CN202539723U - 内螺纹加工刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械加工技术领域，特别是一种内螺纹加工刀具，包括刀杆和设置在刀杆上的刀片组，刀片组包括多个刀片，其特征在于：所述刀片沿刀杆依次均匀分布，位于刀杆一端起始位置的刀片至另一端结束位置的刀片螺纹牙型依次增大。本实用新型的优点在于给刀杆增加支撑，为了给刀杆增加支撑首先要改变刀具和工件的运动方式：和传统的螺纹铣削加工方法（刀具不仅需要自转还需要沿螺旋线旋转）不同，刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动。以车床为例，就是让刀具只做旋转运动而让工件只做直线运动。

Description

内螺纹加工刀具

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，特别是一种内螺纹加工刀具。 

背景技术

现有的螺纹加工主要有车削和铣削，车削用来加工回转体零件，把零件通过三抓卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转，然后用车刀按照回转体的母线走刀，切出产品外型来。车床上还可进行内孔，螺纹，咬花等的加工，后两者为低速加工。而铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形/特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。 

车床加工工件内螺纹的方法是：把需要加工螺纹的工件（图一 零件12）夹在主轴卡盘（图一 零件2）上，把刀杆（图一 零件1）夹在刀架（图一 零件14）上，然后工件旋转，刀具沿轴向前进做直线运动，在整个加工过程中，刀杆从刀片（图一 零件3）开始接触到工件起（如图一）起到完成加工（如图二），一直处于悬臂梁状态。这时如果忽略刀杆的间隙长度Ls（如图二），刀杆的悬臂长度Lt近似等于工件的长度L，刀杆在刀片处的挠度为f1，这里所述挠度一般指梁、桁架等受力构件在荷载作用下的最大变形。如在加工细长内螺纹（例如螺纹的直径小于20mm，或者螺纹的长度与直径之比大于10）时，由于刀杆较细又只有前端刀片处受力，成悬臂梁状态，在刀片处产生的挠度太大，容易产生让刀的情况，而且吃刀不能太深，这样不仅降低生产效率而且保证不了产品质量。 

还有一种方法，类似普通的螺纹加工，工件装在卡盘上，刀杆安装在刀架上，但是做一个刀头套，这个套安装在刀头上，套在已经加工好的孔中移动，也起支撑作用，但刀头套有以下缺点：1：刀头套本身在孔中，会使刀杆的直径更小，会从另一个方面增大挠度，而且，对于孔径较小的螺纹可能就无法加工刀头套。2：由于刀头套在孔中移动，靠浮动支撑，间隙很难控制，大了，螺纹没有精度，小了，容易卡死。                   

如专利申请号为200810231777.3，申请日为2008-10-16，名称为“大直径锥管内螺纹的加工方法”的发明专利，其技术方案为，该方法按照以下步骤实施：在数控机床主轴上安装螺纹铣刀，将工件上锥管内螺纹的一个螺距沿轴线分为若干等份，对每一等份对应的工件内壁圆弧按照圆柱形螺纹的加工方式实施；当加工完一个等份圆柱形螺纹后，机床Z轴就进给了一个等份的螺距，同时将螺纹铣刀对应的X、Y坐标轴合成圆弧加工直径相应减小，对每一等份对应的工件内壁圆弧按照圆柱形螺纹的加工方式实施，依此类推，将若干个不同直径的圆柱形螺纹线首尾连通，直到加工到需要的锥管内螺纹深度即成。

上述的螺纹铣削加工方法所涉及的刀具中，刀具不仅需要自转还需要沿螺旋线旋转。这种方法只能在铣削（加工）中心上使用，无法在数控车床上使用，并且其加工内螺纹的方式仍然是采用道具做螺旋状运动来实现的，所以如果将此种方法应用在数控机床上对细长型或者是长径比大于10的管件进行螺纹加工时，也会存在挠度过大从而影响加工精度的问题。 

