CN101282807A - 铣刀刀头和具有用于接纳阳型元件的中空空间的铣刀工具 - Google Patents

Abstract

在第一方面，本发明涉及一种铣刀刀头，该铣刀刀头一方面具有相对于中心轴线(C)旋转对称的外侧包络表面(10)，该外侧包络表面包括多个周向间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀头另一方面具有轴向间隔开的两个端部(8，9)，其内开有中空空间(20)，所述中空空间由内部形成有通孔(17)的分隔壁(25)间隔开，该通孔在所述中空空间(20)的底面(21)内开口。根据本发明，各个所述中空空间(20)的在垂直于所述中心轴线(C)的平面内的横截面面积为所述铣刀刀头的诸如由所述外侧包络表面(10)的最大直径(D1)所限定的整个横截面面积的至少25％。

Description

铣刀刀头和具有用于接纳阳型元件的中空空间的铣刀工具

技术领域

在一个方面中，本发明涉及一种呈主体形式的可更换铣刀刀头，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面，该外侧包络表面具有相对于中心轴线旋转对称的基本形状并且包括多个在周向上间隔开的切削刃和容屑槽，并且另一方面具有两个轴向上间隔开的前端和后端，这些端部内开有中空空间，这些中空空间布置成接收被包括在基体内的阳型元件，且这些中空空间被内部形成有通孔的分隔壁间隔开，该通孔在所述中空空间内的底面中开口。

在另一方面，本发明还涉及一种具有这样的铣刀刀头的铣刀工具。

背景技术

包括集成切削刃且可卸下地与工具主体相连接的这类可更换铣刀刀头通常构造有在铣刀刀头的前端和后端之间的整个道路(或该道路的主要部分)上延伸的切削刃。然而，甚至沿着切削刃长度的主要部分，也极少使用到较长的切削刃。相反的是，在小切削深度的情况下(而且通常会出现这种情况)，仅仅会利用到切削刃的有限部分，即，将切入工件和并将切屑与工件分开的前刃部分。这样，在精细的铣削中，例如只有1至10％的整个刀刃长度将被磨损掉，而剩下90至99％没有被利用。因此，需要有两倍使用寿命的可转位铣刀刀头。

在所讨论的技术中，近来已经提出了多种铣刀工具方案，这些方案的铣刀刀头制成为硬质合金制成的单体构件，必备的切削刃形成为适当的硬质合金体(与分开的硬质合金刀片中含有的那些切削刃不同，这些切削刃分别可卸下地与钢质铣刀刀头相连接起来)。尤其是在切削刃被包括在诸如轴端铣刀、仿形铣刀之类的小铣刀内时，具有集成切削刃的这些硬质合金铣刀刀头通常称为可拆卸顶部(loose top)。在以下专利文献WO 03/097281，WO 03/101650，EP 0911101，EP 1237670，EP 1342521，DE 3230688，US 6241433，US 6276879，US 6494648和US 6497540中可找到利用这些可拆卸顶部的铣刀工具的示例。

在这些专利文献中的一个文献中，即US 6497540中，已提出了以这样的方式制造仿形铣刀中的铣刀刀头或可拆卸顶部，即，为了加倍使用寿命，而使铣刀刀头可转位。因此，在所述文献的图9中，显示了近似球状的铣刀刀头，它具有两个在直径方向上相对的端部，在这些端部中开有中空空间，这些中空空间由内部形成有用于固定螺钉的通孔的中央分隔壁间隔开。由于存在这样的两个中空空间，故而不管两个端部中的哪一个端部连接到工具的可旋转基体上，固定螺钉的头部都可被容纳在所述铣刀刀头的内部。然而，这些极少的教导仅具有理论上的特征，因而该文献缺乏对如何在实际中以稳定而可靠的方式将铣刀头可卸下地连接到基体的任何说明。此外，在这种结构中还缺乏将力矩从基体传递到铣刀头的装置。尽管US 6497540理论上可认为是现有技术，诸如在所附独立权利要求的前序部分中所限定的那样，然而本领域内技术人员不能利用其教导来构建具有可转位铣刀刀头的在实际中有用的铣刀工具。

