CN114247909A - 大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法 - Google Patents

大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法；切削刀包括转盘、刀具座、电机和刀具；通过转盘带动三个刀具沿刀具座上开设的直线槽运动，实现三个刀具进给运动；通过在三个刀具上固定连接三个吸屑管实现对切屑的实时吸收和清理；可替换刀尖更便于安装和拆卸；在转盘上开设有两排标尺，通过指针读数能够得到刀具当前的进给位移或切削直径；通过在指针上安装计数器，实现对标尺的实时读数，并显示在显示屏上，便于操作员观察。本发明通过三点支撑切割方式对待加工的大长径比软质材料进行加工，能有效避免软质材料在加工时出现因受力不均导致的形变；本发明结构简单，适用性好，能有效提高大长径比软质材料加工的效率。

Description

大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法
技术领域
本发明属于高精度数控车床加工技术领域，具体涉及一种大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法。
背景技术
所谓的大长径比的软质材料是指柱形零件的长度L与直径d之比(L/d)≥20，一些复合材料材质和铝铜等软质材质的柱形零件在进行切削时，一定程度上会受到来自切削力产生的扭矩，从而造成柱形零件的弯曲和变形，即增加了加工难度，也降低了加工精度。
车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工，是最基本和最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。对金属进行车削加工时，主要根据零件类型选用不同的车刀进行车削加工。
与传统金属材料相比，复合材料轻量化水平高、耐腐蚀性强、抗疲劳性好，被广泛用于航空航天、舰船游艇、风电叶片等先进制造领域。然而一些复合材料大多硬度和刚度较小，进行车削加工时，会出现中间部分低垂，使得轴线不直，导致加工粗糙，不够精准。
大长径比的软质材料适用范围极广，且使用数量随着制造业的日益壮大而递增，但是加工方式、加工精度受到技术限制，传统的加工方式使用普通车床进行加工，只能保证精度，不能保证生产效率；而新型的加工方式虽然能实现高效率、大批量地生产，但在加工精度上却表现为劣势，只能为低端产业生产制造。因此，为解决上述问题，目前急需一种既能够提高加工效率，又能够提高加工精度的刀具。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀及其切削方法，以减轻大长径比的软质材料在切削时受力不均衡的问题，避免材料变形；且刀具的切削直径可调，具有良好的适用性。
本发明采用的技术方案如下：
本发明大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，包括转盘、刀具座、电机和刀具；所述的转盘与刀具座构成转动副；所述刀具座的刀具安装面上沿周向均布开设有三个直线槽；三个连接螺栓的一端与三个直线槽分别构成滑动副；三个连接螺栓的另一端与转盘上沿周向均布的三个斜线槽分别构成滑动副；每个连接螺栓上均固定有刀具；所述的转盘上还开设有弧形槽，且弧形槽一侧的槽壁面上设有轮齿；所述电机固定在刀具座开设的安装槽内；所述电机的输出轴与齿轮轴的一端固定连接；所述齿轮轴上的轮齿与弧形槽壁面上的轮齿构成齿轮副。
优选地，可替换刀尖通过螺栓固定在刀具上。
优选地，每个刀具的侧壁均固定连接有一个吸屑管；所述吸屑管的侧壁开口与压力泵通过细管连接；细管的气流方向朝向远离吸屑管的进屑口方向倾斜。
更优选地，三个吸屑管的吸口均正对三个刀具所在圆周的圆心。
更优选地，所述吸屑管的出屑口连接屑料收集瓶；屑料收集瓶的顶部开设有若干出气孔。
优选地，所述转盘的侧壁上开设有不相连的两排标尺；每排标尺均对应有一个指针；两个指针均固定在刀具座的刀具安装面上。
更优选地，两排标尺的最小单位刻度不相等。
更优选地，每排标尺中位于中部的一个标尺块为零号标尺；零号标尺块两侧的其他标尺块分别读取为正值和负值；标尺读数的正负分别代表刀具相对于初始位置的进刀或退刀。
更优选地，两个指针上均固定有计数器；两个指针上的计数器分别记录转过的标尺块的数量，并反馈至控制器；控制器将计算结果传输至与控制器相连的显示屏上。
本发明大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀的切削方法，具体如下：
将刀具座安装在车床的刀具架上，通过控制器驱动电机，电机旋转带动转盘旋转，使得与刀具的螺栓沿刀具座上直线槽和转盘上斜线槽同步滑动，带动三个刀具沿直线槽向外移动，使三个刀具之间的空间变大；然后，将待加工件穿过三个刀具之间的空间，并由车床的卡盘夹紧；接着，通过控制器设定刀具切削直径，控制器将切削直径转换为控制量传输至电机，电机旋转对应的角度后停止，带动三个刀具沿直线槽向内移动至切削直径所对应位置；由于与电机输出轴固定连接的齿轮轴受到转盘弧形槽内壁上的轮齿限位，使得三个刀具能够在加工时保持稳定；同时两个指针上的计数器实时计数，将计数结果传输至控制器，控制器再计算刀具当前切削直径或进给位移并显示在显示屏上；最后，车床驱动卡盘带动待加工件旋转，并驱动刀具架轴向进给，三个刀具同时对待加工件进行切削加工，切削形成的切屑在负压作用下经吸屑管排出刀具座外。
本发明具有的有益效果是：
