本公開涉及(例如)用于銑削閥體中的槽和/或面的插補銑削刀具和方法。

背景技術(shù)：

閥被用于包括汽車應(yīng)用的許多應(yīng)用。一個示例可以是在自動變速器方面，自動變速器可包括用于調(diào)節(jié)連接到變速器的部件的各種管路中的流體壓力和液壓流體流動的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)可包括封裝在主控鑄件中的調(diào)節(jié)滑閥。該鑄件可由鋁合金制成，通常被稱為閥體。該液壓系統(tǒng)的部件被組裝在閥體中。閥體的某些特征可在鑄造之后進行機加工，例如，槽和面表面。諸如來自于液壓系統(tǒng)或諧波的振動可影響機加工操作的速度和/或質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在至少一個實施例中，提供了一種插補銑削方法。所述方法可包括：使銑削刀具移動到材料中的孔內(nèi)的軸向位置，其中，所述銑削刀具具有軸向間隔開的至少兩組切削刀片(insert)；使所述銑削刀具圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)；使所述銑削刀具與所述孔的壁之間的接觸開始于所述壁的在軸向位置處具有最少量的材料的區(qū)域；以及使所述銑削刀具圍繞所述孔的周邊運動。

所述運動步驟可包括：使所述銑削刀具在所述軸向位置處圍繞所述孔的整個周邊運動至少一次以在所述孔中形成至少一個槽。在一個實施例中，所述運動步驟包括：使所述銑削刀具在所述軸向位置處圍繞所述孔的整個周邊運動至少一次以在所述孔中形成面和槽。所述開始步驟可包括：使所述銑削刀具沿著弧形的路徑運動并且以銳角接觸所述孔的壁。在一個實施例中，所述壁可至少部分地限定垂直于所述孔延伸并且與所述孔相交的至少兩個通道，并且當(dāng)所述銑削刀具位于所述軸向位置時，所述軸向間隔開的至少兩組切削刀片中的每組與所述至少兩個通道中的一個對齊，使得所述銑削刀具圍繞所述孔的周邊的運動擴大與所述切削刀片組對齊的所述至少兩個通道。與所述切削刀片組對齊的所述至少兩個通道可均呈錐形，以使它們在第一端部處比在第二端部處更寬；并且所述開始步驟可包括：使所述銑削刀具與所述孔的壁之間的接觸開始于所述壁的包括所述至少兩個通道的所述第一端部的區(qū)域。

在一個實施例中，所述方法可包括：在使所述銑削刀具圍繞所述孔的周邊運動時，通過所述銑削刀具將潤滑劑以氣動流的形式供應(yīng)至所述切削刀片組中的至少一組。以氣動流的形式供應(yīng)的潤滑劑的流動速率可從5毫升/小時到200毫升/小時。在所述運動步驟之前，所述方法還可包括：在所述銑削刀具和所述材料中的至少一個上執(zhí)行模態(tài)測試；以及基于所述模態(tài)測試生成切削深度與主軸轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性葉瓣圖，所述穩(wěn)定性葉瓣圖包括多個相鄰的葉瓣；其中，所述銑削刀具在所述運動步驟期間的切削深度和主軸轉(zhuǎn)速被設(shè)置為所述穩(wěn)定性葉瓣圖中的一對相鄰的葉瓣之間的點。

在至少一個實施例中，提供了一種插補銑削方法。所述方法可包括：使銑削刀具移動到孔內(nèi)的軸向位置，其中，所述銑削刀具包括軸向間隔開的兩組切削刀片；使所述銑削刀具圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)；使所述銑削刀具與所述孔的壁之間的接觸開始于所述壁的在軸向位置處具有最小量的表面面積的區(qū)域；以及使所述銑削刀具圍繞所述孔的周邊運動。

在至少一個實施例中，提供了一種插補銑削刀具。所述刀具可包括：刀具軸，具有縱向軸線；徑向間隔開的第一組切削刀片，結(jié)合到所述刀具軸；以及直接相鄰的徑向間隔開的第二組切削刀片，結(jié)合到所述刀具軸并且沿著所述縱向軸線與所述第一組切削刀片間隔開。所述第一組切削刀片和所述第二組切削刀片可彼此交錯至少10度。所述刀具軸可包括軸向的潤滑劑通道，并且至少一個徑向的潤滑劑通道可與所述軸向的潤滑劑通道連通并且可被構(gòu)造為將潤滑劑輸送到每組切削刀片。

所述第一組切削刀片和所述第二組切削刀片可彼此交錯至少40度。在一個實施例中，所述第一組切削刀片和所述第二組切削刀片各自包括三個切削刀片，并且所述第一組切削刀片和所述第二組切削刀片彼此交錯大約60度。所述刀具可包括：徑向間隔開的第三組切削刀片，與所述第二組切削刀片直接相鄰地結(jié)合到所述刀具軸，與所述第一組切削刀片相對，并且可沿著所述縱向軸線與所述第二組切削刀片間隔開。所述第一組切削刀片、第二組切削刀片和第三組切削刀片可彼此交錯至少20度。在一個實施例中，所述第一組切削刀片、第二組切削刀片和第三組切削刀片彼此交錯大約40度。所述第一組切削刀片可比所述第二組切削刀片具有更大的切削半徑。在一個實施例中，所述第一組切削刀片和所述第二組切削刀片均具有正前角。

