專利名稱：溝槽加工方法和成形旋轉(zhuǎn)切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溝槽加工方法和成形旋轉(zhuǎn)切削工具，尤其涉及用于減 小對粗加工的溝槽進(jìn)行精加工時(shí)所需的切削轉(zhuǎn)矩的技術(shù)，從而高效地
進(jìn)行溝槽加工。
背景技術(shù)：
圖7示出了將比如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)葉輪安裝在旋轉(zhuǎn)軸10上的配 置。在該配置中，多個(gè)葉片14分別裝配在形成于旋轉(zhuǎn)軸IO外周中的 多個(gè)樹狀溝槽12中。圖8是示出其中一個(gè)樹狀溝槽12的剖面放大圖。 正如在圖8中清楚所示，溝槽12的剖面為倒置的圣誕樹形狀，其相對 于其溝槽中心線s橫向(左右方向)對稱。在自外周面朝旋轉(zhuǎn)軸10 軸線的溝槽深度方向上，也即在圖8的向下方向上，溝槽12的寬度平 滑增/減地逐漸減小。在溝槽12的相對側(cè)面16a、 16b上，交替且連續(xù) 地形成有多個(gè)凹進(jìn)部18和多個(gè)突出部20。
為了在旋轉(zhuǎn)軸10上加工也即切削樹狀溝槽12，首先使用粗切削 也即粗加工用的成形旋轉(zhuǎn)切削工具執(zhí)行粗加工步驟，以切削接近于樹 狀溝槽12的粗加工溝槽或粗切削溝槽22。粗加工用的成形旋轉(zhuǎn)刀具 (例如銑刀)也即粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下在其軸 線的垂直方向上移動(dòng)。
隨后，使用精密切削也即精加工用的成形旋轉(zhuǎn)切削工具執(zhí)行精加 工步驟，以去除作為精加工余量(finishing stock) 24的表面層，從而 對粗切削溝槽22進(jìn)行精加工而獲得目標(biāo)樹狀溝槽12。粗加工用的成 形旋轉(zhuǎn)刀具(例如銑刀)也即粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具在繞其軸線在溝槽 中旋轉(zhuǎn)的情況下在其軸線的垂直方向上(與粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具相同 的方向)移動(dòng)。JP-2000-326133A (日本專利申請?zhí)亻_平公報(bào))披露了 此種樹狀溝槽的加工方法。在所披露的溝槽加工方法中，粗切削溝槽22是采用粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具切削的。
不過，在上述傳統(tǒng)的精加工步驟中，包括相對側(cè)面和底面的粗切 削溝槽的整個(gè)區(qū)域被切削作為精加工余量的預(yù)定量。較大的切削轉(zhuǎn)矩 (切削阻力)被施加在切削工具上，這會導(dǎo)致溝槽產(chǎn)生傾斜也即歪斜。 這就使得難于通過增大切削速度和進(jìn)給速率來高效地進(jìn)行溝槽加工。
"傾斜的溝槽"或溝槽傾斜是溝槽的底側(cè)在粗切削溝槽經(jīng)受精加 工步驟時(shí)在預(yù)定方向上傾斜的現(xiàn)象。也就是說，相對側(cè)的一個(gè)和另一 個(gè)分別在精加工時(shí)受到上切削和下切削，于是就產(chǎn)生不同的切削阻力 大小。為此，如圖5的虛線所示，溝槽的底側(cè)朝著上切削側(cè)(左側(cè)) 傾斜。這里，圖5示出了自刀柄側(cè)(圖5中的上側(cè))觀察的、通過順 時(shí)針旋轉(zhuǎn)切削工具而形成溝槽時(shí)的狀態(tài)，圖中的樹狀溝槽以簡化的方 式示出。
除了樹狀溝槽的加工外，在釆用各種具有頭部(nose)直徑朝向 工具遠(yuǎn)端變化的外周切削邊緣的成形旋轉(zhuǎn)切削工具加工溝槽時(shí)也存在
上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到了上述討論的情形， 一個(gè)目的在于減小對粗切削溝 槽進(jìn)行精加工的精加工步驟中所需的切削轉(zhuǎn)矩(切削阻力)，從而在將 溝槽傾斜度保持在容許范圍內(nèi)的情況下增大切削速度和進(jìn)給速率來高 效地進(jìn)4亍溝槽加工。
本發(fā)明的第一方面提供了一種采用粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具和精 加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具在工件中切削預(yù)定形狀的溝槽的溝槽加工方 法，該溝槽加工方法包括(i)粗加工步驟，用于在使粗加工成形旋轉(zhuǎn) 切削工具繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，通過相對于工件在其軸線的垂直方 向上移動(dòng)粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，而在工件中切削粗加工溝槽；(ii) 精加工步驟，用于在使精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況 下，通過相對于工件在其軸線的垂直方向上移動(dòng)精加工成形旋轉(zhuǎn)切削 工具，而對工件中的粗加工溝槽進(jìn)行精加工，其特征在于，在精加工 步驟中，精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具不對粗加工溝槽的底面進(jìn)行精加工。具體說來，粗加工步驟中的粗加工區(qū)域與精加工步驟中的精加工 區(qū)域之間的關(guān)系，也即粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的切刀與精加工成形 旋轉(zhuǎn)切削工具的切刀之間的關(guān)系被選擇成滿足上述條件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面中，粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工 具的粗加工端部加工邊緣比精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的精加工端部加 工邊緣沿軸向突出更多，于是在粗加工步驟中在粗加工溝槽的底部也 即底面上形成凹槽，以避免底部在精加工步驟中與精加工端部加工邊
