CN113664267B - 一种可转位铣削刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可转位铣削刀具，包括刀柄和可转位铣削刀片；可转位铣削刀片包括切削刃，切削刃包括主切削刃、过渡刃和刀尖圆弧刃；主切削刃为曲线刃；主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃均没有刃宽结构；主切削刃处在所述刀具的周刃位置，过渡刃处在所述刀具的底刃位置；刀尖圆弧刃一部分处在所述刀具的底刃位置，另一部分处在所述刀具的周刃位置。本发明既可降低加工中的切削阻力和切削过程振动，减少已加工表面振纹，提高刀具寿命；又可减小侧壁切削台阶痕，提高侧壁表面质量，并使产生的铁屑表面光顺且排屑顺畅。
Description
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种可转位铣削刀具。
背景技术
随着航空航天的快速发展，对钛合金的材料需求以及对加工钛合金的刀具需求与日俱增，因钛合金材料的难加工特性，对刀具的要求也十分苛刻，不仅要求刀具具有稳定的切削寿命和经济性，而且对工件表面质量有很高要求，在具有台阶面或型腔加工等存在干涉的工况下对刀具具有特殊要求，因此，可转位方肩铣刀片就成为最佳选择方案。图1为现有技术的一种可转位铣削刀具的示意图，如图1所示，这种可转位铣削刀具所采用的刀片为方肩铣刀片200，方肩铣刀片200是通过螺钉300安装在具有旋转轴线S的刀体100上，通常采用大深度小切宽的加工方式，但是这种切削刀具存在以下问题：
1、方肩铣主要受到的切削力为径向切削力，半精-精加工台阶侧壁时对工件的侧壁容易产生台阶振纹，表面质量差。
2、容易生成挤压变形的铁屑，排屑不顺畅，造成加工表面表面刀纹明显。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可转位铣削刀具，通过结构改进，一方面可降低加工中的切削阻力和切削过程振动，减少已加工表面振纹，提高刀具寿命；另一方面可减小侧壁切削台阶痕，提高侧壁表面质量，并使产生的铁屑表面光顺且排屑顺畅。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可转位铣削刀具，包括刀柄和可转位铣削刀片；所述刀柄的底部设有至少一个安装槽；至少一个所述可转位铣削刀片通过对应的紧固螺钉安装在对应的安装槽中；所述可转位铣削刀片包括外轮廓呈平行四边形形状的刀片本体；在刀片本体的中间设有贯穿刀片本体的厚度的螺钉固定孔；所述刀片本体具有上表面、侧面和底面；所述上表面呈凹陷形状；所述上表面和侧面相交构成切削刃；所述切削刃中，对应于平行四边形的两条相邻的边分别设为主切削刃和过渡刃，两条相邻的边所相交的角部设为刀尖圆弧刃；所述主切削刃为曲线刃；所述主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃均没有刃宽结构；所述可转位铣削刀片的主切削刃处在所述刀具的周刃位置，所述可转位铣削刀片的过渡刃处在所述刀具的底刃位置；所述可转位铣削刀片的刀尖圆弧刃一部分处在所述刀具的底刃位置，另一部分处在所述刀具的周刃位置。
所述切削刃中，对应于平行四边形的其中两条相邻的边所设有的主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃，与对应于平行四边形的另外两条相邻的边所设有的主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃，呈180度旋转对称。
所述侧面中，对应于所述主切削刃的位置分别设有主后刀面和第二后刀面，且所述主后刀面连接在所述主切削刃和所述第二后刀面之间，所述第二后刀面连接在所述主后刀面与所述底面之间；对应于过渡刃的位置设有定位面，所述定位面连接在所述过渡刃与所述底面之间。
安装在所述刀柄的安装槽中的所述可转位铣削刀片中，刀尖圆弧刃和主切削刃上任意点P与过点P的切线方向V相垂直构成的基面Pr，过点P且与主切削刃相切的直线L与基面Pr的夹角构成刃倾角γ，点P的刃倾角γ满足公式γ＝k·x+b，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃与所述过渡刃的交接点沿刀柄的回转轴S方向上的距离，k和b为常系数；其中k和b的取值为-1≤k≤1，6≤b≤18。
