CN114799245B - 细长孔缺口加工刀具及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种细长孔缺口加工刀具及加工方法，该刀具包括顺次相连的芯轴、延长杆和刀夹，通过设置适宜长度的所述延长杆来穿过待加工的细长孔，通过刀夹来安装调整刀片，通过芯轴支撑使得延长杆装卡固定在主轴上，从而随着主轴进给而在细长孔内切削加工缺口，另外，在所述刀片的伸出高度是可调的，在所述细长孔缺口加工刀具内部设置有能够通风的通道，既能够通风降温，还能够促使碎屑及时排出，避免堵塞干扰，在切削过程中，每执行一次沿着轴向方向的往复移动切削，通过在刀片下方增加薄垫片的方式来调整刀尖高度，以达到调整切削深度的目的，直至缺口深度满足要求为止。
Description
技术领域
本发明涉及一种细长通孔的进一步加工系统，具体涉及一种细长孔缺口加工刀具及加工方法。
背景技术
换热器管板评定中需在试件上加工出一种带缺口的细长孔，孔径较小，孔的长径比达45，缺口沿孔轴线为通长，加工较为困难。目前可采用的加工方式有采购成型拉刀进行加工，但此种成型拉刀为特殊订制，对于非批量化加工的孔来说成本较高，比较浪费；还有一种加工方法是利用线切割设备切割而成，但受限于设备行程，所能加工的孔长度有限，且需要有相应线切割设备，不具备普遍性。
由于上述问题的存在，目前需找到一种制做简单、对设备要求不高、可用于长径比较大的细长孔缺口加工刀具及加工方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明人进行了锐意发明，设计出一种细长孔缺口加工刀具及加工方法，该刀具包括顺次相连的芯轴、延长杆和刀夹，通过设置适宜长度的所述延长杆来穿过待加工的细长孔，通过刀夹来安装调整刀片，通过芯轴支撑使得延长杆装卡固定在主轴上，从而随着主轴进给而在细长孔内切削加工缺口，另外，在所述刀片的伸出高度是可调的，在所述细长孔缺口加工刀具内部设置有能够通风的通道，既能够通风降温，还能够促使碎屑及时排出，避免堵塞干扰，在切削过程中，每执行一次沿着轴向方向的往复移动切削，通过在刀片下方增加薄垫片的方式来调整刀尖高度，以达到调整切削深度的目的，直至缺口深度满足要求为止，从而完成本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供一种细长孔缺口加工刀具，该刀具包括顺次相连的芯轴1、延长杆2和刀夹3；
其中，所述延长杆2为圆形金属管，所述芯轴1伸入并安装在所述延长杆2的一端，从内部支撑所述延长杆2，再将延长杆2的该端装卡在机床上；
所述刀夹3伸入并固定在所述延长杆2的另一端；
所述刀夹3上安装有刀片4，通过设置所述刀夹3，使得刀片4随着所述细长孔缺口加工刀具在细长孔内部沿着延长杆2的轴向方向往复移动。
其中，所述刀夹3包括一体成型的左圆柱段31和右圆柱段32：
其中，所述左圆柱段31的外径尺寸与延长杆2的内径尺寸一致，所述左圆柱段31能够嵌入到所述延长杆2中；
所述右圆柱段32的外径尺寸与延长杆2的外径尺寸一致；
在所述左圆柱段31上，在靠近右圆柱段32的一侧开设有容纳并安装刀片4的矩形槽311。
其中，在所述右圆柱段32上开设有供螺钉5通过的螺纹孔321，通过所述螺钉5夹紧固定所述矩形槽311中的刀片4。
其中，在所述左圆柱段31上开设有斜槽312，
通过所述斜槽312将刀片4切削产生的金属屑导入到延长杆2中。
其中，所述斜槽312为底面是斜坡的沿着轴线方向开设的豁槽，
临近矩形槽311的一侧为所述斜坡的高端，临近刀夹3端面的一侧为所述斜坡的低端。
其中，在所述矩形槽311的底部设置有可拆卸安装的任意数量的垫片41；
通过所述垫片41的安放数量来调整所述刀片4的刀尖伸出高度。
其中，在所述延长杆2上安装刀夹3的一侧开设有J型豁口21.
