專利名稱：硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及螺旋立銑刀，具體地說(shuō)，是涉及一種硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的 分區(qū)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
螺旋立銑刀是應(yīng)用最廣泛的銑刀之一，其切削刃分布在圓柱面和端面上，分別稱 其為周齒切削刃和端齒切削刃。在工作過(guò)程中，當(dāng)銑刀沿徑向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)(比如平面和 臺(tái)階面銑削)，周齒切削刃成為主切削刃，而端齒切削刃成為副切削刃，此時(shí)周齒切削刃的 徑向前角大小對(duì)切削性能起著最為重要的作用；當(dāng)銑刀沿軸向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)(比如鉆銑)， 端齒切削刃成為主切削刃，而周齒切削刃成為副切削刃，端齒切削刃的軸向前角大小對(duì)切 削性能起著最為重要的作用。隨著數(shù)控銑和加工中心在金屬加工領(lǐng)域中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，銑刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)除 上述單純的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和單純的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，第三種運(yùn)動(dòng)——斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)得以實(shí) 現(xiàn)。斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就是銑刀即做徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，又做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向是徑 向運(yùn)動(dòng)速度和軸向運(yùn)動(dòng)速度的復(fù)合運(yùn)動(dòng)方向，此時(shí)在復(fù)合運(yùn)動(dòng)方向的切削刃前角成為影響 切削性能的最為重要的因素。綜上所述，銑刀切削刃各部位的前角對(duì)切削性能起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)有技術(shù)中，螺旋立銑刀由于端齒切削刃存在1.5° 3°的側(cè)隙角，因此其刀 尖角小于90°，刀尖成為螺旋立銑刀刀齒中強(qiáng)度最薄弱的部分。在立銑刀的切削過(guò)程中，銑 刀刀尖通常深埋于切削區(qū)域，其受力大，溫度高，散熱差，是切削環(huán)境最為惡劣的部位。為解 決立銑刀刀尖強(qiáng)度薄弱的問(wèn)題，同時(shí)也為改善刀尖部位的切削環(huán)境，通常立銑刀刀尖會(huì)做 成圓角R形式，如圖1。在航空、航天領(lǐng)域，零部件各結(jié)構(gòu)面的轉(zhuǎn)接基本都采用R圓弧轉(zhuǎn)接， 以增加其強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中。轉(zhuǎn)接R圓弧的加工又基本都采用刀尖圓角R銑刀銑削而成。 因此，刀尖圓角R立銑刀在航空、航天等行業(yè)的應(yīng)用是及其廣泛的。根據(jù)上述分析可知，刀尖R圓角部分切削刃的前角同樣對(duì)銑刀切削性能起著至關(guān) 重要的作用。受加工條件的限制，目前立銑刀刀尖R圓角部分前刀面通常有端齒前刀面完 全帶起(見(jiàn)圖2)、端齒前刀面不完全帶起(見(jiàn)圖3)、端齒前刀面不帶起(見(jiàn)圖4)和與端齒 前刀面一次磨成的R部分螺旋齒前刀面(見(jiàn)圖5)四種形式。從圖2可見(jiàn)，端齒前刀面完全帶起，即在磨削端齒前刀面的同時(shí)將整個(gè)R前刀面一 并磨出，使R前刀面與端齒前刀面成為同一個(gè)平面，此時(shí)R前刀面磨出的寬度F等于R，R切 削刃的軸向前角與端齒軸向前角相同，而R切削刃的法向前角和徑向前角則根據(jù)軸向前角 大小自然形成，不能根據(jù)需要任意調(diào)整。當(dāng)端齒前刀面通過(guò)銑刀回轉(zhuǎn)中心時(shí)，端齒軸向前角 為0°，R切削刃的軸向前角、徑向前角和法向前角同時(shí)都為0°，相當(dāng)于R刀齒是直齒，使得 在旋轉(zhuǎn)使用中R切削刃銑入和銑出切削區(qū)域都是突然的，因此沖擊振動(dòng)較大。同時(shí)0°前角 造成切削刃不鋒利，切削力增加。當(dāng)端齒軸向前角大于0°時(shí)，R切削刃的軸向前角同樣也 大于0°，徑向前角和法向前角是根據(jù)軸向前角的大小自然形成的，相當(dāng)于R刀齒是斜齒，在旋轉(zhuǎn)使用中R切削刃是逐步銑入和銑出切削區(qū)域的，但由于通過(guò)R切削刃各點(diǎn)的徑向剖 面中前刃面相對(duì)于銑刀中心的偏移量是變化的，因此各點(diǎn)的前角均不相同，而且斜角越大， 前角的差異越大，從而使切削刃上每一點(diǎn)的刃口強(qiáng)度和切削性能均不相同。