' 本發(fā)明的第三方面提供了一種在工件中切削預(yù)定形狀的溝槽的成 形旋轉(zhuǎn)切削工具組，該成形旋轉(zhuǎn)切削工具組包括(i)粗加工成形旋轉(zhuǎn) 切削工具，用于在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，通過相對于工件在其軸線
的垂直方向上移動(dòng)，而在工件中切削粗加工溝槽；(ii)精加工成形旋 轉(zhuǎn)切削工具，用于在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，通過相對于工件在其軸 線的垂直方向上移動(dòng)，而對工件中的粗加工溝槽進(jìn)行精加工，其特征 在于，粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的粗加工端部加工邊緣也即切削邊緣 比精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的精加工端部加工邊緣也即切削邊緣沿軸
向突出更多。
粗加工端部切削邊緣和精加工端部切削邊緣的突出量是基于公共
位置進(jìn)行比較的，例如基于工件的精加工表面的目標(biāo)位置或外周切削
邊緣上的最接近端部切削邊緣的部分。
本發(fā)明的第四方面提供了一種粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，其具有 粗加工外周加工邊緣也即切削邊緣和粗加工端部加工邊緣也即切削邊
緣，并在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，相對于工件在其軸線的垂直方向上 移動(dòng)，以加工也即切削預(yù)定形狀的粗加工溝槽，其特征在于，粗加工 端部加工邊緣比用于對粗加工溝槽進(jìn)行精加工的精加工成形旋轉(zhuǎn)切削 工具的精加工端部加工邊緣沿軸向突出更多。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在第四方面中，粗加工端部加工邊緣具 有一突出部，其沿軸向突出且位于精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的精加工 端部加工邊緣與精加工外周加工邊緣之間的邊界內(nèi)。這里，突出部位于邊界徑向內(nèi)側(cè)。粗加工端部切削邊緣的位置和精加工外周切削邊緣 與端部切削邊緣之間邊界的位置是在假定它們在空間中重疊的情況下 或基于工件上的公共位置進(jìn)行比較的。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在第四或第五方面中，基于精加工端部 切削邊緣的目標(biāo)位置，粗加工端部加工邊緣相比精加工端部加工邊緣 多突出的突出尺寸被選擇成大于精加工端部加工邊緣的容許尺寸公差
并小于該容許尺寸公差和0.1mm之和。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在第四至第六方面的任一方面中，粗加 工外周加工邊緣具有凸部和凹部，其頭部直徑朝工具遠(yuǎn)端增減。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在第七方面中，粗加工外周加工邊緣被
構(gòu)造成直徑朝工具遠(yuǎn)端減小，以切削具有倒置圣誕樹形狀的樹狀溝槽。
在本發(fā)明第一方面限定的溝槽加工方法中，執(zhí)行精加工步驟而不 通過精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具切削粗切溝槽的底面。精加工步驟中精
加工粗切溝槽所需的切削轉(zhuǎn)矩(切削阻力)減小，于是就在將溝槽傾 斜度保持在容許范圍內(nèi)的情況下，以增大的切削速度和進(jìn)給速率高效 地進(jìn)行溝槽加工。
由本發(fā)明人所做的切削試驗(yàn)表明，該溝槽加工方法將切削轉(zhuǎn)矩減 小到對應(yīng)于傳統(tǒng)方法的約十分之一的大小，并將進(jìn)給速率增大到對應(yīng) 于傳統(tǒng)方法的約7.5倍的大小。因此，該溝槽加工方法顯著地提高了 精加工步驟中的效率。
在本發(fā)明第二方面限定的溝槽加工方法中，粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削 工具的粗加工端部切削邊緣比精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的精加工端部
切削邊緣沿軸向突出更多。由粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具所切削的粗切 溝槽在粗加工步驟中于其底面內(nèi)形成凹槽，于是底面就不與精加工成 形旋轉(zhuǎn)切削工具接觸。在該溝槽加工方法中，傳統(tǒng)的精加工成形旋轉(zhuǎn)
