一种刀具的刀杆和切削刀具的制作方法

1.本发明涉及切削刀具领域，特别是指一种刀具的刀杆和切削刀具。


背景技术：

2.随着加工制造技术的发展，模块化刀具是未来数控刀具发展方向之一，模块化刀具有减少换刀及安装时间、提高刀具的利用率以及提高刀具标准化程度等特点，已在航空航天，汽车模具等加工行业中得到广泛应用。
3.模块化刀具包括带切削功能的刀头部件与机床刀柄连接的刀杆部件，刀头部件和刀杆部件通过螺纹等结构方式连接，传统模块化刀具的刀杆部件为杆状实心结构，部分大直径、长悬深的模块化刀具的重量大，其存在以下问题：
4.1、对于小功率机床，采用整体重量大的模块化刀具，无法满足加工功率要求，导致无法使用；
5.2、使用重量较大的模块化刀具加工时，刀具动平衡难控制，影响刀具加工寿命和加工质量，严重时甚至会造成刀具断裂，威胁人员安全；
6.3、杆体采用实心结构，没有充分利用刀具材料，造成部分资源浪费。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于克服现有技术中的模块化刀具存在的上述缺陷，提出一种刀具的刀杆和切削刀具，通过在杆体内设置至少一蜂窝结构，在满足刀具加工所需刚性和强度要求下，减少模块化刀具的重量。
8.本发明采用如下技术方案：
9.一种刀具的刀杆，包括杆体，所述杆体一端设有锁紧部，另一端设有末端部，其特征在于：所述锁紧部和所述末端部之间设有壳体；还包括有位于壳体内的蜂窝结构，所述蜂窝结构为多个六边形孔连接而成，相邻两个六边形孔之间设有支持壁，该支持壁连接于锁紧部和末端部之间且与所述杆体的中心线平行，相邻的三个所述六边形孔之间的支持壁相交形成有互连部。
10.优选的，所述壳体沿所述杆体轴向的长度为l，l的取值范围为20％l-70％l，l为所述杆体的轴向长度。
11.一种刀具的刀杆，包括杆体，该杆体一端设有锁紧部，另一端设有末端部，其特征在于：所述锁紧部和所述末端部之间设有多个沿轴向间隔排列的壳体，每个所述壳体内还设有蜂窝结构，所述蜂窝结构为多个六边形孔连接而成，相邻两个六边形孔之间设有支持壁，所述支持壁与所述杆体的中心线平行，相邻的三个所述六边形孔之间的支持壁相交形成有互连部；相邻的壳体之间设有实心连接部，该实心连接部连接于相邻两个蜂窝结构之间。
12.优选的，靠近所述末端部的蜂窝结构的支持壁一端与对应的所述实心连接部连接，另一端与所述末端部连接；靠近所述锁紧部的蜂窝结构的支持壁一端与所述锁紧结构
连接，另一端与对应的所述实心连接部连接。
13.优选的，所述壳体的数量为n，n取值范围为2-12；所述实心连接部的数量为n-1。
14.优选的，所述壳体沿所述杆体轴向的长度为h，h的取值范围为5％l-30％l，所述实心连接部沿所述杆体轴向的长度为p，p的取值范围为10％l-70％l,并且n*h+(n-1)*p的取值范围为20％l-70％l，l为所述杆体的轴向长度。
15.优选的，相邻的两个所述六边形孔的外接圆的圆心之间的距离为s，其取值范围为0.5％d-13％d，d为所述末端部直径；所述互连部的内切圆直径为t，且满足t/s≥0.08。
16.优选的，所述支持壁厚度为δ,其取值范围为0.1％d-5％d，d为所述末端部直径；或者，所述壳体截面为圆环形，其侧壁厚度h的取值范围为5％d-30％d，d为所述末端部直径。
17.优选的，所述杆体为合金钢、重金属材料、高速钢和硬质合金中的一种或多种材料制作而成。
18.一种切削刀具，包括刀头，其特征在于：还包括所述的一种刀具的刀杆，所述锁紧部与所述刀头为可拆卸固定连接。
19.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.1、本发明的刀杆和切削刀具，在壳体内采用多个六边形孔连接成空心网格状的蜂窝结构，该蜂窝结构和壳体均连接锁紧部和末端部，在满足刀具加工所需刚性和强度要求下，大大减轻模块化刀具的重量，降低机床功率损耗，可适用于更多小功率机床。另外，降低刀具重量，有利于刀具加工过程刀具动平衡控制，提高刀具加工寿命和加工质量。同时减少刀具材料损耗，提高材料利用率，降低刀具成本。