发明内容

为了克服现有的内螺纹加工方法所涉及的刀具在加工细长型或者是长径比大于10的管件时存在的在刀片处产生的挠度太大，容易产生让刀的情况，而且吃刀不能太深，又降低生产效率而且保证不了产品质量的问题，现在特别提出一种内螺纹加工刀具。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 

一种内螺纹加工刀具，包括刀杆和设置在刀杆上的刀片组，刀片组包括多个刀片，其特征在于：所述刀片沿刀杆依次均匀分布，位于刀杆一端起始位置的刀片至另一端结束位置的刀片螺纹牙型依次增大。

所述刀片为成型刀片。 

当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹时，刀杆上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同，但高度不等的刀片依次分布。 

当内螺纹为梯形螺纹时，刀杆上的刀片形状与牙形相异，彼此重合后能覆盖整个牙型的各刀片依次分布。 

所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同。 

内螺纹加工装置包括车床，车床包括床身、车床主轴、溜板箱和尾座，其特征在于：所述车床上安装有刀杆，刀杆两端固定，刀杆一端安装在车床主轴的卡盘上，刀杆另一端安装在轴承上，卡盘安装在电机主轴上，刀杆上设置有刀片； 

车床的溜板箱上安装有刀架，刀架内部设置有套筒，在刀架的两端安装有提供旋转支撑和滑动支撑的轴承，所述一侧的轴承为可开式轴承，可开式轴承与可开式轴承套筒连接，轴承与轴承套筒连接；

加工时，先把可开式轴承（图四 零件9）和可开式轴承套筒（图四 零件11）打开，让刀架向刀片方向移动，当刀片到达可开式轴承与待加工工件之间（图五）后，使刀杆停止旋转并且刀架停止运动，，再把该侧的可开式轴承和可开式轴承套筒合拢；然后，刀杆继续旋转，而工件继续运动（图六），当刀片全部通过工件后，加工完成（图七）。

所述刀杆上设置有刀片组，刀片组包括多个刀片，所述刀片为成型刀片，把整个内螺纹的螺纹牙型分成多个部分，用数量对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。 

当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹时，刀杆上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同或相近，但高度（图九中Ht）不同的刀片（图九中刀片f、刀片g、刀片h）依次切削，最后完成整个螺纹牙型的加工。 

当内螺纹为梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹时，刀杆上的多个刀片形状可以与所加工的牙形不同，但全部刀片叠加后能覆盖整个牙型（图十中刀片a、b、c、d、e ），这些刀片依次切削工件，最后完成整个牙型的加工。 

所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同（图十中刀片e）用于完成整个牙形的精加工。 

刀片的安装：刀杆上依次设置有与螺纹牙型不同的多个刀片，（图九中刀片f、g、h），多个刀片沿螺旋线安装在刀杆上（图十一），多个刀片的螺纹牙型沿加工方向为依次增高，直到最后的刀片牙型与待加工螺纹牙形相同，刀杆旋转的同时工件做直线运动，各个刀片依次切削，最后完成整个牙形的加工。 

所述刀杆上首、尾的两个刀片互为180°分布； 

所述螺旋线的螺距与所需加工的螺纹螺距一致；

刀片的安装：刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，例如在加工图九的工件时，先在刀杆上安装刀片f（图十二），刀片f加工完成后，在刀杆的同一个位置（或者是刀片f所在螺旋线上的其他位置，这条螺旋线的螺距与所加工螺纹的螺距相同）依次换上刀片g（图十三）和刀片h（图十四）进行切削。

本实用新型的优点在于： 

1、给刀杆增加支撑，为了给刀杆增加支撑首先要改变刀具和工件的运动方式：和传统的螺纹铣削加工方法（刀具不仅需要自转还需要沿螺旋线旋转）不同，本方法让刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动。以车床为例，就是让刀具只做旋转运动而让工件只做直线运动，如图：把刀杆（图三 零件1）夹在主轴的卡盘（图三 零件2）上，把需要加工内螺纹的工件（图三 零件12）安装在刀架（图三 零件14）上，刀具做旋转运动，工件做直线运动，通过数控车床的控制系统，使主轴带动刀具旋转一周的同时，刀架带动工件前进一个螺距，这样就可以完成了螺纹的加工。

刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动可以增加对刀杆的支撑，使刀杆不再是悬臂梁，有更好的稳定性和加工精度还可以提供加工效率。 

2、在整个加工过程中，刀杆两端都有支撑（图五），理论上讲，当刀片在工件中点时，这时刀片处刀杆的挠度最大，如果忽略Lg和Lt的话（当工件的长度远远大于Lg+Lt时），刀杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L，刀片处刀杆的挠度是f2（图五），f2= 

，忽略Lg和Lt时，f2=。而使用传统加工方式加工同样长度的工件时（图一），刀片处刀杆的挠度是f1, f1=

。这时f2/f1=3/48。也就是说这时刀杆的挠度只有传统加工方法时的3/48。如果内螺纹的长径比不是太大时，为了方便加工，可以省掉左边的可开式轴承（图八），这时，刀杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L的2倍(同样忽略Lg和Lt)，刀片处刀杆的挠度为f3，f3=

=

=

，f3/f1=1/2，也就是说这时刀杆的挠度只有传统加工方法时的1/2。 

3、由于这种加工方式中刀杆不做径向进刀，所以要用成型刀片加工，不做径向进刀也避免了刀杆在径向运动时影响加工精度的问题，为了避免一次切削量太大，在刀杆一定位置上的几个刀片组合完成，就是把整个螺纹的牙形分成若干部分，用几把对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。一次切削量太大会使刀杆变形太大（挠度增大）导致加工精度丧失，同时刀片磨损加剧。 

4、在用组合刀片加工时留一点余量，最后用一个与螺纹牙形完全相同的刀片（图十中刀片e）完成整个牙形的精加工，提高产品的精度。 

5、刀片沿螺旋线（螺距与所需加工的螺纹螺距一致）依次安装在刀杆上保证了前后刀片加工出来的螺纹在一根螺旋线上。  

6、前、后两个刀片成180°分布，这样可以进一步抵消切削力产生的变形。

7、依次在刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，刀片总长度缩短（图五中Lg和Lt都可以缩短），刀杆的总长（图五中Lw）就缩短，挠度就减小；刀杆的结构就变简单了，加工容易。 

8、工件越长越能体现本方法的优越性，因为工件越长越可以忽略进刀槽和退刀槽（Lg和Lt）的长度（两种加工方式挠度的比较：f2/f1=3/48）。                

说明书附图

图1为现有的内螺纹加工方式之一。

图2为现有的内螺纹加工方式之二。 

图3为刀杆被可开式轴承夹持后的结构示意图。 

图4为可开式轴承、套筒为可开状态时的结构示意图。 

图5为刀杆穿过工件，可开式轴承在刀片的一侧处于可开状态的结构示意图。 

图6为内螺纹加工时的结构示意图。 

图7为完成内螺纹加工后，轴承闭合状态时的结构示意图。 

图8为省略可开式轴承的结构示意图。 

图9为适用于三角螺纹和矩形螺纹的本专利结构示意图。 

图10为适用于梯形螺纹或其他复杂牙形的螺纹的本专利结构示意图。 

图11为螺旋分布的刀片结构示意图。 

图12为刀杆上设置一个刀片时的结构示意图之一。 

图13为刀杆上设置一个刀片时的结构示意图之二。 

图14为刀杆上设置一个刀片时的结构示意图之三。 

附图中1、刀杆  2、卡盘  3、刀片a  4、刀片b  5、刀片c  6、刀片d  7、刀片e  8、轴承  9、可开式轴承  10、轴承套筒  11、可开式轴承套筒  12、工件  13、套筒  14、刀架  15、刀片f  16、刀片g  17、刀片h。 

