CN114160856A - 一种半刀宽缓冲击插铣刀具 - Google Patents

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王敏杰
舒鑫
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Abstract

本发明提供一种半刀宽缓冲击插铣刀具，包括刀体和若干刀片和刀垫，若干刀片安装在刀垫上沿刀体圆周均匀分布。刀片为可转位刀片，刀片切削刃为类波形曲线；刀片前刀面上设计阶梯状结构，不仅可以实现宏观的负刃倾角，也可以控制局部刃倾角，实现缓切入、缓切出，切削宽度渐变的特点。刀片在刀具圆周侧面均匀布置，交替排列的刀片为一组，两组刀片的主切削刃径向错位。本发明的插铣刀具采用了新型波形结构刀片，采用错位布置，可以有效降低半刀宽插铣的切削冲击，提高加工效率，延长刀具寿命。

Description

一种半刀宽缓冲击插铣刀具
技术领域
本发明涉及金属切削技术领域，具体而言，尤其涉及一种半刀宽缓冲击插铣刀具。
背景技术
插铣加工是一种高效的粗加工技术，又被称为Z轴铣削。插铣加工的一大特点是刀具沿轴向完成进给运动，当某一加工位置达到加工深度后，抬刀并步进到下一个加工位置，继续沿轴向进行切削，不断重复进给-抬刀-步进运动直至完成型腔的加工。因此，插铣加工具有轴向进给、径向力小、切削稳定的特点，能够进行深槽型腔的高效加工。
目前，相对成熟的插铣刀具产品比较少，且一般是将普通端铣刀改进成插铣刀具，刀具的设计不够合理。同时，现有插铣刀具在设计时也没有考虑高效插铣过程中的冲击问题，目前还没有能够有效降低插铣冲击力的插铣刀具。
为了提高插铣加工效率，一般需要进行大切削参数的插铣加工。选择较大的切削步距可以提高材料去除率的同时，有效降低切削力峰值。因此，采用半刀宽的插铣加工方法应是高效插铣加工的理想选择。大切削参数半刀宽插铣加工时，在顺铣的切入和逆铣的切出位置，直线切削刃以较大的长度瞬间切入或切出工件，导致切削力急剧变化，冲击现象十分显著。
中国专利CN109954914A提出了一种适用于难加工材料的错位分屑插铣刀具，该方法通过将三组刀片错位设置从而使刀片排列在不同的平面上，提高了插铣的速度，同时可以避免插铣过程的切削力和切削热过大而对刀具造成的损伤。但是插铣过程中的冲击仍然制约着插铣加工效率的进一步提高。
中国专利CN204800030U提出了一种刀片呈阶梯状排列的插铣刀具，该方法通过将刀片在铣刀刀体的轴向和径向按照一定的尺寸差排列成层切状，相比于传统的插铣刀具既能选用较大的径向切削宽度，又能减轻刀片承受的载荷。但是在插铣过程中刀具切入切出时仍会受到较大的冲击，刀具磨损很快，在加工效率的提升方面作用有限。
发明内容
根据上述提出的半刀宽插铣过程中，切入和切出时切削力急剧变化、冲击现象明显的技术问题，而提供一种半刀宽缓冲击插铣刀具。本发明主要利用刀片采用波形刃刀片，且前刀面设计为阶梯状结构，从而实现分屑的同时，便于控制局部刃倾角，达到缓切入和缓切出的特定，降低切削冲击；利用主切削刃采用径向错位布置，有效降低切削载荷，提高刀具寿命。
本发明采用的技术手段如下：
一种半刀宽缓冲击插铣刀具，包括：刀体和若干刀片，所述刀体上设有刀垫，若干刀片安装在刀垫上沿刀体呈圆周均匀分布；所述刀片为波形刃插铣刀片，具有波形切削刃，所述波形切削刃采用三齿错位分屑设计，起前刀面设计为阶梯状结构，用于控制局部刃倾角，达到缓切入和缓切出的特点；
所述刀体上还设有多个容屑槽，每个刀片匹配一个容屑槽。
进一步地，所述刀片为可转位刀片，刀片切削刃为类波形曲线；交替排列的刀片为一组，两组刀片的主切削刃沿径向错位，错位距离小于一个切削刃波长，实现切削过程中的错位分屑。
进一步地，所述波形刃插铣刀片具有结构对称的4个波形切削刃，刀具以交替排列的刀片为一组，相邻两个刀片的主切削刃，即刀具底刃波形位置不同，沿主切削刃方向即刀具径向错开，错开距离小于波长，相邻两个刀片的主切削刃配合构成该刀具的一个完整切削刃；同组内刀片的切削刃具有相同位置的波形；刀片的波形结构与错位布置相结合，用于实现切屑沿宽度方向分离的同时，缓切入、切出，降低力热载荷和冲击载荷。
进一步地，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角略大于直角，前角和后角的选择兼顾切削刃强度和锋利程度；刀具主切削刃的宏观刃倾角和刀片前刀面上波形结构的局部刃倾角选择应以降低冲击载荷为目标。
进一步地，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的刃倾角为负值，负刃倾角可提高刀具的强度，便于排屑；前刀面上的阶梯状结构在宏观负刃倾角的情况下用于控制局部刃倾角，从而减小切削力和切削冲击。
进一步地，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角kr为93-96°，前角γ0选为0-5°，后角α0选为3-7°，副偏角kr’为3-7°；刀具的宏观刃倾角λs为-10°，通过前刀面上的阶梯状结构控制局部刃倾角，局部刃倾角λs’为5°。
进一步地，所述刀体圆周侧面均布偶数个容屑槽，每个容屑槽的同一侧固定安装一个刀垫，每个刀垫上安装一个刀片。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的半刀宽缓冲击插铣刀具，采用了波形刃刀片，且前刀面设计了阶梯状结构，实现分屑的同时，便于控制局部刃倾角，达到缓切入和缓切出的特定，降低切削冲击。
2、本发明提供的半刀宽缓冲击插铣刀具，主切削刃采用径向错位布置，可有效降低切削载荷，提高刀具寿命。
