一種少幹涉螺紋銑削加工銑刀的製作方法
2023-06-13 02:17:36 1
本發明涉及金屬切削加工，尤其涉及一種針對大螺距、大直徑螺紋少幹涉數控銑削加工的銑刀。
背景技術：
螺紋數控銑削加工與螺紋車削和絲錐、板牙加工等傳統螺紋加工方式相比，在加工精度和加工效率方面有很大的優勢。在數控銑削螺紋過程中，螺紋銑刀發生斷裂時可方便將其移除，通用性較好，在國外已廣泛地採用了數控銑削對螺紋進行加工。
螺紋銑刀一般採用螺旋插補方式加工螺紋，刀具一邊隨工具機主軸迴轉，一邊沿工件迴轉中心開展切削運動，同時進行軸向運動。在螺紋銑削加工過程中，因螺紋銑刀齒形不符合加工曲面，導致加工幹涉的產生，從而極大地影響螺紋加工精度。此外，當被刀具剛性不足時，會導致所加工的螺紋存在錐度，甚至出現螺紋不合格的現象，並且螺紋銑刀的各切削齒磨損不均勻會降低刀具壽命。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種產生的幹涉少、螺紋加工精度高、銑削初始過程平穩、切削力相對較小、使用壽命長的螺紋銑刀。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：
一種少幹涉螺紋銑削加工銑刀，包括可繞旋轉軸線旋轉的刀具本體，以及周向均勻分布的切削刀片，其特徵在於：所述切削刀片的切削齒齒形是一種能夠減少加工幹涉的特殊齒形，其齒形輪廓模型建立主要包括以下步驟：
1）建立螺紋理論牙形輪廓；
2）計算螺紋銑削加工過程中的最大過切量emax；
3）改變螺紋銑刀齒形輪廓的齒根長度、齒頂長度；
4）獲得可減少螺紋銑削加工幹涉的特殊齒形輪廓；
所述建立螺紋理論牙形輪廓，是根據國家對標準螺紋的定義，建立螺紋理論牙形輪廓的數學模型；
所述計算螺紋銑削加工過程中的最大過切量emax，是根據螺紋銑刀齒形的生成原理，生成螺紋實際牙型輪廓，然後將螺紋實際牙型與理論牙形輪廓採用有限單元法進行離散化處理，通過比較徑向坐標相同的離散點的軸向坐標差值，得到的最大差值即為emax；
所述螺紋銑刀齒形的生成原理，是被加工螺紋孔的軸向截面繞自身軸線作螺旋運動而形成的成形面相對於刀具軸線旋轉時在銑刀上所形成的包絡面；
所述採用有限單元法進行離散化處理，是將螺紋輪廓和銑刀輪廓進行等距取點，從而將連續的輪廓離散成有限點；
所述改變螺紋銑刀齒形輪廓齒根、齒頂長度，是保持螺紋銑刀螺距不變，根據計算出來的emax，得到新的螺紋銑刀齒形輪廓的齒根長度lr、齒頂長度lc，其表達式為：
lr1=(d-d1)/2tan(α1)+(d-d1)/2tan(α2)+p/2-2emax（1）
lc1=p/2-(d-d1)/2tan(α1)+(d-d1)/2tan(α2)-emax（2）
其中，d、d1分別為螺紋銑刀大徑和小徑，α1、α2為螺紋銑刀齒形的牙側角，p為螺紋銑刀螺距；
所述獲得可減少加工幹涉的特殊齒形，是連接改變後的齒形齒根和齒頂兩端，便可以得到該螺紋銑刀的齒形輪廓。
所述刀具本體包括切削部和柄部，切削部上的切削刀片一半設有倒錐。
所述切削部的切削刀片一半設有倒錐，是切削刀片自切削端面至切削刀片中部無錐度，切削刀片中部至末端的倒錐錐度m逐漸增大，其表達式為：
m=p/100（3）
與現有技術相比，本發明的優點在於：
本發明的螺紋加工銑刀，通過一種特殊的螺紋銑刀齒形可以有效地減少螺紋高速銑削加工中的幹涉，提高螺紋精度，降低生產成本。此外，切削刀片自切削端面至切削刀片中部無錐度，切削刀片中部至末端的倒錐錐度m逐漸增大，既能確保螺紋全部被加工，又可以延長螺紋銑刀使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明一種實施例的主視結構示意圖；