如果端齒軸向 前角是負(fù)值，R刀齒也是斜齒，但R切削刃各方向的前角都是負(fù)前角，切削刃極不鋒利，基本 上不采用。圖3是端齒前刀面不完全帶起的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。即在磨削端齒前刀面的 同時(shí)只將部分R前刀面一并磨出，使磨出部分R前刀面與端齒前刀面成為同一個(gè)平面，其余 R前刀面為周齒前刀面。從圖3可以看出，R前刀面磨出寬度F大于0但小于R，這部分狀態(tài) 與圖2所示的相應(yīng)部位狀態(tài)一樣，但其余R前刀面因?yàn)槭侵荦X前刀面，其實(shí)際各方向前角為 自然形成。由于R圓角、周齒螺旋齒槽槽型等因素的影響，在保證周齒前角的前提下，R切 削刃各點(diǎn)、各方向的前角是很難湊巧達(dá)到我們所需要的數(shù)值。同時(shí)，由于R前刀面由兩個(gè)面 組成，其中一個(gè)面還不是平面，使R切削刃在兩個(gè)面相交處形成一個(gè)突變的尖點(diǎn)，從而影響 R的精度，也影響該點(diǎn)刃口的強(qiáng)度。圖4是端齒前刀面不帶起的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。即磨削端齒前刀面時(shí)不與R 前刀面一并磨出，整個(gè)R前刀面仍為周齒前刀面，由于R圓角、周齒螺旋齒槽槽型等因素的 影響，在保證周齒前角的前提下，R切削刃各點(diǎn)、各方向的前角也是很難湊巧達(dá)到我們所需 要的數(shù)值。上述三種形式的R圓角前刀面形式，都是在磨削其余前刀面時(shí)自然形成，在保證 了其余前刀面前角的前提下，R圓角切削刃的前角不能被單獨(dú)控制，自然形成的前角也很難 湊巧得到所需要的數(shù)值，設(shè)計(jì)人員甚至不知道自然形成的實(shí)際前角到底是多少。正因?yàn)榇耍?R圓角切削刃的切削性能很難得到滿足。R圓角切削刃的切削性能影響到整把銑刀的切削 性能。隨著數(shù)控工具磨床在工具行業(yè)中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，自然形成的R圓角前刀面的 缺陷得到解決。利用五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控工具磨床，可以將R圓角前刀面磨成螺旋齒前刀面。圖 5為R齒螺旋前刀面示意圖，該前刀面是在端齒前刀面磨削完成的同時(shí)直接磨出的。從理論 上講，其R切削刃前角從R磨削起點(diǎn)到終點(diǎn)是逐步變化過(guò)渡的，比如端齒軸向前角為6°， 周齒徑向前角為12°，則R前刀面磨削的起點(diǎn)前角為6°，終點(diǎn)為12°，R切削刃前角即從 6° 12°逐步變化過(guò)渡。但在實(shí)際加工中，由于R齒螺旋前刀面與端齒前刀面一次磨成， 磨削中是利用砂輪的端平面進(jìn)行的，因此很難在R齒切削刃上做出正前角的前刀面。如此， 該螺旋前刀面前角即從R磨削的起點(diǎn)前角6°很快過(guò)渡到0°前角甚至負(fù)前角。這種R齒 螺旋前刀面的切削刃口是沿螺旋圓滑過(guò)渡的，雖然克服了前三種R圓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圍受到很大限制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有 技術(shù)中R圓角前刀面上的前角難以滿足加工材料多樣性的需求，使螺旋立銑刀刀尖的切削 性能大大提高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，包括端齒前刀面和周齒前刀面，端齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有端齒切削刃，周齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有周齒切削刃，端齒前刀面和周齒前 刀面的交匯處設(shè)置有R圓角前刀面，R圓角前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有R圓角切削刃，所述R圓角 前刀面包括依次連為一體的端齒-R齒過(guò)渡前刀面、R齒前刀面、R齒-周齒過(guò)渡前刀面，端 齒-R齒過(guò)渡前刀面連接端齒前刀面與R圓角螺旋前刀面，R齒-周齒過(guò)渡前刀面連接R圓 角螺旋前刀面與周齒前刀面。所述R圓角前刀面為螺旋前刀面。所述端齒-R齒過(guò)渡前刀面、R齒前刀面、R齒-周齒過(guò)渡前刀面的前角均為正前 角。一般來(lái)說(shuō)，端齒-R齒過(guò)渡前刀面、R齒前刀面、R齒-周齒過(guò)渡前刀面的前角均為8° 21°。所述端齒-R齒過(guò)渡前刀面的前角大小與R齒前刀面的前角大小相差1° 3°。所述R齒前刀面的前角大小與R齒-周齒過(guò)渡前刀面的前角大小相差1° 3°。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理在于，將R圓角前刀面劃分為三個(gè)區(qū)域，使三個(gè)區(qū)域的前 角大小均不相同。