專利名稱：變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于航空難加工材料鈦合金粗、精加工的立銑刀，屬于銑刀技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于鈦合金等航空難加工材料低的彈性模量，使得在切削加工時(shí)鈦合金零件易產(chǎn)生較大的變形，變形后較大的回彈造成了高頻顫振和很高的切削溫度，從而加速刀具后刀面的磨損，降低了零件加工質(zhì)量，并限制了切削效率的提高。銑刀的齒距是切削刃上的點(diǎn)到下一個(gè)切削刃上同一個(gè)點(diǎn)的距離(用ρ表示，如圖1 所示)。為了削弱振動(dòng)，銑刀常采用不等齒距結(jié)構(gòu)(變齒距銑刀)，此類結(jié)構(gòu)的銑刀可分為圖 1給出的變螺旋角銑刀和圖2給出的變齒間角銑刀兩種，均以四齒為例，滿足β ρ β2、β3 和β4不完全相等(后兩個(gè)螺旋角圖中沒有標(biāo)出)；四個(gè)齒間角(參見圖4) φ協(xié)、φ扒、φΡ3 和不完全相等。變齒距銑刀由于其切削刃間距不同，從而引起當(dāng)前齒所產(chǎn)生的鋸齒形的切屑和上一個(gè)齒產(chǎn)生的鋸齒形切屑產(chǎn)生不同相位而阻止諧振的產(chǎn)生。并且變齒距銑刀在整個(gè)頻率范圍銑削力幅值較小，從而從根本上減弱了自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)， 使得變齒距銑刀廣泛應(yīng)用于鈦合金、不銹鋼及鎳基合金等難加工材料的切削加工，具有高效率、高精度、高壽命的特點(diǎn)。變槽深刀具的結(jié)構(gòu)可以減小單位長度內(nèi)銑刀質(zhì)量，從而增加穩(wěn)定性區(qū)域，并且其底部切削區(qū)排屑槽深的特殊結(jié)構(gòu)可以使排屑順暢、不產(chǎn)生積屑瘤、并使被加工件表面光潔度高的優(yōu)點(diǎn)。圖3給出了階梯狀變槽深結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是切削刃底部芯徑小于切削刃芯部直徑，切削刃底部槽深較深，以便排屑順暢，此結(jié)構(gòu)銑刀方便加工。刀具刃口鈍化結(jié)構(gòu)也可以通過增加切削系統(tǒng)的阻尼來增加穩(wěn)定性區(qū)域。但是，上述結(jié)構(gòu)單獨(dú)使用均不能解決鈦合金等航空難加工材料銑削時(shí)造成了高頻顫振和高切削溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有銑刀在加工航空難材料時(shí)存在的高頻顫振和高切削溫度等問題， 提供一種減振性能好、刀具壽命高的變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀。本發(fā)明的變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀采用以下技術(shù)解決方案該立銑刀的齒數(shù)為4，螺旋角為38° -40°，四個(gè)齒間角分別為83° -85°、 97° -95°、83° -85°和97° -95°，四個(gè)齒間角中的對(duì)頂角相等，前角為7至11°，刀具
后角為18°至20° ；切削刃底部變槽深長度為切削刃總長的-至|，切削刃芯部直徑為
銑刀直徑的60 % -70 %，切削刃底部芯徑為銑刀直徑的50 % -60 % ；刃口為鈍圓半徑R為 0. 02mm-0. 025mm、刃帶寬度1 為0. 06mm的倒棱刃加鈍圓的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將變齒距、變槽深和刃口鈍化三種結(jié)構(gòu)復(fù)合到一起，避免了銑刀不平衡對(duì)
3加工造成的影響，減小切削過程中的刀具振動(dòng)，減振性能較好，提高了刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量，特別適用于鈦合金等航空材料。


