专利名称：难加工材料专用铣刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种难加工材料专用铣刀，属于机械加工技术领域。
背景技术：
难加工材料以其优异的综合机械性能已成为航空航天工业以及民用工业中应用前景极其广泛的材料，然而由于其切削加工性差，制约了材料的进一步推广应用。这些难加工材料加工最突出的问题是刀具磨损，在切削加工时刀具磨损严重，大大缩短了刀具使用寿命，限制了切削速度和加工效率的提高。
发明内容
本发明的目的是为降低刀具磨损、提高刀具使用寿命、提高切削速度和加工效率，提供一种难加工材料专用铣刀，主要应用于难加工材料的高效铣削。一种难加工材料专用铣刀，包括机床主轴箱、机床旋转主轴，铣刀定位心轴、多个紧固螺钉、中心轮架、多个轮架螺栓、刀盘、中心轮架外油封、中心轮架内油封、上盖板、多个上盖板螺栓和多个行星轮。其中，每个行星轮包括上圆螺母、平键、行星轮轴、上圆螺母止动垫、多个下圆螺母、行星轮套杯、旋转刀轴、下轴承、上轴承、密封圈、孔用弹性档圈、直齿圆柱齿轮、圆刀片、上轴承压盖螺钉、上轴承压盖、圆刀片座、刀片压板、圆螺母止动垫、圆螺母、油封、右轴承压盖、右轴承压盖螺栓、右轴承、左轴承压盖螺钉、左轴承压盖、左轴承。多个行星轮等间距排列于以机床旋转主轴轴线为回转中心的水平圆周上。中心轮架为套筒结构，套筒下端外侧有一圈直齿轮齿。行星轮轴的下部有一圈锥齿轮齿。行星轮套杯的中部外侧为锥面。旋转刀轴中部有一圈锥齿轮齿。行星轮轴的锥齿轮齿与相应的旋转刀轴的锥齿轮齿啮合形成锥齿轮副。中心轮架下部外侧的直齿轮齿与多个直齿圆柱齿轮啮合形成多个直齿轮副。刀盘为中间有中心柱体的圆盘，中心柱体为中空、上端面中心有通孔,中心柱体与圆盘外沿之间为凹槽。中心轮架位于机床主轴箱下方，通过多个轮架螺栓与机床主轴箱固连；铣刀定位心轴位于机床旋转主轴、刀盘中心的孔中；刀盘位于机床旋转主轴下方、中心轮架套在刀盘中心柱体外，通过铣刀定位心轴定心，刀盘中心柱体上端面通过紧固螺钉与机床旋转主轴连接。所述刀盘的凹槽上分布多个行星轮通孔。每个行星轮通孔安装一个行星轮。上盖板为中心有通孔的圆盘，通过通孔套在中心轮架外，通过上盖板螺栓将上盖板外沿与刀盘连接。中心轮架与刀盘之间安装一圈中心轮架内油封，中心轮架与上盖板之间安装一圈中心轮架外油封。直齿圆柱齿轮通过齿轮副与中心轮架连接，直齿圆柱齿轮通过上圆螺母、平键、上圆螺母止动垫紧固于行星轮轴上，行星轮套杯套在行星轮轴外部，通过下轴承、上轴承连接；上轴承由上轴承压盖压紧，上轴承压盖由多根上轴承压盖螺钉与行星轮套杯紧固，行星轮套杯通过外侧锥面与刀盘的锥孔配合，由多个下圆螺母紧固于刀盘上，行星轮套杯和刀盘之间装有密封圈，密封圈由孔用弹性档圈与刀盘固定；行星轮轴通过锥齿轮副与位于刀盘下方的旋转刀轴垂直连接，旋转刀轴通过右轴承、左轴承与行星轮套杯连接；右轴承、左轴承分别由对应的右轴承压盖、左轴承压盖压紧，右轴承压盖、左轴承压盖分别由对应的多根右轴承压盖螺栓、左轴承压盖螺钉紧固在行星轮套杯上；旋转刀轴和右轴承压盖之间装有油封，圆刀片座位于行星轮套杯外，通过锥孔与旋转刀轴的外锥面配合；圆刀片位于圆刀片座上，通过刀片压板压紧，圆螺母、圆螺母止动垫将圆刀片、圆刀片座、压板与旋转刀轴紧固。在上述难加工材料专用铣刀的直齿圆柱齿轮与中心轮架之间加惰轮，形成直齿圆柱齿轮与惰轮齿轮副，以及中心轮架与惰轮齿轮副，从而改变圆刀片绕自身轴线主动旋转的转向。所述难加工材料为具有高温高强度、高硬度、高硬质点含量及多相性等性能特性的材料，在切削加工过程中产生高温和高应力，其特性导致加工条件恶化，刀具寿命短，加工效率低等问题。有益效果本发明的难加工材料专用铣刀能有效地降低刀具磨损、提高刀具使用寿命、提高切削速度和加工效率。
