一种高效切削刀片的制作方法

1.本发明涉及金属切削加工技术领域，尤其涉及一种高效切削刀片。


背景技术：

2.在金属切削加工中，铣削加工是最常见的一种加工方式，通常是将所需加工零件固定在机床操作台，用高速旋转的铣削刀具以一定进给量在零件表面走刀，加工出所需零件的形状和特征，其中，刀具的进给量决定着刀具的切削效率。如果刀具的每齿(或每转)进给量越大，那么去除铁屑的体积就越大，这就意味着在单位时间内加工出的铁屑总质量越大，可以理解为，刀具的金属去除率越高，刀片的切削效率越高。为了提高金属去除率，追求高的切削效率，在刀片的结构设计上，尤其是在刀片主切削刃的结构设计上，要更多的考虑大余量切削阻力给刀具系统的稳定性、刀片刃口的完整性和零件表面质量等产生的诸多不良影响。
3.国际专利wo2017/051471公布的数据显示，刀片结构，尤其是主切削刃结构的设计，能够使刀片进行高速进给加工，并且能改善排屑性，达到良好的被加工表面质量。
4.现阶段刀片的主切削刃结构设计没有过多的考虑到对具有提升表面质量刃形的保护，这种类型刀片的结构设计存在一定的缺陷。现已经证实，在铣削加工中，如果要得到良好的表面质量，需要在主切削刃中设置有能够起到修光作用的结构，一般修光刃在切削平面内会设计成直线结构或者设计成近似直线的圆弧结构，修光刃始终贴着加工平面参与切削和修光作用，不管是采用哪一种结构设计，最终的目的只有一个，那就是提升被加工表面的质量。
5.然而，尤其是在每齿进给量在0.8至1.0mm/齿左右的高进给切削加工条件下，会形成体积较大的铁屑，铁屑的厚度越厚，刀具所需要承受的切削阻力越大，切削阻力主要作用在主切削刃，并且产生大量的切削热，刀片刃口有很大几率会出现非正常磨损，甚至会出现微崩，刀片的使用寿命也因此受到影响，而且在表面质量要求较高的高效加工中，减轻主切削刃，尤其是修光刃的切削阻力冲击尤为重要，一般情况下，在高速进给加工中，刀片的切削余量较大，切削阻力和切削热会完全作用在主切削刃周围，导致主切削刃破损较快，零件表面质量得不到保障。


技术实现要素：

6.本发明旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种高效切削刀片，能够实现对切削阻力的分解，减轻切削阻力对修光刃的冲击，用来减少修光刃的破损几率，在保证高效切削加工的同时，持续、稳定的加工出高质量表面。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种高效切削刀片，包括由上底面、下底面、连接所述上底面和下底面的侧表面围成的刀片主体，所述刀片主体上分布有切削单元，所述切削单元包括至少一条主切削刃，所述主切削刃由修光刃、第一切削刃和第二切削刃构成，所述修光刃呈直线状态，所述修光刃与第一切削刃之间、第一切削刃与第
二切削刃之间分别通过第一桥接曲线光滑连接；所述切削单元还包括副切削刃、主刀尖刃、主避空刃，所述主刀尖刃由两段光顺连接的圆弧组成，其一端与所述第二切削刃光滑连接，另一端与所述主避空刃通过第二桥接曲线光滑连接，所述副切削刃与所述修光刃光滑连接。
8.优选的，所述刀片主体端面的中心设有中心孔，所述中心孔贯穿所述上底面设置的上底面平坦区域及下底面设置的下底面平坦区域，所述上底面平坦区域与所述下底面平坦区域相互平行，且垂直所述中心孔的轴线及所述侧表面。
9.优选的，所述刀片主体上设有至少四个结构相同的所述切削单元，其包括设于上底面的第一切削单元和第二切削单元、设于下底面的第三切削单元和第四切削单元，所述第一切削单元绕所述中心孔轴线旋转一平角与所述第二切削单元位置重合；所述第三切削单元绕所述中心孔轴线旋转一平角与所述第四切削单元位置重合；所述第一切削单元和所述第二切削单元绕所述上底面和所述下底面所形成的二等分基面与所述侧表面中两长边平坦区域所形成的二等分基面的相交轴线旋转一平角分别与所述第三切削单元和所述第四切削单元位置重合。
10.优选的，所述第一切削刃的一端与所述修光刃通过第一桥接曲线相连呈直线状态；所述第二切削刃的一端与所述第一切削刃的另一端通过第一桥接曲线相连呈曲线状态。
11.优选的，所述第一切削刃与所述修光刃成夹角α，所述第二切削刃的弧弦与所述修光刃成夹角β，且所述夹角α小于所述夹角β。
12.优选的，所述修光刃、第一切削刃和第二切削刃朝向所述中心孔方向规律延伸分别形成修光刃带、第一切削刃带和第二切削刃带，所述修光刃带、第一切削刃带和第二切削刃带之间分别通过桥接刃带光滑连接。
13.优选的，所述修光刃带的延伸方向与所述上底面和/或下底面平坦区域所在的平面平行，所述第二切削刃带的延伸方向朝所述上底面和/或下底面平坦区域方向倾斜。
14.优选的，所述第一切削刃带朝向所述中心孔延伸方向形成的角度在所述修光刃带延伸的方向与第二切削刃倾斜形成的夹角之间。
15.优选的，所述修光刃带的宽度大于所述第二切削刃带的宽度，所述第一切削刃带宽度大于第二切削刃带的宽度小于修光刃带的宽度。
16.优选的，所述修光刃、第一切削刃和第二切削刃朝向所述刀片主体外部方向凸出并成空间曲线。
17.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
18.主切削刃设计了修光刃，并且设有用于保护修光刃的第一切削刃，当刀片以恒定进给量参与下一刀切削时，第一切削刃分割了切屑厚度，使第一切削刃的切屑厚度会小于第二切削刃的切屑厚度，减薄了修光刃附近的切屑厚度，降低了切削阻力对修光刃的冲击，这会明显降低修光刃和第一切削刃范围内的切削阻力和切削热，起到保护修光刃的作用，既提高了刀具耐用度，又保证了高速进给加工中的表面质量；
