CN101491847B - 用于高速进给端面铣削的切削刀片和铣削切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速进给端面铣削的切削刀片和铣削切削刀。切削刀片(10)包括：顶面，包括四个相同的凸形切削刃和连接凸形切削刃的四个相同的端角，每个凸形切削刃包括曲线切削刃区域和第一大致为直线的切削刃区域，每个曲线切削刃区域的半径大于或等于顶面上最大内接圆半径的两倍；包括底缘的底面；四个相同的侧面，每个侧面在凸形切削刃与底缘之间延伸，并包括从曲线切削刃区域向底缘延伸的第一圆锥形的间隙表面和从第一大致为直线的切削刃区域向底缘延伸的第一平斜面；从每个端角向底缘延伸的第二圆锥形的间隙表面；当切削刀片安装在铣刀的刀片槽中时，第一大致为直线的切削刃区域在基本垂直于铣刀的切削轴线的方向上延伸。

Description

用于高速进给端面铣削的切削刀片和铣削切削刀具

本申请是发明名称为“用于高速进给端面铣削的切削刀片”、申请日为2004年10月5日、申请号为200480035676.9、申请人为TDY工业公司的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种切削刀片(cutting insert)。该切削刀片表现出良好的切削刃强度与独特的切削刃几何结构相结合的特点，因而能够使铣削作业以相对高的进给速度进行，并且该切削刀片可适应于端面铣削，槽铣，插铣和斜面铣削。

背景技术

传统的机加工方法是从工件上去除金属材料的主要措施，它们包括切屑切削方法(例如铣削，钻削，车削，拉削，铰孔和攻丝)，以及包括研磨机加工方法(例如砂磨，磨削和抛光)。作为这些切屑切削加工方法其中之一的端面铣削，可用于在工件上生产出大致为平面的表面。端面铣削刀具或称“端铣刀”之所以如此称呼是因为平的工件表面是通过工具端面的切削作用而产生的，虽然刀具的外径或锥形切削刃去除了大部分的坯料。在一种典型的应用中，带有多个切削刀片的铣削刀具可由一个主轴来驱动，该主轴的轴线设置成垂直于被铣削的表面，参见ASM手册，第16卷“机加工”(ASM内部资料1989)，第311页。

铣削切削刀具产生出厚度变化的切屑。切屑厚度可被用来计算出施加在铣削切削刀具的切削刃上的每单位长度的最大载荷。在这种计算中通常使用平均切屑厚度。对于同样的材料进给速度，可计算出平均切屑厚度，并且它随着切削刀片导前角的不同而变化。例如，对于一种具有四个相同切削刃的基本为正方形的刀片，较大的导前角在加工过程中产生出较大的平均切屑厚度，而较小的导前角产生出较小平均厚度的切屑。平均切屑厚度随着刀片导前角变化的一个实施例表示在图1中。图1中表示了同一个正方形刀片以 90°，75°和45°的导前角进行加工时的情况对比。如图1所示，随着导前角从图1A中的45°增加到图1B中的75°，再到图1C中的90°，平均切屑厚度(h_m)从等于刀架的每齿进给量(fz)的0.71倍增加到0.97×(fz)，再增加到等于fz。更一般地，对于正方形切削刀片，或者对于铣削切削刀具中使用的具有直线切削刃的任何其它的刀片，可以使用公式h_m＝fz×sin(K)来计算切屑厚度，其中h_m是平均切屑厚度，K是以图1所示方式测定的导前角。

图1还表示了当使用90°的导前角时，其切削刃的啮合长度是图1所示这些情况中最短的，而当使用45°的导前角时，其切削刃的啮合长度是最长的。这意味着，对于同样的切削深度，与使用45°导前角的端面铣削相比，使用90°导前角的端面铣削在每单位长度的切削刃上将产生更大的载荷，也就是产生更高的应力。降低每单位长度的切削刃上的载荷的优点在于，载荷的降低就允许在铣削作业中使用较高的每齿进给速度，并且延长刀具的使用寿命。因此，为了降低在啮合切削刃上的平均载荷应力，显然使用较小的导前角是有利的。

