CN115722712B - 一种球头鼓形数控铣刀及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数控铣刀技术领域，且公开了一种球头鼓形数控铣刀及其制备工艺，包括铣刀夹持刀柄，所述铣刀夹持刀柄的底端固定连接有铣刀上椎体，所述铣刀上椎体的底端固定连接有铣刀连接块，所述铣刀连接块的底端固定连接有铣刀切削锥体，所述铣刀切削锥体的底端固定连接有铣刀下球头，所述铣刀切削锥体与铣刀下球头的侧面设有切削刃口；本发明通过设有铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体、铣刀下球头，铣刀下球头转动时为球头，铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体为鼓形，鼓形的铣刀进行待加工件的铣型时，且便于进行复杂表面的铣型，铣刀下球头作为切入点进行切入时更加平稳，表面清洁度高，因此可以稳定的进行复杂结构的切削工作，不易对铣刀自身造成损伤，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及数控铣刀技术领域，更具体地涉及一种球头鼓形数控铣刀及其制备工艺。
背景技术
铣刀是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具，铣削加工工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量，铣刀主要用于在数控机床上加工成形表面和切断工件等，铣刀具有高硬度和耐磨性，在常温下，切削部分材料必须具备足够的硬度才能切入工件，具有高的耐磨性，刀具才不磨损，延长使用寿命；
铣刀可分为圆柱形铣刀、立铣刀、面铣刀、角度铣刀的等，圆柱形铣刀的刀齿分布在铣刀的圆周上分布刀尺，适合于粗加工，立铣刀适用于加工沟槽等，铣刀可以根据使用的场景和用途，进行组装，从而提高工作效率以及产品的适用性，因此通过设有不同种的铣刀来满足不同的切削要求，但是传统的铣刀存在以下问题：
如公告号为CN10745680B的一种大螺旋角硬质合金型线铣刀，由于其为平面，因此与待加工件接触时，铣刀自身受力较大，会发动抖动，因此易损坏，圆柱形铣刀仅能进行钻孔以及平台铣型，鼓形的铣刀在进行切削时，由于其下方具有一定的角度，配合刀具以及零件的角度调节，可以进行复杂结构的切削工作；
铣刀在进行切削时，由于铣刀的刃口直接与零件进行接触，因此铣刀的刃口自身磨损较为严重，铣刀的寿命较短，因此铣刀在进行制造时，哪怕是进行热处理或者镀膜处理后，其耐磨性仍十分有限，在使用一段时间后仍易发生磨损而无法切削的情况。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施条例提供一种球头鼓形数控铣刀及其制备工艺，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种球头鼓形数控铣刀，包括铣刀夹持刀柄，所述铣刀夹持刀柄的底端固定连接有连接段，所述连接段的底端固定连接有铣刀上椎体，所述铣刀上椎体的底端固定连接有铣刀连接块，所述铣刀连接块的底端固定连接有铣刀切削锥体，所述铣刀切削锥体的底端固定连接有铣刀下球头，所述铣刀切削锥体与铣刀下球头的侧面设有切削刃口，所述铣刀切削锥体与铣刀下球头的切削刃口相连，所述铣刀下球头的直径与铣刀切削锥体底端的直径相同，所述铣刀下球头的切削刃口转动时轨迹为半球体，所述铣刀切削锥体的切削刃口转动时为圆锥形；
所述铣刀上椎体的顶端固定连接有支撑台，所述支撑台的顶端固定连接有限位块，所述铣刀夹持刀柄的底端开设有与限位块相适配的安装槽，所述限位块与铣刀夹持刀柄的侧面均开设有螺纹孔，所述限位块与铣刀夹持刀柄的螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆的侧面螺纹连接有螺母。
在一个优选的实施方式中，所述铣刀切削锥体除刃口外的形状与所述铣刀上椎体关于铣刀连接块的中心面呈镜像对称，所述铣刀上椎体与所述铣刀切削锥体形状大小相同，且所述铣刀上椎体的底端直径为顶端直径的一点五倍，所述铣刀上椎体与铣刀切削锥体的长度为铣刀连接块长度的五倍。
