CN118123094A - 一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具，包括上下刃部，上刃部包括底端安装有两个周向上均布的上斜刃刀头的本体，本体设有中心轴向孔；下刃部包括穿入至中心轴向孔内、与本体固定、轴向位置可调的导向杆；导向杆的底端安装有两组分别包括一个直刃刀头和一个下斜刃刀头的下刀头，直刃刀头和下斜刃刀头沿周向间隔交错均匀分布；刀具轴向上直刃刀头位于上斜刃刀头和下斜刃刀头之间，上斜刃刀头和下斜刃刀头的主切削刃呈上下相对布置、且主切削刃与刀具轴线之间具有夹角；刀具旋转方向同一组下刀头中下斜刃刀头位于直刃刀头的上游，两个上斜刃刀头与两个下斜刃刀头位置一致。可一次铣削实现无毛刺、撕裂等损伤。

Description

一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具

技术领域

本发明涉及加工碳纤维增强复合材料毛刺抑制加工刀具，特别涉及碳纤维增强复合材料侧铣时毛刺抑制的铣削刀具。

背景技术

随着碳纤维增强复合材料在航空航天、汽车等领域的应用日益广泛，其高效率、低损伤加工需求也在不断增长。在碳纤维增强复合材料板铣边加工中，由于上下表面附近属于半约束状态，在加工时碳纤维不易切断，容易产生毛刺，且与金属铣削产生的毛刺不同，碳纤维复合材料的毛刺还易引起撕裂的产生，需特定去毛刺工序。因此实现无毛刺铣边对于碳纤维复合材料高效率低损伤加工具有重要意义。

为解决上述问题，国内外研究人员已开展了相关研究。例如：公布日为2022年5月27日，公布号为CN114535676A的专利文献中公开了一种可抑制毛刺的加工刀具，包括相连接的切削部和柄部，所述切削部的自由端设为底端，所述柄部的自由端设为顶端，由底端向顶端方向螺旋设有第一切削刃及与所述第一切削刃匹配的第一排屑槽，所述第一切削刃与所述柄部之间设有第二切削刃，所述第一排屑槽朝所述柄部方向延伸形成与所述第二切削刃匹配的第二排屑槽，第二切削刃与柄部的中心轴之间的夹角为-10℃至5℃。借助螺旋状结构的第一切削刃提供径向力实现切削，第二切削刃进行水平切削以阻止毛刺逃避被切削的机会，将毛刺切削，从而实现抑制毛刺的发生。该技术方案提出了通过立铣刀不同部分具有不同螺旋角的结构而抑制毛刺，但仅通过小螺旋角刀刃阻止毛刺逃避，并未改善上下表面材料的半约束状态。再如：公布号为CN106312156A，公布日为2017年1月11日的专利文献中公开了一种抑制碳纤维层合板铣削毛刺的切削角度获取方法，主要包括构建碳纤维层合板铣削毛刺与切削力角度的计算模型，获得切削力平行于碳纤维层的切削角度，并以此为基础通过设计正交实验，对指定工艺条件下的毛刺缺陷进行对比，选取有效抑制碳纤维层合板铣削毛刺的切削角度。该技术方案利用刀具侧倾铣削的加工方法来抑制毛刺的产生，但侧倾角的存在使得工件上具有较大的倾斜表面，消除加工倾斜角度需增加工序，降低了加工效率，且新工序的引入可能还会产生毛刺。因此，目前仍然缺少碳纤维增强复合材料高效率少毛刺甚至无毛刺铣边的切削刀具。

