一种用于小直径薄壁管件的车刀刀头、车刀及车床

技术领域

本实用新型涉及机械加工微细车削加工技术领域，尤其是一种适用于小直径薄壁管件车削加工的车刀刀头及包括该刀头的车刀、车床。

背景技术

随着航空科技的迅速发展，对于航空零件质量提出了更高要求，薄壁管件是惯性导航系统的关键挠性部件，其制造精度将直接影响到陀螺仪性能好坏，薄壁管件经微米、亚微米级加工，对其尺寸、形状、残余应力、表面纹理和表面质量等加工精度要求极高，其加工精度对薄壁管件性能有显著影响。

小直径薄壁管件由于其壁厚极薄、刚性很弱，通常在薄壁部分两端存在较厚部分，通过锥面从薄壁向厚壁过渡，目前要通过换刀分别加工薄壁部分和过渡部分，这必然会引入加工误差。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型公开了一种车刀刀头及包括该刀头的车刀、车床，应用在小直径薄壁件车削精加工中，通过减小刃口钝圆半径的同时融合成形车刀的特点，实现对薄壁管件薄壁部分的精加工，同时实现薄壁部分两端锥面的加工，避免换刀引入的加工误差。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于小直径薄壁管件的车刀刀头，包括基体，所述的基体包括前刀面和后刀面，所述的前刀面和后刀面的交汇处形成切削刃，所述的切削刃包括一个主切削刃和两个副切削刃，两个副切削刃位于主切削刃的两端且副切削刃与主切削刃相切，所述的副切削刃和主切削刃均为弧形，且两个副切削刃的半径和圆心角均小于主切削刃的半径和圆心角。

在切削加工时，使加工表面与主切削刃相切于刀尖圆弧中心点，便可以保证圆弧刃两端的副切削刃可在加工开始和结束时实现对薄壁管件圆锥过渡部分的加工。从而在实现薄壁部分加工的同时，也完成对圆锥过渡部分的加工。

作为进一步的技术方案，所述副切削刃的半径为R2，主切削刃为R1，R2＝2R1。

作为进一步的技术方案，所述副切削刃的圆心角为A2，主切削刃的圆心角为A1，A2＝0.5A1。

作为进一步的技术方案，切削刃前角为A3，且10°≤A3≤25。

作为进一步的技术方案，切削刃后角为A4，且10°≤A4≤20°。

第二方面，本发明还提供了一种车刀，其包括所述的用于小直径薄壁管件的车刀刀头。

第三方面，本发明还提供了一种车床，其包括所述的车刀。

本实用新型取得的有益效果：

本实用新型公开的刀头可以在小直径薄壁管件车削加工过程中，同时实现对薄壁部分和圆锥过渡部分的加工，从而避免分步加工引入的加工误差；并且圆弧的副切削刃在切削过渡锥面时不会带来振动，不会与薄壁部分的切削发生干涉，从而保证了薄壁结构的加工质量。

附图说明

图1为本实用新型公开的刀头轴测图；

图2为本实用新型公开的刀头俯视图；

图3为图2的E-E截面图；

图4为本实用新型公开的金刚石刀头对薄壁管件加工示意图；

图中：1、金刚石刀头；1-1、主切削刃；1-2、副切削刃；1-3、后刀面；1-4、前刀面；1-5、基体；2、薄壁管件；2-1薄壁部分；2-2圆锥过渡部分。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分：本发明中定义的“前刀面”是指切屑流过的表面，“后刀面”是与待加工的工件表面接触的刀面；“刀具前角”是刀具前刀面与基面间的夹角，“刀具后角”是刀具后刀面与切削平面间的夹角；基面是与切削平面垂直的面。

