CN101623777A - 可转位铣削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以下类型的可转位铣削刀片，该可转位铣削刀片包括上侧(11)、下侧(12)和两个切削刃(6)，所述两个切削刃(6)各包括切削刃线(13)，并且它们在包括于上侧(11)中的切屑表面(14)和在上侧与下侧之间延伸的第一间隙表面(15)之间形成，该第一间隙表面具有为锐角的标称间隙角。此外，各切削刃(6)包括主刃(18)，该主刃(18)从初始端部(21)延伸到曲率半径小于主刃(18)的曲率半径的边角刃(19)。具有均匀宽度的第二间隙表面(26)形成在切削刃线(13)和第一间隙表面(15)之间，该第二间隙表面具有最大0.3mm的宽度，并且其间隙角总是小于第一间隙表面(15)的间隙角并且沿着从所述初始端部(21)朝向所述边角刃(19)的方向连续地减小。由于第二间隙表面，振动趋势将被抵消，而且不会相当大地增加有害的发热。

Description

可转位铣削刀片
技术领域
本发明涉及一种以下类型的可转位铣削刀片，该可转位铣削刀片包括上侧、平行于假想参考平面的下侧、和两个切削刃，所述两个切削刃各包括切削刃线，并且它们在包括于上侧中的切屑表面和在上侧与下侧之间延伸的第一间隙表面之间形成，该第一间隙表面与该参考平面的任意法线形成为锐角的标称第一间隙角，各切削刃包括主刃，当在上方正平面视图中看时，该主刃至少部分地凸形弯曲，并且该主刃从确定铣削刀片的最大切削深度的初始端部延伸到曲率半径小于主刃的曲率半径的边角刃，由于主刃距所述下侧的距离沿着从初始端部朝向边角刃的方向连续地增加的事实，主刃沿着所述方向升高，并且一第二间隙表面形成在切削刃线和第一间隙表面之间，该第二间隙表面具有最大0.3mm的宽度和小于第一间隙角的标称第二间隙角。
背景技术
通常，铣削工具及其铣削刀片被用于对各种金属材料比如钢、铝、钛等的工件进行去屑或者切削加工。在实践中，所述材料在例如可加工性、发热、粘着等方面具有非常不同的性质。最初述及的那种铣削刀片(被本领域技术人员称作“刳刨刀片”)特别地适用于对易于加工的材料比如铝进行铣削，其中铣削刀片具有高切削能力并且产生最可能光滑的表面。因此，就在各切屑表面和附属间隙表面之间的切削刃角是锐角(例如在65°到75°的范围内。)而言，铣削刀片被制造成具有正的切削几何形状，同时当沿着轴向以及沿着径向看时，在铣削刀具本体中的附属底座中以正的斜倾角安装铣削刀片。以此方式，铣削刀片能够以有效率的并且强力的方式“自身钻入”材料中，并且由此在每单位时间去除大量的切屑。为了产生光滑(通常平面、弯曲或者柱形的)表面，必须给予各切削刃的主刃当在平面视图中看时凸形地弯曲的或者拱形的形状，从而尽管铣削刀片在铣削刀具本体中轴向正斜倾，主刃的切削刃线也将与假想圆柱体一致或者相切，该假想圆柱体的直径由在铣削刀具本体的旋转轴线和主刃的切削刃线之间的径向距离确定。还应该述及的是，讨论中的铣削刀片具有至少两个可用切削刃并且由此是可转位的，从而获得了至少两倍于仅仅具有一个切削刃的那些铣削刀片的使用寿命。
然而，在前已知的高能铣削刀片(见例如WO/02/055245A1和SE527617C2)的问题在于，在特定情况下，该铣削刀片可能受到振动影响，如果振动变为具有再生性并且允许振动强度以非受控的方式增长，则所述振动可以引起严重后果，比如刀具或者机器故障、昂贵的工件报废、人员伤害危险等。当铣削工具是细长的并且例如在铝中使用大的切削深度操作时，发生振动的风险特别高。只要切削深度小或者适度(等于2mm)，则初始振动趋势通常通过自身逐渐消失，但是当切削深度增加时，例如至切削刃长度的1/4或者更多，由此还伴随切削作用力增强，则经常发生的是，振动被反馈并且以非受控的方式增长。对于长度是直径的很多倍(L＞3×D)的钢制刀具比如带柄的端铣刀而言，振动风险特别显著。
发明内容
本发明的目的和特征
