适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具的制作方法

本发明涉及含能材料机械加工技术领域，具体涉及一种适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具。

背景技术：

高能炸药PBX(Polymer Bonded Explosives，高聚物粘结炸药)是一种综合性能优良的含能材料，作为战略武器和常规先进武器战斗部的主装炸药，广泛应用于陆、海、空和二炮各类武器系统中，是武器装备系统中的核心材料之一。该材料因刚度和强度较低，热膨胀系数大，并具有一定的粘弹性，是一种非常特殊的非均质宏观同性微观各向异性的复合材料，并且在加工特性上所表现出的软、粘、脆、弹综合性能复杂的特征，一定程度上影响产品的加工质量和生产安全。

鉴于含能材料产品加工的特殊性，使得很多新型特种加工方法难于在该领域进行推广和应用，传统的分步隔离式机械加工方法仍旧占据主导地位，但这其中存在一些生产安全和表面质量问题，现已成为含能材料机械加工领域的技术瓶颈之一，严重制约着其向前发展，如常用机械切削过程中的摩擦生热及放电问题、材料切削去除区域冷却润滑不充分等问题都会带来较大的安全隐患，而刀具刃口的磨损和破坏问题、刀具廓形和机床运行精度问题，材料受冲击和振动引发切削失稳导致的加工表面凹坑、崩边等质量问题均十分迫切。此外，含能材料的低排放绿色加工制造问题，尤其是机加废液的净化处理和循环使用新方法一直以来都是领域内关注的重点。因此，立足含能材料的现有成熟加工技术，改进生产设备、优化切削工艺，采用滚动切削自润滑加工技术实现含能材料的减磨降热切削和微量喷雾润滑加工，将成为解决上述问题的有效途径。

目前，领域内已经成熟应用于含能材料精密加工的主要技术途径有车削、铣削、钻削及微量修磨等通用机械加工方法，如捷克OZM公司利用自身多年含能材料测试与实验仪器开发的技术优势，率先开发出一款四轴联动的远程加工车铣复合加工中心，该设备可以对多种含能材料，如推进剂、高能含能材料等进行安全、高效的切削加工，但限于技术保护等原因，该设备对我国禁运。英国的AWE研究所通过对含能材料加工特性的系统研究早在上世纪90年代初就已经成功改造和再设计出能够满足加工要求的数控车削机床，该设备具有远程操作、安全防护、在线监控与报警等多项功能，但其仅限于回转体零件的加工和制造，生产效率不高，且产品加工质量和本质化安全水平有限。此外，美国LLNL实验室在运用传统切削加工的基础上，积极寻求新的含能材料加工和拆解技术，如高压液氮切割技术、高压水射流切割技术、飞秒激光加工技术以及3D打印技术等，但这些新技术均处在研究阶段，并不能完全胜任生产加工，效率较低和成本昂贵成为限制其发展的重要问题。而在国内，中国兵器工业第58所针对含能材料小批量生产的需求，研究了用于含能材料机械加工的专用数控机床及其成套辅助加工设备，但该设备主要用于回转体零件的简单成型加工以及新型装备部件的试制等，仅具有传统数控车削加工能力，并未显著提升机械加工本质化安全水平和绿色制造功能。石家庄北方设计院为简化传统弹药熔铸或模压生产工艺，提高弹药拆解效率，设计开发出一款可用于含能材料机械加工的车铣复合机床，适用于兵器领域中的新型、异型药柱的加工和弹药剖解，但该设备改造成本较高，协调加工能力和机床系统稳定性有待深入评估。此外，中物院化工材料研究所虽然已经从事含能材料机械加工工作多年，且已形成较为系统的生产过程管控制度，但加工方法基本沿用传统的金属加工模式，对含能材料的加工机理和本质化安全防护技术正在开展深入的研究工作，以期适应本领域内存在的生产安全、加工优质和快速高效的实际需求。

