CN113600847A - 一种轻量化大直径镗刀及其加工方法 - Google Patents

一种轻量化大直径镗刀及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于刀具加工技术领域，具体涉及一种轻量化大直径镗刀及其加工方法，该轻量化大直径镗刀包括镗刀本体，镗刀本体的一端与刀柄连接，镗刀本体具有用于焊接或装夹相应刀头的固定部，固定部具有减重空腔和/或减重孔，减重空腔和/或减重孔中设置有用于提高固定部强度的支撑部，通过设置减重空腔和/或减重孔使固定部形成薄壁结构，进而减轻了刀具的质量，使机床装夹刀具更加方便，提高工件加工的转速；通过设置支撑部解决现有传统刀具强度不足的问题、解决采用传统机加工方式制造非标刀体加工难度大、加工周期长的问题。

Description

一种轻量化大直径镗刀及其加工方法
技术领域
本发明属于刀具加工技术领域，具体涉及一种轻量化大直径镗刀及其加工方法。
背景技术
大直径内孔工件加工为加工难题之一，刀具的直径较大，其稳定性较差。设计的刀具直径较大，质量较大，刀具在使用过程极其不便装夹。在工件加工的过程中，机床转速不易提高，因此刀具研发过程中需要尽可能地减小刀具重量。例如，现有技术中，专利号为20191061031184的专利文献提供了一种轻量化大孔径粗镗刀，包括固定组件、横向调节组件、纵向调节组件和切削组件，通过将刀具结构分解为模块化实现轻量化的目的，但是模块数量较多时，为实现较高的装配精度，存在装配组装效率低的问题。
另一方面，专利号为2012207129842的专利文献提供了一种深孔组合式精镗刀，包括刀片、微调精镗刀头、镗刀化作、过渡桥板、刀柄系统，刀柄系统的内部设置有减重孔，刀体壁厚10mm。该专利文献提供的技术方案采用设置减重孔的方式实现强量化的目的，但设置减重孔的时刀体壁厚有严格要求，若设计不当，薄壁结构的刀具易出现稳定性差、加工过程中刀具强度较低、刀具存在受力变形的缺点，直接影响工件的加工精度。可见，在降低刀具重量的同时，提高刀具强度成为设计大直径刀具一个难题。
发明内容
本发明提供一种轻量化大直径镗刀及其加工方法，以解决现有技术中降低刀具重量的同时提高刀具强度的缺陷。
本发明的一种轻量化大直径镗刀采用如下技术方案：
一种轻量化大直径镗刀，包括镗刀本体，所述镗刀本体的一端与相应刀柄连接，所述镗刀头本体具有用于焊接或装夹相应刀头的固定部，所述固定部具有减重空腔和/或减重孔，所述减重空腔和/或减重孔中设置有用于提高固定部强度的支撑部。
作为改进，所述固定部为具有减重空腔的壳体结构。
作为改进，所述支撑部为设置在该壳体结构内部并沿所述镗刀头本体轴线方向延伸的螺旋状。
作为改进，所述固定部中设置有用于提高结构稳定性并与所述固定部的壳体内壁间隔设置的内壳体结构。
作为改进，所述支撑部设置在所述内壳体结构的内部和/或所述内壳体与所述壳体之间的间隙处。
作为改进，所述支撑部包括设置在所述内壳体的内部的第一螺旋结构、设置在所述内壳体与所述壳体之间的间隙处的第二螺旋结构。
作为改进，所述固定部与相应刀柄相对的一端设有第一刀头。
作为改进，所述固定部的外周设有沿轴线方向间隔设置的第二刀头和第三刀头。
作为改进，所述固定部中设置有用于将冷却液引流至相应刀头处的冷却液通道。
本发明的有益效果是：
本发明的一种轻量化大直径镗刀，包括镗刀本体，镗刀本体的一端与刀柄连接，镗刀本体具有用于焊接或装夹相应刀头的固定部，固定部具有减重空腔和/或减重孔，减重空腔和/或减重孔中设置有用于提高固定部强度的支撑部，通过设置减重空腔和/或减重孔使固定部形成薄壁结构，进而减轻了刀具的质量，使机床装夹刀具更加方便，提高工件加工的转速；通过设置支撑部解决现有传统刀具强度不足的问题、解决采用传统机加工方式制造非标刀体加工难度大、加工周期长的问题。
本发明的一种加工轻量化大直径镗刀的方法采用如下技术方案：
一种加工轻量化大直径镗刀的方法，将镗刀采用3D打印的方式嫁接在刀柄上，所述镗刀包括镗刀本体，所述镗刀本体的一端与相应刀柄连接，所述镗刀本体具有用于焊接或装夹相应刀头的固定部，所述固定部具有减重空腔和/或减重孔，所述减重空腔和/或减重孔中设置有用于提高固定部强度的支撑部。
作为改进，所述固定部为具有减重空腔的壳体结构。
