CN102000864A - 一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片及其磨削方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片及其磨削方法，涉及一种在金属切削加工领域使用的刀具；包括以与球心等距的两个平行平面和一个与两平行平面垂直的平面截取任一球体得到一个基本体，在基本体球面上选取不共面的多段圆弧连接而成的空间曲线为切削刃；设置于所述球体中心的的安装孔；切削刃是两条取自同一球面上半径不等的多段圆弧连接而成的空间曲线，两条曲线相对所述基本体的轴线(EF)对称并在所述轴线(EF)和所述球面的交点处相对接，所述曲线绕基本体的轴线(EF)回转后形成一个半球面。有益效果在于：这种由多段圆弧组成球头切削刃的球头刀片可以实现高速加工、可用于精密加工及其生产成本低。

Description

一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片及其磨削方法
技术领域
本发明涉及一种在金属切削加工领域使用的刀具，尤其涉及单片式机夹球头铣刀刀片。
背景技术
在各种三维空间曲面和圆弧沟槽的切削加工中都要用到球头铣刀。机夹式球头铣刀比整体式球头铣刀的材料利用率大大提高，所以除小直径铣刀因受空间结构限制无法实现外，国外公司提供的较大直径(6mm以上)球头铣刀都采用机夹式结构。目前的球头铣刀刀片按刀具球头部分刀片的配置方式分为单片式和多片式，单片式刀片按形状又分为双刃和单刃，其中单片双刃机夹球头铣刀因受力均匀、振动小且精度高，适于高效高精度加工。球头铣刀刀片按刀口曲线形式又可分为平面曲线刃(圆弧)和空间曲线刃(螺旋线)两种，平面曲线刃成形和制造比较简单，但铣削加工属于间断切削，采用该刃形的球头铣刀在使用过程中整个刀刃几乎同时切入切出，刀具受到的冲击力大，产生切削振动，不宜用于高速切削和大直径铣刀。
空间曲线刃虽然克服了前者的功能缺陷，但加工工艺复杂。磨削刀片时，需要将其安装在刀杆上并通过螺钉夹紧后在数控磨刀机上以磨削整体式刀具的方式加工，生产效率低、成本高。由于装卸过程需要拧紧和松开螺钉，因此加工一个刀片复杂程度超过加工一支相同直径的铣刀。
发明内容
本发明针对上述技术问题的不足，旨在提供一种能够被高效生产的单片双刃式空间曲线刃球头铣刀片。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片包括：以与球心等距的两个平行平面和一个与两平行平面垂直的平面截取任一球体得到一个基本体，在基本体球面上选取不共面的多段圆弧连接而成的空间曲线为切削刃；设置于所述球体中心的的安装孔；基本体三个平面组成的安装面；切削刃、后刀面，安装面及安装孔制作成型于一体形成的球头刀片；所述切削刃是两条取自同一球面上半径不等的多段圆弧连接而成的空间曲线，两条曲线相对所述基本体的轴线(EF)对称并在所述轴线和所述球面的交点处相对接，所述曲线绕基本体的轴线(EF)回转后形成一个半球面。使用时，刀片安装在刀体上，轴线(EF)与刀体回转轴线重合。
下面对以上技术方案作进一步阐述：
所述组成每条切削刃的多段圆弧至少包括三段圆弧，分别为外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD，外侧段圆弧AB的弧线终点连接于中间段圆弧BC的弧线起点，中间段圆弧BC的弧线终点连接于内侧段圆弧CD的弧线起点，内侧段圆弧CD的弧线终点连接于所述轴线与球面的交点。
以上所述的一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片的磨削方法包括以下步骤：
a、建立编程参考基准平面：在所述基本体上定义三个参考基准平面，其中第一基准平面在所述基本体的两个平行平面中任选其一，第一基准平面为加工所在平面的外侧段圆弧AB而建立，并以第一基准平面为基准建立加工中间段圆弧BC的第二基准平面及加工内侧段圆弧CD的第三基准平面；
b、计算所需的编程尺寸参数：分别计算外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC、内侧段圆弧CD的圆弧的半径及A、B、C、D各点坐标；
c、磨削第二基准平面及第三基准平面：通过刀片断屑槽磨削模块编制第二基准平面及第三基准平面的磨削程序并磨削加工第二基准平面及第三基准平面；
d、外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD的磨削加工：应用圆弧刀片周边磨削模块编制外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD三段圆弧的磨削程序并磨削加工外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD三段圆弧及其后刀面，并实现所需后角角度；
e、将工件翻转180°后，以上述同样磨削加工方式加工另一条切削刃。
本发明的有益效果在于：其一、这种由多段圆弧组成球头切削刃的球头刀片克服了整个刀刃几乎同时切入切出引起切削振动，可以实现高速加工；其二、这种由多段圆弧组成球头切削刃的球头刀片没有理论误差，在工艺上也完全可以将轮廓度误差控制在0.01mm以内，所以可用于精密加工；其三、这种由多段圆弧组成球头切削刃的球头刀片可以在机夹刀片专用周边磨床上的大批量磨制，加工效率是同功能刀片在磨刀机上加工效率的4-5倍，生产成本低。
附图说明
图1为本发明的正面整体结构示意图；
图2为本发明的侧面整体结构示意图。
附图标记：1、第一安装面；2、第二安装面；3、安装孔；4(4’)、外侧段圆弧刃AB；5(5’)、中间段圆弧刃BC；6(6’)、内侧段圆弧刃CD；7、第一基准平面；8、第二基准平面；9、第三基准平面；10、后刀面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
参照图1所示，本发明包括以与球心等距的两个平行平面和一个与两平行平面垂直的平面截取任一球体得到一个基本体，在基本体球面上选取不共面的圆弧4、5、6，依次连接后形成一条空间曲线S(S＝4+5+6)，S及其关于轴线(EF)的对称曲线S’(S’＝4’+5’+6’)为本刀片的两个切削刃；设置于所述球体中心的的安装孔3；基本体上的第一、二安装面1、2和第一基准平面7共同组成本刀片的安装面；切削刃S、S’，后刀面10，安装面及安装孔3制作成型于一体形成的球头刀片；S是取自同一球面上半径不等的三段圆弧曲线4、5、6依次连接后形成的一条空间曲线，空间曲线S和S’相对所述基本体的轴线(EF)对称并在1轴线(EF)和球面的交点处相对接，轴线(EF)是基本体的中心对称轴，所述曲线S绕基本体的轴线(EF)回转后形成一个半球面。使用时，刀片安装在刀体上，轴线(EF)与刀体回转轴线重合。组成每条切削刃S的多段圆弧至少包括三段圆弧，三段圆弧分别为外侧段圆弧AB4、中间段圆弧BC5及内侧段圆弧CD6，外侧段圆弧AB4的弧线终点连接于中间段圆弧BC5的弧线起点，中间段圆弧BC5的弧线终点连接于内侧段圆弧CD6的弧线起点，内侧段圆弧CD6的弧线终点连接于所述轴线与球面的交点。其中中间段圆弧可以是一段，也可以是多段，本发明以一段中间段圆弧为实例。
参照图2所示，本发明的磨削方法包括以下步骤：
a、建立编程参考基准平面：在所述基本体1上定义三个参考基准平面，其中第一基准平面7在所述基本体1的两个平行平面中任选其一，第一基准平面7为加工所在平面的外侧段圆弧AB4而建立，并以第一基准平面7为基准建立加工中间段圆弧BC5的第二基准平面8及加工内侧段圆弧CD6的第三基准平面9；
b、计算所需的编程尺寸参数：分别计算外侧段圆弧AB4、中间段圆弧BC5、内侧段圆弧CD6的圆弧的半径及A、B、C、D各点坐标；
c、磨削第二基准平面8及第三基准平面9：通过刀片断屑槽磨削模块编制第二基准平面8及第三基准平面9的磨削程序并磨削加工第二基准平面8及第三基准平面9；
d、外侧段圆弧AB4、中间段圆弧BC5及内侧段圆弧CD6的磨削加工：应用圆弧周边磨削模块编制外侧段圆弧AB4、中间段圆弧BC5及内侧段圆弧CD6三段圆弧的磨削程序并磨削加工外侧段圆弧AB4、中间段圆弧BC5及内侧段圆弧CD6三段圆弧及其后刀面10(圆锥面)，并实现所需后角角度；
e、将工件翻转180°后，以上述同样磨削加工方式加工另一条切削刃S’。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (3)

