一种高精度双端切削组合铰刀的制作方法

1.本发明涉及一种高精度双端切削组合铰刀。


背景技术：

2.铰刀是具有一个或多个刀齿，用以切除已加工孔表面薄层金属的旋转刀具，铰刀具有直刃或螺旋刃的旋转精加工刀具，用于扩孔或修孔。铰刀因切削量少其加工精度要求通常高于钻头，可以手动操作或安装在钻床上工作。铰刀用于铰削工件上已钻削(或扩孔)加工后的孔，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小。铰刀结构大部分由工作部分及柄部组成。工作部分主要起切削和校准功能，校准处直径有倒锥度。而柄部则用于被夹具夹持，有直柄和锥柄之分。
3.铰刀作为精加工刀具，其加工通常为孔加工的最后工序，要求经过铰孔后的孔的表面粗糙度、圆柱度均达到很高的精度。
4.传统的铰刀大致分为以下几种：
5.1.传统一体式铰刀，这种铰刀刀头与刀杆为一体结构，由于铰刀对材质要求较高，材料成本较高，由于刀刃使用时会磨损，一体式铰刀达到使用寿命后则整体报废，无法重复使用，导致大量材料浪费，材料利用率极低，而铰刀的磨损较快，频繁报废导致购买铰刀的费用较高。
6.2.刃条焊接式铰刀，这种铰刀在刀杆上焊接具有刀刃的刃条，当刃条磨损后可拆焊后重新焊接新的刃条，这种铰刀虽然比较节省材料，但是由于焊接时加热导致铰刀应力集中，在后续加工过程中，因高速切削产生高温，焊接镀层变薄以及应力变形等，无法保证所加工孔径的精度，稳定性差，无法满足高精度加工的要求。
7.3.刃条螺钉连接式铰刀，这种铰刀在刀杆上设螺纹孔，通过螺钉将具有刀刃的刃条连接在刀杆上，当刃条磨损后可通过拆装螺钉来更换新的刃条，这种铰刀在使用时，由于是高速旋转，高达4000转/分钟，且刃条持续切削受力，螺钉会出现松动，从而导致刃条轻微晃动，影响孔的加工精度，因此只能用于低精度的孔加工，例如对于孔径上下差不超过6μm，圆柱度不超过5μm，且粗糙度要求较高的孔加工，此类铰刀无法使用；另一方面，由于铰刀的多个刃条是独立与刀杆连接的，很难保证各个刃条的切削刃精准的处于同一圆周上，需要采用高精度仪器、花费大量时间精力进行调刀，调整不合适将影响加工精度。
8.4.刀片螺钉连接式，如申请公布号为cn108555393a的发明专利所公开的铰刀，这种铰刀刀片通过螺钉与刀杆的一端连接，螺钉以平行刀杆轴线的方向设置，刀片需要周向分布的多个螺钉与刀杆的端面连接，这种结构依然存在刀片在高速切削时易导致螺钉松动的问题，导致刀片刃部偏斜，影响加工精度；而且，由于刀片与刀杆连接时，为了保证刀片的轴线与刀杆的轴线完全重合，需要反复调整周向分布的各个螺钉的松紧程度，调整过程十分繁琐费力，稍有不慎也严重影响加工精度，稳定性亟待提高，因此，这种铰刀依然无法实现对高精度孔的加工。
9.因此，为了解决现有铰刀材料利用率低而使成本较高、现有加工孔的精度不稳定
而达不到高精度要求以及拆换不便的问题，亟需一种材料利用率高、加工精度高、可方便拆卸更换的铰刀。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种材料利用率高、加工精度高、可方便拆卸更换的高精度双端切削组合铰刀。
11.本发明的技术方案如下：
12.一种高精度双端切削组合铰刀包括：
13.刀头，用于切削，外表面分布有多个刀刃，各刀刃的两端均具有用于切削的切削部，刀头同轴设置有两段内锥孔，两段内锥孔相互连通且对称设置，两段内锥孔的外端大、内端小；
14.刀杆；
15.连接杆，包括中间段以及分别设置在中间段两端的刀头连接段和刀杆连接段，刀头连接段外表面为外锥面，刀头连接段通过其外锥面可选择性的与刀头的其中一段内锥孔插接配合，当刀头一端的切削部磨损后可翻转后使用另一端的切削部；
