專利名稱：螺旋線形內螺紋加工刀具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械加工技術領域，特別是一種螺旋線形內螺紋加工刀具。
背景技術：
現有的螺紋加工主要有車削和銑削，車削用來加工回轉體零件，把零件通過三抓卡盤夾在機床主軸上，并高速旋轉，然后用車刀按照回轉體的母線走刀，切出產品外型來。車床上還可進行內孔，螺紋，咬花等的加工，后兩者為低速加工。而銑削是將毛坯固定，用高速旋轉的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征。傳統銑削較多地用于銑輪廓和槽等簡單外形/特征。數控銑床可以進行復雜外形和特征的加工。車床加工工件內螺紋的方法是把需要加工螺紋的工件(圖一零件12)夾在主軸卡盤(圖一零件2)上，把刀桿(圖一零件I)夾在刀架(圖一零件14)上，然后工件旋轉， 刀具沿軸向前進做直線運動，在整個加工過程中，刀桿從刀片(圖一零件3)開始接觸到工件起(如圖一)起到完成加工(如圖二)，一直處于懸臂梁狀態。這時如果忽略刀桿的間隙長度Ls (如圖二)，刀桿的懸臂長度Lt近似等于工件的長度L，刀桿在刀片處的撓度為f 1，這里所述撓度一般指梁、桁架等受力構件在荷載作用下的最大變形。如在加工細長內螺紋(例如螺紋的直徑小于20mm，或者螺紋的長度與直徑之比大于10)時，由于刀桿較細又只有前端刀片處受力，成懸臂梁狀態，在刀片處產生的撓度太大，容易產生讓刀的情況，而且吃刀不能太深，這樣不僅降低生產效率而且保證不了產品質量。還有一種方法，類似普通的螺紋加工，工件裝在卡盤上，刀桿安裝在刀架上，但是做一個刀頭套，這個套安裝在刀頭上，套在已經加工好的孔中移動，也起支撐作用，但刀頭套有以下缺點1 :刀頭套本身在孔中，會使刀桿的直徑更小，會從另一個方面增大撓度，而且，對于孔徑較小的螺紋可能就無法加工刀頭套。2 :由于刀頭套在孔中移動，靠浮動支撐，間隙很難控制，大了，螺紋沒有精度，小了，容易卡死。如專利申請號為200810231777.3，申請日為2008-10-16，名稱為“大直徑錐管內螺紋的加工方法”的發明專利，其技術方案為，該方法按照以下步驟實施在數控機床主軸上安裝螺紋銑刀，將工件上錐管內螺紋的一個螺距沿軸線分為若干等份，對每一等份對應的工件內壁圓弧按照圓柱形螺紋的加工方式實施；當加工完一個等份圓柱形螺紋后，機床Z軸就進給了一個等份的螺距，同時將螺紋銑刀對應的X、Y坐標軸合成圓弧加工直徑相應減小，對每一等份對應的工件內壁圓弧按照圓柱形螺紋的加工方式實施，依此類推，將若干個不同直徑的圓柱形螺紋線首尾連通，直到加工到需要的錐管內螺紋深度即成。上述的螺紋銑削加工方法所涉及的刀具中，刀具不僅需要自轉還需要沿螺旋線旋轉。這種方法只能在銑削(加工)中心上使用，無法在數控車床上使用，并且其加工內螺紋的方式仍然是采用道具做螺旋狀運動來實現的，所以如果將此種方法應用在數控機床上對細長型或者是長徑比大于10的管件進行螺紋加工時，也會存在撓度過大從而影響加工精度的問題。發明內容為了克服現有的內螺紋加工方法所涉及的刀具在加工細長型或者是長徑比大于10的管件時存在的在刀片處產生的撓度太大，容易產生讓刀的情況，而且吃刀不能太深，又降低生產效率而且保證不了產品質量的問題，現在特別提出一種螺旋線形內螺紋加工裝置。