CN209867496U - 一种加长的pcd螺旋刃立铣刀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，包括一刀柄，在刀柄的前端周向均布有两条刀片槽，在每一刀片槽内焊接有PCD复合刀片，在所述PCD复合刀片上设置有切削刃，其特征在于，所述切削刃的轴向前角γP为5～10°，正交剖面前角γo为0～11°，正交剖面后角αO为4～10°，端刃斜角ψ为0.1～2°，刀尖圆弧半径R为0.1～0.6mm；实际螺旋角βe则由切削刃直径￠、机床刃磨旋转角度θ和刀刃长度L2计算得到，具体公式如下：βe＝tg‑1(πdθ/L2×360°)。本实用新型的有益效果在于：加工大侧面和底面的工况当中，加工质量好，刀具寿命长，换刀时间减少，生产效率高，加工质量稳定，降低生产成本显著。
Description
技术领域
本实用新型属于立铣刀领域，具体涉及一种加长的PCD螺旋刃立铣刀。
背景技术
在航空航天、汽车、医疗器械、仪器仪表、光电子、计算机、传感器、精密机械、雷达、光学、模具、通信等现代制造领域中经常会碰到大尺寸(一般≥20mm，有的达40～45mm左右)侧面和底面的切削加工，并且对侧面和底面的粗糙度要求都较高，特别是在GFRP、CFRP、MMC、FRM(SiC/AL)、钛合金、铝合金、钛铝合金等难加工材料上加工更是十分困难。
目前常用传统的涂层硬质合金立铣刀加工大侧面和底面，主要缺点是磨损快，寿命短，精度差，效率低，成本高。
而PCD材料是在高温(1560℃)高压(16GPa)下形成金刚石微晶，由金属Co、Ni等粘接烧结成一体的聚晶金刚石材料，硬度可达HV6000～8000，耐热性可达700～800℃左右，在加工中心上允许的切削速度比硬质合金高3～10倍，对非金属和有色金属难加工复合材料切削时相对于硬质合金立铣刀磨损要慢得多，刀具的耐用度可提高5～10倍。但是由于PCD压制烧结的形状呈圆片，直径一般在60～80mm左右，前刀面呈平面，由于硬度十分高难以做成螺旋面。
实用新型内容
为了克服现有技术所存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种加长的PCD螺旋刃立铣刀。
为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：
一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，包括一刀柄，在刀柄的前端周向均布有两条刀片槽，在每一刀片槽内焊接有PCD复合刀片，在所述PCD复合刀片上设置有切削刃，其特征在于，所述切削刃的轴向前角γP为5～10°，正交剖面前角γo为0～11°，正交剖面后角αO为4～10°，端刃斜角ψ为0.1～2°，刀尖圆弧半径R为0.1～0.6mm；实际螺旋角βe则由切削刃直径￠、机床刃磨旋转角度θ和刀刃长度L2计算得到，具体公式如下：βe＝tg-1(πdθ/L2×360°)。
在本实用新型的一个优选实施例中，在每一刀片槽内的后端设置排屑槽。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述刀柄的结构包括：直柄、莫氏锥柄、7:24锥柄、HSK 1:10短锥空心柄中的任意一种。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述刀柄的材质包括：42CrMo、36CrMoTi、K10～K20硬质合金中的任意一种。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述刀柄的Ra≤0.4μm，圆柱度≤2～3μm。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述PCD复合刀片为25μm粗晶粒、10μm中晶粒或2μm细晶粒PCD复合刀片。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型在形成轴向前角γp后，刀刃倾斜了γp角，可以用数值拟合的方法求出刀刃的螺旋线，也可以在数控磨刀机(例如英国COBORN-RG9磨刀机)上由机床软件数值运算后自动拟合成一条螺旋线后刃磨。
