CN110802250B - 一种内腔孔端面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内腔孔端面加工方法，解决了现有技术中端面加工精度较低、加工效率较低、刀具寿命较短的问题，刀具与工件点接触，切削力小，加工过程中振动小，加工表面质量好。其技术方案为：先加工内腔孔下端面/上端面，将刀具装夹在主轴上，主轴定向使刀具停在孔中心的上方，之后偏离孔中心设定距离使刀具能够从上端孔进入型腔；刀具下降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，刀具沿轴向下移设定进给量，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；加工完成后，刀具抬起，主轴定向，之后将刀具偏离孔中心设定距离，退出刀具；更换刀具，重复上述步骤加工上端面/下端面。

Description

一种内腔孔端面加工方法

技术领域

本发明涉及工件加工领域，尤其涉及一种内腔孔端面加工方法。

背景技术

工程机械的行星轮支架、变速箱等常有内腔孔端面加工要求。上下两端面之间安装齿轮，齿轮与端面之间安装垫片或油封。对内腔孔端面的要求有：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。通常采用端面镗刀或刮刀加工，刀具由刀头、刀体、刀杆组成。加工时，刀杆装夹在主轴上，先主轴定向使刀具停在特定的方向，再偏离孔中心一定的距离，使刀具通过上面的孔进入内腔。刀具进入内腔后将刀杆中心移动到与孔中心重合，启动主轴，刀具旋转并使刀具轴向移动，刀刃将下孔端面的材料刮削去除，上孔端面用刀头在上面的刀具加工完成。

发明人发现，现有内腔孔端面加工时常出现以下问题：

(1)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；

(2)上下端面不平行：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；

(3)上下端面之间的尺寸不易控制：由于刀杆弯曲变形，加工出的端面出现凸心或凹心，很难控制上下端面之间的尺寸；

(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；

(5)加工效率低：由于刀杆刚性差，切削力大，加工过程中易出现让刀现象，刀具切削能力差，加工效率低；

(6)刀具寿命短：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。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种内腔孔端面加工方法，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。

本发明采用下述技术方案：

一种内腔孔端面加工方法，使用不同的刀具加工工件内腔孔上端面和下端面，包括以下步骤：

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

步骤(2)刀具下降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，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，根据端面材料余量分几次进刀，直到端面加工到尺寸；

步骤(4)加工完成后，刀具抬起，主轴定向，之后将刀具偏离孔中心设定距离，使刀具位于孔中心，退出刀具；

步骤(5)更换刀具，重复步骤(1)～(4)加工上端面/下端面。

进一步的，所述刀具包括刀杆、刀体和刀头，所述刀体安装于刀杆一侧；

用于加工内腔孔下端面的刀具，其刀头安装于刀体前端下部且刀尖朝下；用于加工内腔孔上端面的刀具，其刀头安装于刀体前端上部且刀尖朝上。

进一步的，所述刀杆尺寸满足以下条件：

r＜D₁-L；

其中，r表示刀杆半径，D₁表示导入孔直径。

进一步的，刀杆中心偏离孔中心距离为(L-r)/2，其中，L表示包含刀杆半径在内的刀体悬出量。

进一步的，插补圆弧半径R＞(D₂/2-L)，其中，D₂表示端面外圆直径。

进一步的，刀具偏离孔中心的距离为R+(L-r)/2。

进一步的，准备加工下端面时，刀具的下降高度应使得刀尖高于待加工表面，且刀体高度低于工件的上端面；准备加工上端面时，刀具的下降高度应使得刀尖低于待加工表面，且刀体高度高于工件的下端面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的材料去除是在刀具自转与主轴绕孔中心作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；

(2)本发明的刀具与工件点接触，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。

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刀具一结构示意图；

图2为本发明实施例一的刀具二结构示意图；

图3为本发明实施例一的刀具一进入内腔孔时示意图；

图4为本发明实施例一的刀具一加工下端面时示意图；

图5为本发明实施例一的加工路径示意图；

图6为本发明实施例一的刀具一变形示意图；

图7为现有刀具进入内腔孔时示意图；

图8为现有刀具加工下端面示意图；

图9为现有刀具加工上端面示意图；

图10为现有刀具变形示意图；

其中，1、刀杆，2、刀体，3、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，本发明提出了一种内腔孔端面加工方法。

实施例一：

下面结合附图1-图6对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供一种内腔孔端面加工方法，使用不同的刀具加工工件内腔孔上端面和下端面，加工下端面使用刀具一，加工上端面使用刀具二。其中，刀具一和刀具二分别由刀杆1、刀体2和刀头3组成，刀体2安装于刀杆1一侧，刀具一的刀头3安装在刀体2前端面的下端位置且刀尖朝下，刀具二的刀头3安装在刀体2前端面的上端位置且刀尖朝上。

在本实施例中，刀体2与刀杆1可以焊接一体，也可用螺钉连接一起。刀头3采用硬质合金，其切削端为尖状，加工时与工件点接触；也可采用标准菱形刀片。在刀体2上加工出与刀头3配合的刀槽，对刀头3起定位作用，刀头3与刀体2用螺钉连接一起。

