专利名称：用于加工内锥螺纹的刀具和加工内锥螺纹的方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术领域，具体是一种用于加工内锥螺纹的刀具及加工内锥螺纹的方法。
背景技术：
在机械加工行业，常规的内锥螺纹加工是采用定型丝锥(一种加工内锥螺纹的刀具，有多排螺纹型刀刃，沿轴向开有多道排屑沟槽。这种刀具也叫螺纹丝攻，一种规格只能加工一种螺纹)来进行攻丝。现有技术中的丝锥品种繁多，形状各异，但大多是圆柱形的管状多齿(螺纹)结构的设计，这种结构的丝锥存在以下不足1、多齿结构的丝锥为螺纹刀形并且呈螺旋排列，加工时要承受径向扭力和轴向压力的作用，这对丝锥锥体材料的强度要求相当高。2、多齿结构的丝锥在加工时各齿的高度与各齿之间的距离精度直接关系到被加工件的尺寸精度，这导致丝锥的制造成型工艺难度较大。3、丝锥的圆柱管结构在进行攻丝时其刀刃外围与加工零件的内壁紧密相抵，攻丝时产生的废屑只能通过在丝锥锥体上排屑槽排出，而排屑槽的设计又有很多限制，太宽或太深都会影响到丝锥的强度，还有弧度设计也很有讲究，这导致丝锥的设计与制造的难度进一步加大。综上所述，现有技术下的圆柱管状多齿丝锥因设计复杂，加工难度大，对丝锥本身的强度要求高，造成这种丝锥价格昂贵， 特别是进口丝锥；在此同时，丝锥加工时受切屑的挤压、摩擦，使用寿命不够长，进一步提高了螺纹加工成本。现有技术中对较大规格的内螺纹有用内螺纹车刀直接进行内螺纹铣削加工，但是受车刀的结构限制和加工方法相对复杂，生产效率不高，零件质量不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种成本低，结构简单，适应性强的用于加工内锥螺纹的刀具。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种用于加工内锥螺纹的刀具， 它包括刀柄和刀头，刀头固定在刀柄上，刀头上设有一个工作切削刃(即刀头在工作时只有一个切削刃与待加工零件发生铣削动作)，所述工作切削刃的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同(此处相同是指上述两个角在法线方向上的截面形状相同)。采用以上结构后，本发明具有如下优点刀头上只有一个切削刃与待加工零件发生铣削动作，创造性的使刀具由传统的多齿结构的丝锥变成了单齿结构的单齿刀头，这种单齿刀头在工作时，因为所述切削刃的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角的法向截形相同， 再通过加工中心机床的精确控制，可以加工出符合标准的螺纹，而且对某些国外标准的内锥螺纹零件，如美国标准的NPTF内锥螺纹等有很好的适应性，而且这种单齿刀(硬质合金刀片)可以对高强度金属进行加工，编程简单，机械加工行业的大多数企业可以完全胜任。 综上所述，本发明涉及的用于加工内锥螺纹的刀具强度高、成本低廉、操作简单，同时因为只有一个切削刃与待加工零件发生切削动作，整个刀具在铣削时与零件的待加工孔之间始终有宽舒的排屑间隙，可轻松排屑，机械损耗少、切屑与零件摩擦少；同时，通过程序参数改变，一种刀具可以加工多种规格螺纹。因此本发明用于加工内螺纹的方法及刀具拥有刀具结构简单、加工成本低和适应性强的特点。作为优选，所述刀头与刀柄为可拆式连接，刀头上还设有多个备用的切削刃，该优选项的多个备用切削刃，可以在工作切削刃磨损或损坏后，将刀头拆下然后切换到备用切削刃继续工作，进一步提高了工作效率，优化了生产成本。作为优选，刀柄的前端设有用于安装刀头的凹槽，凹槽内的刀柄上设有螺纹孔，刀头上设有通孔，螺钉通过通孔和螺纹孔将刀头锁定在凹槽内；该优选项选用普通优质碳素结构钢制作刀柄，进一步降低生产成本；同时刀柄的前端设有用于安装刀头的定位凹槽，凹槽的限位作用可以防止刀头发生转动，提高了刀具工作时的稳定性。本发明要解决的另一项技术问题是，提供一种适应性强、编程简单、可控性强的加工内锥螺纹的方法，它包括以下步骤
一、根据待加工工件的形状确定基准和工件定位方案，并根据定位方案将工件装夹到加工中心机台的夹具上；
二、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的定心钻进行定心，并为要加工的内锥螺纹孔预留倒角；
