球型铰刀的结构的制作方法

本发明属于工艺装备结构设计加工领域，涉及在加工高精度孔类零件所使用刀具的设计领域。

背景技术：

对于高精度的孔类零件，由于加工精度及表面粗糙度要求过高，一般的加工方法难以达到要求。但若采用电加工或者坐标磨等更高级工艺方法来加工，会使加工成本提升，加工效率降低，而且过于依赖设备的精度，造成很多不可控的因素，并且需要大量的辅助装备，加工成本又一次提高。诸如航空产品发动机部件柱塞泵中关键的产品零件“转子”，该零件上通常会有七到九个柱塞孔。柱塞孔与柱塞之间有严格的间隙要求，导致柱塞孔精度要求及粗糙度要求均很高，而孔的数量较多，如何采用高效低成本的方法加工，成为一个难题。

技术实现要素：

本发明的目的是：解决高精度高粗糙度孔类加工的问题，避免该类孔过于依赖电火花及坐标磨等高级贵重机床的问题，降低加工成本。

本发明的技术方案是：球型铰刀的结构，刀具分为两体结构，刀头采用硬质合金材料，增加耐磨性。刀柄采用普通钢，降低成本。两者通过焊接连接。刀头的刀齿形状为球型，为了提高耐用度，球型前端磨出长度为h的圆柱带。

刀头的刀齿圆柱带长度尺寸h取0.3mm～0.6mm之间。

刀头的刀齿圆柱带直径尺寸d的确定方法为：为了达到高精度的铰孔质量，铰刀去除零件材料的铰削量为0.005mm～0.01mm，故在零件铰削的前工序孔径公差较大的情况下，需要将球型铰刀直径d进行分组。分组的原则是参照铰削量要求，将被加工零件铰孔前工序的孔径尺寸从最小值到最大值，按照间隔0.005mm～0.01mm分组。

例如，在取间隔0.01mm一组的情况下，按照分组情况，球型铰刀直径d为：

d₁＝Dg_min+0.01

d₂＝Dg_min+0.02

d₃＝Dg_min+0.03

…

d_n＝Dgmax

其中，Dg_min为被加工零件铰孔前工序孔径最小值，Dg_max为被加工零件铰孔前工序孔径最大值。

为了减少球型铰刀分组，被加工零件应在铰孔工序之前的工序，尽量减小孔径公差，一般应在0.02mm～0.04mm之间。

刀齿型面球型直径尺寸D的确定方法为：球型半径D/2等于h/2弦长时，弦高为d/2时的球半径尺寸。利用弦长公式：

刀齿型面前角取0～3°，h中心距端面位置，按照1mm～1.2mm选取，后角及齿槽、圆柱刃带按照一般圆柱铰刀尺寸选择即可。

利用球型定心好，受力均匀的特点，提高所加工孔的粗糙度。改变一贯的圆柱铰刀型式。

本发明的优点是：提出一种高精度高粗糙度孔的铰刀设计方法。该方法刀具制造成本低，对设备要求就简单，人工手铰和机铰均可，工艺方法简单，效率高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。图2是端面截面示意图，即图1中A-A位置截面。图3是刀齿端视放大图，即图2中Ⅰ处放大图。图4是刀齿轴视放大图，即图1中Ⅱ位置，图5是普通圆柱铰刀轴视示意图。表1是列举的刀具尺寸分组表。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

球型铰刀的结构，刀具分为两体结构，刀头采用硬质合金材料，增加耐磨性。刀柄采用普通钢，降低成本。两者通过焊接连接。刀头的刀齿形状为球型，为了提高耐用度，球型前端磨出长度为h的圆柱带。

刀头的刀齿圆柱带长度尺寸h取0.3mm～0.6mm之间。

刀头的刀齿圆柱带直径尺寸d的确定方法为：为了达到高精度的铰孔质量，铰刀去除零件材料的铰削量为0.005mm～0.01mm，故在零件铰削的前工序孔径公差较大的情况下，需要将球型铰刀直径d进行分组。分组的原则是参照铰削量要求，将被加工零件铰孔前工序的孔径尺寸从最小值到最大值，按照间隔0.005mm～0.01mm分组。

例如，在取间隔0.01mm一组的情况下，按照分组情况，球型铰刀直径d为：

d₁＝Dg_min+0.01

d₂＝Dg_min+0.02

d₃＝Dg_min+0.03

…

d_n＝Dgmax

其中，Dg_min为被加工零件铰孔前工序孔径最小值，Dg_max为被加工零件铰孔前工序孔径最大值。

为了减少球型铰刀分组，被加工零件应在铰孔工序之前的工序，尽量减小孔径公差，一般应在0.02mm～0.04mm之间。

刀齿型面球型直径尺寸D的确定方法为：球型半径D/2等于h/2弦长时，弦高为d/2时的球半径尺寸。利用弦长公式：

刀齿型面前角取0～3°，h中心距端面位置，按照1mm～1.2mm选取，后角及齿槽、圆柱刃带按照一般圆柱铰刀尺寸选择即可。

以加工某柱塞泵转子孔为例，参见图1，本铰刀为分体结构，件1为刀头部分，材质为硬质合金类，一般选就用牌号YW1，可增强刀具的耐磨性和硬度，使零件加工粗糙度更高，而且降低刀具的消耗。件2为刀柄部分，材质为钢，一般选用普通的45号钢，有利于增加刀具的韧性，且该材料价格较为低廉，有利于刀具成本的降低。

本发明的刀头部分的刀齿型状不同于一般圆柱铰刀，见图4中Ⅱ位置放大图中，为球型刀齿，此型状的刀齿，改善的刀具的切削环境，在进刀过程中，刀具与零件可近似为线接触，刀具所受阻力小，刀具及零件受力均匀，切削平稳过渡，所加工孔尺寸逐步增大，这样能够保证孔的精度，其加工效果远好于图5所示一般圆柱铰刀的齿型。

当然，若为单一的球型齿型，由于加工时，仅轴向直径与零件接触，为线接触，理论上虽然是最好的加工模式，但实际使用过程中，刀具极易磨损，一旦刀具磨损，将无法保证所加工孔的尺寸精度。故单纯的球型刀齿不符合实际加工情况。若在球型齿面上，提前磨出一段圆柱，如图4中h部分，模拟刀具已经出现磨损的工作状态。试验发现，刀具出现一定磨损后，就会出现一个较长的稳定期，才会继续磨损。本发明就是利用这一稳定期，使球型刀具得到实际应用。在刀具设计时，就把h部分加工出来，通过控制h部分直径尺寸，来控制零件尺寸。这样加工环境得到改善，刀具的寿命也得到提升。

利用球型定心好，受力均匀的特点，提高所加工孔的粗糙度。改变一贯的圆柱铰刀型式。

另外，当被加工孔的尺寸精度要求较高时，还需将刀具直径尺寸进行分组，保证适当的铰量，以确保加工表面积屑过多所带来的零件表面粗糙度不好的问题。表1就是在加工所示零件孔所用的一组刀具尺寸分组表。

刀头部分的刀齿参数确定的具体方法是：圆柱部分直径尺寸d等于将被加工孔径公差分为0.005mm一组后的孔径尺寸，h尺寸取0.3mm、0.4mm各两组。刀齿球型部分直径D，利用弦长公式：

同理计算得出02，03，04各组D尺寸值，具体见表1尺寸表。

刀齿型面前角取(0～3)°，h中心距端面位置，按照(1-1.2)mm选取。

至于后角及齿槽、圆柱刃带按照一般圆柱铰刀尺寸设计即可。

表1。