正方形切削刀片由于其坚固、可换位(indexable)以及具有多个切削刃，因而被广泛地用于端面铣削和插铣。例如在美国专利号US 5,951,212；US5,454,670；美国专利申请号US2002/0098049；日本专利公开号08174327；以及国际专利公开号WO96/35538中都披露了这种基本为正方形的、或具有四个切削刃的其它形状的刀片。这些文献中所公开的刀片的一个共同特征是四个直线切削刃和在每个切削刃的下方的平面或锥形平面间隙表面(或称后角)的组合。

然而，众所周知的是圆形刀片具有最强的切削刃。此外，圆形刀片提供了最大的端角强度、良好的材料去除能力、机械冲击阻力、热分布等诸方面的良好的综合性能。因此，圆形的端面铣削刀片常用于具有更高要求的机加工场合，例如包括难切削材料、硬材料、耐热材料、钛金属材料等。在使用圆形切削刀片的端面铣削中，如图2所示，导前角和切削刃的啮合程度将随着切削深度而变化。由圆形切削刀片所产生的平均切屑厚度可通过下述公式(I)近似地进行计算：

$h_m=\mathrm{fz}/R\×\sqrt{R^2-{(R-\mathrm{doc})}^2}---\left(I\right)$

其中h_m是平均切屑厚度，fz是铣削刀具每齿的进给量，R是圆形切削刀片的半径，以及doc是切削深度。上述公式表明，当使用圆形刀片进行切削时， 切屑厚度随着切削深度而改变。相反，当使用正方形刀片或其它具有直线切削刃的刀片时，如果导前角保持不变，则切屑厚度不随切削深度的改变而改变(见图1)。

更进一步，如图3所示，对于同样的切削深度，较大半径的圆形刀片总是对应着与工件相啮合的切削刃的大部分，因而降低了切削刃上每单位长度的平均应力载荷。于是这就允许在端面铣削作业中使用较高的进给速度而不损失质量。然而，圆形切削刀片的局限性在于其半径越大，则刀片的尺寸也越大。由于尺寸原因，在传统的机加工应用中难以充分地利用由增大了半径的圆形刀片所提供的各项优点。

因此，为了克服在带有大导前角的端面铣削中所遇到的切削刃载荷问题，就需要改进切削刀片的设计，使得在端面铣削作业中能够显著地提高进给速度，同时保持相同的或更长的切削刀片使用寿命。而且，需要一种新型的切削刀片，其类似于圆形刀片的特点在于它表现出良好的切削刃强度；并且还类似于正方形刀片的特点在于它包含了多个切削刃，因而是可换位的，还能够用于高速进给和具有良好的耐磨特性。

发明内容

针对上述要求，本发明公开提供了一种用于铣削作业的切削刀片，例如用于端面铣削，槽铣，插铣和斜面铣削作业。该切削刀片表现出良好的切削刃强度与独特的切削刃几何结构相结合的特点，因而能够使铣削作业以相对高的进给速度进行。该切削刀片包括至少四个凸形切削刃。正方形切削刀片的某些实施例可具有通过端角而连接的四个凸形切削刃。凸形切削刃可以包括以下所述的至少其中之一：一圆弧，一椭圆的一部分，一抛物线的一部分，多段键槽曲线，一直线，或者上述的组合。凸形切削刃包括圆弧形状的情形中，该圆弧的半径可以是大于或等于顶面上最大内接圆的半径的两倍。

本发明公开的切削刀片的实施例例如可以制造成端面铣削刀片的形式。与具有直线切削刃的传统的切削刀片相比，本发明切削刀片的实施例能够显著地增加进给速度，降低径向的切向力，提高材料的去除速度，以及延长切削刀片的使用寿命。切削刀片的实施例可进行强化设计，以用于其它的铣削作业，例如斜面铣削，插铣和槽铣。另外，这里所公开的刀体的某些实施例被设计成包括刀片凹槽，它们能够接纳各种具有凸形切削刃的切削刀片。

在研究了下面描述的一些实施例的说明之后，上述的这些以及其它的一些优点将变得更加清楚。

附图说明

通过参考下面的附图，将能够理解本发明的实施例，其中：

图1A，1B和1C表示了对于导前角分别为45°，75°和90°的具有直线切削刃的基本为正方形的切削刀片，在典型的铣削作业中平均切屑厚度的变化情况，其中导前角是从刀片的行进方向到刀片的切削刃来测定的；

