CN110449648A - 一种加工偏心轴空刀的刀具及方法 - Google Patents

一种加工偏心轴空刀的刀具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种加工偏心轴空刀的刀具及方法；所述的加工偏心轴空刀的刀具的刀头有效形状为非标准形状，分为：第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段、第二直线段；利用本发明的加工偏心轴空刀的刀具的加工方法，偏心轴内孔和偏心轴外空刀槽一次加工完成，减少了车削多次装夹定位和找正引入的误差，极大提高了加工精度。

Description

一种加工偏心轴空刀的刀具及方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种加工偏心轴空刀的刀具及方法。
背景技术
偏心轴部位空刀示意图如图1和图2所示。目前，传统加工偏心轴部位空刀方法通常采用三种加工方式，第一种为提订专用的大型偏心夹具，加工前在加工中心上先镗正内孔，然后在偏心夹具上通过数控车床进行加工；这种方法需要进行多次的偏心轴装、卸和找正，操作复杂，劳动强度大，找正等生产准备时间长，同时对找正的内孔位置精度要求高；夹具的定位精度、多次装夹找正的精度、加工精度等公差累计，会导致最终加工精度较低。
第二种是直接在加工中心上同偏心轴内孔一同加工，但由于原来的刀具设计方案不合理，直接应用成型的棒铣刀，刀杆直径极细，长径比过大，远超过刀具正常加工刚性，刀具振颤严重，刚一接触就发生刀具折断，即使能够勉强加工，加工表面质量极差，振纹明显，精度和表面质量无法保证，应用该方式无法实现正常加工；棒铣刀线速度较低，在中心部位线速度为零；加工效率低，路径长；由于棒铣刀需大量分层，并且绕偏心轴外径多次加工，路径长，效率低；刀具刚性过低，无法应用更高的切削速度，抑制效率的进一步提高。
第三种在五轴加工中心上，应用球头铣刀，能够缩短刀具，提高刚性。但需要占用高精五轴设备，成本高。需编制五轴联动程序进行大量点位拟合，多轴方式会导致加工精度降低；受偏心轴之间空间位置限制，五轴倾斜角度受限，无法获得较好的切削倾角；应用五轴设备加工成本高；同时应用指状铣刀线速度受限，表面质量和加工精度很难保证。
发明内容
本发明的目的是：设计一种加工偏心轴空刀的刀具及方法，以解决目前加工方法中的成本高、效率低、精度差的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种加工偏心轴空刀的刀具，所述的加工偏心轴空刀的刀具的刀头有效形状为非标准形状，依次分为：第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段、第二直线段。
所述的第一圆弧段1的圆弧半径U计算公式为：
U＝M；其中，M为偏心轴径向空刀圆弧。
所述的第一直线段的长度E计算公式为：
其中，R为偏心轴端面空刀圆弧，B为偏心轴径向空刀深度，C为偏心轴端面空刀深度，W为空刀上圆弧与偏心轴外径交点至空刀端面距离，M为偏心轴径向空刀圆弧。
所述的第二圆弧段的圆弧半径G计算公式为：
G＝R-B-N；其中，R为偏心轴端面空刀圆弧，B为偏心轴径向空刀深度，N为刀具与工件间隙。
所述的第二直线段的与平面夹角角度S计算公式为:
S≥Q＝arccos(1-C/R)；其中，Q为端面空刀圆弧与端面交点切线与端面之间角度，C为偏心轴端面空刀深度，R为偏心轴端面空刀圆弧。
所述的刀具直径T的计算公式为：
T＝A+2*N；其中A为偏心轴外径，N为刀具与工件间隙。
一种利用所述的加工偏心轴空刀的刀具进行加工偏心轴空刀的方法，所述的加工方法为偏心轴端面空刀圆弧通过刀具圆弧采用将圆弧分成多段的方式与径向空刀通过成型圆弧插补加工的方式相结合的加工方法。
所述的加工偏心轴空刀的方法具体步骤如下：
1、快速运动至偏心轴中心点位，Z轴运动至偏心轴端面空刀上方安全距离，刀具与工件间隙为N，偏心轴端面空刀圆弧平面方向圆心重合；
2、Z向加工至最终空刀深度；
3、将端面圆弧分段(按角度分度)，通过在各个分段截面进行圆弧插补铣，通过拟合加工端面空刀圆弧R，同时加工径向空刀；
4、完成偏心轴端面空刀圆弧R加工的同时，完成偏心轴径向空刀部位的加工；
5、退刀至偏心轴中心位置
6、Z轴退刀至偏心轴上方完成偏心轴空刀加工。
本发明具有的有益效果是：通过本发明设计的加工偏心轴空刀的刀具，不需要车削偏心夹具，省去车削方式频繁装卸、找正零件过程，极大减轻工作量，提高了自动化程度。同时，利用本发明的加工偏心轴空刀的刀具的加工方法，偏心轴内孔和偏心轴外空刀槽一次加工完成，减少了车削多次装夹定位和找正引入的误差，提高了加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为偏心轴空刀槽示意图；
图2为图1中X的放大图；
图3为刀具示意图；其中，I为第一圆弧段、II为第一直线段、III为第二圆弧段、IV为第二直线段；
图4为刀具设计原理图；其中，A为偏心轴外径，B为偏心轴径向空刀深度，C为偏心轴端面空刀深度，E为刀片直边长度，G为刀片下部刀尖圆弧，M为偏心轴径向空刀圆弧，N为刀具与工件间隙，Q为端面空刀圆弧与端面交点切线与端面之间角度，R为偏心轴端面空刀圆弧，S为刀片下部刀尖圆弧角度，T为刀具对刀直径，U为刀片上部刀尖圆弧半径，W为空刀上圆弧与偏心轴外径交点至空刀端面距离。