在一个优选的实施方式中，所述铣刀连接块的侧面可设有刀刃，所述铣刀连接块加上其刀刃的直径小于铣刀切削锥体顶端直径加上其刃口的直径，所述铣刀上椎体与铣刀连接块连接处的一周设有圆角，所述铣刀连接块设有刃口时，所述铣刀连接块需进行涂层处理。
在一个优选的实施方式中，所述螺纹杆的数量为两个，两个所述螺纹杆分别位于限位块的两侧，且螺纹杆均不经过限位块的中间轴线，两个所述螺纹杆呈上下分布，且所述限位块远离螺纹杆的交点位置开设有与限位杆相适配的限位孔。
一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、首先进行下料，选择直径为铣刀连接块宽度一点五倍宽度的棒料进行打磨，将打磨后的棒料进行切割，使其长度符合铣刀的整体长度后，进行倒角；
步骤S2、将步骤S1中倒角后的棒料进行段差，在棒料上加工出大体的形状，并将加工出大体形状的棒料进行精加工，使其符合铣刀的尺寸要求；
步骤S3，将步骤S2中精加工后的铣刀进行抛光钝化，圆滑平整铣刀的刃口，并将光滑的铣刀进行清洗；
步骤S4、将步骤S3中清洗干净的铣刀表面进行涂层处理，涂层处理后进行检验，检测合格的铣刀为成品铣刀。
在一个优选的实施方式中，所述棒料分段时分为铣刀夹持刀柄、铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体、铣刀下球头五段，铣刀夹持刀柄、铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体、铣刀下球头均需进行分开加工，各段连接处均需进行打磨以及开设圆角。
在一个优选的实施方式中，所述铣刀刀体的倒角设置在铣刀精加工的开刃前，抛光钝化需设置在精加工之后，加工出刃口的铣刀在进行清洗后，需要再次进行打磨与抛光。
在一个优选的实施方式中，铣刀涂层的制备过程为喷砂、清洗、真空烘干、等离子镀膜，所述铣刀的表面涂层为AlTiN/AlCrN复合涂层，AlTiN/AlCrN复合涂层镀在铣刀切削锥体以及铣刀下球头的表面，真空烘干的温度为160℃，时间为90分钟。
在一个优选的实施方式中，所述铣刀的检测包括表面粗糙度检测、显微硬度检测以及膜基结合力检测，表面粗糙度检测方式为：将铣刀固定在V型槽内，在铣刀切削锥体与铣刀下球头的侧面分别取5个点，取其平均值，所述铣刀的表面粗粗度在Ra0.10及Ra0.10以内，所述显微硬度检测方式为：在载荷50g下的表面显微维氏硬度，检测的点同样取五点的平均值，且五点的维氏硬度平均值在3000HV0.05及3000HV0.05以上。
在一个优选的实施方式中，所述膜基结合力检测包括划痕检测与压痕检测，所述划痕检测在自动划痕机上，检测次数为5次，检测长度为5mm，终止载荷为100N，没有波峰波谷波动为合格铣刀，所述压痕检测分别在50kgf、100kgf以及150kgf下进行3次检测，没有涂层剥落为合格铣刀。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过设有铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体、铣刀下球头，铣刀下球头转动时为球头，铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体为鼓形，鼓形的铣刀进行待加工件的铣型时，且便于进行复杂表面的铣型，铣刀下球头作为切入点进行切入时更加平稳，表面清洁度高，因此可以稳定的进行复杂结构的切削工作，不易对铣刀自身造成损伤，延长其使用寿命；
2、本发明通过在铣刀下球头与铣刀下球头的表面设有AlTiN/AlCrN复合涂层，采用AlTiN/AlCrN复合涂层，大部分的AlTiN涂层与少部分的AlCrN涂层交替沉积，从而会阻碍晶体之间的位错运动，因此涂层会有较高的硬度以及耐磨性，因此铣刀的刃口不易磨损，刃口能够保持标准尺寸较长的时间，可以避免刃口出现磨损后加工出不符合尺寸要求的加工件；
3、本发明通过对铣刀进行表面粗糙度检测、显微硬度检测以及膜基结合力检测，面粗糙度保证铣刀表面足够光滑，便于进行排屑，而表面显微维氏硬度使其表面具有足够的硬度满足切削的要求，使其不易损坏，采用膜基结合力检测，可以了解涂层的厚度以及结合力，了解刀具使用时的磨损情况，便于推算刀具的使用寿命，可以及时进行刀具的更换；