图2表示了在使用基本为圆形的切削刀片的典型的铣削作业中，对于不同切削深度时的平均导前角的变化情况；

图3表示了在5mm切削深度的铣削作业中，在基本为圆形的80mm直径的切削刀片和基本为圆形的20mm直径的切削刀片之间的切削刃啮合长度的不同情况；

图4A-4C表示了按照本发明的一个具有凸形切削刃的切削刀片实施例的不同方向的视图；

图5A-5D表示了本发明切削刀片的几种可能的凸形切削刃的设计方案；

图6A-6D表示了本发明方法的各个步骤，该方法用于预制本发明的一个包括至少四个凸形切削刃的切削刀片实施例；

图7是铣削刀具的立体图，刀具包括固定着多个切削刀片的刀体；

图8是包括装有切削刀片的刀体一个凹槽的放大图，并且表示了本发明切削刀片实施例中的切削刃与刀体轴线之间的关系；还表示了用于端面铣削、插铣、槽铣、或斜面铣削时，切削刀片相对于工件的直线运动；

图9A是本发明切削刀片实施例的顶平面视图和侧视图，该刀片包括以22.5mm半径的由圆弧所局部确定的凸形切削刃；以及图9B是本发明切削刀片实施例的顶平面视图和侧视图，该刀片包括以55mm半径的由圆弧所局部确定的凸形切削刃；以及

图10是本发明切削刀片的另一个实施例的顶视图和侧视图，该切削刀片具有位于顶面上的断屑几何结构。

具体实施方式

应当理解，这里对本发明的某些说明是简化了的，只描述了对于清楚地理解本发明有关的那些元件和界定，而为了清楚起见省略了其它的一些元件。本领域的技术人员在研究本发明的说明书时，将能够认识到为了实现本发明而所需的其它的元件和/或界定。然而，由于本领域的技术人员在研究本发明的说明书时，将很容易认识到这些其它的元件和/或界定，这些其它的元件和/或界定对于完整地理解本发明并非是必要的，因而这里省略了对于这些元件和界定的论述。例如，如本说明书所述，本发明公开的切削刀片的实施例可以被制造成端面铣削刀片的形式和用于材料切削的其它刀片形式。切削刀片的这些制造方式是本领域的普通技术人员能够想到的，因而这里不作详细描述。此外，应当认为这里所有的几何形状都由术语“大致上”予以改变，而术语“大致上”意味着这些切割刀片是在典型的设计和制造公差内成形的。

另外，根据本说明书，本发明的某些实施例被披露为端面铣削刀片的形式。然而应当理解，本发明还能够以不同于这里所述特定形式的其它形式实施并以此提供给用户。例如，本领域的技术人员能够理解，本发明的实施例可以制造成以其它方法从工件上去除金属材料的切削刀片。

本发明的某些实施例是针对这样的切削刀片，它们呈现具有很大半径的圆形刀片和适合用于各种机加工场合的通常尺寸的正方形刀片的优点的组合。本发明的某些其它实施例是针对包括本发明特定切削刀片的实施例的铣削刀具。

这些特征由本发明一实施例的一种切削刀片所提供，它具有由曲率半径的弧线所确定的很大的切削刃。该切削刀片所具有的总体尺寸以其内接圆的直径来测量。此外，本发明的实施例可以包括切削刀片，它们具有任何的带有四个或更多侧面的标准切削刀片的通常形状，例如方形、菱形，或其它的切削刀片形状。凸形切削刃的最简单的形式是圆弧形式，它具有与刀片顶面中的内接圆半径相比较而具有更大的半径。如果该圆弧的半径大于或等于切削刀片顶面中最大内接圆的半径的两倍，该圆弧就被认为是相当大的。在某些实施例中，该圆弧半径可以大于或等于切削刀片顶面中最大内接圆的半径的五倍；对于另一些应用，如果该圆弧半径大于或等于切削刀片顶面中最大内接圆的半径的十倍，其结果将得到改善。凸形切削刃最初的描述为包括一圆弧，然而，凸形切削刃也可以包括：一椭圆的一部分、一抛物线的一部分、多段曲线、直线，以及它们的组合。