附圖說明

圖1是根據(jù)實施例的閥體的截面的透視圖；

圖2是圖1的截面的側(cè)視圖；

圖3是根據(jù)實施例的銑削刀具的截面；

圖4是根據(jù)實施例的另一銑削刀具的截面；

圖5是根據(jù)實施例的具有對齊的切削刀片的銑削刀具的端視圖；

圖6是根據(jù)實施例的具有交錯的切削刀片的銑削刀具的端視圖；

圖7是根據(jù)實施例的具有交錯的切削刀片的另一銑削刀具的端視圖；

圖8是根據(jù)實施例的具有正前角切削刀片的銑削刀具的端視圖；

圖9是根據(jù)實施例的切削刀片從工件去除材料切屑的截面示意圖；

圖10是根據(jù)實施例的具有主偏角(leadangle)的切削刀片的截面示意圖；

圖11是根據(jù)實施例的銑削刀具的路徑的示圖；

圖12是與圖11中的點相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)表；

圖13是銑削刀具的穩(wěn)定性葉瓣圖的示例；以及

圖14是根據(jù)實施例的在閥體中銑削一個或更多個槽的方法的流程圖。

具體實施方式

根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細的實施例；然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實施例僅為本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種可替代形式實施。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。

于2011年7月20日提交的共同擁有的第8,555,503號美國專利描述了用于插補銑削的刀具和方法，并且該美國專利公開的全部內(nèi)容通過引用被包含于此。本公開中的刀具和方法可應(yīng)用于上述專利中所公開的刀具和方法，反之亦然。上述專利還公開了這樣的刀具和方法，其包括通過該刀具將潤滑劑以氣動流的形式供應(yīng)至切削刃。潤滑劑的用量可很小，其可被稱為最小量潤滑劑(mql，minimumquantitylubricant)。例如，潤滑劑的流動速率可以從10毫升/小時到200毫升/小時。鑒于本公開，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠?qū)@兩個公開的實施例或元素進行組合。

參照圖1到圖2，示出了閥體12。閥體12可包括閥，諸如鑄造一體的直接作用式電磁液壓閥(例如，如在第8,555,503號美國專利中所描述的)。但是，所公開的閥體12可用于其他閥。另外，本公開可在除了閥體以外的其他區(qū)域中實施，并且可用于一次機加工多個槽、邊緣和/或面的任何情況。閥體12可以是鑄件，諸如金屬鑄件。在一個實施例中，閥體12可以是鑄鋁(例如，純鋁或鋁合金)?？墒褂弥T如壓鑄(例如，高壓壓鑄)的任何合適的鑄造方法。

閥體12可包括位于其中的孔14，孔14可具有中心軸線16?？?4可以是圓柱形或大體上圓柱形的。孔14可被鑄入到閥體12中或者可在之后進行機加工。在至少一個實施例中，閥體12可包括形成于其中的通道或通路18，通道或通路18可垂直于中心軸線16。在圖1和圖2所示出的實施例中，有七個通道18，可將其(從左到右)標(biāo)記為20、22、24、26、28、30以及32。通道18可在鑄造期間(例如)使用模具中的鑲塊形成。為了便于從鑄件中移除，鑲塊可以是錐形的，也被稱為具有拔模角。因此，通道18可具有錐形或拔模角。在示出的實施例中，通道呈錐形，以使其在頂部處較窄而在底部處較寬。但是，錐形可根據(jù)鑲塊如何放置而成任何角度。

在鑄造閥體12之后，可執(zhí)行一個或更多個機加工操作以在閥體12中增加槽、邊緣或面。在至少一個實施例中，槽、邊緣或面可形成在通道18中的一個或更多個中。例如，在示出的實施例中，通道20、24以及28可具有形成在其中的槽或面。面34被示出為從通道20的一側(cè)延伸，而槽36和38被示出為在兩側(cè)對通道24和28進行擴展。因為通道18具有錐形或拔模角，所以可從面34以及槽36和38的頂部去除比從其底部去除的材料更多的材料。所述面和/或槽可形成有垂直于中心軸線16的兩個側(cè)壁(sidewall)40和平行于中心軸線16的一個端壁42。但是，在其他實施例中，側(cè)壁40中的一個或兩者可呈錐形或具有倒角。

