CN115815976A - 一种薄壁导向套凹槽切削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄壁导向套凹槽切削加工方法，采用专用刀具进行加工，所述专用刀具包括刀体和切削部，切削部的头部设置有开口式凹槽和两个切削刃，切削部在两个切削刃的前刀面所在侧面上设置有两条凸棱、第一断屑凹槽和两个第二断屑凹槽，包括以下步骤:粗车薄壁导向套的凹槽，留有0.2mm‑0.25mm的加工余量；切削部从凹槽的第一槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第一槽壁，直到切削刃行进到槽底，开口式凹槽内形成凸台；退刀；切削部从凹槽的第二槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第二槽壁，直到切削刃行进到槽底；将切削部从第二槽壁底端横向切削到第一槽壁底端；切削时使用高压水对切削下来的铁屑进行冲刷。

Description

一种薄壁导向套凹槽切削加工方法

技术领域

本发明涉及导向套加工领域，具体的说，涉及了一种薄壁导向套凹槽切削加工方法。

背景技术

随着煤矿机械制造业的发展，液压支架的支护高度越来越高，液压油缸尺寸不断丰富，对薄壁导向套的加工精度和质量稳定性提出了更高了的要求。与普通的导向套相比，薄壁导向套内外壁凹槽结构设计比较紧凑，为了能够保证密封的可靠性，特别是对于大直径薄壁导向套而言，其凹槽设计尺寸较深、凹槽壁厚较薄，在加工过程中，很容易受到切削、振动的影响，同时又由于薄壁导向套的整体厚度与径向、轴向尺寸相比，它的比重相差很大，导致薄壁导向套的刚性较弱，很容易发生变形，导致传统的刀具达不到薄壁导向套对加工精度的要求。

经过分析，薄壁导向套凹槽的槽壁和槽底加工精度均很难保证，主要存在以下原因：（1）刀具切削刃宽度较宽，加工槽底时接触面积大，刀具容易产生振动，从而导致槽底粗糙度差，同时，刀具振动还容易导致凹槽深度或宽度超差、导向套圆度超差；（2）传统刀具在加工凹槽时不易自动断屑、产生长条带状的铁屑，缠绕在刀具或工件上，易刮伤工件、导致刀具破损，进而影响机床的自动循环，甚至破坏整条自动化线的正常运转。

针对精车薄壁导向套凹槽存在的加工精度低、加工效率低、不易断屑等问题，亟需探索一种用于精车薄壁导向套凹槽的自动断屑刀具及切削加工方法，提高加工效率，并能够减轻刀具振动，有效进行切屑控制、实现自动断屑，实现粗糙度≤Ra1.6的加工精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、加工精度高、加工效率高、能够自动断屑的薄壁导向套凹槽切削加工方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种薄壁导向套凹槽切削加工方法，采用专用刀具进行加工，所述专用刀具包括刀体和切削部，所述切削部的根部与所述刀体的端部连接，所述切削部的头部设置有开口式凹槽和两个切削刃，所述开口式凹槽的槽底朝向所述切削部的根部凹陷，两个所述切削刃对称设置在所述开口式凹槽的两侧端部；两个所述切削刃的主切削刃位于所述切削部的头部端面上，所述开口式凹槽位于两个所述切削刃的副后刀面方向，所述切削部在两个所述切削刃的前刀面所在侧面上设置有两条凸棱、第一断屑凹槽和两个第二断屑凹槽，两条所述凸棱与两个所述切削刃一一对应设置，所述凸棱从所述切削刃的刀尖延伸至所述切削部的根部、并在根部连为一体形成凸棱平台，两条所述凸棱围设在所述第一断屑凹槽外侧，所述凸棱外侧与所述切削刃的刀尖形成所述第二断屑凹槽；

包括以下步骤:

