CN113319352B - 一种薄壁件侧壁精加工立铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，包括一棒形体；棒形体分为切削部和柄部两段；切削部中，由底端向顶端方向螺旋延伸设有n个排屑槽，其中，n≥1，底端切削刃中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃和长度尺寸相对较短的短切削刃，所述长切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3。本发明既可以解决薄壁零件侧铣加工时容易出现的振刀问题，从而保证加工工件的表面质量；又能解决薄壁零件侧铣加工易变形的问题，从而保证加工工件的尺寸。

Description

一种薄壁件侧壁精加工立铣刀

技术领域

本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种薄壁件侧壁精加工立铣刀。

背景技术

切削刀具是机械制造中用于切削加工的工具，由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，因此这类刀具为金属切削刀具。立铣刀是金属切削刀具中的一种，立铣刀也是数控机床上用得最多的一种铣刀，立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀主要用于平面铣削、凹槽铣削、台阶面铣削和仿形铣削。现有技术的立铣刀在进行薄壁件侧壁金属切削加工尤其是大切深加工时，由于薄壁件的刚性较差，刀具加工极易出现工件变形和严重振动的情况，因而导致加工工件尺寸超差和表面质量较差，严重时甚至会把工件严重打伤，造成零件报废。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，通过结构改进，既可以解决薄壁零件侧铣加工时容易出现的振刀问题，从而保证加工工件的表面质量；又能解决薄壁零件侧铣加工易变形的问题，从而保证加工工件的尺寸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，包括一棒形体；所述棒形体分为切削部和柄部两段；所述切削部的自由端设为底端，所述柄部的自由端设为顶端；所述切削部中，由底端向顶端方向螺旋延伸设有n个排屑槽，其中，n≥1，排屑槽朝向切削旋转方向的面为圆周前刀面，所述圆周前刀面与所述切削部的外周面相交形成圆周切削刃，所述切削部的外周面中与切削刃相接的面为圆周后刀面；所述圆周后刀面自切削部的底端延伸至柄部；所述切削部的底端基于排屑槽设置齿隙，齿隙朝向切削旋转方向的面为底端切削刃前刀面，所述底端切削刃前刀面与所述切削部的底端端面相交形成底端切削刃，所述切削部的底端端面为底端切削刃后刀面；所述底端切削刃与圆周切削刃之间采用交接圆角或交接倒角过渡；所述底端切削刃中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃和长度尺寸相对较短的短切削刃，所述长切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3。

当n为奇数时，所述底端切削刃中的长切削刃数量为一个，并经过棒形体的中心轴线位置；当n为偶数时，所述底端切削刃中的长切削刃数量为两个，且呈相对分布并在棒形体的中心轴线位置相交接；所述底端切削刃中的短切削刃中，相对的两短切削刃呈中间断开而未相接。

在垂直于圆周切削刃的剖面中，圆周前刀面与棒形体的直径方向直线的夹角为法向前角α，圆周前刀面与圆周后刀面之间的夹角为刀尖楔角β，所述长切削刃和短切削刃所连接的圆周切削刃的法向前角与刀尖楔角均相等，且整个圆周切削刃保持不变，法向前角α的取值范围为-10°≤α≤30°，刀尖楔角β的取值范围为50°≤β＜90°。

所述立铣刀底端沿顺时针方向，各切削刃中，相邻两切削刃之间的夹角不完全相等。

所述长切削刃连接的圆周切削刃的螺旋角的取值范围为0°≤θ1≤60°，0°≤θ2≤60°，并且0°＜∣θ2-θ1∣≤10°，0°＜∣θ4-θ3∣≤10°。

所述切削部的外径为D；所述圆周后刀面靠近圆周切削刃位置有宽度为a的切削刃带，且0＜a≤0.02D。

所述圆周后刀面的宽度为b，且0.08D≤b≤0.4D。

所述棒形体为高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明由于采用了在所述底端切削刃中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃和长度尺寸相对较短的短切削刃，所述长切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3。本发明的这种结构，是采用不等分度、不等螺旋、变螺旋的刀具设计方案，使用不均匀的刀具设计，避免薄壁零件侧铣加工时出现振刀情况，保证加工工件的表面质量。

2、本发明由于采用了在垂直于圆周切削刃的剖面中，圆周前刀面与棒形体的直径方向直线的夹角为法向前角α，圆周前刀面与圆周后刀面之间的夹角为刀尖楔角β，所述长切削刃和短切削刃所连接的圆周切削刃的法向前角与刀尖楔角均相等，且整个圆周切削刃保持不变，法向前角α的取值范围为-10°≤α≤30°，刀尖楔角β的取值范围为50°≤β＜90°。本发明的这种结构，采用等法向前角，等法向楔角，能够有效降低刀具侧铣加工时延刀具直径方向上的切削力，解决薄壁零件侧铣加工易变形的问题，保证加工工件的尺寸。

3、本发明由于采用了在所述圆周后刀面靠近圆周切削刃位置有宽度为a的切削刃带，且0＜a≤0.02D。本发明的这种结构，通过采用切削刃减震带设计，可以抑制刀具产生的工件振动。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的实施例的立体构造示意图；