16.刀杆连接段与刀杆中的相互配合的一端中，一个为具有安装腔的套筒结构、另一个为与之适配插接的柱形结构，套筒结构上设置有两个关于轴线对称设置或者至少三个周向均布的螺纹穿孔，螺纹穿孔上旋装有紧定螺钉，螺纹穿孔与安装腔连通以供紧定螺钉的端部进入安装腔，各紧定螺钉与柱形结构的外表面抵顶配合以实现刀杆与连接杆的连接，通过调节各紧定螺钉以实现对刀头与刀杆同轴度的微调。
17.本方案的有益效果如下：
18.1.铰刀采用分体结构，使得作为易耗件的刀头可以方便的更换，从而提高了铰刀的经济性；
19.2.由于刀头两端具有切削部、内孔为两段对称设置的内锥孔，刀头的一端的切削部长时间使用而磨损后，可以翻转后通过另一侧装在连接杆上，使得另一端的切削部可以继续使用，然而，若仅仅只是翻转的结构特征，势必导致铰刀的配合精度发生一些细微改变，而铰刀属于高精加工刀具，翻转后其误差会严重影响最终的加工精度，而连接杆、刀杆以及相互配合的插接结构与紧定螺钉的结构设计，使得翻转后的刀头与刀杆之间的同轴度可以调节，从而补偿误差，实现高精加工的目的，实际上，本方案的刀头作为高精加工刀具，其两端在使用时，均能通过调整而实现高精度加工的目的；
20.3.相对于传统铰刀，原本作为刀头一部分的连接杆也可以重复使用，进一步减少耗材的用量；
21.4.通过多个紧定螺钉实现刀杆与连接杆的连接，由于紧定螺钉周向均布，配合调校仪器即可实现对刀杆与连接杆之间同轴度的调节，这是现有技术无法实现的，对于所铰的孔的同轴度影响甚大，可大大提高所加工孔的同轴度精度，降低同轴度误差，这是实现高精度加工的前提条件之一，而且这个调节结构的设置还可以补偿安装和加工各零部件以及机床等部件所造成的误差；
22.5.由于刀头与连接杆通过内锥孔和外锥面的配合，不仅可以精密定心，而且彼此贴合度很高，在高速旋转时确保跳动量很微小；
23.6.刀头与连接杆采用锥度配合，连接杆与刀杆采用精密定位的螺钉紧密连接，连接紧密稳定，使得铰刀的整体刚度较高，从而进一步提高了加工精度。
24.进一步地，所述外锥面和内锥孔中，其中一个上设置有止转销、另一个上设置有与止转销适配的止转槽，刀头与连接杆通过止转销和止转槽止转配合。
25.本方案的有益效果如下：通过止转销与止转槽的设置，使得止转配合稳定性更高，且可以承受更大的切削力，适应更高的转速。
26.进一步地，两段内锥孔中均一体设置有外凸的止转销，外锥面上对应设置有所述止转槽。
27.进一步地，所述套筒结构设置在刀杆上，刀杆连接段为柱形结构，刀杆连接段的外形尺寸与所述安装腔一致，刀杆连接段和安装腔通过止转结构止转配合。
28.本方案的有益效果如下：止转结构的设置使得紧定螺钉不用承受切削力，承载能力更强，且紧定螺钉不易松动或损坏。
29.进一步地，刀杆连接段的端部两侧对称设置有两个与轴线平行的外止转平面以构成扁尾结构，安装腔的后端具有与扁尾结构对应设置的止转孔，止转孔的孔壁上设有对称设置的内止转平面，内、外止转平面构成所述止转结构。
30.本方案的有益效果如下：该结构在实现两者之间止转配合以传递主要扭力的功能的同时，还具有配合方便的特点。
31.进一步地，安装腔为锥形孔，刀杆连接段为与之适配的锥形台。
32.本方案的有益效果如下：该结构使得连接杆与刀杆之间的贴合更加紧密，尽可能减少彼此之间配合的晃动量，而且在插装配合时具有导向作用。
33.在上述方案的基础上，进一步改进如下，刀杆连接段上与各个所述螺纹穿孔一一对应设置有螺钉定位面。
34.本方案的有益效果如下：螺钉定位面的设置使得紧定螺钉与连接杆对接时不易滑动或错位，更进一步提升定位精准性，方便对于刀杆与连接杆之间同轴度的调节。
35.在上述方案的基础上，进一步改进如下，螺钉定位面为平面。
36.本方案的有益效果如下：平面作为螺钉定位面，在与紧定螺钉配合时，当连接杆相对于刀杆移动时，确保各个紧定螺钉始终垂直抵顶在螺钉定位面上，使得紧定螺钉受力始终朝向自身轴线，不会出现弯矩。
