CN201720506U - 硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，属于立铣刀技术，主要解决了现有技术中刀尖难以满足不同材料的加工需求的问题。该分区结构包括端齿前刀面和周齿前刀面，端齿前刀面的边缘开设有端齿切削刃，周齿前刀面的边缘开设有周齿切削刃，端齿前刀面和周齿前刀面的交汇处设置有R圆角前刀面，R圆角前刀面的边缘开设有R圆角切削刃，其特征在于，所述R圆角前刀面包括依次连为一体的端齿-R齿过渡前刀面、R齿前刀面、R齿-周齿过渡前刀面，端齿-R齿过渡前刀面连接端齿前刀面与R齿前刀面，R齿-周齿过渡前刀面连接R齿前刀面与周齿前刀面。本实用新型结构简单，实现方便，具有很高的实用价值。

Description

硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构

技术领域

本实用新型涉及螺旋立铣刀，具体地说，是涉及一种硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构。

背景技术

螺旋立铣刀是应用最广泛的铣刀之一，其切削刃分布在圆柱面和端面上，分别称其为周齿切削刃和端齿切削刃。在工作过程中，当铣刀沿径向作进给运动时(比如平面和台阶面铣削)，周齿切削刃成为主切削刃，而端齿切削刃成为副切削刃，此时周齿切削刃的径向前角大小对切削性能起着最为重要的作用；当铣刀沿轴向作进给运动时(比如钻铣)，端齿切削刃成为主切削刃，而周齿切削刃成为副切削刃，端齿切削刃的轴向前角大小对切削性能起着最为重要的作用。

随着数控铣和加工中心在金属加工领域中越来越广泛的应用，铣刀的进给运动除上述单纯的径向进给运动和单纯的轴向进给运动外，第三种运动——斜向进给运动得以实现。斜向进给运动就是铣刀即做径向进给运动，又做轴向进给运动，其进给运动的方向是径向运动速度和轴向运动速度的复合运动方向，此时在复合运动方向的切削刃前角成为影响切削性能的最为重要的因素。

综上所述，铣刀切削刃各部位的前角对切削性能起着至关重要的作用。

在现有技术中，螺旋立铣刀由于端齿切削刃存在1.5°～3°的侧隙角，因此其刀尖角小于90°，刀尖成为螺旋立铣刀刀齿中强度最薄弱的部分。在立铣刀的切削过程中，铣刀刀尖通常深埋于切削区域，其受力大，温度高，散热差，是切削环境最为恶劣的部位。为解决立铣刀刀尖强度薄弱的问题，同时也为改善刀尖部位的切削环境，通常立铣刀刀尖会做成圆角R形式，如图1。在航空、航天领域，零部件各结构面的转接基本都采用R圆弧转接，以增加其强度，避免应力集中。转接R圆弧的加工又基本都采用刀尖圆角R铣刀铣削而成。因此，刀尖圆角R立铣刀在航空、航天等行业的应用是及其广泛的。

根据上述分析可知，刀尖R圆角部分切削刃的前角同样对铣刀切削性能起着至关重要的作用。受加工条件的限制，目前立铣刀刀尖R圆角部分前刀面通常有端齿前刀面完全带起(见图2)、端齿前刀面不完全带起(见图3)、端齿前刀面不带起(见图4)和与端齿前刀面一次磨成的R部分螺旋齿前刀面(见图5)四种形式。