具体实施方式

一种内螺纹加工刀具包括刀杆和设置在刀杆上的刀片组，刀片组包括多个刀片，所述刀片沿刀杆依次均匀分布，位于刀杆一端起始位置的刀片至另一端结束位置的刀片螺纹牙型依次增大。所述刀片为成型刀片。当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹时，刀杆上的多个刀片的切削断面与所需加工螺纹的牙型相同，但高度不等的刀片依次分布。当内螺纹为梯形螺纹时，刀杆上的刀片形状与牙形相异，彼此重合后能覆盖整个牙型的各刀片依次分布。所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同。 

下面结合附图对本专利进行说明，在图1与图2中，f1=

，其中f为挠度，也称为变形量，P为切削力，L为工件长度，E为弹性模量，I为惯性矩，这时如果忽略刀杆的间隙长度Ls，刀杆的悬臂长度Lt近似等于工件的长度L，刀杆在刀片处的挠度为f1。但在加工细长内螺纹（例如螺纹的直径小于20mm，或者同时螺纹的长度与直径之比大于10）时，由于刀杆较细又只有前端刀片处受力，成悬臂梁状态，在刀片处产生的挠度太大，容易产生让刀，而且吃刀不能太深，这样不仅降低生产效率而且保证不了产品质量。 

本专利的刀具只做旋转运动同时让工件和刀具之间只做相对的直线运动。以车床为例，就是让刀具只做旋转运动而让工件只做直线运动，如图三所示：把刀杆1夹在主轴的卡盘2上，把需要加工内螺纹的工件12安装在刀架14上，刀具做旋转运动，工件12做直线运动，通过数控车床的控制系统，使主轴带动刀具旋转一周的同时，刀架14带动工件前进一个螺距，这样就可以完成了螺纹的加工。 

把刀杆夹在主轴的卡盘上可以给刀杆增加一个或两个支撑。具体做法是：把已经加工好内孔（也可以直接加工到螺纹内径）的工件12固定在刀架14上，如果工件12不能直接安装在刀架14上，就需要把工件装在一个套筒13中，再把套筒13固定在刀架14上。在工件的右边安装一个既能提供旋转支撑又能提供滑动支撑的轴承8，轴承8可以通过轴承套筒10固定在刀架14上，也可以固定在床身上。如果轴承8固定在床身上，轴承8和工件12之间的间隔Lt会随着工件向左移动而加大，如果轴承8固定在刀架4上，轴承和工件之间的间隔Lt是一定。轴承和工件之间的间隔Lt做为退刀槽一定要大于刀片的总长Ld；在工件的左边也装一个既能提供旋转支撑又能提供滑动支撑的可开式轴承9，可开式轴承9和工件之间的间隔Lg作为进刀槽也要大于刀片的总长Ld，但左边的可开式轴承9和可开式轴承套筒11由于要通过刀片a、b、c、d、e，因此要做成两瓣（或者多瓣）的并且是可以张开的。可开式轴承9和可开式轴承套筒11固定在刀架14上。每次加工时，先把可开式轴承9和轴承套筒11打开（如图四），当刀架向左移动，刀片到达可开式轴承的右边后（图五）后，让刀杆停止旋转、刀架停止运动，再把可开式轴承和轴承套筒合拢。然后，刀杆继续旋转，而工件继续向左运动（图六），当刀片全部通过工件后，加工完成（图七）。 

在整个加工过程中，刀杆两端都有支撑，理论上讲，当刀片在工件中点时，这时刀片处刀杆的挠度最大，如果忽略Lg和Lt的话（当工件的长度远远大于Lg+Lt时），刀杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L，刀片处刀杆的挠度是f2（图五），f2=

