两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具及其设计方法和应用与流程

本发明涉及同心圆孔加工技术领域，特别是一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具及其设计方法和应用。

背景技术：

通常支撑传动轴的两端轴承孔都有同心度要求，特别是旋转体的轴承孔，种类非常之多。如图1所示的零件（前鼓），其分布于正反面两侧的同心圆孔加工，在数控车床上加工时，往往要分开两次装夹，分别加工；采用这种加工方式的两侧同心圆孔不可避免地会存在同心度误差，这是影响传动精度和轴承寿命的重要因素。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具及其设计方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具设计方法，包括以下步骤：

（1）将刀具的刀杆设计成7字型，刀杆与零件颈孔的单边间隙为△=0.3~0.4mm；

（2）将刀杆的前段杆身的横截面设计成椭圆形或者类椭圆形以能够通过颈孔，前段杆身的背面圆弧半径为R₁= d/2-△，前段杆身的正面圆弧半径为R₂= d/2-△，其中d为零件颈孔的直径；

（3）在刀杆的头部正面设计前后两个刀片安装位置，分别安装前刀片和后刀片，前刀片的后倾角和后刀片的前倾角均为α=2~3°，两个刀片的刀尖与刀杆背面的距离均为L=d-2△；两个刀片的刀尖之间的距离为h₁≥l₁+2mm，其中l₁为零件反面圆孔的加工深度；后刀片的刀尖与前段杆身的椭圆止端之间的距离为H=h+(2~3mm)，其中h为零件正面圆孔的底面与反面圆孔的端面之间的距离。

在进一步优选的技术方案中，步骤（3）中的两个刀片采用固定式刀片或者可转位刀片。

在进一步优选的技术方案中，还包括步骤（4）：将刀杆的前段杆身再分成前半段和后半段，前半段的背面与正面相交于两边形成尖状，后半段的背面与正面不相交，前半段的正面与后半段的正面平齐，前半段的背面与后半段的背面不平齐，后半段比前半段厚以使前段杆身的结构强度更高。

在进一步优选的技术方案中，根据零件两侧同心圆孔之间的颈孔结构再行设计后半段，使后半段的形状、尺寸与颈孔相适应。

在进一步优选的技术方案中，还包括步骤（5）：根据数控车床上的刀架结构再行设计刀杆的后段杆身，使后段杆身的形状、尺寸与刀架相适应。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具，包括：

一7字型刀杆，所述刀杆与零件颈孔的单边间隙为△=0.3~0.4mm；该刀杆包含：

一头部，其正面设置有前后两个刀片安装位置，用于安装两个刀片；

一前段杆身，其横截面呈椭圆形或者类椭圆形以能够通过零件颈孔，其背面的圆弧半径为R₁= d/2-△，其正面的圆弧半径为R₂= d/2-△，其中d为零件颈孔的直径；以及

一后段杆身，供数控车床上的刀架夹持用，其形状和尺寸与刀架结构相适应；

一前刀片和一后刀片，分别安装在前后两个刀片安装位置上；所述前刀片的后倾角和后刀片的前倾角均为α=2~3°，两个刀片的刀尖与刀杆背面的距离均为L=d-2△；两个刀片的刀尖之间的距离为h₁≥l₁+2mm，其中l₁为零件反面圆孔的加工深度；后刀片的刀尖与前段杆身的椭圆止端之间的距离为H=h+(2~3mm)，其中h为零件正面圆孔的底面与反面圆孔的端面之间的距离。

在进一步优选的技术方案中，所述两个刀片为固定式刀片或者可转位刀片。

在进一步优选的技术方案中，所述前段杆身分成前半段和后半段，所述前半段的背面与正面相交于两边形成尖状，所述后半段的背面与正面不相交，所述前半段的正面与后半段的正面平齐，所述前半段的背面与后半段的背面不平齐，所述后半段比前半段厚，所述后半段的形状和尺寸与零件颈孔结构相适应。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案三是：一种两侧同心圆孔一次装夹加工的方法，采用上述的刀具，并包括以下步骤：

