CN112008100A - 一种环形端面槽加工刀具 - Google Patents

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鲁攀
王聚存
林书琦
李均
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Abstract

一种环形端面槽加工刀具，其包括顺序连接的刀体装夹部、刀体支撑部、与所述刀体支撑部可拆卸连接的刀杆部、与所述刀杆部固定连接的刀头。本发明所提供的一种环形端面槽加工刀具，相对于现有杆状悬臂梁型刀具，可便捷的更换切屑刀头，且在深环槽加工时可大大提升对刀头的支撑强度，从而可大大提升对大深宽比的环形槽的加工效率。

Description

一种环形端面槽加工刀具
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种用于对航空发动机输出轴的大长宽比端面槽进行加工的刀具。
背景技术
图1为一种航空发动机的输出轴的剖视结构原理示意图，参见图1所示，该输出轴100为一种用于中小型航空发动机的输出轴，其为台阶轴状结构，外部设置有安装台阶部，在所述安装台阶部沿轴向设置有宽3.5mm，深41.4mm的环形端面槽101，且在所述环形端面槽环形端面槽101内部设置有深3mm的环形凹槽102，由于所述环形凹槽102靠近所述安装台阶部的端面，因此只需对常规的悬臂梁型刀具的刀头部分做相应的型面设置即可进行加工，但是对于所述环形端面槽101，由于其宽度与深度的比值超过10，则在采用常规的杆状悬臂梁型刀具进行加工时，越加工至内侧，进深就会越小，且刀头磨损会很大，加工效率极低，生产成本会极高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种环形端面槽加工刀具，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种环形端面槽加工刀具，其用于对中小型航空发动机的输出轴的安装台阶部的环形端面槽进行加工，所述环形端面槽的槽宽为3.5mm，槽深为41.4mm。其包括顺序连接的刀体装夹部、刀体支撑部、与所述刀体支撑部可拆卸连接的刀杆部、与所述刀杆部固定连接的刀头。所述刀体装夹部包括截面为矩形的用于机床装夹的主体部以及与所述刀体支撑部连接的过渡部，所述刀体支撑部包括弧形板状的工作部以及与所述过渡部固定连接的延伸部，所述工作部的中分面的半径与所述环形端面槽的中分面的半径相同，所述工作部的厚度小于所述环形端面槽的槽宽，所述工作部前端设置有由下支座和上卡齿组成的用于夹持所述刀杆部的卡槽，所述下支座的圆心角α不超过90°，所述上卡齿包括顺序连接的楔齿型的尖端部、直杆部和加强连接部，所述尖端部的齿尖相对于所述下支座的端面有一个向所述刀体装夹部方向的缩进，所述上卡齿的圆心角β不超过20°，所述卡槽内设置有一个向下的限位部，所述刀杆部设置有与所述限位部对应的限位凸起，所述刀杆部的厚度与所述工作部的厚度相同，所述刀杆部装夹在所述卡槽后，所述刀头的顶面与所述主体部的顶面在同一平面。
优选地，所述刀头采用高硬度合金制备，所述刀杆部采用普通高硬度金属制成，所述刀头与所述刀杆部焊接连接。
优选地，所述刀头是柱状或者锥台状结构。
优选地，所述刀头的顶面设置有周向均布的多个加强筋结构。
优选地，所述刀头的顶面设置有周向均布的五个加强筋。
优选地，所述刀杆部在展开状态的高度在4-6mm，长度是10-15mm。
优选地，所述刀杆部在展开状态的高度比所述卡槽在展开状态的高度大0.05-0.2mm。
优选地，所述限位部后方设置有弧形的分离蓄力槽。
优选地，在所述下支座上设置有一个定位孔，所述上卡齿设置有一个拆卸孔。
优选地，所述环形端面槽加工刀具进一步包括一个用于装配所述刀杆部的夹具，所述夹具包括一个基座，所述基座设置有一个定位杆和一个可旋转的装卸杆。
