具有仿生学结构的拉刀的制作方法
【专利摘要】本发明公开了具有仿生学结构的拉刀。非光滑形态的表面具有更好的耐磨性能，但恶劣工况下或长时间工作时，凹坑内带有杂质的润滑液不能有效排出，导致积累后润滑和承压能力大大减弱，且至今未见表面织构在拉削机床拉刀方面的相关研究及应用的报道。本发明的刀齿表面开设若干凹坑，凹坑的最大深度在0.01～1mm之间取值；凹坑采用仿生学槽型结构。本发明在拉刀的表面进行织构化处理，存储润滑剂，减少带锯切屑的接触面积，提高带锯的切削性能；凹坑倾斜设置使得拉刀刀齿高速拉削时润滑液有被甩出的趋势，从而为拉刀提供支承力；同时凹坑由于本身所具有的坡度，使得凹坑内的润滑液可以及时更换与补充，提高了拉刀的润滑效果，延长了使用寿命。
【专利说明】
具有仿生学结构的拉刀
技术领域
[0001]本发明属于拉削机床装置技术领域，涉及拉床拉刀，尤其涉及一种新型的基于仿生学、具有特殊槽型结构的拉床拉刀。
【背景技术】
[0002]随着现代制造工业的发展，拉削机床作为机械加工制造的基础所需设备，已成为零件加工过程中重要的组成环节，由于其切削速度快，加工精度高，材料损失少等特点，受到了广泛的应用，但是目前众多国内的拉床存在各种问题，例如拉刀发热严重，刀齿强度低，刀身磨损速度快，一直是影响其高端化的重要因素。
[0003]与此同时，摩擦学得到了突飞猛进的发展，许多专家学者均发现相互接触的两个表面并非越光滑越耐磨，而是具有一定非光滑形态的表面(即具有一定微形态的织构表面)反而具有更好的耐磨性能。表面织构的凹坑或者凹痕能够起到储液器的作用，及时使摩擦副表面形成润滑膜，减少摩擦副的摩擦与磨损。当两摩擦副表面开始运动，产生相对运动速度时，凹坑或者凹痕内存储的润滑液会粘附在摩擦副表面，在表面的带动下很快形成润滑膜，缩短了润滑膜的形成时间，从而起到抗磨减阻的作用。表面织构在改善摩擦副的摩擦学性能方面起到了积极的作用，提高表面的摩擦及承载性能。表面织构技术在高速列车降噪、机械部件抗磨、刀具磨损预测、内燃机润滑、生物医学材料耐磨等方面都得到广泛的应用，取得了较大的社会及经济效益。但恶劣工况下或长时间工作时，凹坑内带有杂质的润滑液不能有效排出，导致积累后润滑和承压能力大大减弱，且至今未见表面织构在拉削机床拉刀方面的相关研究及应用的报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对高速切削过程中刀具极易由于机械、热磨损而快速失效的问题，提出一种具有仿生学结构的拉刀，借鉴生物体表的形貌特征，基于仿生学原理在拉刀的表面进行织构化处理，存储润滑剂，减少拉刀切肩的接触面积，以提高拉刀的切削性能。同时本槽型结构由于本身所具有的坡度，使得凹坑内的润滑液可以及时得到更换与补充，大大提高了拉刀的润滑效果，延长了其使用寿命。
[0005]本发明的具体方案如下:
[0006]本发明的刀齿表面开设若干凹坑，所述凹坑的最大深度在0.01?Imm之间取值;凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种:
[0007]I)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈正六边形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#O时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0008]2)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈圆形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0009]3)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0010]4)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈三角形；相邻凹坑的三角形朝向相反;凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0，且相邻凹坑的倾斜方向相反；凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0011]5)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈十字形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0012]6)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈半圆形；相邻凹坑的半圆形朝向相反；凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0013]7)凹坑沿拉刀刀齿的横向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈折线形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0014]8)凹坑为沿拉刀刀齿的纵向设置的两个凹槽组；凹槽组的各个凹槽沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈平行四边形;两个凹槽组的平行四边形凹槽朝向相反，两个凹槽组最内侧的凹槽连通;凹槽的两端开放于刀齿侧面;凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为0，两个凹槽组的两个凹槽组倾斜方向相反；除两个凹槽组最内侧连通的凹槽外，其余凹槽在刀齿顶面上的面积相等且均在I?12mm2中取值。
[0015]9)凹坑沿拉刀刀齿的纵向分两排排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈斜置的十字形;各个凹坑与同排相邻凹坑及不同排相邻凹坑均连通形成交错的网状;两排凹坑的底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k相等，均在O?5°中取值，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0016]10)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布；凹坑包括四个不连通的凹槽，四个凹槽在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈两个橄榄球形和沿横截面截开的两个半橄榄球形;两个半橄榄球形对中设置在两个橄榄球形间距处，且朝向相反；凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，两个橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为0，两个半橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为O;两个半橄榄球形凹槽在刀齿顶面上的面积相等且均在I?6mm2中取值。
