CN100519023C - 铣削刀具、铣削体和铣削方法 - Google Patents

铣削刀具、铣削体和铣削方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铣削刀具、铣削体和铣削方法。铣削刀具包括铣削体(11)和多个切削嵌入件(13，13A，13B)。铣削体具有紧固部件(12)以便将铣削嵌入件保持在包括至少一个底面(19，19A，19B)的多个嵌入件凹处(18)内。每个所述铣削嵌入件包括至少一个切削刃。该刀具具有旋转轴线和旋转方向(R)，进给方向(F)和端面(14)。铣削刀具(10)用于基本沿着刀具的轴向(A)切削工件，该轴向基本与进给方向(F)垂直。

Description

铣削刀具、铣削体和铣削方法
技术领域
本发明涉及铣削刀具、铣削体和铣削方法。
背景技术
在铣削中，金属机加工原理包括多刃旋转刀具相对于直线进给工件的协调运动。或者，该刀具可以沿着基本上任意方向朝着工件进给。铣削刀具有几个切削刃，并且每个切削刃切削一定量金属。
在端面铣削中，机加工主要是通过位于刀具的周边处的切削刃来进行，但是在一定程度上还通过在刀具的端面处的副切削刃来进行。沿着径向方向的切削深度由切削刃在周边处的切削深度确定。在刀具端面处的副切削刃产生出精加工表面。以前的端面铣刀的缺点在于，每个切削刃只有一小部分起作用，从而在端面铣削期间使用寿命较小并且频繁地需要更长时间的接合。另外，在机加工脆性工件时常常出现断刃现象。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于端面铣削的铣削刀具，其中切削嵌入件的每个切削刃可以得到更好地利用。
本发明的另一个目的在于提供一种用于端面铣削的铣削刀具，其中切削嵌入件实现了较长的使用寿命。
本发明还有一个目的在于提供一种用于端面铣削的铣削刀具，该刀具对于每个切削嵌入件而言在工件上经过的次数相对较少。
本发明再一个目的在于提供一种铣削刀具和一种端面铣削方法，其中工件的边缘几乎不会出现断裂。
本发明的再一个目的在于提供一种用于端面铣削的铣刀，在该刀具处通过该刀具的几何形状预先确定了某些的机加工数据，至少预先确定了轴向进刀量。
本发明的再一个目的在于提供一种用于端面铣削的铣削刀具，其中所产生的切削力有利于在小功率机器中进行机加工并且简化了工件的固定。
这些和其它目的是通过在所附权利要求中参照附图所限定的端面铣刀和方法来实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种铣削刀具，它包括铣削体和多个切削嵌入件，其中所述铣削体具有用来将所述切削嵌入件保持在包括至少一个底面的多个嵌入件凹处中，其中每个所述切削嵌入件具有至少一个切削刃，其中所述刀具具有旋转轴线和旋转方向、进给方向以及端面。所述铣削刀具设置成基本上沿着与进给方向基本上垂直的刀具轴向方向对工件进行切削，并且至少一个切削刃与所述旋转轴线基本上垂直，且每个切削嵌入件沿着刀具的至少一部分圆周设置成相对于在同一片段中的前一切削嵌入件与旋转轴线距离逐渐变小，并且另外，这些切削嵌入件同时布置成与端面平行的平面、或在该端面下方且与之平行的平面、或面向该端面与旋转轴线垂直的平面的距离逐渐减小。
根据本发明的另一个方面，提供了用于铣削刀具的铣削体，用来保持多个切削嵌入件，其中所述铣削体具有紧固装置，用来将这些切削嵌入件保持在包括至少一个底面的多个整合式或可调节嵌入件凹处中，其中每个所述切削嵌入件具有至少一个切削刃，其中所述铣削体具有旋转轴线和旋转方向、进给方向以及端面。所述铣削体的嵌入件凹处在铣削刀具中沿着至少一条螺旋路径布置，其中所述路径与旋转轴线的法线形成俯仰角，且底面沿着刀具的至少一部分圆周设置成与旋转轴线的距离逐渐减小，并且另外，这些底面同时布置成与端面平行的平面、或在该端面下方且与之平行的平面、或面向该端面与旋转轴线垂直的平面的距离逐渐减小，且至少一个切削刃与所述旋转轴线基本上垂直。