本发明所提供的一种环形端面槽加工刀具，相对于现有杆状悬臂梁型刀具，可便捷的更换切屑刀头，且在深环槽加工时可大大提升对刀头的支撑强度，从而可大大提升对大深宽比的环形槽的加工效率。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为一种航空发动机的输出轴的剖视结构原理示意图；
图2为根据本发明的一个具体实施例的一种环形端面槽加工刀具的立体结构原理示意图；
图3a为图2的正视视角结构示意图；
图3b为图2的后视视角结构示意图；
图4为图2的刀体支撑部的展开状态结构原理示意图；
图5为图2基础上的一个改进实施例的一种环形端面槽加工刀具的立体结构原理示意图；
图6a为图5的正视视角结构示意图；
图6b为图5的后视视角结构示意图；
图7为图2的刀杆部的立体结构原理示意图；
图8为图7的刀头的立体结构原理示意图；
图9为专用于装配图2的刀杆部的夹具的部分剖视立体结构原理示意图；
图10为图9的夹具的正视视角结构原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
图1为一种航空发动机的输出轴的剖视结构原理示意图，图2为根据本发明的一个具体实施例的一种环形端面槽加工刀具的立体结构原理示意图；
图3a为图2的正视视角结构示意图；图3b为图2的后视视角结构示意图；
图4为图2的刀体支撑部的展开状态结构原理示意图；
参见图1-4所示，本发明提供了一种环形端面槽加工刀具，其用于对中小型航空发动机的输出轴100的安装台阶部的环形端面槽101进行加工，所述环形端面槽101的槽宽为3.5mm，槽深为41.4mm。其包括顺序连接的刀体装夹部2、刀体支撑部3、与所述刀体支撑部3可拆卸连接的刀杆部4、与所述刀杆部4固定连接的刀头5。所述刀体装夹部2包括截面为矩形的用于机床装夹的主体部21以及与所述刀体支撑部3连接的过渡部22，所述刀体支撑部3包括弧形板状的工作部31以及与所述过渡部22固定连接的延伸部32，所述工作部31的中分面的半径r1与所述环形端面槽101的中分面的半径r相同，所述工作部31的厚度小于所述环形端面槽101的槽宽，所述工作部31前端设置有由下支座311和上卡齿312组成的用于夹持所述刀杆部4的卡槽310，所述下支座311的圆心角α不超过90°，所述上卡齿312包括顺序连接的楔齿型的尖端部3121、直杆部3122和加强连接部3123，所述尖端部3121的齿尖相对于所述下支座311的端面有一个向所述刀体装夹部2方向的缩进，所述上卡齿312的圆心角β不超过20°，所述卡槽310内设置有一个向下的限位部3111，所述刀杆部4设置有与所述限位部3111对应的限位凸起41，所述刀杆部4的厚度与所述工作部31的厚度相同，所述刀杆部4装夹在所述卡槽310后，所述刀头的顶面与所述主体部21的顶面在同一平面。
为了加工大深宽比的环形槽(所述环形端面槽101的深宽比大于11)，本发明所提供的环形端面槽加工刀具相对于背景技术提及的现有常用的杆状悬臂梁型刀具来说，具有两个突出的改进，一是专门设置了与待加工的环形端面槽101相对应的在圆周方向上具有较长弧长的所述刀体支撑部3来提供对刀头切削部位的刚度支撑，从而可有效避免加工深槽时，刀头的振动变形，二是通过夹持的方式在所述刀体支撑部3上来装夹所述刀杆部4，从而可方便快捷的对刀头进行更换装配。
图7为图2的刀杆部的立体结构原理示意图；参见图4和图7所示，所述刀头5用于对所述安装台阶部进行所述环形端面槽101的切削加工，因此，所述刀头5的前端和两侧均为切削刃，所述刀头5和所述刀杆部4可以是采用同一材质一体成型制成，由于所述输出轴100通常是由高硬度金属制成，因此所述刀头5必须采用高硬度合金才能进行有效切削，考虑到成本高昂，所述刀头5可以单独制备，然后采用普通高硬度金属制成刀杆部4，之后把所述刀头5与所述刀杆部4焊接连接即可。