雖然示出的閥體12的實施例包括形成在其中的一個面和兩個槽，但是可以有任何組合形式的更多或更少的面和/或槽?？梢杂幸粋€或更多個槽和/或面。在一個實施例中，面和槽的總數(shù)可以為至少兩個，例如，至少三個或四個。在另一實施例中，面和槽的總數(shù)可以為兩個到五個，例如，兩個到四個或兩個到三個?？倲?shù)量的面和槽中的至少兩個可在單個機加工操作中形成。例如，單個機加工操作(例如，插補銑削)可形成至少三個或至少四個面/槽。在一個實施例中，總數(shù)量的面和槽中的全部都可在單個機加工操作中形成。

面和/或槽可通過插補銑削工藝形成。插補銑削可包括將銑削刀具插入到孔(或者其他開口)中，銑削刀具具有比孔更小的直徑/半徑。銑削刀具可圍繞其自身的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，并且還可沿著圍繞孔的周邊或周向的路徑運動以從中去除材料。就具有圓形截面的孔而言，銑削刀具可圍繞圓形的切削路徑旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生比孔的半徑更大的槽半徑(切削路徑和孔可共享共同的中心)。因此，從孔壁去除的材料的量可以是切削半徑(例如，從切削刃到孔中心)減去孔的半徑。銑削刀具可圍繞孔的周向旋轉(zhuǎn)一周或更多周(或者進行一個或更多個道次)。切削半徑可在隨后的道次期間增加或者可保持相同以確保在銑削工藝之后的表面更加趨近于圓柱形。

在至少一個實施例中，可以在形成面和/或槽的過程中包括面加工(facing)操作。面加工可包括沿著垂直于刀具的縱向軸線的方向切削。但是，可使用相同的刀具來執(zhí)行面加工操作和插補銑削操作。在一個示例中，第一組刀片或最近端的刀片組可執(zhí)行面加工操作，而其余的較遠端的刀片組僅執(zhí)行插補銑削操作。在本示例中，第一組刀片可具有比孔的一部分大的直徑，因此，在將刀具軸向地插入到孔中時，第一組刀片可與孔的所述部分接觸。刀具的旋轉(zhuǎn)可產(chǎn)生切入到孔的所述部分中的面，從而將其直徑增加到刀具切削刀片的直徑。如上所述，在面加工操作之后，可對刀具進行插補并且第一組刀片可進一步將孔的直徑從面加工后的直徑增加至更大的直徑。

插補銑削工藝可使用銑削刀具50來執(zhí)行，圖3和圖4示出了其示例。在包括一個刀具的實施例中，同一刀具50還可執(zhí)行面加工操作。圖3所示的刀具50的實施例包括兩組切削刀片52，而圖4所示的實施例包括三組切削刀片52。第一組54刀片52可設(shè)置在刀具軸56的近端或其附近，而第二組58刀片52可設(shè)置在刀具軸56的遠端或其附近。在圖4所示的實施例中，第三組60刀片52可設(shè)置在第一組刀片與第二組刀片之間?？梢杂辛硗獾牡镀?52)組，其可被設(shè)置在第一組刀片、第二組刀片和第三組刀片之間。

每組切削刀片可具有一個或更多個切削刀片52。例如，每組均可包括兩個、三個、四個、五個或更多個刀片。雖然每組刀片均可具有相同數(shù)量的刀片，但是這并不是必需的。一組刀片中的每個刀片52可位于刀具軸56上的相同或大體上相同的縱向位置。每個刀片52還可具有相同尺寸的切削表面、相同的前角和/或其他屬性。刀片(52)組的數(shù)量可對應(yīng)于將形成在閥體12中的面和槽的數(shù)量。例如，如果有兩個槽和一個面將被機加工到閥體12中，則可以有三組切削刀片，諸如圖4所示。

相應(yīng)地，切削刀片組的定位也可對應(yīng)于將被機加工到閥體12中的槽/面的位置。每組中的切削刀片52均可具有切削刃62，其具有切削長度(例如，平行于刀具軸和中心軸線16)。第一組、第二組以及第三組刀片可分別具有切削長度64、66以及68。刀片的切削長度可確定被機加工到閥體中的槽/面的長度。例如，如果圖4的刀具被用于機加工圖1和圖2中的面34以及槽36和38，則面34以及槽36和38的長度可分別由切削長度64、68以及66確定(第三組在第一組與第二組之間)。

除具有切削長度之外，每組切削刀片還可具有切削半徑或切削深度(例如，垂直于刀具軸和中心軸線的距離)。類似于切削長度，切削半徑可確定由刀具形成的面和/或槽的深度。在圖3和圖4所示的示例中，第一組54刀片的切削半徑70大于第二組58刀片的切削半徑72。在圖4所示的示例中，第三組60刀片具有與切削半徑72相同的切削半徑74。但是，這些僅為示例，并且每組刀片可具有不同的切削半徑、相同的切削半徑或切削半徑的任意混合。類似地，第一組54刀片不一定具有最大的切削半徑，第二組58刀片/第三組60刀片也不一定具有最小的切削半徑。

