CN113927053B - 加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，包括刀杆和导向杆，刀杆与导向杆相连的一端设置有刀槽，导向杆上设置有活动压块和预紧块，活动压块与预紧块之间设置有处于压缩状态的弹簧，活动压块杆铰接有切削刀，切削刀位于刀槽内。加工时，刀杆安装在机床轴上，将工件固定在机床上，机床轴轴向移动到位，然后高速转动，切削刀在离心力的作用下自动伸出并对相贯线进行加工，加工后退刀。本发明的刀具结构简单，制造成本低，且可以用在常规的数控镗床等机床上，无须另外购置联接工装，实施成本低。本发明操作简单、适应性广，刀具体积小巧，解决了封闭腔室内相贯线圆角无法人工打磨、加工的问题，且本发明而且加工刀具与机床匹配度高。

Description

加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具及加工方法

技术领域

本发明涉及圆弧孔壁相贯圆角加工技术领域，尤其是一种加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具及加工方法。

背景技术

在机械加工领域，具有相贯内壁结构的零件种类非常多，且精度要求高。例如：各种反应器缸体，核电站主管道，柴油机中的凸轮轴、曲轴、活塞销以及液压系统中的液压阀等。相贯孔的边角是应力集中部位之一，处理不当容易造成变形或开裂等缺陷，进而影响产品的质量和使用寿命。

由于内壁相贯线是零件内部空间曲线，在相贯线上倒角时刀具并不在一个平面上运动，而是在一个圆弧面上运动。行业内一般采用倒角刀数控成型铣或者手工抛磨。针对孔径较小、深度较深的内圆弧倒角加工，目前国内外还没有合适的加工刀具，也没有相关的技术资料报导。如一种具有小深孔和封闭内圆弧孔相贯线的工件如图1所示，小深孔深度达470mm，直径小于30mm，常规的刀具无法加工相贯线，且由于相贯线位于封闭圆弧孔内，也无法人工打磨。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具及加工方法，操作便捷可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，包括同轴设置的刀杆和导向杆，所述导向杆的外径小于刀杆的外径，且导向杆固定设置在刀杆的一端，刀杆与导向杆相连的一端设置有刀槽，所述导向杆上设置有活动压块和预紧块，所述活动压块与导向杆滑动配合且活动压块与预紧块之间设置有处于压缩状态的弹簧，所述活动压块靠近刀杆的一端铰接有切削刀，所述切削刀位于刀槽内，且在弹簧的弹力作用下，切削刀的刀刃端顶紧刀槽的侧壁。

进一步地，所述活动压块靠近刀杆的一端设置有安装凸块，所述安装凸块伸入刀槽内，所述切削刀铰接于安装凸块为预紧螺母，所述导向杆上设置有螺纹，所述预紧螺母与导向杆螺纹配合。

进一步地，所述刀杆内部设置有油孔。

进一步地，所述刀槽和切削刀均为两个。

进一步地，所述切削刀的刀刃端设置有切削刃面和退刀斜面，所述切削刃面位于切削刀的正面，退刀斜面位于切削刀的刀背面。

上述加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具的加工方法，包括

将刀杆安装在机床轴上，将工件固定在机床上，确保工件上的小深孔与刀杆同轴；

机床轴带动刀杆轴向移动，使得切削刀完全进入工件的内圆弧孔；

机床轴转动并带动刀杆转动，产生离心力，切削刀在离心力的作用下相对于活动压块转动，使切削刀伸出刀槽并垂直于刀杆；

机床轴轴向进给，带动切削刀移动至相贯线，切削刀对相贯线进行圆角加工，随着切削刀对相贯线不同位置的加工，弹簧的压缩量不断变化，使切削刀的运动轨迹适应相贯线的形状；

加工完成后，机床轴停止转动，离心力消失，机床轴带动切削刀朝着内圆弧孔的方向移动一段距离，活动压块在弹簧弹力的作用下压紧刀杆的端面，切削刀朝着刀槽转动，但切削刀的刀刃端搭在刀槽之外；机床轴再带动切削刀朝着小深孔的方向移动，当切削刀的刀刃端接触工件的相贯圆角时，相贯圆角对切削刀施加推力，推力的轴向分力推动弹簧压缩，推力的径向分力推动切削刀转动至刀槽内，然后即可退刀。