21.2、本发明的刀杆和切削刀具，设置多个蜂窝结构和实心连接部沿杆体轴向交替分布，能满足长悬深加工时的刀具强度要求，大大减轻模块化刀具的重量，降低机床功率损耗，适用于长度非常长的杆体。
22.3、本发明的刀杆和切削刀具，蜂窝结构的相邻两个六边形孔之间设置支持壁，支持壁厚度δ的取值范围为0.1％d-5％d，即多个支持壁围成六边形孔，结构具有较高强度和刚性。
23.4、本发明的刀杆和切削刀具，相邻的两个六边形孔的外接圆的圆心之间的距离为s，其取值范围为0.5％d-13％d；互连部的内切圆直径为t，且满足t/s≥0.08，在降低刀具重量作用基础上，确保蜂窝结构强度和刚性足够，起到支撑杆体作用。
24.5、本发明的刀杆和切削刀具，壳体沿杆体轴向的长度取值范围为20％l-70％l，或者壳体沿杆体轴向的长度取值范围为5％l-30％l，实心连接部沿杆体轴向的长度的取值范围为10％l-70％l,并且n*h+(n-1)*p的取值范围为20％l-70％l，在降低刀具重量作用基础上，确保锁紧部的长度足够以锁紧刀头。
附图说明
25.图1为本发明刀具立体图；
26.图2为本发明刀具主视图；
27.图3为本发明刀杆的e-e剖视图(实施例一)；
28.图4为图3的f处放大图；
29.图5为图4的g-g剖视图；
30.图6为图5的k处放大图；
31.图7为本发明刀杆的e-e剖视图(实施例一)；
32.图8为图7的j-j向剖视图；
33.图9为图8的q处放大图；
34.其中：
35.10、杆体，11、锁紧部，12、末端部，13、壳体，14、实心连接部，20、蜂窝结构，21、六边形孔，22、支持壁，23、互连部，30、刀头。
36.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
37.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
38.本发明中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”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，而不是指示或暗示所指的装置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保护范围的限制。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技术中的具体含义。
39.另外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
40.实施例一
41.参见图1至图6，一种刀具的刀杆，包括杆体10，杆体10一端设有锁紧部11，通过锁紧部11连接刀头30，另一端设有末端部12，通过末端部12连接机床的刀柄，该末端部12可为实心结构。锁紧部11和末端部12之间设有壳体13，该壳体13截面为圆环形，其侧壁具有一定厚度，若壳体13厚度h太小，结构强度和刚性不足，无法起到支撑刀体作用；若厚度h太大，无法有效起到降低刀具重量作用，本发明侧壁厚度h取值范围为5％d-30％d，d为末端部12直径，单位为mm。
42.本发明还包括设置于壳体13内的蜂窝结构20，蜂窝结构20为多个六边形孔21连接而成，相邻两个六边形孔21之间设有支持壁22，即支持壁22可为两个六边形孔21的公共边。该支持壁22连接于锁紧部11和末端部12之间且与杆体10的中心线平行。相邻的三个六边形孔21之间的支持壁22相交形成有互连部23，即互连部23为相邻的三个六边形孔21的对应三个支持壁22的交互区域。
43.其中，相邻的三个六边形孔21是指三个六边形孔21中的任意两个六边形孔21为相邻。另外，由于壳体13为圆环形，则蜂窝结构20与壳体13侧壁相连或接触的孔可为六边形孔21的局部，即不是完整的六边形孔21。
