具有异形截面刀杆的内孔车刀及其支撑构件

摘要

本发明公开了一种具有异形截面刀杆的内孔车刀及其支撑构件，该内孔车刀的刀杆较圆形截面刀杆具有更高刚性。该车刀包括刀头、刀杆和刀柄，若定义该刀杆能够伸入的直径最小的孔为基准孔，则所述刀杆的横截面积大于π(R-B/2)2；其中，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度。在基准孔的大小、刀头的伸出长度均相同的条件下，本申请车刀的刀杆刚度高于传统内孔车刀的刀杆刚度，更好的保证了加工质量，同时扩大了内孔车削工艺的适用范围，比如可使一些以前需要丝锥才能加工的螺纹实现车削加工。本申请说提供的支撑构件可进一步提高刀杆刚度，减少预备刀具的数量。

权利要求

1.具有异形截面刀杆的内孔车刀，包括刀头（2）、刀杆（3）和刀柄（5），该刀杆（3）能够伸入的直径最小的孔称之为基准孔（10），该基准孔（10）的中心即为刀杆（3）的旋转中心，2

其特征在于：所述刀杆（3）的横截面积大于π(R-B/2) ；其中，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度；所述刀杆（3）的横截面（3c）为椭圆形，所述刀头（2）位于该椭圆的短轴方向上；刀杆（3）尺寸满足以下条件：H＝φ-2A、D＝φ-2A-B；其中，H表示刀杆最大宽度，D表示刀杆最小宽度，φ表示内孔直径，A表示单侧退刀排屑间隙，B表示刀头伸出长度。

2.具有异形截面刀杆的内孔车刀，包括刀头（2）、刀杆（3）和刀柄（5），该刀杆（3）能够伸入的直径最小的孔称之为基准孔（10），该基准孔（10）的中心即为刀杆（3）的旋转中心，2

其特征在于：所述刀杆（3）的横截面积大于π(R-B/2) ；其中，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度；所述刀杆（3）的横截面（3d）是由一个弯曲角度≥180°的圆弧以及连接该圆弧起始端和终止端的直线所构成的封闭图形；所述刀头（2）位于该直线一侧；刀杆（3）尺寸满足以下条件：H＝2R、D＝2R-B；其中，H表示刀杆最大宽度，D表示刀杆最小宽度，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度。

3.如权利要求1或2所述的具有异形截面刀杆的内孔车刀，其特征在于：所述刀杆（3）的头部加工有一轴向螺孔（7）和与该轴向螺孔（7）相通的径向孔（12），所述刀头（2）通过与该轴向螺孔（7）配合的紧固螺钉（1）夹持固定在径向孔（12）内。

4.如权利要求1或2所述的具有异形截面刀杆的内孔车刀，其特征在于：所述刀头（2）与刀杆（3）为一体结构。

说明书

具有异形截面刀杆的内孔车刀及其支撑构件

技术领域

[0001] 本申请涉及一种加工内孔时所使用的车刀，具体涉及该车刀的刀杆。本申请还涉及一种在使用该车刀时，对车刀的刀杆实施支撑以提高其刚性的支撑构件。

背景技术

[0002] 传统的内孔车刀均由刀头、刀杆和刀柄构成。刀头或通过紧固件安装在刀杆的头部，或与刀杆为一体结构；刀柄则位于刀杆的尾部，用作车床的夹持部位。目前，内孔车刀的刀杆均设计成易于加工的形状，即刀杆的横截面为圆形或方形。保证刀杆刚性的主要办法就是增加刀杆的宽度。而内孔车刀的刀杆宽度受到严格的限制。车削内孔(包括内螺纹孔)时，必须将刀杆伸入工件的孔内进行加工，因此刀杆的宽度最大也只能等于内孔直径减去必要的刀头伸出长度和退刀排屑间隙。如果刀杆的刚性无法满足要求，加工时就会产生弯曲、振动、让刀等现象，造成生产效率低，加工质量差等问题。因此，必须考虑提高内孔车刀刀杆刚性的办法。

[0003] 现对圆形截面刀杆和方形截面刀杆的刚性进行比较。由于切削时刀杆伸入孔内，若将刀杆能够伸入的直径最小的孔定义为基准孔，当刀杆的横截面设计为正方形时，如图4所示，该横截面3a与刀头2的横截面所构成的图形必将内接于基准孔10；此时，横截面3a2
的面积(该面积也是当刀杆的横截面被设计为方形情况下的最大面积)为(2R-B)/2，其中，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度；在参数R和参数B相同的情况下，若刀杆的
2
横截面为圆形，如图5所示，此时该横截面3b面积则为π(R-B/2)。通过对比得出，横截面
3b的面积大于横截面3a的面积。因此，在基准孔的大小、刀头的伸出长度均相同的条件下，由于圆形截面刀杆的横截面积比方形截面刀杆的横截面积更大，故圆形截面刀杆的刚性相对较高。

