零件的方法，其特征在于，
所述车床车削复合刀具包括第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)和刀主体(4)；其中，所述刀主体(4)为一体化结构件，包括刀柄(41)和刀头(42)，所述第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)均螺装在刀头(42)上，所述第一刀片(1)为镗孔刀，用于车削内孔或通孔；第二刀片(2)用于车削零件外圆及平端面；第三刀片(3)用于车削内孔端面的锥度角；
所述第三刀片(3)的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片(1)的刀尖顶点距刀具中心低；第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)位于同一水平面上，且高于刀主体(4)的水平面；第一 刀片(1)中心点到第三 刀片(3)中心点的距离L1是第一刀片(1)的中心点到第二刀片(2)的中心点的距离D的1.125到1.25倍；在复合刀具做旋转车削动作时第一刀片(1)的中心点到第二刀片(2)的中心点的距离D产生的直径为D的圆的范围是待加工工件内孔尺寸的0.4倍，且第一刀片(1)中心点到第三刀片(3)中心点的距离L1是刀头(42)长度L2的2.2-2.5倍；
所述第三刀片(3)的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片(1)的刀尖顶点距刀具中心低3mm；
所述第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)高于刀主体(4)的水平面1mm；
所述刀柄(41)的外径尺寸与车床刀塔刀位尺寸匹配，将刀柄(41)装配于车床刀塔的对应刀位上；
所述刀头(42)由圆柱体、六棱柱或五棱柱加工而成；
所述刀柄(41)直径为20mm标准件接口；
所述方法为：将复合刀具的刀柄(41)沿刀塔刀套的中心通孔向插入，直至刀头(42)内侧与刀塔刀套前端贴合为止，此时用螺栓在刀套上方螺栓孔处固定刀柄(41)，进而保证复合刀具的刀柄(41)与刀套之间无松动，启动车床，先使用第二刀片(2)加工外圆和平端面，此时第一刀片(1)和第三刀片(3)位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片(1)车削内孔和近刀处锥面，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，此时第一刀片(1)已露出内孔，用第三刀片(3)车削远端锥面。
2.一种利用车床车削复合刀具加工零件的方法，其特征在于，
所述车床车削复合刀具包括第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)和刀主体(4)；其中，所述刀主体(4)为一体化结构件，包括刀柄(41)和刀头(42)，所述第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)均螺装在刀头(42)上，所述第一刀片(1)为镗孔刀，用于车削内孔或通孔；第二刀片(2)用于车削零件外圆及平端面；第三刀片(3)用于车削内孔端面的锥度角；
所述第三刀片(3)的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片(1)的刀尖顶点距刀具中心低；第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)位于同一水平面上，且高于刀主体(4)的水平面；第一 刀片(1)中心点到第三 刀片(3)中心点的距离L1是第一刀片(1)的中心点到第二刀片(2)的中心点的距离D的1.125到1.25倍；在复合刀具做旋转车削动作时第一刀片(1)的中心点到第二刀片(2)的中心点的距离D产生的直径为D的圆的范围是待加工工件内孔尺寸的0.4倍，且第一刀片(1)中心点到第三刀片(3)中心点的距离L1是刀头(42)长度L2的2.2-2.5倍；
所述第三刀片(3)的刀尖顶点距刀具中心在高度方向上比第一刀片(1)的刀尖顶点距刀具中心低3mm；
所述第一刀片(1)、第二刀片(2)、第三刀片(3)高于刀主体(4)的水平面1mm；
所述刀柄(41)的外径尺寸与车床刀塔刀位尺寸匹配，将刀柄(41)装配于车床刀塔的对应刀位上；
所述刀头(42)由圆柱体、六棱柱或五棱柱加工而成；
所述刀柄(41)直径为20mm标准件接口；
所述方法为：将复合刀具的刀柄(41)安装到车床刀塔上，启动车床，先使用第二刀片(2)加工外圆和平端面，此时第一刀片(1)和第三刀片(3)位于加工零件的直径外侧，与零件无干涉，加工完成此工步后，使用复合车刀的第一刀片(1)车削内孔和近车刀位置锥面，加工内孔和近刀处端面后，将复合刀具向远端锥面移动，将复合刀具移向远端直径较大的通孔内部，此时第一刀片(1)的刀尖已经移出直径较小的通孔内部，用第三刀片(3)车削远端锥面，完成车削后在将刀具移向更远端，将第一刀片(1)移出通孔，用第三刀片(3)车削更远端锥面。
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