一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀的制作方法

1.本发明属于加工刀具技术领域，特别是涉及一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀。


背景技术：

2.铣刀，是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
3.铣刀根据用途又可以进一步分为，圆柱形铣刀、面铣刀、立铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀和t形铣刀。按照铣刀和刀体的装配形式可以将铣刀分为整体式铣刀、整体焊齿式铣刀、镶齿式铣刀、可转位式铣刀。
4.随着铣刀行业的发展，铣刀也广泛的被应用在孔加工和型腔加工方向上。孔的铣削加工在机加工行业中被广泛的使用，尤其是应用在航天领域、汽车发动机领域以及复杂装备领域对复杂孔的加工上。各种复合孔的加工对机床设备和刀具的要求越来越高，不仅要满足加工精度要求还要保证刀具寿命，同时加工成本要低。
5.阶梯孔的加工主要采用合金钻头和立铣刀相组合的形式进行，首先用合金钻头依次粗加工小孔径孔和大孔径孔，再用立铣刀依次精加工小孔径孔和大孔径孔，应用上述方法对异径孔进行加工不仅加工时间长，而且频繁更换刀具，造成两个台阶面之间的形位公差大，同轴度不能很好的保证，加工精度低，加工成本高等问题的出现。
6.为了提高加工效率，目前市场上出现有采用普通常规的阶梯铣刀一次加工出阶梯孔，但存在铣刀断刀严重、废品率增加的风险，从而使生产成本居高不下。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种具有多用途、高效率、高寿命、高精度优点的多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀，其包括柄部和阶梯式切削部，所述阶梯式切削部设有4个自其前端向柄部轴向延伸的阶梯状刀槽，所述阶梯状刀槽朝向切削旋转方向的面为前刀面，所述阶梯状刀槽背向切削旋转方向的面为后刀面，所述前刀面与所述后刀面相交形成周刃，所述阶梯式切削部的外径自其前端向柄部呈阶梯式增大，且根据所述阶梯式切削部的外径由小到大依次设置为一级切削部、二级切削部和三级切削部；所述一级切削部上的周刃自其刃口向后刀面一侧依次设置有第一圆弧刃带和多个第一后角，所述第一圆弧刃带的宽度为0.4mm～0.45mm；所述二级切削部上的周刃自其刃口向后刀面一侧依次设置有第二圆弧刃带和多个第二后角，所述第二圆弧刃带的宽度为0.7mm～0.9mm；所述三级切削部上的周刃自其刃口向后刀面一侧依次设置有第三圆弧刃带和多个第三后角，所述第三圆弧刃带的宽度为1mm～1.3mm。
9.作为本发明的优选方案，所述一级切削部设有第一前角，所述第一前角为3度～5度；所述二级切削部设有第二前角，所述第二前角为3度～5度；所述三级切削部设有第三前
角，所述第三前角为3度～5度。
10.作为本发明的优选方案，所述一级切削部、二级切削部和三级切削部在轴向方向上均留有倒锥，所述倒锥的锥度为0.01～0.015。
11.作为本发明的优选方案，所述一级切削部的前端尖角处设有倒角。
12.作为本发明的优选方案，所述一级切削部和所述二级切削部之间的变径处设有第一应力消除部。
13.作为本发明的优选方案，所述二级切削部和所述三级切削部之间的变径处设有第二应力消除部。
14.作为本发明的优选方案，多个所述第一后角中靠近所述第一圆弧刃带的第一后角为14度～16度，且该第一后角对应的后刀面的宽度为1.1mm～1.3mm；多个所述第二后角中靠近所述第二圆弧刃带的第二后角为14度～16度，且该第二后角对应的后刀面的宽度为1.1mm～1.3mm；多个所述第三后角中靠近所述第二圆弧刃带的第二后角为14度～16度，且该第三后角对应的后刀面的宽度为1.1mm～1.3mm。
15.作为本发明的优选方案，所述一级切削部上的周刃的刃口高中心0.1mm～0.15mm；所述二级切削部上的周刃的刃口高中心0.1mm～0.15mm；所述三级切削部上的周刃的刃口高中心0.1mm～0.15mm。
16.作为本发明的优选方案，所述阶梯式切削部涂覆有纳米级高硅铝加硬涂层。
17.作为本发明的优选方案，所述的多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀还设有冷却流道，所述冷却流道包括主流道和多个支流道，所述主流道贯穿所述阶梯式切削部和所述柄部，并在所述柄部的后端面形成冷却剂进口，所述支流道贯穿所述阶梯式切削部，且所述支流道的一端与所述主流道连通，所述支流道的另一端在所述阶梯状刀槽内形成冷却剂出口，所述冷却剂出口朝向所述周刃一侧。
