刀片刀片机

收稿日期:2004年10月立装刀片机夹组合铣刀的设计工艺江洪翟洪滨长春一汽工艺装备有限公司摘要:提出了复杂型面的成型组合铣刀的设计思路,介绍了立装刀片机夹圆盘铣刀的设计方案、设计过程及三维设计软件在机夹铣刀设计中的应用.
关键词:立装刀片铣刀,成型组合铣刀,三维设计,修正角度DesignTechnologyofBuilt-upMillingCutterwithVerticalCutterJiangHongDiHongbinAbstract:Thedesignideaofprofilebuilt-upmillingcutterwithcomplicatedmouldingsurfaceisputforward.
Thedesignschemeandprocessofdiskmillingcutterwithverticalcutterandtheapplicationof3Ddesignsoftwareinclampedmillingcutterdesignareintroduced.
Keywords:millingcutterwithverticalcutter,profilebuilt-upmillingcutter,3Ddesign,anglecorrection1引言2004年我公司与大连机床厂技术合作,设计制造如图1所示的机床导轨型面的机夹铣刀.
机床导轨为灰铁铸件,毛坯余量较大(15mm)且不均匀,加工行程长(最多达9m),加工条件比较恶劣,经常造成原平装刀片机夹铣刀的打刀现象,影响加工精度及生产效率.
由于平装刀片机夹铣刀不宜组合使用,需要各面分别铣削,铣削加工时间长,因此影响加工尺寸精度.
为此,采用立装刀片形式,增加铣刀强度,针对较大截形面合理排布刀片,轮流切削,以降低各刀片的切削负荷,同时,将各面加工铣刀同轴组合,保证了复杂型面的一次性铣削.
图1机床导轨截形图2设计方案2.
1型面轮切刀齿的排布为保证切削过程的稳定性,各型面的轮切刀齿数应相同,刀齿排布方式如图2所示.
根据铣刀的不同直径确定齿距范围为50~60mm,既保证了刀体的强度,又能保证切削的连续性,减少切削振动.
由于这种排布的刀齿数必须为型面轮切组数的倍数,如型面宽60mm、铣刀直径为φ235时,需4组刀片轮切,刀齿数只能是12或16,这样齿距分别偏大或偏小.
针对这种情况,在机床功率允许的情况下,采取了如图2b所示的排布方式.
图2刀齿排布图由于加工时是多刀组合使用,各刀位置相对固定,即铣刀外圆直径基本确定,由前述刀齿排布方式即可确定刀具齿数.
2.
2切削角度的确定由于加工材料为灰铸铁,抗拉强度较底,切屑为碎状切屑,所以侧前角确定为-8,自然形成了切削后角为8.
同理,背前角也确定为-8,保证了端齿的切削后角,同时使得切屑的流动方向较为合理.
对于角度斜平面,有背前角则产生角度偏差(偏差原因后叙述),因此将斜平面加工用角度铣刀的背前角设计角度定为0.
采用这种双负切削刃方式,由于刀片无后角,不仅刀片强度高,而且还可以使刀片利用率提高一倍,经济性比较好.
图3径向前角的合理确定43工具技术大直径铣刀需要对侧前角进行验证,如图3所示,由于大直径铣刀刀体曲率较小,如果刀齿侧前角大,则会使顶刃后刀面部分沉于刀体之内,因此,其约束条件为γ≤arctanR2+K2-rK式中R———铣刀半径r———刀体半径K———刀片宽度当计算出前角γ<-8时,取γ=-8;反之,则取计算角度.
3刀具设计3.
1刀片、螺钉的选择铣削型面的宽度最大达70mm,若采用轮切刀齿组数过多,则使加工表面质量变差,且会急剧增加单齿的切削量.
考虑到毛坯切削余量较大,因此采用了大、小两种长方体刀片,长、宽、厚规格尺寸分别为19.
05mm*12.
7mm*7mm和15.
875mm*12.
7mm*7mm,中心有螺钉孔,采用锥面夹紧的M5螺钉.
3.
2刀片槽、容屑槽的设计如图4所示,刀片靠后面及受力侧面两面定位,在受力侧面开空刀槽,以避免刀片扭转.