切削工具可按照原樣使用。
粗加工端部切削邊緣比精加工端部切削邊緣沿軸向突出更多。這
就增大了粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的切削量(加工余量)，由此增加了 施加在其上的載荷。不過，這不會造成太大問題，因?yàn)榇旨庸げ襟E中要切削的余量大小本來就大。
本發(fā)明的第三和第四方面涉及有利地用于本發(fā)明第二方面中的成 形旋轉(zhuǎn)切削工具組或粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具。它們提供了與本發(fā)明 第二方面基本相同的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的第五方面中，粗加工端部切削邊緣具有的突出部沿軸 向突出且位于精加工端部切削邊緣與精加工外周切削邊緣之間的邊界 徑向內(nèi)側(cè)。也就是說，粗加工端部切削邊緣在其對應(yīng)于整個(gè)精加工端 部切削邊緣的整個(gè)區(qū)域中沿軸向突出。精加工端部切削邊緣并不切削 粗切溝槽，這樣就有效地減小了切削轉(zhuǎn)矩。
在本發(fā)明的第六方面中，粗加工端部切削邊緣的突出尺寸d被選 擇成大于精加工端部切削邊緣的容許尺寸公差A(yù)。這種配置確保了不 管精加工端部切削邊緣的尺寸誤差如何，粗加工端部切削邊緣都比精 加工端部切削邊緣沿軸向突出更多。上述技術(shù)優(yōu)點(diǎn)比如切削轉(zhuǎn)矩的減 小和切削效率的提高得以穩(wěn)定不變地確保，這是因精加工端部切削邊 緣不切削而實(shí)現(xiàn)的。小于容許尺寸公差和O.lmm之和的突出距離d可 將對溝槽底部尺寸(溝槽深度)的影響降到最小，并可適當(dāng)?shù)乇３智?有溝槽的工件的剛度。
在本發(fā)明的第七方面中，粗加工外周切削邊緣具有頭部直徑朝工 具遠(yuǎn)端增減的凸部和凹部。在本發(fā)明的第八方面中，粗加工外周切削 邊緣被構(gòu)造成頭部直徑朝工具遠(yuǎn)端減小以切削具有倒置圣誕樹形狀的 樹狀溝槽。
在通過第七和第八方面限定的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具加工的溝 槽中，凸部即突出部和凹部即凹進(jìn)部形成在其兩側(cè)。接合體比如渦輪 機(jī)葉輪與凹進(jìn)部和突出部相接合，以相對于溝槽定位。由于溝槽底部 留有間隙，溝槽底部尺寸(溝槽深度)比預(yù)定尺寸充分大得多，這意 味著容許溝槽底部尺寸有較小偏差，該較小偏差由粗加工成形旋轉(zhuǎn)切 削端部邊緣的突起產(chǎn)生。
本發(fā)明有利地應(yīng)用于本發(fā)明第七方面限定的情況，其中粗加工外 周切削邊緣具有頭部直徑朝工具遠(yuǎn)端增減的凸部和凹部，或應(yīng)用于本發(fā)明第八方面限定的情況，其中粗加工外周切削邊緣被構(gòu)造成頭部直 徑朝工具遠(yuǎn)端減小，以切削具有倒置圣誕樹形狀的樹狀溝槽。
不過，本發(fā)明可應(yīng)用于其它成形旋轉(zhuǎn)切削工具，比如錐形端銑刀， 其具有的由外周切削邊緣限定的頭部直徑沿軸向以恒定變化率改變， 并可應(yīng)用于使用該成形旋轉(zhuǎn)切削工具的溝槽加工方法。在本發(fā)明的第 七方面中，凹部可由小頭部直徑變化為大頭部直徑的外周切削邊緣的 一部分提供，而凸部可由大頭部直徑變化為小頭部直徑的外周切削邊 緣的一部分提供。
現(xiàn)說明粗加工外周切削邊緣和粗加工端部切削邊緣以及精加工外 周切削邊緣和精加工端部切削邊緣這些術(shù)語。它們僅用于區(qū)分粗加工 成形旋轉(zhuǎn)切削工具和精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的切削邊緣。因此，要 注意到，粗加工外周切削邊緣和精加工外周切削邊緣的形狀不必不同， 且粗加工端部切削邊緣和精加工端部切削邊緣的形狀也不必不同。
不過，正如在常規(guī)情況下，由于期望的性能不同，在排屑溝槽
(chip-evacuation groove)的前角、后角以及螺4t角方面，用于粗加工 的切削邊緣與用于精加工的切削邊緣之間存在差異。此外，用于粗加 工的切削邊緣可根據(jù)需要設(shè)置切口或波紋形狀。
溝槽。使用單個(gè)粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具或多個(gè)成形旋轉(zhuǎn)切削工具來 切削粗切溝槽。當(dāng)粗切溝槽以多個(gè)切削步驟切削時(shí)，本發(fā)明應(yīng)用于用 以在粗加工的最后步驟中切削粗切溝槽的底面的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削 工具。
另 一方面，精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具用于通過以高尺寸精度將粗 切溝槽的表面層切削預(yù)定的精加工余量大小(例如，約O.l-l.Omm) 從而切削成具有理想形狀的溝槽，而對粗切溝槽進(jìn)行精加工。
在本發(fā)明第一方面的溝槽加工方法中，充分地執(zhí)行精加工步驟， 以便使得精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具不會切削粗切溝槽的底面。粗加工 端部切削邊緣優(yōu)選被構(gòu)造成比精加工端部切削邊緣沿軸向突出更多。 由粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具切削的粗切溝槽在其底面形成有凹槽，從而在精加工步驟中不與精加工端部切削邊緣接觸。為此，精加工端部 切削邊緣可被構(gòu)造成為凹形，或者省去。精加工步驟的執(zhí)行優(yōu)選地使 得粗切溝槽的整個(gè)底面不會被精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具切削。