根据本发明的另一个方面，提供了利用端面铣削刀具来铣削工件的方法，其中实现了旋转多刃刀具相对于直线进给工件的协调运动，其中在端面铣削刀具相对于工件沿着进给方向同时进给期间，该刀具沿着旋转方向绕着旋转轴线转动。所述方法包括以下步骤，将至少一个切削刃布置成与旋转轴线基本上垂直，将所述切削嵌入件定位在铣削刀具内，并且基本上沿着刀具的轴向方向对该工件进行机加工，该轴向方向与进给方向基本上垂直，且该方法还包括以下步骤，沿着刀具的至少一部分圆周布置切削嵌入件，并且按照沿着刀具的旋转方向以与旋转轴线的距离逐渐减小的方式对工件进行机加工，另外在与在端面下方并且与之平行的平面或面向该端面与旋转轴线垂直的平面的距离逐渐减小期间，这些切削嵌入件同时对工件进行机加工，并且切削嵌入件沿着在铣削刀具内的螺旋路径行进，并且在刀具的每圈转动中使用了切削刃长度的至少60％。
附图说明
图1A为根据本发明的端面铣刀的一个实施方案的侧视图；
图1B为该刀具的底视图；
图1C为该刀具的透视图；
图2示意性地显示出可分度(indexable)切削嵌入件在该刀具中如何布置；
图3示意性地显示出在该刀具中的可分度切削嵌入件在整个旋转期间在工件中如何工作；
图4A为根据本发明的端面铣刀的一可选实施方案的侧视图；
图4B为图4A的刀具的底视图；并且
图5显示出切削嵌入件如何在铣刀中沿着螺旋路径布置的示意性底视图。
具体实施方式
图1A-1C显示出根据本发明的端面铣刀10。该刀具10包括优选由钢制成的铣削体11；多个紧固部件12以及多个可分度的切削嵌入件13、13A、13B。铣削体11其基本形状为圆形并且包括轴向向前面对的端面14、具有四个围绕着中心孔17的紧固孔16的安装部分15以及由用于容纳相同的切削嵌入件13、13A、13B的可调节嵌入件凹处18形成的外圈。虽然在图1A-1C中只显示出几个切削嵌入件，但是每个凹处用来容纳一可分度切削嵌入件。每个凹处包括一基本上为平面的底面19、19A、19B。第一螺纹孔沿着旋转方向R设在底面前面，用来容纳一紧固螺钉20，以便通过在台肩或支撑表面22和底面19上楔入作用压迫切削嵌入件。支撑表面22与刀具的旋转轴线CL形成一为锐角的轴向角a。在楔入件21上方设有类似楔入连接件，用来楔入可拆卸的轴向支撑装置23，该装置确定了切削嵌入件13的轴向位置。当要使切削嵌入件分度时，将螺钉20部分松开直到可以用手径向和/或轴向向外拉动该切削嵌入件，并且该切削嵌入件可以按照与90°对应的幅度转动，从而使新的径向引导的切削刃24A、24B进入工作位置，参见图2。然后，将切削嵌入件推进凹处并且重新将螺钉拧紧。应该以大约为90°的装置角将切削嵌入件13设置在铣削体中，从而切削刃24A、24B基本垂直于旋转轴线CL。在所示的实施方案中切削嵌入件13具有笔直对称的棱角斜面，必要时这些棱角斜面可以由圆角斜面代替。
底面19、19A、19B在刀具的半个圆周即片段S1或S2上沿着与刀具的旋转方向R相反的方向布置成离旋转轴线CL的距离连续减小。另外底面19、19A、19B同时布置成离端面14或在端面14下方与之平行的平面14或与旋转轴线CL垂直面对着端面14的平面的距离逐渐减小。这意味着当在旋转轴线CL处于同一个位置情况下进行观察时，在半圈转动期间除了第一切削嵌入件13A之外的每个所安装的切削嵌入件向内径向移动距离dX，参见图2，并且沿着旋转方向R在相同的片段中相对于前面的切削嵌入件轴向向前移动距离dY。
切削嵌入件13、13A、13B是相同的，并且具有基本上为矩形或方形的形式，而且包括一上邻接面、一底面和基本上将上表面和底面连接在一起的边缘表面。切削嵌入件具有一凸形几何形状，并且边缘表面限定了一间隙面，该间隙面与上表面形成一锐角，同时后者形成一切屑面。上表面可以包括设置在切削嵌入件的周边中的倒屑面。上表面可以从倒屑面向内并且向下倾斜。切削嵌入件由压制硬质合金制成。硬质合金在这里指的是与金属粘接剂例如Co或Ni烧结在一起的WC、TiC、TaC、NbC等类似合金。或者，可以使用立方氮化硼CBN、菱形PCD或陶瓷材料切削嵌入件。在片段S1、S2中的切削嵌入件基本上沿着一斜面布置，该斜面在侧视图中与旋转轴线CL的法线N形成大约为2-20°的俯仰角β。
下面将参照图3对刀具10的工作方式进行说明。在该图中示意性地显示出当刀具旋转大约360°即转动一圈时，在刀具中的可分度切削嵌入件13A、13B如何从作为第一可分度切削嵌入件的切削嵌入件13A正处于接合状态中的初始位置开始工作。在那一圈中的机加工分两个步骤进行，其中这用实线表示第一阶段S1并且用虚线表示第二阶段S2。尽管工件沿着进给方向连续地以特别合适的进给速度运动，刀具10将基本上只是沿着轴向方向A即沿着与刀具的旋转轴线CL平行的方向切削。每个切削嵌入件的进给量(“fz”mm)等于每个距离dX(“ae”mm)，从而每个切削嵌入件保持其相对于工件的径向位置。在与主轴的转数相对应的时间内将进给速度(“Vf”mm/分钟)选择为等于这些距离dX的累积数值。
