一种带滚压装置的切削刀具

技术领域

本发明主要涉及金属切削加工领域，尤其涉及一种带滚压装置的切削刀具。

背景技术

滚压是一种无切屑的加工的加工方式，即通过高硬度的滚子对金属表面施加高压，碾平金属表面的微观凸峰，使材料表面发生弹性塑性变形，在表面形成了一定厚度的强化层，从而提高了金属表面的耐磨性，且表面粗糙度有所降低。

金属滚压是通过滚子将被加工表面的微观凸峰碾平到微观凹坑里，因此对滚压的余量有严格的要求：余量小，达不到滚压效果；余量大，则滚压的阻力太大，实施有困难，且会破坏表面质量。针对该问题，现有技术中通常采用如下方案：采用一个单独的切削刀盘对被加工表面进行切削加工，目的是使被加工表面干净平整，然后将切削刀盘从机床主轴上取下，更换为滚压刀盘，为了确保滚压量的合适，需要测量滚压刀盘的滚子到被加工面之间的距离，然后根据测量的结果确定合适的进刀量。由于合适的滚压量一般很小，因此需要测量的距离的值需要很准确，带来的工作也很繁琐，也很容易出错。

为解决上述问题，中国专利文献CN201510693100提供了一种铣滚一体刀具，在机床上同时装了两个用来带动刀盘的主轴，一个主轴装切削刀盘，一个主轴装滚压刀盘，通过事先测量两个刀盘的高度，将滚压余量输入在机床参数中，从而避免了每次测量距离的问题；中国专利文献CN205237433U提供了一种给予恒距离滚压的平面滚压刀具，即给滚压刀盘旁边装上了专门的测量装置，通过每次自动的测量滚压刀盘到被加工面间的距离，避免了繁琐的劳动；上述两个技术方案的本质是一样的，即使滚压余量保持恒定，从而保证被加工表面的粗糙度。但是，上述两个技术方案都对加工设备有要求：CN201510693100是将铣刀和滚压刀固定在同一个机床主轴上；CN205237433U则是增加了测量间隙的模块；该两种方案实施均需要配合专门的机床使用，不易于推广。

此外，现有技术中，一般滚压刀具的滚子由有圆柱形和圆锥型，圆柱或圆锥的母线为直线。在理论上，刀具使用时，其滚子的母线与被加工平面的法线相互垂直，随着刀具相对于工件的进给运动，被加工平面由滚子母线周滚压而成,由于母线为直线且与被加工表面相互垂直，从而加工出绝对平整的表面。而实际上，由于制造精度的限制，滚子的母线与被加工平面的法线无法绝对垂直，从而造成滚子的两端的滚压余量总是不同，滚子的一端相对于另一端的滚压余量较大，因此两端滚压出的表面会有差别，反应在被加工表面上就是有明显的纹路。而造成纹路的根本原因在于：母线为直线的滚子由于刀具制造精度有限会造成滚子母线两端的滚压量不一致，从而产生表面纹路。

与之相对的是，采用滚珠代替滚子滚压表面，由于滚珠的母线为圆弧，使其不受刀盘制造精度的影响，始终保持参与滚压的母线的两端滚压量的一致，从而形成良好的滚压纹路。但是，滚珠的半径有限，滚珠半径较小，只能强化被加工材料表面性能，无法降低粗糙度，还会限制了加工效率；采用大直径的滚珠能够降低粗糙度，但是大直径滚珠需要较大的刀具来安装，不方便实施，即由于滚压出的表面是由滚珠滚压形成的圆弧槽组成的，过大的进给参数会导致圆弧槽之间距离过大，导致被加工表面粗糙。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构稳定、操作方便、加工表面质量高的带滚压装置的切削刀具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种带滚压装置的切削刀具，包括旋转刀体、多个切削装置和多个滚压装置，所述旋转刀体包括上端面和下端面，所述上端面和下端面均垂直于所述旋转刀体的旋转中心轴，多个所述切削装置设置在所述下端面上且沿所述旋转刀体的周向均匀分布，多个所述滚压装置设置在所述下端面上且沿所述旋转刀体的周向均匀分布，在所述旋转刀体的径向上，所述滚压装置与所述旋转中心轴之间的距离小于所述切削装置与所述旋转中心轴之间的距离。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述滚压装置的滚子的旋转轴位于所述旋转刀体的径向截面上。

在所述旋转刀体过所述旋转轴的径向截面上，所述旋转轴与所述下端面之间的夹角α等于所述滚子的锥度，且满足：1°≤α≤15°。

所述滚子包括内侧端面、外侧端面以及连接所述内侧端面、外侧端面的滚压侧面，所述滚压侧面呈鼓型结构，所述内侧端面、外侧端面均垂直于所述旋转轴，所述内侧端面的直径小于外侧端面的直径。