本发明旨在解决上述问题并且旨在提供一种可转位类型的改进的铣削刀片。因此，主要目的在于提供一种利用硬质合金或者另一种坚硬且耐磨的材料制造的铣削刀片，该铣削刀片具有一旦振动趋向于发生便自动地衰减或者减弱振动的固有能力。抵消振动发生的最终目的在于，使得能够增加轴向切削深度并且由此增加去屑量，而不会存在由于加剧振动而损坏刀具和/或机器的风险。本发明的另外的目的在于利用在技术方面简单的并且由此廉价的装置实现振动衰减功能。还一个目的在于提供一种特别适合于在带柄的端铣刀中使用的铣削刀片。
根据本发明，利用在权利要求1的特征分句中限定的特征实现了铣削刀片的至少主要目的。在从属权利要求2-8中进一步限定了根据本发明的铣削刀片的优选实施例。
术语
在更加详细地描述本发明的例示实施例之前，应该弄清楚在本文献中使用的并且对于理解本发明的本质而言是重要的一些概念。因此，概念“标称”间隙角指的是所讨论的角仅仅涉及适当的铣削刀片，即，与铣削刀具的基体不相关联。然而，如果一个间隙角是“有效的”，则指的是相对于假想圆柱体由同一间隙表面形成的角，该假想圆柱体与铣削刀具本体的中心轴线同心并且被铣削刀片的邻近于间隙表面的主刃接触。
此外，概念“斜倾”和“斜倾角”被用于定义在铣削刀具本体中安装的铣削刀片的空间位置。在实践中，这个位置是由铣削刀具本体的固定铣削刀片的那个底座中的底部相对于铣削刀具本体的中心轴线如何定位而得以确定的。例如在用于端面铣削操作的带柄的端铣刀中通常以如此方式安置该底座的底部，使得铣削刀片的轴向和径向这两个斜倾角均变为正角，这意味着铣削刀片在一方面当在侧视图中看时并且相对于刀具旋转方向向后/向上倾斜(轴向斜倾)，并且在另一方面所述铣削刀片相对于从铣削刀具本体的中心轴线到其周边的假想半径沿着旋转方向向后/向内倾翻(径向斜倾)。
附图说明
在附图中：
图1是形式为带柄端铣刀的铣削刀具的分解透视视图，该铣削刀具配备有根据本发明第一实施例的两个铣削刀片；
图2是示出铣削刀片和在铣削刀具本体中用于该铣削刀片的底座的放大分解侧视图；
图3是铣削刀具本体的端视图；
图4是仅仅根据本发明的铣削刀片的放大顶侧视图；
图5是同一铣削刀片的底侧视图；
图6是铣削刀片的上方平面视图；
图7是图6中的截面VII-VII；
图8是示出铣削刀片的轮廓形状的简化上方平面视图；
图8A-F是图8中的部分A、B、C、D、E和F的放大细节；
图9是示出邻近于铣削刀片的切削刃的两个间隙表面的宽度量度的另外的细节部分；
图10是示出假想圆柱体的示意性透视图，在铣削刀具旋转期间，铣削刀片的主刃沿着该假想圆柱体移动；
图11是示出本发明的功能的示意性细节图；
图12是示出根据本发明的铣削刀片的可替代实施例的顶侧视图；以及
图13是根据图12的铣削刀片的底侧视图。
具体实施方式
图1-3所示的铣削刀具包括基体或者铣削刀具本体1、以及根据本发明的一定数目的铣削刀片2。在该实例中，铣削刀具的形式为配备有两个铣削刀片的带柄的端铣刀。铣削刀具本体包括包络面3以及前端4和后端5，中心轴线C1在前端4和后端5之间延伸，铣削刀具本体能够沿着预定旋转方向R围绕中心轴线C1旋转。将在下面更加详细地描述的各铣削刀片2包括两个能够交替使用的切削刃6，从而能够转位。每一个铣削刀片被固定于在铣削刀具本体的前端中凹进的底座中，该底座由底部7表示，在此情形中底部7是所谓的锯齿连接表面，即，包括被凹槽隔开的多个相互平行的凸脊的表面，所述凸脊能够接合在铣削刀片2的下侧上的相应的锯齿连接表面的凹槽。在此情形中，利用螺钉8实现铣削刀片2的固定，螺钉8能够通过铣削刀片中的通孔9而被插入并且被紧固于孔10的阴螺纹中，孔10在底座底部7中开口。
现在对示出适当的铣削刀片2的性质的图4-7进行参考。除了两个切削刃6之外，该铣削刀片包括上侧11和下侧12。在图4和5中，孔9的中心轴线被标为C2。因为两个切削刃6是相同的并且在铣削刀片通过围绕中心轴线C2旋转180°而转位之后在铣削刀具本体中能够采取同一立体(solid)几何位置，所以将在下面详细描述它们中的仅仅一个切削刃。每一个切削刃6均包括切削刃线13，并且在包括于上侧11中的切屑表面14和在上侧与下侧之间延伸的间隙表面15之间形成。
