CN114131065A - 窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法，涉及镗铣加工技术领域，尤其涉及一种用于窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法。本发明加工刀具包括：刀具本体、切刀体、刀垫和刀片；刀具本体和切刀体采用整体锻造结构，切刀体位于刀具本体的两侧；切刀体的端部通过刀垫装配刀片；刀具本体和切刀体的内部设置有冷却液通道。本发明加工方法包括：环槽侧面粗加工阶段、环槽侧面半精加工阶段、环槽侧面精加工阶段、环槽底面粗加工阶段及环槽底面精加工阶段。本发明的技术方案解决了现有技术中的现有加工装置结构为半封闭结构，加工不易观察，同时排屑困难，加工环境恶劣的问题。
Description
技术领域
本发明窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法，涉及镗铣加工技术领域，尤其涉及一种用于窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法。
背景技术
随着核电产品向集成化、一体化发展，目前核电石化压力容器产品出现一种窄间隙、大深度的环槽结构，该结构为半封闭结构，加工不易观察，同时排屑困难，加工环境恶劣。针对该结构的常规工艺是采用工件旋转、刀具固定的车削方式完成加工，但由于该结构处于大型压力容器中间部位，工件不能实现旋转操作，常规车削工艺方案无法加工，需要采用刀具旋转、工件固定的镗铣加工方案。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术提出的现有加工装置结构为半封闭结构，加工不易观察，同时排屑困难，加工环境恶劣的技术问题，而提供一种窄间隙、大深度环槽的加工刀具及其加工方法。本发明主要通过刀体的结构优化实现加工刚性的要求，解决加工过程中振刀严重的问题；通过刀体的内冷设计，实现机床主轴中心冷却的供应，冷却液通过与机床相连的刀柄与刀体，直接喷射到刀片的切削刃口，把切削过程中产生的铁屑从切削区带至环槽外，实现切削过程的顺利排屑；通过优化设计，实现一把刀体解决粗加工、半精加工、精加工，提高加工效率及加工质量。
通过对车削环槽所用刀具的分析及对比，镗削环槽刀具应该选用两翼对称式结构，这样可以增加刀具自身刚性，使刀具在旋转切削过程中受力均匀，减小震动。
本发明采用的技术手段如下：
一种窄间隙、大深度环槽的加工刀具包括：刀具本体、切刀体、刀垫和刀片；
进一步地，刀具本体和切刀体采用整体锻造结构，切刀体位于刀具本体的两侧；
进一步地，切刀体的端部通过刀垫装配刀片；
进一步地，窄间隙、大深度环槽加工过程中排屑是一大难点，为了达到理想的排屑效果，提高刀具使用寿命。切削时应采用浇注冷却液的方式进行水冷，同时，大量的冷却液可以带走切屑，降低刀尖温度；所以，在刀具设计时增加了内冷孔系，即刀具本体和切刀体的内部设置有冷却液通道；
进一步地，冷却液通道的中部设置在刀具本体的中部，并与外部冷却液供液设备相连接，两端部分别设置于刀具本体两侧切刀体的端部，并位于刀垫的后部，为刀片进行冷却。
进一步地，考虑到刀具在不同加工阶段的受力情况，同时兼顾制造成本及刀具的通用性，在刀具设计时采用刀垫过渡结构，实现一把刀体完成粗加工、半精加工以及精加工的需求，即刀垫为刀片与切刀体之间的过渡部分，防止加工过程中损坏切刀体；
进一步地，刀垫分为单螺钉紧固式刀垫和双螺钉紧固式刀垫。
进一步地，单螺钉紧固式刀垫为矩形块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片；
进一步地，刀垫的体内设置有由上至下加工的沉头孔A：
进一步地，刀垫的底部设置有键槽定位；
进一步地，刀垫通过键槽定位与切刀体的端部进行定位，并通过螺钉A和沉头孔A与切刀体进行紧固装配。
进一步地，双螺钉紧固式刀垫为L型块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片；
进一步地，刀垫的体内设置有由上至下加工的沉头孔A和由前至后加工的沉头孔B；
进一步地，刀垫通过键槽定位与切刀体的端部进行定位，并通过螺钉A和沉头孔A以及螺钉B和沉头孔B与切刀体进行紧固装配。
进一步地，刀片设计为五种形式，分别为：三角形刀片、方形凸点型刀片、平底型圆弧刀片、圆弧分屑刀片和圆弧成型刀片。
窄间隙、大深度环槽的加工方法包括：环槽侧面粗加工阶段、环槽侧面半精加工阶段、环槽侧面精加工阶段、环槽底面粗加工阶段及环槽底面精加工阶段；
61、环槽侧面粗加工阶段：环槽的粗加工阶段为开槽，在此过程中带走大量的多余材料，采用三角形刀片，实现切削加工的稳定、高效；由于粗加工过程切削抗力大，采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定；