步骤S1：粗车薄壁导向套的凹槽，留有0.2mm-0.25mm的加工余量；

步骤S2：所述切削部从凹槽的第一槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第一槽壁，直到切削刃行进到槽底，所述开口式凹槽内形成凸台；

步骤S3：退刀；

步骤S4：所述切削部从凹槽的第二槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第二槽壁，直到切削刃行进到槽底；

步骤S5：将所述切削部从所述第二槽壁底端横向切削到所述第二槽壁底端；

其中，步骤S2、步骤S4和步骤S5中使用高压水对切削下来的铁屑进行冲刷。

基于上述，所述刀尖采用修光刃，修光刃由3-6个不同半径的圆弧组成，各圆弧的半径Rn在0.1mm-0.2mm之间。

基于上述，步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为2500 mm/min-3500mm/min，加工进给为0.1mm-0.2mm，切削深度为0.15mm-0.25mm。

基于上述，步骤S1中加工余量为0.2mm，步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为2500 mm/min-3000mm/min，加工进给为0.1mm-0.15mm，切削深度为0.15mm-0.2mm。

基于上述，步骤S1中加工余量为0.25mm，步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为3000 mm/min-3500mm/min，加工进给为0.15mm-0.2mm，切削深度为0.2mm-0.25mm。

基于上述，步骤S2、步骤S4和步骤S5中刀具不转、导向套转动，保持连续切削。

基于上述，所述切削刃的宽度L₁为0.6mm-0.8mm。

基于上述，所述第二断屑凹槽在刀尖处的宽度Lc为0.18mm-0.4mm。

基于上述，所述切削刃的前刀面与基面夹角γ为15°-20°，所述切削刃的主切削刃在0.05mm-0.1mm处钝化处理，所述切削刃的刀尖处倒棱角度η为3°-6°。

基于上述，所述切削部的整体刀宽L为4mm。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

（1）两个所述切削刃被所述开口式凹槽隔开，可降低单个所述切削刃的宽度，这样能够降低被切削下来的铁屑宽度，使铁屑更容易折断；当精车导向套凹槽的槽壁时，可从槽口车到槽底，切削下来的铁屑，主要被所述凸棱阻挡，向所述第二断屑凹槽方向卷曲，起到辅助断屑作用；当精车导向套凹槽的槽底时，可从一侧槽壁的底端向另一侧槽壁的底端运刀，在精车槽底的起始位置，会有部分未精车的槽底落入所述开口式凹槽内，这部分槽底由切削刃的内侧切削，主要被所述凸棱阻挡，向所述第一断屑凹槽方向卷曲，产生比切削刃宽度更窄的螺纹状铁屑，起到辅助断屑作用，其余槽底由切削刃的外侧切削，主要被所述凸棱阻挡，向所述第二断屑凹槽方向卷曲，起到辅助断屑作用；在加工过程中，配合高压水的冲击，可将铁屑及时冲断，避免形成长条状铁屑，保证断屑效果，保护工件表面不被划伤、刀具不被缠绕破损。

（2）单个所述切削刃的宽度降低，在加工槽底时接触面积更小，这样刀具的振动幅度也更小，从而能够提高被加工面的光滑度，避免薄壁导向套凹槽深度、宽度、圆度超差。

（3）由于断屑效果好、振动幅度小，本刀具在精车薄壁导向套凹槽时，能够保持平稳连续切削，从而提高加工效率；正常速度可以实现粗糙度≤Ra1.2的加工精度，进一步提高加工速度，也能够实现粗糙度≤Ra1.6的加工精度。

（4）所述凸棱平台的设置，可提高所述切削部的强度，所述切削刃的宽度适合，既能够起到减小铁屑宽度的作用，又能够保持一定强度，避免被轻易折断，所述开口式凹槽与所述切削刃相互配合，还能够缓解刀具切入瞬间的冲击作用，提高防震性能，使刀尖不易崩碎。

