CN114888343A - 一种微齿铣刀的切削刃及微齿铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微齿铣刀的切削刃及微齿铣刀，该切削刃将一个右旋刃和一个左旋槽在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，切削单元长度L包括右旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁和左旋槽在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个右旋刃在轴向上的高度差L₃；右旋螺旋角度β_R范围为5～35°，左旋螺旋角度β_L范围为25～70°。本发明的有益效果是：本发明的系列微齿铣刀的刃数、左旋螺旋角度、右旋螺旋角度、刃长之间存在明确的逻辑关系，参数的调整存在着制约关系，能够保证刀具性能的稳定性，并且根据需求对主要参数调整后，即可形成一系列适应不同的加工工况的微齿铣刀。

Description

一种微齿铣刀的切削刃及微齿铣刀

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种微齿铣刀的切削刃及微齿铣刀。

背景技术

以碳纤维复合材料(CFRP)为代表的纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度高、抗疲劳性能优异、耐腐蚀等优点，在航天航空、风力发电、轨道交通、体育用品等领域有着广泛的应用。纤维增强复合材料属于典型的难加工材料，在加工过程中极易产生毛刺、撕裂和分层等加工缺陷，这些加工缺陷会严重损伤材料的机械性能，导致材料的承载能力、拉伸强度和疲劳寿命的随机不可控下降。

在碳纤维纤维复材的铣削加工中，需要从刀具结构、基体材料和涂层三个方向上进行研究。在现有的解决方案中，典型的解决方案是使用微齿铣刀，对材料进行微元去除，实现以铣代磨的加工方式，从而降低材料的损伤。

目前的解决方案中普遍存在问题是对微齿结构的排布设计考虑不足，大连理工大学贾振元等人发明的“抑制多刃微齿铣刀切削刃边缘破损的微齿排布设计方法”，专利号申请号201810495696.8，发明了一种微齿排布设计方法，抑制微齿边缘抗崩刃和磨损的性能，提供铣刀寿命和切削性能。大连理工大学王福吉等人发明的“一种能够实现左、右旋切削刃交替切削的多齿设计方案”，专利号申请号201910075656.2，发明了一种微齿排布设计方法，能够实现多刃铣刀的有效切削部分在不同截面上右旋切削刃与左旋切削刃交替切削的加工方式，保证CFRP表层纤维受到不同方向轴向力的连续作用，从而实现抑制高速铣削碳纤维复合材料表层毛刺产生的目的。然而上述专利的微齿铣刀设计仅在微齿局部对相邻两个微齿刃做了设计优化，没有从刀具整体考虑微齿设计，刀具结构形式单一，且刀具各参数之间无明确的逻辑关系，部分参数的轻微调整会导致刀具性能的较大波动。

发明内容

本发明提供了一种微齿铣刀的切削刃，包括切削刃本体、左旋槽、右旋槽，左旋螺旋角度为β_L，右旋螺旋角度为β_R；

当切削刃本体为右旋刃时，右旋槽为主排屑槽，将一个右旋刃和一个左旋槽在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中切削单元长度L包括右旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁和左旋槽在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个右旋刃在轴向上的高度差L₃，右旋螺旋角度β_R范围为5～35°，左旋螺旋角度β_L范围为25～70°；

当切削刃本体为左旋刃时，左旋槽为主排屑槽，将一个左旋刃和一个右旋槽在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中切削单元长度L包括左旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁和右旋槽在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个左旋刃在轴向上的高度差L₃，左旋螺旋角度β_L范围为5～35°，右旋螺旋角度β_R范围为25～70°；

L₁的取值范围为(L-(n-1)L₃)～0.75L，其中n为微齿周向循环周期。

作为本发明的进一步改进，右旋螺旋角β_R+左旋螺旋角度β_L≥40°。

作为本发明的进一步改进，右旋槽数为Z_R，左旋槽数为Z_L，刃径为D，D的单位为mm；

当右旋槽是主排屑槽时，右旋槽数Z_R的选取范围是：

1＜D≤3，Z_R取值4～8；

3＜D≤6，Z_R取值6～12；

6＜D≤10，Z_R取值8～14；

10＜D≤20，Z_R取值10～18；

当左旋槽是主排屑槽时，左旋槽数Z_L的选取范围是：

1＜D≤3，Z_L取值4～8；

3＜D≤6，Z_L取值6～12；

6＜D≤10，Z_L取值8～14；

10＜D≤20，Z_L取值10～18。

作为本发明的进一步改进，刃径为D，切削单元长度L取值范围为(0.1～0.3)D。

作为本发明的进一步改进，微齿周向循环周期n的计算公式如下：

(Z_R，Z_L)为右旋槽数Z_R和左旋槽数Z_L的最大公约数。

作为本发明的进一步改进，L₃的计算公式如下：

D为刃径。

作为本发明的进一步改进，当切削刃本体为右旋刃时，刃径D＝10mm，右旋螺旋角度β_R＝15°，左旋螺旋角度β_L＝40°，右旋槽数Z_R＝12，左旋槽数Z_L＝18，L＝1.58mm，n＝2，L₃＝0.79mm。