结果，本发明切削刀片的实施例可以具有凸形切削刃，例如相对大曲率半径的凸形切削刃，并且能够进行很平稳的切削和产生很薄的切屑。在相同切削深度的情况下，与具有直线切削刃的类似的传统切削刀片相比，具有凸形切削刃的切削刀片能够具有更长的切削刃啮合长度。这就降低了切削刃上的单位长度的应力，因而与端面铣削作业中所使用的传统切削刀片相比，就可以采用更高的进给速度，或者延长刀片的使用寿命。凸形切削刃可以形成在切削刀片的一个或多个切削刃上。优选是所有的切削表面都具有凸形切削刃，因而该刀具是可以全换位的。

由本发明切削刀片的某些实施例所提供的另一些优点是基于方形刀片的特征上形成，它们通常被强化设计，除高速进给端面铣削外，因而相同切削刀片能够被用于插铣、槽铣、斜面铣削。而且，本发明某些实施例中的刀体被设计成相同刀片凹槽能够接纳具有不同凸形切削刃的切削刀片。因此，本说明中的切削刀片的实施例以类似于具有较大半径的圆形刀片的方式运行，但它们具有更广泛的通用性。

本发明的实施例包括通常为正方形的具有四个凸形切削刃的切削刀片。这四个切削刃可以是相同的，也可以互不相同。此外，每个凸形切削刃都可以包括几段。例如，其第一区城可包括具有相对大曲率半径的曲线切削刃部分。当从切削刀片的顶部观察时，每个凸形切削刃的一个或多个其它区域可以包括基本为直的或直线的切削刃。切削刀片的凸形切削刃部分中的第一区域可在切削刀片的一个侧面上形成通常为圆锥形的间隙表面(或后角)。在结合了相对大半径的圆形刀片和通常尺寸的正方形刀片两者特点的基础上，可以发展出如下所述的一种方法，它可用来引导本发明切削刀片的某些实施例的切削刃的设计。

某些加工应用需要非常强劲的切削作用。因此，切屑的断屑器特性也可以选择性地包括在本发明的切削刀片的实施例中。断屑器典型是结合在铣削刀片顶部上的固有特性。断屑器通常以某些基本参数为特征，例如断屑槽深度、前角、后壁棱面、以及断屑槽宽度等，以便在端面铣削作用中以较小的切削功率提供强劲的切削作用。

在图4中表示了一个标注为10的切削刀片的实施例。该切削刀片10可由任何的适合于切削作业的各种材料制成。这些材料包括耐磨材料，例如钢、金属碳化物、诸如铝氧化物和金属碳化物的复合物、钨碳化物、陶瓷、陶瓷合金、以及现有技术中已知的其它材料。这些材料还可以附有镀层，以改善在某些应用情况下的刀片性能。如图4A所示，切削刀片10的该实施例确定了中心孔13，顶面15，底面17，以及围绕着顶面15的周边所形成的四个相同的切削刃12。图4B是从顶面15向下观察的该切削刀片10的俯视图，图中包括以虚线所示的底缘21和在每个侧面19上形成的几个边缘。图4C是切削刀片10的沿着图4A中箭头A-A方向的侧面正视图。如图4A和图4C中清楚所示，刀片10的每个侧面19包括几个成形在切削刃12和底缘21之间的、并且围绕着底面17周边的间隙表面。在该实施例中，四个凸形切削刃12每个都由几个区域构成，它们包括：切削刃的具有大曲率半径的曲线区域25，两个基本为直线的(即，线性的)直线区域27，29。切削刀片10的四个凸形切削刃12分别由端角部23相互连接。

虽然上述切削刀片10的切削刃12包含几个区域，但本发明的切削刀片的一些替换实施例可以包括四个相同的切削刃，这些切削刃只包含端角半径和具有大曲率半径的曲线切削刃部分，例如只包含切削刀片10的切削刃区域23，25，其中大的曲率半径的弧线部分25从端角23延伸到相邻的另一个端角23。因此，这些实施例不包括如上述切削刀片10中所含的切削刃区域27，29那样的、一个或多个基本为直线的(即线性的)切削刃区域。

