一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆的制作方法

1.本实用新型涉及一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，主要用于切削加工异形曲面上的倒角、凹槽、台阶面等。


背景技术：

2.目前异形曲面上的倒角、凹槽、等距曲面(台阶面)，一般是数控加工完异形曲面后，然后再加工，为解决数控机床相对较少的瓶颈和降低生产成本，对于批量较大一般可采用靠模铣削法加工，对于单件小批量生产则在数控上直接加工。其主要缺点是：对于数控上直接加工，占用重点数控机床，成本较高，操作人员还要掌握数控技能；对于采用靠模加工，因其工作曲面易磨损，刀具颈部的圆柱滚动工作面长期在靠模上高速旋转滑动，靠模工作曲面磨损快加工精度难以保证，刀具的圆柱滚动工作面和靠模的工作曲面为提高使用寿命要硬化处理，因磨损最终使得刀具和靠模失效而不能使用；为保证刀具颈部的圆柱滚动面的硬度，一般采用整体合金钢制造；靠模和刀具生产周期较长成本较高，刀具磨损消耗大，劳动强度高。
3.靠模铣削法就是做一个与工件形状相同或相似的靠模，依靠它使立铣刀始终沿着它的外形轮廓线作进给运动，从而获得准确的曲线外形。靠模铣削在立式铣床上可采用手动进给，也可采用机动进给。手动进给靠模铣削，是将工件和靠模一起装在夹具体上，用手动进给使刀具颈部外圆与靠模曲线型面紧密接触进行铣削的一种方法，因为铣刀颈部和靠模直接接触，所以靠模的型面和铣刀颈部必须具有较高的硬度和耐磨性，以提高其耐磨性和工件曲面的准确性，这种立铣刀颈部要硬化的立铣刀称之靠模立铣刀。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种使用寿命长、成本低、使用灵活方便、生产率较高、通用性强的用于加工异形曲面上倒角和凹槽及等距曲面，以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆。
5.本实用新型的技术方案是：所述仿形铣刀杆包括与机床主轴联接的主动端和大小头变径的伸出端组合为一体的刀杆、铣刀、圆滚轮组成，在外力作用下，所述圆滚轮的外圆柱面与待加工件已有曲面形成紧密接触，这样所述仿形铣刀杆绕待加工件已有曲面，并以所述圆滚轮的外圆柱面半径为等距线作自转和进给运动，从而所述铣刀对待加工件进行切削。
6.采用该技术方案，因所述刀杆除承受切削力外，还要承受圆滚轮的外圆柱面与待加工件已有曲面形成紧密接触的力，所以所述刀杆的伸出端优选为变径杆，以提高其刚性和抗弯性；所述圆滚轮的外圆柱面半径必须小于待加工件已有曲面的凹部最小曲率半径，不然待加工件曲面的凹部会有部分切削量未切或少切的现象，所述圆滚轮的外圆柱面半径不能过大，所述铣刀切削部分沿径向伸出太长，增加铣刀跳动量和影响抗弯强度。
7.采用该技术方案，待加工件已有曲面就是靠模，所述圆滚轮就是铣刀颈部，而所述
圆滚轮磨损后是可更换的，与一般靠模法相比，靠模立铣刀的颈部外圆磨损后，而刃部是好的，为保证工件形状精度，靠模立铣刀的颈部和刃部都需要一起磨削，缩短了靠模立铣刀的使用寿命，明显就不需要靠模和夹具体及靠模立铣刀，只需要铣刀的刃部和它的支撑体(刀杆)，由于没有靠模，待加工件就不需要设有与靠模联接的销孔，当待加工件较长(超出工作台长度)时，由于靠模就是待加工件已有曲面，不受靠模长度限制，可以采用分段移动，分段加工的方式，达到小机床加工大长工件，而靠模是板状的工具，太大太长加工和库管过程易变形，制造不易；节省了专用工、夹、刃具，降低了制造成本；由于不需要这些对应的专用装备，使用灵活、调整方便，节省了辅助时间，工效高，适合于单件和批量生产，并能快速响应。
8.采用该技术方案，由于和一般靠模加工法是一样的，不需要对操作人员进行培训，所以操作简单、易于掌握，无需其它特殊的工艺装备和技能要求。