图2是本发明的实施例的底端方向的结构示意图；

图3是图2中的A向示图；

图4是图2中的B向示图；

图5是沿图3中的C-C线和E-E线的剖视图；

图6是图5中的F部放大示意图；

图7是本发明的另一个实施例的结构示意图；

图中：10、棒形体；1、切削部；2、柄部；3、排屑槽；4、圆周切削刃前刀面；5、圆周切削刃；6、圆周切削刃后刀面；7、齿隙；8、底端切削刃前刀面；9、底端切削刃；11、底端切削刃后刀面；12、交接圆角；13、交接倒角；14、长切削刃；15、短切削刃；16、切削刃带。

具体实施方式

实施例

参见图1至图6所示，本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，包括一棒形体10；所述棒形体10分为切削部1和柄部2两段；所述切削部1的自由端设为底端，所述柄部2的自由端设为顶端；所述切削部1的外径为D；所述切削部1中，由底端向顶端方向螺旋延伸设有n个排屑槽，本实施例中，n＝4，即本实施例的排屑槽3为四个；排屑槽3朝向切削旋转方向的面为前刀面4，所述前刀面4与所述切削部1的外周面相交形成圆周切削刃5，所述切削部1的外周面中与切削刃5相接的面为后刀面6；所述后刀面6自切削部1的底端延伸至柄部2；所述切削部1的底端基于排屑槽3设置齿隙7，齿隙7朝向切削旋转方向的面为底端切削刃前刀面8，所述底端切削刃前刀面8与所述切削部1的底端端面相交形成底端切削刃9，所述切削部1的底端端面为底端切削刃后刀面11；所述底端切削刃9与圆周切削刃6之间采用交接圆角12过渡；所述底端切削刃9中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃14和长度尺寸相对较短的短切削刃15，如图3、图4所示，所述长切削刃14所连接的圆周切削刃5的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃15所连接的圆周切削刃5的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3。即同一条切削刃的螺旋角不一样，不同条切削刃的螺旋角也不一样，也可以说，长切削刃14与短切削刃15所连接的圆周切削刃5的前端后端螺旋角均不相等，即θ1≠θ3，θ2≠θ4，不同切削刃连接的圆周切削刃5后端螺旋角均大于前端螺旋角。

本实施例中，n为偶数，因此，所述底端切削刃中的长切削刃14数量为两个，且呈相对分布并在棒形体的中心轴线位置相交接；本实施例为四刃立铣刀，所述底端切削刃中的短切削刃15也为两个，两短切削刃呈中间断开而未相接，即短切削刃15在棒形体的中心轴线位置断开。

本实施例中，如图6所示，在垂直于圆周切削刃的剖面中，圆周前刀面4与棒形体的直径方向直线的夹角为法向前角α，圆周前刀面4与圆周后刀面6之间的夹角为刀尖楔角β，所述长切削刃14和短切削刃15所连接的圆周切削刃5的法向前角与刀尖楔角均相等，且整个圆周切削刃5保持不变，法向前角α的取值范围为-10°≤α≤30°，刀尖楔角β的取值范围为50°≤β＜90°。若α＜-10°或β＞90°，则刀具切削刃过钝，加工切削力增大，刀具磨损加快；若α＞30°或β＜50°，则刀具切削刃强度过低，在切削过程中极易出现刀具刃口崩缺的问题。

本实施例中，如图2所示，所述立铣刀底端沿顺时针方向，各切削刃中，相邻两切削刃之间的夹角不完全相等。本实施案例中立铣刀底端切削刃数量为4，即n＝4，长切削刃14与短切削刃15之间的夹角为γ1，短切削刃15与长切削刃14之间的夹角为γ2，γ1+γ2＝180°，γ1＜γ2，40°≤γ1≤140°且γ1≠90°。若γ1＜40°或γ1＞140°，则会导致刀具相邻两刃之间的齿隙空间过小,进而导致刀具排屑槽空间过小，极易造成排屑不良或堵屑问题，不利于刀具冷却和切削加工。

本实施例中，所述长切削刃14连接的圆周切削刃5的螺旋角的取值范围为0°≤θ1≤60°，0°≤θ2≤60°，并且0°＜∣θ2-θ1∣≤10°，0°＜∣θ4-θ3∣≤10°。若螺旋角小于0°，则会出现相邻两个切削刃螺旋角相反，会出现切削刃干涉情况；若相邻两切削刃螺旋角差值大于10°，当切削部较长时，在本发明设计条件下，两切削刃会出现干涉情况。螺旋角过大或切削刃前后螺旋角差值过大，均会造成在刀具加工过程中的不同切削刃彼此干涉，使加工刀具无法进行有效切削加工。

本实施例中，所述切削部1的外径为D；所述圆周后刀面6靠近圆周切削刃位置有宽度为a的切削刃带，且，0＜a≤0.02D。切削刃带过大，则刀具后刀面与加工工件间隙过小，旋转切削时极易出现挤压工件或干涉加工表面的情况。