再回到图4所示的切削刀片10，刀片10的切削刃12上的每个区域切削刃都在刀片10的侧面19上形成不同的间隙表面。每个这样的间隙表面都从刀片10的切削刃12向底缘21延伸。例如，如图4A和图4C清楚所示，圆锥形的间隙表面26从端角半径23处向下延伸，圆锥形的间隙表面28从曲线切削刃25向下延伸，平面的间隙表面31从直线切削刃27向下延伸，以及平面的间隙表面33从直线切削刃29向下延伸。切削刀片10还包括平面的辅助间隙表面35，其从间隙表面28，31和33延伸至刀片10的底缘21。

根据图4的实施例，一基本上是正方形的切削刀片10包括四个凸形切削刃12，在从刀片10的顶面15观察时，切削刃12的曲线切削刃区域25具有相对大的曲率半径。该大的曲率半径最好显著地大于刀片的内接圆的标定半径。于是曲线切削刃区域25在刀片10的侧面19上形成了圆锥形的间隙表面28。

因此应当理解，本发明的切削刀片的不同的实施例可以包括不同的切削刃区域的各种组合。例如，图5表示了本发明刀片的切削刃的不同设计。图5A描绘了具有四个相同切削刃112的基本为正方形的切削刀片110，该刀片110包括端角半径区域114和凸形的切削刃区域116。刀片110的切削刃112没有直线区域。图5B描绘了具有四个相同凸形切削刃122的基本为正方形的切削刀片120，该刀片120包括端角半径区域124，基本为直线的切削刃区域126，以及具有相对大曲率半径的曲线切削刃区域128。图5C描绘了具有四个相同切削刃132的基本为正方形的切削刀片130，该刀片130包括端角半径区域134，两个相邻的基本为直线的切削刃区域135和136，以及具有相对大曲率半径的曲线切削刃区域138。图5D描绘了具有四个相同切削刃142的基本为正方形的切削刀片140，该刀片140包括端角半径区域143，三个相邻的基本为直线的切削刃区域144，145和146，以及具有相对大曲率半径的曲线切削刃区域148。

本发明的切削刀片的某些实施例可以概括地进行数学描述。例如参见图6，如现有技术中所知，内接圆A(即配合刀片表面周边中的最大半径的圆)的直径通常代表切削刀片的尺寸。参见图6A，假定直角坐标系X-Y的原点(即点(0，0))位于由正方形210所示的切削刀片的内接圆A的中心CP，则内接圆A的方程式可由下式(II)表示：

x²+y²＝R² (II)

其中R是内接圆A的半径。根据本发明的切削刀片的某些实施例，其独特的特征在于，它结合了相对大尺寸的圆形刀片的某些优点和通常尺寸的正方形刀片的某些优点。基本为正方形的刀片的四个切削刃212的每个在它们的四个接触点P1，P2，P3，P4处分别与由上述方程式所确定的内接圆A相切，并且可以将内接圆的一组切线方程式表示如下：

P_ix x+P_iy y＝R² (III)

其中，P_ix和P_iy是切点的X和Y坐标，以及i＝1，...，4。正方形刀片设有导前角α，其与采用圆形刀片时所用的最大切削深度M直接相关。假定图6A中的正方形210的底边与内接圆A在P₁(P_1x，P_1y)点相切。在这种情况下，P_1x＝R×(sinα)，以及P_1y＝-R×(cosα)。通过将点(P_1x，P_1y)代入上述切线方程，我们获得图6中的正方形210底边的下述方程式(IV)：

(sinα)·x-(cosα)·y＝R² (IV)

其中α的是导前角。

确定了图6中的正方形210的其余三条边的方程式可以通过类似的方法 来获得，结果是得到下述的一组方程式(V)-(VIII)，它们各自代表正方形的一个边：

$\left\{\begin{array}{c}\left(\sin \mathrm{\α}\right)\·x-\left(\cos \mathrm{\α}\right)\·y=R^2\\ \left(\cos \mathrm{\α}\right)\·x+\left(\sin \mathrm{\α}\right)\·y=R^2\\ -\left(\sin \mathrm{\α}\right)\·x+\left(\cos \mathrm{\α}\right)\·y=R^2\\ -\left(\cos \mathrm{\α}\right)\·x-\left(\sin \mathrm{\α}\right)\·y=R^2\end{array}\right.$