62、环槽侧面半精加工阶段：环槽的半精加工阶段为扩槽阶段，在此过程中使环槽的宽度及深度接近最终尺寸，只留有少量余量，采用方形凸点型刀片实现环槽内外壁的半精加工，修整内、外环槽面，为精加工打好基础；半精加工采用两体刀垫，刀片安装区设置于刀垫顶部前端内侧，用于加工内环槽的刀垫；刀片安装区设置于刀垫顶部前端外侧，用于加工内环槽的刀垫；分部完成内槽及外槽的加工，加工抗力小，采用单螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及单螺钉紧固的方式实现刀垫固定；
63、环槽侧面精加工阶段：环槽的精加工阶段为最终成型阶段，需要满足图纸及技术要求中的尺寸精度及表面粗糙度要求；采用平底型圆弧刀片实现环槽两侧面精加工；由于圆弧刀片加工抗力大，且为精加工工序，因此采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定；
64、环槽底面粗加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，加工抗力大，需要先采用圆弧分屑刀片进行底面的粗加工；
65、环槽底面精加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，采用圆弧成型刀片完成最终精加工。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，通过对刀体的结构优化实现加工刚性的要求，解决加工过程中振刀严重的问题；
2、本发明提供的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，通过刀体的内冷设计，实现机床主轴中心冷却的供应，冷却液通过与机床相连的刀柄与刀体，直接喷射到刀片的切削刃口，把切削过程中产生的铁屑从切削区带至环槽外，实现切削过程的顺利排屑；
3、本发明提供的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，刀片形状设定为五种形式，分别用于槽侧与槽底的加工，均进行的锋利槽型的优化，最大限度减轻环槽加工过程中的振动；
4、本发明提供的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，刀体与刀片中间采用刀垫进行连接，刀垫充分保护刀体，规避异常状况下刀体损伤；
5、本发明提供的窄间隙、大深度环槽的加工方法，通过优化设计，实现一把刀体解决粗加工、半精加工、精加工，提高加工效率及加工质量。
综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的现有加工装置结构为半封闭结构，加工不易观察，同时排屑困难，加工环境恶劣的问题。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明刀具结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明双螺钉紧固式刀垫结构示意图；
图4为本发明单螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图5为双螺钉紧固式刀垫与刀片和切刀体装配示意图；
图6为单螺钉紧固式刀垫与刀片和切刀体装配示意图；
图7为本发明环槽侧面粗加工阶段三角刀片与双螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图8为图7的俯视图；
图9为本发明环槽侧面半精加工阶段内环槽半精加工方形刀片与单螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图10为图9的俯视图；
图11为本发明环槽侧面半精加工阶段外环槽半精加工方形刀片与单螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图12为图11的俯视图；
图13为本发明环槽侧面精加工阶段平底圆弧刀片与双螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图14为图13的俯视图；
图15为本发明环槽底面粗加工阶段圆弧分屑刀片与双螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图16为图15的俯视图；
图17为本发明环槽底面精加工阶段圆弧成型刀片与双螺钉紧固式刀垫装配示意图；
图18为图17的俯视图；
图19为本发明实施例1待加工典型窄间隙、大深度环槽示意图；