综上所述，有关含能材料机械加工设备改进和新型技术的应用问题，均存在着不同程度的推广难度，究其原因主要在于：1)加工安全性对新型技术设备和加工工艺的严峻考验；2)改造设备的可靠性与优化工艺流程实现优质加工之间的矛盾；3)目前成熟应用的切削和剖解工艺链冗长，本质安全的专用加工设备开发或改造成本较高，新技术和新工艺实施周期较长。因此，立足含能材料现有成熟加工技术，设计研发一套安全可靠、简易实用的加工方法和集成部件对解决生产中的实际问题十分有益。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种结构简单，使用方便的适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具，它包括滚刀杆，所述滚刀杆一端开设有定位孔，所述定位孔内安装有滚刀头，所述滚刀杆一侧安装有管接头，所述滚刀杆内设置有切屑液管道，所述切削液管道一端与管接头连通，另一端与滚刀头连通。

本技术方案中通过螺钉压紧方式将滚刀杆安装在含能材料加工机床的刀座上，并将滚刀杆通过管接头连接加工现场的冷却系统，这样就能使本刀具与加工设备实现简易集成配置，再通过切削液管道分别将管接头和滚刀头连通，这样就能通过冷却系统将切削液引入滚刀头，实现滚刀头的润滑。

更进一步的技术方案是，所述滚刀头包括滚刀架，所述滚刀架上端通过顶丝固定安装在定位孔内，所述滚刀架下端安装有滚刀轴，所述滚刀轴上安装有滚刀片，所述滚刀架一侧通过紧定螺钉装有压板，所述压板与滚刀轴连接，所述滚刀架内设置有中心孔，所述中心孔的孔径小于等于0.35mm，并且所述中心孔的一端与切削液管道连通，另一端正对滚刀片的切削刃口。

更进一步的技术方案是，所述中心孔的孔径为0.35mm。

本技术方案中首先将滚刀架通过顶丝固定安装在滚刀杆底端的定位孔内，在需要调节滚刀片刃口的倾斜程度时，可以先将顶丝取下，然后旋转滚刀架，使滚刀架在定位孔内转动，当滚刀架旋转到合适位置时，再通过顶丝将滚刀架锁紧定位，从而通过改变滚刀架在定位孔中锁紧的位置实现滚刀片刃口的倾斜程度的调节，进而依靠滚刀片倾斜程度的调整完成对工件的倾角滚切加工；其次，通过紧定螺钉将压板大端(即压板的上端)锁紧在滚刀架上，其小端(即压板的下端)覆盖在锥形滚刀轴粗头部位即可以实现对滚刀轴的端面压紧，最后在滚刀架内部开设中心孔，中心孔一端与切削液管道连通，另一端正对滚刀片的切削刃口，并且中心孔的孔径为0.35mm，这样通过设置孔径很小、末端缩口的中心孔(如拉法尔喷管形、锥口形)，可以使切削液管道内的切削液通过中心孔时由于小孔节流效应，使切削液雾化，从而实现对滚刀片的雾化喷淋，从而达到降低切削液用量以及提高润滑效果。

更进一步的技术方案是，所述滚刀片中心开设有锥度孔，所述滚刀轴穿过锥度孔与滚刀片间隙配合安装。

本技术方案中滚刀片中心开设的锥度孔，其具有一定锥度，与同样具有锥度的滚刀轴配做后间隙配合安装，滚刀片与滚刀轴具有自定心功能，且同轴度小于等于0.005mm，并且采用紧定螺钉和压板实现滚刀轴的端面锁紧定位，锥形滚刀片与滚刀轴的磨损后仍可保持自定心配合，而且在切削中锥形配合模式可以保证滚刀片具有一定的抗轴向倾覆的能力，确保滚切过程刀具的回转的稳定可靠。

更进一步的技术方案是，所述滚刀杆另一端设置有定位槽，所述定位槽的垂直度小于等于0.2mm。

更进一步的技术方案是，所述定位槽上安装有螺栓。

本技术方案中通过在滚刀杆另一端设置定位槽，定位槽上设置螺栓，通过螺栓可以将其它横置或竖置通用刀具安装在滚刀杆上，从而增加本刀具的通用性，可以实现与其他标准刀具的快速组合使用。