本实施例提出的金刚石刀头1适用于内径D≤5mm的薄壁管件，薄壁管件中薄壁部分长度为L≤3D，最薄处壁厚T≤0.2mm，切削深度为S≤0.005mm。

如图1所示，本实施例公开的金刚石刀头1包括加工刃、前刀面1-4、后刀面1-3和基体1-5三部分；其中，加工刃包括三段圆弧刃，其中包括一段主切削刃1-1、两段副切削刃1-2，两副切削刃1-2与主切削刃1-1两端相切。在切削加工时，使加工表面与主切削刃1-1相切于刀尖圆弧中心点，便可以保证主切削刃1-1两端的副切削刃1-2可在加工开始和结束时实现对薄壁管件圆锥过渡部分的加工。从而在实现薄壁部分加工的同时，也完成对圆锥过渡部分的加工。

进一步的，本实施例中的金刚石刀头1为单晶金刚石材质，如图2、图3所示，具体的金刚石刀头1的尺寸要求如下：

主切削刃1-1对应圆心角为A1、主切削刃1-1圆弧半径为R1,R1的取值范围是：300S≤R1≤800S，切深S越小选取的主切削刃1-1圆弧半径与切深比例越大，两个副切削刃1-2的圆弧半径为R2，其中R2的取值范围是：R2＝2R1，且两个副切削刃1-2分别对应的圆心角为A2，其中A2的取值范围是A2＝0.5A1；

进一步的，由待加工的小直径薄壁管件过渡部分的锥度C可以计算出主切削刃1-1对应圆心角为A1的取值，具体的如下式所示：

进一步的，本实施中，刀头总高H1＝R1，基体1-5的上平面高度H2＝0.75R1，刀头总长为L1＝2R1；R1为主切削刃1-1圆弧半径。

为使刃口钝圆半径减小，使车刀更加锋利，设置切削刃前角A3和后角A4，且前角A3满足10°≤A3≤25，后角A4满足10°≤A4≤20°，依据切削深度选取，切削深度越小，切削刃前后角越大。整个刀头呈对称分布。

本实用新型工作原理如下：

结合超精密金刚石车刀和成形车刀的特点，使小直径薄壁管件加工不再需要换刀；同时副切削刃1-2从普通微细车刀的直线刃改为圆弧刃，有效减少在加工过渡锥面时的切削力，从而减少加工过渡锥面时带来的振动。

本实用新型是小直径薄壁管件车削加工加工的金刚石车刀刀头，在超精密车床上实施，如图4所示，对刀过程选定主切削刃1-1圆弧中点，使薄壁部分2-1外表面与主切削刃相1-1切于圆弧中点，在切削薄壁部分2-1的起始和终止阶段，副切削刃1-2与圆锥过渡部分2-2母线相切，实现同时对薄壁部分2-1和圆锥过渡部分2-2进行加工，可以同时起到超精密车刀和成形车刀的作用。

下面结合具体实施例对上述装置的加工过程进行说明：

实施例1

对内径D＝2mm，薄壁部分2-1长L＝4mm，壁厚T＝0.1mm、圆锥过渡部分2-2锥度

刀头为单晶金刚石材质，刀头包括加工刃、前后刀面和基体三部分，加工刃包括三段圆弧刃，其中包括一段主切削刃、两段副切削刃，两副切削刃与主切削刃两端相切，主切削刃对应圆心角为A1＝120°，主切削刃圆弧半径为R1＝600S＝0.6mm，两副切削刃圆弧半径R2＝2R1＝1.2mm，两副切削刃对应圆心角A2＝0.5A1＝60°，刀头总长L2＝2R＝1.2mm，刀头总高H1＝R＝0.6mm，基体上平面高度H2＝0.75R＝0.45mm，切削刃前角A3＝20°，切削刃后角为A4＝15°，整个刀头成对称分布。

