[发明专利]一种旋转超声切削刀具

说明书

技术领域：

本发明涉及一种旋转超声切削刀具，具体是一种用于旋转超声振动加工的铣削刀具。本发明涉及金属切削领域，属于机械加工切削刀具技术领域。

背景技术：

机械加工碳纤维、先进陶瓷等硬脆复合材料的过程中，传统的切削加工方式的弊端日益显现：刀具磨损严重，耐用度低，在普通加工方式下，许多刀具都难以完成复合材料构件的切削全过程。同时，加工后易产生崩边、分层、撕裂等加工缺陷。为了解决这一难题，将超声振动引入普通切削加工中，并使用旋转超声加工的专用刀具，以期减少刀具磨损、提高工件表面加工质量。

本发明是专门用于旋转超声加工的铣削刀具，可进行端面超声铣削和侧壁超声铣削。使用该刀具可以实现加工效率、工件表面质量的显著提高，减少加工缺陷，同时还有效的降低了刀具磨损，降低加工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供机械加工领域应用的一种旋转超声切削刀具，以解决现有传统铣削刀具加工硬脆复合材料中的加工效率低、刀具磨损快、加工质量差等问题，及现有旋转超声加工刀具无法同时适用于大切深与小切深铣削的情况。该刀具配合超声振动装置使用，可用于加工硬脆复合材料，具有可同时适应大切深及小切深的旋转超声端面铣削的优点。

目前公开的专利中，超声端面铣削刀具有球形和锥形两种：锥形的刀具（如图1），在切深较大的时候，加工效率高；而球形的刀具（如图2），在切深较小的时候，加工效率高。

本发明提出一种新型的旋转超声铣削刀具，可同时保证在端面铣削时大切深和小切深的高加工效率，同时配合可以扭振的超声振动装置，可以实现侧壁铣削。本刀具结构如图3、图4所示，它是由圆柱刀体、端面铣削工作区（工作区1、2）、侧壁铣削工作区（工作区3）构成，其特征在于：工作区1为圆球面，工作区2为圆锥面，工作区3为圆柱面，工作区1圆球面与工作区2圆锥面二者相切连接。三个工作区均粘结有金刚石，作为切削刃。铣削工件端面时，铣刀工作在工作区1和2，铣削工件侧壁时，铣刀工作在工作区3（如图4）。

本刀具的原理为：超声振动端面铣削中的锤击作用主要通过合力F的分量F_N来实现，如图5。从图中几何关系可以得出:

FN=Fcosθ=Fcos(cos-1(r-apr))=F(1-apr)---(1)]]>

式中符号说明如下：

θ：刀具底面与水平面的夹角，如图5所注；

r：刀具圆锥面半径；

ap：切削深度；

F：切削力；

F_N：切削力径向分量。

从公式（1）可以看出，在切深较小时，刀具工作在球形工作区，随着切深的增大，θ由0°逐渐增大，F_N逐渐减少，当减小到一特定值时，改为与球相切的锥面，保证θ不再减小，使得在切深较大时，也可以有较大的F_N。θ值的大小由实验效果确定。本发明综合考虑加工质量与加工效率，选取θ为16°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：应用范围广，可适应不同切深的超声振动端面铣削和侧壁铣削（需要超声振动装置具有扭转振动功能）。与传统切削加工相比，本刀具可有效提升加工质量，避免加工缺陷。

附图说明

图1是现有技术中的超声端面圆锥形铣刀示意图

图2是现有技术中的超声端面圆球形铣刀示意图