參照圖5到圖7，在端視圖中示出了刀片布置的幾個示例。在圖5到圖7中的每個圖中，每組刀片包括三個間隔開的刀片52。在圖5中，每組刀片與其他組刀片對齊。如圖5所示，刀片是等間隔的，其中，每組中的一個刀片位于0°、另一個位于120°以及又一個位于240°。因此，在端視圖中，刀片組僅由于其不同的切削半徑而可區(qū)分。類似于圖3，第一組54刀片52具有大于第二組58刀片的切削半徑72的切削半徑70。因此，第一組54的刀片52徑向向外地延伸超出第二組58的刀片。

在圖6和圖7示出的實施例中，刀片組相對于彼此交錯。在圖6示出的示例中，第一組54和第二組58相互交錯60度。類似于圖3，第一組54刀片52具有大于第二組58刀片的切削半徑72的切削半徑70。如圖6所示，第二組58刀片是等間隔的，其中，一個刀片位于0°、另一個位于120°以及又一個位于240°。因此，第二組58刀片位于與圖5中相同的位置。但是，第一組54刀片是等間隔的，其中，一個刀片位于60°、另一個位于180°以及又一個位于300°。

在圖7示出的示例中，類似于圖4，具有三組刀片。在本實施例中，第一組54、第二組58以及第三組60相互交錯40度。如圖7所示，第三組60刀片是等間隔的，其中，一個刀片位于0°、另一個位于120°以及又一個位于240°。第一組54刀片是等間隔的，其中，一個刀片位于40°、另一個位于160°以及又一個位于280°。第二組58刀片是等間隔的，其中，一個刀片位于80°、另一個位于200°以及又一個位于320°。

雖然圖6和圖7示出了交錯(60度和40度)的刀片的兩個示例，但是也可使用其他的交錯角。例如，刀片可以交錯10度到80度或者其中的任何子區(qū)間，例如，20度到70度、30度到70度、30度到60度或40度到60度。在一個實施例中，刀片可以交錯至少15度、20度、25度或30度。在至少一個實施例中，上面所公開的交錯值是在相鄰的刀片組之間。在另一個實施例中，在刀具上所有的刀片組之間可以具有所公開的交錯。所述交錯可取決于刀片組的數(shù)量或者每組中的刀片的數(shù)量。雖然刀片組被示出為具有三個刀片，但是可使用其他的數(shù)量。例如，如果每組有四個刀片，則它們可以以90度間隔開并且刀片組可以以45度交錯開。

除使刀片組交錯之外，每組刀片還可以是等間隔的或者不等間隔的。例如，如果有三個刀片，則每個刀片之間的相等間隔將為120度，而如果有四個刀片，則相等間隔將為90度。但是，每組內(nèi)的刀片也可以是不等間隔的。例如，如果有三個刀片，則它們可具有117度、121度以及122度的間隔。類似地，對于四個刀片而言，不相等的間隔的示例可以是87度、89度、91度以及93度。但是，這些值僅為示例，并不意味著具有限制性。在一個實施例中，刀片組可包括至少兩個不等間隔的刀片。在另一實施例中，刀片組可包括均間隔不等的刀片(例如，沒有兩個刀片是等間隔的)。刀片間隔不等的程度可達2度、3度、5度或10度。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使刀片組交錯和/或使刀片間隔不等可有助于減小銑削操作期間系統(tǒng)中的振動。例如，每組刀片中的刀片間隔不等可消散由刀具引起的諧波激發(fā)。使刀片組交錯也可減小振動，但是，據(jù)信這是通過減小激發(fā)力來完成的。例如，在使用圖6的銑削刀具時，對于刀片組中的每個刀片而言，將有兩個單獨的沖擊，而不是兩組銑削刀具同時沖擊加工材料(例如，如同圖5那樣)。類似地，對于刀片組中的每個刀片，圖7的刀具將具有三個單獨的沖擊。因此，由刀具施加的力(可以是激振力)減小并分散為多次沖擊。這兩種方法可單獨使用或者一起使用。因此，交錯和間隔不等的刀片組既可減小刀具的激發(fā)力又可消散刀具的諧波激發(fā)。

參照圖8和圖9，示出了單組80刀片82的端視圖和刀片82切削加工材料84的截面示意圖。除使刀片交錯和/或使刀片間隔不等之外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)刀片的前角86也可影響系統(tǒng)中的振動。前角86可描述切削表面相對于加工材料的角度。當(dāng)切削表面成角度地進入到工件中時，形成圖8和圖9所示的正前角。當(dāng)切削表面成角度地離開工件時，形成負前角，而當(dāng)切削表面垂直于工件時，形成零前角或中性前角。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)正前角可減小切削力。在一個實施例中，一個或更多個刀片組上的切削刀片可具有-20度到+30度的前角。在另一個實施例中，前角可以是從-5度到+10度。在又一個實施例中，前角可以是從0度到+30度。在再一個實施例中，前角可以是從+5度到+30度。