发明内容

针对上述现有技术，本发明旨在解决现有碳纤维复合材料铣边刀具易产生毛刺、撕裂等损伤，严重影响加工效率和加工质量的问题，提供一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具，可一次铣削实现无毛刺、撕裂等损伤。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具，包括上刃部和下刃部，所述上刃部包括本体，所述本体的底端设有第一刀头安装座，所述第一刀头安装座上安装有两个周向上均布的上斜刃刀头，所述本体内、自所述第一刀头安装座的底部至本体的中上部设有中心轴向孔；所述下刃部包括导向杆，所述导向杆穿入至所述中心轴向孔内、与所述上刃部的本体固定、并可以调整轴向位置；所述导向杆的底端设有第二刀头安装座，所述第二刀头安装座上安装有两组下刀头，每组下刀头包括一个直刃刀头和一个下斜刃刀头；两组下刀头中的两个直刃刀头和两个下斜刃刀头沿周向间隔交错均匀分布；

在铣削刀具的轴向上，所述直刃刀头位于所述上斜刃刀头和所述下斜刃刀头之间，所述上斜刃刀头和所述下斜刃刀头的主切削刃呈上下相对布置、且主切削刃与刀具轴线之间的夹角均为θ，θ＝45°～60°；在铣削刀具的旋转方向上，同一组下刀头中，所述下斜刃刀头位于所述直刃刀头的上游，两个上斜刃刀头与两个下斜刃刀头位置一致。

进一步讲，本发明所述的的铣削刀具，其中：

所述本体外表面上、位于所述中心轴向孔的上部处设有与轴线平行的平面，所述平面上设有两个与所述中心轴向孔径向贯通的第一螺纹孔；所述本体上、在位于所述第一刀头安装座的上方位置设有两个沿周向均布的导向槽和两个沿周向均布的矩形槽；所述直刃刀头嵌装在所述导向槽内，所述矩形槽的槽底部设有与所述中心轴向孔径向贯通的第二螺纹孔；所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔内均设有紧固螺栓，所述紧固螺栓顶紧均在所述导向杆上，从而实现所述下刃部与上刃部的固定，同时，所述下刃部的轴向位置可以调整。

所述上斜刃刀头和所述下斜刃刀头的前面为弧形面。

所述导向杆上、沿轴向设有刻度，用于调整、确定所述下刃部的轴向位置。

所述上斜刃刀头下侧刀尖处至所述导向杆轴线的半径为R1，所述下斜刃刀头上侧刀尖处至所述导向杆轴线的半径为R1，所述直刃刀头主切削刃至所述导向杆轴线的半径为R2，R1-R2＝t，t＝0.1～0.7mm；所述直刃刀头的长度为L，L＝10-30mm。

所述上刃部配备有多种不同R2值的上斜刃刀头，对于下刃部配备有多种不同R2的直刃刀头和多种不同R1的下斜刃刀头；同一铣削加工过程中，上斜刃刀头和下斜刃刀头的R1值相同。

所述上斜刃刀头通过机夹方式安装于第一刀头安装座上；所述下斜刃刀头、直刃刀头均分别通过机夹方式安装于第二刀头安装座上。

所述上斜刃刀头下侧刀尖处至所述导向杆轴线的半径为R1，所述下斜刃刀头上侧刀尖处至所述导向杆轴线的半径为R1，所述上斜刃刀头与下斜刃刀头相互之间外侧刀尖的距离为H，被加工的工件的厚度为T，T<H≤T+(R2-R1)·ctgθ；通过调整所述下刃部的轴向位置，实现不同厚度板零件的无毛刺铣边加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明的铣削刀具设计有直刃和斜刃，采用该刀具进行复合材料等薄板零件铣边加工时，直刃、斜刃交错进行切削，可以采用两种方式进行铣削加工，一是：先利用直刃切削待切除材料，此时上下边缘会有毛刺，再利用斜刃对上下边缘范围内进行倒角加工，以去除毛刺。二是，先用斜刃完成待切削区域的倒角加工，然后，再利用直刃去除待切除的剩余材料，由于边缘的倒角宽度略大于铣削宽度，因此，在保证倒角面的情形下不会产生毛刺。本发明刀具的直刃可切除大部分所要切除的材料，而斜刃可去除边缘的毛刺，可一道工序满足加工要求的薄壁、薄板类零件无毛刺铣边要求。且可根据工件厚度的不同，调整两个斜刃之间的距离，具有一刀多用的功能。