采用刀具一加工下端面时，其加工过程为：

将刀杆1装夹在机床主轴上，首先主轴定向，主轴和孔轴线对齐，使刀具一停在导入孔中心的上方，再使刀具沿刀头的反方向移动，刀杆中心偏离孔中心(L-r)/2，这个距离使刀具一处在孔中心位置，刀具一通过上面的孔进入内腔，如图2所示，其中，D₁表示导入孔直径，D₂表示端面外圆直径，r表示刀杆1半径，L表示包含刀杆1半径在内的刀体2悬出量。

刀具一的下降高度应使得刀尖高于待加工表面，且刀体2高度低于工件的上端面。刀具一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，如图3所示，偏距满足R＞(D₂/2-L)，使刀尖超出端面最大外径。

启动主轴，刀具旋转，根据加工尺寸要求使刀具一轴向下移一定的进给量，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，如图5所示，以R为半径做圆弧插补运动，在刀具一绕主轴旋转和主轴绕孔轴线旋转运动的共同运动下，使得加工路径覆盖整个端面，以铣削加工方式实现刀刃对材料的铣削去除，完成端面的加工。随后刀具一抬起一定的距离，主轴定向，再偏离孔中心R+(L-r)/2，使刀具位于孔中心，以同样的路径退出刀具一。

采用刀具二加工上端面时，其加工方式与加工下端面相同：

刀杆1装夹在机床主轴上，先主轴定向，主轴和孔轴线对齐，使刀具二停在孔中心的上方，再使刀具沿刀头的反方向移动，刀杆中心偏离孔中心(L-r)/2，使刀具二处在孔中心位置，刀具二通过上面的孔进入内腔。刀具二的下降高度应使得刀尖略低于待加工表面。

刀具二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R＞(D₂/2-L)，使刀尖超出端面最大外径。启动主轴，刀具二旋转，根据加工尺寸要求使刀具轴向上移一定的进给量，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，以铣削加工方式实现刀刃对材料的铣削去除，完成端面的加工。随后刀具二抬起一定的距离，退出刀具二。

现有刀具如图7-图10所示，加工内腔孔端面的刀具尺寸满足以下要求：

现有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8所示，刀具的最大径向尺寸应小于刀具导入孔的直径，即：

r+L＜D₁ (1)

刀体要有足够的悬伸，以确保刀具旋转时能切削端面最大直径的材料，即：

L＞D₂/2 (2)

由式(1)-(2)得刀杆半径

r＜D₁-D₂/2 (3)

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，所以刀杆刚性差。

现有刀具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，加工出的端面出现凸心或凹心，从而影响已加工端面的平面度，也很难控制上下端面之间的尺寸。

以刀具一为例，如图3所示，刀具一的最大径向尺寸应小于刀具导入孔的直径，即：

r+L＜D₁ (4)

刀体2要有足够的悬伸，以确保刀具一旋转时能切削端面最大直径的材料，即：

R+L＞D₂/2 (5)

但悬伸量不能过大，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。由式(4)-(5)得刀杆1半径：

r＜D₁-D₂/2+R (6)

对比(3)和(6)，显然刀具一允许更大的刀杆1直径，刀具刚度增大，切削时不易出现让刀现象，加工尺寸易控制。加工时，刀具一(二)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。尽管在加工过程中刀杆1受切削力的影响会有弯曲变形，但是由于刀具一(二)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。

由于刀具一(二)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 (6)

1.一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，使用不同的刀具加工工件内腔孔上端面和下端面，所述刀具包括刀杆、刀体和刀头，所述刀头其切削端为尖状，加工时与工件点接触；包括以下步骤：

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

步骤(2)刀具下降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，插补圆弧半径R＞(D₂/2-L)，其中，D₂表示端面外圆直径，L表示包含刀杆半径在内的刀体悬出量，使刀尖超出端面最大外径；

步骤(3)启动主轴，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，刀具绕主轴旋转和主轴绕孔轴线旋转共同运动，使得加工路径覆盖整个端面；

步骤(4)加工完成后，刀具抬起，主轴定向，之后将刀具偏离孔中心设定距离，使刀具位于孔中心，退出刀具；

步骤(5)更换刀具，重复步骤(1)～(4)加工上端面/下端面；

通过上述步骤，使所述刀杆半径满足：r＜D₁-D₂/2+R，其中，D₁表示导入孔直径，D₂表示端面外圆直径，r表示刀杆半径，偏离孔中心设定距离为R。

2.根据权利要求1所述的一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，所述刀体安装于刀杆一侧；

用于加工内腔孔下端面的刀具，其刀头安装于刀体前端下部且刀尖朝下；用于加工内腔孔上端面的刀具，其刀头安装于刀体前端上部且刀尖朝上。

3.根据权利要求2所述的一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，所述刀杆尺寸满足以下条件：

r＜D₁-L；

其中，r表示刀杆半径，D₁表示导入孔直径。

4.根据权利要求1所述的一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中，刀杆中心偏离孔中心距离为(L-r)/2，其中，L表示包含刀杆半径在内的刀体悬出量。

5.根据权利要求1所述的一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，所述步骤(4)中，刀具偏离孔中心的距离为R+(L-r)/2。

6.根据权利要求1所述的一种内腔孔端面加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，准备加工下端面时，刀具的下降高度应使得刀尖高于待加工表面，且刀体高度低于工件的上端面；准备加工上端面时，刀具的下降高度应使得刀尖低于待加工表面，且刀体高度高于工件的下端面。

Images