三、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的普通钻头加工出内锥螺纹的底孔；
五、用倒角刀预铣出内锥螺纹的内倒角(即内锥螺纹螺旋线的小径端的倒角)；
六、选用与待加工内锥螺纹的尺寸相配的加工内锥螺纹的刀具，该刀具包括刀柄和刀头，刀头固定在刀柄上，刀头上设有一个工作切削刃，所述工作切削刃的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同，刀具的工作切削刃每旋转3. 6° (将一个圆周分成100等分时的一个等分的度数范围)，切削刃与底孔的接触点沿Z轴正方向运动F/100距离、沿X轴背向原点 (即远离原点的方向)运动(F/100) Xtan(6 /2) Xcos3. 6°的距离同时沿Y轴背向原点(即远离原点的方向彡运动^/^^)※^!!^/^)※^!^』。的距离直到完全切削出需要加工的内锥螺纹；F是指刀具的工作切削刃每旋转一个圆周沿底孔轴向从螺旋线的小径端向大径端运动的距离(即螺距)；θ是指待加工内锥螺纹的锥形角；Z轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的上下方向，向上为正方向；X轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的左右方向； Y轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的前后方向；原点是指X轴、Y轴和Z轴三条轴线的交点。上述方法具有如下优点，它适应性强，编程简单，可控性强，与本发明涉及的加工内锥螺纹的刀具相结合可以加工出完全符合标准的内锥螺纹，同时方法步骤简单明了，实践所需成本低。
图1是本发明用于加工内锥螺纹的刀具的结构示意图。图2是本发明用于加工内锥螺纹的刀具具体实施时的结构图。图3是本发明用于加工内锥螺纹的刀具具体实施时刀头从刀柄上拆离后的结构图。图4是本发明涉及的内锥螺纹螺旋线。图5是本发明在圆开缸筒上加工内螺纹孔的具体实施例示意图。
如图所示1、刀柄，2、刀头，3、工作切削刃，5、凹槽，6、备用切削刃，7、螺钉，8、缸
筒，9、内锥螺纹孔。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。结合附图1所示，一种用于加工内锥螺纹的刀具，它包括刀柄1和刀头2，刀头2固定在刀柄1上，刀头2上设有一个工作切削刃3，所述工作切削刃3的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同。此处所述的两角相同是指两角角度相同的同时，两个角在法线方向上的截面形状也相同。进一步结合附图2和附图3，所述刀头2与刀柄1为可拆式连接，刀头2上还有多个备用的切削刃6。刀柄1的前端设有用于安装刀头2的凹槽5，凹槽5内的刀柄上设有螺纹孔，刀头2上设有通孔，螺钉7通过通孔和螺纹孔将刀头2锁定在凹槽5内。所述多个备用的切削刃6可以根据实际情况设为两个或多个，所述刀头2可以直接采用市售的与内锥螺纹相配的合金刀片，也可以自行制作。本发明还涉及一种加工内锥螺纹的方法，结合附图4，它包括以下步骤
一、根据待加工工件的形状确定基准和工件定位方案，并根据定位方案将工件装夹到加工中心机台的夹具上；
二、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的定心钻进行定心，并为要加工的内锥螺纹孔预留倒角；
三、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的普通钻头加工出内锥螺纹的底孔；
五、用倒角刀预铣出内锥螺纹的内倒角(即内锥螺纹小径端的倒角)；
六、选用与待加工内锥螺纹的尺寸相配的权利要求1中所述的加工内锥螺纹的刀具， 刀具的工作切削刃每旋转3. 6° (将一个圆周分成100等分时的一个等分的度数范围)，切削刃与底孔的接触点沿Z轴正方向运动F/100距离和沿X轴背向原点(即远离原点的方向) 运动(F/100) Xtan(e/2)XCOS3.6°的距离同时沿Y轴背向原点(即远离原点的方向)运动(F/100) Xtan(e/2)XSin3.6°的距离合成，直到完全切削出需要加工的内锥螺纹；F 是指刀具的工作切削刃每旋转一个圆周沿底孔轴向从螺旋线的小径端向大径端运动的距离(即螺距)；θ是指待加工内锥螺纹的锥形角；Z轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的上下方向，向上为正方向；X轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的左右方向；Y轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的前后方向；原点是指X轴、Y轴和Z轴三条轴线的交点。