19.主切削刃的第二切削刃为凸曲线刃，第二切削刃是刀片进行大余量切削加工的重要部分，受到的冲击和阻力较大，凸曲线设计能够提高刃口的强度，同时将切削阻力细分，降低了切削刃的集中冲击力，提高了刃口的抗冲击性能，提升了刀具的使用寿命；
20.主切削刃的第一切削刃与修光刃所成角度小于第二切削刃的弧弦与修光刃所成角度，同时两个角度不能超过45度，刀片安装在刀具上进行切削加工时，能使刀具受到的综合径向切削阻力降低，有效减弱径向阻力给刀具带来的切削震动，减轻表面加工振纹，预防刀片崩刃及其他危险事情发生。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.附图中：
24.图1为本发明所述高效切削刀片轴侧图；
25.图2为本发明所述高效切削刀片俯视图；
26.图3为本发明所述高效切削刀片仰视图；
27.图4为本发明所述高效切削刀片正视图；
28.图5为本发明所述高效切削刀片俯视的局部放大图；
29.图6为本发明所述高效切削刀片俯视的局部放大图；
30.图7为图6中c
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c逆时针旋转90度剖视图；
31.图8为图6中d
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d逆时针旋转80度剖视图；
32.图9为图6中e
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e逆时针旋转65度剖视图；
33.图10为本发明所述刀体结构图；
34.图11为本发明实施例1所述高效切削刀片装配示意图；
35.图12为本发明实施例2所述高效切削刀片装配示意图。
36.附图标号：100
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刀片主体；200
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单标识点；300
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双标识点；1
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上底面；2
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下底面；3
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侧表面；4
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切削单元；401
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第一切削单；402
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第二切削单；403
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第三切削单；404
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第四切削单元；5
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主切削刃；501
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修光刃；502
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第一切削刃；503
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第二切削刃；504
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第一桥接曲线；6
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副切削刃；7
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主刀尖刃；8
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主避空刃；9
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中心孔；10
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上底面平坦区域；11
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下底面平坦区域；12
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刀槽；13
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卷屑槽；14
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断屑台；15
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长边平坦区域；16
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短边曲面；17
‑
夹角α；18
‑
夹角β；19