图5为加工步骤路径图；
图6为通用刀具设计方案原理图；其中，通用刀具直径计算公式为T＜2*(R-2*B-N)；B为偏心轴径向空刀深度，C为偏心轴端面空刀深度，E为偏心轴直边长度，G为刀片下部刀尖圆弧，M为偏心轴径向空刀圆弧，N为刀具与工件间隙，R为偏心轴端面空刀圆弧，T为刀具对刀直径，U为刀片上部刀尖圆弧半径。
图7为带尺寸的偏心轴空刀槽示意图；
图8为图7中Y的放大图；
图9为偏心轴空刀槽刀具具体尺寸示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
如图4所示，该状态刀具回转中心与偏心轴轴线重合，偏心轴端面圆弧R中心与第二圆弧段G中心重合。
加工如图7图8所示偏心轴空刀槽，可知：偏心轴直径A＝40.316，径向空刀深度B＝0.35，轴向空刀深度C＝0.35，空刀径向圆弧M＝2.35，刀具下刀间隙N＝0.15，空刀端面圆弧R＝2.35，刀具对刀直径T，空刀径向圆弧与凸轴交点至空刀端面距离W＝4.64。
所述的第一圆弧段1的圆弧半径U计算公式为：
U＝M＝2.35
所述的第一直线段的长度E计算公式为：
所述的第二圆弧段的圆弧半径G计算公式为：
G＝R-B-N＝2.35-0.35-0.15＝1.85
所述的第二直线段的与平面夹角角度S计算公式为:
S≥Q＝arccos(1-C/R)＝31.672°
刀具直径的计算公式为：
T＝A+2*N＝40.316+0.15*2＝40.616
如图6通用方案刀具直径T＜2*(R-2*B-N)＝3
偏心轴空刀槽刀具如图9所示。
如图5所示为利用本发明的刀具加工零件的过程：
第一步：刀具快速运动至刀具中心与偏心轴轴心重合位置，Z轴运动至距离空刀槽端面有一定安全距离上方位置，完成初始定位。第二步：刀具以进给速度向Z轴负向运动，直至加工至偏心轴第二圆弧最终深度。
第三步：将端面圆弧分段(按角度分度)，通过在各个分段截面进行圆弧插补铣，拟合加工端面空刀圆弧R，同时加工径向空刀。第四步：完成偏心轴端面空刀圆弧R加工的同时，完成偏心轴径向空刀部位的加工；
第五步：退刀至偏心轴中心位置，Z轴抬刀完成偏心轴空刀加工。
该方法适用于具有类似行星架偏心轴空刀结构的零件，该空刀加工工艺方法具有通用性，加工宏程序适用于配备数控系统三轴及以上能够实现圆弧插补的数控铣床工况。利用本发明的方法加工偏心轴内孔和偏心轴外空刀槽可以一次加工完成，减少了车削多次装夹定位和找正引入的误差，极大提高了加工精度。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的加工偏心轴空刀的刀具的刀头有效形状为非标准形状，依次分为：第一圆弧段、第一直线段、第二圆弧段、第二直线段。
2.根据权利要求1所述的加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的第一圆弧段1的圆弧半径U计算公式为：
U＝M；其中，M为偏心轴径向空刀圆弧。
3.根据权利要求1所述的加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的第一直线段的长度E计算公式为：
其中，R为偏心轴端面空刀圆弧，B为偏心轴径向空刀深度，C为偏心轴端面空刀深度，W为空刀上圆弧与偏心轴外径交点至空刀端面距离，M为偏心轴径向空刀圆弧。
4.根据权利要求1所述的加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的第二圆弧段的圆弧半径G计算公式为：
G＝R-B-N；其中，R为偏心轴端面空刀圆弧，B为偏心轴径向空刀深度，N为刀具与工件间隙。
5.根据权利要求1所述的加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的刀具直径T计算公式为：
T＝A+2*N；其中A为偏心轴外径，N为刀具与工件间隙。
6.根据权利要求1所述的加工偏心轴空刀的刀具，其特征在于：所述的第二直线段的与平面夹角角度S计算公式为:
S≥Q＝arccos(1-C/R)；其中，Q为端面空刀圆弧与端面交点切线与端面之间角度，C为偏心轴端面空刀深度，R为偏心轴端面空刀圆弧。
7.利用权利要求1至6任一项所述的加工偏心轴空刀的刀具进行加工偏心轴空刀的方法，其特征在于：所述的加工方法为偏心轴端面空刀圆弧通过刀具圆弧采用将圆弧分成多段的方式与径向空刀通过成型圆弧插补加工的方式相结合的加工方法。
8.根据权利要求7所述的加工偏心轴空刀的方法，其特征在于：所述的加工偏心轴空刀的方法具体步骤如下：
8.1、快速运动至偏心轴中心点位；
8.2、Z轴运动至偏心轴端面空刀上方安全距离，刀具与工件间隙为N，偏心轴端面空刀圆弧平面方向圆心重合；
8.3、Z向加工至最终空刀深度；
8.4、按角度分度，通过圆弧各个截面进行圆弧插补铣，加工端面空刀圆弧R，同时加工径向空刀；
8.5、完成偏心轴端面空刀圆弧R加工的同时，完成偏心轴径向空刀部位的加工；
8.6、退刀至偏心轴中心位置，Z轴方向抬刀完成偏心轴空刀加工。
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