參照圖9，除前角86之外，刀片82的切削刃88也可影響切削操作。如圖9所示，刀片82從加工材料84一次一個切屑(chip)90地去除材料。切削刃88可具有不同程度的銳度，這可稱為刃口鈍化(edgepreparation)。刃口鈍化的程度可影響所需的切削力和刀片的耐用性等。低程度的刃口鈍化可以是指不那么圓滑或者較鋒利的切削刃88，而高程度的刃口鈍化可以是指較圓滑或者不那么鋒利的切削刃88。在一個實施例中，切削刃88可具有0.005mm到0.05mm的半徑。具有高程度的刃口鈍化的切削刃可比具有低刃口鈍化的切削刃更耐用并且/或者具有更長的刀具壽命。刃口鈍化的程度還可取決于切削刃88的材料。在一個實施例中，切削刀片和/或切削刃可由多晶金剛石(pcd)、立方氮化硼(cbn)、碳化物、氮化硅(si3n4)或任何其他切削刀片材料形成。這些刀片材料可以有涂層，但涂層不是必要的。

參照圖10，除前角和刃口鈍化之外，刀片82還可包括后角或離隙角92。后角可以是切削刀片82從切削刃88朝向刀具主體94的錐角。后角可在切削刃88延伸到加工材料中時防止切削刀片的側(cè)部96接觸加工材料新形成的表面。這可確保形成較為平滑和/或較為精確的槽或面。在一個實施例中，后角可以是從1度到15度。

參照圖3到圖10所描述的任意或所有特征可以以任意組合的方式包含到銑削刀具中。銑削刀具可被用于產(chǎn)生諸如參照圖1和圖2示出和描述的那些槽、面和/或邊緣。所述特征還可被包含到在第8,555,503號美國專利中示出和描述的刀具中，反之亦然。例如，在第8,555,503號美國專利中公開的潤滑劑通道(例如，軸向的和徑向的)及其操作可被包含到公開的刀具和方法中。除公開的刀具和切削刀片特征之外，機加工的方法也被公開。可使用公開和包含的刀具以及切削刀片特征來執(zhí)行所述方法，但是，也可使用已知或傳統(tǒng)的刀具或者將來開發(fā)的刀具來執(zhí)行所述方法。

所公開的刀具可被用于在孔中形成內(nèi)部的面和槽(可以是平滑的面/槽)。刀具可被用于精加工操作(例如，在粗加工或半精加工操作之后)。切削刀片均可具有相同的切削刃形狀。切削刀片組的每組可具有偶數(shù)個或奇數(shù)個切削刀片。切削刀片可以是可更換的。如上所述，每組刀片內(nèi)的刀片之間的間隔可以是均勻的或者其可以是不規(guī)則的。此外，每組刀片內(nèi)的刀片的前角可以是均勻的或者不規(guī)則的。刀具可被構(gòu)造為使得其沿著孔在不同的軸向位置進行切削。例如，可以有兩個或更多個間隔開的刀片組，其在孔中形成兩個或更多個間隔開的面/槽(例如，不是連續(xù)的軸向切削)。

參照圖11，示出了表示插補銑削操作期間的刀具路徑102的示意圖100。刀具路徑102是可用于圖1和圖2所示的閥體12的刀具路徑的示例。圖12示出了圖11所示的點的位置圖表的示例。x位置、y位置和z位置對應(yīng)于圖1和圖2所示的x軸、y軸和z軸，其中，在圖2中，x軸從頁面出來，y軸沿著垂直方向，而z軸對應(yīng)于中心軸線16。因此，x-y平面中0,0處的點對應(yīng)于中心軸線16上的點。因為該路徑在兩個維度上產(chǎn)生，所以圖11中未示出z軸。但是，類似于圖2中的x軸，z軸進入頁面/從頁面出來。

在傳統(tǒng)的插補銑削操作中，刀具和加工材料之間的首次接觸的點是隨機的，而主要的要求是進行至少一次完整的旋轉(zhuǎn)。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)初始的接觸點可對銑削操作具有重要的影響。所述影響不僅影響初始的切削，還會影響整個的銑削操作。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在將被去除的材料最少的區(qū)域與加工材料初始接觸(又被稱為最少材料條件(lmc，leastmaterialcondition))可顯著地減小銑削操作的切削力。不僅對于初始的切削而言可減小切削力，而且對于整個切削操作(例如，一次或更多次完整的旋轉(zhuǎn))而言也可減小切削力。較低的力可使振動幅度減小。