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修光刃带；20
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第一切削刃带；21
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第二切削刃带；22
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桥接刃带；23
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第一定位基面；24
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第二定位基面；25
‑
第三定位基面；26
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切削平面；27
‑
切削前角；28
‑
旋转中心。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
38.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、
“
设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
40.实施例1
41.如图1所示为本实施例中所述的一种高效切削刀片，包括由上底面1、下底面2、连接所述上底面1和下底面2的侧表面3围成的刀片主体100，所述刀片主体100上分布有切削单元4，所述切削单元4包括至少一条主切削刃5，所述主切削刃5在一定进给量的切削条件下，刀片主体100与零件做相对运动，促使刀片主体100切入零件内部，在前刀面形成卷曲的切屑，将多余材料进行去除；所述主切削刃5由修光刃501、第一切削刃502和第二切削刃503构成，所述修光刃501呈直线状态，所述修光刃501、第一切削刃502和第二切削刃503朝向所述刀片主体100外部方向凸出并成空间曲线，所述修光刃501与第一切削刃502之间、第一切削刃502与第二切削刃503之间分别通过第一桥接曲线504光滑连接；所述切削单元4还包括副切削刃6、主刀尖刃7、主避空刃8，所述主刀尖刃7由两段光顺连接的圆弧组成，其一端与所述第二切削刃503光滑连接，另一端与所述主避空刃8通过第二桥接曲线光滑连接，所述副切削刃6与所述修光刃501光滑连接；
42.其中，所述主刀尖刃7由凸曲线构成，在大切深的情况下，所述主刀尖刃7会负责一部分切削任务，由于所述主刀尖刃7在高速切削时容易破损，所以，通常采用较大圆弧结构来弥补不足，
43.进一步的，所述主避空刃8有向所述刀片主体100内部倾斜的趋势，在深腔加工时，会避开已加工零件的侧壁表面，刀片主体100与零件侧壁表面之间产生隔断，不干涉，有利于提升零件侧壁表面质量。
44.值得说明的是，所述修光刃501平行于切削平面26，并且呈直线状态，该修光刃501绕刀体中心轴线的旋转平面与切削平面26相重合，所述修光刃501的一部分会用于参与实际切削加工，会受到一定的不良切削因素影响，一部分会用于参与表面精光，不参与实际切削加工。
45.本实施方式中主切削刃5设计了修光刃501，并且设有用于保护修光刃501的第一切削刃502，当刀片以恒定进给量参与下一刀切削时，第一切削刃502分割了切屑厚度，使第一切削刃502的切屑厚度会小于第二切削刃503的切屑厚度，减薄了修光刃501附近的切屑厚度，降低了切削阻力对修光刃501的冲击，这会明显降低修光刃501和第一切削刃502范围内的切削阻力和切削热，起到保护修光刃501的作用，既提高了刀具耐用度，又保证了高速
进给加工中的表面质量；
46.在本实施例中，所图1
‑
3所示，所述刀片主体100端面的中心设有中心孔9，所述中心孔9贯穿所述上底面1设置的上底面平坦区域10及下底面2设置的下底面平坦区域11，所述上底面平坦区域10与所述下底面平坦区域11相互平行，且垂直所述中心孔9的轴线及所述侧表面3，该中心孔9用于放置压紧螺钉，起到将刀片主体100固定在刀槽12内的作用；
47.在本实施例中，如图4所示，所述刀片主体100上设有至少四个结构相同具有一定的旋转对称性的所述切削单元4，其包括设于上底面1的第一切削单元401和第二切削单元402、设于下底面2的第三切削单元403和第四切削单元404，所述第一切削单元401绕所述中心孔9轴线旋转一平角与所述第二切削单元402位置重合；所述第三切削单元403绕所述中心孔9轴线旋转一平角与所述第四切削单元404位置重合；所述第一切削单元401和所述第二切削单元402绕所述上底面1和所述下底面2所形成的二等分基面与所述侧表面3中两长边平坦区域15所形成的二等分基面的相交轴线旋转一平角分别与所述第三切削单元403和所述第四切削单元404位置重合；
48.所述切削单元4朝向所述上底面1或下底面平坦区域11呈凸起状，所述凸起特征能保证所述切削单元4具有大的切削前角27，在卷屑槽13和断屑台14的配合下，能使切屑按预先设定的方式卷曲和折断。
49.具体的，所述上底面平坦区域10、所述下底面平坦区域11和所述侧表面3对称设置的长边平坦区域15与短边曲面16是刀片主体100的定位基面，使刀片主体100能够准确、合理、安全的被安装在刀槽12内，预防刀片主体100产生松动。
50.在本实施例中，所述第一切削刃502的一端与所述修光刃501通过第一桥接曲线504相连呈直线状态；所述第二切削刃503的一端与所述第一切削刃502的另一端通过第一桥接曲线504相连呈曲线状态，该结构具有较稳固的刃口结构，能使切削阻力更加分散，降低对整个刃口的冲击；
