立裝刀片機(jī)夾組合銑刀的設(shè)計(jì)工藝

1、1 引言2004年我公司與大連機(jī)床廠技術(shù)合作，設(shè)計(jì)制造如圖1所示的機(jī)床導(dǎo)軌型面的機(jī)夾銑刀。機(jī)床導(dǎo)軌為灰鐵鑄件，毛坯余量較大(15mm且不均勻，加工行程長(zhǎng)(最多達(dá)9m，加工條件比較惡劣，經(jīng)常造成原平裝刀片機(jī)夾銑刀的打刀現(xiàn)象，影響加工精度及生產(chǎn)效率。由于平裝刀片機(jī)夾銑刀不宜組合使用，需要各面分別銑削，銑削加工時(shí)間長(zhǎng)，因此影響加工尺寸精度。為此，采用立裝刀片形式，增加銑刀強(qiáng)度，針對(duì)較大截形面合理排布刀片，輪流切削，以降低各刀片的切削負(fù)荷，同時(shí)，將各面加工銑刀同軸組合，保證了復(fù)雜型面的一次性銑削。 圖1 機(jī)床導(dǎo)軌截形圖2 設(shè)計(jì)方案1. 型面輪切刀齒的排布 為保證切削過(guò)程的穩(wěn)定性，各型面的輪切刀齒數(shù)應(yīng)相

2、同，刀齒排布方式如圖2所示。根據(jù)銑刀的不同直徑確定齒距范圍為5060mm，既保證了刀體的強(qiáng)度，又能保證切削的連續(xù)性，減少切削振動(dòng)。由于這種排布的刀齒數(shù)必須為型面輪切組數(shù)的倍數(shù)，如型面寬60mm、銑刀直徑為f235時(shí)，需4組刀片輪切，刀齒數(shù)只能是12或16，這樣齒距分別偏大或偏小。針對(duì)這種情況，在機(jī)床功率允許的情況下，采取了如圖2b所示的排布方式。ab圖2 刀齒排布圖圖3 徑向前角的合理確定由于加工時(shí)是多刀組合使用，各刀位置相對(duì)固定，即銑刀外圓直徑基本確定，由前述刀齒排布方式即可確定刀具齒數(shù)。 2. 切削角度的確定 由于加工材料為灰鑄鐵，抗拉強(qiáng)度較低，切屑為碎狀切屑，所以側(cè)前角確定為-8o，自然

3、形成了切削后角為8o。同理，背前角也確定為-8o，保證了端齒的切削后角，同時(shí)使得切屑的流動(dòng)方向較為合理。對(duì)于角度斜平面，有背前角則產(chǎn)生角度偏差(偏差原因后敘述，因此將斜平面加工用角度銑刀的背前角設(shè)計(jì)角度定為0o。采用這種雙負(fù)切削刃方式，由于刀片無(wú)后角，不僅刀片強(qiáng)度高，而且還可以使刀片利用率提高一倍，經(jīng)濟(jì)性比較好。 大直徑銑刀需要對(duì)側(cè)前角進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3所示，由于大直徑銑刀刀體曲率較小，如果刀齒側(cè)前角大，則會(huì)使頂刃后刀面部分沉于刀體之內(nèi)，因此，其約束條件為 garctan(R2+K2½-r K式中R銑刀半徑 r刀體半徑K刀片寬度 當(dāng)計(jì)算出前角g<- 8°時(shí)，取

4、g=-8°；反之，則取計(jì)算角度。ab圖4 刀片槽形式圖5 容屑槽形式3 刀具設(shè)計(jì)1. 刀片、螺釘?shù)倪x擇 銑削型面的寬度最大達(dá)70mm，若采用輪切刀齒組數(shù)過(guò)多，則使加工表面質(zhì)量變差，且會(huì)急劇增加單齒的切削量。考慮到毛坯切削余量較大，因此采用了大、小兩種長(zhǎng)方體刀片，長(zhǎng)、寬、厚規(guī)格尺寸分別為19.05mm×12.7mm×7mm 和15.875mm×12.7mm×7mm，中心有螺釘孔，采用錐面夾緊的M5螺釘。 2. 刀片槽、容屑槽的設(shè)計(jì) 如圖4所示，刀片靠后面及受力側(cè)面兩面定位，在受力側(cè)面開(kāi)空刀槽，以避免刀片扭轉(zhuǎn)。對(duì)于中部封閉刀槽，應(yīng)使槽寬大于刀片寬度