為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下一種螺旋線形內螺紋加工刀具，包括刀桿和設置在刀桿上的刀片組，所述刀片組包括多個刀片，多個刀片沿螺旋線安裝在刀桿上，多個刀片的螺紋牙型沿加工方向為依次增高，最后的刀片牙型與待加工螺紋牙形相同。所述刀桿上首、尾的兩個刀片互為180°分布。所述螺旋線的螺距與所需加工的螺紋螺距一致。內螺紋加工裝置包括車床，車床包括床身、車床主軸、溜板箱和尾座，所述車床上安裝有刀桿，刀桿兩端固定，刀桿一端安裝在車床主軸的卡盤上，刀桿另一端安裝在軸承 上，卡盤安裝在電機主軸上，刀桿上設置有刀片；車床的溜板箱上安裝有刀架，刀架內部設置有套筒，在刀架的兩端安裝有提供旋轉支撐和滑動支撐的軸承，所述一側的軸承為可開式軸承，可開式軸承與可開式軸承套筒連接，軸承與軸承套筒連接，；加工時，先把可開式軸承(圖四零件9)和可開式軸承套筒(圖四零件11)打開，讓刀架向刀片方向移動，當刀片到達可開式軸承與待加工工件之間(圖五)后，使刀桿停止旋轉并且刀架停止運動，，再把該側的可開式軸承和可開式軸承套筒合攏；然后，刀桿繼續旋轉，而工件繼續運動(圖六)，當刀片全部通過工件后，加工完成(圖七)。所述刀桿上設置有刀片組，刀片組包括多個刀片，所述刀片為成型刀片，把整個內螺紋的螺紋牙型分成多個部分，用數量對應的刀片依次分別完成對應部分的切削。當內螺紋為三角螺紋和矩形螺紋等牙形斷面較小的螺紋時，刀桿上的多個刀片的切削斷面與所需加工螺紋的牙型相同或相近，但高度(圖九中Ht)不同的刀片(圖九中刀片f、刀片g、刀片h)依次切削，最后完成整個螺紋牙型的加工。當內螺紋為梯形螺紋或其他復雜牙形且牙形斷面較大的螺紋時，刀桿上的多個刀片形狀可以與所加工的牙形不同，但全部刀片疊加后能覆蓋整個牙型(圖十中刀片a、b、C、d、e )，這些刀片依次切削工件，最后完成整個牙型的加工。所述沿內螺紋加工方向的刀片組的最后一個刀片與待加工的螺紋牙型完全相同(圖十中刀片e)用于完成整個牙形的精加工。本實用新型的優點在于I、刀片沿螺旋線(螺距與所需加工的螺紋螺距一致)依次安裝在刀桿上保證了前后刀片加工出來的螺紋在一根螺旋線上。2、前、后兩個刀片成180°分布，這樣可以進一步抵消切削力產生的變形。3、給刀桿增加支撐，為了給刀桿增加支撐首先要改變刀具和工件的運動方式和傳統的螺紋銑削加工方法(刀具不僅需要自轉還需要沿螺旋線旋轉)不同，本方法讓刀具只做旋轉運動同時讓工件和刀具之間只做相對的直線運動。以車床為例，就是讓刀具只做旋轉運動而讓工件只做直線運動，如圖把刀桿(圖三零件I)夾在主軸的卡盤(圖三零件2)上，把需要加工內螺紋的工件(圖三零件12)安裝在刀架(圖三零件14)上，刀具做旋轉運動，工件做直線運動，通過數控車床的控制系統，使主軸帶動刀具旋轉一周的同時，刀架帶動工件前進一個螺距，這樣就可以完成了螺紋的加工。刀具只做旋轉運動同時讓工件和刀具之間只做相對的直線運動可以增加對刀桿的支撐，使刀桿不再是懸臂梁，有更好的穩定性和加工精度還可以提供加工效率。4、在整個加工過程中，刀桿兩端都有支撐(圖五)，理論上講，當刀片在工件中點時，這時刀片處刀桿的撓度最大，如果忽略Lg和Lt的話(當工件的長度遠遠大于Lg+Lt時)，刀桿兩個支撐之間的長度Lw約等于工件的長度L，刀片處刀桿的撓度是f2 (圖五)，f2=