图20为本发明实施例1工序1简图；
图21为本发明实施例1工序2简图；
图22为本发明实施例1工序3简图；
图23为本发明实施例1工序4简图；
图24为本发明实施例1工序5简图。
图中：1、刀具本体 2、切刀体 3、刀垫 31、键槽定位 32、沉头孔A 33、沉头孔B 4、刀片 5、冷却液通道 6、螺钉A 7、螺钉B。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图所示，本发明提供了一种窄间隙、大深度环槽的加工刀具包括：刀具本体1、切刀体2、刀垫3和刀片4；刀具本体1和切刀体2采用整体锻造结构，切刀体2位于刀具本体1的两侧；切刀体2的端部通过刀垫3装配刀片4；刀具本体1和切刀体2的内部设置有冷却液通道5；冷却液通道5的中部设置在刀具本体1的中部，并与外部冷却液供液设备相连接，两端部分别设置于刀具本体1两侧切刀体2的端部，并位于刀垫3的后部，为刀片进行冷却。
刀垫3为刀片4与切刀体2之间的过渡部分，防止加工过程中损坏切刀体2；刀垫3分为单螺钉紧固式刀垫和双螺钉紧固式刀垫。
单螺钉紧固式刀垫为矩形块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片4；刀垫3的体内设置有由上至下加工的沉头孔A32：刀垫3的底部设置有键槽定位31；刀垫3通过键槽定位31与切刀体2的端部进行定位，并通过螺钉A6和沉头孔A32与切刀体2进行紧固装配。
双螺钉紧固式刀垫为L型块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片4；刀垫3的体内设置有由上至下加工的沉头孔A32和由前至后加工的沉头孔B 33；刀垫3通过键槽定位31与切刀体2的端部进行定位，并通过螺钉A6和沉头孔A32以及螺钉B7和沉头孔B33与切刀体2进行紧固装配。
刀片4设计为五种形式，分别为：三角形刀片、方形凸点型刀片、平底型圆弧刀片、圆弧分屑刀片和圆弧成型刀片。
窄间隙、大深度环槽的加工方法包括：环槽侧面粗加工阶段、环槽侧面半精加工阶段、环槽侧面精加工阶段、环槽底面粗加工阶段及环槽底面精加工阶段；由于粗加工过程切削抗力大，采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定；
61、环槽侧面粗加工阶段：环槽的粗加工阶段为开槽，在此过程中带走大量的多余材料，采用三角形刀片，实现切削加工的稳定、高效；
62、环槽侧面半精加工阶段：环槽的半精加工阶段为扩槽阶段，在此过程中使环槽的宽度及深度接近最终尺寸，只留有少量余量；用方形凸点型刀片实现环槽内外壁的半精加工，修整内、外环槽面，为精加工打好基础；采用两体刀垫，刀片安装区设置于刀垫3顶部前端内侧，用于加工内环槽的刀垫3；刀片安装区设置于刀垫3顶部前端外侧，用于加工内环槽的刀垫3；分部完成内槽及外槽的加工，加工抗力小，采用单螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及单螺钉紧固的方式实现刀垫固定。
63、环槽侧面精加工阶段：环槽的精加工阶段为最终成型阶段，需要满足图纸及技术要求中的尺寸精度及表面粗糙度要求；采用平底型圆弧刀片实现环槽两侧面精加工；由于圆弧刀片加工抗力大，且为精加工工序，因此采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定。
64、环槽底面粗加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，加工抗力大，需要先采用圆弧分屑刀片进行底面的粗加工；
65、环槽底面精加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，采用圆弧成型刀片完成最终精加工。
实施例1
加工窄间隙、大深度环槽的刀具系统设计完成后，需要采用相应的工艺方法指导环槽加工；
具体工艺如下：
1、刀具准备
采用上述窄间隙、大深度环槽刀具系统；
2、量具准备
| 序号 | 名称 | 型号/规格 |
| 1 | 钢板尺 | 500mm |
| 2 | 游标卡尺 | 500mm |
3、加工方案
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种窄间隙、大深度环槽的加工刀具，其特征在于：
所述的窄间隙、大深度环槽的加工刀具包括：刀具本体(1)、切刀体(2)、刀垫(3)和刀片(4)；
所述的刀具本体(1)和切刀体(2)采用整体锻造结构，切刀体(2)位于刀具本体(1)的两侧；
所述的切刀体(2)的端部通过刀垫(3)装配刀片(4)；
所述的刀具本体(1)和切刀体(2)的内部设置有冷却液通道(5)；