本发明通过转盘转动带动三个刀具沿刀具座上开设的直线槽运动，实现三个刀具的进给运动；通过在三个刀具上固定连接三个吸屑管，压力泵启动时，细管喷射出朝向远离吸屑管的进屑口方向的高压射流，使得三个吸屑管的吸口对切屑形成区域产生超强负压，切屑在负压作用下将顺着吸屑管滑落，达到实时吸收和清理切屑的目的；可替换刀尖便于安装和拆卸，可根据待加工材料的不同选择不同的可替换刀尖；在转盘两侧开设有两排标尺，通过指针读数能够得到刀具当前的进给位移或刀具的切削直径；通过在指针上安装计数器，实现对标尺的实时读数，并通过控制器显示在显示屏上，便于操作员观察；本发明通过三点支撑切割方式对待加工的大长径比软质材料进行加工，能有效的避免软质材料在加工时出现因受力不均导致的形变；本发明结构简单，适用性好，能有效提高大长径比软质材料加工的效率。
附图说明
图1为本发明的正面视角结构立体图；
图2为本发明的背面视角结构立体图；
图3为本发明实现刀具切削直径最大时的结构立体图；
图4为本发明实现刀具切削直径最小时的结构立体图；
图5为本发明中标尺的局部放大图；
图6为本发明中吸屑管的装配位置局部放大图；
图7为本发明中屑料收集瓶的结构剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，如图1和2所示，包括转盘1、刀具座10、电机12和刀具6；转盘1与刀具座10构成转动副；刀具座10的刀具安装面上沿周向均布开设有三个直线槽；三个连接螺栓4的一端与三个直线槽分别构成滑动副；三个连接螺栓4的另一端与转盘1上沿周向均布的三个斜线槽分别构成滑动副；每个连接螺栓4上均固定有刀具6；转盘1上还开设有弧形槽，且弧形槽一侧的槽壁面上设有轮齿；电机12固定在刀具座10开设的安装槽内；电机12的输出轴与齿轮轴2的一端固定连接；齿轮轴2上的轮齿与弧形槽壁面上的轮齿构成齿轮副。
作为一个优选实施例，连接螺栓4与转盘1的斜线槽之间设有垫圈一5，齿轮轴2与转盘1的弧形槽之间设有垫圈二3。
作为一个优选实施例，可替换刀尖7通过螺栓固定在刀具6上；可根据待切削材料的不同对可替换刀尖7进行更换。
作为一个优选实施例，如图6所示，每个刀具6的侧壁均固定连接有一个吸屑管11；吸屑管11能随着刀具6运动而运动；吸屑管11侧壁开口与压力泵(采用高压泵)通过细管连接；细管的气流方向朝向远离吸屑管的进屑口方向倾斜；压力泵启动时，细管喷射出朝向远离吸屑管的进屑口方向的高压射流，使得三个吸屑管11的吸口处形成负压，切屑在负压作用下将顺着吸屑管滑落。
作为一个更优选实施例，三个吸屑管11的吸口均正对三个刀具6所在圆周的圆心，使得屑料能在第一时间被吸屑管11吸附。
作为一个更优选实施例，如图7所示，吸屑管11的出屑口连接屑料收集瓶；屑料收集瓶的顶部开设有若干出气孔，用于出气，进一步保证吸屑管11吸口处的负压环境；通过屑料收集瓶对屑料进行收集，便于后续处理。
作为一个优选实施例，如图5所示，转盘1的侧壁上开设有不相连的两排标尺；每排标尺均对应有一个指针；两个指针均固定在刀具座10的刀具安装面上；通过对两排标尺读数，可以得到刀具6的进给尺寸和刀具6当前的切削直径。
作为一个更优选实施例，其中一排标尺在读数时读取为大刻度，另一排标尺9在读数时读取为小刻度；比如，当转盘1旋转时，对刀具6的切削直径进行调整后，指针在大刻度标尺中由初始位置的零号标尺块指向了五号标尺块，指针在小刻度标尺中由初始位置的零号标尺块也指向了五号标尺块，其中大刻度标尺相邻标尺块间隔代表刀具的进给位移为2mm，小刻度标尺相邻标尺块间隔代表刀具的进给位移为0.5mm；则可以得到当前刀具6的进给位移为12.5mm。
作为一个更优选实施例，每排标尺中位于中部的一个标尺块为零号标尺；零号标尺块两侧的其他标尺块分别读取为正值和负值；标尺读数的正负关系代表刀具6相对于初始位置的进给关系；如当标尺读取的为负值时，代表刀具6相较于初始位置向外运动，即刀具6的切削直径增大；当标尺读取的为正值时，代表刀具6相较于初始位置向内运动，即刀具6的切削直径变小。
作为一个更优选实施例，两个指针上均固定有计数器9；当转盘1转动时，两个指针上的计数器9分别记录转过的标尺块的数量，并反馈至控制器；控制器通过两个计数器9返回的数值计算出刀具6当前的进给位移或切削直径，再将计算结果传输至与控制器相连的显示屏8上。
电机12、计数器9和显示屏8均与控制器连接；电机12和显示屏8均受控制器控制。
在上述各项实施例均具备的情况下，本发明大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀的切削方法，具体如下：
将刀具座10安装在车床的刀具架上，通过控制器驱动电机12，电机12旋转带动转盘1旋转，使得与刀具6的螺栓4沿刀具座10上直线槽和转盘1上斜线槽同步滑动，带动三个刀具6沿直线槽向外移动(如图3和4所示，图3为刀具6的最大切削直径状态，图4为刀具6的最小切削直径状态)，使三个刀具6之间的空间变大；然后，将待加工件穿过三个刀具6之间的空间，并由车床的卡盘夹紧；接着，通过控制器设定刀具6切削直径，控制器将切削直径转换为控制量(如电机12输出轴的转动角度)传输至电机12，电机12旋转对应的角度后停止，带动三个刀具6沿直线槽向内移动至切削直径所对应位置；由于与电机12输出轴固定连接的齿轮轴2受到转盘1弧形槽内壁上的轮齿限位，使得三个刀具6能够在加工时保持稳定同时两个指针上的计数器9实时计数，将计数结果传输至控制器，控制器再计算刀具6当前切削直径或进给位移并显示在显示屏8上；最后，车床驱动卡盘带动待加工件旋转，并驱动刀具架轴向进给，三个刀具6同时对待加工件进行切削加工，切削形成的切屑在负压作用下经吸屑管11排出刀具座10外。