在过所述旋转轴的截面上，所述滚压侧面的轮廓线为圆弧，且圆弧的半径为R，应满足：100mm≤R≤500mm。

在过所述旋转轴的截面上，所述滚压侧面的圆弧轮廓线对应的弦AB与圆弧轮廓线之间的最大距离为H，应满足：H≥0.05mm。

所述滚子的锥度为β，所述内侧端面的半径为RA，所述内侧端面与所述旋转中心轴之间在所述旋转刀体的径向上的最大距离为LA，应满足：RA/LA＝SINβ。

所述下端面上开设有安装槽，所述滚压装置还包括固定压板，所述固定压板上开设有固定孔，所述滚子装设在所述安装槽并通过固定压板的固定孔限位以在所述安装槽内绕所述旋转轴自由旋转。

所述切削装置包括切削刀片、压块和双头螺钉，所述压块将切削刀片固定在所述下端面上的刀槽内并通过旋转双头螺钉使压块沿螺钉轴线前后移动以实现对切削刀片的压紧与放松。

在所述旋转中心轴方向上，所述滚压侧面的下侧位于所述切削刀片的主切削刃下方，且两者之间的距离为S，应满足：0.01mm≤S≤0.4mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的带滚压装置的切削刀具，包括旋转刀体、多个切削装置和多个滚压装置，旋转刀体包括上端面和下端面，上端面和下端面均垂直于旋转刀体的旋转中心轴，多个切削装置沿旋转刀体设置在下端面上且沿旋转刀体的周向均匀分布，多个滚压装置设置在下端面上且沿旋转刀体的周向均匀分布，在旋转刀体的径向上，滚压装置与旋转中心轴之间的距离小于切削装置与旋转中心轴之间的距离，将多个切削装置和多个滚压装置同时设置在旋转刀体上并均匀分布，且切削装置相对滚压装置处于半径较大的位置，旋转刀体围绕旋转中心轴旋转，随着旋转刀体的旋转和进给，切削装置首先参与加工，对工件表面进行切削，随后滚压装置对切削过的表面进行滚压工作，本发明中，切削装置和滚压装置同时设置在一个旋转刀体上，滚压余量就是二者之间的高度差，而该高度在刀具制作时就可以准确地设置在旋转刀体上，因此精确且固定，在使用的时候避免了繁琐的测量过程，不仅结构稳定、操作方便且加工表面质量高。

附图说明

图1是本发明带滚压装置的切削刀具的立体结构图。

图2是本发明带滚压装置的切削刀具的俯视图。

图3是本发明带滚压装置的切削刀具的主视图。

图4是图3中A处放大图。

图5是本发明带滚压装置的切削刀具另一视角的立体结构图。

图6是图5中B处放大图。

图7是本发明带滚压装置的切削刀具另一视角的立体结构图。

图8是本发明带滚压装置的切削刀具的滚子的主视图。

图9是本发明带滚压装置的切削刀具的滚子的侧视图。

图10是图9中的C-C视图。

图11是图2中的D-D视图。

图12是图11中的E处放大图。

图中各标号表示：

1、旋转刀体；10、旋转中心轴；11、上端面；12、下端面；121、安装槽；2、切削装置；21、切削刀片；22、压块；23、双头螺钉；3、滚压装置；31、滚子；311、旋转轴；312、内侧端面；313、外侧端面；314、滚压侧面；32、固定压板；321、固定孔；4、安装孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者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。

图1至图12示出了本发明带滚压装置的切削刀具的一种实施例，该实施例的带滚压装置的切削刀具包括旋转刀体1、多个切削装置2和多个滚压装置3，旋转刀体1包括上端面11和下端面12，上端面11和下端面12均垂直于旋转刀体1的旋转中心轴10，多个切削装置2设置在下端面12上且沿旋转刀体1的周向均匀分布，多个滚压装置3设置在下端面12上且沿旋转刀体1的周向均匀分布，在旋转刀体1的径向上，滚压装置3与旋转中心轴10之间的距离小于切削装置2与旋转中心轴10之间的距离，将多个切削装置2和多个滚压装置3同时设置在旋转刀体1上并均匀分布，且切削装置2相对滚压装置3处于半径较大的位置，旋转刀体1围绕旋转中心轴11旋转，随着旋转刀体1的旋转和进给，切削装置2首先参与加工，对工件表面进行切削，随后滚压装置3对切削过的表面进行滚压工作，切削装置2和滚压装置3同时设置在一个旋转刀体1上，滚压余量S就是二者之间的高度差，而该高度在刀具制作时就可以准确地设置在旋转刀体1上，因此精确且固定，在使用的时候避免了繁琐的测量过程，不仅结构稳定、操作方便且加工表面质量高。

