CN110722200A

CN110722200A - 一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法

Info

Publication number: CN110722200A
Application number: CN201911095607.1A
Authority: CN
Inventors: 刘增文; 张艺琳; 王再海; 张丽; 孙悦
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-01-24

Abstract

本发明公开了一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，解决了现有端面加工精度低、加工效率低、刀具寿命短的问题，加工内腔孔上下端面不需要换刀，加工效率高；其技术方案为：先先加工内腔孔下端面/上端面，将双头刀具装夹在主轴上，主轴定向使双头刀具停在孔中心的上方，之后偏离孔中心设定距离使双头刀具能够从上端孔进入型腔；双头刀具进入内腔后主轴与孔中心对齐，之后将刀杆中心移动偏离孔中心设定距离R；启动主轴，机床带动主轴以孔中心为圆心，以R为半径做圆弧插补运动；下端面/上端面加工完成后，双头刀具按照给定进给量加工上端面/下端面；加工完成后，双头刀具偏离已加工端面设定距离，将双头刀具中心与孔中心对齐，退出刀具。

Description

一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法

技术领域

本发明涉及工件加工领域，尤其涉及一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法。

背景技术

在壳体类零件、行星轮支架加工中，通常有内腔孔端面加工要求，如：上下两端面平行且垂直于孔轴线；确保上下端面之间的尺寸要求；上下端面满足平面度和粗糙度要求。由于内腔空间狭小且封闭，刀具只能通过内腔孔进出对加工方式的选择限制较大。目前内腔孔通常使用普通镗床单刃刀刮削内端面的方法,但是这种方法不仅操作困难,而且效率低精度低。

发明人发现，现有内腔孔端面加工时常出现以下问题：

(1)加工效率低：由于加工上下端面的刀具不同，需要换刀，增加了空行程时间和换刀时间，加工效率低，在大批量生产当中，单刃刀刮削的低效问题凸显；

(2)上下端面与孔轴线不垂直：由于受到孔径限制，刀杆不能太粗，刀杆刚性差；加工时刀刃与加工端面全接触，切削力大，引起刀体和刀杆弯曲变形，导致加工的端面与孔轴线不垂直；在工件垂直度要求较高的情况下，需要额外的工序进行修正，加工效率低。

(3)上下端面不平行，尺寸难控制：加工上下端面时，刀具方向不同，导致刀杆弯曲方向不一致，加工出的上下端面不平行；且加工出的端面出现凸心或凹心，难控制上下端面之间的尺寸；在工件上下端面平行度要求和尺寸精度要求较高的情况下，需要额外的工序进行修正，加工效率低。

(4)端面粗糙度不易控制：由于刀杆刚性差，切削力大，加工过程中易出现刀具振动，影响表面质量；在工件表面质量要求较高的情况下，需要额外增加精加工工序，加工效率低。

(5)刀具寿命短，成本高：由于刀杆刚性差，切削力大，加工过程中引起刀具振动，易造成刀具崩刃破损，大批量生产中需要中途更换刀具，效率较低。且加工上下端面需要两把刀具，刀具成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，加工内腔孔上下端面不需要换刀，加工效率高；双头刀具与工件点接触，切削力小，加工表面质量好，一般不需要额外工序。

本发明采用下述技术方案：

一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，包括以下步骤：

步骤(1)先加工内腔孔下端面/上端面，将双头刀具装夹在主轴上，主轴定向使双头刀具停在孔中心的上方，之后偏离孔中心设定距离使双头刀具能够从上端孔进入型腔；

步骤(2)双头刀具下降进入内腔，并停留在上下待加工端面之间；双头刀具进入内腔后主轴与孔中心对齐，之后将刀杆中心移动偏离孔中心设定距离R，使刀尖超出端面最大外径；

步骤(3)启动主轴，双头刀具沿轴向下移设定进给量，刀尖切入孔端面的材料将其去除；同时机床带动主轴以孔中心为圆心，以R为半径做圆弧插补运动；

步骤(4)下端面/上端面加工完成后，主轴带动双头刀具上移，双头刀具按照给定进给量加工上端面/下端面；主轴旋转带动双头刀具绕主轴旋转，同时机床带动主轴以孔中心为圆心、以R为半径做圆弧插补运动；