通过所述J型豁口21使得刀夹3安装在延长杆2上以后，所述刀片4的刀尖和部分斜槽312裸露在延长杆2的外部，从而通过刀尖执行切削作业。
其中，在所述右圆柱段32的周向边缘开设有一级通风豁槽61.
在所述左圆柱段31的周向边缘，在矩形槽311的外部开设有二级通风豁槽62；
所述芯轴1的中部设置有沿着轴线方向贯穿的通孔63，
所述一级通风豁槽61、二级通风豁槽62延长杆2和通孔63依次连通。
本发明还提供一种细长孔缺口加工方法，该方法是通过上文所述的细长孔缺口加工刀具实现的。
其中，该方法包括如下步骤：
步骤1，将带有芯轴1的延长杆2端部装卡于数控机床主轴刀柄上；
步骤2，将未安装刀片的细长孔缺口加工刀具穿入需加工缺口的细长孔内，并从另一端将刀夹露出，使得刀夹的斜槽及矩形槽朝上裸露；
步骤3，将刀片4或者刀片4和垫片41一起安装在矩形槽311内，测量刀尖至延长杆外圆最下端距离至合适尺寸后，用螺钉5锁紧固定刀片4；
步骤4，通过机床主轴的轴向运动带动刀具沿细长孔轴向进行切削；
步骤5，多次重复步骤3和步骤4，每次根据切削量的变化设置步骤3中的尺寸，直至缺口深度满足要求；
优选地，在执行步骤3和步骤4的过程中，在一级通风豁槽61的外侧接入压缩空气，控制压缩空气依次经过一级通风豁槽61、二级通风豁槽62和延长杆2后从通孔63排出。
本发明提供的细长孔缺口加工刀具及加工方法具备如下优势：
(1)加工缺口所用的整套刀具制做所需原材料较普遍，刀具各零件易于加工制做，成本较低；
(2)缺口加工的操作过程简单，切削量调整也较简便；
(3)对于直径较小的孔及长径比很大的孔均能够加工缺口；
(4)对设备没有特殊要求，能够有足够轴向行程即可，对于绝大多数数控机床均能够满足加工要求。
附图说明
图1示出根据本发明所述细长孔缺口加工刀具的整体结构示意图；
图2示出根据本发明所述细长孔缺口加工刀具的延长杆的结构示意图；
图3示出根据本发明所述细长孔缺口加工刀具的刀夹的结构示意图；
图4示出根据本发明所述细长孔缺口加工刀具的刀片及垫片的结构示意图。
附图标号说明
1-芯轴
2-延长杆
21-L型豁口
3-刀夹
31-左圆柱段
311-矩形槽
312-斜槽
32-右圆柱段
321-螺纹孔
4-刀片
41-垫片
5-供螺钉
61-一级通风豁槽
62-二级通风豁槽
63-通孔
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供一种细长孔缺口加工刀具，如图1中所示，该刀具包括顺次相连的芯轴1、延长杆2和刀夹3；
其中，所述延长杆2为圆形金属管，所述芯轴1伸入并安装在所述延长杆2的一端，从内部支撑所述延长杆2，再将延长杆2的该端装卡在机床上；具体来说，将所述芯轴1为圆柱状，其外径与延长杆内径相配，间隙尽量小，以防装卡时夹不紧造成轴向窜动；芯轴长度以机床刀柄夹持长度为准，可为20～100mm。材质金属，与延长杆间可不焊接，保持紧密配合即可。
所述延长杆2为圆形金属管，可为钢管，所述芯轴1伸入并固定在所述延长杆2的一端，所述刀夹3伸入并固定在所述延长杆2的另一端；优选地，所述延长杆2外径尽量与细长孔内径相近，这样在切削时可起到一定定位作用；其长度须考虑细长孔长度、夹持长度，并留有安装刀具富余长度；壁厚可在1～3mm间。
所述刀夹3上安装有刀片4，通过设置所述刀夹3，使得刀片4随着所述细长孔缺口加工刀具在细长孔内部沿着延长杆2的轴向方向往复移动。优选地，所述延长杆2的轴向方向与待加工的细长孔的轴向方向一致。