附图说明

图1是本发明铣削刀具的整体结构示意图；

图2是图1中所示刀具的上刃部的立体结构示意图；

图3是图2所示上刃部的另一视角的立体结构示意图；

图4是图2中所示上刃部的主视图；

图5是图4所示上刃部的侧视图；

图6是图1中所示下刃部的结构示意图；

图7是图6所示下刃部的横剖面放大图；

图8是铣削刀具的斜刃切削去除工件上下边缘毛刺时存在的2种切削状态示意图；

图9是铣削刀具的直刃切削时的2种切削状态示意图。

图中：

1-上刃部 11-上斜刃刀头 12-导向槽

13-第一螺纹孔 14-紧固螺栓 15-中心轴向孔

16-第一刀头安装座 2-下刃部 21-下斜刃刀头

22-直刃刀头 23-导向杆 24-矩形槽

25-第二螺纹孔 26-第二刀头安装座

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出的一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具，包括上刃部1和下刃部2。如图1和图2所示，所述上刃部1包括本体，所述本体的底端设有第一刀头安装座16，所述第一刀头安装座16上安装有两个周向上均布的上斜刃刀头11，所述本体内、自所述第一刀头安装座16的底部至本体的中上部设有中心轴向孔15，所述本体外表面上、位于所述中心轴向孔15的上部处设有与轴线平行的平面，所述平面上设有两个与所述中心轴向孔15径向贯通的第一螺纹孔13。

如图6和图7所示，所述下刃部2包括导向杆23，所述导向杆23穿入至所述中心轴向孔15内、与所述上刃部1的本体固定、并可以调整轴向位置；所述导向杆23的底端设有第二刀头安装座26，所述第二刀头安装座26上安装有两组下刀头，每组下刀头包括一个直刃刀头22和一个下斜刃刀头21；两组下刀头中的两个直刃刀头22和两个下斜刃刀头21沿周向间隔交错均匀分布。

如图1至图5，所述本体上、在位于所述第一刀头安装座16的上方位置设有两个沿周向均布的导向槽12和两个沿周向均布的矩形槽24；所述直刃刀头22嵌装在所述导向槽12内，所述矩形槽24的槽底部设有与所述中心轴向孔15径向贯通的第二螺纹孔25。

将导向杆23插入中心轴向孔15后，在两个第一螺纹孔13分别旋入紧固螺栓14，所述紧固螺,14顶紧在所述导向杆23上，在所述第二螺纹孔25内旋入紧固螺栓，该紧固螺栓顶紧在直刃刀头上，从而实现所述下刃部2与上刃部1的固定。由于在安装导向杆23时，可根据加工件的厚度进行调整，因此，可以方便的确定下刃部2的位置。

在铣削刀具的轴向上，所述直刃刀头22位于所述上斜刃刀头11和所述下斜刃刀头21之间，所述上斜刃刀头11和所述下斜刃刀头21的主切削刃呈上下相对布置、且主切削刃与刀具轴线之间的夹角均为θ，θ＝45°～60°。

在铣削刀具的旋转方向上，同一组下刀头中，所述下斜刃刀头21位于所述直刃刀头22的上游，两个上斜刃刀头11与两个下斜刃刀头12位置一致。

如图6所示，所述导向杆23上、沿轴向设有刻度，用于调整、确定所述下刃部2的轴向位置。如图7所示，所述上斜刃刀头11和所述下斜刃刀头21的前面为弧形面。

如图8和图9所示，所述上斜刃刀头11下侧刀尖处至所述导向杆23轴线的半径为R1，所述下斜刃刀头21上侧刀尖处至所述导向杆23轴线的半径为R1，所述直刃刀头22主切削刃至所述导向杆23轴线的半径为R2，R1-R2＝t，t＝0.1～0.7mm；所述直刃刀头22的长度为L，L＝10-30mm。所述上斜刃刀头11与下斜刃刀头21相互之间外侧刀尖的距离为H，被加工的工件的厚度为T，T<H≤T+(R2-R1)·ctgθ；通过调整所述下刃部2的轴向位置，实现不同厚度板零件的无毛刺铣边加工。

