一种螺旋铣刀的制作方法

1.本发明涉及螺旋铣刀技术领域，尤其涉及一种用于复合材料构件和叠层构件的螺旋铣刀。


背景技术：

2.螺旋铣孔是使用小于制孔孔径的螺旋铣刀通过自转，同时围绕着制孔中心以一定偏移量公转的制孔工艺。仅用一把螺旋铣刀即可加工出不同直径的孔，并且其加工质量更好，效率更高，广泛应用在航空航天中的复合材料和叠层构件的钻孔加工。
3.常见的碳纤维复合材料和钛合金均为难加工的材料，且复合材料与合金材料的材料属性和可加工性差异较大，导致传统的螺旋铣刀在复合材料构件或金属叠层构件进行螺旋铣孔时，构件容易出现分层，孔的出入口处存在毛刺。同时，螺旋铣刀在进给过程中容易出现颤振，降低了加工质量。
4.因此，需要一种螺旋铣刀来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种螺旋铣刀，以解决在螺旋铣孔的过程中，复合材料构件或金属叠层构件容易出现分层，毛刺的问题，同时避免螺旋铣刀的颤振。
6.为达此目的，本发明所采用的技术方案是：
7.一种螺旋铣刀，包括依次相连的刀柄、颈部和切削头部；
8.所述切削头部包括沿周向间隔分布的两个第一铣齿和两个第二铣齿，所述第二铣齿位于两个所述第一铣齿之间，所述第一铣齿位于两个所述第二铣齿之间；
9.所述第一铣齿包括第一端刃和与所述第一端刃相连的第一侧刃，所述第二铣齿包括第二端刃和与所述第二端刃相连的第二侧刃，所述第一端刃的刃长小于所述的第二端刃的刃长；
10.所述第一端刃与所述第二端刃之间设置有容屑槽。
11.优选地，所述第一端刃、所述第一侧刃、所述第二端刃与所述第二侧刃均具有两个刃带。
12.优选地，所述第一端刃、所述第一侧刃、所述第二端刃与所述第二侧刃的刃宽均相等。
13.优选地，四个所述容屑槽包括均沿所述切削头部的轴线呈中心对称设置的两个第一容屑槽和两个第二容屑槽；所述第一容屑槽的开口角度为35
°
～40
°
；所述第二容屑槽的开口角度为40
°
～45
°
。
14.优选地，所述第一侧刃与所述第二侧刃之间设置有螺旋槽，每个所述容屑槽均与对应的所述螺旋槽连通。
15.优选地，每个所述第一铣齿与两个所述第二铣齿之间的夹角分别为α和β，且所述α与所述β不相等。
16.优选地，所述α为85
°
，所述β为95
°
。
17.优选地，所述颈部和所述切削头部相连形成阶梯轴，且所述颈部的外径小于所述切削头部的外径。
18.优选地，所述铣齿还包括过渡刃，所述第一端刃与对应的所述第一侧刃通过所述过渡刃平滑连接形成所述第一铣齿；所述第二端刃与对应的所述第二侧刃通过所述过渡刃平滑连接形成所述第二铣齿。
19.优选地，所述第一端刃、所述第一侧刃、所述第二端刃与所述第二侧刃的前角均为6
°
～8
°
。
20.本发明的有益效果为：
21.本发明提出的螺旋铣刀，包括依次相连的刀柄、颈部和切削头部。切削头部包括两个第一铣齿和两个第二铣齿，第一铣齿的第一端刃的刃长小于第二铣齿的第二端刃的刃长。由于第一端刃和第二端刃的刃长不同，第一铣齿和第二铣齿具有不同的切削速度，使得螺旋铣刀能够满足复合材料构件和金属叠层构件的加工需求，降低了螺旋铣孔的切削变形和螺旋铣刀的颤振幅度，提高了螺旋铣刀的稳定性和使用寿命。
22.第一端刃与第二端刃之间设置容屑槽，每个容屑槽能够将对应的第一端刃与第二端刃分隔开来，四个容屑槽共同使得两个第一端刃和两个第二端刃中的任意两个分隔开来，从而使得螺旋铣刀的端面中心没有切削刃，避免了由于端面中心处的切削速度过低导致的螺旋铣刀受到的切削力过大，减少了复合材料构件和金属叠层构件的分层与毛刺，提高了螺旋铣孔的质量。
附图说明
23.图1是本发明实施例提供的螺旋铣刀的主视图；
24.图2是本发明实施例提供的螺旋铣刀的切削头部的立体图；