Claims (10)

1.大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，包括刀具座，其特征在于：还包括转盘、电机和刀具；所述的转盘与刀具座构成转动副；所述刀具座的刀具安装面上沿周向均布开设有三个直线槽；三个连接螺栓的一端与三个直线槽分别构成滑动副；三个连接螺栓的另一端与转盘上沿周向均布的三个斜线槽分别构成滑动副；每个连接螺栓上均固定有刀具；所述的转盘上还开设有弧形槽，且弧形槽一侧的槽壁面上设有轮齿；所述电机固定在刀具座开设的安装槽内；所述电机的输出轴与齿轮轴的一端固定连接；所述齿轮轴上的轮齿与弧形槽壁面上的轮齿构成齿轮副。
2.根据权利要求1所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：可替换刀尖通过螺栓固定在刀具上。
3.根据权利要求1所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：每个刀具的侧壁均固定连接有一个吸屑管；所述吸屑管的侧壁开口与压力泵通过细管连接；细管的气流方向朝向远离吸屑管的进屑口方向倾斜。
4.根据权利要求3所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：三个吸屑管的吸口均正对三个刀具所在圆周的圆心。
5.根据权利要求3所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：所述吸屑管的出屑口连接屑料收集瓶；屑料收集瓶的顶部开设有若干出气孔。
6.根据权利要求3所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：所述转盘的侧壁上开设有不相连的两排标尺；每排标尺均对应有一个指针；两个指针均固定在刀具座的刀具安装面上。
7.根据权利要求6所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：两排标尺的最小单位刻度不相等。
8.根据权利要求7所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：每排标尺中位于中部的一个标尺块为零号标尺；零号标尺块两侧的其他标尺块分别读取为正值和负值；标尺读数的正负分别代表刀具相对于初始位置的进刀或退刀。
9.根据权利要求7所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀，其特征在于：两个指针上均固定有计数器；两个指针上的计数器分别记录转过的标尺块的数量，并反馈至控制器；控制器将计算结果传输至与控制器相连的显示屏上。
10.根据权利要求9所述大长径比软质材料的可调式三点支撑切削刀的切削方法，其特征在于：具体如下：
将刀具座安装在车床的刀具架上，通过控制器驱动电机，电机旋转带动转盘旋转，使得与刀具的螺栓沿刀具座上直线槽和转盘上斜线槽同步滑动，带动三个刀具沿直线槽向外移动，使三个刀具之间的空间变大；然后，将待加工件穿过三个刀具之间的空间，并由车床的卡盘夹紧；接着，通过控制器设定刀具切削直径，控制器将切削直径转换为控制量传输至电机，电机旋转对应的角度后停止，带动三个刀具沿直线槽向内移动至切削直径所对应位置；同时两个指针上的计数器实时计数，将计数结果传输至控制器，控制器再计算刀具当前切削直径或进给位移并显示在显示屏上；最后，车床驱动卡盘带动待加工件旋转，并驱动刀具架轴向进给，三个刀具同时对待加工件进行切削加工，切削形成的切屑在负压作用下经吸屑管排出刀具座外。
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