[0017]11)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈矩形；凹坑的两端开放于刀齿侧面;凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#O时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
[0018]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0019]本发明未增加任何零件，仅仅通过结构设计改善了拉刀的性能。同时本发明具有结构简单、性能可靠、性价比高等优点。本发明还可以针对不同工作要求，选用不同单元体形态、尺寸、分布规律的非光滑表面，从而获得优异的性能。润滑液进入凹坑使得拉刀刀齿与工件之间形成润滑膜;凹坑倾斜设置使得拉刀刀齿高速拉削时润滑液有被甩出的趋势，从而为拉刀提供支承力;拉削完成后，润滑液被甩出，以便后续注入新的润滑液，避免润滑性能降低；凹坑的两侧面倾斜方向相反，保证拉刀在不同拉削方向时凹坑内的润滑液均能被有效甩出。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的工作状态示意图；
[0021 ]图2是本发明的单个刀齿立体图；
[0022]图3是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为正六边形时的三视图；
[0023]图4是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为圆形时的三视图；
[0024]图5是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为菱形时的三视图；
[0025]图6是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为三角形时的三视图；
[0026]图7是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为十字形时的三视图；
[0027]图8是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为半圆形时的三视图；
[0028]图9是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为折线形时的三视图；
[0029]图10是本发明开设的凹槽在刀齿顶面为平行四边形时的三视图；
[0030]图11是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为斜置的十字形时的三视图；
[0031 ]图12是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为四个不连通的凹槽时的三视图；
[0032]图13是本发明开设的凹坑在刀齿顶面为矩形时的三视图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0034]如图1和2所不，具有仿生学结构的拉刀，在拉刀的刀齿表面开设若干凹坑，构成仿生学结构形态，凹坑最大深度处深0.05mm。图1中，在坐标系O-XYZ中，拉刀沿箭头方向拉削工件I，喷嘴5设置在工件I后端并向工件喷射泡沫3，从而在刀齿2与切肩4之间形成润滑。
[0035]凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种:
[0036]实施例1
[0037]如图3所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈正六边形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0038]实施例2
[0039]如图4所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈圆形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0040]实施例3
[0041]如图5所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。润滑液进入凹坑使得拉刀刀齿与工件之间形成润滑膜;凹坑的侧面倾斜设置使得拉刀刀齿高速拉削时润滑液有被甩出的趋势，从而为拉刀提供支承力;拉削完成后，润滑液被甩出，以便后续注入新的润滑液，避免润滑性能降低;凹坑的两侧面倾斜方向相反，保证拉刀在不同拉削方向时凹坑内的润滑液均能被有效甩出。
[0042]实施例4
[0043]如图6所示；凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈三角形;相邻凹坑的三角形朝向相反;凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)，且相邻凹坑的倾斜方向相反;本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0044]实施例5
[0045]如图7所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈十字形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0046]实施例6
[0047]如图8所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈半圆形;相邻凹坑的半圆形朝向相反;凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值，本实施例中取值为3°。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0048]实施例7
[0049]如图9所示，凹坑沿拉刀刀齿的横向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈折线形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0050]实施例8
[0051]如图10所示，凹坑为沿拉刀刀齿的纵向设置的两个凹槽组；凹槽组的各个凹槽沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈平行四边形;两个凹槽组的平行四边形凹槽朝向相反，两个凹槽组最内侧的凹槽连通;凹槽的两端开放于刀齿侧面;凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)，两个凹槽组的两个凹槽组倾斜方向相反;本实施例中k = 0(即凹槽底部与刀齿顶面平行，凹槽底部深度处处相等)。除两个凹槽组最内侧连通的凹槽外，其余凹槽在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0052]实施例9