本申请中，待加工的细长孔细长孔缺口是细长孔内部的，沿着细长孔轴线方向延伸的长条状缺口。该细长孔的长径比可达45，而对于蒸汽发生器类的换热器管板，其孔径一般在Ф30以下，对于此种类型的孔，现有常规刀具系统是没法加工的，必须定制特殊刀具系统或使用特殊机床才可加工；在实际生产加工过程中，对于非批量的工件加工来说，这是得不偿失的。所述细长孔缺口加工刀具则可以很好解决此类小批量特殊工件的加工；该刀具所用原材料均为普通常见材料，各零件加工制作过程简单，成本很低；操作过程简单，切削量调整也方便；可针对同类型不同尺寸的缺口孔进行加工；对于机床设备没有特殊要求，绝大多数数控机床均可满足该细长孔缺口加工刀具的安装使用。
在一个优选的实施方式中，所述刀夹3包括一体成型的左圆柱段31和右圆柱段32；
其中，所述左圆柱段31的外径尺寸与延长杆2的内径尺寸一致，所述左圆柱段31能够嵌入到所述延长杆2中；
所述右圆柱段32的外径尺寸与延长杆2的外径尺寸一致；
在所述左圆柱段31上，在靠近右圆柱段32的一侧开设有容纳并安装刀片4的矩形槽311。
优选地，该矩形槽311为通槽，即贯通所述左圆柱段31，以便于方便加工，还方便于取放垫片。所述刀片为采用高速钢切割自制，刀片截面为矩形，矩形尺寸与刀夹上矩形槽311相配，间隙尽量小，矩形设计使得刀片在加工过程中不易扭转、不易窜动，能够确保加工质量；矩形槽311径向宽度不易大于圆柱直径的一半，通槽沿圆柱轴向宽度最小可为5mm，最大可为20mm。所述刀片的长度与所述矩形槽311的深度匹配，使得矩形槽311内无垫片时，刀片刀尖的最外侧部分刚好位于延长杆的外轮廓处，即刀片长度为刀夹右圆柱段外径减去延长杆壁厚。
优选地，在所述矩形槽311的底部设置有可拆卸安装的任意数量的垫片41；通过所述垫片41的安放数量来调整所述刀片4的刀尖伸出高度。
进一步优选地，所述刀片可分为两部分，分别是上部分的刀头和下部分的刀垫，可整体制做完成后在下部合适位置使用线切割割开成两部分；刀头上部根据所需切削的缺口形状及尺寸磨削成对应切削刃，并磨出前角和后角；刀垫下部为圆弧形，圆弧半径与延长杆内径相同，也可为刀夹左段圆柱半径；刀垫下部圆弧轴线与刀尖上部切削刃所在平面垂直；刀尖与刀垫切割面位置确保螺钉顶紧时不顶到刀垫即可。在所述刀头和刀垫之间安放所述垫片来调整刀尖伸出高度。
在一个优选的实施方式中，在所述右圆柱段32上开设有供螺钉5通过的螺纹孔321，通过所述螺钉5夹紧固定所述矩形槽311中的刀片4。优选地，右段圆柱轴向长度为5～40mm均可；所述螺纹规格可为M4～M20，其规格尽量与圆柱直径相匹配，最好不超过圆柱直径一半，同时须注意能保证螺钉头部最大直径不超过细长孔内径。
在一个优选的实施方式中，在所述左圆柱段31上开设有斜槽312，通过所述斜槽312将刀片4切削产生的金属屑导入到延长杆2中。
优选地，所述斜槽312为底面是斜坡的沿着轴线方向开设的豁槽，
临近矩形槽311的一侧为所述斜坡的高端，临近刀夹3端面的一侧为所述斜坡的低端，如图3中所示。
优选地，所述斜槽312槽宽不超过左段圆柱直径的一半，但也不应小于5mm，其主要作用为切削下的铁屑提供排出通道，使铁屑可以沿斜面滑向延长杆内；该通道还能够供空气通过。
优选地，在所述延长杆2上安装刀夹3的一侧开设有J型豁口21，缺口位置用于与刀夹进行焊接，缺口部分尽量不超过钢管直径的一半，避免强度不足，缺口轴向长度须保证与刀夹连接后留出足够的排屑空间。通过所述J型豁口21使得刀夹3安装在延长杆2上以后，所述刀片4的刀尖和部分斜槽312裸露在延长杆2的外部，从而通过刀尖执行切削作业。
