一种提升大尺寸构件精密车削加工精度的刀具及方法 |
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| 申请号 | CN202410130468.6 | 申请日 | 2024-01-31 | 公开(公告)号 | CN117900531A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 大连理工大学; | 发明人 | 孙玉文; 闫舒洋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于大尺寸构件精密 车削 技术领域，公开了一种提升大尺寸构件精密车削加工 精度 的刀具及方法。车刀包括刀杆和可拆卸刀头两部分；第一刀片和第二刀片分别安装在可拆卸刀头和刀杆上，可拆卸刀头通过 锁 紧 螺栓 与刀杆连接，将两组刀片集成在一个车刀上；在构件装夹操作前使用光学对刀仪一并确定两组刀片的切削 坐标系 零点，待第一刀片磨损后，将可拆卸刀头从刀杆上拆除，调用机床系统中存储的第二坐标系信息后即可使用第二刀片继续切削，不需要拆卸构件重新对刀；所设计的精密车削刀具与方法避免了因加工过程中拆卸构件造成的二次装夹误差，有效提升了大尺寸构件的精密车削精度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种提升大尺寸构件精密车削加工精度的刀具，其特征在于，该刀具具体为单面双刃可调车刀，包括刀杆(1)和可拆卸刀头(2)两部分； |
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| 说明书全文 | 一种提升大尺寸构件精密车削加工精度的刀具及方法技术领域[0001] 本发明属于大尺寸构件精密车削技术领域，具体涉及一种单面双刃可调车刀及方法。 背景技术[0002] 金刚石车刀会因与铁元素发生剧烈化学反应而出现石墨化，这将导致刀具软化、表层金刚石剥落以及快速磨损失效等一系列问题，因此常采用硬质合金刀具替代金刚石车刀，完成纯铁、高速钢等黑色金属的精密车削加工。由于切削过程中硬质合金刀具需要克服的摩擦阻力更大，切触区产生的力热响应更强烈，因此刀具磨损问题更突出，这严重制约了大尺寸构件精密车削的精度与效率。 [0003] 发明专利CN116992598A中公开了“一种变几何参数减磨车刀设计方法及构型”，通过设计几何参数沿刀具圆弧刃变化的新车刀构型，满足了不同切削刃位置处的差异化减磨需求，在降低刀尖磨损的同时遏制沟槽磨损的进一步恶化。发明专利CN115179102B中公开了“一种用于精密车削加工的内冷系统及控制方法”，可以根据曲面构件车削过程中切触状态的变化规律，调整内冷系统冷却介质的流量、温度、作用位置与时间，有效降低了曲面构件车削刀具的前后刀面磨损。文献“Saini S,Ahuja I S,Sharma V S.Influence of cutting parameters on tool wear and surface roughness in hard turning of AISI H11 tool steel using ceramic tools[J].International Journal of Precision Engineering and Manufacturing,2012,13:1295‑1302”根据AISI H11合金钢的车削实验结果，采用方差分析法探究了刀具后刀面磨损的演化规律，并据此优化了车削工艺参数。 [0004] 在大尺寸黑色金属构件的精密车削过程中，由于构件尺寸问题，工件在位情况下使用光学对刀仪会发生干涉，因此更换因磨损失效的刀具前必须先拆卸大尺寸构件，再使用光学对刀仪重新确定新刀具的加工坐标系零点，最后重新装夹构件并完成调心操作。由于超精密机床常采用真空吸附方式装夹构件，因此完成大尺寸构件的精密调心操作极困难，且构件二次装夹后的回转轴线偏差不可避免。当前技术方案虽然通过刀具设计、冷却润滑以及参数规划等方法延长单个刀片的使用寿命，但是仅靠一个硬质合金刀片无法完成大尺寸构件整个精密加工过程，因加工过程中更换新刀片而产生的问题仍未解决，这将延长超精密机床的停机时间，还会恶化构件的车削精度。 发明内容[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于大尺寸构件精密车削的单面双刃可调车刀及方法，以解决现有工艺方案在更换新刀片时出现的精度与效率问题。 [0006] 本发明的技术方案： [0007] 一种用于大尺寸构件精密车削的单面双刃可调车刀，具体为单面双刃可调车刀，包括刀杆和可拆卸刀头两部分。 [0009] 所述可拆卸刀头上表面设有第一螺纹孔和第一刀片安装座，第一螺纹孔位于第一刀片安装座表面；可拆卸刀头底面设有矩形凸台。 [0010] 在进行大尺寸构件精密车削操作前，首先根据配合关系组装单面双刃可调车刀。首先将第二刀片安装在第二刀片安装座内，利用刀杆螺丝与刀杆上第一螺纹孔间的配合关系将第二刀片固定在刀杆上。随后将第一刀片安装在第一刀片安装座内，利用刀杆螺丝与可拆卸刀头上第一螺纹孔间的配合关系将第一刀片固定在可拆卸刀头上。最后根据矩形凹槽与矩形凸台间的配合关系将可拆卸刀头安装在刀杆上，锁紧螺栓与刀杆的第二螺纹孔配合，旋拧锁紧螺栓直至其尾部与矩形凸台上表面接触，将可拆卸刀头固定在刀杆上。 [0011] 结合所设计的单面双刃可调车刀，提出了一种用于大尺寸构件精密车削的加工方法，具体步骤如下： [0012] 步骤一、根据大尺寸构件的几何特征、材料属性以及待去除余量规划切削工艺，将大尺寸构件的精密车削过程划分为两阶段，选定对应的第一刀片和第二刀片型号，待各阶段加工完成后，大尺寸构件壁厚将分别减薄至Tc1和Tc2。 [0013] 步骤二、将组装好的单面双刃可调车刀固定在超精密机床的刀座上，使用光学对刀仪分别确定第一车刀对应的第一切削坐标系C1Y1Z1的零点O1和第二车刀对应的第二切削坐标系X2Y2Z2的零点O2。 [0015] 步骤四、调用机床系统中存储的第一切削坐标系X1Y1Z1的零点O1的坐标信息，使用第一刀片完成大尺寸构件的第一阶段精密加工，随后旋拧锁紧螺栓，将可拆卸刀头从刀杆上移除。 [0016] 步骤五、调用机床系统中存储的第二切削坐标系X2Y2Z2的零点O2的坐标信息，使用第二刀片根据重新规划的切削轨迹完成大尺寸构件的第二阶段精密加工，随后Z向移动机床刀座使其远离构件，减小真空吸力后将大尺寸构件从真空吸盘上取下，至此完成大尺寸构件的整个精密车削过程。 [0017] 本发明的有益效果：本发明面向大尺寸构件的精密车削过程，针对因加工中更换磨损刀片而产生的精度与效率问题，设计了一种单面双刃可调车刀，并据此提出了一种精密车削方法。将两组刀片集成在一个车刀上，在构件装夹操作前一并确定两组刀片的切削坐标系零点。待第一刀片磨损后，将可拆卸刀头从刀杆上拆除，调用机床系统中存储的坐标系信息后即可使用第二刀片继续切削，不需要拆卸构件重新对刀。所设计的车刀与加工方法避免了因加工过程中拆卸工件造成的二次装夹误差，有效提升了大尺寸构件的精密车削精度，同时缩短了超精密机床的停机时间，降低了生产成本。附图说明 [0018] 图1是单面双刃可调车刀的整体结构示意图。 [0019] 图2是单面双刃可调车刀的刀杆结构示意图。 [0020] 图3是单面双刃可调车刀的可拆卸刀头结构示意图。 [0021] 图4是单面双刃可调车刀的光学对刀过程示意图。 [0022] 图中：1.刀杆，11.第二刀片安装座，12.矩形凹槽，13.第一螺纹孔，14.第二螺纹孔，2.可拆卸刀头，21.矩形凸台，22.第一螺纹孔，23.第一刀片安装座，3.刀杆螺丝，4.第一刀片，5.第二刀片，6.锁紧螺栓。 具体实施方式[0023] 以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。 [0024] 如图1所示，一种用于大尺寸构件精密车削的单面双刃可调车刀，主要包括刀杆1和可拆卸刀头2两部分。 [0025] 如图2所示，所述刀杆1上表面设有第一螺纹孔13、第二螺纹孔14和第二刀片安装座11，顶面设有矩形凹槽12。 [0026] 如图3所示，所述可拆卸刀头2上表面设有第一螺纹孔22和第一刀片安装座23，底面设有矩形凸台21。 [0027] 在进行大尺寸构件精密车削操作前，首先根据配合关系组装单面双刃可调车刀。首先将第二刀片5安装在第二刀片安装座11内，利用刀杆螺丝3与刀杆1上第一螺纹孔13间的配合关系将第二刀片5固定在刀杆1上。随后将第一刀片4安装在第一刀片安装座23内，利用刀杆螺丝3与可拆卸刀头2上第一螺纹孔22间的配合关系将第一刀片4固定在可拆卸刀头 2上。最后根据矩形凹槽12与矩形凸台21间的配合关系将可拆卸刀头2安装在刀杆1上，锁紧螺栓6与刀杆1的第二螺纹孔14配合，旋拧锁紧螺栓6直至其尾部与矩形凸台21上表面接触，将可拆卸刀头2固定在刀杆1上。 [0028] 结合所设计的单面双刃可调车刀，提出了一种用于大尺寸构件精密车削的加工方法。其中，待切削工件为带法兰的半球形曲面构件，曲面构件当前外轮廓半径为122.6mm,内轮廓半径为120mm，目标外轮廓半径为122.4mm，工件材料为纯铁DT4E。大尺寸构件精密车削的具体步骤如下： [0029] 步骤一、根据大尺寸构件的几何特征、材料属性以及待去除余量规划切削工艺，将构件的精密车削过程划分为两阶段，选定所用的第一刀片4和第二刀片5型号，分别为DCGT11T304‑KC5010和DCGT11T302‑KC5010，待各阶段加工完成后，构件壁厚将分别减薄至Tc1＝2.45mm和Tc2＝2.4mm。 [0030] 步骤二、将组装好的单面双刃可调车刀固定在超精密机床的刀座上，如图4所示，使用光学对刀仪分别确定第一车刀4对应的第一切削坐标系X1Y1Z1的零点O1和第二车刀5对应的第二切削坐标系X2Y2Z2的零点O2。 [0031] 步骤三、拆卸光学对刀仪，Z向移动机床刀座使其远离机床主轴，将大尺寸构件安装在超精密机床的真空吸盘上，随后完成构件的精密调心操作。 [0032] 步骤四、调用机床系统中存储的第一切削坐标系X1Y1Z1的零点O1的坐标信息，使用第一刀片4完成大尺寸构件的第一阶段精密加工，随后旋拧锁紧螺栓6，将可拆卸刀头2从刀杆上1移除。 [0033] 步骤五、调用机床系统中存储的第二切削坐标系X2Y2Z2的零点O2的坐标信息，使用第二刀片5根据重新规划的切削轨迹完成大尺寸构件的第二阶段精密加工，随后Z向移动机床刀座使其远离构件，减小真空吸力后将构件从真空吸盘上取下，至此完成大尺寸构件的整个精密车削过程。 |
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