数控铣刀的若干改进设计

侯　谊,平豫黔,侯　燕,莫贵疆,谢福兵（.贵州劲锋精密工具有限公司,贵州安顺5600；.贵州睿智通工程项目咨询有限公司,贵阳550005）

数控铣刀的若干改进设计

侯谊1,平豫黔1,侯燕1,莫贵疆2,谢福兵2
（1.贵州劲锋精密工具有限公司,贵州安顺561100；2.贵州睿智通工程项目咨询有限公司,贵阳550005）

简要介绍了数控铣刀的若干改进设计，包括排屑槽弧形槽面设计、双重芯径结构设计和刀具夹紧装置结构设计，上述改进设计减少了废削堆积、切削发热和切削振动等问题，延长了铣刀使用寿命，提高了被加工材料的表面性状，具有良好的推广和应用价值。

数控铣刀；弧形槽面；双重芯径；夹紧装置

0　引言

随着科学技术进步，钛合金、高温合金及复合材料等新材料在航空航天、高端装备、远洋船舶、核能核电等行业中得以大量应用，但从切屑加工角度来看，这些性能优异的新材料往往在强化其使用性能的同时又恶化其切削加工性，大量难加工材料的出现必然对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体材料、表面涂层及刀具结构三个方面的综合作用而得到，其中，良好的刀具结构是刀具切削性能得到充分发挥的基础。国际生产工程学会(CIRP)的研究报告指出，由于刀具结构和几何参数的改进，刀具寿命每隔十年几乎提高两倍。可见，对刀具结构进行优化设计，是提升刀具切削性能的有效途径，并在降低制造成本显示出越来越大的优越性，已成为现代数控刀具技术的基础和关键。

贵州劲锋精密工具有限公司一直从事数控刀具新工艺新技术的研究，近几年来取得了一定成果，本文介绍了数控铣刀的若干改进设计，不足之处还请读者批评指正。

1　排屑槽弧形槽面设计

现有的刀具主要是由刃口和排屑槽组成，其中刃口负责切削，排屑槽用于将切削后的废屑导向排出。刀具的加工速度很大程度上取决于排屑的速度，但现有设计理念，排屑槽的截面中含有凸点，即一条排屑槽内含有棱线（见图1），该棱线在排屑的过程中阻碍了废屑顺畅排出，形成废屑堆积，由于废屑在该棱线处受阻力，加大了零件、废屑和刀具之间的摩擦系数，使数控铣刀在使用过程中产生大量的热量，刀具发烫甚至发红，在这种高热的情况下，导致刀具的刃口切削时损耗非常大。

为克服上述难题，贵州劲锋精密工具有限公司对数控铣刀排屑槽槽形进行了设计改进，如图2所示，排屑槽2两侧槽壁设计为光滑的弧形曲面，即排屑槽的槽口线上的任一点与槽底之间形成光滑的弧形曲线，排屑槽2的槽底也设计为弧形曲面，即铣刀垂直于排屑槽2方向进行剖面后，排屑槽2的剖面外形是一条光滑的曲线，该曲线的曲率从排屑槽2线处开始向后延伸，曲率半径逐渐减小，到排屑槽2高度的1/3-1/2时，曲率半径达到最小，曲率半径逐步增大，也就是排屑槽2的槽口横截面的面积逐步缩小，同时将数控铣刀刃口后部也设计为弧线形状，通过对数控铣刀排屑槽槽形的改变，便于利用刀具排屑槽2的导向作用将废屑排出，实现了排屑槽的顺畅排屑，减少了因槽体内棱线的存在而导致的废屑堆积问题，减少了数控铣刀与零件之间因棱线存在而加大的摩擦阻力，从而大大减少了数控铣刀使用过程中产生的热量，使数控铣刀的使用寿命延长了50%以上，并且提高了工作效率，节约了机械加工中的生产成本。

2　双重芯径结构设计

随着科技的发展，钛合金、高温合金等材料在航空航天中大量应用，由于钛合金与高温合金等材料本身的抗拉强度高，切削过程中切削温度高，在加工这些材料时经常会遇到断屑困难、排屑难、粘刀、刀具磨损过快等现象；此外，传统的等齿距立铣刀铣削零件时，各刀齿进给量相同，因而其铣削力波形完全相同，使得切削过程产生的激振能量高度集中于少数频率上，易激发铣削系统产生谐振，导致工件加工表面质量较差，刀具耐用度降低等问题。为克服上述难题，贵州劲锋精密工具有限公司设计了一种双重芯径立铣刀，如图3所示，包括切屑刃和螺旋槽，立铣刀的切屑刃上设有前角和后角，切屑刃前端芯径小于后端芯径，切屑刃的前角为双前角，立铣刀的螺旋槽螺距不等。通过上述改进，双重芯径结构的设计增强了刀具的刚性和排屑性能，并在粗加工中进一步的提高刀具的切削性能；双前角的设计有利于切削过程中断屑并尽可能的避免粘刀；螺旋槽螺距不等的排屑空间抑制了铣削过程中激振能量向特定频率集中，减少了切屑振动，有利于加工的稳定性，同时延长了使用寿命。

3　刀具夹紧装置结构设计

在机械零部件加工过程中，经常出现铣床配置的刀具夹头在使用过程中，刀具夹紧力不足，发生刀具脱落现象，同时刀具不能夹紧会影响零件加工精度，严重时还会损伤工件或机床。为克服上述难题，贵州劲锋精密工具有限公司设计了一种刀具夹紧装置结构，如图4所示，该装置由圆台和圆柱体组成，圆台大端与圆柱体同轴连接为一体，圆柱体内设置有用于安装机床主轴的孔槽，圆台内设置有用于安装刀柄的安装孔，安装孔的底部孔壁上设置有内螺纹，刀柄头设置有与安装孔内螺纹相适配的外螺纹，安装孔与孔槽之间设置有用于连接刀柄头与机床主轴的拉钉，使用时，通过旋转刀具，刀柄旋入圆台安装孔的内螺纹实现安装固定。由于本设计采用了刀柄与圆台内的孔螺纹连接，刀具加工工件时，刀具不会被拉出或松动，从而保证了加工的稳定性，降低了废品率，节约了加工成本，同时拉钉的应用更加确保刀具不被拉出，使切削加工更为稳定可靠。

4　结论

从实践应用来看，通过采用排屑槽弧形槽面设计、双重芯径结构设计和刀具夹紧装置结构设计，使贵州劲锋精密工具有限公司开发的数控铣刀在使用性能和使用寿命上均有很大提高，现已在航空航天、军工、汽车、工程机械、船舶等行业中得到应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

[1]胡祖光,周洪全,陈明.整体硬质合金旋转刀具发展现状和趋势[J]．装备机械,2003(03):7-11．

研究课题：2014年度贵州省经济和信息化委员会企业技术创新项目《年产150万件精密刀具生产线建设项目》（合同编号：201427）

侯谊（1965—），男，四川眉山人，工程师，大学。

2013年度贵州省科技厅安顺市人民政府科技型中小企业技术创新基金合作计划项目《刀具技术及加工设备》（合同编号：黔安科创合[2013]9号）