[发明专利]一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具及加工方法

权利要求书

1.一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，包括切削刀片、与所述切削刀片通过螺栓连接的可移动滑块以及与所述可移动滑块通过弹簧连接的基座，所述基座对应所述可移动滑块的位置设有导向凹槽，所述可移动滑块可沿所述导向凹槽移动，所述导向凹槽的延伸方向与所述切削刀片进行切削的切削深度方向一致，所述基座的内腔为正六边形形状，所述可移动滑块为正六边形形状，所述可移动滑块的每条边均与相对应的所述基座的内腔的边正对并平行间隔设置，所述可移动滑块通过所述弹簧悬置于所述内腔中，沿所述可移动滑块的周向并自12点钟方向顺时针，所述弹簧包括对应每一条所述可移动滑块的边设置的第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、第五弹簧以及第六弹簧，在切削深度方向，设定第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、第五弹簧以及第六弹簧的刚度为k₀，第一弹簧的刚度为k₁，所述切削刀片包括刀片本体部、位于所述刀片本体部上边缘的主切削刃和位于所述刀片本体部的两侧边缘的副切削刃，所述主切削刃和所述副切削刃与所述刀片本体部一体成型，所述主切削刃和所述副切削刃的圆弧半径为0.1毫米，所述副切削刃与所述刀片本体部的圆弧过渡半径为0.3毫米。

2.根据权利要求1所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，所述切削刀片还包括设置于刀面上呈树叶叶脉状的凹槽，所述凹槽的深度为2-3微米，分叉角度为15-20°，分叉间距为1-2毫米。

3.根据权利要求2所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，所述凹槽靠近所述刀片本体部上边缘的端部距离所述主切削刃1毫米。

4.根据权利要求1所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，所述切削刀片包括位于所述刀片本体部中央且呈正三角形排列的三个螺栓孔，所述螺栓与所述螺栓孔配合。

5.根据权利要求1所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，还包括与所述螺栓配合的第一垫片，所述第一垫片夹设于所述螺栓与所述切削刀片之间，所述第一垫片由不锈钢材料制成。

6.根据权利要求1或5所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，还包括与所述螺栓配合的第二垫片，所述第二垫片夹设于所述切削刀片与所述可移动滑块之间，所述第二垫片包括与所述切削刀片抵接并具有隔热涂层的不锈钢垫片层和所述可移动滑块抵接的橡胶片。

7.根据权利要求6所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，还包括设置于所述可移动滑块与所述基座之间的第三垫片，所述第三垫片由玻璃纤维与石棉复合而成。

8.根据权利要求7所述的一种精密加工变槽宽内螺纹的刀具，其特征在于，所述第三垫片设置在所述导向凹槽内，所述导向凹槽的深度为5毫米。

9.一种利用权利要求1所述的刀具进行精密加工变槽宽内螺纹的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在原车削大尺寸油管螺纹的机床上增加超声振动辅助加工装置；

步骤二、开展超声振动辅助加工条件下的切削力测试，利用实际加工中采用的梳齿刀，在切削深度分别为1mm，3m，5mm，7mm，9mm以及11mm，切削速度为10m/s，超声振动频率为40000HZ，振幅为15um，通过测力仪采集切削力，获得不同切削深度下，梳齿刀在切削深度方向的切削力，建立横坐标为切削深度，纵坐标为切削力的图，分别通过线性拟合获得切削深度切削力系数k_f；

步骤三、处理变槽宽螺纹尺寸，获得螺纹的宽度与深度关系，在给定的变槽宽螺纹中，根据设计参数，获得变槽宽螺纹最小宽度b₁，最大宽度b₂，变槽宽螺纹的最小深度h₁，最大深度h₂；根据变槽宽螺纹的设计参数获得变槽宽螺纹长度l₀，则距离螺纹初始端的距离为x处螺纹的宽度b(x)及深度h(x)分别为：

求得螺纹的宽度随着螺纹深度变化关系为：

进而获得在同一位置x，螺纹宽度与深度的确定关系，且不含二阶项，为线性的，即：

步骤四、获得加工变槽宽螺纹的刀具参数，采用加工螺纹的车刀最大宽度为变槽宽螺纹步骤三中确定的螺纹宽度与深度的关系，获得车刀宽度与刀刃深度的关系，并依据步骤三中确定的切削参数，一次完成变槽宽 螺纹深度的加工；

步骤五、依据步骤二中获得的超声振动辅助加工下的切削深度切削力系数k_f，获得在车削螺纹切入端的切削力f₁，依据切削力与切削面积，切削力系数之间的关系，可以获得切削过程中切削力变化公式：

f＝k_fb(x)h(x)

则梯形螺纹的切入端的切削力f₁：

梯形螺纹切出端的切削力f₂：

f₂＝k_fh₁b₁

变槽宽螺纹的最小深度h₁，最大深度h₂，其位移差为：

Δh＝h₂-h₁

在切削深度方向，可以满足螺纹加工中的切削深度自适应变化要求；在进给速度方向，满足加工要求。