9.采用该技术方案，由于以待加工件已有曲面为靠模，这样可在工艺上进一步延伸该仿形铣刀杆的应用范围，即在工艺上预加工工艺性曲面为靠模，如可以利用后断工序需去除的余量部分，利用数控机床来加工曲面，以此作为待加工件的预加工(工艺)曲面的靠模，从而大量需加工的最终曲面则由普通铣床来完成，从而减轻数控机床的加工负荷；还可以配合z轴进给，就可获得待加工件曲面的等距曲面(台阶面)和扩宽凹槽，这样发挥了机床的功能，又扩大了仿形铣刀杆的使用范围，平衡了机床生产节奏又降低了制造成本。
10.本实用新型进一步的技术方案是：所述圆滚轮为径向接触轴承或内外同心的圆盘。
11.采用该技术方案，所述径向接触轴承是硬化处理的标准件，获得方便，且是内外圈之间能够滚动，摩擦阻力小，对已成形(成品)的工件曲面几乎无磨损，耐用度高，这样可用较高的切削用量，以提高切削效率，必要时轴承外圈可以镶硬化的套；而所述内外同心的圆盘外圆需硬化处理的自制件，优点是其外圆尺寸可根据刀具来配作，如多齿圆盘铣刀；为避免切屑掉进圆滚轮与待加工件已有曲面之间的不利影响，优选所述圆滚轮置于刀具上方。
12.本实用新型更进一步的技术方案是：所述径向接触轴承为深沟球轴承。
13.采用该技术方案，所述深沟球轴承，优选为带防尘盖的深沟球轴承或带密封圈的深沟球轴承，避免切屑掉进轴承内而使其失效；深沟球轴承属于标准件取材方便耐磨损少维护，而且价格便宜，采用滚动轴承可减少对工件已加工曲面的磨损，又能提高使用寿命。
14.本实用新型进一步的技术方案是：所述铣刀为多齿圆盘铣刀或条形单齿刀。
15.采用该技术方案，所述多齿圆盘铣刀可以多次重磨，刀具耐用度高，加工面粗糙度小，质量稳定，但生产周期较长价格较贵，可利用标准外购件或旧(残)件改制，该刀具外径尺寸是一定的且很多次重磨后尺寸还会变小；所述条形单齿刀取材方便价廉，可外购gb4211-84高速钢车刀条改制，也可利用条形刀残体或尾料等来使用，所述条形单齿刀重磨后可调整刀具在刀杆上的径向伸长量(如传统技能“敲”刀子，即刀子预拧紧后，敲击刀子使其移动后，再次拧紧后使用)，确保了加工件几何尺寸和刀具利用率高以减少刀具消耗。
16.本实用新型更进一步的技术方案是：所述多齿圆盘铣刀的齿刃上设有分屑槽，并且相邻齿刃分屑槽的位置相互错开和分屑槽的数量不同。
17.采用该技术方案，因所述仿形铣刀杆直径相对较小，受切削力的影响，在切削力较大时，可引起颤振甚至折断，为改善切削条件，稳定刀具载荷，把宽的切屑分割成窄的切屑，使切屑变形减少，减少了切削力和颤振，又便于排屑和散热及冷却，可用较高的切削量加
工，提高了切削效率和刀具耐用度及表面质量；采用相邻齿刃分屑槽的位置相互错开，便于布置分屑槽和减少每个齿刃上的槽数，这样保证凹凸切削齿有一定的强度，刃磨方便，又能保证凹槽或倒角等加工面的连续性，同时把较宽的切屑分割成更窄的切屑，进一步改善了切削条件；由于齿刃分屑槽数量不同，哪它们的齿刃上的切削力和振动不一样，避免产生共振，更进一步改善了切削条件，有利于用大切削量加工和提高加工表面质量。
18.本实用新型更进一步的技术方案是：所述铣刀为所述多齿圆盘铣刀时，所述仿形铣刀杆还包括在所述刀杆上设有与所述多齿圆盘铣刀相配的键、隔圈、垫圈及压紧螺母；
19.当所述铣刀为所述条形单齿刀时，所述仿形铣刀杆还包括在所述刀杆沿刀杆旋转中心线上径向设有安装所述条形单齿刀，并与其截面相适应方形通孔，所述方形通孔的一端设有安装调整止动螺钉的内螺纹，与所述方形通孔垂直并在刀杆旋转中心线上径向设有刀具压紧用的紧定螺钉的贯穿内螺纹通孔，所述调整止动螺钉及头部端面向心铭刻有等分指示直线和数字、刀具压紧用的所述紧定螺钉组成，见如图1、2所示，并且在所述方形通孔一端的所述内螺纹入口处沿刀杆中心线轴向铭刻一条基准指示直线，并与所述调整止动螺钉及头部端面向心铭刻有所述等分指示直线和所述数字组成一个调整刀具径向伸长量的标记、读数、止动装置。