18.作为本发明的优选方案，所述阶梯式切削部的前端面设有沉孔，所述沉孔与所述主流道连通，所述沉孔内设有用于封堵所述主流道中冷却剂从该沉孔流出的堵塞。
19.实施本发明提供的一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀，与现有技术相比，其有益效果在于：
20.本发明通过设置不同外径的一级切削部、二级切削部和三级切削部，能够满足不同孔径的圆孔或阶梯孔加工要求，节省了大量的加工时间和对刀时间，并且大幅度提高两个台阶面之间的形位公差精度，有效保证其加工的阶梯孔的同轴度(在0.005以内)，提高产品质量，尤其适用于航空航天、汽车、超高精密机床等领域中的多段阶梯孔加工；并且，根据不同外径的各级切削部，在靠近周刃刃口处设置不同宽度的第一圆弧刃带、第二圆弧刃带和第三圆弧刃带，相较于传统的后角平面，能够增强了刃口的支撑性及牢固性，提高刀具的使用寿命，而且加工精度稳定，加工出来的产品表面质量好；此外，将周刃后角设计为多个后角角度，能够保证周刃具有足够的刚性，同时为周刃提供足够避让空间，减少周刃的后刀面与工件加工表面的接触摩擦，有利于周刃的切入。可见，该多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀具有多用途、高效率、高寿命、高精度优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介
绍。
22.图1是本发明提供的一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀的结构示意图；
23.图2是一级切削部的截面图；
24.图3是冷却流道的分布图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
27.如图1和图2所示，本发明优选实施例的一种多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀，其包括柄部1和阶梯式切削部2，所述阶梯式切削部2设有4个自其前端向柄部1轴向延伸的阶梯状刀槽21，所述阶梯状刀槽21朝向切削旋转方向的面为前刀面22，所述阶梯状刀槽21背向切削旋转方向的面为后刀面23，所述前刀面22与所述后刀面23相交形成周刃24，所述阶梯式切削部2的外径自其前端向柄部1呈阶梯式增大，且根据所述阶梯式切削部2的外径由小到大依次设置为一级切削部2a、二级切削部2b和三级切削部2c；所述一级切削部2a上的周刃24自其刃口向后刀面23一侧依次设置有第一圆弧刃带25和多个第一后角(261和262)，所述第一圆弧刃带25的宽度为0.4mm～0.45mm；所述二级切削部2b上的周刃24自其刃口向后刀面23一侧依次设置有第二圆弧刃带和多个第二后角，所述第二圆弧刃带的宽度为0.7mm～0.9mm；所述三级切削部2c上的周刃24自其刃口向后刀面23一侧依次设置有第三圆弧刃带和多个第三后角，所述第三圆弧刃带的宽度为1mm～1.3mm。
28.由此，本发明实施例通过设置不同外径的一级切削部2a、二级切削部2b和三级切削部2c，能够满足不同孔径的圆孔或阶梯孔加工要求，节省了大量的加工时间和对刀时间，并且大幅度提高两个台阶面之间的形位公差，有效保证其加工的阶梯孔的同轴度(在0.005以内)，提高产品质量，尤其适用于航空航天、汽车、超高精密机床等领域中的多段阶梯孔加工；并且，根据不同外径的各级切削部，在靠近周刃24刃口处设置不同宽度的第一圆弧刃带25、第二圆弧刃带和第三圆弧刃带，相较于传统的后角平面，能够增强了刃口的支撑性及牢固性，提高刀具的使用寿命，而且加工精度稳定，加工出来的产品表面质量好；此外，将周刃24后角设计为多个后角角度，能够保证周刃24具有足够的刚性，同时为周刃24提供足够避让空间，减少周刃24的后刀面23与工件加工表面的接触摩擦，有利于周刃24的切入。可见，该多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀具有多用途、高效率、高寿命、高精度的优点。
29.示例性的，如图2所示，所述一级切削部2a设有第一前角27，所述第一前角27为3度～5度；所述二级切削部2b设有第二前角，所述第二前角为3度～5度；所述三级切削部2c设有第三前角，所述第三前角为3度～5度。由此，将整个周刃24的前角设计为3度～5度，一方