用以上方法加工内锥螺纹时，一般均需分粗铣、精铣两次走刀完成加工。下面以本发明涉及的用于加工内锥螺纹的刀具及方法在用于加工美国标准的NPTF内锥螺纹时的具体实施方案对本发明做进一步的详细阐述。工程人员通过测量和研究发现，国内市售的标准型三刃合金刀片的切削刃可以用来加工美国标准的NPTF内锥螺纹，便直接采用这种三刃合金刀片作为刀头2，同时因为螺纹单齿加工切削力大大减少，所以采用45号钢制作刀柄1。刀柄1的前端设有用于安装三刃合金刀片的三角形凹槽5，刀头2安装在三角形凹槽 5内，只有一个切削刃突出于凹槽5之外，用于与待加工零件发生切削动作，整个刀具在切削时与零件的待加工点之间始终有排屑间隙，无需设计复杂的排屑槽即可轻松排屑，而且因为标准刀头2的切削刃的刀刃角与美国标准的NPTF内螺纹的螺纹牙型角法向截形相同，均为60度角，加工出来的内锥螺纹完全符合标准。结合附图5，本发明在运用上述内锥螺纹的刀具加工美国标准的NPTF内锥螺纹时使用的具体步骤如下
一、以待加工缸筒的外圆周面为基准面，根据基准面再结合工件的前端面定位将待加工件装夹到加工中心机台平口钳上；
二、用Φ20钻头定心和倒角(倒角以满足给加工后的螺纹口预留1.5X45°的倒角为
准)；
三、用普通钻头钻通锥螺纹底孔至尺寸在Φ14. 4士0. 1之间；
四、用倒角刀预铣锥螺纹内倒角(即内锥螺纹小孔端的倒角)至尺寸(倒角量 1. 5X45° )；
五、用单齿刀铣锥螺纹至尺寸设置加工程序由下往上(即从Od向Φ 运动，Φ(1 是指内锥螺纹的小孔径，OD是指内锥螺纹的大孔径)进行；内锥螺纹的螺旋呈阶梯盘旋向上，同时旋口直径按比例增大编程时根据刀具每旋转360°上升一个螺距的轨迹，计算时把一周拆分为100等分，即每旋转3. 6°，螺旋线就上升百分之一个螺距并径向扩大F/100Xtan(e/2)。以螺距F=L 411为例，则每旋转3. 6 °，刀具就上升 Z=L 411/100=0. 01411mm 和锥角方向分量为 X= [d/2+F/100Xtan( θ/2)] Xcos3. 6 °， Y=[d/2+F/100Xtan(6 /2)] Xsin3. 6°，代入美国标准的NPTF内锥螺纹的标准参数计算合成量为0.01414mm。即每一周的螺旋线由100段0. 01414 mm长的直线段连接而成。由于 0.01414 mm直线足够短，螺纹表面能保持着顺滑的连接。所以，编程时按上述X、Y、Z三个坐标的运算式进行编程即可，整个加工分粗铣、精铣两次走刀完成。当采用日本三菱E60/E68系统，程序如下
%
00512M3S2500G90G0G54X0. YOIF[#17EQ1.]G0T0100NlOO#144=7.#145=2.01#146=25. 4/,18.#147=1. 48#148=6. 378绅146G0T0600N600IF[#24EQ#0]G0T0601#24=0.N601IF[#25EQ#0]G0T0602
#25=0. N602IF[#1EQ#0]G0T0603 #1=0. N603
G0G90G40X[#24]Y[#25] G0X0. YO. #26=#1-#148 #118=#148*0. 43 #119=[#147-#118]/2 #120=#146/32. /360. G0Z50.
G1Z[#26]F300
GlG41X[[#119+#145]/2. ]Y[[#119+#145]/2. ]D60F100 G3X0. Y[#119+#145]R[[#119+#145]/2. ]F100 #121=1.
#122=#119+#145+#120*#121 WHILE[#121LE[#144*360. ]]DOl
GlX[-#122*SIN[#121]]Y[#122*C0S[#121]]Z[#26+#146*#121/360.] #121=#121+1.
#122=#119+#145+#120*#121 ENDl
G0G40X0. YO G0Z50.
