CN101234438A - 双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀 - Google Patents

Abstract

一种排屑流畅、降低切削力及形成冷却缝隙的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，它包括铣刀体、刃部，其技术要点是：在刃部的切削前刀面上设置有双前角结构。本结构刀具由于第二前角的存在，使切屑流过第一前角后脱离刀具实体，在切屑与第二前刀面之间的形成缝隙这一缝隙在使用冷却液时，使冷却液在切屑和刀具之间流动，会带走更多的热量，减少切削热对刀具的影响。这样的结构更适合于干式切屑和高压空气冷却(风冷)方式，在干式切屑时缝隙中的空气受热彭胀，会向外排除，冷空气补充进入，形成空气流，用高压空气冷却时，高压空气作为一种冷却介质通过这一缝隙，起到液体冷却介质的作用。本发明刀具本身的最大优势为切削轻快，切削力小，寿命高。

Description

双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀

技术领域

本发明涉及机械加工机床的刀具技术领域，具体地说是一种切削前刀面上为双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀。

技术背景

数控技术的问世，计算机的发展，极大地带动了机械加工机床的发展，以这数控技术为核心的数控铣床，加工中心，以及正在发展的高速切削加工中心，逐渐地成为机械加工行业的主力设备。这样的设备已经成为航空、航天、军工、船舶，汽车等行业不可或缺的设备，其台数的多少，联动轴的数量，已经成为企业的生产能力、技术水平的标志，企业实力的代名词。

这样的设备，效率高，价格也非常高，任何企业都希望将其能力发挥到极致，以获取最大的利益。但是，有了好的设备，必须有相应配套的刀具，才能发挥出设备的能力，道理很简单，先进的设备有如一只健硕的老虎，而刀具则是这只老虎的牙齿，两者的完美结合，才能真正发挥出老虎的威风。加工设备的发展，促进了刀具生产制造技术的进步和发展。刀具是由刀具生产商制造的，一般的机床厂商不制造刀具。

数控铣床，加工中心，以及高速加工中心等机床，使用的主要刀具是铣刀。现在铣刀在全部刀具中占有很大比例，无论是种类、数量，据不完全统计已经占到一半以上。

当今世界，尤其欧美和日本等地区的机床生产厂商，对刀具的生产制造极为重视，努力提高生产制造刀具的技术水平，开发了很多种类的多轴联动数控磨刀机，以五轴联动为代表，占大多数，五轴以上联动的磨刀机床的种类略少，比较著名的磨刀机的生产厂家，如德国的WALTER(瓦尔特)，DECKEL(德克尔)、SAACKE(萨克)，瑞士的EWAG(伊瓦格)、SCHNEEBERGER(斯利伯格)等公司。

目前刀具的生产厂商，在提高刀具性能的研究方向上，都面向两个方面发展：一是刀具本身的材料，二是涂层技术。刀具的制造技术，经多年的发展和进步，已无大的发展空间，大量的先进的磨刀机及其配套的编程软件，使得各刀具生产商在制造技术上已无太大的差距，选择性能先进的磨刀机则可生产出水平基本相同的刀具。近年来，刀具一些技术研究成果和发展只是出现在冷却或组合方式上，均未在刀具的切削刃部位的结构上有大的改进和发展。

任何一种新材料的发展都是有很大困难的，刀具材料的发展更是困难，刀具本身的耐磨损、耐高温的要求，保持刀刃的锋利的寿命要求，受到现有的刀具材料理论和刀具材料生产技术的制约，都使新的刀具材料的诞生和发展出现了极大的困难。

刀具涂层技术近年来发展很快，在提高刀具的耐磨、耐热性能方面，作用很大，也相应提高了刀具的使用寿命。但同时也极大地提高了刀具本身的成本，涂层的费用能占到刀具本身价格的一半，有些复合涂层甚至能达到70～80％左右。这给企业增加了生产成本。涂层的刀具被磨损后，因涂层很薄，仅有十几或几十微米，在重新修磨时，涂层会被磨掉，若要达到新刀具的水平，必须重新涂层，就是说：刀具每重新修磨一回，就要重新涂层一次，这无形中又是一笔开销。