(2)本实用新型能适用于各种刀柄结构(直柄、7:24锥柄、莫氏锥柄和HSK高速切削刀柄等)，以满足各种机床主轴接口的需要；
(3)本实用新型可根据使用需要设计制作成右旋刀刃或左旋刀刃，保证排屑顺畅；
(4)本实用新型的PCD材料可根据工件的硬度、强度、韧性、导热系数等物理力学性能选用合适的PCD金刚石晶粒直径；
(5)本实用新型的几何参数可根据工件材料合理设计，由七轴数控五轴联动的英国COBORN-RG9软件支持加工；
(6)本实用新型可一次装夹完成多条刀刃刃磨，切削刃跳动小。
(7)本实用新型能切削加工钛合金，铝及其合金、铜及其合金、GFRP(玻璃纤维增强材料)、CFRP(碳纤维复合材料)、MMC(金属基体复合材料)、FRM(纤维增强金属，例如SiC/Al,Al2O3/Al等)等难加工材料；
(8)本实用新型可在刚性足够、扭矩足够大的的加工中心、组合机床上应用；
(9)本实用新型刀刃逐渐切入和逐渐切出，切削平稳，加工质量好；
(10)能加工部分轴向有缺口或者断续的侧平面或断续曲面；
(11)工件加工表面粗糙度Ra≤0.4μm；
(12)刀具寿命长，换刀时间减少，生产效率高，加工质量稳定，降低生产成本显著。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图(主视图)。
图2为本实用新型的结构示意图(后视图)。
图3为本实用新型的结构示意图(左视图)。
图4为本实用新型的端刃放大示意图。
具体实施方式
图1-4当中的参数指代如下：
轴向前角γP、实际螺旋角βe、径向前角γf、正交剖面前角γo、正交剖面后角αO、端刃斜角ψ、端刃后角αod、刀尖圆弧半径R等组成。
本实用新型的主要原理在于：
PCD材料是在高温(1560℃)高压(16GPa)下形成金刚石微晶，由金属Co、Ni等粘接烧结成一体的聚晶金刚石材料，硬度可达HV6000～8000，耐热性可达700～800℃左右，在加工中心上允许的切削速度比硬质合金高3～10倍，对非金属和有色金属难加工复合材料切削时相对于硬质合金立铣刀磨损要慢得多，刀具的耐用度可提高5～10倍。
但是由于PCD压制烧结的形状呈圆片，直径一般在60～80mm左右，前刀面呈平面，由于硬度十分高难以做成螺旋面。因此本实用新型在形成轴向前角γp后，刀刃倾斜了γp角以达到螺旋刀头的结构设计。
下面通过具体实施方式结合附图来进一步说明本实用新型：
参见图1-4，图片上显示的一种聚晶金刚石螺旋刃立铣刀，包括：
刀柄200，在刀柄200的前端周向均布有两条刀片槽210a、210b，在每一刀片槽210a、210b内的后端设置排屑槽211a(图中另一侧未示出)。
在每一刀片槽210a、210b内焊接有PCD复合刀片100a、100b，在PCD复合刀片100a、100b上设置有切削刃110a、110b。
PCD复合刀片100a、100b的切削刃110a、110b的轴向前角为5～10°，正交剖面前角为0～11°，正交剖面后角为4～10°，端刃斜角为0.1～2°，刀尖圆弧半径为0.1～0.6mm。采用此种角度的组合，能够有效的提高螺旋刃的加工精度，能够加工出精度较高的工件，进一步提高了加工效率，同时降低了加工成本。
实际使用当中的螺旋角βe则由切削刃直径￠、机床刃磨旋转角度θ和刀刃长度L2计算得到。
根据螺旋线形成原理，设：RG9机床刃磨时旋转θ角，刀刃轴向长度为L2,求得机床拟合的螺旋切削刃的导程P为：
P＝L2×360°/θ
则求出实际螺旋角βe角：
βe＝tg-1(πdθ/L2×360°)