1.一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片，包括：以与球心等距的两个平行平面和一个与两平行平面垂直的平面截取任一球体得到一个基本体，在基本体球面上选取不共面的多段圆弧连接而成的空间曲线为切削刃；设置于所述球体中心的的安装孔；基本体三个平面组成的安装面；切削刃、安装面及安装孔制作成型于一体形成的球头刀片；
其特征在于：所述切削刃是两条取自同一球面上半径不等的多段圆弧连接而成的空间曲线，两条曲线相对所述基本体的轴线(EF)对称并在所述轴线(EF)和所述球面的交点处相对接，所述曲线绕基本体的轴线(EF)回转后形成一个半球面；使用时，刀片安装在刀体上，轴线(EF)与刀体回转轴线重合。
2.根据权利要求1所述的一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片，其特征在于：所述组成每条切削刃的多段圆弧至少包括三段圆弧，分别为外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD，外侧段圆弧AB的弧线终点连接于中间段圆弧BC的弧线起点，中间段圆弧BC的弧线终点连接于内侧段圆弧CD的弧线起点，内侧段圆弧CD的弧线终点连接于所述轴线与球面的交点。
3.权利要求1所述的一种由多段圆弧刃组合成型的球头刀片的磨削方法，其特征在于包括以下步骤：
a、建立编程参考基准平面：在所述基本体上定义三个参考基准平面，其中第一基准平面在所述基本体的两个平行平面中任选其一，第一基准平面为加工所在平面的外侧段圆弧AB而建立，并以第一基准平面为基准建立加工中间段圆弧BC的第二基准平面及加工内侧段圆弧CD的第三基准平面；
b、计算所需的编程尺寸参数：分别计算外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC、内侧段圆弧CD的圆弧的半径及A、B、C、D各点坐标；
c、磨削第二基准平面及第三基准平面：通过刀片断屑槽磨削模块编制第二基准平面及第三基准平面的磨削程序并磨削加工第二基准平面及第三基准平面；
d、外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD的磨削加工：应用圆弧刀片周边磨削模块编制外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD三段圆弧的磨削程序并磨削加工外侧段圆弧AB、中间段圆弧BC及内侧段圆弧CD三段圆弧及其后刀面，并实现所需后角角度；
e、将工件翻转180°后，以上述同样磨削加工方式加工另一条切削刃。
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