国内刀具的生产水平还是低于国外的，目前虽然一些大的工具厂引进了一定数量的国外数控磨刀机，在硬件方面还算能跟上国际的水平。但磨刀机本身只是一台加工设备，而随机安装的编程软件才是灵魂。国外在这一问题对我们控制很严。我们只能按外国人设计的程序操作，没有自己的自主知识产权，无法超越，只能跟在人家后面。所以国内高端刀具的市场基本上是由国外的刀具制造商所占领。

国内外现行的螺旋槽铣刀，因为受到传统的加工方法的限制，只能加工出一个前刀面，且为凹向的弧面，无论是法向剖面还是径向剖面其前刀面上的前角，均为弧线型前角，这个前角的角度γ₀实际上是一个变化的值，在刀尖处的γ₀很大，随着半径的减小而变小，在现在的刀具的生产中是用刀尖到某一点之间的弦与刀具径向剖面的中心线的夹角代替了前角γ₀，也就是说这个“γ₀”实际上并不符合设计给定的γ₀的值。

由于传统的切削刀具，只有一个前角，在螺旋槽铣刀进行加工时，切屑沿弧面排出时，其流动方向受到限制，会逐渐产生弯曲变形，使其变形的力来自于刀具的弧形前刀面，而对刀具的前刀面而言，则是对前刀面的压力，弧面的曲率越大，切屑对前刀面产生的压力也越大，即摩擦功越多，根据物理学上的功能原理，功多则产生的热能也多，因切屑温度很高，切屑沿弧面排出时，滑动接触距离较长，其热传导时间也长，故而使刀具本身的温度也高。温度过高，对刀具本身相当于高温回火，尤其是使刃部的硬度降低，加快了刀具刃部的磨损。为了降低刀具本身的温度，提高刀具寿命，一般都大量使用冷却液，冷却液中含有各种化学物质，在使用中会挥发，祢散在空气中，对人有一定的健康危害，冷却液对机床也有腐蚀作用，工作后，必须擦掉溅留在机床上的冷却液，这无疑是增加了非有益的工作量。而多数废冷却液的处理，需要费用，若处理不当，会对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的提供一种排屑流畅、降低切削力及形成冷却缝隙的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀。

本发明的目的是这样实现的：它包括铣刀体、刃部，其特征是：在刃部的切削前刀面上设置有双前角结构。

在本发明的双前角结构中，还包括在双前角结构中的第一前角或/和第二前角为直线形前角或弧线形前角结构。

本发明的双前角结构在于以中心线为基准线所产生的正前角的双前角结构，零度前角的双前角结构或负前角的双前角结构。

本发明的目的还包括尖角铣刀的圆周刃或/和端齿直刃为双前角结构。

本发明的目的还包括圆角铣刀的圆周刃、圆角刃或/和端齿直刃为双前角结构。

本发明的目的还包括球头铣刀的圆周刃或/和球刃为双前角结构。

本发明的目的还包括带有双前角结构的铣刀还包括有：T型铣刀、T型槽铣刀、燕尾槽铣刀、锯片铣刀、盘铣刀具、双角铣刀、半圆铣刀、二面刃铣刀、三面刃铣刀或锥度立铣刀的铣削刀具。

本发明的目的还包括铣刀刃部的齿数为二齿，三齿，四齿，五齿，六齿，八齿，十齿或多齿。

在当前国内外刀具行业向刀具材料和涂层方向发展的情况下，本发明另辟蹊径，用改变刀具切削部位的形状的方法，达到提高刀具性能的效果。本发明是在原有的单一前角的基础上，再加工出一个角度大于原有前角的第二前角，使刀具切削部位的形状得以改变。双前角结构对刀具产生的变化是：第一前角可以提高刀具的耐热性，增强刀具刃部的强度，使切屑的排除更加流畅；第二前角能减少切屑与前刀面接触的长度从而降低因切屑流经前刀面产生的摩擦力，第二前角与切屑之间存在的缝隙，更加有利于冷却。这些特点使刀具性能有很大提高，与传统结构的刀具相比，可降低刀具本身的温度，减少切削力和切削功率，进而提高刀具的寿命和降低切削功率。更适合于用空气冷却的干式切削，有利于环保的要求。