圖2為圖1中切削部切削刀片的放大結構示意圖；
圖3為修改後的梯形螺紋銑刀牙型輪廓示意圖；
圖4為現有常規梯形螺紋銑刀加工幹涉圖；
圖5為本發明實施例的梯形螺紋銑刀加工幹涉圖。
圖中各標號表示：
1、刀具本體；2、切削刀片；3、切削部；4、柄部；5、切削刀片倒錐；6、切削端面。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步詳細的說明。本實施例在以本發明內容為前提下進行實施，給出了詳細的實施步驟。
本發明實施對象為梯形螺紋銑刀，該梯形螺紋銑刀大徑d=24mm和小徑d1=18.5mm、螺距p=5mm，其包括可繞旋轉軸線旋轉的刀具本體1，以及周向均勻分布的切削刀片2，其特徵在於：所述切削刀片2上的切削齒的齒形是一種能夠減少加工幹涉的特殊齒形，其齒形輪廓模型建立主要包括以下步驟：
1）建立螺紋理論牙形輪廓；
2）計算螺紋銑削加工過程中的最大過切量emax；
3）改變螺紋銑刀齒形輪廓的齒根長度、齒頂長度；
4）獲得可減少螺紋銑削加工幹涉的特殊齒形輪廓；
所述建立螺紋理論牙形輪廓，是根據國家對標準螺紋的定義，建立螺紋理論牙形輪廓的數學模型；
所述計算螺紋銑削加工過程中的最大過切量emax，是根據螺紋銑刀齒形的生成原理，生成螺紋實際牙型輪廓，然後將螺紋實際牙型與理論牙形輪廓採用有限單元法進行離散化處理，通過比較徑向坐標相同的離散點的軸向坐標差值，得到的最大差值即為emax；
所述螺紋銑刀齒形的生成原理，是被加工螺紋孔的軸向截面繞自身軸線作螺旋運動而形成的成形面相對於刀具軸線旋轉時在銑刀上所形成的包絡面；
所述採用有限單元法進行離散化處理，是將螺紋輪廓和銑刀輪廓進行等距取點，從而將連續的輪廓離散成有限點；
所述改變螺紋銑刀齒形輪廓齒根、齒頂長度，是保持螺紋銑刀螺距不變，根據螺紋銑刀齒形的生成原理計算出來的emax，得到新的螺紋銑刀齒形輪廓的齒根長度lr、齒頂長度lc，其表達式為：
lr1=(d-d1)/2tan(α1)+(d-d1)/2tan(α2)+p/2-emax=1.7mm（1）
lc1=p/2-(d-d1)/2tan(α1)+(d-d1)/2tan(α2)-emax=3.06mm（2）
其中，d、d1分別為螺紋銑刀大徑和小徑，α1、α2為螺紋銑刀齒形的牙側角，p為螺紋銑刀螺距；
所述獲得可減少加工幹涉的特殊齒形，是連接改變後的齒形齒根和齒頂兩端，便可以得到該螺紋銑刀的齒形輪廓。
所述刀具本體包括切削部3和柄部4，切削部3上的切削刀片2一半設有倒錐5。
所述切削部的切削刀片2一半設有倒錐，是切削刀片2自切削端面6至切削刀片中部無錐度，切削刀片2中部至末端的倒錐錐度m逐漸增大，其表達式為：
m=p/100=0.05mm（3）
為進一步說明本發明的螺紋加工銑刀具有上述優點，現將上述第一實施例的螺紋加工銑刀與現有常規螺紋銑刀在matlab中進行仿真做對比。
圖4為現有常規梯形螺紋銑刀的加工幹涉圖，圖5為本發明實施例的梯形螺紋銑刀加工幹涉圖。從圖4和圖5中，可以看出，本發明實施例的螺紋銑刀較現有常規螺紋銑刀的加工幹涉明顯減少，分析其原因，為螺紋銑刀齒形不符合目標曲面而產生幹涉，本發明實施例的螺紋銑刀從而極大地影響螺紋加工的精度。
由上可見，本發明第一實施例的螺紋加工銑刀在螺紋加工精度方面明顯優於現有常規螺紋加工銑刀。
雖然本發明實施例如上，然而並非用以限定本發明。凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、變化和修飾，均應落在本發明技術方案保護的範圍內。