[0053]如图11所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向分两排排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈斜置的十字形；各个凹坑与同排相邻凹坑及不同排相邻凹坑均连通形成交错的网状；两排凹坑的底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k相等，均在O?5°中取值，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0054]实施例10
[0055]如图12所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布；凹坑包括四个不连通的凹槽，四个凹槽在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈两个橄榄球形和沿横截面截开的两个半橄榄球形;两个半橄榄球形对中设置在两个橄榄球形间距处，且朝向相反；凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，两个橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)，两个半橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为O;本实施例中k = 0(即凹槽底部与刀齿顶面平行，凹槽底部深度处处相等)。两个半橄榄球形凹槽在刀齿顶面上的面积为3mm2。
[0056]实施例11
[0057]如图13所示，凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈矩形；凹坑的两端开放于刀齿侧面;凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0(即该截交面与刀齿顶面相交设置)；本实施例中k = 0(即凹坑底部与刀齿顶面平行，凹坑底部深度处处相等)。凹坑在刀齿顶面上的面积为3mm2。
【主权项】
1.具有仿生学结构的拉刀，其特征在于:刀齿表面开设若干凹坑，所述凹坑的最大深度在0.0l?Imm之间取值;凹坑的排布方式采用下列排布方式中的一种: 1)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈正六边形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2; 2)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈圆形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O ；凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2 ； 3)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈菱形；凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值；凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2 ； 4)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈三角形；相邻凹坑的三角形朝向相反；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为0，且相邻凹坑的倾斜方向相反；凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2; 5)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈十字形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2 ； 6)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈半圆形；相邻凹坑的半圆形朝向相反；凹坑的底部为沿拉刀刀齿纵向的直线段，两侧面与拉刀刀齿顶面的夹角相等且均在I?5°内取值;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2; 7)凹坑沿拉刀刀齿的横向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈折线形；凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2 ； 8)凹坑为沿拉刀刀齿的纵向设置的两个凹槽组；凹槽组的各个凹槽沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈平行四边形;两个凹槽组的平行四边形凹槽朝向相反，两个凹槽组最内侧的凹槽连通;凹槽的两端开放于刀齿侧面;凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为O，两个凹槽组的两个凹槽组倾斜方向相反；除两个凹槽组最内侧连通的凹槽外，其余凹槽在刀齿顶面上的面积相等且均在I?12mm2中取值； 9)凹坑沿拉刀刀齿的纵向分两排排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈斜置的十字形；各个凹坑与同排相邻凹坑及不同排相邻凹坑均连通形成交错的网状;两排凹坑的底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k相等，均在O?5°中取值，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2; 10)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布；凹坑包括四个不连通的凹槽，四个凹槽在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈两个橄榄球形和沿横截面截开的两个半橄榄球形;两个半橄榄球形对中设置在两个橄榄球形间距处，且朝向相反；凹槽底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5° ;k#0时，两个橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面最小深度为0，两个半橄榄球形凹槽底部与刀齿的截交面靠近刀齿外侧面处深度为O;两个半橄榄球形凹槽在刀齿顶面上的面积相等且均在I?6mm2中取值； 11)凹坑沿拉刀刀齿的纵向等距排布，且在平行拉刀刀齿顶面的平面上呈矩形；凹坑的两端开放于刀齿侧面;凹坑底部在沿拉刀拉削方向上与刀齿顶面的夹角k为O?5°，k#0时，凹坑底部与刀齿的截交面最小深度为O;凹坑在刀齿顶面上的面积为I?12mm2。
【文档编号】B23D43/00GK105945350SQ201610571306
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】王志强, 倪敬, 孙雨晴
【申请人】杭州电子科技大学