本结构刀具由于第二前角的存在，使切屑流过第一前角后脱离刀具实体，在切屑与第二前刀面之间的形成缝隙这一缝隙在使用冷却液时，使冷却液在切屑和刀具之间流动，会带走更多的热量，减少切削热对刀具的影响。这样的结构更适合于干式切屑和高压空气冷却(风冷)方式，在干式切屑时缝隙中的空气受热彭胀，会向外排除，冷空气补充进入，形成空气流，用高压空气冷却时，高压空气作为一种冷却介质通过这一缝隙，起到液体冷却介质的作用。

双前角结构铣刀的性能分析

1、双前角结构铣刀的第一前角在法向剖面或径向前角上是直线，在铣削加工时，切屑的排除更流畅；

2、第二前角大于第一前角，切屑沿第一前角滑动到两个前角交点处时，切屑与前刀面脱离接触，使切屑与前刀面的接触长度比传统铣刀短，因而可减少摩擦力产生的摩擦功，减少摩擦功转换成的热能。

3、因第一前角是直线，刀尖楔角呈三角形，比传统的铣刀截面面积大，材料实体多，故双前角铣刀刀尖部位的强度高于传统铣刀。

4、双前角铣刀刀尖部位的材料实体多，故其容热能力高于传统铣刀。

5、切屑与前刀面的接触长度短，可减少切屑向刀具进行热传导的时间，因而可减少切屑向刀具传导的热量。

6、由于在第二前角处切屑与前刀面脱离接触，切屑与刀具之间存在缝隙，有利于冷却介质进入其间，加快对切屑及刀具的冷却，有利于降低刀具本身的温度。这个缝隙更有利于用空气冷却的干式切削。

刀具本身的最大优势为切削轻快，切削力小，寿命高。

与现行的刀具相比，双前角刀具排屑流畅、能减少摩擦力所做的无用功，降低能源的消耗；强度高、容热能力强、传导的热量少而使刀具本身的温度低，可以提高刀具的寿命；第二前角与切屑间的缝隙，有利于用空气冷却的干式切削技术的发展，这能大大地降低生产成本——节省了大量的购买、贮存冷却液和处理废冷却液的费用，减少对操作工人健康的危害，对机床的腐蚀和环境的影响。

这样的结构在车刀上很容易实现，即使操作者用手工修磨也能够做到。

本发明的双前角结构完全可以在车刀、钻头、扩孔钻、锪钻、铰刀等刀具上广泛应用。

附图说明

图1是本发明的直柄立铣刀结构示意简图；

图2是本发明的锥柄立铣刀结构示意简图；

图3是本发明的面铣刀半剖结构示意简图；

图4是图3的侧视图；

图5是本发明的三面刃铣刀结构示意简图；

图6是图5的侧视图；

图7是本发明的角度铣刀剖视结构示意简图；

图8是图7的侧视图；

图9是本发明的套装式铣刀半剖结构示意简图；

图10是图9的侧视图；

图11是本发明刃部的双前角结构示意简图；

图12是本发明刃部的一种双前角结构示意简图，第一前刀面为直线形前角、第二前刀面为弧线形前角的双前角结构；

图13是本发明刃部的第二种双前角结构示意简图，第一前刀面和第二前刀面均为直线形前角的双前角结构；

图14是本发明刃部的第三种双前角结构示意简图，第一前刀面和第二前刀面为弧线形前角的双前角结构；

图15是本发明刃部的第一前角为正前角状态的双前角结构示意简图；

图16是本发明刃部第一前角为0°前角状态的双前角结构示意简图；

图17是本发明刃部第一前角为负前角状态的双前角结构示意简图；

图18是本发明刃部带有双前角结构的尖角铣刀的圆周刃和端齿直刃剖面位置的示意简图；

图19是图18的B-B向旋转剖面视图；

图20是图18的A-A向旋转剖面视图；

图21是本发明刃部带有双前角结构的圆角铣刀的圆周刃、圆角刃和端齿直刃剖面位置的示意简图；

图22是图21的D-D向旋转剖面视图；

图23是图21的C-C向旋转剖面视图；

图24是图21的E-E向旋转剖面视图；

图25是本发明刃部带有双前角结构的球头铣刀的圆周刃和球头刃剖面位置的示意简图；

图26是图25的G-G向旋转剖面视图；

图27是图25的F-F向旋转剖面视图；

表1是对本发明双前角结构的铣刀刀齿数量的简单说明。

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实例1

如图1-10所示，是本发明的部分铣刀结构示意简图，其中的：图1是本发明的直柄立铣刀结构示意简图；图2是本发明的锥柄立铣刀结构示意简图；图3是本发明的面铣刀局剖结构示意简图；图4是图3的侧视图；图5是本发明的三面刃铣刀结构示意简图；图6是图5的侧视图；图7是本发明的角度铣刀剖视结构示意简图；图8是图7的侧视图；图9是本发明的套装式铣刀半剖结构示意简图；图10是图9的侧视图。