更进一步的技术方案是，所述的滚刀杆和滚刀头同轴设置，并且滚刀杆和滚刀头之间的同轴度小于等于0.03mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发提供的滚切自润滑刀具，实现适于含能材料机械加工的新型切削加工方法研究，完成加工过程的减磨降温控制和微量高效润滑技术的实际应用，具有提升含能材料机械加工本质化安全水平和此类产品表面加工质量的显著特征。该装置具有结构简单，使用方便，装夹可靠，效用明显，成本低廉，易与机床集成和拆卸等优点，同时本发明由于采用滚刀片与滚刀轴的锥形自定心配合模式安装，滚刀片切削磨损均匀而且磨损后刀片仍保持较高的定心精度，回转误差很小，该误差对应于一般非滚切圆弧刀具的廓形误差(制造误差+磨损误差)，从而实现对刀具廓形误差导致的产品尺寸精度的降低问题具有有效控制，可显著提高产品质量一致性。

2、本发明立足含能材料现有成熟机械加工工艺，与目前通用加工设备配合使用，引入微量润滑和滚切加工方式对满足PBX复合炸药零件的表面优质加工十分有益，同时对产品切削发热、放电和冲击失稳等问题具有有效的抑制作用，为实现此类工件的安全、绿色、优质加工提供了新方法。

附图说明

图1为本发明一种实施例的适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具结构示意图。

图2为本发明第二种实施例的适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具结构示意图。

图3为本发明第三种实施例的适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具结构示意图。

如图所示，其中对应的附图标记名称为：

1滚刀架，11切削液管道，2管接头,3滚刀头,31滚刀架,32紧定螺钉,33压板,34滚刀轴,35滚刀片,36中心孔，4螺栓,5顶丝,6定位槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1-3所示的适于含能材料机械加工的滚切自润滑刀具，它包括滚刀杆1，所述滚刀杆1一端开设有定位孔，所述定位孔内安装有滚刀头3，所述滚刀杆1一侧安装有管接头2，所述滚道杆1内设置有切屑液管道11，所述切削液管道11一端与管接头2连通，另一端与滚刀头3连通。所述滚刀头3包括滚刀架31，所述滚刀架31上端通过顶丝5固定安装在定位孔内，所述滚刀架31下端安装有滚刀轴34，所述滚刀轴34上安装有滚刀片35，所述滚刀架31一侧通过紧定螺钉32安装有压板33，所述压板33与滚刀轴34连接，所述滚刀架31内设置有中心孔36，所述中心孔36的孔径小于等于0.35mm，并且所述中心孔36的一端与切削液管道11连通，另一端正对滚刀片35的切削刃口。

为了确保本发明的最终使用精度和系统可靠性，对其关键零部件的制造和装配的精度应当提出合理的精度要求，本实施例中优选的实施方式为，所述的滚刀杆和滚刀头同轴设置，并且滚刀杆和滚刀头之间的同轴度小于等于0.03mm，所述滚刀杆另一端设置有定位槽，所述定位槽的垂直度小于等于0.2mm，所述滚刀片中心开设有锥度孔，所述滚刀轴穿过锥度孔与滚刀片间隙配合安装，自定心同轴度小于等于0.005mm，上述参数设置是通过多年的工艺摸索而确定的经济形参数，已经能够满足常见含能材料机械加工的精度和换到周期要求，尤其是滚刀轴和滚刀片的耐磨材料选用(如金刚石、CBN等超硬材料)，以及两者之间的锥形配合模式和精度保证对滚切中动润滑膜的形成十分有益，可显著降低配伍副之间的磨损，提升滚切刀具系统的使用寿命。

以上具体实施方式对本发明的实质进行详细说明，但并不能对本发明的保护范围进行限制，显而易见地，在本发明的启示下，本技术领域普通技术人员还可以进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。