图8为图7的刀头的立体结构原理示意图；在一个具体实施例中，所述刀头5可以是柱状或者锥台状结构，所述刀头5的顶面可以设置有周向均布的多个加强筋结构，例如如图8所示的设置有周向均布的五个加强筋，这样，所述刀头5的顶面的外边缘均可作为切削刃，从而可便于将所述刀头5与所述刀杆部4焊接连接。所述刀头5的顶面的外边缘作为切削刃，为了利于切屑的排出，所述刀头5的顶面在相邻的所述加强筋之间均向下凹陷，因此通过设置加强筋，可有效提升所述刀头5的使用寿命。
参见图4所示，所述刀杆部4在展开状态的高度可控制在4-6mm，长度可以是10-15mm，这样在保障所述刀杆部4刚度的同时，可降低制造成本。所述刀杆部4在展开状态的高度略大于所述卡槽310在展开状态的高度，例如可以比所述卡槽310在展开状态的高度大0.05-0.2mm，这样可确保在装夹时，所述上卡齿312的变形夹紧力可牢固的将所述刀杆部4固定住。
所述刀杆部4在装配入所述卡槽310时，所述限位凸起41与所述限位部3111的配合，可确保所述刀杆部4不会产生轴向位移。
在装卸所述刀杆部4时，可通过虎钳等工具掰开所述上卡齿312来进行，当然，为了便于装卸操作，图9为专用于装配图2的刀杆部的夹具的部分剖视立体结构原理示意图；图10为图9的夹具的正视视角结构原理示意图。参见图4、图9和图10所示，申请人特别对所述工作部31进行了设计并提供了一个专用的夹具6来进行装卸，如图4所示，所述限位部3111后方设置有弧形的分离蓄力槽3112，这样可利于所述上卡齿312的向上位移，此外，在所述下支座311上设置有一个定位孔3113，所述上卡齿312设置有一个拆卸孔3124，所述夹具6包括一个基座61，所述基座61设置有一个定位杆62和一个可旋转的装卸杆63，参见图10所示，所述装卸杆63是一个偏心杆，当所述定位杆62插入所述定位孔3113后，使所述装卸杆63插入所述拆卸孔3124，旋转所述装卸杆63，即可使所述上卡齿312产生位移，从而可方便的装卸所述刀杆部4。
所述定位孔3113设置在所述下支座311上，因此直径可以较大，例如，直径可以设置为3mm，所述拆卸孔3124设置在所述上卡齿312上，考虑到所述上卡齿312在保障夹持力的同时，需要尽可能的减小高度，从而利于装卸，因此所述拆卸孔3124的直径要小一些，例如直径可设置为2mm。所述定位孔3113和所述拆卸孔3124可以设置在同一垂面上，这样可使得加工更加方便，且更容易施力。
所述下支座311作为切削时的受力支撑，会在加工过程中进入由所述刀头5切削成型的槽体，因此，所述下支座311所占空间越大，也就意味着强度越好，也就越有利于对所述刀头5的支撑，但是为了避免加工过程可能产生的振动导致所述下支座311产生干涉，因此，所述工作部31的厚度要比所述环形端面槽101的槽宽小至少0.5mm，在一个优选实施例中，所述工作部31的厚度设置为所述环形端面槽101的槽宽的80％，例如对于槽宽为3.5mm的所述环形端面槽101，所述工作部31的厚度，也即是所述下支座311的厚度可设置为2.8mm，这样既可以保障刚度，又可以避免振动干涉。同样的，所述所述下支座311的弧长也需要做一定的限定，具体来说，所述下支座311的圆心角α不超过90°，这样即可限制所述下支座311只在所述刀头5的加工位置的下方的四分之一圆内，在一个优选实施例中，所述下支座311的圆心角α设置为60°，也即是使所述下支座311只在六分之一圆周范围，从而在保障支撑强度的同时可有效避免振动干涉。
所述上卡齿312主要用于对所述刀杆部4的夹持，所述尖端部3121的齿尖相对于所述下支座311的端面有一个向所述刀体装夹部2方向的缩进，这样可利于切屑的排出。为了便于拆卸，参见图4所示，所述上卡齿312在展开状态下，所述直杆部3122的高度可设置为6-8mm。
所述主体部21用于机床装夹，所述过渡部22用于对所述延伸部32提供受力支撑，也就是说，所述过渡部22和所述延伸部32之间的连接结构可将所述下支座311所承受的切屑力传递至所述主体部21。在一个优选实施例中，所述过渡部22的轴向长度可设置为8-12mm，这样可确保所述过渡部22和所述延伸部32之间的连接结构具有足够的刚度和强度。