不過，對于粗切溝槽的底面，讓其至少一部分不被精加工成形旋 轉(zhuǎn)切削工具切削就足夠了 。粗切溝槽的側(cè)面的 一部分可被包括在不被 切削的那部分中。
粗加工端部切削邊緣比精加工端部切削邊緣沿軸向突出更多，以
在粗切溝槽的底面上形成凹槽。這樣一來，在精加工步驟中，精加工
端部切削邊緣與粗切溝槽底面的接觸就得以避免。在此情況下，傳統(tǒng) 的精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具可用作本發(fā)明的精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工
具。不過，精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具可按照需要作各種改變。例如， 精加工端部切削邊緣被構(gòu)造成具有大的凹角，以更可靠地避免與粗切 溝槽的底面接觸。
當(dāng)在粗加工步驟中垂直于軸線移動(dòng)粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具時(shí)，
可沿著直線或曲線移動(dòng)。當(dāng)在精加工步驟中垂直于軸線移動(dòng)精加工成 形旋轉(zhuǎn)切削工具時(shí)，精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具實(shí)際上沿著其伸長方向 在粗切溝槽中移動(dòng)。
在本發(fā)明的第五方面中，粗加工端部切削邊緣具有突出部，該突 出部沿軸向突出并位于精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具的精加工端部切削邊 緣與精加工外周切削邊緣之間的邊界徑向內(nèi)側(cè)。這么一來，精加工端
部切削邊緣就不在精加工端部切削邊緣的整個(gè)區(qū)域中進(jìn)行精加工。
不過，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明的其它方面時(shí)，至少一部分精加工端部切削 邊緣充分地構(gòu)造成不進(jìn)行精加工。除了精加工端部切削邊緣外， 一部 分精加工外周切削邊緣可構(gòu)造成不進(jìn)行精加工。要被精加工端部切削 邊緣切削的切削區(qū)域和作為要被粗加工端部切削邊緣切削的部分的粗 切溝槽的底面基本一致，但不必完全一致。
在本發(fā)明的第六方面中，基于精加工端部切削邊緣的目標(biāo)位置， 粗加工端部切削邊緣比精加工端部切削邊緣多突出的軸向突出尺寸d
選擇成大于精加工端部切削邊緣的容許尺寸公差A(yù)并小于該容許尺寸公差和0.1mm之和。不過，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明的其它方面時(shí)，突出尺寸可 選擇成大于容許尺寸公差和0.1mm之和，或選擇成足夠大而不用考慮 尺寸公差。


在結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過閱讀下面對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說 明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)和工業(yè)意義將得到 更好的理解。
圖1是一組說明用于本發(fā)明溝槽切削方法的粗加工用圣誕樹式刀 具的視圖，圖1A是其正視圖，圖1B是粗切溝槽的剖面圖，圖1C是 示出設(shè)于端部切削邊緣上的凹角91的視圖2是一組說明用于本發(fā)明溝槽切削方法的精加工用圣誕樹式刀 具的視圖，圖2A是其正視圖，圖2B是示出精加工步驟中的精加工余 量的剖面圖，圖2C是示出圖2B中部分IIC的放大圖，圖2D是說明 由圖2A刀具的端部切削邊緣限定的凹角02的視圖3是一組示出由圖l和2的圣誕樹式刀具切削的樹狀溝槽的視 圖，圖3A是其和粗切溝槽的剖面圖，圖3B是示出圖3A中部分IIIB 的放大圖4是一組示出用于檢查通過本發(fā)明和傳統(tǒng)技術(shù)的溝槽加工方法 切削的樹狀溝槽的切削性能的試驗(yàn)結(jié)果的表，圖4A示出了試驗(yàn)條件， 圖4B示出了試驗(yàn)結(jié)果；
圖5是說明"溝槽傾斜"的視圖6是一組示出應(yīng)用了本發(fā)明的溝槽加工方法的其它溝槽形狀的 視圖，圖6A是示出溝槽最終形狀的剖面圖，圖6B是示出粗切溝槽和 精加工余量大小的剖面圖，圖6C是示出圖6B中部分VIC的放大圖； 圖7是示出渦輪機(jī)葉輪的葉片要裝入的多個(gè)樹狀溝槽的視圖； 圖8是放大示出圖7中的一個(gè)樹狀溝槽的剖面圖； 圖9是示出切削圖8的樹狀溝槽的過程中粗切溝槽和精加工步驟 中的精加工余量大小的剖面圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出說明。 <實(shí)施例>
圖l示出了粗加工用的圣誕樹式刀具30,圖2示出了精加工用的 圣誕樹式刀具50，兩者都屬于銑刀類型。兩刀具30和50都用于切削 圖8的上述樹狀溝槽12，且都隸屬旋轉(zhuǎn)刀具類型，也即，在繞其軸線 旋轉(zhuǎn)的情況下，相對于工件(旋轉(zhuǎn)軸IO)在其軸線的垂直方向上移動(dòng)。 粗切用的圣誕樹式刀具30有時(shí)稱作"粗加工刀具，，，對應(yīng)于要求保護(hù)的 粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，用于形成粗切溝槽22。