进给速度为vf＝S*z*n*dX mm/分钟，其中S为片段数，z为在该片段中的切削嵌入件的数量例如12个，n为主轴的转数并且dX为在片段S1、S2中在两个相邻切削嵌入件之间的径向距离(mm)。也就是说，在fz等于在两个相邻切削嵌入件之间的径向距离dX时得到最优进给量。在一个片段S1、S2中的第一切削嵌入件13A沿着旋转方向R设在离旋转轴线CL最大的距离RA处，并且在片段S1、S2中最后的切削嵌入件13B设在离旋转轴线CL最小的距离RB处。切削嵌入件13、13A、13B具有宽度W，并且最大距离RA和最小距离RB之差小于切削嵌入件宽度W。两个相邻切削嵌入件13之间的轴向间距dY在片段S1、S2内优选相等，但是保留将任意一个切削嵌入件选为具有最小轴向切削深度的精加工嵌入件。两个相邻切削嵌入件13之间的径向距离dX沿着该片段优选相等。
由于刀具在一圈转动的一部分期间以有限的径向延伸量对工件25的区域进行机加工，但是每个切削嵌入件13将通过切削刃24在每个切削嵌入件中进给距离dY(“ap”mm)。当由切削嵌入件13B的最后一个切削刃24B进行机加工结束时，产生出一邻接表面26。随后，下一个切削嵌入件13A将以径向超过刚才接合且不足切削嵌入件宽度W来接合工件，例如在图3右边的虚线所示一样，由此重复上述过程。通过恰当调节进给量和转数，在每个所安装的切削嵌入件的径向最外面的切削刃24C将不会切出任何切屑。所述切削刃24C因此保留用于随后分度至一工作位置。但是，切削刃24A切出恒定厚度的切屑。通过这个方法，在刀具的每一圈转动中使用了切削刃24A长度的至少60％，优选为75-100％。如果忽略刀尖半径并且选择了经正确调校的进给量和转数，后面的数值适用于切削刃。只要形成该表面的最后刀刃24B是笔直的，可以使用弯曲的切削刃24A。
根据本发明的横向进给铣削的特殊方法其优点在于，由于该铣刀不会产生大径向力，所以基本上不会出现工件例如铸铁脆性发动机体的边缘的断裂。
图4A和4B显示出根据本发明的端面铣刀10的可选实施方案。该刀具带有切向安装的切削嵌入件13′、13A′、13B′的整合式嵌入件凹处。装卸切削嵌入件因此安装成其最大的邻接表面平压在铣削体上。由此，每个切削嵌入件不需要单独的排屑空间，因此可以将切削嵌入件彼此靠近地设置，由此实现了一种密集刃铣刀(close-edged milling tool)。所示的切削嵌入件以负轴向角安装在铣刀10′中。所示的刀具10′具有分成两个螺旋片段S1′、S2′的36个可分度切削嵌入件。这些切削嵌入件13′、13A′、13′具有切削刃24′、24A′、24B′，它们基本上与背对着所述相应最大表面的表面一致。所述切削刃与刀具旋转轴线CL的法线形成一负径向角度。该切削嵌入件13A′、13B′还具有一基本上轴向引导的被动切削刃24C′。如上所述，这些切削嵌入件13基本上沿着一螺旋路径设置在每个片段S1′、S2′中。每个片段S1′、S2′中的切削刃基本沿一斜面设置，在侧视图中该斜面与旋转轴线CL的法线形成大约为2-20°的俯仰角。
切削嵌入件13、13′因此布置成离与端面14′平行的平面或在端面14′下方与之平行的平面平行的平面或与面对着端面14′与旋转轴线CL垂直的平面的距离逐渐减小。这意味着当在旋转轴线CL处于同一位置中的情况下观察时，在半圈转动期间每个所安装的切削嵌入件13向内径向移动距离dX，参见图2，并且沿着旋转方向R相对于在相同片段中前面的切削嵌入件轴向移动距离dY。
铣刀10′的工作方式与上述刀具10基本上相同。在片段S1′、S2′中的铣削体11′中的可分度切削嵌入件13′、13A′、13B′在刀具旋转大约180°即半圈时在工件中从一初始位置开始沿着螺旋路径工作，并且作为第一可分度切削嵌入件的切削嵌入件13A′和作为最后一个可分度切削嵌入件的切削嵌入件13B′分别在片段S1′、S2′内接合。在片段S1′、S2′中的切削嵌入件与上面一样也布置成在两个相邻切削嵌入件之间具有连续轴向间隔。在工件以特定的进给速度沿着进给方向F运动期间，刀具10′将只沿着基本上轴向方向切削。