上述这组方程式是建立在与最大切削深度相应的导前角的基础之上的。刀片的包含了具有相对大曲率半径的曲线切削刃区域的四个切削刃的每个，将被限定在由上述方程式(V)-(VIII)所形成的正方形210的范围内。

一旦产生了上述的方程式(V)-(VIII)，在正方形210的每条边上将提供相同长度的其半径大于内接圆A半径的、并且分别在每个点P₁至P₄与正方形210相切的弧线。这四个相同定位的弧线在图6A中以弧线B₁至B₄表示。在切削刀片的某些实施例中，每个弧线B₁-B₄的与正方形210相邻的边相平行的弦线确定了曲线切削刃区域。因此，参见图6A，弧线B₁具有大于内接圆A半径的曲率半径。虚线Z平行于正方形210的与弧线B₁相切的边，并且与弧线B₁相交于点z′，z″。弧线B₁的弦线C₁中点z′，z″确定了切削刀片的曲线切削刃区域220。曲线切削刃区域220的相对大的曲率半径由虚线段R₁，R₂表示，它们从曲线切削刃区域220朝着弧线B₁的曲率半径的中心点延伸。如果将弧线B₁的曲率半径的长度延伸，线段R₁，R₂将相交于超过内接圆A的中心点CP的一点。

在这个实施例中，由于弧线B₁的弦线C₁平行于正方形210的相邻边，因而所确定的具有大曲率半径的曲线切削刃区域具有与上述那组方程式相同的导前角。当本发明中提供的切削刀片主要用于端面铣削的情况下，弧线B₁的左下端点z′处的切线垂直于刀体的轴线，因而可以保证在与刀体轴线相垂直的已加工表面上的良好的表面光洁度。然后根据图6所示的几何关系，可将弦线C₁的长度表示为最大切削深度和导前角α的函数，如下述方程式(IX)所示：

L_b＝doc_max/sinα (IX)

在这种情况下，曲线切削刃区域的曲率半径R_b由下式确定：

R_b＝L_b/(2·sin(θ/2))＝L_b/2·sinα (X)

其中θ是弧线的中心角。

本发明的切削刀片的某些实施例的设计过程中的第二步骤可以是为切削刃添加第二区域切削刃，例如在本实施例中，一直线的切削刃区域与切削刀片的轴线相垂直，并且与形成切削刀片的曲线切削刃区域的弧线的左下端点相切。该第二步骤由图6B所示，其中相同长度的第一直线切削刃区域214添加在每一曲线切削刃区域220的端部。下一个步骤可以是在每个切削刃上将第二直线切削刃区域添加到第一直线切削刃区域214的端部。第二直线切削刃区域216可以设置成相对于第一直线切削刃区域呈相对小的角度。该步骤如图6C所示，其中第二直线切削刃区域216被添加到每个切削刃上的第一直线切削刃区域214的端部。再一个附加的步骤可以是将端角添加到切削刀片上。在该实施例中，每个端角218都具有相同的半径，每个端角218与同它相连接的第二直线切削刃部分216和曲线切削刃部分220分别相切并且平滑地连接。该步骤表示在图6D中，其中四个相同的端角218完成了切削刀片的完整轮廓220。

一旦图6D中的完整凸形切削刃214，216和220被确定，在切削刀片的侧面上的所有间隙表面(即斜面)也随之形成。在图4所示的实施例中，圆锥形的间隙表面(或称后面)28可以成形在具有相对大曲率半径的曲线切削刃25的下方，然后它与平面的间隙表面35相连接，表面35延伸至切削刀片10的底缘21。上述刀片的每个曲线切削刃部分的大的曲率半径比刀片的每个端角23的半径大许多，例如，相对于刀片端角上的0.8mm的端角半径，凸形切削刃的曲线切削刃部分上的曲率半径为55mm。平斜面33成形在直线切削刃部分29的下方，平斜面31成形在直线切削刃部分27的下方，切削刀片10的四个侧面上都成形有上述这两个平斜面。斜面33作为切削面用以产生与切削轴线相垂直的已加工表面，而斜面31是作为插铣法中沿着切削方向的接近角。最后，圆锥形的间隙表面26成形在端角23的下方。