图1是本发明一种难加工材料专用铣刀的C-C视图；图2是本发明一种难加工材料专用铣刀的A向视图；图3是本发明一种难加工材料专用铣刀的B-B视图；图4是本发明一种难加工材料专用铣刀的总装图。标号说明1_机床主轴箱、2-机床旋转主轴、3-铣刀定位心轴、4-紧固螺钉、5-中心轮架、6-轮架螺栓、7-上圆螺母、8-平键、9-行星轮轴、10-上圆螺母止动垫、11-上盖板、12-上盖板螺栓、13-刀盘、14-下圆螺母、15-行星轮套杯、16-旋转刀轴、17-下轴承、18-上轴承、19-密封圈、20-孔用弹性档圈、21-直齿圆柱齿轮、22-圆刀片、23-上轴承压盖螺钉、24-上轴承压盖、25-中心轮架外油封、26-中心轮架内油封、27-圆刀片座、28-刀片压板、29-圆螺母止动垫、30-圆螺母、31-油封、32-右轴承压盖、33-右轴承压盖螺栓、34-右轴承、35-左轴承压盖螺钉、36-左轴承压盖、37-左轴承。
具体实施例方式为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。以下所述仅为本发明较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。本发明的一种难加工材料专用铣刀如图1、图2、图3、图4所示，包括机床主轴箱1、机床旋转主轴2、铣刀定位心轴3、紧固螺钉4、中心轮架5、轮架螺栓6、上圆螺母7、平键8、行星轮轴9、上圆螺母止动垫10、上盖板11、上盖板螺栓12、刀盘13、下圆螺母14、行星轮套杯15、旋转刀轴16、下轴承17、上轴承18、密封圈19、孔用弹性档圈20、直齿圆柱齿轮21、圆刀片22、上轴承压盖螺钉23、上轴承压盖24、中心轮架外油封25、中心轮架内油封26、圆刀片座27、刀片压板28、圆螺母止动垫29、圆螺母30、油封31、右轴承压盖32、右轴承压盖螺栓33、右轴承34、左轴承压盖螺钉35、左轴承压盖36、左轴承37。如图1，中心轮架5通过轮架螺栓6与机床主轴箱I连接，铣刀定位心轴3位于机床旋转主轴2、刀盘13的孔中，刀盘13通过铣刀定位心轴3定心，通过紧固螺钉4与机床旋转主轴2连接，上盖板11通过多根上盖板螺栓12与刀盘13连接，中心轮架5与刀盘13之间装有中心轮架内油封26，中心轮架5与上盖板11之间装有中心轮架外油封25，直齿圆柱齿轮21通过齿轮副与中心轮架5连接，直齿圆柱齿轮21通过上圆螺母7、平键8、上圆螺母止动垫10紧固于行星轮轴9上，行星轮轴9通过下轴承17、上轴承18与行星轮套杯15连接，上轴承18由上轴承压盖24压紧，上轴承压盖24由多根上轴承压盖螺钉23与行星轮套杯15紧固，行星轮套杯15通过外侧锥面与刀盘13的锥孔配合并由两个下圆螺母14紧固与刀盘13上，如图3，行星轮套杯15和刀盘13之间装有密封圈19，密封圈19由孔用弹性档圈20与刀盘13固定，行星轮轴9通过锥齿轮副与旋转刀轴16连接，旋转刀轴16通过右轴承34、左轴承37与行星轮套杯15连接，右轴承34、左轴承37分别由对应的右轴承压盖
32、左轴承压盖36压紧，右轴承压盖32、左轴承压盖36分别由对应的多根右轴承压盖螺栓
33、左轴承压盖螺钉35与行星轮套杯15紧固，旋转刀轴16和右轴承压盖32之间装有油封31，圆刀片座27通过锥孔与旋转刀轴16的外锥面配合，圆刀片22位于圆刀片座27上通过刀片压板28压紧，圆螺母30、圆螺母止动垫29将圆刀片22、圆刀片座27、压板28与旋转刀轴16紧固，如图1、2、3，由圆螺母7、平键8、行星轮轴9、上圆螺母止动垫10、直齿圆柱齿轮21、下圆螺母14、行星轮套杯15、旋转刀轴16、下轴承17、上轴承18、圆刀片22、上轴承压盖螺钉23、上轴承压盖24、圆刀片座27、刀片压板28、圆螺母止动垫29、圆螺母30、油封31、右轴承压盖32、右轴承压盖螺栓33、右轴承34、左轴承压盖螺钉35、左轴承压盖36、左轴承37组成的四组组件，且四组组件等间距排列于以机床旋转主轴2的轴线为回转中心的水平圆周上。