25.图3是本发明实施例提供的切削头部的端面示图；
26.图4是图3中a-a向的第一端刃的后角示意图。
27.图中部件名称和标号如下：
28.1、切削头部；11、第一铣齿；111、第一端刃；112、第一侧刃；12、第二铣齿；121、第二端刃；122、第二侧刃；110、过渡刃；13、容屑槽；131、第一容屑槽；132、第二容屑槽；14、螺旋槽；2、颈部；3、刀柄。
具体实施方式
29.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
30.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述
术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
33.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
34.如图1-图3所示，本实施例公开了一种螺旋铣刀。该螺旋铣刀包括依次相连的刀柄3、颈部2和切削头部1。切削头部1包括两个第一铣齿11和两个第二铣齿12，第二铣齿12位于两个第一铣齿11之间，第一铣齿11位于两个第二铣齿12之间。第一铣齿11包括第一端刃111和与第一端刃111相连的第一侧刃112，第二铣齿12包括第二端刃121和与第二端刃121相连的第二侧刃122，第一端刃111的刃长小于的第二端刃121的刃长。第一端刃111与第二端刃121之间设置有容屑槽13。
35.在本实施例中，第一铣齿11的第一端刃111的刃长小于第二铣齿12的第二端刃121的刃长。第一端刃111和第二端刃121的刃长不同，第一铣齿11和第二铣齿12具有不同的切削速度，使得螺旋铣刀能够满足复合材料构件和金属叠层构件的加工需求，降低了螺旋铣孔的切削变形和螺旋铣刀的颤振幅度，提高了螺旋铣刀的稳定性和使用寿命。在切削头部1的端面开设四个容屑槽13，每个容屑槽13能够将对应的第一端刃111与第二端刃121分隔开来，四个容屑槽13共同将两个第一端刃111和两个第二端刃121中的任意两个分割开来，使其不相交，从而使得螺旋铣刀的端面中心没有切削刃，避免了由于端面中心处的切削速度过低导致的螺旋铣刀受到的切削力过大，减少了复合材料构件和金属叠层构件的分层与毛刺，提高了螺旋铣孔的质量。
36.优选地，如图1所示，颈部2和切削头部1相连形成阶梯结构，且颈部2的外径小于切削头部1的外径。具体地，颈部2为缩轴结构。由于颈部2的外径小于切削头部1的外径，减少了切屑和螺旋铣刀对加工表面产生的损伤，有利于提高加工质量。需要说明的是，颈部2与刀柄3同样形成阶梯轴，且刀柄3的外径大于颈部2的外径，以方便刀柄3的夹取。
37.在本实施例中，螺旋铣刀的长度l1为80mm，刀柄3的长度l2为40mm，切削头部1的长度l3为7mm，颈部2的长度为33mm。螺旋槽14的螺旋角γ为10
°
～12
°
。
38.如图2和图3所示，第一端刃111、第一侧刃112、第二端刃121与第二侧刃122均具有两个刃带。增强了铣齿的强度，减少了铣齿与待加工零件之间的磨损，降低了螺旋铣刀发生崩刃的几率，有利于提高螺旋铣刀的使用寿命。
39.优选地，第一端刃111、第一侧刃112、第二端刃121与第二侧刃122的刃宽均相等。在本实施中，刃宽h为0.4mm～0.7mm。当刃宽h小于0.4mm时，会降低铣齿的强度，容易发生崩刃；当刃宽h大于0.7mm时，降低了铣齿的锋利程度，增加了铣齿与加工表面的摩擦力，降低
了加工质量和加工效率。
40.需要注意的是，第二端齿的刃长大于第一端齿的刃长，且第二端齿的刃长与第一端齿的刃长之差为0.3mm～0.8mm。