4、本发明通过设有铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体，铣刀上椎体、铣刀连接块、铣刀切削锥体之间组合为鼓形，因此下方的铣刀切削锥体可以进行切削铣型，而上方的铣刀切削锥体起到避位的效果，防止刀具与零件之间相互倾斜时会对零件造成损伤，铣刀连接块起到连接铣刀上椎体与铣刀切削锥体的效果，保证铣刀上椎体与铣刀切削锥体之间连接足够紧密。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的连接段内部结构示意图。
图3为本发明的整体加工流程示意图。
附图标记为：1、铣刀夹持刀柄；2、铣刀上椎体；3、铣刀连接块；4、铣刀切削锥体；5、铣刀下球头；6、连接段；601、支撑台；602、限位块；603、限位杆；604、螺纹杆；605、螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的一种球头鼓形数控铣刀及其制备工艺并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明提供了一种球头鼓形数控铣刀，包括铣刀夹持刀柄1，铣刀夹持刀柄1的底端固定连接有铣刀上椎体2，铣刀上椎体2的底端固定连接有铣刀连接块3，铣刀连接块3的底端固定连接有铣刀切削锥体4，铣刀切削锥体4的底端固定连接有铣刀下球头5，铣刀切削锥体4与铣刀下球头5的侧面设有切削刃口，铣刀切削锥体4与铣刀下球头5的切削刃口相连，铣刀下球头5的直径与铣刀切削锥体4底端的直径相同，铣刀下球头5的切削刃口转动时轨迹为半球体，铣刀切削锥体4的切削刃口转动时为圆锥形。
本申请实施例中，铣刀上椎体2、铣刀连接块3、铣刀切削锥体4为鼓形，鼓形的铣刀进行待加工件的铣型时，通过其下方的铣刀切削锥体4进行切削铣型，能够进行复杂表面的铣型，而铣刀切削锥体4进行切削工作时，铣刀下球头5作为切入点，铣刀下球头5自身为球形，且表面清洁度高，因此进行切入时更加平稳，因此可以稳定的进行复杂结构的切削工作，不易对铣刀自身造成损伤，从而延长铣刀的使用寿命。
参照图1，铣刀上椎体2为圆锥体，铣刀切削锥体4除刃口外的形状与铣刀上椎体2关于铣刀连接块3的中心面呈镜像对称，铣刀上椎体2与铣刀切削锥体4形状大小相同，且铣刀上椎体2的底端直径为顶端直径的一点五倍，铣刀上椎体2与铣刀切削锥体4的长度为铣刀连接块3长度的五倍，铣刀上椎体2、铣刀连接块3、铣刀切削锥体4之间组合为鼓形，因此下方的铣刀切削锥体4可以进行切削铣型，而上方的铣刀切削锥体4起到避位的效果，防止刀具与零件之间相互倾斜时会对零件造成损伤，铣刀连接块3起到连接铣刀上椎体2与铣刀切削锥体4的效果，保证铣刀上椎体2与u铣刀切削锥体4之间连接足够紧密。
参照图1，铣刀连接块3的侧面可设有刀刃，铣刀连接块3加上其刀刃的直径小于铣刀切削锥体4顶端直径加上其刃口的直径，铣刀上椎体2与铣刀连接块3连接处的一周设有圆角，铣刀连接块3设有刃口时，铣刀连接块3需进行涂层处理。
本申请实施例中，铣刀连接块3的侧面开设有刃口，可以辅助铣刀切削锥体4进行切削，而铣刀连接块3加上其刃口的直径小于铣刀切削锥体4顶端加上其刃口的直径，因此当刀具与零件之间相互倾斜，通过铣刀切削锥体4的表面进行切削时，铣刀连接块3不会与零件的侧面接触而对零件造成损伤，此外，需要说明的是，铣刀连接块3的侧面是否设有刃口可根据加工需求进行自由选择，设有刃口时其加工方式与铣刀切削锥体4与铣刀下球头5保持一致。
参照图2，铣刀上椎体2的顶端固定连接有支撑台601，支撑台601的顶端固定连接有限位块602，铣刀夹持刀柄1的底端开设有与限位块602相适配的安装槽，限位块602与铣刀夹持刀柄1的侧面均开设有螺纹孔，限位块602与铣刀夹持刀柄1的螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆604，螺纹杆604的侧面螺纹连接有螺母605，螺纹杆604的数量为两个，两个螺纹杆604分别位于限位块602的两侧，且螺纹杆604均不经过限位块602的中间轴线，两个螺纹杆604呈上下分布，且限位块602远离螺纹杆604的交点位置开设有与限位杆603相适配的限位孔。
