CN113695652B - 一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具，可转位切削刀片包括刀片本体；刀片本体具有上表面、侧面、底面和切削刃；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，角部设为刀尖圆弧刃；在刀尖圆弧刃与过渡刃之间设有修光刃；刀尖圆弧刃具有刃宽，刀尖圆弧刃的刃宽由刀尖圆弧刃与修光刃的交接点向刀尖圆弧刃与主切削刃的交接点方向呈逐渐缩小。本发明既能加强刀尖圆弧刃的强度，兼顾主切削刃的锋利性，改善刀片应力集中问题；又能够降低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，产生的铁屑表面光顺且排屑顺畅。

Description

一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具

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切削刀片及其可转位切削刀具。

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切削刀具的示意图，如图1所示，这种可转位切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、粗-半精加工时主切削刃和刀尖受力不均，刀尖处易产生应力集中，使刀具提前失效，刀具寿命较差。

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，提供一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具，通过结构改进，一方面能加强刀尖圆弧刃的强度，兼顾主切削刃的锋利性，改善刀片应力集中问题；另一方面能够降低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，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：一种可转位切削刀片，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；在刀尖圆弧刃与过渡刃之间设有修光刃；所述主切削刃为曲线刃；所述刀尖圆弧刃具有刃宽，刀尖圆弧刃的刃宽由所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点向所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点方向呈逐渐缩小，并且在所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点处所述刀尖圆弧刃的刃宽为零。

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、修光刃和过渡刃，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、修光刃和过渡刃，呈180度旋转对称。

所述刀尖圆弧刃的刃宽按照如下公式规律变化：y＝m·x+n，其中，y为刃宽宽度，x为自变量，自变量x为刀尖圆弧上任意点至所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点之间的弧长与刀尖圆弧总长的比值，取值范围0≤x≤1，m和n为常系数，其中m和n的取值为0≤m≤0.5，0≤n≤0.5。

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。

一种可转位切削刀具，包括刀柄和上述可转位切削刀片；所述刀柄的底部设有至少一个安装槽；至少一个上述可转位切削刀片通过对应的紧固螺钉安装在对应的安装槽中；所述可转位切削刀片的主切削刃处在所述刀具的周刃位置，所述可转位切削刀片的修光刃处在所述刀具的底刃位置。

安装在所述刀柄的安装槽中的所述可转位切削刀片中，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修光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。

所述可转位切削刀片的上表面包括与所述主切削刃相接的主前刀面；在含有所述可转位切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。

由主后刀面构成的安装后角α为正弦变化规律，并满足α＝T·sin(φ·x)+c，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点沿刀柄的回转轴S方向上的距离，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；T和c为常系数，其中T和c的取值为0≤T≤6，0≤c≤12。

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。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明由于采用了将刀尖圆弧刃设有刃宽，刀尖圆弧刃的刃宽由所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点向所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点方向呈逐渐缩小，并且在所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点处所述刀尖圆弧刃的刃宽为零，以及刀尖圆弧刃的刃宽按照公式y＝m·x+n规律变化。本发明的这种刀尖圆角处线性变刃宽设计，可以提高刀尖圆弧处的强度，改善应力集中，提高刀片强度。

2、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。

3、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为正弦变化规律，并满足α＝T·sin(φ·x)+c。本发明的这种安装后角满足正弦变化规律设计，可以改善应力集中，提高主切削刃强度。

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切削刀片及其可转位切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切削刀具的结构示意图；

图2是本发明的实施例的可转位切削刀具的结构示意图；

图3是本发明的实施例的可转位切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切削刀片的俯视图；

图5是本发明的实施例的可转位切削刀具的主视图；

图6是沿着图5中的z平面切开的截面示意图。

图中：1、刀片本体；11、刀片本体的螺钉固定孔；12、刀片本体的上表面；121、刀片的主前刀面；122、刀片的前刀面；123、刀片的前刀面；13、刀片本体的侧面；131、刀片本体的主后刀面；132、刀片本体的第二后刀面；133、刀片本体的定位面；134、刀片本体的过渡面；14、刀片本体的底面；2、切削刃；21、主切削刃；22、过渡刃；23、刀尖圆弧刃；231、刀尖圆弧刃的刃宽；24、修光刃；3、刀柄；31、刀柄的安装槽；4、紧固螺钉。