多个切削刀片，例如像切削刀片10的实施例那样的刀片，可以如图7所示安装到刀体上，并且借助于穿过刀片10的中心孔13的螺钉43而牢固地定位在凹槽42中。刀具还可以包括有助于排出加工过程中所产生的切屑的排屑槽44。

在图8所示的某些端面铣削情形中，直线切削刃29可以垂直于切削轴线46，以保证已加工表面上的良好的表面光洁度。刀体41被设计成相同凹 槽能够接纳尺寸相同但凸形切削刃不同的切削刀片，并且能够保持刀片10的直线切削刃29与刀具轴线46之间的垂直关系。图9的实施例表示了相同尺寸的切削刀片，它们具有12.7mm直径(或6.35mm半径)的内接圆，在凸形切削刃上具有两个不同的大曲率半径，即：切削刀片48的凸形切削刃具有半径为22.5mm的曲线切削刃部分；而切削刀片49的凸形切削刃具有半径为55mm的曲线切削刃部分。

正如图8中已经示出的那样，图8所示的刀具41还可设计成允许使用座落在同一凹槽中的相同的刀片可进行多种的铣削作业(端铣，槽铣，斜面铣和插铣)。这就意味着，如果切削作业的方向是沿着与刀具轴线46相垂直的已加工表面的方向，那么刀片就是在进行端面铣削或者槽铣作业；如果切削作业的方向平行于刀具轴线46，那么刀片就是在进行插铣作业；进一步地，如果切削作业的方向是如图8所示沿着待加工的工件表面的一个小角度，那么刀片就是在进行斜面铣削作业。

本发明的切削刀片并不限于带平顶面的刀片，而是包括刀片表面的顶面上带有断屑器的切削刀片。图10中所示的是其顶面上具有断屑器的本发明切削刀片61的设计。这种断屑器以至少五个基本参数为特征，如槽深62，斜角63，后壁64，棱面65和槽宽66，以及现有技术中其它已知的断屑器特征。断屑器的功能可以结合到各个实施例中，本发明的切削刀片能够使得该刀片和相关联的刀具适合用于各种材料的工件的机加工。

应当理解，本说明书仅对于与清楚地理解本发明有关的一些方面进行了描述。为了简化说明书，本发明的那些对于本领域的普通技术人员来说显而易见的方面，以及那些无助于更好地理解本发明的方面，都没有在这里呈现。尽管只是描述了本发明的一些实施例，但本领域的普通技术人员在研究了上述的说明书之后，将能够认识到可以对本发明进行许多的改进和变化。所有的这些改进和变化都由前面的说明书和后面的权利要求书所覆盖。

Claims (25)

1.一种切削刀片，包括：

顶面，包括四个相同的凸形切削刃和连接所述凸形切削刃的四个相同的端角，其中，每个凸形切削刃包括曲线切削刃区域和邻近该曲线切削刃区域的第一大致为直线的切削刃区域，并且其中，每个曲线切削刃区域的半径大于或等于顶面上最大内接圆半径的两倍；

