阅读说明：本技术 一种复杂成形多齿刀具及其加工方法和使用方法 (Complex-forming multi-tooth cutter and machining method and using method thereof ) 是由 陈云 刘洪� 李代刚 曾莉 耿子瑜 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及特殊车削技术领域,具体涉及一种复杂成形多齿刀具,包括沿着进给方向依次排列的粗切齿和精切齿,所述粗切齿至少为两个,所述精切齿至少为一个；所有粗切齿和精切齿一起形成梳子状结构；所述粗切齿包括粗切齿先切入面、粗切齿顶线和粗切齿后切入面；所述精切齿包括精切齿先切入面、精切齿顶线和精切齿后切入面；所述粗切齿的后切入面与精切齿的后切入面同向；所有粗切齿的先切入面与垂直方向的夹角均大于精切齿先切入面与垂直方向的夹角。本发明还涉及一种复杂成形多齿刀具的加工方法和使用方法。通过本发明,能够有效减少刀具使用过程中的振动问题,使刀具受力平衡,延长刀具的使用寿命,提高加工精度。(The invention relates to the technical field of special turning, in particular to a multi-tooth cutter for complex forming, which comprises rough cutting teeth and finish cutting teeth, wherein the rough cutting teeth and the finish cutting teeth are sequentially arranged along a feeding direction; all the rough cutting teeth and the fine cutting teeth form a comb-shaped structure together; the rough cutting teeth comprise rough cutting tooth first cut surfaces, rough cutting tooth crest lines and rough cutting tooth rear cut surfaces; the fine cutting teeth comprise fine cutting tooth first cutting faces, fine cutting tooth crest lines and fine cutting tooth rear cutting faces; the back cut surface of the rough cutting tooth and the back cut surface of the fine cutting tooth are in the same direction; the included angle between the first cutting surface of each rough cutting tooth and the vertical direction is larger than that between the first cutting surface of each fine cutting tooth and the vertical direction. The invention also relates to a machining method and a using method of the complex-shaped multi-tooth cutter. By the aid of the cutter, the vibration problem in the use process of the cutter can be effectively reduced, the cutter is balanced in stress, the service life of the cutter is prolonged, and machining precision is improved.)

一种复杂成形多齿刀具及其加工方法和使用方法

技术领域

本发明涉及特殊车削技术领域，具体涉及一种复杂成形多齿刀具及其加工方法和使用方法。

背景技术

车削是常用的机械加工手段，对于大多数产品而言，可以直接采用通用部件进行车削切削加工，然而对于一些特殊要求的工件进行加工的时候，必须要更换特殊部件。

在特殊车削技术领域中，复杂成形加工占有较大的比重，复杂成形加工通常需要切削剥离的加工余量较大，为了提高效率和加工表面的质量，通常通过采用复杂成形梳齿刀具进行同时加工。

现有的复杂成形多齿刀具，一般包括粗切齿和精切齿，刀具的粗切齿先切除大部分加工余量，精切齿包罗完成工件形貌的高效和高精密加工。

通常情况下，设计人员都是按照精切齿的形貌，按照一定比例缩小形成粗切齿的形貌，而没有考虑切削加工机理的影响，无法实现粗切齿的高效、稳定加工，容易产生粗切齿的寿命低、加工过程不稳定，冲击大，刀具容易损坏等问题，甚至导致精切削齿的精度降低。

发明内容

本发明意在提供一种复杂成形多齿刀具，以解决现有多齿刀具加工过程不稳定，切削精度低的问题。

为解决以上问题，提供如下方案：

一种复杂成形多齿刀具，包括沿着进给方向依次排列的粗切齿和精切齿，所述粗切齿至少为两个，所述精切齿至少为一个；所有粗切齿和精切齿一起形成梳子状结构；所述粗切齿包括粗切齿先切入面、粗切齿顶线和粗切齿后切入面；所述精切齿包括精切齿先切入面、精切齿顶线和精切齿后切入面；所述粗切齿的后切入面与精切齿的后切入面同向；所有粗切齿的先切入面与垂直方向的夹角均大于精切齿先切入面与垂直方向的夹角。