作为本发明的进一步改进，L₁取范围为0.79～1.19mm。

作为本发明的进一步改进，L₁＝0.84mm，L₂＝0.74mm。

作为本发明的进一步改进，当切削刃本体为左旋刃时，刃径D＝10mm，右旋螺旋角度β_R＝35°，左旋螺旋角度β_L＝20°，右旋槽数Z_R＝10，左旋槽数Z_L＝12，L＝2.95mm，n＝6，L₃＝0.49mm。

作为本发明的进一步改进，L₁取范围为0.5～2.21mm。

作为本发明的进一步改进，L₁＝1.8mm，L₂＝1.15mm。

本发明还提供了一种微齿铣刀，包括刀柄、过渡段、以及本发明所述切削刃，所述刀柄与所述过渡段相连，所述过渡段与所述切削刃相连。

本发明的有益效果是：本发明的系列微齿铣刀的刃数、左旋螺旋角度、右旋螺旋角度、刃长之间存在明确的逻辑关系，参数的调整存在着制约关系，能够保证刀具性能的稳定性，并且根据需求对主要参数调整后，即可形成一系列适应不同的加工工况的微齿铣刀。

附图说明

图1是右旋微齿铣刀结构示意图；

图2是右旋微齿排布示意图；

图3是左旋微齿铣刀结构示意图；

图4是左旋微齿排布示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种微齿铣刀，包括切削刃10、过渡段20和刀柄30三个部分，所述刀柄30与所述过渡段20相连，所述过渡段20与所述切削刃10相连。本发明的涉及的内容在切削刃10部分，主要技术参数包括：右旋槽数、右旋螺旋角度、左旋槽数、左旋螺旋角度、右旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁。

切削刃10包括切削刃本体、左旋槽13、右旋槽12。

如图1所示，当切削刃本体为右旋刃11时，将三维微齿铣刀结构以轴心为中心展开成二维铣刀微齿结构排布图，截取部分有效切削单元如图2所示，右旋螺旋角度为β_R，左旋螺旋角度为β_L，将一个右旋刃11和一个左旋槽13在刀具(刀具就是指本发明的微齿铣刀)轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中包含右旋刃11在刀具轴向上的投影长度L₁和左旋槽13在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个右旋刃11在轴向上的高度差L₃。刀具的刃径为D，右旋槽数为Z_R，左旋槽数为Z_L。

右旋螺旋角度β_R范围为5～35°，β_L范围为25～70°，同时为了保证微齿尖角的强度，要保证β_R+β_L≥40°。

右旋槽数Z_R根据刀具的刃径和刀具加工参数选取，Z_R的选值范围如下表所示，在一定范围内可以通过右旋刃数调节刀具排屑槽容屑量和刀具微齿强度，适应不同的复合材料加工：

表1右旋槽数Z_R选取范围

左旋槽数Z_L决定了切削单元长度L，切削单元长度L取值范围为(0.1～0.3)D，一般在材料纤维强度较高，易产生加工缺陷的情况下适合选用较小尺度的单元长度。

右旋刃长度L₁的选取需要满足右旋刃11的刀具轴向全覆盖，L₁的范围为(L-(n-1)L₃)～0.75L。

其中n为微齿周向循环周期，受左旋槽数Z_L和右旋槽数Z_R的比例影响，一般在较大进给下，刀具微齿需承受较大切削力的情况下，微齿周向循环周期数n宜取较小值，计算公式如下：

L₃为相邻两个右旋刃11在轴向上的高度差，计算公式如下：

说明：(Z_R，Z_L)为Z_R和Z_L的最大公约数。

如图3、4所示，当切削刃本体为左旋刃14时，将一个左旋刃14和一个右旋槽12在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中切削单元长度L包括左旋刃14在刀具轴向上的投影长度L₁和右旋槽12在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个左旋刃14在轴向上的高度差L₃，右旋螺旋角度β_R范围为25～70°，左旋螺旋角度β_L范围为5～35°，左旋槽13为主排屑槽。