37.在上述方案的基础上，进一步改进如下，刀头连接段端面上设有与连接杆同轴的螺纹孔，通过连接螺钉与螺纹孔的配合以将刀头相对于连接杆固定。
38.在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述刀头的两端分别与内锥孔同轴设置有螺钉沉孔。可方便隐藏连接螺钉。
39.在上述方案的基础上，进一步改进如下，套筒结构上的螺纹穿孔的数量为偶数且不小于四个，螺纹穿孔沿套筒结构的轴线方向分为并列的两排。
40.本方案的有益效果如下：上下两排不仅可以增加固定的牢固度，而且能实现对连接杆更多角度的调节。
41.在上述方案的基础上，进一步改进如下，螺纹穿孔有八个。
42.在上述方案的基础上，进一步改进如下，刀头的各个刀刃中，任意相邻两个刀刃之间的夹角各不相同。
43.本方案的有益效果如下：高速运转时，八齿结构因为各自夹角不同，运行也就不对称，使得向心力更好，利于切削。
44.在上述方案的基础上，进一步改进如下，刀头上有八个刀刃。
附图说明
45.图1为本发明的一种高精度双端切削组合铰刀的一种实施方式的组合结构剖视示意图(未示出紧定螺钉)；
46.图2为图1中刀头的主视图；
47.图3为刀头的侧视图；
48.图4为图3中a
‑
a处的剖视图；
49.图5为图3中b
‑
b处的剖视图；
50.图6为图1中连接杆的主视图；
51.图7为图6的俯视图；
52.图8为图6的左视图；
53.图9为图6中的a向视图；
54.图10为刀杆的套筒结构一端的主视图；
55.图中：1
‑
刀杆，11
‑
套筒结构，12
‑
螺纹穿孔，14
‑
安装腔，15
‑
内止转平面；2
‑
刀头，21
‑
刀刃，211
‑
第一切削部，212
‑
第二切削部，221
‑
第一内锥孔，222
‑
第二内锥孔，23
‑
止转销，241
‑
第一螺钉沉孔，242
‑
第二螺钉沉孔；3
‑
连接杆，31
‑
中间段，32
‑
刀头连接段，321
‑
外锥面，322
‑
止转槽，323
‑
螺纹孔，33
‑
刀杆连接段，331
‑
螺钉定位面，332
‑
外止转平面，4
‑
连接螺钉。
具体实施方式
56.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
57.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
59.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
60.本发明的的一种实施方式：本发明的组合铰刀可用于加工高精度的孔，转速可高
达3000
‑
4000转/分钟，其所能加工的孔的粗糙度，对于球铁可保证在ra0.3以内(市面上铰刀最小也在ra1.0以上)，对于钢件粗糙度可以达到ra0.007(市面上铰刀最小也在ra0.4左右)，且可加工孔径要求上下差不超过6μm，圆柱度不超过5μm的高精度孔。该组合铰刀既保证具有整体式刀头高精度特点，又具备分体式刀头经济实惠方便更换的特点，而且刀杆还能够调节整个铰刀与设备的刀柄之间的同轴度和铰刀自身刀头与刀杆的同轴度。而且刀头采用八个刃，刃越多，切削效率越高，而且由于八个刀刃彼此之间的夹角各不相同，为旋转领域中的极不对称结构，在高速旋转时，这种不对称性会使向心力更好，从而达到更好的切削效果。
61.如图1
‑
10所示，高精度双端切削组合铰刀包括刀杆1、刀头2和连接杆3。
62.如图2
‑
5所示，刀头2用于切削，外表面分布有多个刀刃21，本实施例为八个直刀刃21，各刀刃21的两端均具有用于切削的切削部，切削部处类似倒角结构，切削时切削刃首先接触被切削孔的孔壁，刀头2同轴设置有两段内锥孔，两段内锥孔相互连通且对称设置，两段内锥孔的外端大、内端小，构成类似腰形或沙漏形状。