底面，包括底缘；

四个相同的侧面，每个侧面在凸形切削刃与底缘之间延伸，每个侧面包括：

第一圆锥形的间隙表面，从曲线切削刃区域向底缘延伸；

第一平斜面，从第一大致为直线的切削刃区域向底缘延伸；和

从邻近曲线切削刃区域向底缘延伸的平面的间隙表面，该平面的间隙表面使第一平斜面向底缘延伸；

第二圆锥形的间隙表面，从每个端角半径处向底缘延伸；

其中，当切削刀片安装在铣刀的刀片槽中时，第一大致为直线的切削刃区域在基本垂直于铣刀的切削轴线的方向上延伸。

2.如权利要求1所述的切削刀片，其中，底面的周长小于顶面的周长。

3.如权利要求1所述的切削刀片，其中，每个端角包括一圆弧、一系列圆弧、以及多段键槽曲线中至少之一。

4.如权利要求1所述的切削刀片，其中，每个第一圆锥形的间隙表面从曲线切削刃区域延伸到底缘。

5.如权利要求1或2所述的切削刀片，其中，每个曲线切削刃区域的半径大于或等于顶面上最大内接圆半径的五倍。

6.如权利要求1所述的切削刀片，其中：

每个凸形切削刃还包括位于所述第一大致为直线的切削刃区域与端角之间的第二大致为直线的切削刃区域；并且

每个侧面还包括：

第二平斜面，从第二大致为直线的切削刃区域向底缘延伸。

7.如权利要求6所述的切削刀片，其中，该平面的间隙表面使第二平斜面向底缘延伸。

8.如权利要求7所述的切削刀片，其中，每个凸形切削刃还包括位于所述第二大致为直线的切削刃区域与端角之间的第三大致为直线的切削刃区域；并且

每个侧面还包括：

第三平斜面，从第三大致为直线的切削刃区域向底缘延伸。

9.如权利要求8所述的切削刀片，其中，该平面的间隙表面使第三平斜面向底缘延伸。

10.如权利要求1所述的切削刀片，其中，每个凸形切削刃还包括椭圆的一部分、抛物线的一部分和多段键槽曲线中至少之一。

11.如权利要求1所述的切削刀片，还包括顶面上的断屑几何结构。

12.如权利要求1所述的切削刀片，其中，每个凸形切削刃平行于底面。

13.一种铣削切削刀具，包括：

刀体，包括切削刀片槽；以及

切削刀片，牢固地定位在切削刀片槽中，该切削刀片包括：

顶面，包括四个相同的凸形切削刃和连接所述凸形切削刃的四个相同的端角，其中，每个凸形切削刃包括曲线切削刃区域和邻近该曲线切削刃区域的第一大致为直线的切削刃区域，并且其中，每个曲线切削刃区域的半径大于或等于顶面上最大内接圆半径的两倍；

底面，包括底缘；

四个相同的侧面，每个侧面在凸形切削刃与底缘之间延伸，每个侧面包括：第一圆锥形的间隙表面，从曲线切削刃区域向底缘延伸；和第一平斜面，从第一大致为直线的切削刃区域向底缘延伸；和从邻近曲线切削刃区域向底缘延伸的平面的间隙表面，该平面的间隙表面使第一平斜面向底缘延伸；

第二圆锥形的间隙表面，从每个端角半径处向底缘延伸；

其中，当切削刀片牢固地定位在切削刀片槽中时，第一大致为直线的切削刃区域在基本垂直于铣削切削刀具的切削轴线的方向上延伸。

14.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的底面的周长小于切削刀片的顶面的周长。

15.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个端角包括一圆弧、一系列圆弧、以及多段键槽曲线中至少之一。

16.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个第一圆锥形的间隙表面从曲线切削刃区域延伸到底缘。

17.如权利要求13或14所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个曲线切削刃区域的半径大于或等于切削刀片的顶面上最大内接圆半径的五倍。

18.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中：

切削刀片的每个凸形切削刃还包括位于切削刀片的第一大致为直线的切削刃区域与端角之间的第二大致为直线的切削刃区域；并且

切削刀片的每个侧面还包括：

第二平斜面，从第二大致为直线的切削刃区域向底缘延伸。

19.如权利要求18所述的铣削切削刀具，其中，该平面的间隙表面使第二平斜面向切削刀片的底缘延伸。

20.如权利要求18所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个凸形切削刃还包括第三大致为直线的切削刃区域；并且

切削刀片的每个侧面还包括：

第三平斜面，从第三大致为直线的切削刃区域向底缘延伸。

21.如权利要求20所述的铣削切削刀具，其中，该平面的间隙表面使第三平斜面向切削刀片的底缘延伸。

22.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个凸形切削刃还包括椭圆的一部分、抛物线的一部分和多段键槽曲线中至少之一。

23.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片还包括切削刀片的顶面上的断屑几何结构。

24.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，切削刀片的每个凸形切削刃平行于切削刀片的底面。

25.如权利要求13所述的铣削切削刀具，其中，刀体包括多个切削刀片槽，并且，在每个切削刀片槽中牢固地定位有一个所述的切削刀片。