在本實(shí)施例中，粗加工刀具30用于形成在其底面43上設(shè)有凹槽 42的粗切溝槽44。該粗加工刀具30單步或單行程地切削粗切溝槽44。 精加工用的圣誕樹式刀具50有時(shí)稱作"精加工刀具，，，對應(yīng)于要求保護(hù) 的精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，具有與用于精加工上述樹狀溝槽12的傳 統(tǒng)精加工刀具相同的結(jié)構(gòu)。
圖1A是從其軸線的垂直方向觀察的、部分在剖面中示出的粗加 工刀具30的正^f見圖。圖1B是由粗加工刀具30切削的粗切溝槽44的 剖面圖。粗加工刀具30包括互成一體的刀柄部32和刀片部34。刀片 部34具有對應(yīng)于要由粗加工刀具30切削的粗切溝槽44結(jié)構(gòu)的倒置圣 誕樹形狀。刀片部34限定了在重復(fù)平滑增/減的情況下遠(yuǎn)離刀柄部32 朝工具遠(yuǎn)端(圖1的下端)減小的頭部直徑。
刀片部34具有繞軸線等角排列的多個(gè)(例如，三個(gè))排屑槽 (chip-evacuation flute) 36。當(dāng)粗加工刀具30在從刀柄部32 —側(cè)觀察 的情況下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，沿著各個(gè)排屑槽36，形成有多個(gè)外周切削邊 緣38和與之連續(xù)的端部切削邊緣40，它們協(xié)同用于執(zhí)行切削作業(yè)。 各個(gè)排屑槽36沿右手邊螺旋方向扭曲一預(yù)定的螺旋角。
外周切削邊緣38對應(yīng)于要求保護(hù)的粗加工外周切削邊緣，限定了 頭部直徑，該頭部直徑在平滑增減的情況下根據(jù)刀片部34的形狀朝工 具遠(yuǎn)端逐漸減小。各個(gè)外周切削邊緣38由粗加工切削邊緣構(gòu)成，在該 粗加工切削邊緣中，微小的波狀突起和凹槽連續(xù)地形成在齒根面上。 在本實(shí)施例中，整個(gè)外周切削邊緣38對應(yīng)于要求保護(hù)的凸/凹部，所述凸/凹部的頭部直徑沿軸向平滑增減。端部切削邊緣40對應(yīng)于要求 保護(hù)的粗加工端部切削邊緣，被設(shè)置成朝工具遠(yuǎn)端突出以有效地切削 上述凹槽42。
圖1C是放大示出了粗加工刀具30旋轉(zhuǎn)時(shí)由外周切削邊緣38和 端部切削邊緣40形成的軌跡的視圖。正如從圖1C中清楚看到，端部 切削邊緣40的外周比外周切削邊緣38的內(nèi)周多突出高度h以在其間 形成臺階39。端部切削邊緣40在其中心部以Q為起點(diǎn)凹進(jìn)，以形成 預(yù)定凹角ei。
圖2A是從其軸線的垂直方向觀察的部分在剖面中示出的精加工 刀具50的正視圖。圖2B是示出在由精加工刀具50精加工粗切溝槽 44的精加工步驟中要去除的精加工余量62的剖面圖。圖2C是示出圖 2B中部分IIC的放大圖。精加工刀具50包括互成一體的刀柄部52和 刀片部54。刀片部54具有對應(yīng)于由精加工刀具50切削的溝槽12結(jié) 構(gòu)的倒置圣誕樹形狀。刀片部54限定了在重復(fù)平滑增/減的情況下遠(yuǎn) 離刀柄部52朝工具遠(yuǎn)端(圖l的下端)總體上減小的頭部直徑。
刀片部54具有繞軸線等角排列的多個(gè)(例如，四個(gè))排屑槽56。 沿著各個(gè)排屑槽56，形成多個(gè)外周切削邊緣58和與之連續(xù)的端部切 削邊緣60。當(dāng)粗加工刀具30在從刀柄部32觀察的情況下順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 時(shí)，外周切削邊緣58和端部切削邊緣60協(xié)作用于執(zhí)行切削操作。各 個(gè)排屑槽56線性地延伸，換句話說，由線性溝槽組成。
外周切削邊緣58對應(yīng)于要求保護(hù)的精加工外周切削邊緣，限定了 頭部直徑，該頭部直徑在平滑增減的情況下根據(jù)刀片部54的形狀朝工 具遠(yuǎn)端逐漸減小。外周切削邊緣58整體上具有凸/凹結(jié)構(gòu)。要被外周 切削邊緣58切削的精加工余量62例如為O.lmm-l.Omm。正如從圖 2C中清楚看到，端部切削邊緣60 (對應(yīng)于要求保護(hù)的精加工端部切 削邊緣)被構(gòu)造成不在形成凹槽42的部分處對粗切溝槽44進(jìn)行精加 工切削。
在圖2C中，參考符號"P"表示設(shè)計(jì)的目標(biāo)位置，也即精加工表面 上的目標(biāo)位置。切削凹槽42的粗加工刀具30的上述端部切削邊緣40被布置成自參考位置P沿軸向突出一個(gè)不小于端部切削邊緣60的容 許尺寸公差A(yù)的突出量。例如，距目標(biāo)位置P的突出距離d被設(shè)定成 大于容許尺寸公差A(yù)并小于該容許尺寸公差A(yù)和0.1mm之和 (A<d￡(A+0.1))。例如，在容許尺寸公差A(yù)為0.05mm時(shí)，突出距離d 優(yōu)選被設(shè)定成大于0.05mm并小于0.15mm。
在精加工刀具50的端部切削邊緣60的整個(gè)區(qū)域中，也即在外周 切削邊緣58與端部切削邊緣60之間的邊界Q徑向內(nèi)側(cè)的整個(gè)區(qū)域中， 端部切削邊緣40比端部切削邊緣60沿軸向突出更多。由于端部切削 邊緣40形成的凹槽42的存在，精加工端部切削邊緣60得以避免與粗 切溝槽44的底面接觸。在示出切削結(jié)構(gòu)的圖2C中，給對應(yīng)于外周切 削邊緣58與端部切削邊緣60之間的邊界Q的位置加上相同符號Q 。