图5在一底视图中示意性地显示出这些切削嵌入件在这两个铣刀10、10′中的每个片段S1、S2内沿着一螺旋路径如何布置。在该图中，圆圈C限定了第一切削嵌入件13A沿着旋转方向R具有半径RA的最大圆形路径。在片段S1、S2内的所有切削嵌入件13或13′形成相应的圆圈，但是其直径更小。在片段S1、S2内在第一切削嵌入件13A后面的每个切削嵌入件设置成，越接近完成最后切削嵌入件13B的测量，其离旋转轴线CL的径向距离越小或者离圆圈C的径向距离越大。最外面切削嵌入件13A的半径RA和最里面切削嵌入件13B的半径RB之间的差值X如上所述小于切削嵌入件的宽度W。每圈转动的进给量因此基本上为X的两倍。在片段S1、S2中的切削嵌入件如上所述也布置成在两个相邻切削嵌入件之间具有一连续轴向间距，即基本上沿着一斜面布置，该斜面在侧视图中与旋转轴线CL的法线N形成大约为2-20°的俯仰角β。
在根据本发明的铣刀中，由于每个切削刃的被动切削刃24C保留用于随后分度至工作位置，所以整个切削刃24、24A、24B可以同时得到利用。这就实现了更大的机加工速度，切削嵌入件的使用寿命更长并且需要相对更少的道次。实际中可以想到利用比上述更多或更少的片段。另外，被动切削嵌入件可以用在因此所采用的嵌入件凹处中。虽然刀具将只沿着轴向方向加工，但是在一些情况中最好可以将嵌入件凹处和切削嵌入件如此设置，从而它们也可以在一定程度上沿着径向方向加工以便进一步增加切削量。但是在后面的情况中，至少90％切削量将由径向引导的切削刃24A、24B来完成。可以想到将整合式嵌入件凹处与可调节嵌入件凹处组合在同一铣削体中。
由于所产生的切削力轴向向上引导进机器的主轴中，所以改善了在小功率机器中的机加工，而且还降低了紧固工件的要求。

Claims (9)

1.一种铣削刀具，它包括铣削体(11)和多个切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)，其中所述铣削体具有用来将所述切削嵌入件保持在包括至少一个底面(19、19A、19B)的多个嵌入件凹处(18)中，其中每个所述切削嵌入件具有至少一个切削刃(24、24A、24B；24′、24A′、24B′)，其中所述刀具具有旋转轴线(CL)和旋转方向(R)、进给方向(F)以及端面(14；14′)，
其特征在于，所述铣削刀具(10；10′)设置成基本上沿着与进给方向(F)基本上垂直的刀具轴向方向(A)对工件进行切削，并且至少一个切削刃(24、24A、24B；24′、24A′、24B′)与所述旋转轴线(CL)基本上垂直，且每个切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)沿着刀具(10；10′)的至少一部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)设置成相对于在同一片段(S1、S2；S1′、S2′)中的前一切削嵌入件与旋转轴线(CL)的距离逐渐变小，并且另外，这些切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)同时布置成与端面(14；14′)平行的平面、或在该端面下方且与之平行的平面、或面向该端面与旋转轴线(CL)垂直的平面的距离逐渐减小。
2.如权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，多个切削嵌入件(13；13′)布置成相对于旋转轴线(CL)沿着轴向方向比沿着径向方向切削更多的材料，并且所述切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)沿着螺旋路径布置在铣削刀具(10；10′)中。
3.如权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，当在旋转轴线CL处于同一个相同位置情况下进行观察时，在刀具转动一圈的至少一部分期间，每个切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)相对于前一的切削嵌入件沿着朝着旋转轴线(CL)的方向径向向内进给第一距离(dX)，并且沿着旋转方向(R)向前轴向进给第二距离(dY)。