（1）加工正面圆孔时，刀杆按常规方法径向进刀、轴向前进走刀，使前刀片的刀尖按照正面圆孔的形状加工；

（2）正面圆孔加工完成后，刀杆先径向退让至避开颈孔阻挡部的位置，然后轴向前移进入颈孔；在进入反面圆孔前，刀杆再径向退让至避开颈孔阻挡部的位置，然后轴向前移进入反面圆孔加工区域；

（3）加工反面圆孔时，刀杆径向进刀、轴向后退走刀，使后刀片的刀尖按照反面圆孔的形状加工；

（4）反面圆孔加工完成后，刀杆先径向退让至避开颈孔阻挡部的位置，然后轴向后移退入颈孔；在退入正面圆孔前，刀杆再径向退让至避开颈孔阻挡部的位置，然后轴向后移退出正面圆孔。

在进一步优选的技术方案中，步骤（1）和步骤（3）的两个刀片刀尖的切削刃按照数控车床的编程控制，进给分步切削，分别加工正反两侧的同心圆孔，在圆孔不受外力夹紧变形的情况下保证同心度误差值为零。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明针对零件正反两侧同心圆孔的加工，在一次装夹的情况下，分工步加工同心圆孔，设计了特殊结构的专用刀具；

（2）本发明的刀具通过7字型刀杆的前后刀片的刀尖，实现了正反面两侧同心圆孔的加工，无需二次装夹、换刀的工艺要求；

（3）本发明通过刀具绕过零件颈孔的阻挡部，从零件的反面一次性镗孔，实现正反面两侧的同心圆孔一次性加工，达到同心度最佳状态。

附图说明

图1是待加工零件的结构示意图。

图2是刀具的结构主视图。

图3是刀具的头部结构放大图。

图4是刀具的结构左视图。

图5是刀具加工正面圆孔的初始位置图。

图6是刀具通过零件颈孔的过程示意图。

图7是刀具加工反面圆孔的初始位置图。

图8是前刀片的刀尖运动路径图。

图9是后刀片的刀尖运动路径图。

附图标记：100-刀具，110-刀杆，111-前段杆身，1111-前半段，1112-后半段，112-后段杆身，113-头部，120-前刀片，130-后刀片；200-待加工的零件，210-正面圆孔，220-颈孔，230-反面圆孔；A-前刀片的刀尖，B-后刀片的刀尖。

具体实施方式

为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~9所示，一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具设计方法，包括以下步骤：

（1）将刀具100的刀杆110设计成7字型，刀杆110与零件200颈孔220的单边间隙为△=0.3~0.4mm；

（2）将刀杆110的前段杆身111的横截面设计成椭圆形或者类椭圆形以能够通过颈孔220，前段杆身111的背面圆弧半径为R₁= d/2-△，前段杆身111的正面圆弧半径为R₂= d/2-△，其中d为零件200颈孔220的直径；

（3）在刀杆110的头部113正面设计前后两个刀片安装位置，分别安装前刀片120和后刀片130，前刀片120的后倾角和后刀片130的前倾角均为α=2~3°，两个刀片120、130的刀尖A、B与刀杆110背面的距离均为L=d-2△；两个刀片120、130的刀尖A、B之间的距离为h₁≥l₁+2mm，其中l₁为零件200反面圆孔230的加工深度；后刀片130的刀尖B与前段杆身111的椭圆止端之间的距离为H=h+(2~3mm)，其中h为零件200正面圆孔210的底面与反面圆孔230的端面之间的距离。

其中，刀杆110由于受到正反两侧同心圆孔210、230之间的颈孔220限制，因此步骤（2）在刀杆110通过颈孔220的长度范围内，将前段杆身111设计成椭圆形或者类椭圆形，抗震刚性较优。

在本发明实施例中，步骤（3）中的两个刀片120、130可以采用固定式刀片，即刀片不可更换，例如焊接式合金刀片结构；也可以采用可转位刀片，例如刀片安装位置采用可换式金刚石刀片安装结构，使用金刚石可转位刀片，当一个刀刃使用寿命结束后，还可以转位使用新刀刃，达到一把刀杆110多次使用、一片刀片多刀刃使用的目的。