进一步地，机床采用数控镗床。

本发明的有益效果是：本发明的刀具结构简单，制造成本低，且可以用在常规的数控镗床等机床上，实施成本低。本发明的刀具体积小巧，利用弹簧巧妙地实现了切削刀的固定、切削时的轴向位置调整以及退刀，可以快速对小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的加工，解决了封闭腔室内相贯线圆角无法人工打磨、加工的问题，且本发明操作简单、适应性广，而且加工刀具与机床匹配度高，无须另外购置联接工装。

附图说明

图1是一种具有小深孔和封闭内圆弧孔的工件示意图；

图2是本发明刀具在切削刀伸出刀槽后的示意图；

图3是本发明刀具退刀时的示意图；

附图标记：1—刀杆；2—切削刀；21—切削刃面；22—退刀斜面；3—刀槽；4—导向杆；5—活动压块；51—安装凸块；6—弹簧；7—预紧块；100—相贯圆角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图2所示，本发明的加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，包括同轴设置的刀杆1和导向杆4，所述导向杆4的外径小于刀杆1的外径，且导向杆4固定设置在刀杆1的一端。刀杆1的外径小于被加工工件小深孔的直径，以保证刀杆1能够穿过小深孔。刀杆1和导向杆4优选采用一体成型的方式，即采用一根棒材加工得到刀杆1和导向杆4。

刀杆1与导向杆4相连的一端设置有刀槽3，刀槽3用于容纳切削刀2，以实现顺利进刀和退刀。所述导向杆4上设置有活动压块5和预紧块7，所述活动压块5与导向杆4滑动配合且活动压块5与预紧块7之间设置有处于压缩状态的弹簧6，弹簧6始终处于压缩状态，弹力不消失。所述活动压块5靠近刀杆1的一端铰接有切削刀2，所述切削刀2位于刀槽3内，且在弹簧6的弹力作用下，切削刀2的刀刃端顶紧刀槽3的侧壁。

要加工小深孔与封闭圆弧孔壁的相贯圆角，切削刀2要有足够的长度，即切削刀2的长度要大于小深孔的半径，同时切削刀2需要伸入封闭圆弧孔实现进刀，切削刀2的长度方向不能与小深孔的径向一致，因此，本发明通过设置刀槽3，刀槽3的形状和尺寸与切削刀2的形状和尺寸适配，使得切削刀2能够收纳至刀槽3内。为了使切削刀2在工作时能够自动伸出刀槽3，切削刀2与活动压块5铰接，即切削刀2能够相对于活动压块5转动，加工时，刀杆1高速转动，产生较大的离心力，切削刀2即可以在离心力的作用下转动，使切削刀2的刀刃端转动至刀槽3外。当切削刀2铰接安装时，稳定性差，为了防止切削刀2在进刀和退刀时随意转动而划伤小深孔的内壁，将切削刀2铰接安装在一活动压块5上，且活动压块5与预紧块7之间设置了弹簧6，弹簧6始终处于压缩状态并提供弹力，在弹力的作用下，活动压块5推动切削刀2压紧刀槽3的侧壁，保证切削刀2的稳定。当切削刀2位于刀槽3内部时，活动压块5与刀杆1端面之间具有一定的间距，这样保证弹簧6的弹力能够传递至切削刀2。此外，由于圆孔与圆孔的相贯线为空间曲线，不在一个平面内，因此在加工时，切削刀2刀刃的运动轨迹也要与相贯线的形状适配，不仅要求切削刀2高速转动，还要轴向移动，本发明通过设置了弹簧6，在弹簧6弹力的作用下，切削刀2能够自动调节轴向位置，随着相贯线的位置变化，弹簧6的压缩量也不断变化，使切削刀2始终能够与相贯线有效接触，从而完成相贯线的圆角加工。

切削刀2的根部可以位于刀槽3外并直接与活动压块5相连，为了减小切削刀2的长度，优选的，所述活动压块5靠近刀杆1的一端设置有安装凸块51，所述安装凸块51伸入刀槽3内，所述切削刀2铰接于安装凸块51。