PT 3P/3 一~^，忽略Lg和Lt時，f2=——。而使用傳統加工方式加工同樣長度的工件時(圖一)，4&EF4&EI
刀片處刀桿的撓度是fl，fl=i。這時f2/fl=3/48。也就是說這時刀桿的撓度只有傳
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統加工方法時的3/48。如果內螺紋的長徑比不是太大時，為了方便加工，可以省掉左邊的可開式軸承(圖八)，這時，刀桿兩個支撐之間的長度Lw約等于工件的長度L的2倍(同樣忽
略Lg和Lt)，刀片處刀桿的撓度為f3，f3== , f3/fl=l/2，也就是說
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這時刀桿的撓度只有傳統加工方法時的1/2。5、由于這種加工方式中刀桿不做徑向進刀，所以要用成型刀片加工，不做徑向進刀也避免了刀桿在徑向運動時影響加工精度的問題，為了避免一次切削量太大，在刀桿一定位置上的幾個刀片組合完成，就是把整個螺紋的牙形分成若干部分，用幾把對應的刀片依次分別完成對應部分的切削。一次切削量太大會使刀桿變形太大(撓度增大)導致加工精度喪失，同時刀片磨損加劇。6、在用組合刀片加工時留一點余量，最后用一個與螺紋牙形完全相同的刀片(圖十中刀片e)完成整個牙形的精加工，提高產品的精度。7、依次在刀桿的同一個位置裝不同的刀片，每個刀片加工完成后換下一個刀片，刀片總長度縮短(圖五中Lg和Lt都可以縮短)，刀桿的總長(圖五中Lw)就縮短，撓度就減小；刀桿的結構就變簡單了，加工容易。8、工件越長越能體現本方法的優越性，因為工件越長越可以忽略進刀槽和退刀槽(Lg和Lt)的長度(兩個撓度公式的比較f2/f 1=3/48)。說明書附圖圖I為現有的內螺紋加工方式之一。圖2為現有的內螺紋加工方式之二。圖3為刀桿被可開式軸承夾持后的結構示意圖。圖4為可開式軸承、套筒為可開狀態時的結構示意圖。圖5為刀桿穿過工件，可開式軸承在刀片的一側處于可開狀態的結構示意圖。圖6為內螺紋加工時的結構示意圖。圖7為完成內螺紋加工后，軸承閉合狀態時的結構示意圖。圖8為省略可開式軸承的結構示意圖。圖9為適用于三角螺紋和矩形螺紋的刀片組結構示意圖。[0038]


圖10為適用于梯形螺紋或其他復雜牙形的螺紋的刀片組結構示意圖。
圖11為螺旋分布的刀片結構示意圖。
圖12為刀桿上設置一個刀片時的結構不意圖之一。
圖13為刀桿上設置一個刀片時的結構示意圖之二。
圖14為刀桿上設置一個刀片時的結構示意圖之三。附圖中I、刀桿 2、卡盤3、刀片a 4、刀片b 5、刀片c 6、刀片d 7、刀片e8、軸承9、可開式軸承10、軸承套筒11、可開式軸承套筒12、工件13、套筒14、刀架15、刀片f 16、刀片g 17、刀片h。
具體實施方式一種螺旋線形內螺紋加工刀具，包括刀桿和設置在刀桿上的刀片組，所述刀片組包括多個刀片，多個刀片沿螺旋線安裝在刀桿上，多個刀片的螺紋牙型沿加工方向為依次增高，最后的刀片牙型與待加工螺紋牙形相同。所述刀桿上首、尾的兩個刀片互為180°分布。所述螺旋線的螺距與所需加工的螺紋螺距一致。在圖I與圖2中，H=—，其中f為撓度，也稱為變形量，P為切削力，L為工件
