CN103028768B - 一种微细球端铣刀及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微细球端铣刀及其制备工艺，用于简化微细切削刀具的制备难度，满足微细铣削加工的应用需要。所述铣刀还包括由倾斜刃口平面D外缘的刃口曲线向垂直倾斜刃口平面方向磨削获得的刀刃圆柱面Cc。制备微细球端铣刀的工艺，将刀具毛坯相对于工作台的旋转轴线倾斜角度偏心安装于工作台上，且令工作台的旋转轴线与圆柱面Cc的轴线Z₁重合；通过直线进给运动磨削出倾斜平面；再通过直线进给运动和回转运动磨削出圆柱面Cc，同时得到倾斜刃口平面D，其中所述θ为倾斜平面D与铣刀轴线的夹角。本发明中的微细球端铣刀结构简单，几何结构易于保证，因此加工成本较低且操作简单，可广泛应用于难加工材料的微细铣削加工。

Description

一种微细球端铣刀及制备工艺

技术领域

本发明涉及一种微细球端铣刀及制备工艺，属于微细铣削加工技术领域。

背景技术

微细切削刀具不是传统切削刀具在整体尺度或局部特征尺度上的简单缩小，而是针对微细切削的特点和加工机理，面向多种工程材料微小零件或结构具体加工需求的一类特种切削刀具。特别是微细铣刀，其特征尺寸小，加工难度极大。一方面需要简化刀具结构，提高刀具制备的可加工性；另一方面为保证刀具的切削性能，需要诸如螺旋角等刀具结构，加大了刀具的制备难度。目前微细刀具主要采用两种设计方案：一种是传统的双螺旋槽型的刀具结构，其主要特点是螺旋角能有效提高刀具的抗冲击能力和排屑性能，提高加工的稳定性和加工表面质量，但特征尺寸极小的螺旋槽型结构增大的刀具的制备难度；一种是简单的直刃异形结构，如D形和三角形刀面等，其特点是刀具的制备简单，结构精度易于保证，可获得直径极小的刀具，但无螺旋角的刀具结构可能导致刀具的切削性能下降。理想的微细切削刀具应具有简单的结构，同时尽可能的提高刀具加工性能。为此，本研究根据宏观的椭圆柱球端铣刀的设计方案进行优化，提出了一种微细球端铣刀并设计了相关的磨削制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微细球端铣刀及其制备工艺，用于简化微细切削刀具的制备难度，满足微细铣削加工的应用需要。

实现本发明的技术方案如下：

一种微细球端铣刀，其包括一倾斜刃口平面D，所述铣刀还包括由倾斜刃口平面D外缘的刃口曲线（由图1（a）中第一圆周刃G₁和第二圆周刃G₂组成）向垂直倾斜刃口平面方向磨削获得的刀刃圆柱面Cc；如图1（b）所示。

该设计方法一方面有助于增强刀具切削部分的强度同时减小刀具的动不平衡量；另一方面，相比于椭圆柱面，圆柱形轮廓的加工精度更易于保证，可以有效降低刀具加工难度提高加工质量；同时该优化还保留了原来S形切削刃冲击较小的优点。

一种制备微细球端铣刀的工艺，具体过程为：将刀具毛坯相对于工作台的旋转轴线倾斜角度偏心安装于工作台上，且令工作台的旋转轴线与圆柱面Cc的轴线Z₁重合，如图2所示；通过直线进给运动磨削出一个倾斜平面；再通过直线进给运动和回转运动磨削出圆柱面Cc，同时得到倾斜刃口平面D，其中所述θ为倾斜平面D与铣刀轴线的夹角。

因此本发明刀具刃磨时，刀具毛坯可直接采用圆柱形毛坯，无需加工半球面。

本发明中的微细球端铣刀结构简单，几何结构易于保证，因此加工成本较低且操作简单，可广泛应用于难加工材料的微细铣削加工。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1为本发明的微细球端铣刀结构示意图；

其中（a）为铣刀的几何构成，（b）为新型球端铣刀的设计方案；

图2为本发明的微细球端铣刀磨削制备工艺的示意图；

图3为最终获得的微细刀具结构。

具体实施方式

本发明微细球端铣刀，其包括一倾斜刃口平面D，如图1（a）中倾斜刃口平面D的刃口曲线由第一圆周刃G₁和第二圆周刃G₂组成，倾斜刃口平面D相对于球端铣刀径向截面的夹角为θ。本发明中铣刀还包括由倾斜刃口平面D外缘的刃口曲线向垂直倾斜刃口平面方向磨削获得的刀刃圆柱面Cc；如图1（b）所示。

制备上述微细铣刀的方法如下：

1.刀具毛坯刀刃部分的直径为R。设所要制备的铣刀中倾斜刃口平面D的倾斜角θ=45°，则将刀具毛坯倾斜45°角偏心安装于工作台上（如图2所示）；工作台可绕竖直方向旋转，还可水平和纵向进给。

本发明中，工作台的旋转轴线Z₁与圆柱面Cc的轴线重合。

2.参见图2（a），将刀具毛坯置于砂轮下方，通过工作台的水平进给加工一个倾斜平面；该倾斜平面具有45°角的特征，当还不具有倾斜刃口平面D的刃口曲线形状。

3.参见图2（b），将刀具毛坯置于砂轮一侧，通过直线进给运动和回转运动磨削出圆柱面Cc，同时得到倾斜刃口平面D。

旋转加工时，工作台与砂轮的纵向相对进给速度分别为：

1）当磨削第一圆周刃所在半圆时，u∈[0,π]，其中u为工作台的旋转角度；工作台与砂轮沿所述旋转轴线Z₁方向的相对位移z₁和工作台与砂轮沿所述旋转轴线Z₁方向的相对速度为：

$z_1=-\left(2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)/\mathrm{\π}\·u$

$v_{z_1}=\frac{{\mathrm{dz}}_1}{\mathrm{dt}}=-\left(2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)/\mathrm{\π}\·{\mathrm{\ω}}_0$

其中，所述ω₀为工作台绕旋转轴线Z₁的旋转角速度；

2）当磨削第二圆周刃所在半圆时，u∈[π,2π]

$z_1=-2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}+\left(2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)/\mathrm{\π}\·(u-\mathrm{\π})=\left(2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)/\mathrm{\π}\·(u-2\mathrm{\π})$

$v_{z_1}=\frac{{\mathrm{dz}}_1}{\mathrm{dt}}=\left(2R\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)/\mathrm{\π}\·{\mathrm{\ω}}_0$

根据空间几何计算获得图2坐标系中砂轮的起始加工位置为

$z_h=(\sqrt{1-\frac{4}{{\mathrm{\π}}^2}}-\sqrt{R^2-\frac{2}{\mathrm{\π}}})/\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{4}\right)$

最终获得的刀具结构如图3所示。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种微细球端铣刀，其包括一倾斜刃口平面D，其特征在于，所述铣刀还包括由倾斜刃口平面D外缘的刃口曲线向垂直倾斜刃口平面方向磨削获得的刀刃圆柱面Cc。

2.一种制备权利要求1所述微细球端铣刀的工艺，其特征在于，具体过程为：将刀具毛坯相对于工作台的旋转轴线倾斜角度偏心安装于工作台上，且令工作台的旋转轴线与圆柱面Cc的轴线Z₁重合；

通过直线进给运动磨削出倾斜平面；再通过直线进给运动和回转运动磨削出圆柱面Cc，同时得到倾斜刃口平面D，其中所述θ为倾斜平面D与铣刀轴线的夹角。