本方案的优点在于：

本发明中有至少两个粗切削齿和一个精切削齿，且沿着进给方向进行依次布置，能够通过多个粗切齿为精切齿与待加工件的接触进行有效缓冲，能够减小加工过程中对刀具的受力冲击，能够保证加工过程的稳定。

此外，所有粗切齿先切入面与竖直方向的夹角都要大于精切齿先切入面与竖直方向的夹角，即粗切齿是基于刀具切削最优主偏角的组合斜向切削结构，粗切齿的作用主要用于分层剥离待加工工件大部分多余的加工量，精切齿的作用是将已经切除大部分多余的待加工件进一步进行精细切除加工，使最终加工成型的具有复杂形状的工件更加精密。本发明有效提供了加工的精密度。

进一步，所述粗切齿包括沿切入方向依次设置的第一粗切齿和第二粗切齿；所述第一粗切齿包括第一粗切齿先切入面、第一粗切齿顶线和第一粗切齿后切入面；所述第二粗切齿包括第二粗切齿先切入面、第二粗切齿顶线和第二粗切齿后切入面。

两个粗切齿分别能够通过先切入面和顶线来对待加工件进行切除加工。

进一步，所述第一粗切齿先切入面和第二粗切齿先切入面均与垂直方向成30-60度夹角。

保持这样的夹角，能够形成受力均衡的刀具结构。

进一步，所述第一粗切齿先切入面与垂直方向的夹角大于第二粗切齿先切入面与垂直方向的夹角；所述第一粗切齿先切入面与垂直方向的夹角和第二粗切齿先切入面与垂直方向的夹角相差5-15度。

在进给方向上，第一粗切齿到第二粗切齿，斜度逐渐增大，使第二粗切齿在起到粗切作用的同时，能够起到对后面精切齿的缓冲作用，有利于整个操作过程的稳定进行。

进一步，所述第一粗切齿顶线和第二粗切齿顶线均与竖直方向成95-110度夹角。

顶线也具有一定的斜度，有助于对待加工件多余部分的切削和剥离。

进一步，所述第一粗切齿顶线与竖直方向的夹角大于等于第二粗切齿顶线与竖直方向的夹角；第一粗切齿顶线与竖直方向的夹角和第二粗切齿顶线与竖直方向的夹角相差0-10度。

第二粗切齿顶线与切向方向的夹角更大，即第二粗切齿顶线相比于第一粗切齿顶线更加平缓，有助于与待加工件接触过程中的平稳过渡。

进一步，所述第一粗切齿和第二粗切齿以及所述第二粗切齿与精切齿之间均采用圆弧连接。

通过圆弧结构的连接部分。可以使刀具的各个部分在进给过程中过渡更加稳定，避免造成刀具的振动，使刀具受到的冲击力减小，有效延长刀具的使用寿命。

进一步，所述第二粗切齿先切入面与垂直方向的夹角为第一粗切齿先切入面与垂直方向的夹角的一半。

这样的结构方便加工，且有利于第二粗切齿起到过渡第一粗切齿和精切齿的作用。

本发明还提供了一种复杂成形多齿刀具的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将成型砂轮粗开成具有至少两个粗切齿和一个精切齿的梳状结构；

步骤二，用尖砂轮依次打磨成型砂轮的粗切齿和精切齿，使粗切齿和精切齿的先切入面与竖直方向的夹角从进给方向向后依次减小；

步骤三，用尖砂轮打磨成型砂轮的粗切齿和精切齿的顶线，使在进给方向向后粗切齿和精切齿的顶线高度位置依次升高；

步骤四，用尖砂轮打磨成型砂轮的所有粗切齿和精切齿彼此之间的连接部分，使连接部分形成弧形结构；

步骤五，用成型砂轮缓慢进给磨削刀具毛坯，使其形成复杂成形多齿刀具结构。

名词解释：

进给方向向后，指的是进给方向从前往后。

通过这样的方法形成的复杂成形多齿刀具，粗切齿结合最优主偏角的组合斜顶分层剥离切削原理加工而成，相比于现有多齿刀具中粗切齿的简单制作，本方法形成的复杂成形多齿刀具，实现粗切齿的高效、稳定加工，满足精切齿的精密加工要求。