M30
%
本发明所涉及的用于加工内锥螺纹的刀具，远比丝锥结构的刀具成本要低。以加工美国标准的NPTF内螺纹为例，因为只能采用进口丝锥，如以色列瓦格斯产的3/8”NPTF丝锥价格为1500元/支，根据通常的加工寿命折算每个螺纹孔加工费用2元左右，而且进口丝锥购买不方便(要事先定购，定购周期较长)，不能适应快速多变的市场需求。采用本发明所涉及的用于加工内锥螺纹的刀具，所用成本为刀具整体配套费用不到100元/支，且刀片 2可多次更换，每个螺纹的加工费用在0. 2元左右，加工成本节省10倍，效果十分明显。
需要说明的是，本发明并不局限于上述一种具体的实施方式，当需要加工其它尺寸的内锥螺纹时，只需要选择对应的定心钻并按照上述加工方法改编相应的加工程序，即可实现加工。总而言之，基于本发明的构思之内的其他显而易见的变化均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于加工内锥螺纹的刀具，它包括刀柄(1)和刀头(2)，刀头(2)固定在刀柄(1) 上，其特征在于刀头(2)上设有一个工作切削刃(3)，所述工作切削刃(3)的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同。
2.根据权利要求1所述的用于加工内锥螺纹的刀具，其特征在于所述刀头(2)与刀柄 (1)为可拆式连接，刀头(2)上还有多个备用的切削刃(6)。
3.根据权利要求1所述的用于加工内锥螺纹的刀具，其特征在于刀柄(1)的前端设有用于安装刀头(2)的凹槽(5)，凹槽(5)内的刀柄上设有螺纹孔，刀头(2)上设有通孔，螺钉 (7)通过通孔和螺纹孔将刀头(2)锁定在凹槽(5)内。
4.一种加工内锥螺纹的方法，其特征在于它包括以下步骤一、根据待加工工件的形状确定基准和工件定位方案，并根据定位方案将工件装夹到加工中心机台的夹具上；二、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的定心钻进行定心，并为要加工的内锥螺纹孔预留倒角；三、选用与需要加工的内锥螺纹孔径相配的普通钻头加工出内锥螺纹的底孔；五、用倒角刀预铣出内锥螺纹的内倒角；六、选用与待加工内锥螺纹的尺寸相配的加工内锥螺纹的刀具，该刀具包括刀柄(1)和刀头(2)，刀头(2)固定在刀柄(1)上，刀头(2)上设有一个工作切削刃 (3)，所述工作切削刃(3)的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同，刀具的工作切削刃(3)每旋转3. 6°，切削刃与底孔的接触点沿Z轴正方向运动F/100距离、沿X轴背向原点运动(F/100) X tan ( θ /2) X cos3. 6 °的距离同时沿Y轴背向原点运动 (F/100) Xtan(e/2)XSin3.6°的距离直到完全切削出需要加工的内锥螺纹；F是指刀具的工作切削刃每旋转一个圆周沿底孔轴向从螺旋线的小径端向大径端运动的距离；θ是指待加工内锥螺纹的锥角；Z轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的上下方向，向上为正方向；X轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的左右方向；Y轴方向是指当底孔置于水平面时底孔的前后方向；原点是指X轴、Y轴和Z轴三条轴线的交点。
全文摘要
本发明涉及一种用于加工内锥螺纹的刀具，其特征在于刀头(2)上设有一个工作切削刃(3)，所述工作切削刃(3)的刀刃角与所要加工的螺纹牙型角相同。本发明还涉及一种加工内锥螺纹的方法，其特征在于它通过精确控制刀具的工作切削刃(3)使其每旋转3.6°，切削刃与底孔的接触点沿Z轴正方向运动F/100距离、沿X轴背向原点运动(F/100)×tan(θ/2)×cos3.6°的距离同时沿Y轴背向原点运动(F/100)×tan(θ/2)×sin3.6°的距离直到完全切削出需要加工的内锥螺纹。本发明提供了一种成本低，结构简单，适应性强的用于加工内锥螺纹的刀具及使用这种刀具加工内锥螺纹的方法。
文档编号B23G1/02GK102500845SQ20111035201
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者吕瞻坤, 戴洪辉, 曾正华, 毛宇平, 洪琪锋 申请人:宁波中天联合机电制造有限公司