所述点P的刃倾角γ取值范围8°～16°；γ小于8°时刀具切削阻力大，产生的切削热高，导致刀具寿命降低；γ大于16°时刀具互换性精度降低，工件已加工表面易产生明显接刀痕，导致产品表面质量降低；其中，当P点落在刀尖圆弧刃上时，系数k≤0，当P点落在主切削刃上时，系数k≥0。
所述可转位铣削刀片的上表面包括与所述主切削刃相接的主前刀面；在含有所述可转位铣削刀片的刀柄的横截面中，由主前刀面构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°；β小于6°时刃口不够锋利，后刀面与工件接触面增加，切削阻力大，磨损增加，导致刀具寿命降低；β大于14°时刃口过于锋利，刃口强度低，易崩刃，导致刀具寿命降低。
在含有所述可转位铣削刀片的刀柄的横截面中，由主后刀面构成的安装后角α，α取值范围6°～18°；α小于6°时刃口不够锋利，切削阻力大，产生的切削热高，导致刀具寿命降低；α大于18°时刃口过于锋利，刃口强度低，刀具散热面积小，产生的切削热无法及时传递，导致刀具寿命降低。
所述主切削刃的曲线形状为附着于轴向为回转轴S且直径为给定值的圆柱面上的空间曲线。
所述主切削刃绕所述刀柄的回转轴S旋转360°后形成的曲面为圆柱面。
所述可转位铣削刀片是由高速钢、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、本发明由于采用了刀尖圆弧刃和主切削刃上任意点P与过点P的切线方向V相垂直构成的基面Pr，过点P且与主切削刃相切的直线L与基面Pr的夹角构成刃倾角γ，点P的刃倾角γ满足公式γ＝k·x+b。本发明的这种线性变刃倾角设计，且刀尖圆弧刃与主切削刃具有不同的线性变化，刀尖圆弧刃刃倾角为线性递减，主切削刃的刃倾角为线性递增，该设计可有效降低切削阻力，使得切削过程平稳、排屑流畅、生成的切屑表面光顺、减少振纹，提高刀具寿命。
2、本发明由于采用了由主前刀面构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°，由主后刀面构成的安装后角α，α取值范围6°～18°。本发明的这种安装前角和安装后角的设计，可以较好的兼顾刀具刀尖锋利性和强度，使得排屑顺畅。
3、本发明由于采用了主切削刃绕所述刀柄的回转轴S旋转360°后形成的曲面为圆柱面。本发明的这种结构，使得侧壁切削时工件表面形成近似圆柱面，减少台阶痕。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种可转位铣削刀具不局限于实施例。
附图说明
图1是现有技术的可转位铣削刀具的结构示意图；
图2是本发明的实施例的结构示意图；
图3是本发明的实施例的可转位铣削刀片的立体构造示意图；
图4是本发明的实施例的可转位铣削刀片的俯视图；
图5是本发明的实施例的主切削刃绕刀柄回转轴形成的圆柱体示意图；
图6是本发明的实施例的主视图；
图7是沿着图6中的z平面切开的截面示意图。
图中：1、刀柄；11、刀柄的安装槽；2、可转位铣削刀片；21、刀片的螺钉固定孔；22、刀片的上表面；221、刀片的主前刀面；222、刀片的前刀面；223、刀片的前刀面；23、刀片的侧面；231、刀片的主后刀面；232、刀片的第二后刀面；233、刀片的定位面；234、刀片的过渡面；24、刀片的底面；3、紧固螺钉；4、切削刃；41、主切削刃；42、过渡刃；43、刀尖圆弧刃。
具体实施方式
实施例
参见图2至图7所示，本发明的一种可转位铣削刀具，包括刀柄1和可转位铣削刀片2；所述刀柄1的底部设有至少一个安装槽11；至少一个所述可转位铣削刀片2通过对应的紧固螺钉3安装在对应的安装槽11中；所述可转位铣削刀片2包括外轮廓呈平行四边形形状的刀片本体；在刀片本体的中间设有贯穿刀片本体的厚度的螺钉固定孔21；所述刀片本体具有上表面22、侧面23和底面24；所述上表面22呈凹陷形状；所述上表面22和侧面23相交构成切削刃4；所述切削刃4中，对应于平行四边形的两条相邻的边分别设为主切削刃41和过渡刃42，两条相邻的边所相交的角部设为刀尖圆弧刃43，所述刀尖圆弧刃43与所述过渡刃42的交接点为A，所述刀尖圆弧刃43与所述主切削刃41的交接点为B；所述主切削刃41为曲线刃；所述主切削刃41、刀尖圆弧刃43和过渡刃42均没有刃宽结构；所述可转位铣削刀片2的主切削刃41处在所述刀具的周刃位置，所述可转位铣削刀片2的过渡刃42处在所述刀具的底刃位置；所述可转位铣削刀片2的刀尖圆弧刃42一部分处在所述刀具的底刃位置，另一部分处在所述刀具的周刃位置。