圖2D是放大示出了精加工刀具50旋轉(zhuǎn)時(shí)由外周切削邊緣58和 端部切削邊緣60形成的軌跡的視圖。正如在圖2D中清楚看到，端部 切削邊緣60在其中心部以Q為起點(diǎn)凹進(jìn)以形成預(yù)定凹角02。
凹角02的大小可與傳統(tǒng)精加工刀具的相同。也就是說，傳統(tǒng)精加 工刀具可按照原樣使用，而不用作任何改變。不過，要注意的是，該 端部切削邊緣60不起切削工件的作用。就此看來，凹角62的大小可 設(shè)定成大于端部切削邊緣40的凹角01，或大于傳統(tǒng)精加工刀具的凹 角，以更可靠地防止其與凹槽42的底部接觸。
圖3是采用上述粗加工刀具30和精加工刀具50切削的樹狀溝槽 64的剖面圖。溝槽64的結(jié)構(gòu)與上述樹狀溝槽12基本相同。正如在上 述溝槽12中，在各個(gè)相對側(cè)面66a和66b上，多個(gè)凹進(jìn)部18和突出 部20相對于中心線S對稱地交替又連續(xù)地形成。不過，溝槽64區(qū)別 于上述溝槽12的地方在于，其底面中設(shè)有極淺的凹槽68。
該淺凹槽68源自于由粗加工端部切削邊緣40形成的上述凹槽 42,且深度隨端部切削邊緣60的容許尺寸公差A(yù)而改變。它的范圍 為從突出距離d減去容許尺寸公差A(yù)得到的余數(shù)到突出距離d加上容 許尺寸公差A(yù)得到的和。圖3B是示出圖3A中部分IIIB的放大圖。
圖4是示出了用于測試本發(fā)明和傳統(tǒng)技術(shù)的溝槽切削方法的切削性能的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果的圖表。在本發(fā)明的切削方法中，采用如上所述構(gòu)造的粗加工刀具30和精加工刀具50切削樹狀溝槽64。在傳 統(tǒng)的切削方法中，在粗加工步驟和精加工步驟中均切削溝槽底部的情 況下，對樹狀溝槽12進(jìn)行加工，如圖9所示。圖4A(表A)表示了本發(fā)明切削方法中所采用的切削條件。在"刀 具的直徑，，欄或刀具直徑中，最大直徑指在最接近刀柄部32或52的一 個(gè)徑向凸部(對應(yīng)于溝槽的凹進(jìn)部18)處測量的直徑。最小直徑指在 最接近工具遠(yuǎn)端的一個(gè)徑向凹部(對應(yīng)于溝槽的突出部20)測量的直 徑。在外周的精加工余量的大小為0.3mm，正如最下欄"精加工余量，， 中表示的那樣。這意味著，精加工刀具50的直徑比粗加工刀具30的 直徑大0.6mm。此外，在"溝槽的深度"欄或溝槽深度，是指由粗加工刀具30和 精加工刀具50兩者形成的切削部的實(shí)際深度。精加工刀具50的實(shí)際 切削深度比粗加工刀具30小了對應(yīng)于上述突出距離d(在本實(shí)施例中 為O.lmm )的量。傳統(tǒng)溝槽加工方法中使用的精加工刀具與上述精加工刀具50相 同。與此同時(shí)，傳統(tǒng)溝槽加工方法中使用的粗加工刀具與上述粗加工 刀具30的區(qū)別之處在于，端部切削邊緣并不沿軸向突出。在傳統(tǒng)技術(shù) 中，溝槽的底面由精加工刀具50的端部切削邊緣精加工0.3mm的精 加工余量。傳統(tǒng)方法中的其它試驗(yàn)條件比如所用工件的材料與本方法 中的相同。圖4B (表B)示出了本方法和傳統(tǒng)方法中精加工刀具50執(zhí)行的 精加工步驟中的試驗(yàn)結(jié)果。"振動(dòng)"、"切削噪音，，以及"精加工表面"與切削性能有關(guān)。"振動(dòng)"指的是整機(jī)的振動(dòng)量。"切削噪音"指質(zhì)量和音 量，"精加工表面，，指加工表面的表面狀態(tài)。所有這些都是通過試驗(yàn)執(zhí)行者的感覺來評估的。"切削轉(zhuǎn)矩，，指的是切削過程中驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)精加 工刀具50所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩的最大值。如圖5所示，"溝槽的傾斜度"或溝槽傾斜度指的是精加工的樹狀 溝槽64或12最小直徑部的偏差尺寸AXp AX2的平均值。在本實(shí)施例中，"溝槽的傾斜度"的極限值或容許最大值被選定為0.05mm。順 便要說的是，在示意性地示出樹狀溝槽64或12的圖5中，側(cè)面被示 出為略去其寬度方向上的變化的簡單傾斜面。正如從示出試驗(yàn)結(jié)果的圖4B中清楚看到，本發(fā)明提供了下列效 果。當(dāng)由精加工刀具50執(zhí)行精加工步驟時(shí)，在通過本發(fā)明的粗加工刀 具30形成粗切溝槽44之后，精加工步驟中所需的切削轉(zhuǎn)矩減小到對 應(yīng)于傳統(tǒng)切削方法的約十分之一 以下的值。溝槽傾斜度保持在容許范 圍內(nèi)。切削速度可以是傳統(tǒng)方法的至少兩倍大，且進(jìn)給速率可以是傳 統(tǒng)方法的約7.5(= 180/24)倍大。在本發(fā)明釆用粗加工刀具30的溝槽加工方法中，凹槽42在粗加 工步驟中形成于粗切溝槽44的底部內(nèi)。因此，精加工過程中的精加工 刀具50無需用端部切削邊緣60執(zhí)行精加工過程。因此，減小了精加 工步驟所需的切削轉(zhuǎn)矩，于是增大了切削速度和進(jìn)給速率，從而提高 了加工效率，將溝槽傾斜度保持在容許范圍內(nèi)。此外，在本實(shí)施例中，粗加工刀具30的端部切削邊緣40比精加 工刀具50的端部切削邊緣60沿軸向突出更多。因此，粗切溝槽44 通過粗加工刀具30在其底面設(shè)有凹槽42，這就有效地避免了底面與 精加工刀具50的端部切削邊緣60的接觸。因?yàn)榇智袦喜?4的底面 43不經(jīng)受精加工刀具50的精加工步驟，就可將傳統(tǒng)的用于精加工的 圣誕樹式刀具用作精加工刀具50。