在本发明实施例中，该设计方法还可以包括步骤（4）：将刀杆110的前段杆身111再分成前半段1111和后半段1112，前半段1111的背面与正面相交于两边形成尖状，后半段1112的背面与正面不相交，前半段1111的正面与后半段1112的正面平齐，前半段1111的背面与后半段1112的背面不平齐，后半段1112比前半段1111厚以使前段杆身111的结构强度更高。其中，根据零件200两侧同心圆孔210、230之间的颈孔220结构再行设计后半段1112，使后半段1112的形状、尺寸与颈孔220相适应。

在本发明实施例中，该设计方法还可以包括步骤（5）：根据数控车床上的刀架结构再行设计刀杆110的后段杆身112，使后段杆身112的形状、尺寸与刀架相适应。

如图1~9所示，一种两侧同心圆孔一次装夹加工用的刀具，包括：

一7字型刀杆110，所述刀杆110与零件200颈孔220的单边间隙为△=0.3~0.4mm；该刀杆110包含：

一头部113，其正面设置有前后两个刀片安装位置，用于安装两个刀片120、130；

一前段杆身111，其横截面呈椭圆形或者类椭圆形以能够通过零件200颈孔220，其背面的圆弧半径为R₁= d/2-△，其正面的圆弧半径为R₂= d/2-△，其中d为零件200颈孔220的直径；以及

一后段杆身112，供数控车床上的刀架夹持用，其形状和尺寸与刀架结构相适应；

一前刀片120和一后刀片130，分别安装在前后两个刀片安装位置上；所述前刀片120的后倾角和后刀片130的前倾角均为α=2~3°，两个刀片120、130的刀尖A、B与刀杆110背面的距离均为L=d-2△；两个刀片120、130的刀尖A、B之间的距离为h₁≥l₁+2mm，其中l₁为零件200反面圆孔230的加工深度；后刀片130的刀尖B与前段杆身111的椭圆止端之间的距离为H=h+(2~3mm)，其中h为零件200正面圆孔210的底面与反面圆孔230的端面之间的距离。

在本发明实施例中，所述两个刀片120、130为固定式刀片或者可转位刀片，例如不可更换的焊接式合金刀片结构，又例如刀片安装位置采用可换式金刚石刀片安装结构，使用金刚石可转位刀片，当一个刀刃使用寿命结束后，还可以转位使用新刀刃，达到一把刀杆110多次使用、一片刀片多刀刃使用的目的。

在本发明实施例中，所述前段杆身111分成前半段1111和后半段1112，所述前半段1111的背面与正面相交于两边形成尖状，所述后半段1112的背面与正面不相交，所述前半段1111的正面与后半段1112的正面平齐，所述前半段1111的背面与后半段1112的背面不平齐，所述后半段1112比前半段1111厚，所述后半段1112的形状和尺寸与零件200颈孔220结构相适应。

如图1~9所示，一种两侧同心圆孔一次装夹加工的方法，采用上述的刀具100，并包括以下步骤：

（1）加工正面圆孔210时，刀杆110按常规方法径向进刀、轴向前进走刀，使前刀片120的刀尖A按照正面圆孔210的形状加工；

（2）正面圆孔210加工完成后，刀杆110先径向退让至避开颈孔220阻挡部的位置，然后轴向前移进入颈孔220；在进入反面圆孔230前，刀杆110再径向退让至避开颈孔220阻挡部的位置，然后轴向前移进入反面圆孔230加工区域；

（3）加工反面圆孔230时，刀杆110径向进刀、轴向后退走刀，使后刀片130的刀尖B按照反面圆孔230的形状加工；

（4）反面圆孔230加工完成后，刀杆110先径向退让至避开颈孔220阻挡部的位置，然后轴向后移退入颈孔220；在退入正面圆孔210前，刀杆110再径向退让至避开颈孔220阻挡部的位置，然后轴向后移退出正面圆孔110。

在本发明实施例中，步骤（1）和步骤（3）的两个刀片120、130刀尖A、B的切削刃按照数控车床的编程控制，进给分步切削，分别加工正反两侧的同心圆孔210、230，在圆孔不受外力夹紧变形的情况下保证同心度误差值为零。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。