如上面所描述的，面34以及兩個槽36和38將形成在圖1和圖2所示的閥體12的通道20、24以及28中。為了便于從鑄件中移除，通道可具有拔模角。因此，通道可在頂部處較窄而在底部處較寬。相應(yīng)地，在孔14的底部從閥體12的底部去除的材料比在孔14的頂部從閥體12的底部去除的材料更少。因此，在至少一個實施例中，可對插補銑削工藝進行編程，以在孔壁的將被去除的材料最少的底部或其附近與孔壁進行初始的接觸。該區(qū)域或部分還可對應(yīng)于孔壁的表面面積為最小量的區(qū)域。刀具可在將被去除的材料最少(或者表面面積最小)的點或區(qū)域處與加工材料接合并在其到達將被去除的材料最多的區(qū)域之前與加工材料完全地接合。

在圖11和圖12所示的示例中，銑削刀具可開始于標(biāo)識為點1的中心位置。所述點可對應(yīng)于銑削刀具的中心縱向軸線。點1可將刀具放置于孔14的中心軸線處或附近和孔14中的預(yù)定的軸向位置處。在本示例中，點1對應(yīng)于xyz坐標(biāo)系中的點0,0,-42.5。如圖12所示，刀具的z位置在整個銑削過程中可保持恒定(例如，在孔內(nèi)沒有軸向運動)。因此，可同時切削面/槽/邊緣?？蛇x地，可通過使刀具沿著z軸運動并執(zhí)行另一個插補銑削工藝來一次一個地切削每個面/槽。

為了開始插補銑削工藝，可使刀具運動到對應(yīng)于xy坐標(biāo)系中的1.125,-1.125的點2。當(dāng)然，可以有位于所標(biāo)識的點序號之間的點，但是，并非所有的點都被具體地標(biāo)識出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，基于本公開，可對中間的點進行編程。如所示出的，從點1到點2的運動可以是弧形的路徑，但是這并不是必需的(例如，可以是直線)。刀具可從點2運動到點3(xy坐標(biāo)系中的0,-2.25)。刀具可在點3與孔壁接觸或者就在到達點3之前與孔壁接觸。如上所述，點3可對應(yīng)于將通過插補銑削工藝被去除的材料最少的區(qū)域和/或在該軸向位置處孔壁的表面面積最小的區(qū)域。類似于從點1到點2的運動，從點2到點3的運動可以是弧形的路徑。這可允許切削刀片首先以一定角度接觸孔壁，而不是垂直地接觸孔壁。

銑削刀具可從點3循著圍繞孔壁的周邊或周向的圓形路徑以從中去除材料。圓形路徑可具有從孔的中心開始的切削半徑，該切削半徑比最初的孔的半徑大一定的量，從而形成按預(yù)定的量從孔延伸的面、槽或邊緣。刀具可運動至點4，點4對應(yīng)于xy坐標(biāo)系上的-2.25,0或者如圖1所示的孔的左側(cè)。刀具可繼續(xù)至點5，點5對應(yīng)于xy坐標(biāo)系上的0,2.25或者如圖1所示的孔的頂部。點5可對應(yīng)于孔的將被去除的材料最多的區(qū)域，這歸因于通道的錐形。如上面所描述的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，對于包括將被去除的材料最多的區(qū)域的整個切削路徑而言，通過在材料最少的區(qū)域開始銑削加工，切削力可減小。到刀具已經(jīng)到達點5時，刀具已與孔壁完全地接合，因此需要較小的力來進行切削。

刀具可從點5繼續(xù)至點6，點6對應(yīng)于xy坐標(biāo)系上的2.25,0或者如圖1所示的孔的右側(cè)。刀具可從點6繼續(xù)沿著圓形路徑回到點3，即位于0,-2.25處的刀具與孔的底部的初始接觸點。因此，點1到點6描述了刀具圍繞孔壁的初始的旋轉(zhuǎn)以形成面和/或槽。刀具可被配置為圍繞孔壁執(zhí)行額外的旋轉(zhuǎn)，或者可在單次的旋轉(zhuǎn)之后完成加工。如果執(zhí)行額外的旋轉(zhuǎn)，則可以以同樣的深度進行額外的旋轉(zhuǎn)或者可增加深度以進一步增加面/槽的深度。如果以同樣的深度進行旋轉(zhuǎn)，則路徑可與上述的從點3到點6再回到點3的路徑相同或者大致相同。如果以不同的深度進行旋轉(zhuǎn)，則路徑形狀可與上面類似，但具有更大的x值和y值(例如，絕對值)。但是，仍然可以以同樣的z值執(zhí)行額外的旋轉(zhuǎn)，使得刀具不沿著軸向方向運動。

如上所述，圖11和圖12示出和描述的路徑102僅為示例，并且不意味著具有限制性。材料最少的區(qū)域可位于孔壁(或者其他通道，不一定是圓柱形的)內(nèi)的任何位置。因此，點3(首次接觸的點)可位于將被去除的材料最少的任何位置。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，所公開的插補銑削切削路徑可使得銑削操作的切削力減小約33％。例如，開始于點5而不是點3的切削可能需要200牛頓的峰值力，而不是點3處的150牛頓的峰值力。通過減小切削力，激振力也減小，這可提高切削加工刀具的壽命和工件質(zhì)量。

