數控銑刀的若干改進設計

侯　誼,平豫黔,侯　燕,莫貴疆,謝福兵（.貴州勁鋒精密工具有限公司,貴州安順5600；.貴州睿智通工程項目咨詢有限公司,貴陽550005）

數控銑刀的若干改進設計

侯誼1,平豫黔1,侯燕1,莫貴疆2,謝福兵2
（1.貴州勁鋒精密工具有限公司,貴州安順561100；2.貴州睿智通工程項目咨詢有限公司,貴陽550005）

簡要介紹了數控銑刀的若干改進設計，包括排屑槽弧形槽面設計、雙重芯徑結構設計和刀具夾緊裝置結構設計，上述改進設計減少了廢削堆積、切削發熱和切削振動等問題，延長了銑刀使用壽命，提高了被加工材料的表面性狀，具有良好的推廣和應用價值。

數控銑刀；弧形槽面；雙重芯徑；夾緊裝置

0　引言

隨著科學技術進步，鈦合金、高溫合金及復合材料等新材料在航空航天、高端裝備、遠洋船舶、核能核電等行業中得以大量應用，但從切屑加工角度來看，這些性能優異的新材料往往在強化其使用性能的同時又惡化其切削加工性，大量難加工材料的出現必然對刀具的切削性能和耐用度提出了更高的要求[1]。

刀具的切削性能主要由刀體材料、表面涂層及刀具結構三個方面的綜合作用而得到，其中，良好的刀具結構是刀具切削性能得到充分發揮的基礎。國際生產工程學會(CIRP)的研究報告指出，由于刀具結構和幾何參數的改進，刀具壽命每隔十年幾乎提高兩倍。可見，對刀具結構進行優化設計，是提升刀具切削性能的有效途徑，并在降低制造成本顯示出越來越大的優越性，已成為現代數控刀具技術的基礎和關鍵。

貴州勁鋒精密工具有限公司一直從事數控刀具新工藝新技術的研究，近幾年來取得了一定成果，本文介紹了數控銑刀的若干改進設計，不足之處還請讀者批評指正。

1　排屑槽弧形槽面設計

現有的刀具主要是由刃口和排屑槽組成，其中刃口負責切削，排屑槽用于將切削后的廢屑導向排出。刀具的加工速度很大程度上取決于排屑的速度，但現有設計理念，排屑槽的截面中含有凸點，即一條排屑槽內含有棱線（見圖1），該棱線在排屑的過程中阻礙了廢屑順暢排出，形成廢屑堆積，由于廢屑在該棱線處受阻力，加大了零件、廢屑和刀具之間的摩擦系數，使數控銑刀在使用過程中產生大量的熱量，刀具發燙甚至發紅，在這種高熱的情況下，導致刀具的刃口切削時損耗非常大。

為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司對數控銑刀排屑槽槽形進行了設計改進，如圖2所示，排屑槽2兩側槽壁設計為光滑的弧形曲面，即排屑槽的槽口線上的任一點與槽底之間形成光滑的弧形曲線，排屑槽2的槽底也設計為弧形曲面，即銑刀垂直于排屑槽2方向進行剖面后，排屑槽2的剖面外形是一條光滑的曲線，該曲線的曲率從排屑槽2線處開始向后延伸，曲率半徑逐漸減小，到排屑槽2高度的1/3-1/2時，曲率半徑達到最小，曲率半徑逐步增大，也就是排屑槽2的槽口橫截面的面積逐步縮小，同時將數控銑刀刃口后部也設計為弧線形狀，通過對數控銑刀排屑槽槽形的改變，便于利用刀具排屑槽2的導向作用將廢屑排出，實現了排屑槽的順暢排屑，減少了因槽體內棱線的存在而導致的廢屑堆積問題，減少了數控銑刀與零件之間因棱線存在而加大的摩擦阻力，從而大大減少了數控銑刀使用過程中產生的熱量，使數控銑刀的使用壽命延長了50%以上，并且提高了工作效率，節約了機械加工中的生產成本。

2　雙重芯徑結構設計

隨著科技的發展，鈦合金、高溫合金等材料在航空航天中大量應用，由于鈦合金與高溫合金等材料本身的抗拉強度高，切削過程中切削溫度高，在加工這些材料時經常會遇到斷屑困難、排屑難、粘刀、刀具磨損過快等現象；此外，傳統的等齒距立銑刀銑削零件時，各刀齒進給量相同，因而其銑削力波形完全相同，使得切削過程產生的激振能量高度集中于少數頻率上，易激發銑削系統產生諧振，導致工件加工表面質量較差，刀具耐用度降低等問題。為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司設計了一種雙重芯徑立銑刀，如圖3所示，包括切屑刃和螺旋槽，立銑刀的切屑刃上設有前角和后角，切屑刃前端芯徑小于后端芯徑，切屑刃的前角為雙前角，立銑刀的螺旋槽螺距不等。通過上述改進，雙重芯徑結構的設計增強了刀具的剛性和排屑性能，并在粗加工中進一步的提高刀具的切削性能；雙前角的設計有利于切削過程中斷屑并盡可能的避免粘刀；螺旋槽螺距不等的排屑空間抑制了銑削過程中激振能量向特定頻率集中，減少了切屑振動，有利于加工的穩定性，同時延長了使用壽命。

3　刀具夾緊裝置結構設計

在機械零部件加工過程中，經常出現銑床配置的刀具夾頭在使用過程中，刀具夾緊力不足，發生刀具脫落現象，同時刀具不能夾緊會影響零件加工精度，嚴重時還會損傷工件或機床。為克服上述難題，貴州勁鋒精密工具有限公司設計了一種刀具夾緊裝置結構，如圖4所示，該裝置由圓臺和圓柱體組成，圓臺大端與圓柱體同軸連接為一體，圓柱體內設置有用于安裝機床主軸的孔槽，圓臺內設置有用于安裝刀柄的安裝孔，安裝孔的底部孔壁上設置有內螺紋，刀柄頭設置有與安裝孔內螺紋相適配的外螺紋，安裝孔與孔槽之間設置有用于連接刀柄頭與機床主軸的拉釘，使用時，通過旋轉刀具，刀柄旋入圓臺安裝孔的內螺紋實現安裝固定。由于本設計采用了刀柄與圓臺內的孔螺紋連接，刀具加工工件時，刀具不會被拉出或松動，從而保證了加工的穩定性，降低了廢品率，節約了加工成本，同時拉釘的應用更加確保刀具不被拉出，使切削加工更為穩定可靠。

4　結論

從實踐應用來看，通過采用排屑槽弧形槽面設計、雙重芯徑結構設計和刀具夾緊裝置結構設計，使貴州勁鋒精密工具有限公司開發的數控銑刀在使用性能和使用壽命上均有很大提高，現已在航空航天、軍工、汽車、工程機械、船舶等行業中得到應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1]胡祖光,周洪全,陳明.整體硬質合金旋轉刀具發展現狀和趨勢[J]．裝備機械,2003(03):7-11．

研究課題：2014年度貴州省經濟和信息化委員會企業技術創新項目《年產150萬件精密刀具生產線建設項目》（合同編號：201427）

侯誼（1965—），男，四川眉山人，工程師，大學。

2013年度貴州省科技廳安順市人民政府科技型中小企業技術創新基金合作計劃項目《刀具技術及加工設備》（合同編號：黔安科創合[2013]9號）