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長度，E為彈性模量，I為慣性矩，這時如果忽略刀桿的間隙長度Ls，刀桿的懸臂長度Lt近似等于工件的長度L，刀桿在刀片處的撓度為H。但在加工細長內螺紋(例如螺紋的直徑小于20mm，或者同時螺紋的長度與直徑之比大于10)時，由于刀桿較細又只有前端刀片處受力，成懸臂梁狀態，在刀片處產生的撓度太大，容易產生讓刀，而且吃刀不能太深，這樣不僅降低生產效率而且保證不了產品質量。本專利的刀具只做旋轉運動同時讓工件和刀具之間只做相對的直線運動。以車床為例，就是讓刀具只做旋轉運動而讓工件只做直線運動，如圖三所示把刀桿I夾在主軸的卡盤2上，把需要加工內螺紋的工件12安裝在刀架14上，刀具做旋轉運動，工件12做直線運動，通過數控車床的控制系統，使主軸帶動刀具旋轉一周的同時，刀架14帶動工件前進一個螺距，這樣就可以完成了螺紋的加工。把刀桿夾在主軸的卡盤上可以給刀桿增加一個或兩個支撐。具體做法是把已經加工好內孔(也可以直接加工到螺紋內徑)的工件12固定在刀架14上，如果工件12不能直接安裝在刀架14上，就需要把工件裝在一個套筒13中，再把套筒13固定在刀架14上。在工件的右邊安裝一個既能提供旋轉支撐又能提供滑動支撐的軸承8，軸承8可以通過軸承套筒10固定在刀架14上，也可以固定在床身上。如果軸承8固定在床身上，軸承8和工件12之間的間隔Lt會隨著工件向左移動而加大，如果軸承8固定在刀架4上，軸承和工件之間的間隔Lt是一定。軸承和工件之間的間隔Lt做為退刀槽一定要大于刀片的總長Ld ;在工件的左邊也裝一個既能提供旋轉支撐又能提供滑動支撐的可開式軸承9，可開式軸承9和工件之間的間隔Lg作為進刀槽也要大于刀片的總長Ld，但左邊的可開式軸承9和可開式軸承套筒11由于要通過刀片a、b、c、d、e,因此要做成兩瓣(或者多瓣)的并且是可以張開的。可開式軸承9和可開式軸承套筒11固定在刀架14上。每次加工時，先把可開式軸承9和軸承套筒11打開(如圖四)，當刀架向左移動，刀片到達可開式軸承的右邊后(圖五)后，讓刀桿停止旋轉、刀架停止運動，再把可開式軸承和軸承套筒合攏。然后，刀桿繼續旋轉，而工件繼續向左運動(圖六)，當刀片全部通過工件后，加工完成(圖七)。在整個加工過程中，刀桿兩端都有支撐，理論上講，當刀片在工件中點時，這時刀片處刀桿的撓度最大，如果忽略Lg和Lt的話(當工件的長度遠遠大于Lg+Lt時)，刀桿兩個
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支撐之間的長度Lw約等于工件的長度L，刀片處刀桿的撓度是f2 (圖五)，f2=夂，忽略
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Lg和Lt時，f2=——這時f2/f 1=3/48。也就是說這時刀桿的撓 度只有傳統加工方法時的3/48。 48￡f如果內螺紋的長徑比不是太大時，為了方便加工，可以省掉左邊的可開式軸承(圖八)，這時，刀桿兩個支撐之間的長度Lw約等于工件的長度L的2倍，刀片處刀桿的撓度為
f3, f3= — , f3= == —，f3/f 1=1/2，也就是說這時刀桿的撓度只有傳