发明内容

本发明旨在避免由US 6497540已知的铣刀工具中的上述缺点，并且本发明提供一种具有可转位铣刀刀头的改进的实践中有用的铣刀工具。因此，本发明的主要目的在第一方面是提供一种铣刀刀头，该铣刀刀头一方面可以以稳定而精确的方式固定在工具的基体上，而且另一方面具有作用在基体上的交界面，通过该交界面可将相当大的力矩从基体传递到铣刀刀头，而铣刀刀头不会侧滑或脱离其理想位置。另一目的是提供一种这样的铣刀刀头，即，其具有的几何形状使得可形成大量的彼此靠近定位的切削刃和附属容屑槽。本发明的另一目的是提供一种特别适于切削深度较小的精细铣削的铣刀刀头。本发明的目的还在于提供一种硬质合金铣刀刀头，可通过例如压缩模制和烧结的公知制造方法来简单而廉价地制造该铣刀刀头。就此而言，还可以通过简单的方式来对所述铣刀刀头进行精整。

根据本发明，通过权利要求1的特征部分所限定的特征而至少实现主要目标。在从属权利要求2至10中进一步限定了根据本发明的铣刀刀头的优选实施例。

在第二方面，本发明涉及一种铣刀工具，该铣刀工具在组装状态下具有铣刀刀头以及可旋转的基体。第二方面的主要目的在于提供一种铣刀工具，在所述基体和所述铣刀刀头之间的交界面形成为使得所述铣刀刀头在理想位置的固定变得可重复地可靠、稳定和精确。目的还在于提供一种铣刀工具，其铣刀刀头不会因为失效的保持功能而具有从基体松开的风险。

根据本发明，通过根据独立权利要求11中限定的特征构造的铣刀工具而实现所述目的。在从属权利要求12至14中进一步限定了根据本发明的铣刀工具的优选实施例。

附图说明

附图中：

图1为根据本发明的由基体和铣刀刀头构成的铣刀工具的局部透视图，

图2为示出了彼此间隔开且与呈螺钉形式的紧固装置间隔开的基体和铣刀刀头的分解透视图，

图3为从铣刀刀头的任一端部看到的放大平面图，

图4为图3中的截面A-A，

图5为铣刀刀头的侧视图，

图6为局部剖视地示出了基体的分解图，其中铣刀刀头和紧固螺钉彼此间隔开，和

图7为示出了根据本发明刀头的可选实施例的透视图。

具体实施方式

在图1和图2中，示出了根据本发明制成的铣刀工具，该铣刀工具由可旋转的基体1和可更换的铣刀刀头2构成。为了将铣刀刀头固定在基体上，使用了紧固装置3，该紧固装置3在所示的实施例中从成正面安装的螺钉的形式。在本示例中，不仅仅是铣刀刀头2，而且还有基体1都具有由工具能够绕着旋转的中心轴线C限定的旋转对称基本形状。有利的但并非必需的是，基体1具有细长的形状，而且在本示例中，这个形状由柱形包络表面4沿着基体长度的主要部分限定。在基体的前部自由端部处，基体转变为较薄的、阳型元件或构件5，该元件或构件由旋转对称的包络表面6和平面端面7限定。最合适的是，包络表面6为柱形。

铣刀刀头2具有相对的前端8和后端9，大致旋转对称的包络表面10在所述前端和后端之间延伸。在所述包络表面内，形成有多个周向间隔开的切削刃11，在这些切削刃之间存在容屑槽12。因此，尽管包络表面不平滑，但是其在几何上具有旋转对称的基本形状，该基本形状可以全部或部分是柱形、锥形或弓形。在所示出的示例中，铣刀刀头形成有轴向间隔开的两组或两圈切削刃，这些切削刃由呈光滑、周向表面形式的腰部13间隔开。最合适的是，切削刃沿着铣刀刀头的周边等距间隔开。

紧固螺钉3包括头部14，以及具有阳型螺纹16的杆部15。在铣刀刀头2中形成有中央通孔17，杆部15可穿过该通孔，从而被紧固到中央孔19中的阴型螺纹18内，该中央孔在基体的前端内开口。

实际上，铣刀刀头可以由这样的主体构成，这种主体被做成由诸如硬质合金、陶瓷、金属陶瓷之类的硬质、耐磨损材料制成的单体构件。为此，可以称铣刀刀头由硬质、耐磨损的可拆卸顶部构成，其可安装在更柔软或更有弹性的材料、诸如钢制成的基体上。

为了满足有关使用寿命较长的期望，所示的铣刀刀头通过具有两个沿着直径方向相对的相同中空空间20而可转位，所述两个中空空间在端部8、9内开放。

就至此描述的铣刀工具而言，其基本与之前由US 6497540中公知的相同。然而，与公知工具不同的是，如从以下描述中可看到的那样，根据本发明的工具制成为适合于实际使用。

各个中空空间20由底部表面21和环形周向限定表面22限定。在中空空间周围延伸有环状端面23，该环状端面23与环状表面22和包络表面10一起限定出环状或圈状部分24。在优选的实施例中，表面22是旋转对称的，合适的是柱形的，而底表面21是平面的，并垂直于中心轴线C延伸。而且，各个端面23可有利的是平面的和光滑的。