如图11所示本发明刃部的双前角结构，均包含在上述图1-图10的铣刀结构之中，因此，仅以图11进行说明。该图11结构为铣刀刀体前端的刃部结构，在刃部的切削前刀面上设置有双前角结构，该双前角结构为第一前刀面2和第二前刀面3，图中的1为测量前刀面的基准线，而4为后刀面；加工铣刀时，先后加工每一个刀齿的切削前刀面上的角度不同的两个前角，即可使铣刀成为双前角结构形式的铣刀。

实例2

如图12所示，该双前角结构还包括的一种结构是第一前刀面5为直线形前角、第二前刀面6为弧线形前角的双前角结构，该结构是根据铣刀的用途而设计的。

实例3

如图13所示，该双前角结构还包括的第二种结构是第一前刀面7和第二前刀面8均为直线形前角的双前角结构。

实例4

如图14所示，该双前角结构还包括的第三种结构是第一前刀面9和第二前刀面10均为弧线形前角的双前角结构。

实例5

如图15所示，是本发明刃部的第一前角为正前角状态的双前角结构示意简图，其中：11为第一前刀面，而第二前刀面为弧线形前角。

实例6

如图16所示，是本发明刃部第一前角为0°前角状态的双前角结构示意简图，其中：12为第一前刀面，而第二前刀面为弧线形前角。

实例7

如图17所示，是本发明刃部第一前角为负前角状态的双前角结构示意简图，其中：13为第一前刀面，而第二前刀面为弧线形前角。

实例8

如图18所示，分别在尖角铣刀的圆周切削刃和端齿直刃部位加工出如图11所示的双前角结构形式的刃部形式，即可使尖角铣刀成为双前角结构形式的铣刀。图20为图18中A-A剖切位置的旋转视图。图19为图18中B-B剖切位置的旋转视图。

实例9

如图21所示，分别在圆角铣刀的圆周切削刃、圆角切削刃和端齿直刃部位加工出如图11所示的双前角结构形式的刃部形式，即可使圆角铣刀成为双前角结构形式的铣刀。图22是图21的D-D向旋转剖面视图。图23是图21的C-C向旋转剖面视图。图24是图21的E-E向旋转剖面视图

实例10

如图25所示，分别在球头铣刀的圆周切削刃和球头切削刃部位加工出如图11所示的双前角结构形式的刃部形式，即可使球头铣刀成为双前角结构形式的铣刀。图26是图25的G-G向旋转剖面视图。图27是图25的F-F向旋转剖面视图。

其它各式铣刀，只要在刀齿的切削刃部位加工出如图11所示的双前角结构形式的刃部形式，即可使铣刀成为双前角结构形式的铣刀。故省略之。

Claims (8)

1、一种双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，它包括铣刀体、刃部，其特征是：在刃部的切削前刀面上设置有双前角结构。

2、根据权利要求1所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：双前角结构中第一前角或/和第二前角为直线形前角或弧线形前角结构。

3、根据权利要求1或2所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：双前角结构在于以中心线为基准线所产生的正前角的双前角结构，零度前角的双前角结构或负前角的双前角结构。

4、根据权利要求3所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：尖角铣刀的圆周刃或/和端齿直刃为双前角结构。

5、根据权利要求3所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：圆角铣刀的圆周刃、圆角刃或/和端齿直刃为双前角结构。

6、根据权利要求3所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：球头铣刀的圆周刃或/和球刃为双前角结构。

7、根据权利要求3所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：带有双前角结构的铣刀还包括有：T型铣刀、T型槽铣刀、燕尾槽铣刀、锯片铣刀、盘铣刀具、双角铣刀、半圆铣刀、二面刃铣刀、三面刃铣刀或锥度立铣刀的铣削刀具。

8、根据权利要求3所述的双前角结构的直槽、螺旋槽铣刀，其特征是：刃部的齿数为二齿，三齿，四齿，五齿，六齿，八齿，十齿或多齿。

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