中心轮架5下部外侧有一圈直齿轮齿。行星轮轴9的下部有一圈锥齿轮齿。行星轮套杯15的中部外侧为锥面。旋转刀轴16中部有一圈锥齿轮齿。机床旋转主轴2的转动带动与其连接的刀盘13转动，刀盘13上的元件包括上圆螺母7、平键8、行星轮轴9、上圆螺母止动垫10、上盖板11、上盖板螺栓12、下圆螺母14、行星轮套杯15、旋转刀轴16、下轴承17、上轴承18、密封圈19、孔用弹性档圈20、直齿圆柱齿轮21、圆刀片22、上轴承压盖螺钉23、上轴承压盖24、圆刀片座27、刀片压板28、圆螺母止动垫29、圆螺母30、油封31、右轴承压盖32、右轴承压盖螺栓33、右轴承34、左轴承压盖螺钉35、左轴承压盖36、左轴承37，均随刀盘13绕机床旋转主轴2的轴线旋转，而中心轮架5是与机床主轴箱I连接的，因此中心轮架5没有旋转运动，即中心轮架5静止，直齿圆柱齿轮21与中心轮架5之间通过直齿轮副连接，因此直齿圆柱齿轮21和与其固连的行星轮轴9除绕机床旋转主轴2的轴线旋转外还绕自身轴线旋转，行星轮轴9通过锥齿轮副将绕自身轴线的旋转运动传递给旋转刀轴16，旋转刀轴16和与其固连的圆刀片22除绕机床旋转主轴2的轴线旋转外还绕自身轴线旋转，圆刀片22随刀盘13作走刀运动的同时绕自身轴线旋转完成对工件的加工。密封圈19、中心轮架外油封25、中心轮架内油封26、油封31均起密封作用。采用两个端面相互接触的下圆螺母14起摩擦防松作用，上圆螺母止动垫10、圆螺母止动垫29起防松作用。
行星轮套杯15通过外侧锥面与刀盘13的锥孔配合并由两个下圆螺母14紧固在刀盘13上，靠外侧锥面与锥孔面之间的摩擦力防止行星轮套杯15因受外力而绕自身轴线旋转，如图3，松开两个下圆螺母14，将行星轮套杯15向上顶起，行星轮套杯15外侧锥面与刀盘13的锥孔面分离，沿行星轮套杯15自身轴线转动星轮套杯15则可实现圆刀片22安装角度的调整。安装角度是指圆刀片22的轴线以行星轮轴9的轴线为轴转动形成的角度。孔用弹性档圈20主要防止密封圈19在行星轮套杯15向上顶起时从刀盘13中脱落。中心轮架5下部外侧有一圈直齿轮齿，能够保证星轮套杯15被向上顶起时直齿圆柱齿轮21向上顺利滑动。调整好圆刀片22安装角度后，拧紧两个下圆螺母14，实现行星轮套杯15与刀盘13的紧固。即一种难加工材料专用铣刀的圆刀片22的安装角度不但调整方便而且可实现任意角度的调整。本实施例提供一种铝基碳化硅材料作为被加工材料，其具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、导热性能好、轻量化等优异的机械物理性能，因此广泛应用于航天等领域。但是，铝基碳化硅材料中含有硬度大、强度高的碳化硅颗粒，属于难加工材料，在切削加工时刀具磨损严重，大大缩短了刀具使用寿命，限制了切削速度和加工效率的提高。采用本发明的专用铣刀对铝基碳化硅材料的加工件进行加工，圆刀片22随刀盘13作走刀运动的同时绕自身轴线主动旋转，而且圆刀片22绕自身轴线主动旋转运动的驱动来自机床本身，所以圆刀片22绕自身轴线主动旋转的速度大小与切削速度的大小成比例，其传动比由各齿轮传动副之间的齿数比决定。圆刀片22绕自身轴线主动旋转的转向，可通过在直齿圆柱齿轮21与中心轮架5的齿轮副之间加惰轮来改变。另一方面圆刀片22的前刀面的排屑速度也与切削速度成比例，通过设计各齿轮传动副之间的齿数比并调整安装角度，使得切屑在圆刀片22前刀面的相对滑动速度大大降低，甚至降为零，有效地降低了刀具前刀面的磨损。圆刀片22采用随刀盘13作走刀运动同时绕自身轴线旋转的方式完成对工件的加工，使后刀面的磨损量平均到了整个圆周上，从而降低了后刀面的磨损。本发明所述的难加工材料专用铣刀能有效地降低刀具磨损、提高刀具使用寿命，提高切削速度和加工效率。
权利要求