刀夹与延长杆焊接固定，焊接后，延长杆上缺口与刀夹上斜槽、矩形通槽在同一方位，延长杆上J型豁口须保证刀夹上矩形槽一端全部露出，同时延长杆缺口下部分将矩形槽另一端完全封住，即延长杆端部与刀夹右段圆柱相接。同时延长杆上J型豁口须保证刀夹上斜槽露出足够空间保证切削下来的铁屑能够从刀夹上斜槽滑入延长杆内部。
在一个优选的实施方式中，在所述右圆柱段32的周向边缘开设有一级通风豁槽61，该一级通风豁槽61截面形状可以为V型，当刀具刀尖朝上设置时，该一级通风豁槽61沿着右圆柱段32上部外圆均布，数量可为2～4处，深度可为1～3mm，且该深度需大于延长杆的壁厚，从而使得切削过程中通入压缩空气对刀尖切削部分进行冷却，同时可将切削下的铁屑吹入延长杆内，避免堆积在刀尖处影响切削；
在所述左圆柱段31的周向边缘，在矩形槽311的外部开设有二级通风豁槽62；该二级通风豁槽62能够使得一级通风豁槽61处进入到细长孔缺口加工刀具中的空气流经刀尖，起到冷却作用。
所述芯轴1的中部设置有沿着轴线方向贯穿的通孔63，优选圆形通孔，直径Ф3～Ф8，同时不得大于芯轴外径的一半，避免装卡时强度不足被夹扁；
所述一级通风豁槽61、二级通风豁槽62延长杆2和通孔63依次连通，形成冷却吹屑通道，延长刀片寿命，提高切削效率。
本发明还提供一种细长孔缺口加工方法，该方法是通过上文所述的细长孔缺口加工刀具实现的。
具体来说，该方法包括如下步骤：
步骤1，将带有芯轴1的延长杆2端部装卡于数控机床主轴刀柄上；
步骤2，将未安装刀片的细长孔缺口加工刀具穿入需加工缺口的细长孔内，并从另一端将刀夹露出，使得刀夹的斜槽及矩形槽朝上裸露；
步骤3，将刀片4或者刀片4和垫片41一起安装在矩形槽311内，测量刀尖至延长杆外圆最下端距离至合适尺寸后，用螺钉5锁紧固定刀片4；
步骤4，通过机床主轴的轴向运动带动刀具沿细长孔轴向进行切削；
步骤5，多次重复步骤3和步骤4，每次根据切削量的变化设置步骤3中的尺寸，直至缺口深度满足要求；其中，每次切削前向矩形槽内添加一个垫片，所述垫片厚度即为切削调整量；
优选地，首次切削时使此切削距离为细长孔内径，即理论上刀尖正好准备切削管孔内壁，后序每完成一次切削，测量切削的缺口深度后，在刀尖与刀垫间垫一薄垫片进行刀尖切削量调整。
优选地，在执行步骤3和步骤4的过程中，在一级通风豁槽61的外侧接入压缩空气，控制压缩空气依次经过一级通风豁槽61、二级通风豁槽62和延长杆2后从通孔63排出，通过压缩空气带走热量和切屑，确保切削工作平稳顺利进行。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种细长孔缺口加工刀具，其特征在于，该刀具包括顺次相连的芯轴(1)、延长杆(2)和刀夹(3)；
其中，所述延长杆(2)为圆形金属管，所述芯轴(1)伸入并安装在所述延长杆(2)的一端，从内部支撑所述延长杆(2)，再将延长杆(2)的该端装卡在机床上；
所述刀夹(3)伸入并固定在所述延长杆(2)的另一端；
所述刀夹(3)上安装有刀片(4)，通过设置所述刀夹(3)，使得刀片(4)随着所述细长孔缺口加工刀具在细长孔内部沿着延长杆(2)的轴向方向往复移动；
所述刀夹(3)包括一体成型的左圆柱段(31)和右圆柱段(32)；
其中，所述左圆柱段(31)的外径尺寸与延长杆(2)的内径尺寸一致，所述左圆柱段(31)能够嵌入到所述延长杆(2)中；
所述右圆柱段(32)的外径尺寸与延长杆(2)的外径尺寸一致；
在所述左圆柱段(31)上，在靠近右圆柱段(32)的一侧开设有容纳并安装刀片(4)的矩形槽(311)。
2.根据权利要求1所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