步骤(5)加工完成后，双头刀具偏离已加工端面设定距离，将双头刀具中心与孔中心对齐，退出双头刀具。

进一步的，所述双头刀具包括刀杆、刀体、上刀头和下刀头，所述刀体安装于刀杆一侧，刀体前端上下侧分别安装上刀头和下刀头。

进一步的，所述上刀头的刀尖朝上，下刀头的刀尖朝下。

进一步的，所述上刀头和下刀头的刀尖之间距离h小于上、下端面之间的距离H。

进一步的，所述步骤(1)中，主轴偏离孔中心距离为(L-r)/2，其中，r为刀杆半径，L为包含刀杆半径在内的刀体悬出量。

进一步的，所述步骤(2)中，偏距R＞(D₂/2-L)，其中，D₂为端面外圆直径。

进一步的，双头刀具的刀杆直径满足以下条件：

r＜D₁-D₂/2+R，其中，D₁为导入孔直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的双头刀具在加工上下端面时不需要换刀，省去换刀时间，加工效率高；

(2)本发明的双头刀具在加工上下端面时只使用一把刀具，降低刀具成本。

(3)本发明的材料去除是在刀具自转与主轴圆弧插补的共同运动下，以铣削的加工方式，去除材料；即使刀杆有弯曲变形，由于刀具与工件点接触，也不影响端面的平面度，因此，加工的端面平面度高，与孔轴线的垂直度高，且上下端面容易保证平行，加工质量高，一次性达到加工要求，加工效率较高；

(4)本发明的双头刀具与工件点接触，切削力小，加工振动小，不易造成刀具破损，刀具寿命长，能够降低刀具成本；由于切削力小，刀杆相对刚度大，切削时不易出现让刀现象，加工尺寸易控制。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例一的双头刀具结构示意图；

图2为本发明实施例一的双头刀具进入内腔孔时示意图；

图3为本发明实施例一的双头刀具加工下端面时示意图；

图4为本发明实施例一的加工路径示意图；

图5为本发明实施例一的双头刀具变形示意图；

图6为现有刀具进入内腔孔时；

图7为现有刀具加工下端面时；

图8为现有刀具加工上端面时；

图9为现有刀具变形示意图；

其中，1、刀杆，2、刀体，3、上刀头，4、下刀头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在端面加工精度较低、加工效率较低、刀具寿命较短的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法。

实施例一：

下面结合附图1-图5对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，使用同一双头刀具加工工件内腔孔上端面和下端面，包括刀杆1、刀体2、上刀头3和下刀头4，所述刀体安装于刀杆一侧，刀体前端上下端分别安装上刀头3和下刀头4，且上刀头3的刀尖朝上，下刀头4的刀尖朝下。所述上刀头3和下刀头4的刀尖之间距离h小于上、下端面之间的距离H。

以先加工内腔孔下端面为例，采用双头刀具加工内腔孔的过程为：

将双头刀具装夹在主轴上，主轴定向，主轴和内腔孔轴线对齐，使双头刀具停在内腔孔中心的上方，之后偏离孔中心(L-r)/2，这个距离使双头刀具位于内腔孔中心位置，刀具通过上面的孔进入内腔。

双头刀具下降进入内腔，刀体2和双头刀具停留在上下待加工端面之间且下刀头4的刀尖略微靠近下端面。双头刀具进入内腔后主轴与孔中心对齐，再将刀杆1中心移动偏离孔中心，偏距为R，R＞(D₂/2-L)，使刀尖超出端面最大外径。

启动主轴，双头刀具绕主轴旋转，根据加工尺寸要求使双头刀具轴向下移一定的进给量，刀尖切入孔端面的材料。同时，机床带动主轴以孔中心为圆心，以R为半径做圆弧插补运动，完成下端面的加工。