51.主切削刃5的第二切削刃503为凸曲线刃，第二切削刃503是刀片进行大余量切削加工的重要部分，受到的冲击和阻力较大，凸曲线设计能够提高刃口的强度，同时将切削阻力细分，降低了切削刃的集中冲击力，提高了刃口的抗冲击性能，提升了刀具的使用寿命；
52.在本实施例中，如图5所示，所述第一切削刃502与所述修光刃501成夹角α17，所述第二切削刃503的弧弦与所述修光刃501成夹角β18，且所述夹角α17小于所述夹角β18，从而在切削加工时，在所述第一切削刃502与所述修光刃501部分区域形成了较薄的切屑，在所述第一切削刃502和所述第二切削刃503区域形成了较厚的切屑，切屑形态呈现靠近所述修光刃501附近薄而远离所述修光刃501变厚的状态，这样一来，在保持进给量不变，不影响切削效率的情况下，所述第一切削刃502分解了所述第二切削刃503的带来的切削阻力，所述修光刃501受到的冲击降低，因此得到了有效保护。
53.值得说明的是，根据力的分解，切削合力会分解成径向阻力和轴向阻力，径向阻力会使刀具震动，轴向阻力会考验工具系统刚性，主切削刃5和切削平面26的角度为45度时，径向阻力和轴向阻力相等；而当主切削刃5和切削平面26的角度小于45度时，径向阻力较轴向阻力变小，在工具系统刚性满足的情况下，这种是可取的，所述夹角α17与所述夹角β18不能超过45度，所述主切削刃5的综合阻力得到有效改善，能够起到降低综合径向阻力的作用，降低刀具的切削震动，提升表面加工质量，减轻表面加工振纹，预防刀片崩刃及其他危
险事情发生。
54.具体的，所述第一切削刃502与所述修光刃501夹角α17角度为10度，所述第二切削刃503的弧弦与所述修光刃501夹角β18为25度，切屑的厚度在靠近所述修光刃501附近就会变薄，受到的切削阻力会减弱，起到保护所述修光刃501的作用。
55.在本实施例中，如图6
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9所示，所述修光刃501、第一切削刃502和第二切削刃503朝向所述中心孔9方向规律延伸分别形成修光刃带19、第一切削刃带20和第二切削刃带21，所述修光刃带19、第一切削刃带20和第二切削刃带21之间分别通过桥接刃带22光滑连接；
56.其中，所述修光刃带19的延伸方向与所述上底面1和/或下底面平坦区域11所在的平面平行，所述第二切削刃带21的延伸方向朝所述上底面和/或下底面平坦区域11方向倾斜，所述第一切削刃带20朝向所述中心孔9延伸方向形成的角度在所述修光刃带19延伸的方向与第二切削刃503倾斜形成的夹角之间，通过该结构所述刀片主体100本身为零度后角，但当所述刀片主体100安装在刀体上时，所述刀片主体100在轴向会以负角度安装，以便和切削平面26形成切削后角，所述修光刃带19、第一切削刃带20和第二切削刃带21及其所述桥接刃带22在上述安装方式下，会形成新的不同角度的刃带切削倾角，以便在切削时发挥不同的功能。
57.具体的，为了提升所述修光刃带19强度，同时能够适当的降低切削阻力，所述修光刃带19的宽度大于所述第二切削刃带21的宽度，所述第一切削刃带20宽度大于第二切削刃带21的宽度小于修光刃带19的宽度，
58.本实施例中，如图2
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3所示，在所述上底面1的第二切削单元402附近设置为单标识点200，在所述下底面2的第三切削单元403附近设置为双标识点300，标识点可以区分所述上、下底面2，区分同一底面的不同切削单元4，便于安装、加工和试验数据采集的识别。
59.在本实施例中，如图10
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11所示，将所述刀片主体100放置在刀体中的刀槽12内，使所述刀片主体100的长边平坦区域15与刀槽12中的第一定位基面23贴合，短边曲面16与刀槽12中的第二定位基面24相贴合，上底面1或下底面2与刀槽12中的第三定位基面25相贴合，所述刀片主体100中心孔9和刀槽螺纹孔存在位置偏差，所述刀片主体100以偏心的方式被压紧螺钉紧紧的锁在刀槽12内，此时便完成刀具的装配工作，为了达到稳定切削，所述刀片主体100与刀体的紧密配合及其重要，因此，在使用前需要检查所述刀片主体100和刀槽12定位面之间是否存在缝隙，检查端面跳动和径向跳动及其外径是否在设计规定的范围内，一般刀体至少有一个刀槽12，当所述刀片主体100全部安装在刀槽12上时，刀体通过工具系统安装在机床上，机床主轴带动刀体绕旋转中心28顺时针进行高速旋转，实现切削加工。
60.实施例2
61.如图12所示，本实施例与实施例1不同在于刀片主体100的装配方式，具体的，刀片主体100可以采用逆时针绕旋转中心28旋转的方式进行切削加工，这种方式拓宽了所述刀片主体100的使用范围，使所述刀片主体100各个部位都能发挥作用。所述刀片主体100同样采用轴向为负角度安装在刀体上进行切削加工，预留切削后角，所述刀片主体100的第一副切削刃的旋转平面保持与切削平面26重合，起到零件表面的修光效果，第二副切削刃承担零件材料去除的主要工作，同时副刀尖刃及其副避空刃在大切深情况下同样会参与实际切削任务，同时，组成副切削刃6的所述第一副切削刃、所述第二副切削刃及其桥接曲线全部
朝向所述刀片主体100外部凸出呈曲线，能增加副切削刃6的刃口强度，提高刀片主体100的耐用度。
62.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。