[发明专利]一种超声插切加工刀具

说明书

本发明公开了一种超声插切加工刀具，包括刀具主体；刀具主体的一端具有定位面，定位面上设有与超声变幅杆相连的螺纹段，刀具主体的另一端具有凹槽，凹槽包括锥形槽底、圆柱形孔和锥台形孔，锥台形孔和所述刀具主体远离所述定位面一端的外壁构成喇叭形切削刃，位于定位面与锥形槽底之间的刀具主体外壁上设有扳手槽，靠近锥形槽底的圆柱形孔的一端设有至少一个从刀具主体外壁穿出的出屑口，圆柱形孔的靠近锥台形孔的孔段内壁设有至少一个从刀具主体外壁穿出的斜槽。本发明减小了蜂窝芯插切加工的切削力，有效抑制了蜂窝芯孔格压溃变形损伤，保证加工质量和加工精度。

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种超声插切加工刀具。

背景技术

NOMEX蜂窝芯复合材料因密度小质轻、高的比强度与比刚度、抗冲击能力强、良好的自熄性等特点而被广泛应用于航空航天、高速列车等诸多领域。构成蜂窝芯构件，需要对蜂窝芯进行机械加工。蜂窝芯复杂型面加工中，涉及大量小曲率半径圆弧和孔的加工。目前主要有2种方法加工蜂窝芯材料，一种是在高速机床上采用铣刀高速铣削方法加工，采用高速铣削加工小曲率蜂窝芯结构特征时，由于整体蜂窝孔格结构被破坏，半孔格蜂窝强度非常低，在铣刀铣削力的作用下经常出现蜂窝壁压溃缺陷，加工质量差。第二种是采用超声波机床以直刃尖刀或圆盘刀切削加工蜂窝芯，超声波切削加工蜂窝芯切削力小，表面质量很高，但对于小曲率半径圆弧的加工则只能采用直刃尖刀，而直刃尖刀在切除材料过程中由于回转半径小，刀面两侧对被加工材料的推挤严重，也会导致压溃等质量问题。因此，对蜂窝芯小曲率圆弧特征的加工目前是航空制造领域的一个难题。

插切加工是采用中空的管状刀具插入被加工材料，切除中心圆柱材料，完成中心孔的加工。目前已有采用高速回转的插切刀具加工蜂窝芯的技术报道，加工过程中，中空刀具绕其轴线旋转的同时垂直于蜂窝芯单元格轴线进给，从而进行蜂窝芯材料的去除。但加工效果并不理想，存在的主要问题为：①蜂窝芯材料由较难加工的芳纶纤维等材料构成，加工过程中刀具磨损严重。为了保证加工质量，需要频繁更换刀具，而此类刀具成本较高，增加了蜂窝芯材的制造成本；②已有的中空蜂窝芯插切刀具不具备排屑功能，蜂窝芯切屑很快堆积在刀具内孔，需要频繁停机清理切屑，加工效率极低，可用性差；③蜂窝芯插切材料去除仍为高速铣削原理，筒状刀具内外表面与已切削表面及切削的摩擦严重，切削力大，也容易导致蜂窝芯塌边等缺陷，加工的圆弧特征精度和质量差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于蜂窝芯小曲率圆弧特征加工的超声插切加工刀具。本发明的原理是，将超声切削加工与插切加工相结合，利用超声振动能够极大减小摩擦力和切削力的优势，在插切工具上施加超声振动，实现蜂窝芯小曲率圆弧特征的高精度加工。为了实现上述原理，需要解决的难点包括：①考虑刀具材料和结构，综合运用超声波的传递原理和规律，发明一种能够传递超声振动的插切刀具；②超声振动经刀体传播至前端切削刃，保证切削刃出的振幅最大；③为了有效减小超声振动的界面衰减，保证超声振动效果，刀具必需与刀柄可靠连接；④解决插切加工的排屑问题。本发明采用的技术手段如下：

一种超声插切加工刀具，包括刀具主体；

所述刀具主体的一端具有定位面(以实现刀具与超声变幅杆同轴)，所述定位面上设有与超声变幅杆相连的螺纹段，所述刀具主体的另一端具有凹槽，所述凹槽包括锥形槽底、圆柱形孔和位于所述凹槽槽口的锥台形孔(以减小所述超声插切加工刀具外壁与蜂窝芯材料的摩擦)，所述锥形槽底和所述圆柱形孔之间设有圆弧过渡孔(以避免超声作用下的应力集中)，所述锥台形孔的小端与所述圆柱形孔连通；

所述锥台形孔和所述刀具主体远离所述定位面一端的外壁构成喇叭形切削刃，所述刀具主体远离所述定位面一端的外壁呈锥台形，所述刀具主体远离所述定位面一端的外壁的小端位于所述圆柱形孔两端之间；

位于所述定位面与所述锥形槽底之间的所述刀具主体外壁上设有扳手槽，靠近所述锥形槽底的所述圆柱形孔的一端设有至少一个从所述刀具主体外壁穿出的出屑口，所述圆柱形孔的靠近所述锥台形孔的孔段内壁设有至少一个从所述刀具主体外壁穿出的斜槽。