20.采用该技术方案中的所述调整止动螺钉(包括铭刻等分指示直线和数字等)，以方便精调刀具在刀杆上的径向伸长量，同时可用较大的切削量加工；当刀杆直径较小时，不便设置所述调整止动螺钉时，可采用“敲刀子”传统技能来精调刀具在刀杆上的径向伸长量，所谓“敲刀子”工艺，即刀子预拧紧后，敲击刀子使其在所述方形通孔中移动后，再次拧紧后使用。
21.本实用新型再更进一步的技术方案是：所述调整止动螺钉为细牙螺纹的内六角圆柱端紧定螺钉，所述紧定螺钉为细牙螺纹的方头圆柱端紧定螺钉。
22.采用该技术方案，因细牙螺纹自锁性好，而且调整止动螺钉调整刀具径向伸长量精度较高；紧定螺钉和调整止动螺钉露出的头部不能超过铣刀的本体部分，以免发生干涉。
23.本实用新型的有益效果是：解决数控机床加工瓶颈，由于不受靠模长度限制，能够用分段移动，分段加工的方式来加工大长工件，均衡机床生产作业，降低了成本；使用灵活方便，结构简单，工效高，通用性强，使用寿命长，并且可以机动和手动操作，扩大了铣床的功能。由于和一般靠模铣削法是一样的，所以操作简单、易于掌握，无需其它特殊的工艺装备和技能，同时，节省专用工具靠模和夹具体及靠模立铣刀。
附图说明
24.图1为本实用新型加工待加工件已有曲面上倒角和凹槽示意图
25.图2为图1所示方形通孔装调整止动螺钉处的k向示意图
具体实施方式
26.实施方式
27.如图1所示的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，所述仿形铣刀杆1包括与铣床主轴联接的主动端和大小头变径的伸出端组合为一体的刀杆11、铣刀12、圆滚轮13组成，在外力作用下，所述圆滚轮13的外圆柱面131与待加工件已有曲面形成紧密接触，
这样所述仿形铣刀杆1绕待加工件已有曲面，并以所述圆滚轮13的的外圆柱面131半径为等距线作自转和进给运动，从而所述铣刀12对待加工件进行切削。外力驱动工作台或主轴移动，使所述仿形铣刀杆1上所述圆滚轮13的外圆柱面131紧贴在待加工件的已有异形曲面上作旋转滚动，并始终对待加工件已有曲面一个合适的压力，带着所述铣刀12沿着待加工件异形曲面的等距线做“随动”的仿形运动，从而铣刀12绕待加工件的已有异形曲面的轨迹作“行星”运动进行切削。
28.进一步的技术方案是：所述圆滚轮13为径向接触轴承或内外同心的圆盘。
29.更进一步的技术方案是：所述径向接触轴承为深沟球轴承。
30.进一步的技术方案是：所述铣刀12为多齿圆盘铣刀12a或条形单齿刀12b。
31.更进一步的技术方案是：所述多齿圆盘铣刀12a的齿刃上设有分屑槽，并且相邻齿刃的分屑槽的位置相互错开和分屑槽的数量不同。
32.更进一步的技术方案是：所述铣刀12为所述多齿圆盘铣刀12a时，所述仿形铣刀杆1还包括在所述刀杆11上设有与所述多齿圆盘铣刀相配的键14、隔圈15、垫圈16及压紧螺母17；
33.当所述铣刀12为所述条形单齿刀12b时，所述仿形铣刀杆1还包括在所述刀杆11中部沿刀杆旋转中心线上径向设有安装所述条形单齿刀12b，并与其截面相适应方形通孔18，所述方形通孔的一端设有安装调整止动螺钉19的内螺纹112，与所述方形通孔18垂直并在刀杆11旋转中心线上径向设有刀具压紧用的紧定螺钉20的贯穿内螺纹通孔113，所述调整止动螺钉19及头部端面向心铭刻有12等分指示直线191和阿拉伯数字192、刀具压紧用的所述紧定螺钉20组成，见如图1、2所示，每刻度调整刀具移动量为调整止动螺钉19的螺距t除以12，以方便精调刀具径向伸长量并止动刀具，并且在所述方形通孔18一端的所述内螺纹112入口处沿刀杆中心线轴向铭刻一条基准指示直线111，并与所述调整止动螺钉19及头部端面向心铭刻有12所述等分指示直线191和所述阿拉伯数字192组成一个调整刀具径向伸长量的标记、读数、止动装置。