（5）所述开口式凹槽具体采用V型槽，在受力上更优，也更容易生产，降低制造成本。

附图说明

图1是本发明中薄壁导向套凹槽自动断屑切削刀具的立体图。

图2是本发明中薄壁导向套凹槽自动断屑切削刀具的俯视图。

图3是本发明中切削刃的示意图。

图4是本发明中修光刃的示意图。

图5是本发明中被加工的薄壁导向套的结构示意图。

图6是本发明中薄壁导向套凹槽自动断屑切削刀具加工薄壁导向套凹槽时的示意图。

图中：1. 刀体；2. 切削部；3. V型槽；4. 切削刃；5. 凸棱；6. 第一断屑凹槽；7.第二断屑凹槽；8. 凸棱平台；9. 散热槽；10. 导向套；11.凹槽。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1-4所示，一种薄壁导向套凹槽自动断屑切削刀具，包括刀体1和两个切削部2，两个所述切削部2的根部与所述刀体1的端部连接，所述刀体1和所述切削部2一体成型设置、材质为硬质合金。

所述切削部2的头部设置有开口式V型槽3和两个切削刃4，开口式V型槽3的槽底朝向所述切削部2的根部凹陷，两个所述切削刃4对称设置在所述开口式V型槽3的两侧端部，这样在两个切削刃4之间形成空档，使单个切削刃4的宽度变窄。一方面，能够降低切削宽度，铁屑变窄更容易折断；另一方面，能够在加工槽底时降低两者的接触面积，从而降低刀具的振动幅度，提高加工精度；除此之外，所述开口式V形槽3与所述切削刃3相互配合，还能够缓解刀具切入瞬间的冲击作用（中间的空档使切削刃3具备一定的弹性），提高防震性能，使刀尖不易崩碎。

两个所述切削刃4的主切削刃位于所述切削部2的头部端面上，所述开口式V型槽3位于两个所述切削刃4的副后刀面方向，所述切削部2在两个所述切削刃4的前刀面所在侧面上设置有两条凸棱5、第一断屑凹槽6和两个第二断屑凹槽7，两条所述凸棱5与两个所述切削刃4一一对应设置，所述凸棱5从所述切削刃4的刀尖延伸至所述切削部2的根部、并在根部连为一体形成凸棱平台8，两条所述凸棱5围设在所述第一断屑凹槽6外侧，所述凸棱5外侧与所述切削刃2的刀尖形成所述第二断屑凹槽7；凸棱5能够在切削刃2切削过程中，对铁屑的方向起到导向作用，利用第一断屑凹槽6和第二断屑凹槽7起到辅助断屑作用，所述凸棱平台8的设置，提高了所述切削部4的强度。

其中，所述切削刃4的宽度L₁为0.6mm-0.8mm，经实验，切削刃4的宽度超出0.8mm后，铁屑变宽，变得不太容易折断，达不到理想的断屑效果，切削刃4的宽度小于0.6mm后，强度变弱，切削过程中就容易被折断。

所述第二断屑凹槽7在刀尖处的宽度Lc为0.18-0.4mm，该范围内对铁屑的引导方向更优，铁屑更容易折断。

所述切削部2的整体刀宽L为4mm，所述开口式V型槽3的两侧壁夹角α为100°-120°。

所述切削刃4的前刀面与基面夹角γ为15°-20°，所述切削刃4的主切削刃在0.05mm-0.1mm处钝化处理，所述切削刃4的刀尖处倒棱角度为η为3°-6°。

所述刀尖采用修光刃，修光刃由3-6个不同半径的圆弧组成，各圆弧的半径Rn在0.1mm-0.2mm之间。该修光刃能够进一步提升加工效率和加工精度，具体地，当所述刀尖不采用修光刃时，加工进给0.07mm-0.1mm才能保证槽壁和槽底的粗糙度≤Ra1.6，当所述刀尖采用修光刃时，可以在加工进给0.1mm-0.15mm的前提下保证粗糙度≤Ra1.2，在加工进给0.15mm-0.2mm的前提下保证粗糙度≤Ra1.6。