在图4中，D1表示铣刀刀头的最大外径，而L表示其长度，该长度例如是由铣刀刀头的相对端部处的平面端面23之间的轴向距离确定的。为了使得铣刀刀头可转位，所述两个中空空间20至少就其直径D2而言是相同的，而且有利的是，两个中空空间就轴向深度而言也是相同的。所述内径D2基本与阳型元件5的外径(参照图1)一致。然而，在接触表面6、22之间，可存在例如在0.01mm至0.05mm范围内的精细配合。

根据本发明的铣刀刀头的特征在于：各个中空空间20在垂直于中心轴线C的平面内的横截面面积至少达到主体整个横截面面积(即由所述外径D1所决定的面积)的25％。这意味着所述中空空间的内径D2应达到外径D1的50％。另一方面，内径D2不应超过外径D1的85％。在所示的示例中，直径D2达到直径D1的约70％。有利的是，比例D2/D1可在0.6至0.8或者0.65至0.75的范围内。

然而，就此而言应指出的是，中空空间20以及基体的配合阳型元件5并非必须具有旋转对称的形状。因此，阳型元件和各个中空空间还可具有非圆形横截面形状，例如为多边形或呈以另外方式的不规则形状，只要所述形状至少是部分互补的即可。

在图1至图6所示的优选实施例中，铣刀刀头具有平坦的、滑轮状形状，从而端面23之间的轴向距离L至多是外径D1的一半。在该示例中，长度L达到1/3(33％)。然而，比例L/D1可在低于0.5的范围内最大程度变化。然而，这个比例不应低于0.15。实际中，在0.2至0.4的范围内、合适的是在0.3至0.35的范围内的比例L/D1是最优的。

在这个示例中，环绕每个中空空间20的环状部分24沿着其整个周边是等厚度的，更加确切而言，这是因为内侧柱形表面22与包络表面10是同心的。在所述两个底面21之间限定有由25表示的一个材料部分，该材料部分形成了中空空间20之间的中央框架或分隔壁。所述分隔壁的厚度(参见图4)由T1表示，而中空空间20的轴向深度分别由T2和T3表示。如图4中可清楚看到的那样，分隔壁25的厚度T1大于各个中空空间20的深度T2、T3。有利的但非必需的是，所述两个中空空间20的深度T2、T3一样大。

现在再次参照图2，图2示出了在阳型元件5的平面端面7上形成有驱动件26。所述驱动件具有在实际中可以以多种不同方式实现的非圆形横截面。然而，在本示例中，选择了大致三角形的形状，其具有三个等距(120°)间隔开的尖端或角部。更确切而言，驱动件26由平面端面27、位于角部处的三个凸状弓形或圆形表面28以及在所述角部之间的三个凹状弓形侧表面29限定。在驱动件主体和阳型元件5的端面7之间形成有变窄的腰部30(还参见图6)，其将角部的内侧边缘和驱动件的侧表面28、29与端面7分离开。

在所示的优选实施例中，利用穿过分隔壁25的通孔17作为阴型支座，用于接收驱动件26。为此，在本示例中，使得孔17具有与驱动件26的三角形状一致的大致三角形状。从而，限定出孔17的环形孔边缘表面包括三个位于角部处的凹状弓形表面31，以及在所述凹状弓形表面之间延伸且具有凸状弓形形状的三个侧表面32。一方面表面28、29和另一方面表面31、32之间的配合应该是精细的，例如在0.01mm至0.05mm的范围内。为了完整起见，应指出的是，从几何上生成所述表面的假想母线平行于中心轴线C。

所描述的铣刀刀头的重要特征是驱动件26和相配合的支座(即孔17)具有相当大的径向延展部。在图3中，R表示支座17的最大径向延展部，其是由中心轴线C和孔边缘表面的凹状弓形角部表面31之间的距离确定的。在所示的示例中，半径R达到外侧包络表面10的半径(D1/2)的约60％。由于中空空间20具有均匀更大的半径而形成的这种相对较大的径向措施确保了用于将力矩从基体1传递到铣刀刀头2的力臂有利地变大。

在进一步描述本发明之前，应指出的是，可以以不同于基体中的非圆形驱动件和铣刀刀头内的非圆形支座的方式制成用于将力矩传递到铣刀刀头的装置，而且不必需利用孔17作为支座。相反地是，孔17的基本目的是使得在夹紧铣刀刀头的过程中，用作紧固装置的螺钉3的杆部15可以穿过铣刀刀头并被引入到基体1中。有鉴于此，可使孔17具有传统的柱形，同时以另外的方式提供力矩的传递。例如，可将一个或多个从中心轴线径向回缩的突起(未示出)插入到在底面21内开放的相同数量的支座内。相反地，可在基体内形成配合支座的同时，在铣刀刀头上形成这些突起。