所述的冷却液通道(5)的中部设置在刀具本体(1)的中部，并与外部冷却液供液设备相连接，两端部分别设置于刀具本体(1)两侧切刀体(2)的端部，并位于刀垫(3)的后部，为刀片进行冷却。
2.根据权利要求1所述的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，其特征在于：
所述的刀垫(3)为刀片(4)与切刀体(2)之间的过渡部分，防止加工过程中损坏切刀体(2)；
所述的刀垫(3)分为单螺钉紧固式刀垫和双螺钉紧固式刀垫。
3.根据权利要求2所述的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，其特征在于：
所述的单螺钉紧固式刀垫为矩形块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片(4)；
所述的刀垫(3)的体内设置有由上至下加工的沉头孔A(32)：
所述的刀垫(3)的底部设置有键槽定位(31)；
所述的刀垫(3)通过键槽定位(31)与切刀体(2)的端部进行定位，并通过螺钉A(6)和沉头孔A(32)与切刀体(2)进行紧固装配。
4.根据权利要求2所述的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，其特征在于：
所述的双螺钉紧固式刀垫为L型块状结构，其顶端前部设置有刀片安装区，用于安装刀片(4)；
所述的刀垫(3)的体内设置有由上至下加工的沉头孔A(32)和由前至后加工的沉头孔B(33)；
所述的刀垫(3)通过键槽定位(31)与切刀体(2)的端部进行定位，并通过螺钉A(6)和沉头孔A(32)以及螺钉B(7)和沉头孔B(33)与切刀体(2)进行紧固装配。
5.根据权利要求2所述的窄间隙、大深度环槽的加工刀具，其特征在于：
所述的刀片(4)设计为五种形式，分别为：三角形刀片、方形凸点型刀片、平底型圆弧刀片、圆弧分屑刀片和圆弧成型刀片。
6.一种窄间隙、大深度环槽的加工方法，其特征在于：
所述的窄间隙、大深度环槽的加工方法包括：环槽侧面粗加工阶段、环槽侧面半精加工阶段、环槽侧面精加工阶段、环槽底面粗加工阶段及环槽底面精加工阶段；
61、环槽侧面粗加工阶段：环槽的粗加工阶段为开槽，在此过程中带走大量的多余材料，采用三角形刀片，实现切削加工的稳定、高效；
62、环槽侧面半精加工阶段：环槽的半精加工阶段为扩槽阶段，在此过程中使环槽的宽度及深度接近最终尺寸，只留有少量余量，采用方形凸点型刀片实现环槽内外壁的半精加工，修整内、外环槽面，为精加工打好基础；
63、环槽侧面精加工阶段：环槽的精加工阶段为最终成型阶段，需要满足图纸及技术要求中的尺寸精度及表面粗糙度要求，采用平底型圆弧刀片实现环槽两侧面精加工；
64、环槽底面粗加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，加工抗力大，需要先进行底面的粗加工，采用圆弧分屑刀片完成粗加工；
65、环槽底面精加工阶段：窄间隙、大深度环槽底部为圆弧型，采用圆弧成型刀片完成最终精加工。
7.根据权利要求6所述的窄间隙、大深度环槽的加工方法，其特征在于：
所述的步骤61由于粗加工过程切削抗力大，采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定。
8.根据权利要求6所述的窄间隙、大深度环槽的加工方法，其特征在于：
所述的步骤62半精加工采用两体刀垫，分部完成内槽及外槽的加工，加工抗力小，采用单螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及单螺钉紧固的方式实现刀垫固定。
9.根据权利要求6所述的窄间隙、大深度环槽的加工方法，其特征在于：
所述的步骤63由于圆弧刀片加工抗力大，且为精加工工序，因此采用双螺钉紧固式刀垫，通过键槽定位及双螺钉紧固的方式实现刀垫的强力固定。
10.根据权利要求8所述的窄间隙、大深度环槽的加工方法，其特征在于：
所述的步骤62步骤中采用的双体刀垫包括：
刀片安装区设置于刀垫(3)顶部前端内侧，用于加工内环槽的刀垫(3)；
刀片安装区设置于刀垫(3)顶部前端外侧，用于加工内环槽的刀垫(3)。
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Citations (7)
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2021
- 2021-12-22 CN CN202111580543.1A patent/CN114131065A/zh active Pending
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