本实施例中，所述切削刃4中，对应于平行四边形的其中两条相邻的边所设有的主切削刃41、刀尖圆弧刃43和过渡刃42，与对应于平行四边形的另外两条相邻的边所设有的主切削刃41、刀尖圆弧刃43和过渡刃42，呈180度旋转对称。
本实施例中，所述侧面23中，对应于所述主切削刃的位置分别设有主后刀面231和第二后刀面232，且所述主后刀面231连接在所述主切削刃41和所述第二后刀面232之间，所述第二后刀面232连接在所述主后刀面231与所述底面24之间；对应于过渡刃42的位置设有定位面233，所述定位面233连接在所述过渡刃42与所述底面24之间，与定位面233相接的还有过渡面234。
本实施例中，上表面22中，在与切削刃4相交的位置设有前刀面，其中与所述主切削刃41相接的为主前刀面221，由前刀面向螺钉固定孔21方向延伸设有前刀面222和前刀面223。
本实施例中，安装在所述刀柄1的安装槽11中的所述可转位铣削刀片2中，刀尖圆弧刃42和主切削刃41上任意点P与过点P的切线方向V相垂直构成的基面Pr，过点P且与主切削刃41相切的直线L与基面Pr的夹角构成刃倾角γ，点P的刃倾角γ满足公式γ＝k·x+b，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃43与所述过渡刃42的交接点A沿刀柄的回转轴S方向上的距离，k和b为常系数；其中k和b的取值为-1≤k≤1，6≤b≤18。
本实施例中，所述点P的刃倾角γ取值范围8°～16°；γ小于8°时刀具切削阻力大，产生的切削热高，导致刀具寿命降低；γ大于16°时刀具互换性精度降低，工件已加工表面易产生明显接刀痕，导致产品表面质量降低；其中，当P点落在刀尖圆弧刃43上时，系数k≤0，当P点落在主切削刃41上时，系数k≥0。
本实施例中，在含有所述可转位铣削刀片2的刀柄1的横截面中，由主前刀面221构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°；β小于6°时刃口不够锋利，后刀面与工件接触面增加，切削阻力大，磨损增加，导致刀具寿命降低；β大于14°时刃口过于锋利，刃口强度低，易崩刃，导致刀具寿命降低。
在含有所述可转位铣削刀片2的刀柄1的横截面中，由主后刀面231构成的安装后角α，α取值范围6°～18°；α小于6°时刃口不够锋利，切削阻力大，产生的切削热高，导致刀具寿命降低；α大于18°时刃口过于锋利，刃口强度低，刀具散热面积小，产生的切削热无法及时传递，导致刀具寿命降低。
本实施例中，所述主切削刃41的曲线形状为附着于轴向为回转轴S且直径为给定值的圆柱面上的空间曲线。
本实施例中，所述主切削刃41绕所述刀柄1的回转轴S旋转360°后形成的曲面为圆柱面H。
本实施例中，所述可转位铣削刀片2是由高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。
本发明的一种可转位铣削刀具，采用了刀尖圆弧刃43和主切削刃41上任意点P与过点P的切线方向V相垂直构成的基面Pr，过点P且与主切削刃41相切的直线L与基面Pr的夹角构成刃倾角γ，点P的刃倾角γ满足公式γ＝k·x+b。本发明的这种线性变刃倾角设计，且刀尖圆弧刃43与主切削刃41具有不同的线性变化，刀尖圆弧刃43刃倾角为线性递减，主切削刃41的刃倾角为线性递增，该设计可有效降低切削阻力，使得切削过程平稳、排屑流畅、生成的切屑表面光顺、减少振纹，提高刀具寿命。
本发明的一种可转位铣削刀具，采用了由主前刀面221构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°，由主后刀面231构成的安装后角α，α取值范围6°～18°。本发明的这种安装前角和安装后角的设计，可以较好的兼顾刀具刀尖锋利性和强度，使得排屑顺畅。