重要的是，为了铣刀刀头2在基体1上具有稳定性，阳型元件5突入铣刀刀头2内的所提到的中空空间20一定的距离，其中阳型元件的包络表面6应具有与中空空间的内侧限定表面22的精细配合(0.01mm至0.05mm)。这意味着如果以其他的方式提供力矩的传递，则可省掉所示的驱动件26。就此而言，应指出的是，在工具的组成状态下彼此接触的表面，即，表面对7、21以及6，22都具有相对于铣刀刀头的外径而言相当大的径向延展部或延伸范围。这确保了铣刀刀头在基体上的固定变得稳定且可靠，而且在工具受到轴向和径向切削力的绝大多数各种组合的情况下也能是这样。

还有两个因素极大地有助于铣刀刀头的稳定固定，这两个因素都与紧固螺钉3有关。在图2所示的实施例中，铣刀刀头是右旋切削的。同时，螺钉3有着右旋螺纹。这意味着螺钉在旋紧之后将使铣刀刀头在角度上移位(百分之几毫米)，这样使得孔边缘表面的一些部分(力矩正是从驱动件26的对应部分表面被传递到这些部分)与驱动件26的对应部分的表面紧密接触。因此，在铣刀刀头进入工件时，会实现这一点，而不会有相同的振动或相对基体的运动。如果铣刀刀头是左旋切削的，则通过采用具有左旋螺纹的螺钉，也会获得相同的效果。

图6示出了的第二因素，从图中可看到，螺钉的头部14呈弹性边缘的形式，该边缘的直径远大于边缘的厚度。而且，在边缘底侧上，该边缘在周边的周向表面或接触线34内侧形成有凹状弓形表面33。在将螺钉紧固到基体1的阴型螺纹18中时，在接触表面34抵靠中空空间20的平面底面21的情况下，仅仅头部或边缘14将受到挤压，同时边缘展现弹性，从而持续向铣刀刀头施加弹簧偏压力。通过边缘的弹性或柔性，确保了即使在工具受到旨在旋松螺钉的振动或其他外应力时也能够将铣刀刀头保持在位。

现在参照图7，图7示出了根据本发明的铣刀刀头的可选实施例。该实施例与前一实施例的不同之处仅在于，该铣刀刀头具有较大的轴向延展部。因此，在本示例中，比值L/D1约为0.7。而且，在本示例中，铣刀刀头2包括具有相同一个直径或横截面面积的相对中空空间，从而使得所述铣刀刀头可以以上述方式转位。

本发明的优点

与先前公知的铣刀刀头相比，根据本发明的铣刀刀头通过形成有用于接纳基体的厚而坚固的阳型元件的径向宽大的、中空空间，而提供了多个优点。因此，确保了非常稳定和精确地将刀头固定到可旋转的基体上，这是因为，一方面，平面的接触表面具有较大的径向延展部，而另一方面，旋转对称或环形接触表面定位在距离中心轴线较大的径向距离处。而且，由于中空空间具有较大的径向延展部，故而提供了构建出具有驱动件构件的工具的可能性，这些驱动件构件在径向上远远地从所述中心轴线回缩；这样又确保了可通过接触表面之间的交界面内的适当大小的力将力矩从基体传递到铣刀刀头。而且，上述刀头的平坦、滑轮状基本形状使得可形成彼此靠近定位的大量切削刃，这些切削刃不一定必需较长，从而不一定必需昂贵。这在诸如精细铣削之类的小切削深度或中等切削深度的情况下特别具有吸引力。

本发明的可行改型

本发明不局限于上述实施例和在附图中示出了的实施例。因此，如上所述，可在底表面上，在铣刀刀头的中空空间内形成一个或多个突起，并使得所述突起与基体的平面端面内的孔或支座配合。对铣刀刀头的稳定性而言重要的是，基体前部向铣刀刀头的径向宽大的中空空间突入一定距离，而不是用于传递力矩的装置是否为放置在基体上且与铣刀刀头内的支座相配合的一个或多个阳型构件。而且，就此而言，应指出的是，还可由以下的事实来提供力矩的传递，即，将基体的阳型元件上的与内环形接触表面22相配合的周向接触表面6制成为具有非圆形形状，例如多边形形状，同时使得表面22具有互补的形状。而且，为了将铣刀刀头固定到基体上，除了具有阳型螺纹的螺钉之外，可使用其他紧固装置。因此，可使用没有螺纹的牵引杆，该牵引杆通过例如偏心机构之类的其他合适装置而被引入到基体内。而且，这样的牵引杆也可有利地构造成具有被包括在所示的紧固螺钉中的那类的弹性头部。总而言之，应指出的是，铣刀刀头的切削刃和容屑槽各自都不一定必需如附图所示例的那样形成为两个轴向间隔开、环形组。因此，切削刃和容屑槽可在铣刀刀头的相对端部之间一直连续延伸。