所述第一断屑凹槽6呈半椭圆形，半长轴La为2mm、半短轴Lb为1mm；所述第二断屑凹槽7沿着所述凸棱5的轨迹延伸到所述凸棱平台8根部。

其中，所述开口式V型槽3的形状不局限于V型，只要为开口式凹槽，就能够达到一定的切削效果，但开口式V型槽3的力学性能更优，生产制造也更为简单。

所述刀体1在两相对侧面上分别开设有定位V型槽9；所述定位V型槽9可起到刀具安装定位作用，还能将冷却液引入切削位置，起到对工作面的降温作用。

本刀具通过所述开口式V型槽3、修光刃、切削刃4、凸棱5、第一断屑凹槽6和第二断屑凹槽7的精确配合，能够在保证加工精度为粗糙度≤Ra1.2的前提下，断屑铁屑宽度1mm-2mm、长度17mm-23mm。尤其是在加工槽底过程中，可在保证加工精度的前提下，解决不易断屑的技术难题，使得加工效率、加工精度和切削控制等得到全面提升，在薄壁导向槽的凹槽加工中表现优异。

工作原理：

当精车导向套凹槽的槽壁时，可从槽口车到槽底，切削下来的铁屑，主要被所述凸棱5阻挡，向所述第二断屑凹槽7方向卷曲，起到辅助断屑作用；当精车导向套凹槽的槽底时，可从一侧槽壁的底端向另一侧槽壁的底端运刀，在精车槽底的起始位置，会有部分未精车的槽底落入所述开口式V型槽3内，这部分槽底由切削刃4的内侧切削，主要被所述凸棱5阻挡，向所述第一断屑凹槽6方向卷曲，产生比切削刃4宽度更窄的螺纹状铁屑，起到辅助断屑作用，其余槽底由切削刃4的外侧切削，主要被所述凸棱5阻挡，向所述第二断屑凹槽7方向卷曲，起到辅助断屑作用；又因铁屑宽度降低，在实际加工过程中，配合高压水的冲击，可将铁屑及时冲断，避免形成长条状铁屑，保证断屑效果，保护工件表面不被划伤、刀具不被缠绕破损。单个所述切削刃4的宽度降低，在加工槽底时接触面积更小，这样刀具的振动幅度也更小，由于断屑效果好、振动幅度小，本刀具在精车薄壁导向套凹槽时，能够保持平稳连续切削，从而提高加工效率，正常速度就可以实现粗糙度≤Ra1.2的加工精度，进一步提高加工速度后，也能够实现粗糙度≤Ra1.6的加工精度。

实施例2

如图5和图6所示，一种薄壁导向套凹槽切削加工方法，采用实施例1中的刀具进行切削加工，包括以下步骤：

步骤S1：粗车薄壁导向套10的凹槽11，留有0.2mm的加工余量；

步骤S2：所述切削部2从凹槽11的第一槽壁进刀，保证切削部2与槽底垂直，精车第一槽壁，直到切削刃4行进到槽底，所述开口式凹槽内形成凸台；

步骤S3：退刀；

步骤S4：所述切削部2从凹槽11的第二槽壁进刀，保证切削部2与槽底垂直，精车第二槽壁，直到切削刃4行进到槽底；

步骤S5：将所述切削部2从所述第二槽壁底端横向切削到所述第一槽壁底端。

其中，步骤S2、步骤S4和步骤S5中刀具不转、导向套10转动，使用高压水对切削下来的铁屑进行冲刷，切削速度2500 mm/min -3000mm/min，加工进给为0.1mm-0.15mm，切削深度为0.15mm-0.2mm，保持连续切削。