从图2可见，端齿前刀面完全带起，即在磨削端齿前刀面的同时将整个R前刀面一并磨出，使R前刀面与端齿前刀面成为同一个平面，此时R前刀面磨出的宽度F等于R，R切削刃的轴向前角与端齿轴向前角相同，而R切削刃的法向前角和径向前角则根据轴向前角大小自然形成，不能根据需要任意调整。当端齿前刀面通过铣刀回转中心时，端齿轴向前角为0°，R切削刃的轴向前角、径向前角和法向前角同时都为0°，相当于R刀齿是直齿，使得在旋转使用中R切削刃铣入和铣出切削区域都是突然的，因此冲击振动较大。同时0°前角造成切削刃不锋利，切削力增加。当端齿轴向前角大于0°时，R切削刃的轴向前角同样也大于0°，径向前角和法向前角是根据轴向前角的大小自然形成的，相当于R刀齿是斜齿，在旋转使用中R切削刃是逐步铣入和铣出切削区域的，但由于通过R切削刃各点的径向剖面中前刃面相对于铣刀中心的偏移量是变化的，因此各点的前角均不相同，而且斜角越大，前角的差异越大，从而使切削刃上每一点的刃口强度和切削性能均不相同。如果端齿轴向前角是负值，R刀齿也是斜齿，但R切削刃各方向的前角都是负前角，切削刃极不锋利，基本上不采用。

图3是端齿前刀面不完全带起的螺旋立铣刀结构示意图。即在磨削端齿前刀面的同时只将部分R前刀面一并磨出，使磨出部分R前刀面与端齿前刀面成为同一个平面，其余R前刀面为周齿前刀面。从图3可以看出，R前刀面磨出宽度F大于0但小于R，这部分状态与图2所示的相应部位状态一样，但其余R前刀面因为是周齿前刀面，其实际各方向前角为自然形成。由于R圆角、周齿螺旋齿槽槽型等因素的影响，在保证周齿前角的前提下，R切削刃各点、各方向的前角是很难凑巧达到我们所需要的数值。同时，由于R前刀面由两个面组成，其中一个面还不是平面，使R切削刃在两个面相交处形成一个突变的尖点，从而影响R的精度，也影响该点刃口的强度。

图4是端齿前刀面不带起的螺旋立铣刀结构示意图。即磨削端齿前刀面时不与R前刀面一并磨出，整个R前刀面仍为周齿前刀面，由于R圆角、周齿螺旋齿槽槽型等因素的影响，在保证周齿前角的前提下，R切削刃各点、各方向的前角也是很难凑巧达到我们所需要的数值。

上述三种形式的R圆角前刀面形式，都是在磨削其余前刀面时自然形成，在保证了其余前刀面前角的前提下，R圆角切削刃的前角不能被单独控制，自然形成的前角也很难凑巧得到所需要的数值，设计人员甚至不知道自然形成的实际前角到底是多少。正因为此，R圆角切削刃的切削性能很难得到满足。R圆角切削刃的切削性能影响到整把铣刀的切削性能。

随着数控工具磨床在工具行业中越来越广泛的应用，自然形成的R圆角前刀面的缺陷得到解决。利用五轴联动的数控工具磨床，可以将R圆角前刀面磨成螺旋齿前刀面。图5为R齿螺旋前刀面示意图，该前刀面是在端齿前刀面磨削完成的同时直接磨出的。从理论上讲，其R切削刃前角从R磨削起点到终点是逐步变化过渡的，比如端齿轴向前角为6°，周齿径向前角为12°，则R前刀面磨削的起点前角为6°，终点为12°，R切削刃前角即从6°～12°逐步变化过渡。但在实际加工中，由于R齿螺旋前刀面与端齿前刀面一次磨成，磨削中是利用砂轮的端平面进行的，因此很难在R齿切削刃上做出正前角的前刀面。如此，该螺旋前刀面前角即从R磨削的起点前角6°很快过渡到0°前角甚至负前角。这种R齿螺旋前刀面的切削刃口是沿螺旋圆滑过渡的，虽然克服了前三种R圆角前刀面形式的一些缺陷，但由于不能做出正前角而使刀具的使用范围受到很大限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，解决现有技术中R圆角前刀面上的前角难以满足加工材料多样性的需求，使螺旋立铣刀刀尖的切削性能大大提高。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，包括端齿前刀面和周齿前刀面，端齿前刀面的边缘开设有端齿切削刃，周齿前刀面的边缘开设有周齿切削刃，端齿前刀面和周齿前刀面的交汇处设置有R圆角前刀面，R圆角前刀面的边缘开设有R圆角切削刃，所述R圆角前刀面包括依次连为一体的端齿-R齿过渡前刀面、R齿前刀面、R齿-周齿过渡前刀面，端齿-R齿过渡前刀面连接端齿前刀面与R圆角螺旋前刀面，R齿-周齿过渡前刀面连接R圆角螺旋前刀面与周齿前刀面。