本发明中，所述上刃部1可以配备有多种不同R2值的上斜刃刀头21，对于下刃部2配备有多种不同R2的直刃刀头22和多种不同R1的下斜刃刀头22；同一铣削加工过程中，上斜刃刀头21和下斜刃刀头22的R1值相同。

本发明中，所述上斜刃刀头11通过机夹方式安装于第一刀头安装座16上；所述下斜刃刀头21、直刃刀头22均分别通过机夹方式安装于第二刀头安装座26上。

实施例：以加工碳纤维增强复合材料薄壁、薄板类零件侧面无毛刺铣削加工为例，

如图8和9所示，下斜刃刀头21外侧刀尖处所在圆的直径为R1，直刃刀头22刀刃所在圆直径为R2，直刃长度为L，下刃部2直刃刀头22在导向杆23导向作用下插入上刃部1的导向槽12，且导向杆23表面有刻度；上斜刃刀头11与刀具轴线的夹角及下斜刃刀具21与刀具轴线的夹角均为θ，上斜刃刀头11和下斜刃刀具21两者的方向是相对对称的，直刃刀头的长度L为20mm；两个下斜刃刀头21与两个直刃刀头22之间沿周向交错均匀分布。上刃部1中上斜刃刀头11通过机夹方式安装于上刃部1本体上，同样的，下刃部2中下斜刃刀头21、直刃刀头22也是通过机夹方式安装于下刃部2本体上。本实施例中θ＝60°。下斜刃刀头21外侧刀尖处所在圆的直径R1与直刃刀头22刀刃所在圆的直径R2存在以下关系：R1-R2＝0.2mm；上斜刃刀头11与下斜刃刀头21外侧刀尖之间的距离为H，H与加工工件厚度T之间存在以下关系：T<H≤T+(R2-R1)·ctgθ。通过上刃部1和下刃部2的在轴向相对位置的改变，实现不同厚度板的无毛刺铣削。

本实施例中，上刃部1的斜刃与下刃部2的斜刃和直刃在三维空间均对称布置，在完成薄壁、薄板类零件侧面材料去除的同时，还可抵消铣刀在铣削过程中对工件的轴向力，进而减少毛刺的产生。本发明的铣削刀具加工碳纤维增强复合材料薄壁、薄板类零件侧面时，直刃、斜刃交错进行切削。存在两种情形：第一种如图9右侧示出的情形1a，直刃刀头22先对待切除材料切削，此时工件的上下边缘会有毛刺；下一步如图8右侧示出的情形1b，上下斜刃刀具11和21会对工件的上下边缘微小范围内进行倒角作用，去除毛刺。第二种情况，如图8左侧示出的情形2a，上下斜刃刀具11和21先完成带切削区域倒角作用，下一步如图9左侧示出的情形2b，直刃刀头22再去除剩余材料，由于边缘的倒角宽度略大于铣削宽度，此时也不会产生毛刺，也不会有大的倒角面。因此，本发明刀具的上刃部1和下刃部2的斜刃刀头在碳纤维增强复合材料薄壁、薄板类零件侧面无毛刺铣削过程中完成侧面的上下边缘的微量去除，下刃部2的直刃刀头22完成剩余材料的去除，一次性加工，可一道工序满足加工要求的薄壁、薄板类零件无毛刺铣边要求，提高铣削效率。本发明可根据工件厚度的不同，调整斜刃之间的距离，具有一刀多用的功能。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种可抑制碳纤维增强复合材料毛刺的铣削刀具，包括上刃部(1)和下刃部(2)，