Claims (14)

1.一种呈主体形式的铣刀刀头(2)，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面(10)，该外侧包络表面具有相对于中心轴线(C)旋转对称的基本形状并包括多个周向间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀刀头另一方面具有两个轴向间隔开的前端(8)和后端(9)，其内开有中空空间(20)，所述中空空间布置成容纳被包括在基体内的阳型元件(5)并由内部形成有通孔(17)的分隔壁(25)间隔开，该通孔在所述中空空间(20)的底表面(21)内开口，所述铣刀刀头的特征在于，各个中空空间(20)在垂直于所述中心轴线(C)的平面内的横截面面积至少为所述主体的诸如由所述外侧包络表面(10)的最大外径(D1)所限定的整个横截面面积的25％。

2.根据权利要求1所述的铣刀刀头，其特征在于，除了所述底面(21)之外，各个中空空间(20)还由所述主体的环状部分(24)内部的环形限制表面(22)限定，至少一个阴型支座(17)所述底面内开口。

3.根据权利要求2所述的铣刀刀头，其特征在于，在所述底面中形成有截面形状为非圆形的单个支座(17)。

4.根据权利要求3所述的铣刀刀头，其特征在于，穿过所述分隔壁的所述通孔具有非圆形截面形状，从而形成所述支座(17)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，由于所述内侧环形限制表面(22)是旋转对称的且与所述包络表面(10)同心，故而所述环状部分(24)沿着其整个周围是等厚的。

6.根据权利要求5所述的铣刀刀头，其特征在于，所述环形限制表面(22)是柱形的。

7.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，所述主体的环绕每个中空空间(20)的端面(23)呈在垂直于所述中心轴线(C)的平面内延伸的平面环状表面的形式。

8.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，所述分隔壁(25)在垂直于所述中心轴线(C)的横截平面内延伸，该横截平面位于所述主体的所述两个端部(8，9)的中间。

9.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，所述分隔壁(25)的厚度(T1)大于各个中空空间(20)的轴向深度(T2，T3)。

10.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，该铣刀刀头具有平坦的、滑轮状基本形状，使得所述主体的所述两个端部之间的轴向距离(L)至多是所述主体的最大外径(D1)的一半。

11.一种铣刀工具，其包括可旋转的基体(1)和可更换的铣刀刀头(2)，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面(10)，该外侧包络表面具有相对于所述主体能够绕着旋转的中心轴线(C)旋转对称的基本形状并包括多个周向间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀刀头另一方面具有两个轴向间隔开的前端(8)和后端(9)，其内开有中空空间(20)，所述端部中的一个端部接合被包括在所述基体(1)内的阳型元件(5)，该阳型元件具有与所述中空空间的截面形状相互补的截面形状，所述中空空间由内部形成有通孔(17)的分隔壁(25)间隔开，该通孔在所述中空空间(20)的底面(21)内开口，所述铣刀刀头通过紧固装置(3)而能够固定到所述基体上，所述铣刀工具的特征在于，各个中空空间(20)的横截面面积为所述主体的由所述主体的所述最大外径(D1)所决定的整个横截面面积的至少25％。

12.根据权利要求11所述的铣刀工具，其特征在于，所述阳型元件(5)是旋转对称的，且具有内部开有孔(19)的端面(7)，该孔(19)具有用于与作为紧固装置的螺钉(3)的阳型螺纹(16)相配合的阴型螺纹(18)。

13.根据权利要求12所述的铣刀工具，其特征在于，在所述阳型元件的所述端面(7)上形成有至少一个驱动件(26)，该驱动件结合所述铣刀刀头内的分隔壁(25)中的支座(17)。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的铣刀工具，其特征在于，所述铣刀刀头(2)的所述切削刃为右旋切削的(或者，替代性地是左旋切削的)，且同时所述螺钉(3)是右螺旋的(或者，替代性地是左螺旋的)，从而所述螺钉在紧固之后将把所述支座(17)内的足够的接触表面(31，31)压靠在所述驱动件(26)的力矩传递接触表面(28，29)上。

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