5、，以保證刀片安裝方便。 考慮到容屑空間及刀體強(qiáng)度，優(yōu)選如圖5 所示容屑槽型，其槽深為9mm。小直徑銑刀可設(shè)計(jì)成前通開(kāi)放式容屑槽。 3. 尺寸修正 由于刀片為直線切削刃，且存在軸向前角，所以在主切削刃各點(diǎn)上端面的徑向前角會(huì)產(chǎn)生差異，即由外到里主切削刃上各點(diǎn)偏距依次增大，這就造成各點(diǎn)相對(duì)于銑刀軸線的回轉(zhuǎn)直徑依次增大，銑削后并非是理想的平面，而是中間內(nèi)凹的曲面。因此，需要進(jìn)行必要的修正，即將刀片沿主切削刃旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，以彌補(bǔ)尺寸差異，提高加工平面精度。刀片旋轉(zhuǎn)方向如圖6 所示，旋轉(zhuǎn)角度為圖6 尺寸修正圖圖7 刀片移動(dòng)形成有效直徑圖8 刀片第一次旋轉(zhuǎn)出側(cè)前角圖9 刀片第二次旋轉(zhuǎn)背前角圖10 刀片第三次

6、旋轉(zhuǎn)修正角圖11 銑刀三維效果圖qtan-1(L·tang軸2+R2½-R L式中L刀片長(zhǎng)度 R銑刀半徑 g軸刀具軸向前角 4. 繪圖 由于立裝刀片銑刀對(duì)刀片槽的加工精度要求較高，需要采用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用CATIA 軟件直接進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)，具有三維旋轉(zhuǎn)角度的刀具在實(shí)體造型中的設(shè)計(jì)步驟和順序如下： a. 建立刀體實(shí)體，插入一個(gè)body，并在body 上生成刀片。 讓刀片的刀尖點(diǎn)沿X 軸移動(dòng)，移動(dòng)數(shù)值等于銑刀半徑(見(jiàn)圖7。 刀片以柱刃為軸線旋轉(zhuǎn)出側(cè)前角-8°(見(jiàn)圖8。 b. 刀片以X 軸為軸線旋轉(zhuǎn)出背前角-8°(見(jiàn)圖9。c. 按

7、計(jì)算角度以端刃為軸旋修正刀片的刃傾角(見(jiàn)圖10。 這樣，刀片在刀體上的理論正確位置就擺放出來(lái)了。這里面需要特別強(qiáng)調(diào)的是：刀片旋轉(zhuǎn)一定要按照以上次序，否則會(huì)造成刀具角度誤差。 d. 用上述包含所有正確角度的刀片和刀體作布爾運(yùn)算，切出刀片槽的正確位置，最后在刀片槽上開(kāi)出容屑槽和空刀槽等細(xì)節(jié)。e. 輸出途徑有兩條：一是輸出傳統(tǒng)的1:1的二維圖(*.dwg文件；二是把數(shù)模直接生成igs文件，用于后續(xù)的數(shù)控編程。最后，通過(guò)三維效果圖可直觀確定銑刀結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性(見(jiàn)圖11，并利用軟件功能可自動(dòng)生成裝配總成和刀體的二維圖及任意剖面圖。4 結(jié)語(yǔ)這次是我廠首次設(shè)計(jì)立裝刀片銑刀，它不僅為我廠機(jī)夾類刀具開(kāi)發(fā)了一大塊新品種，同時(shí)也為我廠的刀具專