所述R圆角前刀面为螺旋前刀面。

所述端齿-R齿过渡前刀面、R齿前刀面、R齿-周齿过渡前刀面的前角均为正前角。一般来说，端齿-R齿过渡前刀面、R齿前刀面、R齿-周齿过渡前刀面的前角均为8°～21°。

所述端齿-R齿过渡前刀面的前角大小与R齿前刀面的前角大小相差1°～3°。

所述R齿前刀面的前角大小与R齿-周齿过渡前刀面的前角大小相差1°～3°。

本实用新型的设计原理在于，将R圆角前刀面划分为三个区域，使三个区域的前角大小均不相同。其中端齿-R齿过渡前刀面与端齿前刀面紧邻，其前角大小应更适于轴向进给铣削运动，并实现端齿前角与R齿前刀面前角的过渡；R齿-周齿过渡前刀面与周齿前刀面紧邻，其前角大小应更适于径向进给铣削运动，并实现周齿前角与R齿前刀面前角的过度。通过对R圆角前刀面每个区域前角大小的不同设计，实现对不同材料加工时各区均能获得理想的切削效果。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.R圆角前刀面采用前角分区设计的螺旋前刀面，在所有分区后前刀面中，相邻两个前刀面之间采用圆滑过渡，避免了图2、图3所示轴向前角为0°时刀具易发生冲击振动的缺陷；避免了图3所示R圆角前刀面的切削刃在两个面相交处形成突变的尖点，大大提高了R圆角前刀面切削刃的精度和R刃口的强度。

2.可以根据被加工材料特性，对R圆角前刀面每个区域的前角进行单独设计控制，避免了图2、图3、图4中R圆角前刀面前角自然形成不能单独控制的现状，从而大大提高R圆角的切削性能。

3.R圆角螺旋前刀面的磨削与端齿前刀面的磨削完全分开独立完成，利用砂轮边缘的磨削即可轻松实现R圆角螺旋前刀面的正前角。因此，本实用新型的实现极为方便。

本实用新型属于铣刀刃具技术，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为现有技术中刀尖采用R圆角设计的螺旋立铣刀基本结构示意图。

图2为现有技术中端齿前刀面完全带起的螺旋立铣刀结构示意图。

图3为现有技术中端齿前刀面不完全带起的螺旋立铣刀结构示意图。

图4为现有技术中端齿前刀面不带起的螺旋立铣刀结构示意图。

图5为现有技术中R齿螺旋前刀面与端齿前刀面一次磨成的螺旋立铣刀结构示意图。

图6为本实用新型的结构示意图。

图7为图6的局部放大示意图。

附图中标号对应名称：1-端齿切削刃，2-周齿切削刃，3-R圆角切削刃，4-R圆角前刀面，5-端齿前刀面，6-周齿前刀面，7-端齿-R齿过渡前刀面，8-R齿前刀面，9-R齿-周齿过渡前刀面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明

如图6、7所示，硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，包括端齿前刀面5和周齿前刀面6，端齿前刀面5的边缘开设有端齿切削刃1，周齿前刀面6的边缘开设有周齿切削刃2，端齿前刀面5和周齿前刀面6的交汇处设置有R圆角前刀面4，R圆角前刀面的边缘开设有R圆角切削刃3，所述R圆角前刀面4包括依次连为一体的端齿-R齿过渡前刀面7、R齿前刀面8、R齿-周齿过渡前刀面9，端齿-R齿过渡前刀面7连接端齿前刀面5与R齿前刀面8，R齿-周齿过渡前刀面9连接R齿前刀面8与周齿前刀面6。