，忽略Lg和Lt时，f2=

这时f2/f1=3/48。也就是说这时刀杆的挠度只有传统加工方法时的3/48。 

如果内螺纹的长径比不是太大时，为了方便加工，可以省掉左边的可开式轴承（图八），这时，刀杆两个支撑之间的长度Lw约等于工件的长度L的2倍，刀片处刀杆的挠度为f3，f3=，f3==

=

，f3/f1=1/2，也就是说这时刀杆的挠度只有传统加工方法时的1/2。 

第二方面：由于这种加工方式中刀杆不做径向进刀，而使用成型刀片加工，为了避免一次切削量太大，由安装在刀杆一定位置上的几个刀片组合完成，就是把整个螺纹的牙形分成若干部分，用几把对应的刀片依次分别完成对应部分的切削。 

螺纹牙形的有两种分法。    

第一种：可以用几片切削断面与所需加工螺纹的牙形相同或相近但高度（图九中Ht）不同的刀片f、刀片g和刀片h，依次切削，最后完成整个牙形的加工，这种方法一般适用于三角螺纹和矩形螺纹等牙形断面较小的螺纹。

第二种：用几把形状与牙形不同但叠加后能覆盖整个牙形的刀片（图十中刀片a、刀片b、刀片c、刀片d）依次切削，最后完成整个牙形的加工，这种方法一般适用于梯形螺纹或其他复杂牙形且牙形断面较大的螺纹。 

不论使用第一种还是第二种分法，如果为了提高产品的精度，可以在用组合刀片加工时留一点余量，最后用一个与螺纹牙形完全相同的刀片（图十中刀片e）完成整个牙形的精加工。 

刀片的安装也有两种方法。 

第一种：是把不同的刀片（图十一中刀片f、刀片g和刀片h）沿螺旋线（螺距与所需加工的螺纹螺距一致）依次安装在刀杆上（图十一），刀杆旋转而工件直线运动时，各个刀片依次切削，这样每次切削量都不大，最后完成整个牙形的加工。采用这种方法时，最好使前、后两个刀片成180°分布，这样可以进一步抵消切削力产生的变形。 

第二种：依次在刀杆的同一个位置装不同的刀片，每个刀片加工完成后换下一个刀片，例如在加工图九的工件时，先在刀杆上安装刀片f（图十二），刀片一加工完成后，在刀杆的同一个位置（或者是刀片一所在螺旋线上的其他位置，这条螺旋线的螺距与所加工螺纹的螺距相同）依次换上刀片g（图十三）和刀片h（图十四）进行切削。 

本专利所述的可开式轴承为现有轴承设置为可开式，打开后的轴承可以通过同样打开后的轴承套筒进行闭合固定，固定方式可采用螺栓、销等现有方式，除了可开式轴承以外，其他的能实现对刀杆支撑并且能使刀杆在得到支撑力的条件下自转的支撑件，都在属于本专利的保护范围之中。 

Claims (5)

1.一种内螺纹加工刀具，包括刀杆（1）和设置在刀杆（1）上的刀片组，刀片组包括多个刀片，其特征在于：所述刀片沿刀杆（1）依次均匀分布，位于刀杆（1）一端起始位置的刀片至另一端结束位置的刀片螺纹牙型依次增大。

2.根据权利要求1所述的内螺纹加工刀具，其特征在于：所述刀片为成型刀片。

3.根据权利要求2所述的内螺纹加工刀具，其特征在于：当内螺纹为三角螺纹和矩形螺纹时，刀杆（1）上的多个刀片的切削断面与待加工螺纹的牙型相同，但高度不等的刀片依次分布。

4.根据权利要求2所述的内螺纹加工刀具，其特征在于：当内螺纹为梯形螺纹时，刀杆（1）上的刀片形状与牙形相异，彼此重合后能覆盖整个牙型的各刀片依次分布。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的内螺纹加工刀具，其特征在于：所述沿内螺纹加工方向的刀片组的最后一个刀片与待加工的螺纹牙型完全相同。

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