34.说明一下，机床主轴是能够正反转，铣刀安装基面换一面，其前角的前刀面朝向就变了，对于所述条形单齿刀来说，所述紧定螺钉的施力方向朝向刀具前角的前刀面，所以在刀杆旋转中心线上设有刀具压紧用的紧定螺钉的内螺纹，是贯穿整个刀杆的内螺纹通孔，以适应紧定螺钉的施力方向。另外，本实施例中所述调整止动螺钉19头部端面向心铭刻有12等分指示直线，是为了图示目视清晰。
35.再更进一步的技术方案是：所述调整止动螺钉19为细牙螺纹的内六角圆柱端紧定螺钉，所述紧定螺钉20为细牙螺纹的方头圆柱端紧定螺钉。
36.具体实施步骤如下：如图1所示，根据待加工件已有曲面的凹部最小曲率半径和待加工的倒角或凹槽等，选择铣刀和圆滚轮13，先将条形单齿刀12b根据圆滚轮13(优选为轴承)的外圆柱面外径131和切削深度调整到一个恰当的在刀杆11上的径向伸长量，或者多齿圆盘铣刀12a的外径根据圆滚轮和切削深度来配，选择调整隔套15长度，使两个铣刀间距满足图纸要求，拧紧螺钉和螺母使刀子固定，然后将该仿形铣刀杆1固定在立式铣床(如x52k型)铣头主轴的内锥刀孔内，将待加工件定位后置于铣床工作台上，再将其夹紧固定，并移动工作台使条形单齿刀的刃部与工件倒角部处于一个恰当位置，根据待加工件已有曲面形状(走向)和工艺要求，再操控纵向(x轴)和横向(y轴)进给使立式铣床工作台水平移动，使
仿形铣刀杆1上圆滚轮13的外圈紧贴在待加工件的异形曲面旋转滚动，并以一个合适的压力带着刀具沿着待加工件异形曲面做“随动”仿形运动，从而刀具沿异形曲面作仿形运动进行试切。根据试切情况，适当转动升降手柄(z轴)垂直移动工作台或调整止动螺钉19精调进刀量和两个铣刀间距，或者两者同时调整进刀，以保证加工几何尺寸。当工件较长时，可以采取分段移动工件分段加工的方式。
37.操控机床进给有以下四种方式：
38.1、双手同时转动纵向(x轴)和横向(y轴)手柄水平移动工作台，劳动强度大。
39.2、一个手动操作手柄，一个机动进给走刀，使工作台水平移动，劳动强度较大。
40.3、将立式铣床中纵向(x轴)或横向(y轴)的进给丝杠拆除并抽出，在该抽出进给丝杠工作台移动方向，用绳一端固联工作台，另一端穿绕过定滑轮并与预紧机构(如重物)固联，由预紧机构施恒定的力并带动工作台移动，另一方向可用机动进给或手动操作手柄进给，以减轻劳动强度并保证产品质量。
41.4、如条形单齿刀加工部位是待加工件已有曲面的等距曲面，见如图1所示，在纵向(x轴)和横向(y轴)水平移动工作台时，配合升降(z轴)机动向上进给，就可获得等距曲面，同理，多齿圆盘铣刀能够扩宽凹槽，即以窄刀加工宽槽，以减轻刀具切削负荷，减少刀杆振动。充分发挥了普通立式铣床的主轴结构有镗床主轴结构的一些特征，即还能承受轴向力，拓展了铣床“镗床”的功能，又扩大了仿形铣刀杆的使用范围。
42.另外，可用于仿形(靠模)立铣床，仿形立铣床与普通立铣床的主要区别是进给由液压施力来驱动，也要用靠模，但靠模曲面与工件曲面形状相似，用该仿形铣刀杆后也不需要靠模工具了。
43.本实施例以多齿圆盘铣刀和条形单齿刀同时组合加工为例进行说明，并不代表多齿圆盘铣刀和条形单齿刀不能各自独立加工，或其他组合形式同时加工，还有立铣刀或t形槽铣刀等的颈部外圆配深沟球轴承(或镶衬套，即内外同心的圆盘)，此时立铣刀或t形槽铣刀既是本实用新型的刀杆又是铣刀，作为本实用新型的特例。又如传统技能“敲刀子”工艺，可不设置调整止动螺钉等，也是本实用新型的特例。
44.上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

技术特征：
