CN106964826B - 螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了螺旋铣孔‑锪窝‑倒圆角一体刀具，包括由刀柄及切削部分组成的刀体，切削部分包括从前至后依次设置的螺旋铣孔切削刃部、螺旋铣孔切削颈部、倒圆角切削刃部和锪窝切削刃部，锪窝切削刃部与刀柄相接，螺旋铣孔切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个螺旋铣孔切削刃，倒圆角切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个倒圆角切削刃，锪窝刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个锪窝切削刃，三个倒圆角切削刃的刃部处于螺旋铣孔切削颈部未开槽处，倒圆角切削刃前端均与螺旋铣孔切削颈部的外径相切设置并且每一个倒圆角切削刃后端与一个对应设置的锪窝切削刃前端相切设置，三个倒圆角切削刃与螺旋铣孔切削刃部错开设置。采用本刀具提高了加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及加工4mm～12mm直径孔的螺旋铣孔、锪窝、倒圆角一体专用刀具，特别涉及加工碳纤维复合材料/钛合金叠层构件螺旋铣孔、锪窝、倒圆角一体化的沉头螺栓连接孔专用刀具。
背景技术
随着航空业的发展，传统钻孔已经不能满足实际要求，螺旋铣孔是一种新的加工方式，加工质量更好、效率更高。加工过程中碳纤维复合材料/钛合金叠层构件的应用越来越多，为了保证加工效率、装配质量以及表面质量，应对叠层材料进行一体化制孔，对叠层构件4mm～12mm直径孔螺旋铣孔专用刀具的应用越来越频繁。同时为满足飞机的气动性，叠层构件的连接多使用沉头紧固件螺栓连接，因而需要进行锪窝并将底孔与锪窝连接处进行倒圆角。国内目前对于叠层构件螺旋铣孔、锪窝、倒圆角一体化专用刀具没有相关的研究。
发明名称为“加工复合材料小直径孔螺旋铣孔专用刀具”，专利号为201510083667.7的中国专利公开了以下内容：刀具的刃部设有两两夹角不相同的第一、第二、第三切削刃，三个切削刃的刃长不同，三个切削刃的后刀面为具有刃带的双重后刀面，三个切削刃的底刃偏移刀具中心线距离，由三个切削刃形成的螺旋角不同。该刀具在加工完孔后，为进行沉头螺栓连接，后续仍需使用锪窝刀具进行加工，并需要对孔与锪窝的连接处进行倒圆角，从而获得较好的锪窝孔质量。但是在进行锪窝、倒圆角加工时需要更换刀具，会产生很多的误差。首先，由于更换锪窝刀具后刀具轴线的偏差，加工后会产生底孔轴线与锪窝孔轴线的偏心误差；其次，由于更换锪窝刀具后刀长的偏差，锪窝深度会产生深度误差；最后，倒圆角时导杆直径与孔径相同时并不能很好的进入底孔孔中，而导杆直径小于孔径时加工出来的倒圆角与底孔处会产生棱边。
发明名称为“一种复合材料螺旋铣锪窝专用刀具”，专利号为201210396891.8的中国专利公开了以下内容：刀具由一体成型的刀杆及切削部分组成，切削部分的最大外径与刀杆的直径相同，其中切削部分包括三个结构相同的刀齿，刀齿之间开有螺旋槽,并等间距分布；刀具前端切削刃形成刀具顶角为Ф100°～120°。切削刃都采用有刃带的双重后刀面形式,并在切削刃双重后刀面的刃带上具有一组锯齿状的切削齿。该刀具将一般的锪窝刀具转换成了螺旋铣孔锪窝刀具，但是仍然存在很多问题。首先，该刀具存在换刀后的偏心误差与锪窝深度误差；其次，该刀具没有倒圆角功能，加工出的锪窝孔不能很好地与紧固螺栓配合，会产生明显的集中应力。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种将螺旋铣孔刀具、锪窝刀具、倒圆角刀具的功能结合为一体，大大提高了加工精度的螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具。
螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具，包括由刀柄及切削部分组成的刀体，所述的切削部分包括从前至后依次设置的螺旋铣孔切削刃部、螺旋铣孔切削颈部、倒圆角切削刃部和锪窝切削刃部，所述的锪窝切削刃部与刀柄相接，所述的螺旋铣孔切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个螺旋铣孔切削刃，所述的倒圆角切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个倒圆角切削刃，所述的锪窝刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个锪窝切削刃，所述的三个倒圆角切削刃的刃部处于螺旋铣孔切削颈部未开槽处，每一个倒圆角切削刃前端均与螺旋铣孔切削颈部的外径相切设置并且每一个倒圆角切削刃后端与一个对应设置的锪窝切削刃前端相切设置，所述的三个锪窝切削刃位于同一个锥台的母线位置，所述的三个倒圆角切削刃与螺旋铣孔切削刃部错开设置，锪窝切削刃和倒圆角切削刃排屑槽一体设置并与螺旋铣孔切削刃排屑槽相通，所述的螺旋铣孔切削刃部直径与螺旋铣孔切削颈部直径相同，所述的螺旋铣孔切削刃部直径比刀柄的直径小，倒圆角切削刃刃部为圆弧结构同时倒圆角切削刃尖端与刀具轴线在同一平面上。
本发明与现有发明相比，本发明具有以下优势：
本刀具采用将螺旋铣孔刀具、锪窝刀具、倒圆角刀具的功能结合为一体，进行螺旋铣孔进给运动完成锪窝与倒圆角，可一道工序加工出与沉头螺栓连接配合所需要的锪窝孔。可大大减少因换刀引起的底孔轴线与锪窝孔的轴线偏心误差、螺旋铣孔刀具与锪窝刀具刀长误差所引起的锪窝深度误差以及倒圆角与底孔连接处出现棱边的问题。同时能够使用一把刀具加工出所需要的不同直径的锪窝孔，能够大大减少所需要的刀具数量。
附图说明
图1是本发明的加工碳纤维复合材料/钛合金叠层构件螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具整体结构示意图；
图2是图1所示的刀具倒圆角刃部和螺旋铣孔切削颈部的局部放大图；
图3是图1所示的刀具的A-A剖面图；
图4是图3所示的刀具的B-B剖面图；
图5是图3所示的刀具的C-C剖面图；
图6是刀具三维模型图；
图7是采用本发明的刀具加工出孔的形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如附图所示，本发明的螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具，包括由刀柄5及切削部分组成的刀体，所述的切削部分包括从前至后依次设置的螺旋铣孔切削刃部1、螺旋铣孔切削颈部2、倒圆角切削刃部3和锪窝切削刃部4。所述的锪窝切削刃部与刀柄相接，所述的螺旋铣孔切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个螺旋铣孔切削刃，所述的倒圆角切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个倒圆角切削刃，所述的锪窝刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个锪窝切削刃。所述的三个倒圆角切削刃的刃部处于螺旋铣孔切削颈部未开槽处，以确保获得完整的倒圆角切削刃部并使得切削刃部前端与螺旋铣孔刃部的外径相切。每一个倒圆角切削刃前端均与螺旋铣孔切削颈部的外径相切设置并且每一个倒圆角切削刃后端与一个对应设置的锪窝切削刃前端相切设置。所述的三个锪窝切削刃位于同一个锥台的母线位置。所述的三个倒圆角切削刃与螺旋铣孔切削刃部错开设置，锪窝切削刃和倒圆角切削刃排屑槽一体设置并与螺旋铣孔切削刃排屑槽相通，确保排屑通畅。所述的螺旋铣孔切削刃部直径D1与螺旋铣孔切削颈部直径D2相同，可以取4～6mm，所述的螺旋铣孔切削刃部直径比刀柄的直径D3小，所述刀柄的直径D3在满足锪窝切削刃部尺寸的前提下根据装夹需要自行设计。