作为本发明优选实施例1：

本实施例刀具为右旋右切，右旋槽为主排屑槽。

加工材料对象为高强度碳纤维增强复合材料T800；

刃径D＝10mm；

右旋螺旋角度β_R＝15°；

左旋螺旋角度β_L＝40°；

右旋槽数Z_R＝12；

左旋槽数Z_L＝18；

L＝1.58mm；

L₁＝0.84mm；

L₂＝0.74mm。

本优选实施例1在用户现场进行了刀具切削寿命验证，在转速8000rpm，进给1000mm/min的加工参数下，槽切4mm厚T300CFRP覆铜板，刀具寿命如表2所示，与国内外竞品对比，刀具寿命有50％以上提升，优势明显。

表2刀具寿命对比测试结果

作为本发明优选实施例2：

本实施例刀具为左旋右切，左旋槽为主排屑槽。

加工材料对象为玻璃纤维增强复合材料；

刃径D＝10mm；

左旋螺旋角度β_L＝20°；

右旋螺旋角度β_R＝35°；

左旋槽数Z_L＝12；

右旋槽数Z_R＝10；

L＝2.95mm；

L₁＝1.8mm；

则L₂＝1.15mm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种微齿铣刀的切削刃，其特征在于：包括切削刃本体、左旋槽、右旋槽，左旋螺旋角度为β_L，右旋螺旋角度为β_R；

当切削刃本体为右旋刃时，右旋槽为主排屑槽，将一个右旋刃和一个左旋槽在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中切削单元长度L包括右旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁和左旋槽在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个右旋刃在轴向上的高度差L₃，右旋螺旋角度β_R范围为5～35°，左旋螺旋角度β_L范围为25～70°；

当切削刃本体为左旋刃时，左旋槽为主排屑槽，将一个左旋刃和一个右旋槽在刀具轴向上的投影长度之和作为一个切削单元长度L，其中切削单元长度L包括左旋刃在刀具轴向上的投影长度L₁和右旋槽在刀具轴向上的投影长度L₂，相邻两个左旋刃在轴向上的高度差L₃，左旋螺旋角度β_L范围为5～35°，右旋螺旋角度β_R范围为25～70°；

L₁的取值范围为(L-(n-1)L₃)～0.75L，其中n为微齿周向循环周期。

2.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：右旋螺旋角β_R+左旋螺旋角度β_L≥40°。

3.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：右旋槽数为Z_R，左旋槽数为Z_L，刃径为D，D的单位为mm；

当右旋槽是主排屑槽时，右旋槽数Z_R的选取范围是：

1＜D≤3，Z_R取值4～8；

3＜D≤6，Z_R取值6～12；

6＜D≤10，Z_R取值8～14；

10＜D≤20，Z_R取值10～18；

当左旋槽是主排屑槽时，左旋槽数Z_L的选取范围是：

1＜D≤3，Z_L取值4～8；

3＜D≤6，Z_L取值6～12；

6＜D≤10，Z_L取值8～14；

10＜D≤20，Z_L取值10～18。

4.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：刃径为D，切削单元长度L取值范围为(0.1～0.3)D。

5.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：微齿周向循环周期n的计算公式如下：

(Z_R，Z_L)为右旋槽数Z_R和左旋槽数Z_L的最大公约数。

6.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：L₃的计算公式如下：

D为刃径。

7.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：当切削刃本体为右旋刃时，刃径D＝10mm，右旋螺旋角度β_R＝15°，左旋螺旋角度β_L＝40°，右旋槽数Z_R＝12，左旋槽数Z_L＝18，L＝1.58mm，n＝2，L₃＝0.79mm。

8.根据权利要求7所述的切削刃，其特征在于：L₁取范围为0.79～1.19mm。

9.根据权利要求8所述的切削刃，其特征在于：L₁＝0.84mm，L₂＝0.74mm。

10.根据权利要求1所述的切削刃，其特征在于：当切削刃本体为左旋刃时，刃径D＝10mm，右旋螺旋角度β_R＝35°，左旋螺旋角度β_L＝20°，右旋槽数Z_R＝10，左旋槽数Z_L＝12，L＝2.95mm，n＝6，L₃＝0.49mm。

11.根据权利要求10所述的切削刃，其特征在于：L₁取范围为0.5～2.21mm。

12.根据权利要求11所述的切削刃，其特征在于：L₁＝1.8mm，L₂＝1.15mm。

13.一种微齿铣刀，其特征在于：包括刀柄、过渡段、以及权利要求1至12任一项所述切削刃，所述刀柄与所述过渡段相连，所述过渡段与所述切削刃相连。

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