1.一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述仿形铣刀杆(1)包括与铣床主轴联接的主动端和大小头变径的伸出端组合的刀杆(11)、铣刀(12)、圆滚轮(13)组成，在外力作用下，所述圆滚轮(13)的外圆柱面(131)与待加工件已有曲面形成紧密接触，这样所述仿形铣刀杆(1)绕待加工件已有曲面，并以所述圆滚轮(13)的外圆柱面(131)半径为等距线作自转和进给运动，从而所述铣刀(12)对待加工件进行切削。2.根据权利要求1所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述圆滚轮(13)为径向接触轴承或内外同心的圆盘。3.根据权利要求2所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述径向接触轴承为深沟球轴承。4.根据权利要求1所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述铣刀(12)为多齿圆盘铣刀(12a)或条形单齿刀(12b)。5.根据权利要求4所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述多齿圆盘铣刀(12a)的齿刃上设有分屑槽，并且相邻齿刃分屑槽的位置相互错开和分屑槽的数量不同。6.根据权利要求4所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述铣刀(12)为所述多齿圆盘铣刀(12a)时，所述仿形铣刀杆(1)还包括在所述刀杆(11)上设有与所述多齿圆盘铣刀(12a)相配的键(14)、隔圈(15)、垫圈(16)及压紧螺母(17)；当所述铣刀(12)为条形单齿刀(12b)时，所述仿形铣刀杆(1)还包括在所述刀杆(11)沿刀杆旋转中心线上径向设有安装所述条形单齿刀(12b)，并与其截面相适应方形通孔(18)，所述方形通孔的一端设有安装调整止动螺钉(19)的内螺纹(112)，与所述方形通孔(18)垂直并在刀杆(11)旋转中心线上径向设有刀具压紧用的紧定螺钉(20)的贯穿内螺纹通孔(113)，所述调整止动螺钉(19)及头部端面向心铭刻有等分指示直线(191)和数字(192)、刀具压紧用的所述紧定螺钉(20)组成，并且在所述方形通孔(18)一端的所述内螺纹(112)入口处沿刀杆中心线轴向铭刻一条基准指示直线(111)，并与所述调整止动螺钉(19)及头部端面向心铭刻有所述等分指示直线(191)和所述数字(192)组成一个调整刀具径向伸长量的标记、读数、止动装置。7.根据权利要求6所述的一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，其特征在于所述调整止动螺钉(19)为细牙螺纹的内六角圆柱端紧定螺钉，所述紧定螺钉(20)为细牙螺纹的方头圆柱端紧定螺钉。

技术总结
本实用新型涉及一种以待加工件已有曲面为靠模的仿形铣刀杆，所述仿形铣刀杆包括与铣床主轴联接的主动端和大小头变径的伸出端组合为一体的刀杆、铣刀、圆滚轮组成，在外力作用下，所述圆滚轮的外圆柱面与待加工件已有曲面形成紧密接触，这样所述仿形铣刀杆绕待加工件已有曲面，并以圆滚轮的外圆柱面半径为等距线作自转和进给运动，从而铣刀对待加工件进行切削。也就是说所述仿形铣刀杆上圆滚轮的外圆柱面紧贴在待加工件的已有异形曲面上作旋转滚动，并始终对待加工件已有曲面一个合适的压力，带着所述铣刀沿着待加工件异形曲面的等距线做“随动”的仿形运动，从而铣刀绕待加工件的已有异形曲面的轨迹作“行星”运动进行切削。运动进行切削。运动进行切削。


技术研发人员：周湘衡 谢琴
受保护的技术使用者：中钢集团衡阳机械有限公司
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/7/12