本实施例中，所述圆周后刀面6的宽度为b，且0.08D≤b≤0.4D。后刀面宽度过小，则刀具切削刃强度降低，在切削加工时，极易造成切削刃崩损，若后刀面宽度过大，则挤占排屑槽内空间，使排屑槽内空间减小，容屑和排屑能力降低，容易出现排屑不良甚至堵屑情况

本实施例中，所述棒形体10为高速钢、硬质合金、CBN(立方氮化硼)和PCD(聚晶金刚石)中的一种或多种材料制作而成。

参见图7所示，本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，与前述实施例的不同之处在于，所述底端切削刃9与圆周切削刃6之间采用交接倒角13过渡。

本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，采用了在所述底端切削刃9中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃14和长度尺寸相对较短的短切削刃15，所述长切削刃14所连接的圆周切削刃5的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃15所连接的圆周切削刃5的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3。本发明的这种结构，是采用不等分度、不等螺旋、变螺旋的刀具设计方案，使用不均匀的刀具设计，避免薄壁零件侧铣加工时出现振刀情况，保证加工工件的表面质量。

本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，采用了在垂直于圆周切削刃5的剖面中，圆周前刀面4与棒形体的直径方向直线的夹角为法向前角α，圆周前刀面4与圆周后刀面6之间的夹角为刀尖楔角β，所述长切削刃14和短切削刃15所连接的圆周切削刃5的法向前角与刀尖楔角均相等，且整个圆周切削刃保持不变，法向前角α的取值范围为-10°≤α≤30°，刀尖楔角β的取值范围为50°≤β＜90°。本发明的这种结构，采用等法向前角，等法向楔角，能够有效降低刀具侧铣加工时延刀具直径方向上的切削力，解决薄壁零件侧铣加工易变形的问题，保证加工工件的尺寸。

本发明的一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，采用了在所述圆周后刀面6靠近圆周切削刃位置有宽度为a的切削刃带，且0＜a≤0.02D。本发明的这种结构，通过采用切削刃减震带设计，可以抑制刀具产生的工件振动。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种薄壁件侧壁精加工立铣刀，包括一棒形体；所述棒形体分为切削部和柄部两段；所述切削部的自由端设为底端，所述柄部的自由端设为顶端；所述切削部中，由底端向顶端方向螺旋延伸设有n个排屑槽，其中，n≥1，排屑槽朝向切削旋转方向的面为圆周前刀面，所述圆周前刀面与所述切削部的外周面相交形成圆周切削刃，所述切削部的外周面中与切削刃相接的面为圆周后刀面；所述圆周后刀面自切削部的底端延伸至柄部；所述切削部的底端基于排屑槽设置齿隙，齿隙朝向切削旋转方向的面为底端切削刃前刀面，所述底端切削刃前刀面与所述切削部的底端端面相交形成底端切削刃，所述切削部的底端端面为底端切削刃后刀面；所述底端切削刃与圆周切削刃之间采用交接圆角或交接倒角过渡；其特征在于：所述底端切削刃中，具有长度尺寸相对较长的长切削刃和长度尺寸相对较短的短切削刃，所述长切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ1，后端螺旋角θ2，所述短切削刃所连接的圆周切削刃的前端螺旋角为θ3，后端螺旋角为θ4，并满足如下关系式：θ1≠θ3，θ2≠θ4，θ2＞θ1，θ4＞θ3；所述长切削刃连接的圆周切削刃的螺旋角的取值范围为0°≤θ1≤60°，0°≤θ2≤60°，并且0°＜∣θ2-θ1∣≤10°，0°＜∣θ4-θ3∣≤10°；所述切削部的外径为D；所述圆周后刀面靠近圆周切削刃位置有宽度为a的切削刃带，且0＜a≤0.02D；在垂直于圆周切削刃的剖面中，圆周前刀面与棒形体的直径方向直线的夹角为法向前角α，圆周前刀面与圆周后刀面之间的夹角为刀尖楔角β，所述长切削刃和短切削刃所连接的圆周切削刃的法向前角与刀尖楔角均相等，且整个圆周切削刃保持不变，法向前角α的取值范围为-10°≤α≤30°，刀尖楔角β的取值范围为50°≤β＜90°；所述立铣刀底端沿顺时针方向，各切削刃中，相邻两切削刃之间的夹角不完全相等。

2.根据权利要求1所述的薄壁件侧壁精加工立铣刀，其特征在于：当n为奇数时，所述底端切削刃中的长切削刃数量为一个，并经过棒形体的中心轴线位置；当n为偶数时，所述底端切削刃中的长切削刃数量为两个，且呈相对分布并在棒形体的中心轴线位置相交接；所述底端切削刃中的短切削刃中，相对的两短切削刃呈中间断开而未相接。

3.根据权利要求1所述的薄壁件侧壁精加工立铣刀，其特征在于：所述圆周后刀面的宽度为b，且0.08D≤b≤0.4D。

4.根据权利要求1所述的薄壁件侧壁精加工立铣刀，其特征在于：所述棒形体为高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

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