图5为图2基础上的一个改进实施例的一种环形端面槽加工刀具的立体结构原理示意图；图6a为图5的正视视角结构示意图；图6b为图5的后视视角结构示意图；参见图5-6b所示，在一个优选实施例中，在所述过渡部22和所述延伸部32之间的连接结构可以是在所述主体部21的顶面上方径向设置有一定的厚度，从而可大大增加所述过渡部22和所述延伸部32之间的连接结构的连接强度。
本发明所提供的一种环形端面槽加工刀具，相对于现有杆状悬臂梁型刀具，可便捷的更换切屑刀头，且在深环槽加工时可大大提升对刀头的支撑强度，从而可大大提升对大深宽比的环形槽的加工效率。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种环形端面槽加工刀具，其用于对中小型航空发动机的输出轴的安装台阶部的环形端面槽进行加工，所述环形端面槽的槽宽为3.5mm，槽深为41.4mm。其特征在于，其包括顺序连接的刀体装夹部、刀体支撑部、与所述刀体支撑部可拆卸连接的刀杆部、与所述刀杆部固定连接的刀头。所述刀体装夹部包括截面为矩形的用于机床装夹的主体部以及与所述刀体支撑部连接的过渡部，所述刀体支撑部包括弧形板状的工作部以及与所述过渡部固定连接的延伸部，所述工作部的中分面的半径与所述环形端面槽的中分面的半径相同，所述工作部的厚度小于所述环形端面槽的槽宽，所述工作部前端设置有由下支座和上卡齿组成的用于夹持所述刀杆部的卡槽，所述下支座的圆心角α不超过90°，所述上卡齿包括顺序连接的楔齿型的尖端部、直杆部和加强连接部，所述尖端部的齿尖相对于所述下支座的端面有一个向所述刀体装夹部方向的缩进，所述上卡齿的圆心角β不超过20°，所述卡槽内设置有一个向下的限位部，所述刀杆部设置有与所述限位部对应的限位凸起，所述刀杆部的厚度与所述工作部的厚度相同，所述刀杆部装夹在所述卡槽后，所述刀头的顶面与所述主体部的顶面在同一平面。
2.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀头采用高硬度合金制备，所述刀杆部采用普通高硬度金属制成，所述刀头与所述刀杆部焊接连接。
3.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀头是柱状或者锥台状结构。
4.根据权利要求3所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀头的顶面设置有周向均布的多个加强筋结构。
5.根据权利要求4所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀头的顶面设置有周向均布的五个加强筋。
6.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀杆部在展开状态的高度在4-6mm，长度是10-15mm。
7.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述刀杆部在展开状态的高度比所述卡槽在展开状态的高度大0.05-0.2mm。
8.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，所述限位部后方设置有弧形的分离蓄力槽。
9.根据权利要求1所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，在所述下支座上设置有一个定位孔，所述上卡齿设置有一个拆卸孔。
10.根据权利要求9所述的环形端面槽加工刀具，其特征在于，其进一步包括一个用于装配所述刀杆部的夹具，所述夹具包括一个基座，所述基座设置有一个定位杆和一个可旋转的装卸杆。
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