所述上刃部(1)包括本体，所述本体的底端设有第一刀头安装座(16)，所述第一刀头安装座(16)上安装有两个周向上均布的上斜刃刀头(11)，所述本体内、自所述第一刀头安装座(16)的底部至本体的中上部设有中心轴向孔(15)；

所述下刃部(2)包括导向杆(23)，所述导向杆(23)穿入至所述中心轴向孔(15)内、与所述上刃部(1)的本体固定、并可以调整轴向位置；所述导向杆(23)的底端设有第二刀头安装座(26)，所述第二刀头安装座(26)上安装有两组下刀头，每组下刀头包括一个直刃刀头(22)和一个下斜刃刀头(21)；两组下刀头中的两个直刃刀头(22)和两个下斜刃刀头(21)沿周向间隔交错均匀分布；

在铣削刀具的轴向上，所述直刃刀头(22)位于所述上斜刃刀头(11)和所述下斜刃刀头(21)之间，所述上斜刃刀头(11)和所述下斜刃刀头(21)的主切削刃呈上下相对布置、且主切削刃与刀具轴线之间的夹角均为θ，θ＝45°～60°；

在铣削刀具的旋转方向上，同一组下刀头中，所述下斜刃刀头(21)位于所述直刃刀头(22)的上游，两个上斜刃刀头(11)与两个下斜刃刀头(21)位置一致。

2.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述本体外表面上、位于所述中心轴向孔(15)的上部处设有与轴线平行的平面，所述平面上设有两个与所述中心轴向孔(15)径向贯通的第一螺纹孔(13)；所述本体上、在位于所述第一刀头安装座(16)的上方位置设有两个沿周向均布的导向槽(12)和两个沿周向均布的矩形槽(24)；所述直刃刀头(22)嵌装在所述导向槽(12)内，所述矩形槽(24)的槽底部设有与所述中心轴向孔(15)径向贯通的第二螺纹孔(25)；所述第一螺纹孔(13)和所述第二螺纹孔(25)内均设有紧固螺栓，所述紧固螺栓顶紧均在所述导向杆(23)上，从而实现所述下刃部(2)与上刃部(1)的固定，同时，所述下刃部(2)的轴向位置可以调整。

3.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述上斜刃刀头(11)和所述下斜刃刀头(21)的前面为弧形面。

4.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述导向杆(23)上、沿轴向设有刻度，用于调整、确定所述下刃部(2)的轴向位置。

5.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述上斜刃刀头(11)下侧刀尖处至所述导向杆(23)轴线的半径为R1，所述下斜刃刀头(21)上侧刀尖处至所述导向杆(23)轴线的半径为R1，所述直刃刀头(22)主切削刃至所述导向杆(23)轴线的半径为R2，R1-R2＝t，t＝0.1～0.7mm；所述直刃刀头(22)的长度为L，L＝10-30mm。

6.根据权利要求6所述的铣削刀具，其特征在于，所述上刃部(1)配备有多种不同R2值的上斜刃刀头(21)，对于下刃部(2)配备有多种不同R2的直刃刀头(22)和多种不同R1的下斜刃刀头(22)；同一铣削加工过程中，上斜刃刀头(21)和下斜刃刀头(22)的R1值相同。

7.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述上斜刃刀头(11)通过机夹方式安装于第一刀头安装座(16)上；所述下斜刃刀头(21)、直刃刀头(22)均分别通过机夹方式安装于第二刀头安装座(26)上。

8.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述上斜刃刀头(11)下侧刀尖处至所述导向杆(23)轴线的半径为R1，所述下斜刃刀头(21)上侧刀尖处至所述导向杆(23)轴线的半径为R1，所述上斜刃刀头(11)与下斜刃刀头(21)相互之间外侧刀尖的距离为H，被加工的工件的厚度为T，T<H≤T+(R2-R1)·ctgθ；通过调整所述下刃部(2)的轴向位置，实现不同厚度板零件的无毛刺铣边加工。