为更好的使得锪窝切削刃部与倒圆角切削刃部加工出的锪窝孔与倒圆角边界处不出现棱边，将倒圆角切削刃部与锪窝切削刃部的刀尖处设计为相切，倒圆角切削刃刃部为半径为R1的圆弧结构即没有螺旋角，同时倒圆角切削刃尖端与刀具轴线在同一平面上。
该刀具由一根棒料加工而成，其具有一旋转中心轴线a，加工过程中绕轴线进行螺旋进给运动，从而获得螺旋铣孔、螺旋倒圆角、螺旋锪窝组合为一体的切削功能。
优选的所述的三个螺旋铣孔切削刃之间的间距不相等，三个倒圆角切削刃之间的间距以及三个锪窝切削刃之间的间距相等，即相邻锪窝切削刃间轴向旋转夹角θ为120°。从而能够有效的解决螺旋铣孔切削过程中的振颤问题以及锪窝切削刃部与倒圆角切削刃部的加工问题。
为更好地排屑，倒圆角切削刃和锪窝切削刃均采用双后角切削刃。倒圆角切削刃刃宽a1、倒圆角切削前刃角度β1、倒圆角切削刃第一后角γ1、倒圆角切削刃第二后角γ2、锪窝切削刃刃宽a2、锪窝切削刃切削前刃角度β2、锪窝切削刃第一后角γ3、锪窝切削刃第二后角γ4等相关数值可以根据实际使用需要设定。
刀具的刀柄长度L4根据棒料以及装夹方便自行设计，取35～45mm；刀具螺旋铣孔切削刃部长度L1根据所加工的碳纤维复合材料/钛合金叠层板厚度自行设计，取5～12mm；螺旋铣孔切削颈部L2根据锪窝刃部与倒圆角刃部的排屑槽尺寸自行设计，取2.5～4mm；螺旋铣孔刃部的螺旋角为α1根据具体情况自行设计，取28°～34°。
本刀具中倒圆角切削刃部处于螺旋铣孔切削颈部无退刀槽的位置，从而能够使得倒圆角刃部与螺旋铣孔切削刃部所加工出的孔相切，进而能够大大减少倒圆角的偏差。使得在加工过程中，能够使螺旋铣孔切削刃、倒圆角切削刃、锪窝切削刃形成一个连续的切削刃，并使切削力平稳递增,加工复合材料时不易产生分层、撕裂、毛刺、拉丝、崩块等缺陷。
本刀具的锪窝切削刃与螺旋铣孔切削刃的夹角α2用于控制加工锪窝的坡度，对照图7，在工件上加工出角度α3。锪窝切削刃部所加工出的锪窝孔的角度对应图7的角度α4，，根据所配合的沉头螺栓自行设计，取100°～130°。倒圆角切削刃部R1对应着图7中工件加工出的倒圆角R3，根据所配合的沉头螺栓自行设计，半径取0.5～1.0mm。
以上对本发明的描述仅仅是示意性的，而不是限制性的。所以，本发明的实施方式并不局限于上述的具体实施方式。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，做出其他变化或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具，包括由刀柄及切削部分组成的刀体，其特征在于：所述的切削部分包括从前至后依次设置的螺旋铣孔切削刃部、螺旋铣孔切削颈部、倒圆角切削刃部和锪窝切削刃部，所述的锪窝切削刃部与刀柄相接，所述的螺旋铣孔切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个螺旋铣孔切削刃，所述的倒圆角切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个倒圆角切削刃，所述的锪窝切削刃部包括沿刀体圆周方向设置的三个锪窝切削刃，所述的三个倒圆角切削刃的刃部处于螺旋铣孔切削颈部未开槽处，每一个倒圆角切削刃前端均与螺旋铣孔切削颈部的外径相切设置并且每一个倒圆角切削刃后端与一个对应设置的锪窝切削刃前端相切设置，所述的三个锪窝切削刃位于同一个锥台的母线位置，所述的三个倒圆角切削刃与螺旋铣孔切削刃部错开设置，锪窝切削刃和倒圆角切削刃排屑槽一体设置并与螺旋铣孔切削刃排屑槽相通，所述的螺旋铣孔切削刃部直径与螺旋铣孔切削颈部直径相同，所述的螺旋铣孔切削刃部直径比刀柄的直径小，倒圆角切削刃刃部为圆弧结构同时倒圆角切削刃尖端与刀具轴线在同一平面上。
2.根据权利要求1所述的螺旋铣孔-锪窝-倒圆角一体刀具，其特征在于：所述的三个螺旋铣孔切削刃之间的间距不相等，三个倒圆角切削刃之间的间距以及三个锪窝切削刃之间的间距相等。
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