面满足了加工对象本身的材料特性，另一方面保证了周刃24的锋利程度，使切削过程中不会出现毛刺、崩边等现象，加工效果好，产品报废率低。
30.这里需要说明的是，由于一级切削部2a、二级切削部2b和三级切削部2c的横截面结构形状相似，故二级切削部2b c所对应的第二圆弧刃带、第二后角和第二前角的附图标记，以及三级切削部2所对应的第三圆弧刃带、第三后角和第三前角的附图标记，均可参照图2中一级切削部2a所示的第一圆弧刃带25、第一后角(261和262)和第一前角27的附图标号。
31.示例性的，所述一级切削部2a、二级切削部2b和三级切削部2c在轴向方向上均留有倒锥，从而能够减少各级切削部和孔壁的摩擦，避免在机床尾座中心微量偏离中心时造成铰铣刀周刃24与孔壁发生非正常刮削，加大孔壁粗糙度，保持加工稳定性。本实施例中，所述倒锥的锥度优选为0.01～0.015。
32.示例性的，如图1所示，所述一级切削部2a的前端尖角处设有倒角28，该倒角28对铰铣刀起到导向作用，有利于铰铣刀的对位及进刀。本实施例中，所述倒角28优选为60度～62度。
33.示例性的，如图1所示，为消除两个不同直径之间的过渡区域中应力集中特征，所述一级切削部2a和所述二级切削部2b之间的变径处设有第一应力消除部29；所述二级切削部2b和所述三级切削部2c之间的变径处设有第二应力消除部。本实施例中，由于所述一级切削部2a的外径和所述二级切削部2b的外径之差值较小，故所述第一应力消除部29通过60度～62度的倒角实现，这样的设计在消除应力集中特性的同时还能够对二级切削部2b起到导向作用，有利于二级切削部2b的对位及进刀，而且该部位加工出来的孔形不会在该处形成直角台阶面，进而有效避免切屑留置于阶梯根部处而影响加工表面质量。由于所述二级切削部2b的外径和所述三级切削部2c的外径之差值较大，故所述第二应力消除部通过两个倒角(210和211)和一个过渡圆角212实现，两个倒角(210和211)和一个过渡圆角212自二级切削部2b向三级切削部2c依次设置，两个倒角(210和211)的角度依次为45度、15度，过渡圆角212的半径小于或等于0.2mm；这样的设计在消除应力集中特性的同时还能够对三级切削部2c起到导向作用，有利于三级切削部2c的对位及进刀，而且该部位加工出来的孔形不会在该处形成直角台阶面，进而有效避免切屑留置于阶梯根部处而影响加工表面质量。
34.示例性的，如图2所示，多个所述第一后角(261和262)中靠近所述第一圆弧刃带25的第一后角261为14度～16度，且该第一后角261对应的后刀面23的宽度为1.1mm～1.3mm；多个所述第二后角中靠近所述第二圆弧刃带的第二后角为14度～16度，且该第二后角对应的后刀面23的宽度为1.1mm～1.3mm；多个所述第三后角中靠近所述第二圆弧刃带的第二后角为14度～16度，且该第三后角对应的后刀面23的宽度为1.1mm～1.3mm。这样的设计，能够保证周刃24正常切削前提下的使用寿命，同时使得周刃24具有足够的耐磨性和切削力。
35.示例性的，如图2所示，所述一级切削部2a上的周刃24的刃口高中心0.1mm～0.15mm；所述二级切削部2b上的周刃24的刃口高中心0.1mm～0.15mm；所述三级切削部2c上的周刃24的刃口高中心0.1mm～0.15mm。这样的设计，能够增强了周刃24的支撑性及牢固性，使用寿命高，而且加工出来的孔径稳定，表面粗糙度优异。
36.示例性的，所述阶梯式切削部2涂覆有用以减少切削摩擦力及增大刀具耐磨性的纳米级高硅铝加硬涂层(altin
‑
si)，以保证冲头的寿命和加工效果。
37.示例性的，如图3所示，所述的多台阶多轮廓涂层成型铰铣刀还设有冷却流道，所述冷却流道包括主流道31和多个支流道32，所述主流道31贯穿所述阶梯式切削部2和所述柄部1，并在所述柄部1的后端面形成冷却剂进口，所述支流道贯穿所述阶梯式切削部2，且所述支流道32的一端与所述主流道21连通，所述支流道32的另一端在所述阶梯状刀槽内形成冷却剂出口，所述冷却剂出口朝向所述周刃24一侧。由此，每个周刃24都会有专门的冷却流道来进行冷却，保证刀具在加工时具有良好的冷却效果。
38.示例性的，如图3所示，所述阶梯式切削部2的前端面设有沉孔213，以减少阶梯式切削部2的前端面与加工表面之间的摩擦；所述沉孔231与所述主流道31连通，所述沉孔231内设有用于封堵所述主流道31中冷却剂从该沉孔流出的堵塞33。必要时，可以打开堵塞33，使冷却剂从阶梯式切削部2的前端流出，有效冲刷铰铣刀前端残留切屑，防止切屑堆积于铰铣刀前端，方便切屑排出。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。