63.如图1所示，刀杆1后端的结构与设备的刀柄对接，为现有技术。
64.如图1、6、7所示，连接杆3包括中间段31以及分别设置在中间段31两端的刀头连接段32和刀杆连接段33，刀头连接段32外表面为外锥面321，刀头连接段32通过其外锥面321可选择性的与刀头2的其中一段内锥孔插接配合，图1中，外锥面321正与第二内锥孔222插接配合，此时第一切削部211处于工作状态，当刀头2一端的第一切削部211磨损后可翻转后使用另一端的第二切削部212。
65.刀杆连接段33与刀杆1中的相互配合的一端中，一个为具有安装腔14的套筒结构11、另一个为与之适配插接的柱形结构，本实施例中，套筒结构11设置在刀杆1上，刀杆连接段33为柱形结构，刀杆连接段33的外形尺寸与安装腔14一致，刀杆连接段33和安装腔14通过止转结构止转配合。止转结构的设置使得紧定螺钉不用承受切削力，承载能力更强，且紧定螺钉不易松动或损坏。在其他实施例中，也可将套筒结构11设置在刀杆连接段33上，而柱形结构设置在刀杆1上。套筒结构11上设置有两个关于轴线对称设置或者至少三个周向均布的螺纹穿孔12，本实施例中，套筒结构11上的螺纹穿孔12的数量为偶数且不小于四个，螺纹穿孔12沿套筒结构11的轴线方向分为并列的两排。上下两排不仅可以增加固定的牢固度，而且能实现对连接杆3更多角度的调节。本实施例中的螺纹穿孔12有八个，分为两排，每排四个，每排的四个螺纹穿孔12呈90
°
角分布。螺纹穿孔12上旋装有紧定螺钉，螺纹穿孔12与安装腔14连通以供紧定螺钉的端部进入安装腔14，各紧定螺钉与柱形结构的外表面抵顶配合以实现刀杆1与连接杆3的连接，通过调节各紧定螺钉以实现对刀头2与刀杆1同轴度的微调。
66.更具体地，外锥面321和内锥孔中，其中一个上设置有止转销23、另一个上设置有与止转销23适配的止转槽322，刀头2与连接杆3通过止转销23和止转槽322止转配合。通过止转销23与止转槽322的设置，使得止转配合稳定性更高，且可以承受更大的切削力，适应更高的转速。本实施例中，两段内锥孔中均一体设置有外凸的止转销23，外锥面321上对应设置有止转槽322。在其他实施例中，还可依靠摩擦力实现止转从而代替止转销23和止转槽322的结构。亦或止转销23不是一个，而是两个或者三个以上，两个时对称布置，三个及以上时均布。本实施例中，两段内锥孔的止转销23共线设置，当然在其他实施例中也可不共线。
67.如图6
‑
10所示，刀杆连接段33的端部两侧对称设置有两个与轴线平行的外止转平面332以构成扁尾结构，安装腔14的后端具有与扁尾结构对应设置的止转孔，止转孔的孔壁上设有对称设置的内止转平面15，内、外止转平面构成所述止转结构。该结构在实现两者之间止转配合以传递主要扭力的功能的同时，还具有配合方便的特点。安装腔14为锥形孔，刀杆连接段33为与之适配的锥形台。该结构使得连接杆3与刀杆1之间的贴合更加紧密，尽可能减少彼此之间配合的晃动量，而且在插装配合时具有导向作用。刀杆连接段33上与各个螺纹穿孔12一一对应设置有螺钉定位面331。螺钉定位面331的设置使得紧定螺钉与连接杆3对接时不易滑动或错位，更进一步提升定位精准性，方便对于刀杆1与连接杆3之间同轴度的调节。螺钉定位面331为平面。平面作为螺钉定位面331，在与紧定螺钉配合时，当连接杆3相对于刀杆1移动时，确保各个紧定螺钉始终垂直抵顶在螺钉定位面331上，使得紧定螺钉受力始终朝向自身轴线，不会出现弯矩。
68.如图1、6、8所示，刀头连接段32端面上设有与连接杆3同轴的螺纹孔323，通过连接螺钉4与螺纹孔323的配合以将刀头2相对于连接杆3固定。刀头2的两端分别与内锥孔同轴设置有螺钉沉孔。可方便隐藏连接螺钉4。