其中端齒-R齒過(guò)渡前刀面與端齒前刀面緊鄰，其前角大小應(yīng)更適于軸向 進(jìn)給銑削運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)端齒前角與R齒前刀面前角的過(guò)渡；R齒-周齒過(guò)渡前刀面與周齒前 刀面緊鄰，其前角大小應(yīng)更適于徑向進(jìn)給銑削運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)周齒前角與R齒前刀面前角的 過(guò)度。通過(guò)對(duì)R圓角前刀面每個(gè)區(qū)域前角大小的不同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材料加工時(shí)各區(qū)均 能獲得理想的切削效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.R圓角前刀面采用前角分區(qū)設(shè)計(jì)的螺旋前刀面，在所有分區(qū)后前刀面中，相鄰兩 個(gè)前刀面之間采用圓滑過(guò)渡，避免了圖2、圖3所示軸向前角為0°時(shí)刀具易發(fā)生沖擊振動(dòng) 的缺陷；避免了圖3所示R圓角前刀面的切削刃在兩個(gè)面相交處形成突變的尖點(diǎn)，大大提高 了 R圓角前刀面切削刃的精度和R刃口的強(qiáng)度。2.可以根據(jù)被加工材料特性，對(duì)R圓角前刀面每個(gè)區(qū)域的前角進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)控 制，避免了圖2、圖3、圖4中R圓角前刀面前角自然形成不能單獨(dú)控制的現(xiàn)狀，從而大大提 高R圓角的切削性能。3. R圓角螺旋前刀面的磨削與端齒前刀面的磨削完全分開(kāi)獨(dú)立完成，利用砂輪邊 緣的磨削即可輕松實(shí)現(xiàn)R圓角螺旋前刀面的正前角。因此，本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)極為方便。本實(shí)用新型屬于銑刀刃具技術(shù)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中刀尖采用R圓角設(shè)計(jì)的螺旋立銑刀基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中端齒前刀面完全帶起的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中端齒前刀面不完全帶起的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中端齒前刀面不帶起的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為現(xiàn)有技術(shù)中R齒螺旋前刀面與端齒前刀面一次磨成的螺旋立銑刀結(jié)構(gòu)示意 圖。圖6為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6的局部放大示意圖。附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱1_端齒切削刃，2-周齒切削刃，3-R圓角切削刃，4-R圓角前刀面，5-端齒前刀面，6-周齒前刀面，7-端齒-R齒過(guò)渡前刀面，8-R齒前刀面，9-R齒-周齒 過(guò)渡前刀面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖6、7所示，硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，包括端齒前刀面5和周齒前 刀面6，端齒前刀面5的邊緣開(kāi)設(shè)有端齒切削刃1，周齒前刀面6的邊緣開(kāi)設(shè)有周齒切削刃 2，端齒前刀面5和周齒前刀面6的交匯處設(shè)置有R圓角前刀面4，R圓角前刀面的邊緣開(kāi)設(shè) 有R圓角切削刃3，所述R圓角前刀面4包括依次連為一體的端齒-R齒過(guò)渡前刀面7、R齒 前刀面8、R齒-周齒過(guò)渡前刀面9，端齒-R齒過(guò)渡前刀面7連接端齒前刀面5與R齒前刀 面8，R齒-周齒過(guò)渡前刀面9連接R齒前刀面8與周齒前刀面6。R圓角前刀面4是在端齒前刀面5磨削完成之后單獨(dú)磨出的，其形式為螺旋前刀 面。在R圓角切削刃3中，靠近端齒切削刃1的部分為端齒-R齒過(guò)渡前刀面7，其工作效能 接近端齒切削刃1，而靠近周齒切削刃2的部分為R齒-周齒過(guò)渡前刀面9，其工作效能接 近周齒切削刃2，端齒-R齒過(guò)渡前刀面與R齒-周齒過(guò)渡前刀面之間為R齒前刀面8，其工 作效能與端齒切削刃、周齒切削刃略有區(qū)別。假設(shè)整個(gè)R圓角為90°，那么，端齒-R齒過(guò)渡 前刀面和R齒-周齒過(guò)渡前刀面分別占10°，R齒前刀面占70°。一般情況下，無(wú)論被加工材料是什么，由于加工狀態(tài)或方式的不同，同一把立銑刀 各切削刃工作效能也不同，端齒前角(軸向)、周齒前角(徑向)、R圓角前角(法向)也不 相同，不同前角大小的前刀面便會(huì)在交接處形成突變的臺(tái)階，這將不同程度地影響到刀具 的切削性能。