4.如权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，在所述部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)中沿着旋转方向(R)的第一切削嵌入件(13A)设置在离旋转轴线(CL)最大的距离(RA)处，并且在所述部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)中沿着旋转方向(R)的最后切削嵌入件(13B)设置在离旋转轴线(CL)最小的距离(RB)处。
5.如权利要求4所述的铣削刀具，其特征在于，所述切削嵌入件(13、13A、13B)具有一宽度(W)，并且最大距离(RA)和最小距离(RB)之间的差值小于该切削嵌入件的宽度(W)。
6.如权利要求1、2或5所述的铣削刀具，其特征在于，在两个相邻切削嵌入件(13；13′)之间的轴向距离(dY)沿着所述部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)是相等的。
7.用于铣削刀具的铣削体，用来保持多个切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)，其中所述铣削体具有紧固装置(12)，用来将这些切削嵌入件保持在包括至少一个底面(19、19A、19B)的多个整合式或可调节嵌入件凹处(18)中，其中每个所述切削嵌入件具有至少一个切削刃(24、24A、24B；24′、24A′、24B′)，其中所述铣削体具有旋转轴线(CL)和旋转方向(R)、进给方向(F)以及端面(14；14′)，
其特征在于，所述铣削体(11；11′)的嵌入件凹处(18)在铣削刀具(10；10′)中沿着至少一条螺旋路径布置，其中所述路径与旋转轴线(CL)的法线(N)形成俯仰角(β)，且底面(19、19A、19B)沿着刀具(10；10′)的至少一部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)设置成与旋转轴线(CL)的距离逐渐减小，并且另外，这些底面(19、19A、19B′)同时布置成与端面(14；14′)平行的平面、或在该端面下方且与之平行的平面、或面向该端面与旋转轴线(CL)垂直的平面的距离逐渐减小，且至少一个切削刃与所述旋转轴线基本上垂直。
8.利用在权利要求1中所述的端面铣削刀具来铣削工件的方法，其中实现了旋转多刃刀具(10；10′)相对于直线进给工件(25)的协调运动，其中在端面铣削刀具相对于工件沿着进给方向(F)同时进给期间，该刀具沿着旋转方向(R)绕着旋转轴线(CL)转动，
其特征在于，所述方法包括以下步骤，将至少一个切削刃(24、24A、24B；24′、24A′、24B′)布置成与旋转轴线(CL)基本上垂直，将所述切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)定位在铣削刀具(10；10′)内，并且基本上沿着刀具的轴向方向(A)对该工件进行机加工，该轴向方向与进给方向(F)基本上垂直，且该方法还包括以下步骤，沿着刀具(10；10′)的至少一部分圆周(S1、S2；S1′、S2′)布置切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)，并且按照沿着刀具的旋转方向(R)以与旋转轴线(CL)的距离逐渐减小的方式对工件进行机加工，另外在与在端面(14；14′)下方并且与之平行的平面或面向该端面与旋转轴线(CL)垂直的平面的距离逐渐减小期间，这些切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)同时对工件进行机加工，并且切削嵌入件(13、13A、13B；13′、13A′、13B′)沿着在铣削刀具(10；10′)内的螺旋路径行进，并且在刀具(10；10′)的每圈转动中使用了切削刃(24A)长度的至少60％。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，刀具(10；10′)的每圈转动中使用了切削刃(24A)长度的75-100％。
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