數(shù)控銑刀的若干改進(jìn)設(shè)計(jì)

侯　誼,平豫黔,侯　燕,莫貴疆,謝福兵（.貴州勁鋒精密工具有限公司,貴州安順5600；.貴州睿智通工程項(xiàng)目咨詢有限公司,貴陽550005）

數(shù)控銑刀的若干改進(jìn)設(shè)計(jì)

侯誼1,平豫黔1,侯燕1,莫貴疆2,謝福兵2
（1.貴州勁鋒精密工具有限公司,貴州安順561100；2.貴州睿智通工程項(xiàng)目咨詢有限公司,貴陽550005）

簡要介紹了數(shù)控銑刀的若干改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括排屑槽弧形槽面設(shè)計(jì)、雙重芯徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和刀具夾緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上述改進(jìn)設(shè)計(jì)減少了廢削堆積、切削發(fā)熱和切削振動(dòng)等問題，延長了銑刀使用壽命，提高了被加工材料的表面性狀，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

數(shù)控銑刀；弧形槽面；雙重芯徑；夾緊裝置

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，鈦合金、高溫合金及復(fù)合材料等新材料在航空航天、高端裝備、遠(yuǎn)洋船舶、核能核電等行業(yè)中得以大量應(yīng)用，但從切屑加工角度來看，這些性能優(yōu)異的新材料往往在強(qiáng)化其使用性能的同時(shí)又惡化其切削加工性，大量難加工材料的出現(xiàn)必然對刀具的切削性能和耐用度提出了更高的要求[1]。

刀具的切削性能主要由刀體材料、表面涂層及刀具結(jié)構(gòu)三個(gè)方面的綜合作用而得到，其中，良好的刀具結(jié)構(gòu)是刀具切削性能得到充分發(fā)揮的基礎(chǔ)。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)的研究報(bào)告指出，由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進(jìn)，刀具壽命每隔十年幾乎提高兩倍?？梢?，對刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提升刀具切削性能的有效途徑，并在降低制造成本顯示出越來越大的優(yōu)越性，已成為現(xiàn)代數(shù)控刀具技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

貴州勁鋒精密工具有限公司一直從事數(shù)控刀具新工藝新技術(shù)的研究，近幾年來取得了一定成果，本文介紹了數(shù)控銑刀的若干改進(jìn)設(shè)計(jì)，不足之處還請讀者批評指正。

1　排屑槽弧形槽面設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的刀具主要是由刃口和排屑槽組成，其中刃口負(fù)責(zé)切削，排屑槽用于將切削后的廢屑導(dǎo)向排出。刀具的加工速度很大程度上取決于排屑的速度，但現(xiàn)有設(shè)計(jì)理念，排屑槽的截面中含有凸點(diǎn)，即一條排屑槽內(nèi)含有棱線（見圖1），該棱線在排屑的過程中阻礙了廢屑順暢排出，形成廢屑堆積，由于廢屑在該棱線處受阻力，加大了零件、廢屑和刀具之間的摩擦系數(shù)，使數(shù)控銑刀在使用過程中產(chǎn)生大量的熱量，刀具發(fā)燙甚至發(fā)紅，在這種高熱的情況下，導(dǎo)致刀具的刃口切削時(shí)損耗非常大。

為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司對數(shù)控銑刀排屑槽槽形進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，如圖2所示，排屑槽2兩側(cè)槽壁設(shè)計(jì)為光滑的弧形曲面，即排屑槽的槽口線上的任一點(diǎn)與槽底之間形成光滑的弧形曲線，排屑槽2的槽底也設(shè)計(jì)為弧形曲面，即銑刀垂直于排屑槽2方向進(jìn)行剖面后，排屑槽2的剖面外形是一條光滑的曲線，該曲線的曲率從排屑槽2線處開始向后延伸，曲率半徑逐漸減小，到排屑槽2高度的1/3-1/2時(shí)，曲率半徑達(dá)到最小，曲率半徑逐步增大，也就是排屑槽2的槽口橫截面的面積逐步縮小，同時(shí)將數(shù)控銑刀刃口后部也設(shè)計(jì)為弧線形狀，通過對數(shù)控銑刀排屑槽槽形的改變，便于利用刀具排屑槽2的導(dǎo)向作用將廢屑排出，實(shí)現(xiàn)了排屑槽的順暢排屑，減少了因槽體內(nèi)棱線的存在而導(dǎo)致的廢屑堆積問題，減少了數(shù)控銑刀與零件之間因棱線存在而加大的摩擦阻力，從而大大減少了數(shù)控銑刀使用過程中產(chǎn)生的熱量，使數(shù)控銑刀的使用壽命延長了50%以上，并且提高了工作效率，節(jié)約了機(jī)械加工中的生產(chǎn)成本。