本发明的一种可转位铣削刀具，采用了主切削刃41绕所述刀柄1的回转轴S旋转360°后形成的曲面为圆柱面H。本发明的这种结构，使得侧壁切削时工件表面形成近似圆柱面，减少台阶痕。
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 (9)
1.一种可转位铣削刀具，包括刀柄和可转位铣削刀片；所述刀柄的底部设有至少一个安装槽；至少一个所述可转位铣削刀片通过对应的紧固螺钉安装在对应的安装槽中；所述可转位铣削刀片包括外轮廓呈平行四边形形状的刀片本体；在刀片本体的中间设有贯穿刀片本体的厚度的螺钉固定孔；所述刀片本体具有上表面、侧面和底面；所述上表面呈凹陷形状；所述上表面和侧面相交构成切削刃；所述切削刃中，对应于平行四边形的两条相邻的边分别设为主切削刃和过渡刃，两条相邻的边所相交的角部设为刀尖圆弧刃；其特征在于：所述主切削刃为曲线刃；所述主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃均没有刃宽结构；所述可转位铣削刀片的主切削刃处在所述刀具的周刃位置，所述可转位铣削刀片的过渡刃处在所述刀具的底刃位置；所述可转位铣削刀片的刀尖圆弧刃一部分处在所述刀具的底刃位置，另一部分处在所述刀具的周刃位置；安装在所述刀柄的安装槽中的所述可转位铣削刀片中，刀尖圆弧刃和主切削刃上任意点P与过点P的切线方向V相垂直构成的基面Pr，过点P且与主切削刃相切的直线L与基面Pr的夹角构成刃倾角γ，点P的刃倾角γ满足公式γ＝k·x+b，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃与所述过渡刃的交接点沿刀柄的回转轴S方向上的距离，k和b为常系数；其中k和b的取值为-1≤k≤1，6≤b≤18。
2.根据权利要求1所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述切削刃中，对应于平行四边形的其中两条相邻的边所设有的主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃，与对应于平行四边形的另外两条相邻的边所设有的主切削刃、刀尖圆弧刃和过渡刃，呈180度旋转对称。
3.根据权利要求1或2所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述侧面中，对应于所述主切削刃的位置分别设有主后刀面和第二后刀面，且所述主后刀面连接在所述主切削刃和所述第二后刀面之间，所述第二后刀面连接在所述主后刀面与所述底面之间；对应于过渡刃的位置设有定位面，所述定位面连接在所述过渡刃与所述底面之间。
4.根据权利要求3所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述点P的刃倾角γ取值范围8°～16°，其中，当P点落在刀尖圆弧刃上时，系数k≤0，当P点落在主切削刃上时，系数k≥0。
5.根据权利要求3所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述可转位铣削刀片的上表面包括与所述主切削刃相接的主前刀面；在含有所述可转位铣削刀片的刀柄的横截面中，由主前刀面构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°。
6.根据权利要求5所述的可转位铣削刀具，其特征在于：在含有所述可转位铣削刀片的刀柄的横截面中，由主后刀面构成的安装后角α，α取值范围6°～18°。
7.根据权利要求6所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述主切削刃的曲线形状为附着于轴向为回转轴S且直径为给定值的圆柱面上的空间曲线。
8.根据权利要求1或2所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述主切削刃绕所述刀柄的回转轴S旋转360°后形成的曲面为圆柱面。
9.根据权利要求1所述的可转位铣削刀具，其特征在于：所述可转位铣削刀片是由高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。
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