本申请实施例中，当铣刀的切削段出现损坏时，传统的方式仅能将铣刀进行整体的更换，而本申请可以将旧的切削段进行更换，此时将新的限位块602插入到1的安装槽内，限位杆603进入到限位杆603的限位孔内，并通过两组螺纹杆604与螺母605将限位块602固定，即可完成更换，采用两个螺纹杆604与螺母605进行固定，可以提高连接的牢固程度，而螺纹杆604之间不在中心轴线上，因此有足够的空间容纳限位杆603。
参照图3，一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、首先进行下料，选择直径为铣刀连接块3宽度一点五倍宽度的棒料进行打磨，将打磨后的棒料进行切割，使其长度符合铣刀的整体长度后，进行倒角；
步骤S2、将步骤S1中倒角后的棒料进行段差，在棒料上加工出大体的形状，并将加工出大体形状的棒料进行精加工，使其符合铣刀的尺寸要求；
步骤S3，将步骤S2中精加工后的铣刀进行抛光钝化，圆滑平整铣刀的刃口，并将光滑的铣刀进行清洗；
步骤S4、将步骤S3中清洗干净的铣刀表面进行涂层处理，涂层处理后进行检验，检测合格的铣刀为成品铣刀。
参照图1与图2，棒料分段时分为铣刀夹持刀柄1、铣刀上椎体2、铣刀连接块3、铣刀切削锥体4、铣刀下球头5五段，铣刀夹持刀柄1、铣刀上椎体2、铣刀连接块3、铣刀切削锥体4、铣刀下球头5均需进行分开加工，各段连接处均需进行打磨以及开设圆角，铣刀夹持刀柄1、铣刀上椎体2、铣刀连接块3、铣刀切削锥体4、铣刀下球头5五段的形状各不相同，因此需进行单独加工，保证其加工精度，各部分的连接处之间开设圆角并进行打磨后，当进行切削时，切屑不易卡在两部分之间，便于进行排屑。
进一步的，铣刀刀体的倒角设置在铣刀精加工的开刃前，抛光钝化需设置在精加工之后，加工出刃口的铣刀在进行清洗后，需要再次进行打磨与抛光，倒角在精加工开刃前，可以保护刀刃，而精加工时，而经刃磨后的铣刀存在不少的刃口微观缺口，此时进行抛光钝化，可以圆滑平整铣刀刃口，防止在铣削过程中，因刀刃微缺口扩展造成的铣刀磨损和破坏。
进一步的，铣刀涂层的制备过程为喷砂、清洗、真空烘干、等离子镀膜，铣刀的表面涂层为AlTiN/AlCrN复合涂层，AlTiN/AlCrN复合涂层镀在铣刀切削锥体4以及铣刀下球头5的表面，真空烘干的温度为160℃，时间为90分钟，多弧离子镀的离化率高、沉积速率快，膜基结合力强度好，采用AlTiN/AlCrN复合涂层，大部分的AlTiN涂层与少部分的AlCrN涂层交替沉积，从而会阻碍晶体之间的位错运动，因此涂层会有较高的硬度以及耐磨性。
进一步的，膜基结合力检测包括划痕检测与压痕检测，划痕检测在自动划痕机上，检测次数为5次，检测长度为5mm，终止载荷为100N，没有波峰波谷波动为合格铣刀，压痕检测分别在50kgf、100kgf以及150kgf下进行3次检测，没有涂层剥落为合格铣刀，通过采用划痕检测与压痕检测两种方式，可以了解涂层的厚度以及结合力，便于推算刀具的使用寿命。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施条例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种球头鼓形数控铣刀，包括铣刀夹持刀柄(1)，其特征在于：所述铣刀夹持刀柄(1)的底端固定连接有连接段(6)，所述连接段(6)的底端固定连接有铣刀上椎体(2)，所述铣刀上椎体(2)的底端固定连接有铣刀连接块(3)，所述铣刀连接块(3)的底端固定连接有铣刀切削锥体(4)，所述铣刀切削锥体(4)的底端固定连接有铣刀下球头(5)，所述铣刀切削锥体(4)与铣刀下球头(5)的侧面设有切削刃口，所述铣刀切削锥体(4)与铣刀下球头(5)的切削刃口相连，所述铣刀下球头(5)的直径与铣刀切削锥体(4)底端的直径相同，所述铣刀下球头(5)的切削刃口转动时轨迹为半球体，所述铣刀切削锥体(4)的切削刃口转动时为圆锥形；
所述铣刀上椎体(2)的顶端固定连接有支撑台(601)，所述支撑台(601)的顶端固定连接有限位块(602)，所述铣刀夹持刀柄(1)的底端开设有与限位块(602)相适配的安装槽，所述限位块(602)与铣刀夹持刀柄(1)的侧面均开设有螺纹孔，所述限位块(602)与铣刀夹持刀柄(1)的螺纹孔内螺纹连接有螺纹杆(604)，所述螺纹杆(604)的侧面螺纹连接有螺母(605)；