预紧块7可以焊接在导向杆4上，或者与导向杆4一体成型，优选的，所述预紧块7为预紧螺母，所述导向杆4上设置有螺纹，所述预紧螺母与导向杆4螺纹配合。螺纹配合可以调节预紧块7的轴向位置，从而调节弹簧6的预紧力。

所述刀杆1内部设置有油孔11，用于添加润滑油。

所述刀槽3和切削刀2均为两个，且对称设置，可提高加工效率。

采用上述刀具的加工方法，包括

将刀杆1安装在机床轴上，将工件固定在机床上，确保工件上的小深孔与刀杆1同轴。机床采用主轴既能够高速转动，又能够轴向进给的机床，如数控镗床等。

在刀具的初始状态，切削刀2完全位于刀槽3内，活动压块5与刀杆1端面之间具有一定的间距。机床轴带动刀杆1轴向移动，使得切削刀2穿过小深孔并完全进入工件的内圆弧孔。

机床轴转动并带动刀杆1按照设定的转速高速转动，产生较大的离心力，切削刀2在离心力的作用下相对于活动压块5转动，使切削刀2伸出刀槽3并垂直于刀杆1，此时，弹簧6的长度伸长一端距离，使得活动压块5贴紧刀杆1的端面。切削刀2的铰接安装点位于活动压块5径向方向的中部，保证切削刀2伸出刀槽3后，活动压块5靠近刀杆1的端面能够抵靠住切削刀2的刀背，这样在切削时，切削刀2设置刀刃的一面靠在相贯圆角上，刀背靠在活动压块5上，保证了切削刀2的稳定性。

机床轴轴向进给，带动切削刀2移动至相贯线，切削刀2到达相贯线时，机床轴继续进给一段距离，使得弹簧6被进一步压缩而缩短，活动压块5贴紧与刀杆1端面之间出现足够的调节间距。然后高速转动的切削刀2对相贯线进行圆角加工，随着切削刀2对相贯线不同位置的加工，弹簧6的压缩量不断变化，切削刀2自动调节轴向位置，使切削刀2的运动轨迹适应相贯线的形状，顺利完成相贯圆角100的加工。

加工完成后，机床轴停止转动，离心力消失，机床轴带动切削刀2朝着内圆弧孔的方向移动一段距离，此时，活动压块5在弹簧6弹力的作用下压紧刀杆1的端面。由于离心力消失，切削刀2无法再保持垂直于刀杆1的位置，会朝着刀槽3的方向转动，且由于活动压块5与刀杆1端面之间的间距消失，切削刀2没有足够的空间回到刀槽3，切削刀2的刀刃端搭在刀槽3之外，即此时切削刀2是倾斜的，如图3所示，此时，切削刀2的刀刃端到刀杆1中心线的距离小于加工时刀刃端到刀杆1中心线的距离。机床轴再带动切削刀2朝着小深孔的方向移动，当切削刀2的刀刃端接触工件的相贯圆角100时，相贯圆角100对切削刀2施加推力，该推力倾斜朝向刀杆1的中心线，推力的轴向分力推动弹簧6压缩，使得活动压块5与刀杆1端面之间再次出现间距，提供足够的空间，使得切削刀2能够回到刀槽3内，接着推力的径向分力推动切削刀2转动至刀槽3内，然后即可驱动机床轴向工件外移动，实现退刀。

所述切削刀2的刀刃端设置有切削刃面21和退刀斜面22，所述切削刃面21位于切削刀2的正面，退刀斜面22位于切削刀2的刀背面。切削刃面21用于加工相贯圆角100，退刀斜面22用于辅助收刀，具体地，相贯圆角100对切削刀2施加推力时，相贯圆角100与退刀斜面22接触，退刀斜面22为平面或者弧形面，可减小切削刀2转动时的阻力，切削刀2可以更快地转动至刀槽3内。

综上，本发明具有以下效果：

1、刀具结构简单，与机床匹配度高，无须另外购置联接工装，制造和实施成本低。

2、使用方便，通过巧妙地设置弹簧，实现了切削刀2的稳定收纳于刀槽3，加工时切削刀2轴向位置的自动调整以及退刀时切削刀2自动转动至刀槽3内，采用简单的结构就提高了进刀和退刀的效率，从而保证了加工效率。