44.进一步的，本发明的支持壁22具有一定厚度，若支持壁22的厚度δ太大，无法有效起到降低刀具重量作用，若支持壁22厚度δ太小，则支持壁22结构强度和刚性不足，无法起到支撑刀杆作用，本发明中，设置支持壁22厚度h取值范围为0.1％d-5％d。
45.其中，参见图6，相邻的两个六边形孔21的外接圆的圆心之间的距离为s，若距离s
太大，则蜂窝结构20强度和刚性不足，无法起到支撑杆体10作用，若s太小，无法有效起到降低刀具重量作用，因此，本发明将相邻的两个六边形孔21的外接圆的圆心之间的距离s取值范围设定为0.5％d-13％d，互连部23的内切圆直径为t，且满足t/s≥0.08，若t/s太小则蜂窝结构20强度不足，无法起到支撑杆体10作用。
46.进一步的，本发明的壳体13沿杆体10轴向的长度为l，l的取值范围为20％l-70％l，l为杆体10的轴向长度，单位为mm。壳体13和蜂窝结构20可作为连接锁紧部11和末端部12的连接部位，其长度太短，无法有效起到降低刀具重量作用，长度太长，则会减少锁紧部11的长度，导致刀头30在加工中无法锁紧。
47.本发明还提出一种切削刀具，包括刀头30和上述的一种刀具的刀杆，该刀杆的锁紧部11可设有螺孔孔用于与刀头30对应端进行螺纹固定连接。该杆体10可为合金钢、重金属材料、高速钢和硬质合金中的一种或多种材料制作而成。该刀头30为高速钢、硬质合金、cbn、pcd等中的一种或多种材料制作而成。
48.本发明刀杆利用增材制造技术，在壳体13内采用多个六边形孔连接成蜂窝结构20，该蜂窝结构20为空心网格状并连接锁紧部11和末端部12，在满足刀具加工所需刚性和强度要求下，大大减轻模块化刀具的重量，降低机床功率损耗，可适用于更多小功率机床。另外，降低刀具重量，有利于刀具加工过程刀具动平衡控制，提高刀具加工寿命和加工质量。同时减少刀具材料损耗，提高材料利用率，降低刀具成本。
49.实施例二
50.参见图1、图2，图7-图9，本发明还提出一种刀具的刀杆和切削刀具，其主要结构与实施例一相同，区别在于：锁紧部11和末端部12之间设有多个沿轴向间隔排列的壳体13，每个壳体13内还设有蜂窝结构20，蜂窝结构20为多个六边形孔21连接而成，相邻两个六边形孔21之间设有支持壁22，支持壁22与杆体10的中心线平行，相邻的三个六边形孔21之间的支持壁22相交形成有互连部23；相邻的壳体13之间设有实心连接部14，该实心连接部14连接于相邻两个蜂窝结构20之间。
51.对于一些长度非常长的杆体10，采用一个壳体13和蜂窝结构20构成的连接结构，可能无法满足长悬深加工时的刀具强度要求。因此，本实施例中，设置多个蜂窝结构20和实心连接部14为沿杆体10轴向交替分布，蜂窝结构20的具体结构与实施例一相同。
52.进一步的，本实施例中，靠近末端部12的蜂窝结构20的支持壁22一端与对应的实心连接部14连接，另一端与末端部12连接；靠近锁紧部11的蜂窝结构20的支持壁22一端与锁紧结构连接，另一端与对应的实心连接部14连接，其余蜂窝结构20的支持壁22连接于相邻两实心连接部14之间。
53.本实施例中，壳体13的数量可根据刀杆长度设定，设定壳体13的数量为n，则n取值范围为2-12，实心连接部14的数量为n-1。
54.进一步的，壳体13沿杆体10轴向的长度为h，h的取值范围为5％l-30％l，实心连接部14沿杆体10轴向的长度为p，p的取值范围为10％l-70％l,并且n*h+(n-1)*p的取值范围为20％l-70％l，l为杆体10的轴向长度。
55.其中，壳体13和蜂窝结构20构成的连接部位的长度也为h，若h太短，无法有效起到降低刀具重量作用，若长度h太长，则减少锁紧部11的长度，导致刀头30在加工中无法锁紧。实心连接部14沿杆体10轴向的长度p太大，结构强度和刚性不足，无法起到支撑杆体10作
用；若长度p太小，无法有效起到降低刀具重量作用。
56.上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。