下端面加工完成后，主轴带动双头刀具上移一定的距离，根据加工要求给双头刀具合适的进给量来加工上端面。主轴旋转带动双头刀具绕主轴旋转，同时，机床带动主轴以孔中心为圆心，以R为半径做圆弧插补运动，以同样的刀具路径完成端面的加工。随后双头刀具偏离已加工端面一定距离，将双头刀具与孔中心对齐，退出双头刀具。

上述加工过程中减少了换刀时间和空行程时间，大大提高了加工效率，且加工过程只使用一把刀具降低刀具成本，降低了零件加工成本。

加工内腔孔端面的刀具尺寸要求：刀具的最大径向尺寸应小于刀具导入孔的直径；当刀杆中心与孔中心重合时，刀头最大回转直径应大于孔端面外径。如图6-图9所示，现有单刀刃刀具满足以下条件：

r＜D₁-L (1)

L＞D₂/2 (2)

由式(1)-(2)得刀杆半径：

r＜D₁-D₂/2 (3)

其中，D₁为导入孔直径，D₂为端面外圆直径，r为刀杆半径，L为包含刀杆半径在内的刀体悬出量。

由于刀具悬伸量不能过大，过大会影响刀杆的直径，悬伸量越大，刀杆直径越小，刀杆强度、刚度越小。为了确保刀体有足够的伸出长度，刀杆不能太粗，所以现有刀杆刚性差。

如图2所示，本实施例双头刀具的最大径向尺寸应小于导入孔的直径，即：

r＜D₁-L (4)

刀体2要有足够的悬伸，以确保双刀具旋转时能切削端面最大直径的材料，即：

R+L＞D₂/2 (5)

但是悬伸量不能过大，过大会影响刀杆1的直径，悬伸量越大，刀杆1直径越小，刀杆1强度、刚度越小。由(4)-(5)得刀杆1半径满足以下条件：

r＜D₁-D₂/2+R (6)

对比式(3)和(6)，显然双头刀具允许更大的刀杆1直径，其刀具刚度增大，切削时不易出现让刀现象，加工尺寸易控制。

此外，加工时，双头刀具与工件点接触，切削力小，刀杆1变形小。材料去除是在刀具自转与主轴圆弧插补的共同运动下，以铣削的加工方式去除材料。如图5所示，尽管在加工过程中刀杆1受切削力的影响会有弯曲变形，但是由于双头刀具和工件为点接触，加工出来的端面仍然与孔轴线垂直，而且也不影响端面的平面度，因此，用此方式加工的端面平面度高，与孔轴线的垂直度高，且上下端面容易保证平行。

而且，由于双头刀具与工件点接触，切削力小，加工过程中振动小，加工表面粗糙度值低，表面质量好；由于切削力小，加工振动小，不易造成刀具破损，刀具寿命长；由于切削力小，刀杆相对刚度大，切削时不易出现让刀现象，加工尺寸易控制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，所述双头刀具包括刀杆、刀体、上刀头和下刀头，所述刀体安装于刀杆一侧，刀体前端上下侧分别安装上刀头和下刀头。

3.根据权利要求2所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，所述上刀头的刀尖朝上，下刀头的刀尖朝下。

4.根据权利要求3所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，所述上刀头和下刀头的刀尖之间距离h小于上、下端面之间的距离H。

5.根据权利要求1所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，主轴偏离孔中心距离为(L-r)/2，其中，r为刀杆半径，L为包含刀杆半径在内的刀体悬出量。

6.根据权利要求1所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，偏距R＞(D₂/2-L)，其中，D₂为端面外圆直径。

7.根据权利要求1所述的一种使用双头刀具加工内腔孔端面的方法，其特征在于，双头刀具的刀杆直径满足以下条件：

r＜D₁-D₂/2+R，其中，D1为导入孔直径。