本发明还提供了一种复杂成形多齿刀具的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，将复杂成形多齿刀具沿着进给方向向着待加工工件推进；

步骤二，所有粗切齿依次与待加工件接触，通过粗切齿先切入面和顶线的锋利端切除并剥离待加工件上的多余部分；

步骤三，经过与精切齿相邻的粗切齿缓冲过度后，精切齿与待加工件接触，精切齿将待加工件上剩余的多余部分切除。

采用本方法进行工件加工的时候，先用粗切齿进行反复操作，将待加工件中的多余部分切除和剥离掉，然后通过与精切齿相邻的粗切齿，沿着进给方向，将精切齿稳定地过渡到与待加工件接触的状态，有效避免刀具在进给过程中因为切齿之间的切换而给复杂成形多齿刀具带来受力不均、振动、进给过程不稳定等问题，通过本方法不仅加工操作更加稳定，且通过精切齿切出来的工件加工精度更高。

附图说明

图1为本发明实施例一中复杂成形多齿刀具的结构示意图。

图2为本发明实施例一中复杂成形多齿刀具的齿形分配图。

图3为图2中复杂成形多齿刀具的齿形分配叠加和受力示意图。

图4为现有复杂成形多齿刀具的齿形分配叠加示意图。

图5为本发明实施例一中复杂成形多齿刀具两次走刀的切削加工叠加示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一粗切齿先切入面1、第一粗切齿顶线2、第一粗切齿后切入面3、第二粗切齿先切入面4、第二粗切齿顶线5、第二粗切齿后切入面6、精切齿先切入面7、精切齿顶线8、精切齿后切入面9。

实施例一

实施例基本如附图1所示：本实施例中的复杂成形多齿刀具，为一种粗切齿结合最优主偏角的组合斜顶分层剥离切削原理的刀具新结构，实现粗切齿的高效、稳定加工，满足精切齿的精密加工要求。本实施例中的复杂成形多齿刀具，有至少两个粗切齿和一个精切齿，粗切齿意为粗切削齿，精切齿意为精切削齿。如图1所示，从左到右依次为第一粗切齿、第二粗切齿和精切齿，沿着Vf的进给方向进行切削加工，粗切齿的作用主要用于分层剥离大部分的工件加工量，精切齿的作用是最终成型加工形成复杂形状的工件形貌。

如图1和图2所示，两个粗切齿是基于刀具切削最优主偏角的组合斜向切削结构，其结构特征在于由第一粗切齿先切入面1和第二粗切齿先切入面4、第一粗切齿顶线2和第二粗切齿顶线5、第一粗切齿后切入面3和第二粗切齿后切入面6，以及若干连接过渡圆弧组成。两个粗切齿先切入面角度与切入方向的垂直方向成30-60度夹角(θ1和θ2)，两个粗切齿顶线的切线方向与竖直方向成95-110度夹角(α1和α2)，第一粗切齿后切入面3和第二粗切齿后切入面6均与精切齿后切入面9同向。第一粗切齿先切入面1与第二粗切齿先切入面4角度相差5-15度，第一粗切齿顶线2与第二粗切齿顶线5角度相差0-10度，以实现高效切削刀具基于最优主偏角的组合斜顶分层剥离切削原理。

本实施例针对复杂成形多齿刀具在成形加工中不同切削齿的作用，将其分为粗切齿与精切齿，粗切齿和精切齿一起形成梳子状的结构，因此多齿刀具也可称为梳齿刀具。粗切齿存在至少一个第一粗切齿和第二粗切齿，第一粗切齿切入面角度依据最优主偏角切削角度设计，致使刀具切入时平稳，如图3所示，复杂成形多齿刀具齿形分配的叠加示意图可知，切入面保持45度角切削切入时，主切削力F分解到进给方向的切削力F2和被吃刀方向的切削抗力F1达到均衡，较现有多齿刀具结构如图4所示的切削抗力F11和进给方向的切削力F22不均，致使刀具在最初刚刚切入时容易产生振动和刀具受力不均等问题。