发明内容

[0004] 本申请旨在提供一种较圆形截面刀杆具有更高刚性的刀杆的内孔车刀。

[0005] 对此，本申请提出了一种具有异形截面刀杆的内孔车刀，该车刀包括刀头、刀杆和刀柄，若定义该刀杆能够伸入的直径最小的孔为基准孔，则所述刀杆的横截面积大于2
π(R-B/2) ；其中，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度。

[0006] 本申请所指的“异形截面”，包括除现有的圆形截面和方形截面以外，所有满足上述条件的截面形状。本申请这样认为：在基准孔的半径R、刀头伸出长度B相同的条件下，2
只要刀杆的横截面积大于π(R-B/2)，则说明该刀杆的横截面积比圆形截面刀杆的横截面积更大，故刀杆的的刚性也就更高。在本申请的具体实施方式中将给出多个实施例来支持本申请所提出的上述技术方案。

[0007] 在这些实施例中，考虑到刀杆加工的便利性，本申请优选的方式是：所述刀杆的横截面为椭圆形，所述刀头位于该椭圆的短轴方向上。在此基础上，刀杆尺寸最好满足以下条件：H＝φ-2A、D＝φ-2A-B；其中，H表示刀杆最大宽度，D表示刀杆最小宽度，φ表示内孔直径(加工内螺纹孔时，φ表示内螺纹孔的小径)，A表示单侧退刀排屑间隙，B表示刀头伸出长度。照此条件，刀杆横截面的面积将是所有可能的椭圆形截面中面积最大的，故刚性也就最高。

[0008] 将刀杆的横截面设计为椭圆的好处还在于：刀头设置于该椭圆的短轴方向上，而切削时刀杆承受主切削力的方向在椭圆的长轴方向上，因此，刀杆横截面积主要增加在承受主切削力方向，可大幅度的提高刀具刚性。

[0009] 同样考虑到刀杆加工的便利性，本申请还可优选的方式是：所述刀杆的横截面是由一个弯曲角度≥180°的圆弧以及连接该圆弧起始端和终止端的直线所构成的封闭图形；所述刀头位于该直线一侧。在此基础上，刀杆尺寸最好满足以下条件：H＝2R、D＝2R-B；其中，H表示刀杆最大宽度，D表示刀杆最小宽度，R表示基准孔的半径，B表示刀头伸出长度。照此条件，刀杆横截面的面积将是所有可能的该类截面中面积最大的，故刚性也就最高。

[0010] 本申请的内孔车刀的刀头可通过紧固件安装在刀杆的头部，以便进行更换。比如，可在所述刀杆的头部加工一轴向螺孔和与该轴向螺孔相通的径向孔，将所述刀头通过与该轴向螺孔配合的紧固螺钉夹持固定在径向孔内。本申请的内孔车刀的刀头也可与刀杆为一体结构。

[0011] 本申请还将提供一种在使用该车刀时，对车刀的刀杆实施支撑以提高其刚性的支撑构件。

[0012] 为此，该支撑构件包括一块可夹持固定在车床刀架上的支撑部件，该支撑部件上设置有可夹持刀杆的装置。具体的，所述支撑部件上开有通槽以及与该通槽相通且与该通槽的延伸方向相垂直的螺孔，与所述螺孔配合的紧固螺钉将刀杆夹持固定在该通槽上。当然，支撑部件也可以通过其他的多种方式夹持刀杆，比如使用抱圈等。

[0013] 使用支撑构件的好处在于，由于支撑构件增加了对刀杆的支撑作用，因此刀杆的长度能够相应的增加，使用时只要适当选择刀杆的伸出长度，就可以满足深度不同的内孔的加工要求，因此就可以减少预备刀具的数量。

[0014] 本申请的有益效果是：在基准孔的大小、刀头的伸出长度均相同的条件下，本申请车刀的刀杆刚度高于传统内孔车刀的刀杆刚度，更好的保证了加工质量，同时扩大了内孔车削工艺的适用范围，比如可使一些以前需要丝锥才能加工的螺纹实现车削加工。本申请说提供的支撑构件可进一步提高刀杆刚度，减少预备刀具的数量。

附图说明

[0015] 图1为本申请的内孔车刀与其支撑构件的连接关系示意图。

[0016] 图2为图1的俯视图。

[0017] 图3为刀头与刀杆为一体结构的本申请的内孔车刀结构的示意图。

[0018] 图4为现有正方形截面刀杆的内孔车刀使用状态图。

[0019] 图5为现有圆形截面刀杆的内孔车刀使用状态图。

[0020] 图6为本申请异形截面刀杆实施例1(椭圆截面)的使用状态图。

[0021] 图7为本申请异形截面刀杆实施例2的使用状态图。

[0022] 图8为图4、图5及图7中刀杆横截面积的比较图。

[0023] 图9为本申请异形截面刀杆实施例3的使用状态图。

[0024] 图10为图4、图5及图9中刀杆横截面积的比较图。

[0025] 图4～图10均为沿待加工孔或车刀轴线方向的正投影图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明。