因此，為保證最佳的切削效果，相鄰的前刀面交接處應(yīng)當(dāng)圓滑過(guò)渡。圖7所示 端齒-R齒過(guò)渡前刀面7即可從端齒前角逐步過(guò)渡到R圓角的前角，而R齒-周齒過(guò)渡前刀 面9則可從R圓角的前角逐步過(guò)渡到周齒前角。航空行業(yè)在加工鋁合金、鈦合金等材料時(shí)，對(duì)整個(gè)刀尖R圓角的要求非常高，尤其 是切削刃要求必須鋒利。圓滑過(guò)渡的端齒-R齒過(guò)渡前刀面的切削刃和R齒-周齒過(guò)渡前 刀面的切削刃受端齒前角和周齒前角的影響，其鋒利程度有時(shí)并不理想，為了保證更好的 切削效果，可以對(duì)端齒-R齒過(guò)渡前刀面的切削刃起點(diǎn)的前角和R齒-周齒過(guò)渡前刀面的切 削刃終點(diǎn)的前角進(jìn)行單獨(dú)給定，以增加其鋒利程度。此時(shí)，端齒-R齒過(guò)渡前刀面即從單獨(dú) 給定的端齒-R齒過(guò)渡前刀面的切削刃起點(diǎn)前角逐步過(guò)渡到R圓角螺旋前刀面的前角，而R 齒_周齒過(guò)渡前刀面則從R圓角螺旋前刀面的前角逐步過(guò)渡到單獨(dú)給定的R齒-周齒過(guò)渡 前刀面的切削刃終點(diǎn)的前角。在R圓角前刀面中，三個(gè)區(qū)域的前角均為正前角，且大小各不相同，根據(jù)各種加工 條件的不同，各區(qū)域的前角可以在8° 21°中選擇，但為保證端齒-R齒過(guò)渡前刀面和 R齒-周齒過(guò)渡前刀面有良好的過(guò)渡，各相鄰區(qū)域的前角大小相差不宜過(guò)大，一般相差為2°。
權(quán)利要求硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，包括端齒前刀面(5)和周齒前刀面(6)，端齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有端齒切削刃(1)，周齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有周齒切削刃(2)，端齒前刀面(5)和周齒前刀面(6)的交匯處設(shè)置有R圓角前刀面(4)，R圓角前刀面(4)的邊緣開(kāi)設(shè)有R圓角切削刃(3)，其特征在于，所述R圓角前刀面包括依次連為一體的端齒 R齒過(guò)渡前刀面(7)、R齒前刀面(8)、R齒 周齒過(guò)渡前刀面(9)，端齒 R齒過(guò)渡前刀面(7)連接端齒前刀面(5)與R圓角螺旋前刀面(4)，R齒 周齒過(guò)渡前刀面(9)連接R圓角螺旋前刀面(4)與周齒前刀面(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述R圓 角前刀面為螺旋前刀面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端 齒-R齒過(guò)渡前刀面(7)、R齒前刀面(8)、R齒-周齒過(guò)渡前刀面(9)的前角均為正前角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端 齒-R齒過(guò)渡前刀面(7)、R齒前刀面(8)、R齒-周齒過(guò)渡前刀面(9)的前角均為8° 21°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端 齒-R齒過(guò)渡前刀面(7)的前角大小與R齒前刀面(8)的前角大小相差1° 3°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述R齒 前刀面(8)的前角大小與R齒-周齒過(guò)渡前刀面(9)的前角大小相差1° 3°。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種硬質(zhì)合金螺旋立銑刀刀尖的分區(qū)結(jié)構(gòu)，屬于立銑刀技術(shù)，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中刀尖難以滿足不同材料的加工需求的問(wèn)題。該分區(qū)結(jié)構(gòu)包括端齒前刀面和周齒前刀面，端齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有端齒切削刃，周齒前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有周齒切削刃，端齒前刀面和周齒前刀面的交匯處設(shè)置有R圓角前刀面，R圓角前刀面的邊緣開(kāi)設(shè)有R圓角切削刃，其特征在于，所述R圓角前刀面包括依次連為一體的端齒-R齒過(guò)渡前刀面、R齒前刀面、R齒-周齒過(guò)渡前刀面，端齒-R齒過(guò)渡前刀面連接端齒前刀面與R齒前刀面，R齒-周齒過(guò)渡前刀面連接R齒前刀面與周齒前刀面。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B23C5/02GK201720506SQ20102026175
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者侯國(guó)慶, 樊華, 陳棟華 申請(qǐng)人:成都航威精密刃具有限公司