3、对相贯圆角100的加工精度高，圆角的尺寸和表面粗糙度满足设计要求。

4、利用离心力实现切削刀2自动从刀槽3中伸出，简化了刀具结构，降低了操作难度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，其特征在于：包括同轴设置的刀杆(1)和导向杆(4)，所述导向杆(4)的外径小于刀杆(1)的外径，且导向杆(4)固定设置在刀杆(1)的一端，刀杆(1)与导向杆(4)相连的一端设置有刀槽(3)，所述导向杆(4)上设置有活动压块(5)和预紧块(7)，所述活动压块(5)与导向杆(4)滑动配合且活动压块(5)与预紧块(7)之间设置有处于压缩状态的弹簧(6)，所述活动压块(5)靠近刀杆(1)的一端铰接有切削刀(2)，所述切削刀(2)位于刀槽(3)内，且在弹簧(6)的弹力作用下，切削刀(2)的刀刃端顶紧刀槽(3)的侧壁；

所述切削刀(2)的刀刃端设置有切削刃面(21)和退刀斜面(22)，所述切削刃面(21)位于切削刀(2)的正面，退刀斜面(22)位于切削刀(2)的刀背面；

机床轴转动并带动刀杆(1)转动，产生离心力，切削刀(2)在离心力的作用下相对于活动压块(5)转动，使切削刀(2)伸出刀槽(3)并垂直于刀杆(1)；

机床轴轴向进给，带动切削刀(2)移动至相贯线，切削刀(2)对相贯线进行圆角加工，随着切削刀(2)对相贯线不同位置的加工，弹簧(6)的压缩量不断变化，使切削刀(2)的运动轨迹适应相贯线的形状。

2.如权利要求1所述的加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，其特征在于：所述活动压块(5)靠近刀杆(1)的一端设置有安装凸块(51)，所述安装凸块(51)伸入刀槽(3)内，所述切削刀(2)铰接于安装凸块(51)。

3.如权利要求1所述的加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，其特征在于：所述预紧块(7)为预紧螺母，所述导向杆(4)上设置有螺纹，所述预紧螺母与导向杆(4)螺纹配合。

4.如权利要求1所述的加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，其特征在于：所述刀杆(1)内部设置有油孔(11)。

5.如权利要求1所述的加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具，其特征在于：所述刀槽(3)和切削刀(2)均为两个。

6.权利要求1至5任意一项所述加工小深孔封闭内圆弧孔壁相贯圆角的刀具的加工方法，其特征在于，包括

将刀杆(1)安装在机床轴上，将工件固定在机床上，确保工件上的小深孔与刀杆(1)同轴；

机床轴带动刀杆(1)轴向移动，使得切削刀(2)完全进入工件的内圆弧孔；

机床轴转动并带动刀杆(1)转动，产生离心力，切削刀(2)在离心力的作用下相对于活动压块(5)转动，使切削刀(2)伸出刀槽(3)并垂直于刀杆(1)；

机床轴轴向进给，带动切削刀(2)移动至相贯线，切削刀(2)对相贯线进行圆角加工，随着切削刀(2)对相贯线不同位置的加工，弹簧(6)的压缩量不断变化，使切削刀(2)的运动轨迹适应相贯线的形状；

加工完成后，机床轴停止转动，离心力消失，机床轴带动切削刀(2)朝着内圆弧孔的方向移动一段距离，活动压块(5)在弹簧(6)弹力的作用下压紧刀杆(1)的端面，切削刀(2)朝着刀槽(3)转动，但切削刀(2)的刀刃端搭在刀槽(3)之外；机床轴再带动切削刀(2)朝着小深孔的方向移动，当切削刀(2)的刀刃端接触工件的相贯圆角时，相贯圆角对切削刀(2)施加推力，推力的轴向分力推动弹簧(6)压缩，推力的径向分力推动切削刀(2)转动至刀槽(3)内，然后即可退刀。

7.如权利要求6所述的加工方法，其特征在于，机床采用数控镗床。

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