具体实施方式

实施例

参见图3至图4所示，本发明的一种可转位切削刀片，包括外轮廓呈平行四边形形状的刀片本体1；在刀片本体1的中间设有贯穿刀片本体的厚度的螺钉固定孔11；所述刀片本体1具有上表面12、侧面13和底面14；所述上表面12呈凹陷形状；所述上表面12和侧面13相交构成切削刃2；所述切削刃2中，对应于平行四边形的两条相邻的边分别设为主切削刃21和过渡刃22，两条相邻的边所相交的角部设为刀尖圆弧刃23；在刀尖圆弧刃23与过渡刃22之间设有修光刃24；所述主切削刃21为曲线刃；所述刀尖圆弧刃23具有刃宽231，刀尖圆弧刃23的刃宽231由所述刀尖圆弧刃23与所述修光刃24的交接点A向所述刀尖圆弧刃23与所述主切削刃21的交接点B方向呈逐渐缩小，并且在所述刀尖圆弧刃23与所述主切削刃21的交接点B处所述刀尖圆弧刃23的刃宽231为零，修光刃24与过渡刃22的交接点为C，主切削刃21无刃宽设计。

本实施例中，如图4所示，所述切削刃2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21、刀尖圆弧刃23、修光刃24和过渡刃22，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21、刀尖圆弧刃23、修光刃24和过渡刃22，呈180度旋转对称。

本实施例中，所述刀尖圆弧刃23的刃宽按照如下公式规律变化：y＝m·x+n，其中，y为刃宽宽度，x为自变量，自变量x为刀尖圆弧上任意点至刀尖圆弧起点之间的弧长与刀尖圆弧总长的比值，刀尖圆弧起点即为所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点A，取值范围0≤x≤1，m和n为常系数，其中m和n的取值为0≤m≤0.5，0≤n≤0.5。

本实施例中，所述侧面13中，对应于所述主切削刃21的位置分别设有主后刀面131和第二后刀面132，且所述主后刀面131连接在所述主切削刃21和所述第二后刀面132之间，所述第二后刀面132连接在所述主后刀面131与所述底面14之间；对应于过渡刃22的位置设有定位面133，所述定位面133连接在所述过渡刃22与所述底面14之间。

本实施例中，上表面12中，在与切削刃2相交的位置设有前刀面，其中与所述主切削刃21相接的为主前刀面121，由前刀面向螺钉固定孔11方向延伸设有前刀面122和前刀面123。

参见图2至图6所示，本发明的一种可转位切削刀具，包括刀柄3和上述可转位切削刀片1；所述刀柄3的底部设有至少一个安装槽31；至少一个上述可转位切削刀片1通过对应的紧固螺钉4安装在对应的安装槽31中；所述可转位切削刀片2的主切削刃21处在所述刀具的周刃位置，所述可转位切削刀片的修光刃24处在所述刀具的底刃位置，刀尖圆弧刃23则一部分处于周刃位置，另一部分处于底刃位置。

本实施例中，安装在所述刀柄3的安装槽31中的所述可转位切削刀片1中，刀尖圆弧刃23和主切削刃21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21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修光刃的交接点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点落在刀尖圆弧刃上时，系数k≤0，当P点落在主切削刃上时，系数k≥0。

本实施例中，在含有所述可转位切削刀片1的刀柄3的横截面中，由主前刀面121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。

本实施例中，由主后刀面131构成的安装后角α为正弦变化规律，并满足α＝T·sin(φ·x)+c，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点沿刀柄的回转轴S方向上的距离，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；T和c为常系数，其中T和c的取值为0≤T≤6，0≤c≤12。