在所述右圆柱段(32)上开设有供螺钉(5)通过的螺纹孔(321)，通过所述螺钉(5)夹紧固定所述矩形槽(311)中的刀片(4)。
3.根据权利要求2所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
在所述左圆柱段(31)上开设有斜槽(312)，
通过所述斜槽(312)将刀片(4)切削产生的金属屑导入到延长杆(2)中。
4.根据权利要求3所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
所述斜槽(312)为底面是斜坡的沿着轴线方向开设的豁槽，
临近矩形槽(311)的一侧为所述斜坡的高端，临近刀夹(3)端面的一侧为所述斜坡的低端。
5.根据权利要求4所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
在所述矩形槽(311)的底部设置有可拆卸安装的任意数量的垫片(41)；
通过所述垫片(41)的安放数量来调整所述刀片(4)的刀尖伸出高度。
6.根据权利要求5所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
在所述延长杆(2)上安装刀夹(3)的一侧开设有J型豁口(21)，
通过所述J型豁口(21)使得刀夹(3)安装在延长杆(2)上以后，所述刀片(4)的刀尖和部分斜槽(312)裸露在延长杆(2)的外部，从而通过刀尖执行切削作业。
7.根据权利要求6所述的细长孔缺口加工刀具，其特征在于，
在所述右圆柱段(32)的周向边缘开设有一级通风豁槽(61)，
在所述左圆柱段(31)的周向边缘，在矩形槽(311)的外部开设有二级通风豁槽(62)；
所述芯轴(1)的中部设置有沿着轴线方向贯穿的通孔(63)，
所述一级通风豁槽(61)、二级通风豁槽(62)延长杆(2)和通孔(63)依次连通。
8.一种细长孔缺口加工方法，其特征在于，该方法是通过权利要求5-7之一所述的细长孔缺口加工刀具实现的。
9.根据权利要求8所述的细长孔缺口加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，将带有芯轴(1)的延长杆(2)端部装卡于数控机床主轴刀柄上；
步骤2，将未安装刀片的细长孔缺口加工刀具穿入需加工缺口的细长孔内，并从另一端将刀夹露出，使得刀夹的斜槽及矩形槽朝上裸露；
步骤3，将刀片(4)或者刀片(4)和垫片(41)一起安装在矩形槽(311)内，测量刀尖至延长杆外圆最下端距离至合适尺寸后，用螺钉(5)锁紧固定刀片(4)，
在所述矩形槽(311)的底部设置有可拆卸安装的任意数量的垫片(41)；
步骤4，通过机床主轴的轴向运动带动刀具沿细长孔轴向进行切削；
步骤5，多次重复步骤3和步骤4，每次根据切削量的变化设置步骤3中的尺寸，直至缺口深度满足要求。
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Citations (3)
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- 2022-05-10 CN CN202210505001.6A patent/CN114799245B/zh active Active
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| CN114799245A (zh) | 2022-07-29 |
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