通过对刀，使薄壁部分2-1外表面与圆弧切削刃1-1相切于圆弧中点，在切削薄壁部分的起始和终止阶段可以通过直线切削刃1-2实现对圆锥过渡部分2-2的加工。

该刀头可以在小直径薄壁管件车削加工过程中，同时实现对薄壁部分2-1和2-2圆锥过渡部分的加工，从而避免分步加工引入的加工误差；圆弧的副切削刃1-2在切削过渡锥面时不会带来振动，不会与薄壁部分的切削发生干涉，从而保证了薄壁结构的加工质量；较大的切削刃前后角A3、A4，减小了刃口钝圆半径，使车刀更加锋利，实现了更小的每刀切削厚度，提高了加工精度；较大的刀尖圆弧半径R1可以减少加工表面的加工纹理，提高表面质量。

实施例2：

对内径D＝1mm，薄壁部分2-1长L＝3mm，壁厚T＝0.08mm、圆锥过渡部分2-2锥度C＝2的薄壁管件2，进行切削深度S＝0.0005mm的超精密车加工。

刀头为单晶金刚石材质，刀头包括加工刃、前后刀面和基体三部分，加工刃包括三段圆弧刃，其中包括一段主切削刃、两段副切削刃，两副切削刃与主切削刃两端相切，主切削刃对应圆心角A1＝90°，主切削刃圆弧半径为R1＝800S＝0.4mm，两副切削刃圆弧半径R2＝2R1＝0.8mm，两副切削刃对应圆心角A2＝0.5A1＝45°，刀头总长L2＝2R1＝0.8mm，刀头总高H1＝R1＝0.4mm，基体上平面高度H2＝0.75R1＝0.3mm，切削刃前角A2＝25°，后角为A3＝20°，整个刀头成对称分布。

通过对刀，使2-1薄壁部分外表面与1-1主切削刃相切于圆弧中点，可以通过1-2副切削刃实现对2-2过渡圆锥的加工。

该刀头可以在小直径薄壁管件车削加工过程中，同时实现对2-1薄壁部分和2-2圆锥过渡部分的加工，从而避免分步加工引入的加工误差；圆弧的副切削刃1-2在切削过渡锥面时不会带来振动，不会与薄壁部分的切削发生干涉，从而保证了薄壁结构的加工质量；较大的切削刃前角A3、切削刃后角A4，减小了刃口钝圆半径，使车刀更加锋利，实现了更小的每刀切削厚度，提高了加工精度；较大的刀尖圆弧半径R1可以减少加工表面的加工纹理，提高表面质量。

实施例3：

对内径D＝4mm，薄壁部分2-1长L＝8mm，壁厚T＝0.2mm、圆锥过渡部分2-2锥度C＝2的薄壁管件2，进行切削深度S＝0.002mm的超精密车加工。

刀头为单晶金刚石材质，刀头包括加工刃、前后刀面和基体三部分，加工刃包括三段圆弧刃，其中包括一段主切削刃、两段副切削刃，两副切削刃与主切削刃两端相切，主切削对应圆心角为A1＝90°，主切削刃圆弧半径为R1＝400S＝0.8mm，两副切削刃圆弧半径的R2＝2R1＝1.6mm，两副切削刃对应圆心角A2＝0.5A1＝45°，通过对刀，刀头总高H1＝R1＝0.8mm，基体上平面高度H2＝0.75R1＝0.6mm，切削刃前角A2＝20°，后角为A3＝15°，使2-1薄壁部分外表面与1-1主切削刃相切于圆弧中点，可以通过1-2副切削刃实现对2-2过渡圆锥的加工。

该刀头可以在小直径薄壁管件车削加工过程中，同时实现对2-1薄壁部分和2-2圆锥过渡部分的加工，从而避免分步加工引入的加工误差；圆弧的副切削刃1-2在切削过渡锥面时不会带来振动，不会与薄壁部分的切削发生干涉，从而保证了薄壁结构的加工质量；较大的切削刃前角A3、切削刃后角A4，减小了刃口钝圆半径，使车刀更加锋利，实现了更小的每刀切削厚度，提高了加工精度；较大的刀尖圆弧半径R1可以减少加工表面的加工纹理，提高表面质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。