圖1是變螺旋角銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是變齒間角銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是銑刀的階梯狀變槽深結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是銑刀齒間角分布示意圖。圖5是銑刀載荷及其邊界條件示意圖。圖6是銑刀螺旋角、前角和后角的最大Mises應(yīng)力極差分析示意圖。圖7是銑刀芯部直徑和齒間角的最大Mises應(yīng)力極差分析示意圖。圖8是銑刀螺旋角、前角和后角的最大應(yīng)變極差分析示意圖。圖9是銑刀芯部直徑和齒間角的最大應(yīng)變極差分析示意圖。圖10是銑刀螺旋角、前角和后角的底部中心徑向應(yīng)變極差分析示意圖。圖11是銑刀芯部直徑和齒間角的底部中心徑向應(yīng)變極差分析示意圖。圖12是試驗(yàn)裝置圖。圖13是10把刀χ、y和ζ向銑削力最大值對(duì)比示意圖。圖14是隨不同切削速度合力圖。圖15是銑刀振動(dòng)位移對(duì)比示意圖。圖16是銑刀振動(dòng)合位移對(duì)比示意圖。圖17是三種刃口型式(R = 0.02mm)不同刃帶寬度仿真切削力Fc對(duì)比示意圖。圖18是三種刃口型式(R = 0. 02mm)不同刃帶寬度仿真切削力Ft對(duì)比示意圖。圖19是三種刃口型式(R = 0. 02mm)不同刃帶寬度仿真切削溫度T對(duì)比圖20是不同鈍圓半徑的倒棱刃加鈍圓結(jié)構(gòu)0 = 0. 06mm)仿真溫度T對(duì)比示意圖。
圖21是負(fù)倒棱刃加鈍圓刃口型式示意圖。 圖22是消振棱刃加鈍圓刃口型式示意圖。 圖23是白刃加鈍圓刃口型式示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀將變齒距、變槽深和刃口鈍化三種結(jié)構(gòu)復(fù)合到一起，并對(duì)銑刀參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，具體設(shè)計(jì)過程如下所述。1.銑刀結(jié)構(gòu)優(yōu)化(1)銑刀建模借助于三維繪圖軟件PR0/ENGINEER4. 0按照5因素5水平(如表1)設(shè)計(jì)了表2 所示25把不同結(jié)構(gòu)銑刀，銑刀齒數(shù)為4，并以*. stp格式存盤后導(dǎo)入ABAQUS軟件。表1中， 齒間角表示銑刀四個(gè)切削刃之間的夾角。為了避免銑刀不平衡對(duì)加工造成的影響，四個(gè)切削刃之間的夾角中對(duì)頂角相等，如圖4所示，其中 r 2- r 2為銑刀齒間角，簡寫為 1_ 2，這里 1+ 2=冗，齒間角差為(PPl—(PjA。表1仿真水平因素表
權(quán)利要求
1. 一種變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀，其特征是該立銑刀的齒數(shù)為4，螺旋角為38° -40°，四個(gè)齒間角分別為83° -85°、 97° -95°、83° -85°和97° -95°，四個(gè)齒間角中的對(duì)頂角相等，前角為7至11°，刀具后角為18°至20° ；切削刃底部變槽深長度為切削刃總長的-至*，切削刃芯部直徑為銑刀直徑的60 % -70 %，切削刃底部芯徑為銑刀直徑的50 % -60 % ；刃口為鈍圓半徑R為 0. 02mm-0. 025mm、刃帶寬度1 為0. 06mm的倒棱刃加鈍圓的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變齒距變槽深復(fù)合結(jié)構(gòu)整體立銑刀，該立銑刀的齒數(shù)為4，螺旋角為38°-40°，四個(gè)齒間角分別為83°-85°、97°-95°、83°-85°和97°-95°，四個(gè)齒間角中的對(duì)頂角相等，前角為7至11°，刀具后角為18°至20°；切削刃底部變槽深長度為切削刃總長的至切削刃芯部直徑為銑刀直徑的60％-70％，切削刃底部芯徑為銑刀直徑的50％-60％；刃口為鈍圓半徑R為0.02mm-0.025mm、刃帶寬度b01為0.06mm的倒棱刃加鈍圓的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將變齒距、變槽深和刃口鈍化三種結(jié)構(gòu)復(fù)合到一起，避免了銑刀不平衡對(duì)加工造成的影響，減小切削過程中的刀具振動(dòng)，減振性能較好，提高了刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量，特別適用于鈦合金等航空材料。
文檔編號(hào)B23C5/10GK102233452SQ201110121379
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者劉月萍, 孫杰, 李劍峰, 皇攀凌 申請(qǐng)人:山東大學(xué)