本实施例中，滚压装置3的滚子31的旋转轴311位于旋转刀体1的径向截面上，保证滚子31各处的角速度一致。

本实施例中，在旋转刀体1过旋转轴311的径向截面上，旋转轴311与下端面12之间的夹角α等于滚子31的锥度，且满足：1°≤α≤15°，本实施例中，α＝10°。

本实施例中，滚子31包括内侧端面312、外侧端面313以及连接内侧端面312、外侧端面313的滚压侧面314，滚压侧面314呈鼓型结构，内侧端面312、外侧端面313均垂直于旋转轴311，内侧端面312的直径小于外侧端面313的直径，在过旋转轴311的截面上，滚压侧面314的轮廓线为圆弧，圆弧的半径为R，为了保证滚子31上各点与被加工表面的速度差很小，相较与圆柱滚子提高被加工表面的表面质量，应满足：100mm≤R≤500mm，滚压侧面314的圆弧轮廓线对应的弦AB与圆弧轮廓线之间的最大距离为H，应满足：H≥0.05mm，即本实施例采用呈鼓型的滚子31，滚子31母线为大圆弧，既保证了滚压母线两端滚压量的一致，也不会增加滚子31的体积，而弦AB与母线的距离H则保证了本实施例能在现有的制作精度下实现，H值越小，则母线与弦越接近，即母线越接近直线，则对刀盘的加工精度要求也越高，本实施例中，R＝420mm，H＝0.06mm。

本实施例中，滚子31的锥度为β，内侧端面312的半径为RA，内侧端面312与旋转中心轴10之间在旋转刀体1的径向上的最大距离为LA，应满足：RA/LA＝SINβ。

点A距离旋转中心轴10的距离为LA，点B距离旋转中心轴10的距离为LB。当刀具沿着旋转中心轴10旋转工作时，以旋转中心轴10为参考基准，点A的速度VA1＝3.14*2*LA*N1，点B的速度VB1＝3.14*2*LB*N1，其中N1为旋转刀体1的转速，由于LB＝LA+L/COSβ，则VB1＝3.14*2*(LA+L/COSβ)*N1；同时，由于点A和点B处于同一个滚子31上，围绕滚子31的旋转轴311旋转，以旋转轴311为参考基准，点A的速度VA2＝3.14*2*RA*N2，点B的速度VB2＝3.14*2*RB*N2，其中RA为点A距离旋转轴311的距离，即内侧端面312的半径，RB为点B距离旋转轴311的距离，即外侧端面313的半径，N2为滚子的转速，若滚子成锥形，锥度为β，则RB＝RA+tanβ*L；

得出：VB2＝3.14*2*(RA+tanβ*L)*N2；

在现有技术中，滚子为圆柱，由于RA＝RB，则以滚子轴心作为参考基准，滚子上A、B两点速度相同，即VA2＝VB2；而A、B两点处于刀盘上的不同半径的位置上，显然VA1≠VB1，因此，滚子的一端与工件表面速度相同，成纯滚动状态，而另一端与工件表面存在速度差，二者之间有滑动；或者，滚子上所有的点都与工件存在滑动。相对于纯滚动，滑动会破坏被加工表面，从而造成被加工面的表面质量下降。

而若采用圆锥作为滚子，如果要实现滚子与被加工面的纯滚动，则需要滚子两端A点和B点的速度分别与被加工表面上对应点的速度相同，

即：VB1＝VB2且VA1＝VA2。

3.14*2*LA*N1＝VA1＝VA2＝3.14*2*RA*N2→LA*N1＝RA*N2；

3.14*2*(LA+L/COSβ)*N1＝VB1＝VB2＝3.14*2*(RA+tanβ*L)*N2→(LA+L/cosβ)*N1＝(RA+tanβ*L)*N2；

即：(LA+L/cosβ)/LA＝(RA+tanβ*L)/RA→RA/LA＝SINβ；

由上述分析可见，锥形的滚子能够实现与被加工表面的纯滚动滚压，但是，需要满足上述公式，即滚子需要安装在刀具特定的位置上，且该位置与锥形滚子的结构尺寸有关。

本实施例中，滚子31在下端面12上的安装位置按照公式RA/LA＝SINβ确定，但是，由于本发明的滚子母线为圆弧，所以并不能严格符合上述公式，即滚子31的端面两个点实现了纯滚动滚压，但母线中间的点依然与被加工工件间存在速度差，其大小与圆弧大小有关，由于本实施例采用大圆弧母线，相较于圆柱滚子，本发明上各点与被加工表面的速度差已经很小，因此本发明相较与圆柱滚子提高了被加工表面的表面质量。

本实施例中，下端面12上开设有安装槽121，滚压装置3还包括固定压板32，固定压板32上开设有固定孔321，滚子31装设在安装槽121并通过固定压板32的固定孔321限位以在安装槽121内绕旋转轴311自由旋转。

本实施例中，切削装置2包括切削刀片21、压块22和双头螺钉23，压块22将切削刀片21固定在下端面12上的刀槽内并通过旋转双头螺钉23使压块22沿螺钉轴线前后移动以实现对切削刀片21的压紧与放松。

在旋转中心轴10方向上，滚压侧面314的下侧位于切削刀片21的主切削刃下方，且两者之间的距离即为滚压余量S，应满足：0.01mm≤S≤0.4mm，本实施例中，S＝0.15mm。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。