第二粗切齿的切入面角度作为第一粗切齿和精切齿切入面角度的过渡角度，取其中间角度，保证切入的平稳过渡，同时保证精切齿的切入量最小，以保障精切齿的型线精度。因此，本发明是基于刀具切削最优主偏角原理，发明了组合斜向切削刀具结构。

本实施例，相对于传统直接缩小精切齿切削分配结构的复杂成形梳齿刀具，本实施例的粗切齿切入稳定性更好。相对于直接缩小精切齿切削分配结构的复杂成形梳齿刀具，本发明的精切齿切入精度更高，工件的形状精度更优。由于新结构采用切入面和顶线组合变化的斜向切入原理，刀具抗崩损能力更强，刀具整体性能提高。

具体实施过程如下：

复杂成形多齿刀具，在加工时，即在制备复杂成形多齿刀具时，将成型砂轮粗开成具有至少两个粗切齿和一个精切齿的梳状结构；用尖砂轮依次打磨成型砂轮的粗切齿和精切齿，使粗切齿和精切齿的先切入面与竖直方向的夹角从进给方向向后依次减小；用尖砂轮打磨成型砂轮的粗切齿和精切齿的顶线，使在进给方向向后粗切齿和精切齿的顶线高度位置依次升高；用尖砂轮打磨成型砂轮的所有粗切齿和精切齿彼此之间的连接部分，使连接部分形成弧形结构；用成型砂轮缓慢进给磨削刀具毛坯，使其形成复杂成形多齿刀具结构。

本实施例第二粗切齿的切入面角度作为第一粗切齿和精切齿切入面角度的过渡角度，取其中间角度，保证切入的平稳过渡，同时保证精切齿的切入量最小，以保障精切齿的型线精度。本实施例基于刀具切削最优主偏角原理，发明了组合斜向切削刀具结构，可以实现任意走刀次数的加工，如图5所示，复杂成形多齿刀具两次走刀的切削加工叠加示意，保障刀具切入的平稳和切削的形状精度。

该结构的刀具制备，应用成型砂轮修型，在缓进给机床上，应用成组夹具装夹刀片，实现该齿形的高效加工。

复杂成形多齿刀具在使用时，即进行工件加工时，如图1所示，先从进给方向从前往后依次将工件切削成两个粗切齿和一个精切齿的梳状结构；进给方向从前往后，指的是从靠近待加工工件的方向到远离待加工工件的方向，本实施例中就是从第一粗切齿到精切齿的方向。沿着Vf的进给方向进行切削加工，第一粗切齿和第二粗切齿先后作用于代加工工件，将待加工工件上的但大多数多余部分进行切除和剥离；然后，继续进刀，通过第二粗切齿使待加工工件与粗切齿的接触平稳过渡到与精切齿的接触，精切齿将残留在待加工工件上的多余部分切除。

本实施例，第一粗切齿和第二粗切齿的作用主要用于分层剥离大部分的工件加工量，精切齿的作用是最终成型加工形成复杂形状的工件形貌。本实施例中，无论是粗切齿还是精切齿，其先切入面和顶线的边缘都为锋利边缘，能够进行切削剥离操作。

实施例二

与实施例一的不同之处在于，本实施例中粗切齿有三个，精切齿有一个，且所有切齿的高度沿着进给方向逐步升高，其中后一个切齿的高度为前一个切齿1.1-1.5倍。这样设置，有利于使前一个切齿不仅能够有效切除剥离待加工工件，还能为待加工工件和后一个切齿的接触提供平缓过度，使整个多齿刀具受力均衡，避免因为受力不均引起的各种问题。

实施例三

与实施例一的不同之处在于，本实施例中的复杂成形多齿刀具采用硬质合金制成。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。