[0027] 如图1、图2和图3所示，刀头2或通过紧固件安装在刀杆3的头部，或与刀杆3的头部为一体结构；刀柄5应设计为矩形，以便夹持。将刀头2通过紧固件安装在刀杆3的头部可以便于对刀头2进行更换。在图1和图2中，刀杆3的头部加工有一轴向螺孔7和与该轴向螺孔7相通的径向孔12，刀头2通过与该轴向螺孔7配合的紧固螺钉1夹持固定在径向孔12内。这种结构不占用任何排屑空间，并且加工方便，能够保证对刀头2的夹持力。

[0028] 如图1和图2所示，当刀杆3的长度较长时，应考虑使用支撑构件。支撑部件4应夹持固定在车床刀架上，使用时，既通过车床刀架夹紧刀柄5，同时又通过支撑部件4对刀杆3实施支撑固定。其中，支撑部件4为一横截面为矩形的长条状结构，在靠近其端部的位置开有通槽13以及与该通槽13相通且与该通槽13的延伸方向相垂直的螺孔8，与所述螺孔8配合的紧固螺钉6用于将刀杆3夹持固定在该通槽13上。根据待加工孔的深度，刀杆3在通槽13上的伸出长度可以进行相应的调整。

[0029] 如图4、图5、图6、图7和图9，切削时刀杆必然要伸入内孔9中，若将刀杆能够伸入的直径最小的孔定义为基准孔10，则无论如何，基准孔10都将外接于刀杆的横截面与刀头横截面所构成的图形。而车刀所能加工的内孔9的最小直径，也应该等于基准孔10的直径加上必要的退刀排屑间隙。

[0030] 当图4、图5、图6、图7和图9中所示基准孔10的半径R、刀头2的伸出长度B以及内孔9的直径φ均相同的情况下，对于图4所示情形而言，由于刀杆的横截面3a为正方2
形，可得到2R＝B+D(此处D为横截面3a的对角线长度)，根据横截面3a的面积公式D/4，
2
可进一步的计算出横截面3a的面积为(2R-B)/2；对于图5所示情形而言，由于刀杆的横截面3b为圆形，可得到2R＝B+D(此处D为横截面3b的直径)，根据横截面3b的面积公式
2 2
πD/4，可进一步的计算出横截面3a的面积为π(R-B/2)。通过比较横截面3a和横截面
3b的大小或直接参考图8和图10，可以得出横截面3b的面积大于横截面3a的面积。

[0031] 在基准孔的半径R、刀头伸出长度B相同的条件下，只要刀杆的横截面积大于2
π(R-B/2)，则说明该刀杆3的横截面积比圆形截面刀杆的横截面积更大，故刀杆的的刚性也就更高。

[0032] 实施例1

[0033] 如图6所示，刀杆3的横截面3c为椭圆形，所述刀头2位于该椭圆的短轴方向上。在此基础上，刀杆3尺寸最好满足以下条件：H＝φ-2A、D＝φ-2A-B；其中，H表示刀杆3最大宽度，D表示刀杆3最小宽度，φ表示内孔9的直径(加工内螺纹孔时，φ表示内螺纹孔的小径)，A表示单侧退刀排屑间隙，B表示刀头2伸出长度。照此条件，横截面3c的面积
2
为πHD/4，而横截面3b的面积为πD/4，由于H大于D，因此横截面3c的面积大于横截面
3b的面积。将刀杆3的横截面设计为椭圆的好处还在于：刀头2设置于该椭圆的短轴方向上，而切削时刀杆3承受主切削力的方向在椭圆的长轴方向上，因此，刀杆3横截面积主要增加在承受主切削力方向，可大幅度的提高刀具刚性。当刀杆3的横截面3c为椭圆形时，该椭圆截面的刀杆可以直接在普通车床上通过车椭圆的方法机加工成型，因此加工十分的方便。

[0034] 实施例2

[0035] 如图7所示，刀杆3的横截面3d是由一个弯曲角度大于180°的圆弧以及连接该圆弧起始端和终止端的直线所构成的封闭图形；所述刀头2位于该直线一侧。在此基础上，刀杆3尺寸满足以下条件：H＝2R、D＝2R-B；其中，H表示刀杆3最大宽度，D表示刀杆3最小宽度，R表示基准孔10的半径，B表示刀头2伸出长度。照此条件，如图8所示，横截面3d的面积将是所有可能的该类截面中面积最大的，故刚性也就最高。该类截面的刀杆可以在普通车床上车制后再进行磨削或铣削等常规机加方式成型，同样具有加工方便的优点。

[0036] 实施例3

[0037] 如图9所示，刀杆3的横截面3e是一个不规则的扁形，其周边始终靠近于基准孔10的边缘。根据如图10所示，横截面3e的面积同样大于横截面3b的面积，因此刀杆3的刚性仍旧大于圆形截面刀杆。但是，由于该横截面3e的形状比较复杂，故不容易加工。