本实施例中，所述主切削刃21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。

本发明的可转位切削刀片是由高速钢、硬质合金、CBN和PCD中的一种或多种材料制作而成。

本发明的一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具，采用了将刀尖圆弧刃23设有刃宽231，刀尖圆弧刃23的刃宽由所述刀尖圆弧刃23与所述修光刃24的交接点A向所述刀尖圆弧刃23与所述主切削刃21的交接点B方向呈逐渐缩小，并且在所述刀尖圆弧刃23与所述主切削刃21的交接点B处所述刀尖圆弧刃23的刃宽231为零，以及刀尖圆弧刃23的刃宽按照公式y＝m·x+n规律变化。本发明的这种刀尖圆角处线性变刃宽设计，可以提高刀尖圆弧处的强度，兼顾主切削刃的锋利性，改善应力集中，提高刀片强度。

本发明的一种可转位切削刀片及其可转位切削刀具，采用了刀尖圆弧刃23和主切削刃21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23与主切削刃21具有不同的线性变化，刀尖圆弧刃23刃倾角为线性递减，主切削刃21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切削刀片及其可转位切削刀具，采用了由主前刀面121构成的安装前角β，β取值范围为6°～14°，由主后刀面131构成的安装后角α为正弦变化规律，并满足α＝T·sin(φ·x)+c。本发明的这种安装后角满足正弦变化规律设计，可以可较好的兼顾刀具刀尖锋利性和强度，改善应力集中，提高主切削刃强度。

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)

1.一种可转位切削刀片，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；在刀尖圆弧刃与过渡刃之间设有修光刃；其特征在于：所述主切削刃为曲线刃；所述刀尖圆弧刃具有刃宽，刀尖圆弧刃的刃宽由所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点向所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点方向呈逐渐缩小，并且在所述刀尖圆弧刃与所述主切削刃的交接点处所述刀尖圆弧刃的刃宽为零；所述刀尖圆弧刃的刃宽按照如下公式规律变化：y＝m·x+n，其中，y为刃宽宽度，x为自变量，自变量x为刀尖圆弧上任意点至所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点之间的弧长与刀尖圆弧总长的比值，取值范围0≤x≤1，m和n为常系数，其中m和n的取值为0≤m≤0.5，0≤n≤0.5。

2.根据权利要求1所述的可转位切削刀片，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、修光刃和过渡刃，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、修光刃和过渡刃，呈180度旋转对称。

3.根据权利要求2所述的可转位切削刀片，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。

4.一种可转位切削刀具，其特征在于：包括刀柄和权利要求1至3中任一权利要求所述的可转位切削刀片；所述刀柄的底部设有至少一个安装槽；至少一个上述可转位切削刀片通过对应的紧固螺钉安装在对应的安装槽中；所述可转位切削刀片的主切削刃处在所述刀具的周刃位置，所述可转位切削刀片的修光刃处在所述刀具的底刃位置。

5.根据权利要求4所述的可转位切削刀具，其特征在于：安装在所述刀柄的安装槽中的所述可转位切削刀片中，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修光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。

6.根据权利要求5所述的可转位切削刀具，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。

7.根据权利要求4所述的可转位切削刀具，其特征在于：所述可转位切削刀片的上表面包括与所述主切削刃相接的主前刀面；在含有所述可转位切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°。

8.根据权利要求7所述的可转位切削刀具，其特征在于：由主后刀面构成的安装后角α为正弦变化规律，并满足α＝T·sin(φ·x)+c，其中自变量x为点P距离所述刀尖圆弧刃与所述修光刃的交接点沿刀柄的回转轴S方向上的距离，α取值范围6°～18°，T和c为常系数，其中T和c的取值为0≤T≤6，0≤c≤12。

9.根据权利要求8所述的可转位切削刀具，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。

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