1.难加工材料专用铣刀，其特征在于:包括机床主轴箱、机床旋转主轴，铣刀定位心轴、多个紧固螺钉、中心轮架、多个轮架螺栓、刀盘、中心轮架外油封、中心轮架内油封、上盖板、多个上盖板螺栓和多个行星轮；其中，每个行星轮包括上圆螺母、平键、行星轮轴、上圆螺母止动垫、多个下圆螺母、行星轮套杯、旋转刀轴、下轴承、上轴承、密封圈、孔用弹性档圈、直齿圆柱齿轮、圆刀片、上轴承压盖螺钉、上轴承压盖、圆刀片座、刀片压板、圆螺母止动垫、圆螺母、油封、右轴承压盖、右轴承压盖螺栓、右轴承、左轴承压盖螺钉、左轴承压盖、左轴承； 多个行星轮等间距排列于以机床旋转主轴轴线为回转中心的水平圆周上； 中心轮架为套筒结构，套筒下端外侧为一圈直齿轮齿；行星轮轴的下部为一圈锥齿轮齿；行星轮套杯的中部外侧为锥面；旋转刀轴中部为一圈锥齿轮齿；行星轮轴的锥齿轮齿与相应的旋转刀轴的锥齿轮齿啮合形成锥齿轮副；中心轮架下部外侧的直齿轮齿与多个直齿圆柱齿轮啮合形成多个直齿轮副； 刀盘为中间有中心柱体的圆盘,中心柱体为中空、上端面中心有通孔,中心柱体与圆盘外沿之间为凹槽； 中心轮架位于机床主轴箱下方，通过多个轮架螺栓与机床主轴箱固连；铣刀定位心轴位于机床旋转主轴、刀盘中心的孔中；刀盘位于机床旋转主轴下方、中心轮架套在刀盘中心柱体外，刀盘通过铣刀定位心轴定心，其中心柱体上端面通过紧固螺钉与机床旋转主轴连接；所述刀盘的凹槽上分布多个行星轮通孔，每个行星轮通孔安装一个行星轮； 上盖板为中心有通孔的圆盘，通过通孔套在中心轮架外，通过上盖板螺栓将上盖板外沿与刀盘连接；中心轮架与刀盘之间安装一圈中心轮架内油封，中心轮架与上盖板之间安装一圈中心轮架外油封； 直齿圆柱齿轮通 过齿轮副与中心轮架连接，直齿圆柱齿轮通过上圆螺母、平键、上圆螺母止动垫紧固于行星轮轴上，行星轮套杯套在行星轮轴外部，通过下轴承、上轴承连接；上轴承由上轴承压盖压紧，上轴承压盖由多根上轴承压盖螺钉与行星轮套杯紧固，行星轮套杯通过外侧锥面与刀盘的锥孔配合，由多个下圆螺母紧固于刀盘上，行星轮套杯和刀盘之间装密封圈，密封圈由孔用弹性档圈与刀盘固定；行星轮轴通过锥齿轮副与位于刀盘下方的旋转刀轴垂直连接，旋转刀轴通过右轴承、左轴承与行星轮套杯连接；右轴承、左轴承分别由对应的右轴承压盖、左轴承压盖压紧，右轴承压盖、左轴承压盖分别由对应的多根右轴承压盖螺栓、左轴承压盖螺钉紧固在行星轮套杯上；旋转刀轴和右轴承压盖之间装有油封，圆刀片座位于行星轮套杯外，通过锥孔与旋转刀轴的外锥面配合；圆刀片位于圆刀片座上，通过刀片压板压紧，圆螺母、圆螺母止动垫将圆刀片、圆刀片座、压板与旋转刀轴紧固。
2.根据权利要求1所述的难加工材料专用铣刀，其特征在于:所述难加工材料为具有高温高强度、高硬度、高硬质点含量及多相性的材料。
3.根据权利要求1所述的难加工材料专用铣刀，其特征在于:圆刀片绕自身轴线主动旋转的速度大小与切削速度的大小成比例，其传动比由各齿轮传动副之间的齿数比决定。
4.根据权利要求1所述的难加工材料专用铣刀，其特征在于:在直齿圆柱齿轮与中心轮架之间加惰轮，改变圆刀片绕自身轴线主动旋转的转向。
全文摘要
本发明涉及一种难加工材料专用铣刀，属于机械加工技术领域。具体包括机床主轴箱、机床旋转主轴，铣刀定位心轴、多个紧固螺钉、中心轮架、多个轮架螺栓、刀盘、中心轮架外油封、中心轮架内油封、上盖板、多个上盖板螺栓和多个行星轮。多个行星轮等间距排列于以机床旋转主轴轴线为回转中心的水平圆周上。每个行星轮的圆刀片随刀盘作走刀运动的同时绕自身轴线旋转，完成对工件的加工。本发明的难加工材料专用铣刀能有效地降低刀具磨损、提高刀具使用寿命、提高切削速度和加工效率。
文档编号B23C5/26GK103071842SQ20131001377
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者王西彬, 李慎旺, 解丽静, 王涛 申请人:北京理工大学