作为改进，所述支撑部为设置在该壳体结构内部并沿所述镗刀本体轴线方向延伸的螺旋状。
作为改进，所述固定部中设置有用于提高结构稳定性并与所述固定部的壳体内壁间隔设置的内壳体结构。
作为改进，所述支撑部设置在所述内壳体结构的内部和/或所述内壳体与所述壳体之间的间隙处。
作为改进，所述支撑部包括设置在所述内壳体的内部的第一螺旋结构、设置在所述内壳体与所述壳体之间的间隙处的第二螺旋结构。
作为改进，所述固定部与相应刀柄相对的一端设有第一刀头。
作为改进，所述固定部的外周设有沿轴线方向间隔设置的第二刀头和第三刀头。
作为改进，所述固定部中设置有用于将冷却液引流至相应刀头处的冷却液通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种轻量化大直径镗刀的具体实施例的轴向剖视图；
图2为本发明的一种轻量化大直径镗刀的具体实施例的径向剖视图；
附图标记：
1、镗刀本体，2、刀柄，3、减重空腔，4、固定部，41、连接端，42、端盖，43、第一圆筒，44、第二螺旋结构，5、内壳体，51、第一螺旋结构，6、第三刀头，61、第一冷却通道，7、第二刀头，71、第二冷却通道，72、一级冷却孔，73、二级冷却孔，8、第一刀头，81、第三冷却通道，82、三级冷却孔。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的基体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表达只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的一种轻量化大直径镗刀的实施例，如图1至图2所示，一种轻量化大直径镗刀，包括镗刀本体1，镗刀本体1的一端与相应刀柄2连接，刀柄2与车床的转轴连接，镗刀本体1具有用于焊接相应刀头的固定部4，固定部4具有减重空腔3，减重空腔3为封闭结构，减重空腔3中设置有用于提高固定部4强度的支撑部。
固定部4，具有用于与刀柄2连接的连接端41、与连接端41相对设置的端盖42、设置在端盖42与连接端41之间的第一圆筒43。即固定部4为具有减重空腔3的壳体结构。固定部4与相应刀柄2相应的一端设有第一刀头8，具体来讲，第一刀头8设置在端盖42上，第二刀头7和第三刀头6沿轴线方向间隔设置在第一圆筒43的外壁上；第一刀头8、第二刀头7和第三刀头6为由端盖42至连接端41的轴向方向顺次设置，且均为对称设置的两个；本实施例提供的一种轻量化大直径镗刀可以但不仅限于用于加工新能源电机壳体，本实施例中的复合式刀头加工阶梯孔时，可一次成型，减少换刀时间，保证了孔加工的同轴度。
内壳体5，设置在端盖42与连接端41之间于第一圆筒43的内部，能够进一步提高刀具的结构稳定性，在本实施例中，该内壳体5为与第一圆筒43同轴线的圆筒状。内壳体5与第一圆筒43间隔设置，即内壳体5与第一圆筒43之间存在径向剖面为环状的间隙空间。
在本发明的其他实施例中，固定部4上设置有减重孔或减重槽，支撑部为设置在减重孔的孔壁或减重槽的槽壁上的加强筋。
支撑部为设置在该壳体结构内部并沿镗刀本体1轴线方向延伸的螺旋状，支撑部的作用为减少刀具的应力集中。具体来讲，包括设置在内壳体5的内部的第一螺旋结构51、设置在内壳体5与壳体之间的间隙处的第二螺旋结构44；进一步地，第一螺旋结构51、第二螺旋结构44均包括多个沿镗刀本体1轴线呈螺旋状延伸的螺旋状加强筋，更进一步地，在镗刀本体1的径向剖面图上，第一螺旋结构51为4个绕镗刀本体1的中心轴线中心对称的螺旋加强筋，每个螺旋加强筋的一侧汇于镗刀本体1的中心轴线，另一侧与内壳体5的内壁连接；第二个螺旋结构为8个绕镗刀本体1的中心轴线中心对称的螺旋加强筋，每个螺旋加强筋的一侧与内壳体5的外壁连接、另一侧与第一圆筒43的内壁连接。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，支撑部可以是长方形或是波浪形的。