3、本发明提供的半刀宽缓冲击插铣刀具，在进行双列开槽半刀宽插铣时，在实现提高加工效率的同时，还可以降低切削冲击，提高刀具寿命。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的半刀宽插铣过程中，切入和切出时切削力急剧变化、冲击现象明显的问题。
基于上述理由本发明可在金属切削等领域广泛推广。
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为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的插铣刀片三维图。
图4为本发明的刀具角度示意图，其中(a)为主偏角、副偏角的示意图，(b)为前角、后角的示意图，(c)为刃倾角的示意图，(d)为局部刃倾角的示意图。
图中：1、刀体；2、刀片；3、刀垫；4、容屑槽；5、波形切削刃；6、阶梯状结构。
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，任向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。
如图所示，本发明提供了一种半刀宽缓冲击插铣刀具，为一种金属切削刀具，包括：刀体1和若干刀片2，所述刀体1上设有刀垫3，若干刀片2安装在刀垫3上沿刀体1呈圆周均匀分布，朝向相同；所述刀片2为波形刃插铣刀片2，具有波形切削刃5，所述波形切削刃5采用三齿错位分屑设计，起前刀面设计为阶梯状结构6，用于控制局部刃倾角，达到缓切入和缓切出的特点；
所述刀体1上还设有多个容屑槽4，每个刀片2匹配一个容屑槽4。
作为优选的实施方式，所述刀片2为可转位刀片2，刀片2切削刃为类波形曲线；交替排列的刀片2为一组，两组刀片2的主切削刃沿径向错位，错位距离小于一个切削刃波长，实现切削过程中的错位分屑。
作为优选的实施方式，所述波形刃插铣刀片2具有结构对称的4个波形切削刃5，刀具以交替排列的刀片2为一组，相邻两个刀片2的主切削刃，即刀具底刃波形位置不同，沿主切削刃方向即刀具径向错开，错开距离小于波长，相邻两个刀片2的主切削刃配合构成该刀具的一个完整切削刃；同组内刀片2的切削刃具有相同位置的波形；刀片2的波形结构与错位布置相结合，用于实现切屑沿宽度方向分离的同时，缓切入、切出，降低力热载荷和冲击载荷。
作为优选的实施方式，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角略大于直角，前角和后角的选择兼顾切削刃强度和锋利程度；刀具主切削刃的宏观刃倾角和刀片2前刀面上波形结构的局部刃倾角选择应以降低冲击载荷为目标。
作为优选的实施方式，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的刃倾角为负值，负刃倾角可提高刀具的强度，便于排屑；前刀面上的阶梯状结构6在宏观负刃倾角的情况下用于控制局部刃倾角，从而减小切削力和切削冲击。
作为优选的实施方式，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角kr为93-96°，前角γ0选为0-5°，后角α0选为3-7°，副偏角kr’为3-7°；刀具的宏观刃倾角λs为-10°，通过前刀面上的阶梯状结构控制局部刃倾角，局部刃倾角λs’为5°。。
作为优选的实施方式，所述刀体1圆周侧面均布偶数个容屑槽4，每个容屑槽4的同一侧固定安装一个刀垫3，每个刀垫3上安装一个刀片2。
实施例1
如图1-3所示，一种半刀宽缓冲击插铣刀具，包括刀体1和6个刀片2及刀垫3，刀片2为波刃插铣刀片，6个刀片2安装在刀垫3上沿刀体1圆周均匀分布。刀体1圆周侧面均布6个容屑槽4，每个容屑槽4的同一侧固定安装一个刀垫3，每个刀垫3上各安装一个刀片2，即容屑槽4位于相邻两个刀片之间，置于当前刀片的前侧、下一个刀片的背部。刀具主切削刃设计为波形切削刃5，采用三齿错位分屑方案，使切削力减小、切削宽度渐变，从而降低插铣过程中的冲击。
具体为，刀片2为波刃插铣刀片，具有4个切削刃，切削刃为具有阶梯状结构6的波形切削刃5。在一个刀体1上，以三个刀片2为一组(刀具体上一共6个刀片，其中交叉排列的3个刀片为一组，共两组。每个刀片2上设有4个波形切削刃5，每个波形切削刃5都是呈阶梯状结构6，同时每个阶梯状结构6是由3个小切削刃组成。)，相邻刀片2的正弦波形切削刃位置不同，沿主切削刃方向错开波长的1/2-1/3，相对的两个切削刃具有相同位置的正弦波形；相邻刀片主切削刃的正弦波形在径向上相互错开，实现切削过程中的错位分屑。
如图4所示，半刀宽缓冲击插铣刀具的刃倾角为负值，负刃倾角可以提高刀具的强度，便于排屑，但是不利于减小切削力；前刀面上的阶梯状结构可以在宏观负刃倾角的情况下控制局部刃倾角，从而减小切削力和切削冲击。具体为，半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角kr为93-96°，前角γ0选为0-5°，后角α0选为3-7°，副偏角kr’为3-7°；刀具的宏观刃倾角λs为-10°，通过前刀面上的阶梯状结构控制局部刃倾角，局部刃倾角λs’为5°。
本发明刀片为可转位刀片，刀片切削刃为类波形曲线；刀片前刀面上设计阶梯状结构，不仅可以实现宏观的负刃倾角，也可以控制局部刃倾角，实现缓切入、缓切出，切削宽度渐变的特点。刀片在刀具圆周侧面均匀布置，交替排列的刀片为一组，两组刀片的主切削刃径向错位。本发明的插铣刀具采用了新型波形结构刀片，采用错位布置，可以有效降低半刀宽插铣的切削冲击，提高加工效率，延长刀具寿命。
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 (7)