粗加工刀具30的切削量大于精加工刀具50，因?yàn)榇旨庸ざ瞬壳?削邊緣40比精加工端部切削邊緣60沿軸向突出更多。因此，切削時(shí) 施加在粗加工刀具30上的載荷可能較大。不過，粗加工刀具30基本 上不受該較大載荷的影響，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)成以大切削量在單個(gè)切削步 驟中切削粗切溝槽44。此外，在本實(shí)施例中，在對應(yīng)于精加工刀具50的整個(gè)端部切削邊 緣60的區(qū)域中，也即，在位于外周切削邊緣58與端部切削邊緣60 之間的邊界Q徑向內(nèi)側(cè)的區(qū)域中，粗加工刀具30的端部切削邊緣40 沿軸向突出。因此，精加工端部切削邊緣60無需在其整個(gè)區(qū)域中進(jìn)行切削，于是就可有效地減小所需的切削轉(zhuǎn)矩。另外，粗加工端部切削邊緣40的突出距離d被選擇成大于精加工 端部切削邊緣60的容許尺寸公差A(yù)。這種配置確保了不管精加工端部 切削邊緣60的尺寸誤差如何，粗加工端部切削邊緣40都比精加工端 部切削邊緣60沿軸向突出更多。因不需要或省去了精加工端部切削邊 緣60的切削，就能夠穩(wěn)定不變地確保上述技術(shù)效果，比如切削轉(zhuǎn)矩的 減小和切削效率的提高。這里，要注意的是，突出距離d被選擇成小于尺寸公差A(yù)和O.lmm 之和，這就抑制了對溝槽底部尺寸(溝槽深度)的影響，且形成樹狀 溝槽64的旋轉(zhuǎn)軸10的強(qiáng)度得以適當(dāng)?shù)乇３帧Ｔ诒緦?shí)施例中，切削方法切削在其側(cè)面66a和66b設(shè)有凹進(jìn)部18 和突出部20的倒置圣誕樹狀溝槽64。渦輪機(jī)葉輪的要與樹狀溝槽64 接合的葉片14被這些凹進(jìn)部18和突出部20限制(定位)。這里，由 于溝槽底部留有間隙(位于接合的葉片14與樹狀溝槽64的底面之間)， 所以溝槽底部尺寸(溝槽深度)被充分地選擇成大于預(yù)定尺寸，且可 根據(jù)粗加工端部切削邊緣40的突出情況而具有稍微較大的值。在上述實(shí)施例中，說明了在旋轉(zhuǎn)軸10中切削倒置圣誕樹狀溝槽 64的情況。不過，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于其它溝槽形狀的加工。圖6 是一組示出本發(fā)明另一實(shí)施例的視圖。圖6A是示出在工件70中形成 的瓶狀溝槽72的最終形狀的剖面圖，圖6B是示出粗切溝槽74和精 加工余量76的剖面圖。粗切溝槽74由粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具切削，而 精加工余量76由精加工成形旋轉(zhuǎn)刀具在精加工步驟中去除。圖6C是 示出圖6B中部分VIC的放大圖。溝槽72在其底部附近具有鼓凸部80,在該鼓凸部80內(nèi)，溝槽寬 度以弓形逐漸平滑地增加。對應(yīng)于鼓凸部80的結(jié)構(gòu)，用于切削溝槽 72的粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具和精加工成形旋轉(zhuǎn)刀具具有其中外周刀片 的頭部直徑鼓凸的凸部/凹部。粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具的端部切削邊緣(粗加工端部切削邊緣)在 精加工成形旋轉(zhuǎn)刀具的端部切削邊緣(精加工端部切削邊緣)的整個(gè)區(qū)域中比精加工端部切削邊緣沿軸向突出了突出尺寸d。換句話說， 粗加工端部切削邊緣可以表達(dá)為位于外周切削邊緣與端部切削邊緣之
間的邊界Q徑向內(nèi)側(cè)的部分。因此，由津且加工端部切削邊緣在粗切溝 槽74的底面內(nèi)形成凹槽82。
這樣一來，就避免了精加工端部切削邊緣與粗切溝槽74的底面接 觸。這樣，就能獲得與上述實(shí)施例相同的操作和效果，比如在精加工 步驟中減小切削轉(zhuǎn)矩和提高切削效率。
至此已參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出了說明。要理解的是， 本發(fā)明不局限于所述實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而是可基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知 識以各種改變、改型以及改進(jìn)予以實(shí)施，而不脫離本發(fā)明的精神和范 圍。
權(quán)利要求
1.一種采用粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)和精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50)在工件(10；70)中切削預(yù)定形狀的溝槽(64；72)的溝槽加工方法，該溝槽加工方法包括(i)粗加工步驟，用于在使粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，通過相對于工件在其軸線的垂直方向上移動(dòng)粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，而在工件中切削粗加工溝槽(44；74)；(ii)精加工步驟，用于在使精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，通過相對于工件在其軸線的垂直方向上移動(dòng)精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具，而對工件中的粗加工溝槽(44；74)進(jìn)行精加工，其特征在于，在精加工步驟中，精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具不對粗加工溝槽的底部(43)進(jìn)行精加工。