本发明提供的一种轻量化大直径镗刀，采用由第一圆筒43和内壳体5构成的双层薄壁结构，两层薄壁之间采用螺旋加强筋支撑，即第二螺旋结构44，内壳体5的内部采用螺旋支撑，即第一螺旋结构51。这种双层薄壁的结构减轻了刀具的质量，使机床装夹刀具更加方便，提高工件加工的转速；通过设置第一螺旋结构51、第二螺旋结构44解决现有传统刀具强度不足的问题、解决采用传统机加工方式制造非标刀体加工难度大、加工周期长的问题。螺旋支撑外筒结构建筑体系,通过螺旋支撑的设置,大大提高了外筒的抗侧能力,充分发挥外筒（即第一筒体）的结构作用,是一种高效能的新型结构体系。该刀具无应力集中点,各部位受力均匀,极大地延长了使用寿命。
在本发明的其他实施例中，支撑部可以仅设置在内壳体5结构的内部或内壳体5与壳体之间的间隙空间。
冷却液通道，设置在固定部4中，具体来讲，包括设置在连接端41中的第一冷却通道61、设置在第一筒体中的第二冷却通道71、设置在连接端41的第三冷却通道81，第二冷却通道71上连通有用于第三刀头进行冷却的一级冷却孔72、用于对第二刀头进行冷却的二级冷却孔73，第三冷却通道81连通有用于对第一刀头冷却的三级冷却孔82。进一步地，本实施例中的第二刀头7和第三刀头6分别设置在第一筒体的两端。
在本发明的其他实施例中，镗刀本体1可通过焊接的方式加工而成，也可通过螺纹连接件的方式组装而成。
本发明的一种加工轻量化大直径镗刀的方法采用如下技术方案：
一种加工轻量化大直径镗刀的方法，将镗刀采用3D打印的方式嫁接在刀柄上，刀柄为普通钢件，包括以下步骤：（1）制作三维模型；（2）拓扑结构优化模型，镗刀本体筒壁可以采用内部晶格结构；(3)将刀柄放置在3D打印设备的打印台上；（4）逐层打印镗刀本体；（5）对成型后的镗刀进行质检；（6）3D打印后的镗刀本体，在焊接或装夹刀头位置处进行开槽机加工。具体来讲，本实施例中的内壳体及固定部的壁厚均为5-8mm；冷却液通道由打印成型，冷却孔的直径为2mm。
采用本实施例提供的加工方法制作的三维模型的结构与上述一种轻量化大直径镗刀的实施例中的具体实施方式相同，不再赘述。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，包括镗刀本体，所述镗刀本体的一端与相应刀柄连接，所述镗刀本体具有用于焊接或装夹相应刀头的固定部，所述固定部具有减重空腔和/或减重孔，所述减重空腔和/或减重孔中设置有用于提高固定部强度的支撑部。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述固定部为具有减重空腔的壳体结构。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述支撑部为设置在该壳体结构内部并沿所述镗刀本体轴线方向延伸的螺旋状。
4.根据权利要求2所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述固定部中设置有用于提高结构稳定性并与所述固定部的壳体内壁间隔设置的内壳体结构。
5.根据权利要求4所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述支撑部设置在所述内壳体结构的内部和/或所述内壳体与所述壳体之间的间隙处。
6.根据权利要求5所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述支撑部包括设置在所述内壳体的内部的第一螺旋结构、设置在所述内壳体与所述壳体之间的间隙处的第二螺旋结构。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述固定部与相应刀柄相对的一端设有第一刀头。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述固定部的外周设有沿轴线方向间隔设置的第二刀头和第三刀头。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种轻量化大直径镗刀，其特征在于，所述固定部中设置有用于将冷却液引流至相应刀头处的冷却液通道。
10.一种加工轻量化大直径镗刀的方法，其特征在于，将镗刀本体采用3D打印的方式嫁接在刀柄上，所述镗刀头为权利要求1至9中任意一下所述的一种轻量化大直径镗刀。
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