2　雙重芯徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展，鈦合金、高溫合金等材料在航空航天中大量應(yīng)用，由于鈦合金與高溫合金等材料本身的抗拉強(qiáng)度高，切削過程中切削溫度高，在加工這些材料時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到斷屑困難、排屑難、粘刀、刀具磨損過快等現(xiàn)象；此外，傳統(tǒng)的等齒距立銑刀銑削零件時(shí)，各刀齒進(jìn)給量相同，因而其銑削力波形完全相同，使得切削過程產(chǎn)生的激振能量高度集中于少數(shù)頻率上，易激發(fā)銑削系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，導(dǎo)致工件加工表面質(zhì)量較差，刀具耐用度降低等問題。為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司設(shè)計(jì)了一種雙重芯徑立銑刀，如圖3所示，包括切屑刃和螺旋槽，立銑刀的切屑刃上設(shè)有前角和后角，切屑刃前端芯徑小于后端芯徑，切屑刃的前角為雙前角，立銑刀的螺旋槽螺距不等。通過上述改進(jìn)，雙重芯徑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了刀具的剛性和排屑性能，并在粗加工中進(jìn)一步的提高刀具的切削性能；雙前角的設(shè)計(jì)有利于切削過程中斷屑并盡可能的避免粘刀；螺旋槽螺距不等的排屑空間抑制了銑削過程中激振能量向特定頻率集中，減少了切屑振動(dòng)，有利于加工的穩(wěn)定性，同時(shí)延長了使用壽命。

3　刀具夾緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在機(jī)械零部件加工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)銑床配置的刀具夾頭在使用過程中，刀具夾緊力不足，發(fā)生刀具脫落現(xiàn)象，同時(shí)刀具不能夾緊會(huì)影響零件加工精度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損傷工件或機(jī)床。為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司設(shè)計(jì)了一種刀具夾緊裝置結(jié)構(gòu)，如圖4所示，該裝置由圓臺(tái)和圓柱體組成，圓臺(tái)大端與圓柱體同軸連接為一體，圓柱體內(nèi)設(shè)置有用于安裝機(jī)床主軸的孔槽，圓臺(tái)內(nèi)設(shè)置有用于安裝刀柄的安裝孔，安裝孔的底部孔壁上設(shè)置有內(nèi)螺紋，刀柄頭設(shè)置有與安裝孔內(nèi)螺紋相適配的外螺紋，安裝孔與孔槽之間設(shè)置有用于連接刀柄頭與機(jī)床主軸的拉釘，使用時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)刀具，刀柄旋入圓臺(tái)安裝孔的內(nèi)螺紋實(shí)現(xiàn)安裝固定。由于本設(shè)計(jì)采用了刀柄與圓臺(tái)內(nèi)的孔螺紋連接，刀具加工工件時(shí)，刀具不會(huì)被拉出或松動(dòng)，從而保證了加工的穩(wěn)定性，降低了廢品率，節(jié)約了加工成本，同時(shí)拉釘?shù)膽?yīng)用更加確保刀具不被拉出，使切削加工更為穩(wěn)定可靠。

4　結(jié)論

從實(shí)踐應(yīng)用來看，通過采用排屑槽弧形槽面設(shè)計(jì)、雙重芯徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和刀具夾緊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使貴州勁鋒精密工具有限公司開發(fā)的數(shù)控銑刀在使用性能和使用壽命上均有很大提高，現(xiàn)已在航空航天、軍工、汽車、工程機(jī)械、船舶等行業(yè)中得到應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]胡祖光,周洪全,陳明.整體硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J]．裝備機(jī)械,2003(03):7-11．

研究課題：2014年度貴州省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目《年產(chǎn)150萬件精密刀具生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目》（合同編號：201427）

侯誼（1965—），男，四川眉山人，工程師，大學(xué)。

2013年度貴州省科技廳安順市人民政府科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金合作計(jì)劃項(xiàng)目《刀具技術(shù)及加工設(shè)備》（合同編號：黔安科創(chuàng)合[2013]9號）