对于中部封闭刀槽,应使槽宽大于刀片宽度,以保证刀片安装方便.
图4刀片槽形式考虑到容屑空间及刀体强度,优选如图5所示容屑槽型,其槽深为9mm.
小直径铣刀可设计成前通开放式容屑槽.
图5容屑槽形式3.
3尺寸修正由于刀片为直线切削刃,且存在轴向前角,所以在主切削刃各点上端面的径向前角会产生差异,即由外到里主切削刃上各点偏距依次增大,这就造成各点相对于铣刀轴线的回转直径依次增大,铣削后并非是理想的平面,而是中间内凹的曲面.
因此,需要进行必要的修正,即将刀片沿主切削刃旋转一个角度,以弥补尺寸差异,提高加工平面精度.
刀片旋转方向如图6所示,旋转角度为θ≈tan-1(L*tanγ轴)2+R2-RL式中L———刀片长度R———铣刀半径γ轴———刀具轴向前角图6尺寸修正图3.
4绘图由于立装刀片铣刀对刀片槽的加工精度要求较高,需要采用数控机床来加工,所以在设计时,我们采用CATIA软件直接进行实体设计,具有三维旋转角度的刀具在实体造型中的设计步骤和顺序如下:(1)建立刀体实体,插入一个body,并在body上生成刀片.
让刀片的刀尖点沿X轴移动,移动数值等于铣刀半径(见图7).
图7刀片移动形成有效直径刀片以柱刃为轴线旋转出侧前角-8(见图8).
532005年第39卷A12图8刀片第一次旋转出侧前角(2)刀片以X轴为轴线旋转出背前角-8(见图9).
图9刀片第二次旋转背前角(3)按计算角度以端刃为轴旋修正刀片的刃倾角(见图10).
图10刀片第三次旋转修正角这样,刀片在刀体上的理论正确位置就摆放出来了.
这里面需要特别强调的是:刀片旋转一定要按照以上次序,否则会造成刀具角度误差.
(4)用上述包含所有正确角度的刀片和刀体作布尔运算,切出刀片槽的正确位置,最后在刀片槽上开出容屑槽和空刀槽等细节.
(5)输出途径有两条:一是输出传统的1:1的二维图(*.
dwg文件);二是把数模直接生成igs文件,用于后续的数控编程.
最后,通过三维效果图可直观确定铣刀结构的准确性(见图11),并利用软件功能可自动生成装配总成和刀体的二维图及任意剖面图.
4结语这次是我厂首次设计立装刀片铣刀,它不仅为图11铣刀三维效果图我厂机夹类刀具开发了一大块新品种,同时也为我厂的刀具专业在CAD/CAM的结合上进行了有效的探索,并取得了良好的效果.
由于设计采用了三维实体设计,设计使用的数模可直接形成数据文件,用于数控编程,大大缩短了数控编程的时间,压缩了制造周期,保证了加工制造精度,赢得了用户满意.
第一作者:江洪,工程师,长春一汽工艺装备有限公司工装所刀具设计室,130011长春市国产数控机床仍需努力中国于1958年研制出第一台数控机床,发展过程大致可分为两大阶段.
1958~1979年间为第一阶段,从1979年至今为第二阶段.
第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识,在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下,一哄而上又一哄而下,曾三起三落、终因表现欠佳、无法用于生产而停顿.
主要存在的问题是盲目性大,缺乏实事求是的科学精神.
在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术,从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产,解决了可靠性、稳定性问题,数控机床开始正式生产和使用,并逐步向前发展.
在20余年间,数控机床的设计和制造技术有较大提高,主要表现在三大方面:培训一批设计、制造、使用和维护的人才;通过合作生产先进数控机床,使设计、制造、使用水平大大提高,缩小了与世界先进技术的差距;通过利用国外先进元部件、数控系统配套,开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床,供应国内市场的需求,但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差.
至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑,不能独立发展,基本上处于从仿制走向自行开发阶段,与日本数控机床的水平差距很大.
存在的主要问题包括:缺乏象日本"机电法"、"机信法"那样的指引;严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人;缺少深入系统的科研工作;元部件和数控系统不配套;企业和专业间缺乏合作,基本上孤军作战,虽然厂多人众,但形成不了合力.
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