被加工的导向套10成品外径为80mm-650mm，壁厚7mm-15mm，凹槽11深6mm-12mm，断屑铁屑的宽度1-2mm、长度17-23mm。

本加工方法完成加工后，使用粗糙度仪和三坐标测量仪检测粗糙度和圆度，凹槽11的粗糙度≤Ra1.2，导向套10圆度≤0.05mm。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：步骤S1中的加工余量为0.25mm；步骤S2、步骤S4和步骤S5中，切削速度为3000 mm/min -3500mm/min，加工进给为0.15mm-0.2mm，切削深度0.2-0.25mm。

本加工方法的加工效率为实施例2的1.2-1.3倍，完成加工后使用粗糙度仪和三坐标测量仪检测粗糙度和圆度，凹槽粗糙度≤Ra1.6，导向套圆度≤0.06mm。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于，采用专用刀具进行加工，所述专用刀具包括刀体和切削部，所述切削部的根部与所述刀体的端部连接，所述切削部的头部设置有开口式凹槽和两个切削刃，所述开口式凹槽的槽底朝向所述切削部的根部凹陷，两个所述切削刃对称设置在所述开口式凹槽的两侧端部；两个所述切削刃的主切削刃位于所述切削部的头部端面上，所述开口式凹槽位于两个所述切削刃的副后刀面方向，所述切削部在两个所述切削刃的前刀面所在侧面上设置有两条凸棱、第一断屑凹槽和两个第二断屑凹槽，两条所述凸棱与两个所述切削刃一一对应设置，所述凸棱从所述切削刃的刀尖延伸至所述切削部的根部、并在根部连为一体形成凸棱平台，两条所述凸棱围设在所述第一断屑凹槽外侧，所述凸棱外侧与所述切削刃的刀尖形成所述第二断屑凹槽；

包括以下步骤:

步骤S1：粗车薄壁导向套的凹槽，留有0.2mm-0.25mm的加工余量；

步骤S2：所述切削部从凹槽的第一槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第一槽壁，直到切削刃行进到槽底，所述开口式凹槽内形成凸台；

步骤S3：退刀；

步骤S4：所述切削部从凹槽的第二槽壁进刀，保证切削部与槽底垂直，精车第二槽壁，直到切削刃行进到槽底；

步骤S5：将所述切削部从所述第二槽壁底端横向切削到所述第一槽壁底端；

其中，步骤S2、步骤S4和步骤S5中使用高压水对切削下来的铁屑进行冲刷。

2.根据权利要求1所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：所述刀尖采用修光刃，修光刃由3-6个不同半径的圆弧组成，各圆弧的半径Rn在0.1mm-0.2mm之间。

3.根据权利要求2所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为2500 mm/min-3500mm/min，加工进给为0.1mm-0.2mm，切削深度为0.15mm-0.25mm。

4.根据权利要求3所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：步骤S1中加工余量为0.2mm，步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为2500 mm/min-3000mm/min，加工进给为0.1mm-0.15mm，切削深度为0.15mm-0.2mm。

5.根据权利要求3所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：步骤S1中加工余量为0.25mm，步骤S2、步骤S4和步骤S5中, 切削速度为3000 mm/min-3500mm/min，加工进给为0.15mm-0.2mm，切削深度为0.2mm-0.25mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：步骤S2、步骤S4和步骤S5中刀具不转、导向套转动，保持连续切削。

7.根据权利要求6所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：所述切削刃的宽度L₁为0.6mm-0.8mm。

8.根据权利要求7所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：所述第二断屑凹槽在刀尖处的宽度Lc为0.18mm-0.4mm。

9.根据权利要求8所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：所述切削刃的前刀面与基面夹角γ为15°-20°，所述切削刃的主切削刃在0.05mm-0.1mm处钝化处理，所述切削刃的刀尖处倒棱角度η为3°-6°。

10.根据权利要求7-9任一项所述的薄壁导向套凹槽切削加工方法，其特征在于：所述切削部的整体刀宽L为4mm。

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