R圆角前刀面4是在端齿前刀面5磨削完成之后单独磨出的，其形式为螺旋前刀面。在R圆角切削刃3中，靠近端齿切削刃1的部分为端齿-R齿过渡前刀面7，其工作效能接近端齿切削刃1，而靠近周齿切削刃2的部分为R齿-周齿过渡前刀面9，其工作效能接近周齿切削刃2，端齿-R齿过渡前刀面与R齿-周齿过渡前刀面之间为R齿前刀面8，其工作效能与端齿切削刃、周齿切削刃略有区别。假设整个R圆角为90°，那么，端齿-R齿过渡前刀面和R齿-周齿过渡前刀面分别占10°，R齿前刀面占70°。

一般情况下，无论被加工材料是什么，由于加工状态或方式的不同，同一把立铣刀各切削刃工作效能也不同，端齿前角(轴向)、周齿前角(径向)、R圆角前角(法向)也不相同，不同前角大小的前刀面便会在交接处形成突变的台阶，这将不同程度地影响到刀具的切削性能。因此，为保证最佳的切削效果，相邻的前刀面交接处应当圆滑过渡。图7所示端齿-R齿过渡前刀面7即可从端齿前角逐步过渡到R圆角的前角，而R齿-周齿过渡前刀面9则可从R圆角的前角逐步过渡到周齿前角。

航空行业在加工铝合金、钛合金等材料时，对整个刀尖R圆角的要求非常高，尤其是切削刃要求必须锋利。圆滑过渡的端齿-R齿过渡前刀面的切削刃和R齿-周齿过渡前刀面的切削刃受端齿前角和周齿前角的影响，其锋利程度有时并不理想，为了保证更好的切削效果，可以对端齿-R齿过渡前刀面的切削刃起点的前角和R齿-周齿过渡前刀面的切削刃终点的前角进行单独给定，以增加其锋利程度。此时，端齿-R齿过渡前刀面即从单独给定的端齿-R齿过渡前刀面的切削刃起点前角逐步过渡到R圆角螺旋前刀面的前角，而R齿-周齿过渡前刀面则从R圆角螺旋前刀面的前角逐步过渡到单独给定的R齿-周齿过渡前刀面的切削刃终点的前角。

在R圆角前刀面中，三个区域的前角均为正前角，且大小各不相同，根据各种加工条件的不同，各区域的前角可以在8°～21°中选择，但为保证端齿-R齿过渡前刀面和R齿-周齿过渡前刀面有良好的过渡，各相邻区域的前角大小相差不宜过大，一般相差为2°。

Claims (6)

1.硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，包括端齿前刀面(5)和周齿前刀面(6)，端齿前刀面的边缘开设有端齿切削刃(1)，周齿前刀面的边缘开设有周齿切削刃(2)，端齿前刀面(5)和周齿前刀面(6)的交汇处设置有R圆角前刀面(4)，R圆角前刀面(4)的边缘开设有R圆角切削刃(3)，其特征在于，所述R圆角前刀面包括依次连为一体的端齿-R齿过渡前刀面(7)、R齿前刀面(8)、R齿-周齿过渡前刀面(9)，端齿-R齿过渡前刀面(7)连接端齿前刀面(5)与R圆角螺旋前刀面(4)，R齿-周齿过渡前刀面(9)连接R圆角螺旋前刀面(4)与周齿前刀面(6)。

2.根据权利要求1所述的硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，其特征在于，所述R圆角前刀面为螺旋前刀面。

3.根据权利要求2所述的硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，其特征在于，所述端齿-R齿过渡前刀面(7)、R齿前刀面(8)、R齿-周齿过渡前刀面(9)的前角均为正前角。

4.根据权利要求3所述的硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，其特征在于，所述端齿-R齿过渡前刀面(7)、R齿前刀面(8)、R齿-周齿过渡前刀面(9)的前角均为8°～21°。

5.根据权利要求4所述的硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，其特征在于，所述端齿-R齿过渡前刀面(7)的前角大小与R齿前刀面(8)的前角大小相差1°～3°。

6.根据权利要求5所述的硬质合金螺旋立铣刀刀尖的分区结构，其特征在于，所述R齿前刀面(8)的前角大小与R齿-周齿过渡前刀面(9)的前角大小相差1°～3°。

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