2. 如權(quán)利要求1所述的溝槽加工方法，其特征在于，粗加工成形 旋轉(zhuǎn)切削工具(30)具有粗加工端部加工邊緣(40),該粗加工端部加 工邊緣比精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50)的精加工端部加工邊緣(60) 沿軸向突出更多，于是在粗加工步驟中在粗加工溝槽的底部上形成凹 槽(42; 68)，以避免底部在精加工步驟中與精加工端部加工邊緣接觸。
3. —種在工件中(10; 70)切削預(yù)定形狀的溝槽(64; 72)的成 形旋轉(zhuǎn)切削工具組(30， 50)，該成形旋轉(zhuǎn)切削工具組包括(i) 粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，用于在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況 下，通過相對于工件在其軸線的垂直方向上移動(dòng)，而在工件中切削粗 力口工溝槽(44; 74);(ii) 精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50)，用于在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情 況下，通過相對于工件在其軸線的垂直方向上移動(dòng)，而對工件中的粗 加工溝槽(44; 74)進(jìn)行精加工，其特征在于，粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具具有粗加工端部加工邊緣 (40)，該粗加工端部加工邊緣(40)比精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50) 的精加工端部加工邊緣(60)沿軸向突出更多。
4. 一種粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，其具有粗加工外周加工 邊緣(38 )和粗加工端部加工邊緣(40 )，并在繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下， 相對于工件(10; 70)在其軸線的垂直方向上移動(dòng)，以對預(yù)定形狀的 粗加工溝槽(22; 44; 74)進(jìn)行加工，其特征在于，粗加工端部加工邊緣(40)比用于對粗加工溝槽進(jìn) 行精加工的精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50 )的精加工端部加工邊緣(60 ) 沿軸向突出更多。
5. 如權(quán)利要求4所述的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，其特征 在于，粗加工端部加工邊緣(40)具有一突出部，該突出部沿軸向突 出且位于精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50 )的精加工端部加工邊緣(60 ) 與精加工外周加工邊緣(58)之間的邊界(Q)內(nèi)側(cè)。
6. 如權(quán)利要求5所述的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，其特征 在于，基于精加工端部切削邊緣的目標(biāo)位置(P)，粗加工端部加工邊 緣(40)比精加工端部加工邊緣(60)多突出的突出尺寸(d)被選擇 成大于精加工端部加工邊緣的容許尺寸公差(A)并小于該容許尺寸 公差和O.lmm之和。
7. 如權(quán)利要求6所述的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，其特征 在于，粗加工外周加工邊緣(38)具有凸部和凹部，凸部和凹部的頭 部直徑朝工具遠(yuǎn)端增減。
8. 如權(quán)利要求7所述的粗加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(30)，其特征 在于，粗加工外周加工邊緣(38)被構(gòu)造成直徑朝工具遠(yuǎn)端減小，以 切削具有倒置圣誕樹形狀的樹狀溝槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽加工方法和成形旋轉(zhuǎn)切削工具。其中，在由粗加工成形旋轉(zhuǎn)刀具(30)切削的粗切溝槽(44)的底面(43)上，設(shè)有由其端部切削邊緣(40)切削的凹槽(42)。當(dāng)精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具(50)執(zhí)行精加工步驟時(shí)，其端部切削邊緣(60)不對底部進(jìn)行精加工。因此，減小了由精加工成形旋轉(zhuǎn)切削工具對粗切溝槽進(jìn)行精加工所需的切削轉(zhuǎn)矩，于是就能以增大的切削速度和進(jìn)給速率高效地對溝槽進(jìn)行加工，并將溝槽傾斜度保持在容許范圍內(nèi)。
文檔編號B23C5/12GK101301691SQ20081000853
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
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