一种具有仿生特征的铣磨复合刀具及其铣磨方法

本发明属于机械加工行业刀具设计领域，具体为一种具有仿生特征的铣磨复合刀具及其铣磨方法。

背景技术：

1、铣削加工是通过铣刀的不断旋转，对工件表面进行切削以去除多余的材料，从而完成铣削的一种加工方法；磨削加工是通过磨料颗粒在高速旋转的磨轮表面摩擦被切削工件表面，从而对多余的材料进行去除，包括修复光整已加工表面。在铣削加工过程中容易产生毛刺和刀痕，导致被加工工件表面粗糙度较高；而在磨削加工时，刀具与工件之间的摩擦和热量会导致工件表面产生热变形，从而影响加工精度。因此，控制加工温度与加工精度是刀具设计的必要环节。

2、以加工芳纶纤维复合材料为例，芳纶纤维复合材料具有质量轻、延伸率高、抗冲击性能好、生命周期长等优点，已成为航空航天、装甲防护等领域高端装备的优选材料。由于芳纶纤维复合材料具有高硬度、高强度和高韧性等特点，所以在加工时难度较大，容易出现刀具磨损、断刀、毛刺等问题，而且在加工时纤维板也容易出现断裂和损坏。此外，芳纶纤维复合材料在高温时树脂基体具有较强的粘附性，在加工时容易出现粘刀现象，导致切削效率较低，影响加工质量。同时，芳纶纤维材料的切削热量大，经常在材料切削面处出现烧蚀缺陷所引起的变形等问题。在实际加工过程中，对芳纶纤维复合材料进行先铣后磨能够获得较好的加工质量。但是由于一把刀具无法完成铣和磨两种工艺，当采用两种刀具进行加工时，就会不可避免的出现装夹和定位误差，从而对工件表面造成加工缺陷，降低加工质量。因此，如何设计一种能够解决上述问题的铣磨复合工具将具有积极意义，在减少装夹次数的同时又能实现铣磨工艺的同时进行，这也是一项巨大的挑战。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题主要在于克服上述现有技术之不足，具体为提供一种具有仿生特征的铣磨复合刀具。

2、按照本发明所提供的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具采用的主要技术方案为：包括具有刀头断面的刀具本体，该刀具本体上所形成的沿轴向延伸并连通到所述刀头端面的四条排屑槽，由排屑槽分隔而成的切削部，以及在切削刃的侧刃所钎焊的金刚石磨粒。

3、本发明所提供的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具还采用如下附属技术方案：

4、所述端面为平整切面。

5、所述刀具本体由硬质合金制成，并且在切削部表面涂覆有超细晶金刚石涂层，且所述切削部的刀刃的粗糙度ra≤0.30 μm。

6、所述金刚石磨粒为两种尺寸大小磨粒的仿生结构，其仿生结构来源于黑曼巴蛇的鳞片结构；优选参数，大金刚石磨粒的长度为0.50 mm，宽度为0.20 mm，小金刚石磨粒的长度为0.25 mm，宽度为0.10 mm，磨粒精密排列且均为仿生结构的椭圆形貌，沿切削部同方向螺旋延伸。

7、所述铣磨方法包括使用所述铣磨复合刀具对所述纤维复合材料进行铣磨加工。

8、所述铣磨方法包括控制所述铣磨复合刀具的所述刀具本体进行回旋运动，并且首先控制所述刀具本体在所述纤维复合材料中沿所述轴向方向行进，然后控制所述刀具本体沿垂直与该轴向方向的径向方向移动。

9、所述刀具本体的切削部的切削刃的边缘刀尖回转线速度为100~200 m/min，优选参数，控制所述回转线速度为157 m/min。

10、所述纤维复合材料为芳纶纤维复合材料。

11、按照本发明所提供的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具与现有技术相比具有如下优点：在进行铣削工作时，即刀具本体沿轴向行进时，由于所述铣磨复合刀具为平整式加工，因此端面直接接触加工平面，由切削刀刃对加工平面进行精细切削，能够有效避免加工平面的分层和起毛等问题，减少了加工芳纶纤维复合材料时由于高温所引起的粘连问题。同时对立的两个侧刃钎焊有金刚石磨粒，刀刃能够同时对加工平面进行磨削工作。所述铣磨复合刀具可避免频繁换刀所造成的二次加工精度问题，同时减少二次加工时切削热对材料的影响，降低芳纶纤维复合材料烧蚀缺陷所引起的变形程度。

技术特征：

1.一种具有仿生特征的铣磨复合刀具，其特征在于：包括具有刀头断面的刀具本体，刀具本体上所形成的沿轴向延伸并连通到所述刀头端面的排屑槽，由排屑槽分隔而成的切削部，以及在切削刃侧刃所钎焊的金刚石磨粒。

2.根据权利要求1所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具，其特征在于：所述端面为平整切面。

3.根据权利要求1所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具，其特征在于：所述刀具本体由硬质合金制成，并且在切削部表面涂覆有超细晶金刚石涂层，所述切削部的刀刃粗糙度ra≤0.30 μm。

4.根据权利要求1所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具，其特征在于：所述金刚石磨粒为两种尺寸大小的磨粒，且均为仿生结构的椭圆形貌，沿切削部同方向螺旋延伸。

5.一种具有仿生特征的铣磨复合刀具的铣磨方法，其特征在于：该铣磨方法包括使用根据权利要求1所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具对纤维复合材料进行铣磨加工。

6.根据权利要求5所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具的铣磨方法，其特征在于：所述铣磨方法为铣磨复合加工方法，其中包括控制所述铣磨复合刀具的所述刀具本体进行回旋运动，并且首先控制所述刀具本体在所述纤维复合材料中沿所述轴向方向行进，然后控制所述刀具本体沿垂直与该轴向方向的径向方向移动。

7.根据权利要求5所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具的铣磨方法，其特征在于：控制所述刀具本体的切削部的切削刃的刀尖边缘进行回转。

8.根据权利要求5所述的一种具有仿生特征的铣磨复合刀具的铣磨方法，其特征在于：所述纤维复合材料为芳纶纤维复合材料。

技术总结
本发明属于机械加工行业刀具设计领域，具体为一种具有仿生特征的铣磨复合刀具及其铣磨方法。所述铣磨复合刀具包括：具有刀头断面的刀具本体，刀具本体上所形成的四条排屑槽，由排屑槽分隔而成的切削部以及在切削刃侧刃所钎焊的金刚石磨粒。本发明所提供的铣磨复合刀具及其铣磨方法的有益效果为：在刀具加工时，铣刃负责主要的切削作业来完成铣槽的工作；在侧刃钎焊有金刚石磨粒的刀刃对加工表面进行磨削；这样刀具在进行铣削工作的同时还可以对工件表面进行平整和抛光。与现有技术相比，本发明所提供的铣磨复合刀具能够有效的对材料表面进行铣磨复合加工，减少传统加工的刀具装夹次数，从而达到通过一种刀具就可完成零件高精高效复合加工的目的。

技术研发人员：石文天,姜文松,李杰,田斌,张小青,马通,杨益琳
受保护的技术使用者：北京工商大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15