除對刀具、刀片和/或銑削路徑進行改變之外或者作為對刀具、刀片和/或銑削路徑進行改變的替代，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對插補銑削工藝的改進可通過分析系統(tǒng)中的部件的振動特性和識別高性能的區(qū)域而產(chǎn)生。在分析時可考慮兩種不同類型的振動：來自銑削刀具與加工材料的相互作用的受迫振動和由于部件的諧波頻率而產(chǎn)生的諧波振動。通過刀具的轉(zhuǎn)動，自激振動可被最小化。上面所公開的刀具的設(shè)計可減小受迫振動。

在至少一個實施例中，可在銑削系統(tǒng)的部件(諸如刀具(有或沒有刀片))和加工材料(例如，閥體))上執(zhí)行模態(tài)測試。模態(tài)測試是一種振動測試，在模態(tài)測試中，確定測試對象的固有頻率、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼比以及模態(tài)振形?？墒褂萌舾煞椒▉韴?zhí)行模態(tài)測試，所述方法可包括錘擊式模態(tài)測試(impacthammermodaltesting)或激振器模態(tài)測試(shakermodaltesting)。在這兩種方法中，具有已知頻率的能量被施加到系統(tǒng)并且對響應(yīng)譜進行分析。可使用響應(yīng)譜和力譜(forcespectra)來確定傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)。錘擊式模態(tài)測試包括用錘非?？焖俚厍脫舨考?。

一旦已經(jīng)確定了系統(tǒng)中的部件的模態(tài)參數(shù)，便可利用穩(wěn)定性分析來將刀尖點(tool-point)的頻率響應(yīng)函數(shù)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性葉瓣圖(stabilitylobediagram)，圖13示出了其示例。穩(wěn)定性葉瓣圖可包括表示切削深度的y軸和表示主軸轉(zhuǎn)速(例如，旋轉(zhuǎn)速度-轉(zhuǎn)每分鐘(rpm))的x軸。示出的葉瓣描繪了預(yù)計的不穩(wěn)定的區(qū)域–葉瓣內(nèi)的區(qū)域是不穩(wěn)定的而葉瓣下面的區(qū)域是穩(wěn)定的。圖13示出了若干個葉瓣組，它們可表示不同的模型。例如，對角虛線區(qū)域表示不穩(wěn)定的區(qū)域，而水平陰影線區(qū)域表示在穩(wěn)定性邊界周圍百分之二十的不確定性。圖中示出的垂直帶(band)對應(yīng)于系統(tǒng)固有頻率的諧波。可避免這些區(qū)域。相鄰葉瓣之間的區(qū)域可表示可能有益的操作區(qū)域，其中的切削深度可以相對較大卻仍然是穩(wěn)定的。此外，相鄰葉瓣之間的區(qū)域和垂直諧波帶之間的區(qū)域甚至可以是更加穩(wěn)定的。特別地，位于該圖右側(cè)的相鄰葉瓣之間的區(qū)域可表示大的切削深度和高的主軸轉(zhuǎn)速的區(qū)域，其可允許相對較快和較深的材料去除，同時保持穩(wěn)定。

以前，主軸轉(zhuǎn)速和/或切削深度是通過試錯法來確定的或者切削深度被保持為相對較小，這是因為如圖13所示，在一定的切削深度的閾值(例如，在圖13中為大約0.085英寸)以下時所有的主軸轉(zhuǎn)速都是穩(wěn)定的。但是，通過在系統(tǒng)的部件上執(zhí)行模態(tài)測試并對振動性能進行建模，可以以更高的穩(wěn)定性預(yù)期來執(zhí)行更深和更快的切削操作。葉瓣之間的最優(yōu)區(qū)域可基于刀具構(gòu)造(例如，刀片構(gòu)造)、刀具材料、正在被機加工的材料或其他因素而變化。因此，如果這些因素中的一個或更多個在機加工操作之間改變，那么為了識別最優(yōu)區(qū)域，必須執(zhí)行新的穩(wěn)定性葉瓣分析。

參照圖14，示出了機加工閥體的方法的流程圖200的示例。但是，該方法也可應(yīng)用于除了閥體以外的其他機加工過程。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到可將步驟添加到流程圖200中或從流程圖200中移除步驟，或者可重新安排這些步驟。

在步驟202中，可在機加工過程之前執(zhí)行穩(wěn)定性葉瓣分析。穩(wěn)定性葉瓣圖的生成在上文進行了描述并且將不再對其進行詳細地重復(fù)。包括銑削刀具和待機加工的閥體的系統(tǒng)的所有部件或者一些部件可利用模態(tài)分析(例如，錘擊式測試)進行測試。然后，可將來自測試的模態(tài)參數(shù)輸入到計算機模型中以生成穩(wěn)定性葉瓣圖。在步驟204中，可基于穩(wěn)定性葉瓣圖來確定切削深度和/或主軸轉(zhuǎn)速。如上所述，相鄰葉瓣之間的間隙或間隔可例如提供系統(tǒng)性能較高的區(qū)域，以在穩(wěn)定的情況下允許較大的切削深度和/或主軸轉(zhuǎn)速。如果系統(tǒng)的一個元素(例如，零件、刀具、刀架(toolholder)、機床、夾具、機加工參數(shù)等)改變，那么可重復(fù)該步驟。