69.如图3所示，刀头2的各个刀刃21中，任意相邻两个刀刃21之间的夹角各不相同。高速运转时，八齿结构因为各自夹角不同，运行也就不对称，使得向心力更好，利于切削。
70.本发明的铰刀具有以下特点：
71.1.铰刀采用分体结构，使得作为易耗件的刀头2可以方便的更换，从而提高了铰刀的经济性；
72.2.由于刀头2两端具有切削部、内孔为两段对称设置的内锥孔，刀头2的一端的切削部长时间使用而磨损后，可以翻转后通过另一侧装在连接杆3上，使得另一端的切削部可以继续使用，然而，若仅仅只是翻转的结构特征，势必导致铰刀的配合精度发生一些细微改变，而铰刀属于高精加工刀具，翻转后其误差会严重影响最终的加工精度，而连接杆3、刀杆1以及相互配合的插接结构与紧定螺钉的结构设计，使得翻转后的刀头2与刀杆1之间的同轴度可以调节，从而补偿误差，实现高精加工的目的，实际上，本方案的刀头2作为高精加工刀具，其两端在使用时，均能通过调整而实现高精度加工的目的；
73.3.相对于传统铰刀，原本作为刀头2一部分的连接杆3也可以重复使用，进一步减少耗材的用量；
74.4.通过多个紧定螺钉实现刀杆1与连接杆3的连接，由于紧定螺钉周向均布，配合调校仪器即可实现对刀杆1与连接杆3之间同轴度的调节，这是现有技术无法实现的，对于所铰的孔的同轴度影响甚大，可大大提高所加工孔的同轴度精度，降低同轴度误差，这是实现高精度加工的前提条件之一，而且这个调节结构的设置还可以补偿安装和加工各零部件以及机床等部件所造成的误差；
75.5.由于刀头2与连接杆3通过内锥孔和外锥面321的配合，不仅可以精密定心，而且彼此贴合度很高，在高速旋转时确保跳动量很微小；
76.6.刀头2与连接杆3采用锥度配合，连接杆3与刀杆1采用精密定位的螺钉紧密连接，连接紧密稳定，使得铰刀的整体刚度较高，从而进一步提高了加工精度。
77.关于附图，图1为组合铰刀组合状态的结构示意图，需要说明的是，图中对于扁尾结构和刀杆连接段的锥度并未展示出来，但在本实施例的其他附图中有展示。按照图中视
图关系，自左向右依次是连接螺钉4、刀头2、连接杆3、刀杆1，其中连接螺钉4用于将刀头2与连接杆3的刀头连接段32连接固定在一起，刀头连接段32的中心处设有螺纹孔323，可供连接螺钉4旋入，从而将刀头2压紧在刀头连接段32上，而且连接螺钉4可处于第一螺钉沉孔中而隐藏起来。刀头连接段32插入刀头2的第二内锥孔222中，并通过其外锥面321与第二内锥孔定心定位贴合，在插入时，第二内锥孔上的止转销23对应插入外锥面321的止转槽322内，从而实现止转配合。中间段31为圆柱形，其两端的端面分别与刀头2和刀杆1的端面紧密抵顶配合，从而提高整体的刚性。连接杆3的刀杆连接段33插入到刀杆1的套筒结构11的安装腔14内，并通过其锥形台的结构与安装腔14的锥形孔的结构定心定位贴合，依靠其尾端的扁尾结构与止转孔进行止转配合，该止转结构为连接杆3与刀杆1之前主要的传力结构，而刀杆1的套筒结构11上设置的两排共计八个螺纹穿孔12和对应的紧定螺钉可同时与刀杆连接段33上的各个对应的螺钉定位面331抵顶配合，从而实现刀杆1与连接杆3之间的连接固定，并且当需要调节刀杆1与连接杆3之间的同轴度或者需要调节整个铰刀与设备的刀柄之间的同轴度时，可在对照仪器的辅助下，通过微调紧定螺钉的松紧而实现。当图1中的第一切削部211磨损后，可拆下连接螺钉4，取下刀头2，翻转180度后，将刀头的另一端与刀头连接段连接，即刀头2通过其第一内锥孔221和其内的止转销23与刀头连接段32的外锥面321和止转槽322配合，再通过连接螺钉4连接固定，随后在对照仪等设备的辅助下，通过调节各紧定螺钉的松紧程度，进而对换向后的刀头进行调校，从而使得其满足高精度加工的要求。
78.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。