41.如图1和图2所示，铣齿还包括过渡刃110，第一端刃111与对应的第一侧刃112通过过渡刃110平滑连接形成第一铣齿11；第二端刃121与对应的第二侧刃122通过过渡刃110平滑连接形成第二铣齿12。在第一铣齿11和第二铣齿12中设置过渡刃110，消除了铣齿的刃尖，不仅降低了螺旋铣刀的加工过程中的冲击力，减小了颤振。而且能够避免铣齿划伤加工表面，减少毛刺的产生，有利于提高加工质量。在本实施例中，过渡刃110为圆弧刃，且半径r优选为0.8mm，避免过渡刃110的弧长过大缩短铣齿的刃长。
42.如图2所示，第一侧刃112与第二侧刃122之间设置有螺旋槽14，每个容屑槽13均与对应的螺旋槽14连通。四个螺旋槽14均沿切削头部1的轴线中心对称分布，并由切削头部1延伸至颈部2。容屑槽13与螺旋槽14连通，实现了快速排屑，避免切屑堆积划伤加工表面。
43.如图3所示，四个容屑槽13包括均沿切削头部1的轴线呈中心对称设置的两个第一容屑槽131和两个第二容屑槽132。具体地，任意相邻的第一端刃111与第二端刃121之间均设置有一个容屑槽13，该容屑槽13将对应的第一端刃111和第二端刃121分隔开来，四个容屑槽13共同将两个第一端刃111和两个第二端刃121分隔开来，使得螺旋铣刀的端面中心没有切削刃。
44.优选地，第一容屑槽131的开口角度b1为35
°
～40
°
，第二容屑槽132的开口角度b2为40
°
～45
°
，兼顾了容屑槽13的排屑能力和铣齿的强度，有利于提高加工质量，延长螺旋铣刀的使用寿命。需要说明的是，四个容屑槽13与螺旋铣刀的刀体中心轴线之间的夹角为45
°
～50
°
，有利于切屑快速从容屑槽13进入螺旋槽14中，提高了螺旋铣刀的排屑效率，避免过多的切屑堆积划伤加工表面。
45.如图3所示，每个第一铣齿11与两个第二铣齿12之间的夹角分别为α和β，且α与β不相等。
46.在本实施例中，四个铣齿并不是均匀分布的，α和β为四个铣齿的分布角度。优选地，α为85
°
，β为95
°
。通过将四个铣齿不均匀的分布，相对于传统的均匀分布的铣齿，本实施例中的螺旋铣齿能够从不同方向对待加工的复合材料构件或金属叠层构件施加切屑力，并受到不同方向的摩擦力，有利于提高螺旋铣刀的受力平衡，减少颤振，提高螺旋铣刀在进给过程中的稳定性。
47.继续如图3所示，第一侧刃112的前角c优选为6
°
～8
°
。进一步优选地，第一端刃111、第一侧刃112、第二端刃121与第二侧刃122的前角均为6
°
～8
°
。由于前角的大小影响着铣齿的强度和锋利程度。增大前角，能够减小铣齿对待加工构件的挤压变形、减小切屑流经铣齿的前刀面的摩擦阻力，获得较小的切削力和较低的切削温度，提高螺旋铣刀的使用寿命。增大后角，可以减小铣齿与加工表面的摩擦，增加铣齿的锋利程度，但增大后角削弱了铣齿的强度，同时也会导致螺旋铣刀的温度升高，降低了螺旋铣刀的使用寿命。由于复合材料构件和金属叠层构件均为难加工材料，螺旋铣刀的磨损比较严重。因此，本实施例中的螺旋铣刀选用较小的前角。
48.如图3和图4所示，第一侧刃112的第一后角a1为10
°
～13
°
，第一侧刃112的第二后角a2为23
°
～24
°
。第一端刃111的第一后角a3为10
°
～15
°
,第一端刃111的第二后角a4为21
°
～22
°
。需要说明的是，第一侧刃112与第二侧刃122具有相同的后角，第一端刃111与第二端刃121具有相同的后角。
49.本实施例公开的螺旋铣刀适用于多种尺寸的复合材料构件以及金属叠层构件。而且，采用四个螺旋铣齿，能够分散切屑刃的压力，提高螺旋铣齿的寿命。
50.以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。