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統加工方法時的1/2。第二方面由于這種加工方式中刀桿不做徑向進刀，而使用成型刀片加工，為了避免一次切削量太大，由安裝在刀桿一定位置上的幾個刀片組合完成，就是把整個螺紋的牙形分成若干部分，用幾把對應的刀片依次分別完成對應部分的切削。螺紋牙形的有兩種分法。第一種可以用幾片切削斷面與所需加工螺紋的牙形相同或相近但高度(圖九中Ht)不同的刀片f、刀片g和刀片h，依次切削，最后完成整個牙形的加工，這種方法一般適用于三角螺紋和矩形螺紋等牙形斷面較小的螺紋。第二種用幾把形狀與牙形不同但疊加后能覆蓋整個牙形的刀片(圖十中刀片a、刀片b、刀片C、刀片d)依次切削，最后完成整個牙形的加工，這種方法一般適用于梯形螺紋或其他復雜牙形且牙形斷面較大的螺紋。不論使用第一種還是第二種分法，如果為了提高產品的精度，可以在用組合刀片加工時留一點余量，最后用一個與螺紋牙形完全相同的刀片(圖十中刀片e)完成整個牙形的精加工。刀片的安裝也有兩種方法。第一種是把不同的刀片(圖十一中刀片f、刀片g和刀片h)沿螺旋線(螺距與所需加工的螺紋螺距一致)依次安裝在刀桿上(圖十一)，刀桿旋轉而工件直線運動時，各個刀片依次切削，這樣每次切削量都不大，最后完成整個牙形的加工。采用這種方法時，最好使前、后兩個刀片成180°分布，這樣可以進一步抵消切削力產生的變形。第二種依次在刀桿的同一個位置裝不同的刀片，每個刀片加工完成后換下一個刀片，例如在加工圖九的工件時，先在刀桿上安裝刀片f (圖十二)，刀片一加工完成后，在刀桿的同一個位置(或者是刀片一所在螺旋線上的其他位置，這條螺旋線的螺距與所加工螺紋的螺距相同)依次換上刀片g (圖十三)和刀片h (圖十四)進行切削。本專利所述的可開式軸承為現有軸承設置為可開式，打開后的軸承可以通過同樣打開后的軸承套筒進行閉合固定，固定方式可采用螺栓、銷等現有方式，除了可開式軸承以夕卜，其他的能實現對刀桿支撐并且能使刀桿在得到支撐力的條件下自轉的支撐件，都在屬于本專利的保護范圍之中。
權利要求1.一種螺旋線形內螺紋加工刀具，包括刀桿(I)和設置在刀桿(I)上的刀片組，其特征在于所述刀片組包括多個刀片，多個刀片沿螺旋線安裝在刀桿上，多個刀片的螺紋牙型沿加工方向為依次增高，最后的刀片牙型與待加工螺紋牙形相同。
2.根據權利要求I所述的螺旋線形內螺紋加工刀具，其特征在于所述刀桿(I)上首、尾的兩個刀片互為180°分布。
3.根據權利要求2所述的螺旋線形內螺紋加工刀具，其特征在于所述螺旋線的螺距與v 所需加工的螺紋螺距一致。
專利摘要本實用新型涉及機械加工技術領域，特別是一種螺旋線形內螺紋加工刀具，包括刀桿和設置在刀桿上的刀片組，所述刀片組包括多個刀片，多個刀片沿螺旋線安裝在刀桿上，多個刀片的螺紋牙型沿加工方向為依次增高，最后的刀片牙型與待加工螺紋牙形相同。本實用新型的優點在于刀片沿螺旋線(螺距與所需加工的螺紋螺距一致)依次安裝在刀桿上保證了前后刀片加工出來的螺紋在一根螺旋線上；前、后兩個刀片成180°分布，這樣可以進一步抵消切削力產生的變形。
文檔編號B23G5/00GK202539724SQ20122016981
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者李康舉, 汪瑜 申請人:四川省德陽市杰特機電設備有限責任公司