所述螺纹杆(604)的数量为两个，两个所述螺纹杆(604)分别位于限位块(602)的两侧，且螺纹杆(604)均不经过限位块(602)的中间轴线，两个所述螺纹杆(604)呈上下分布，且所述限位块(602)远离螺纹杆(604)的交点位置开设有与限位杆(603)相适配的限位孔，当铣刀的切削段出现损坏时，此时将新的限位块(602)插入到安装槽内，限位杆(603)进入到限位杆(603)的限位孔内，并通过两组螺纹杆(604)与螺母(605)将限位块(602)固定，即可完成更换，采用两个螺纹杆(604)与螺母(605)进行固定，可以提高连接的牢固程度，而螺纹杆(604)之间不在中心轴线上，因此有足够的空间容纳限位杆(603)。
2.根据权利要求1所述的一种球头鼓形数控铣刀，其特征在于：所述铣刀上椎体(2)为圆锥体，所述铣刀切削锥体(4)除刃口外的形状与所述铣刀上椎体(2)关于铣刀连接块(3)的中心面呈镜像对称，所述铣刀上椎体(2)与所述铣刀切削锥体(4)形状大小相同，且所述铣刀上椎体(2)的底端直径为顶端直径的一点五倍，所述铣刀上椎体(2)与铣刀切削锥体(4)的长度为铣刀连接块(3)长度的五倍。
3.根据权利要求1所述的一种球头鼓形数控铣刀，其特征在于：所述铣刀连接块(3)的侧面可设有刀刃，所述铣刀连接块(3)加上其刀刃的直径小于铣刀切削锥体(4)顶端直径加上其刃口的直径，所述铣刀上椎体(2)与铣刀连接块(3)连接处的一周设有圆角，所述铣刀连接块(3)设有刃口时，所述铣刀连接块(3)需进行涂层处理。
4.根据权利要求1所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、首先进行下料，选择直径为铣刀连接块(3)宽度一点五倍宽度的棒料进行打磨，将打磨后的棒料进行切割，使其长度符合铣刀的整体长度后，进行倒角；
步骤S2、将步骤S1中倒角后的棒料进行段差，在棒料上加工出大体的形状，并将加工出大体形状的棒料进行精加工，使其符合铣刀的尺寸要求；
步骤S3，将步骤S2中精加工后的铣刀进行抛光钝化，圆滑平整铣刀的刃口，并将光滑的铣刀进行清洗；
步骤S4、将步骤S3中清洗干净的铣刀表面进行涂层处理，涂层处理后进行检验，检测合格的铣刀为成品铣刀。
5.根据权利要求4所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于：棒料分段时分为铣刀夹持刀柄(1)、铣刀上椎体(2)、铣刀连接块(3)、铣刀切削锥体(4)、铣刀下球头(5)五段，铣刀夹持刀柄(1)、铣刀上椎体(2)、铣刀连接块(3)、铣刀切削锥体(4)、铣刀下球头(5)均需进行分开加工，各段连接处均需进行打磨以及开设圆角。
6.根据权利要求4所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于：所述铣刀刀体的倒角设置在铣刀精加工的开刃前，抛光钝化需设置在精加工之后，加工出刃口的铣刀在进行清洗后，需要再次进行打磨与抛光。
7.根据权利要求4所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于：铣刀涂层的制备过程为喷砂、清洗、真空烘干、等离子镀膜，所述铣刀的表面涂层为AlTiN/AlCrN复合涂层，AlTiN/AlCrN复合涂层镀在铣刀切削锥体(4)以及铣刀下球头(5)的表面，真空烘干的温度为160℃，时间为90分钟。
8.根据权利要求4所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于：所述铣刀的检测包括表面粗糙度检测、显微硬度检测以及膜基结合力检测，表面粗糙度检测方式为：将铣刀固定在V型槽内，在铣刀切削锥体(4)与铣刀下球头(5)的侧面分别取5个点，取其平均值，所述铣刀的表面粗粗度在Ra0.10及Ra0.10以内，所述显微硬度检测方式为：在载荷50g下的表面显微维氏硬度，检测的点同样取五点的平均值，且五点的维氏硬度平均值在3000HV0.05及3000HV0.05以上。
9.根据权利要求8所述的一种球头鼓形数控铣刀的制备工艺，其特征在于：所述膜基结合力检测包括划痕检测与压痕检测，所述划痕检测在自动划痕机上，检测次数为5次，检测长度为5mm，终止载荷为100N，没有波峰波谷波动为合格铣刀，所述压痕检测分别在50kgf、100kgf以及150kgf下进行3次检测，没有涂层剥落为合格铣刀。
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