而PCD复合刀片100a、100b的螺旋刃120材质由工件材料的硬度和强度来确定是用粗晶粒(25μm)、中晶粒(10μm)或细晶粒(2μm)的聚晶金刚石。
刀柄200的结构包括以下四种：
直柄；
莫氏锥柄；
7:24锥柄；
HSK 1:10短锥空心柄；
根据不同的切削场景和硬度需要，可选择不同的刀柄200的材质，比如：大直径切削刃(d≥25)，柄部可用42CrMo、36CrMoTi等合金结构钢制造，但须热处理淬火后硬度达到≥42～45HRC；切削刃直径d≤25，根据使用要求可用K10～K20硬质合金制造。
为了进一步保证排屑槽211和刀片槽210的槽型和精度，刀柄200的Ra≤0.4μm，圆柱度≤2～3μm。
由于采用了上述结构，本实用新型有如下特点：
1.结构特点：
加长聚晶金刚石(PCD)螺旋刃立铣刀能适用于各种刀柄结构(直柄、7:24锥柄、莫氏锥柄和HSK高速切削刀柄等)，以满足各种机床主轴接口的需要；加长聚晶金刚石(PCD)螺旋刃立铣刀可根据使用需要设计制作成右旋刀刃或左旋刀刃，保证排屑顺畅；
加长聚晶金刚石(PCD)螺旋刃立铣刀的PCD材料可根据工件的硬度、强度、韧性、导热系数等物理力学性能选用合适的PCD金刚石晶粒直径；
加长聚晶金刚石(PCD)螺旋刃立铣刀的几何参数可根据工件材料合理设计，由七轴数控五轴联动的英国COBORN-RG9软件支持加工；
加长聚晶金刚石(PCD)螺旋刃立铣刀可一次装夹完成多条刀刃刃磨，切削刃跳动小。
2.应用特点：
能切削加工钛合金，铝及其合金、铜及其合金、GFRP(玻璃纤维增强材料)、CFRP(碳纤维复合材料)、MMC(金属基体复合材料)、FRM(纤维增强金属，例如SiC/Al,Al2O3/Al等)等难加工材料；
可在刚性足够、扭矩足够大的的加工中心、组合机床上应用；
刀刃逐渐切入和逐渐切出，切削平稳，加工质量好；能加工部分轴向有缺口或者断续的侧平面或断续曲面；
工件加工表面粗糙度Ra≤0.4μm；
刀具寿命长，换刀时间减少，生产效率高，加工质量稳定，降低生产成本显著。
Claims (6)
1.一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，包括一刀柄，在刀柄的前端周向均布有两条刀片槽，在每一刀片槽内焊接有PCD复合刀片，在所述PCD复合刀片上设置有切削刃，其特征在于，所述切削刃的轴向前角γP为5～10°，正交剖面前角γo为0～11°，正交剖面后角αO为4～10°，端刃斜角ψ为0.1～2°，刀尖圆弧半径R为0.1～0.6mm；实际螺旋角βe则由切削刃直径￠、机床刃磨旋转角度θ和刀刃长度L2计算得到，具体公式如下：βe＝tg-1(πdθ/L2×360°)。
2.如权利要求1所述的一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，其特征在于，在每一刀片槽内的后端设置排屑槽。
3.如权利要求1所述的一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，其特征在于，所述刀柄的结构包括：直柄、莫氏锥柄、7:24锥柄、HSK 1:10短锥空心柄中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，其特征在于，所述刀柄的材质包括：42CrMo、36CrMoTi、K10～K20硬质合金中的任意一种。
5.如权利要求1所述的一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，其特征在于，所述刀柄的Ra≤0.4μm，圆柱度≤2～3μm。
6.如权利要求1所述的一种加长的PCD螺旋刃立铣刀，其特征在于，所述PCD复合刀片为25μm粗晶粒、10μm中晶粒或2μm细晶粒PCD复合刀片。
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