1.一种半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，包括：刀体(1)和若干刀片(2)，所述刀体(1)上设有刀垫(3)，若干刀片(2)安装在刀垫(3)上沿刀体(1)呈圆周均匀分布；所述刀片(2)为波形刃插铣刀片(2)，具有波形切削刃(5)，所述波形切削刃(5)采用三齿错位分屑设计，起前刀面设计为阶梯状结构(6)，用于控制局部刃倾角，达到缓切入和缓切出的特点；
所述刀体(1)上还设有多个容屑槽(4)，每个刀片(2)匹配一个容屑槽(4)。
2.根据权利要求1所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述刀片(2)为可转位刀片(2)，刀片(2)切削刃为类波形曲线；交替排列的刀片(2)为一组，两组刀片(2)的主切削刃沿径向错位，错位距离小于一个切削刃波长，实现切削过程中的错位分屑。
3.根据权利要求2所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述波形刃插铣刀片(2)具有结构对称的4个波形切削刃(5)，以交替排列的刀片(2)为一组，相邻两个刀片(2)的主切削刃，即刀具底刃波形位置不同，沿主切削刃方向即刀具径向错开，错开距离小于波长，相邻两个刀片(2)的主切削刃配合构成该刀具的一个完整切削刃；同组内刀片(2)的切削刃具有相同位置的波形；刀片(2)的波形结构与错位布置相结合，用于实现切屑沿宽度方向分离的同时，缓切入、切出，降低力热载荷和冲击载荷。
4.根据权利要求1所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角大于直角，前角和后角的选择兼顾切削刃强度和锋利程度；刀具主切削刃的宏观刃倾角和刀片(2)前刀面上波形结构的局部刃倾角选择以降低冲击载荷为目标。
5.根据权利要求4所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的刃倾角为负值，负刃倾角可提高刀具的强度，便于排屑；前刀面上的阶梯状结构(6)在宏观负刃倾角的情况下用于控制局部刃倾角，从而减小切削力和切削冲击。
6.根据权利要求4或5所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述半刀宽缓冲击插铣刀具的主偏角kr为93-96°，前角γ0选为0-5°，后角α0选为3-7°，副偏角kr’为3-7°；刀具的宏观刃倾角λs为-10°，通过前刀面上的阶梯状结构控制局部刃倾角，局部刃倾角λs’为5°。
7.根据权利要求1所述的半刀宽缓冲击插铣刀具，其特征在于，所述刀体(1)圆周侧面均布偶数个容屑槽(4)，每个容屑槽(4)的同一侧固定安装一个刀垫(3)，每个刀垫(3)上安装一个刀片(2)。
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