在步驟206中，可將銑削刀具插入到閥體的孔(或者另一物體的孔)中。銑削刀具可具有縱向軸線或旋轉(zhuǎn)軸線，并且可沿著軸向方向插入?？裳刂椎闹行妮S線(例如，xy坐標(biāo)為0,0)插入刀具。在插入期間，銑削刀具可圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)或者其可以是靜止的。作為插入操作的一部分，可在步驟208中執(zhí)行可選的面加工操作。如上所述，第一組刀片或近端的刀片組可執(zhí)行面加工操作?？卓砂ㄟ@樣的部分，該部分的直徑小于第一組刀片的直徑但大于其余組的較遠端的刀片的直徑。相對于孔的較近端的部分，該部分可包括肩部(shoulder)(例如，垂直或幾乎垂直的部分)。因此，較遠端的刀片可在不接觸孔的該部分的情況下經(jīng)過孔的該部分而伸入到孔中。第一組刀片可在旋轉(zhuǎn)的同時接觸孔的具有較小直徑的該部分并可在孔中加工面。刀片可接觸肩部。面可具有與切削刀片的長度相同或大體上相同的長度。面可具有大體上垂直于縱向軸線的一個壁和大體上平行于縱向軸線的一個壁。

在步驟210中，可開始插補銑削過程。如上所述，刀具可在將被去除的材料最少的區(qū)域與加工材料首次接觸。例如，如果將在鑄入式通道中形成槽，則所述通道可具有其自身的拔模斜度(draft)，使得所述通道呈錐形。在本示例中，切削刀片組與通道之間的首次接觸可位于通道的較寬的端部。相應(yīng)地，通道的最寬的部分將去除的材料較少。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在此點開始或啟動插補銑削過程可顯著地減少加工過程所必需的切削力的量。

在步驟212中，一旦在步驟210中開始銑削過程，便可執(zhí)行銑削刀具圍繞孔的周向或周邊的完整的旋轉(zhuǎn)?？稍诒３值毒叩妮S向位置不變(例如，刀具在孔內(nèi)沒有軸向運動，z向位置沒有改變)的同時執(zhí)行旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)可從孔去除預(yù)定的深度以產(chǎn)生或擴大面和/或槽?？梢杂袃山M或更多組軸向間隔開的切削刀片，因此，在刀具圍繞孔的單次旋轉(zhuǎn)期間可形成或擴大多個面或槽。刀片組可具有相同或不同的切削半徑，因此，面或槽的深度可相同或不同。圍繞孔的一次旋轉(zhuǎn)可足以形成面和/或槽。插補銑削旋轉(zhuǎn)可根據(jù)步驟202中的穩(wěn)定性葉瓣分析來執(zhí)行。切削深度和/或主軸轉(zhuǎn)速/旋轉(zhuǎn)速度可被選擇為使得其位于圖中的兩個相鄰的穩(wěn)定性葉瓣之間的區(qū)域中?？蛇x地，可單獨地切削槽的每側(cè)。

在步驟214中，所述方法可以可選地包括執(zhí)行刀具圍繞孔的額外的旋轉(zhuǎn)?？蓢@相同的路徑執(zhí)行額外的旋轉(zhuǎn)以確保精確的或較均勻的面/槽的深度或者額外的旋轉(zhuǎn)可從孔去除額外的材料以擴大面/槽。額外的旋轉(zhuǎn)的次數(shù)可取決于將被去除的材料的量。因此，旋轉(zhuǎn)的次數(shù)還可至少部分地取決于步驟202中的穩(wěn)定性葉瓣分析。例如，如果穩(wěn)定性圖中的特定窗口(window)內(nèi)的切削深度能夠增加，則旋轉(zhuǎn)的次數(shù)可減少。在一個實施例中，可以有一次到五次或其中的任意子區(qū)間(例如，一次到四次、一次到三次、兩次到三次或一次到兩次)的額外的旋轉(zhuǎn)。

在步驟216中，可從孔移開刀具。這可通過在孔中使刀具重新對中(例如)到xy位置0,0或重新對中到與初始插入的坐標(biāo)相同的坐標(biāo)來執(zhí)行。但是，可使用將避免刀具的刀片接觸孔壁的任何坐標(biāo)。

雖然上文描述了示例性實施例，但是并非意味著這些實施例描述了本發(fā)明的所有可能的形式。更確切地，說明書中所使用的詞語為描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)理解的是，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種改變。此外，可組合各種實施的實施例的特征以形成本發(fā)明的進一步的實施例。