如前所述，铣削刀片的下侧12的形式为锯齿连接表面，该表面由一定数目的直的凸脊16(见图5和7)形成，凸脊16的顶峰位于一公共平面中。换言之，铣削刀片的下侧基本为平面。在图7中，示出平行于铣削刀片的下侧的参考平面RP1。此外，在图7中，N表示参考平面RP1的法线，即，垂直于该参考平面延伸的直线。间隙表面15相对于法线N形成的特定间隙角α，对于所述类型的铣削刀片而言，间隙角α通常在10°-20°范围内。在该实例中，α等于近似12°。
在铣削刀片的上侧11中，形成一定数目的凹陷17，所述凹陷17由于制造技术的原因而被制成，并且对于本发明的总体思想而言，所述凹陷17本质上并不重要，因此将不对其进行详细描述。然而，应该指出，凹陷17必须位于两个周边的切屑表面14内侧。
通常，铣削刀片2具有细长的基本形状。每一个单个切削刃6均包括多个部分刃(见图6)，即主刃18、边角刃19以及表面擦拭副刃20。切削刃6的主刃18从初始端部21延伸到点22，在点22处，主刃18转换成边角刃19。边角刃19顺次地从过渡点22延伸到点23，在点23处，边角刃19转换成表面擦拭副刃20。当在根据图6的上方平面视图中看时，主刃是稍微凸形的，但是拱形半径大到肉眼看不出来凸形形状。同样，当在平面视图中看时，边角刃19凸形地弯曲，但是其半径比主刃18的曲率半径小得多。如在图8中看到地，边角刃19基本上具有四分之一圆的形状，该形状被平分线B划分成两个等大的两半。副刃20(再次见图6)是极其微小的凸形(但是在图6中肉眼看起来是直的)并且基本横交于铣削刀片的纵向轴线L延伸。这条纵向轴线L平行于在铣削刀片的下侧上的凸脊16。副刃20顺次地转换成另外的切削刃24，切削刃24以相对于垂直于纵向轴线L的参考平面RP2的锐角β延伸。角β可以有利地在25°-35°的范围内，并且在该实例中等于近似31°。这个切削刃24可以用来进行所谓的斜切(ramping)操作，因此在下文中称作斜切刃。
此外，在图6中看到，单个主刃18相对于平行于纵向轴线L的参考平面RP3以特定的适度的角γ倾斜，参考平面RP3与在左侧示出的主刃18和在主刃18延伸上的边角刃19之间的过渡点22相切。如可以在图4中看到地，铣削刀片进而被形成为，就在铣削刀片的切削刃线13和下侧12之间的竖直距离沿着从点21朝向边角刃19的方向连续地增加而言，主刃18从初始端部21朝向边角刃19升高。相反地，斜切刃24从副刃20到相邻(非工作)切削刃6的初始端部21降低。此外，应该指出，当在侧视图中看时，主刃18稍微凹形地弯曲。
为了清楚起见，应该指出，在一方面的参考平面RP3和另一方面的稍微凸形的主刃18的两个端点21、22之间的假想直弦线之间限定出角γ。
现在再次对图1-3进行参考，从图中看到，底座底部7在铣削刀具本体1中的定位方式使得铣削刀片2在已安装状态中获得轴向正斜倾角δ以及径向正斜倾角ε。不管径向斜倾ε，由于比较大的标称间隙角α，铣削刀片仍将离开已产生的表面。粗略地看，相对于切线T的有效间隙角ζ可以说是α和ε之间的差。以类似的方式，副刃20获得有效间隙η，粗略地看，有效间隙η是在邻近于副刃20的铣削刀片的标称间隙角(未加标注)和轴向斜倾角δ之间的差。然而，在实践中，轴向斜倾和径向斜倾彼此相互影响，使得不能仅仅通过简单的减法而计算出准确的间隙角。
现在对图10中的示意图进行参考，其中25表示当铣削刀片围绕铣削刀具本体的中心轴线C1(参考图1)沿着方向R旋转时由铣削刀片的主刃18产生的假想圆柱体。该圆柱体25的直径D由中心轴线C1和主刃18之间的径向距离确定。不管铣削刀片，由于主刃18的切削刃线为稍微凸形的事实，沿着切削刃线的每一个点都将沿着圆柱体25定位，并且由此主刃以轴向斜倾角δ倾斜。
如至此已经描述地，在被安装于铣削刀具本体中的状态中，已知的铣削刀片趋向于引起再生振动，这可以引起机器和刀具故障。当铣削刀具本体是细长的并且利用钢或者另一种(例如，与硬质合金相比)比较柔软的、柔性的材料制造时，振动的风险变得特别高。因此，在具有例示类型的带柄的端铣刀中，所述风险变得特别高，其中适当的铣削刀具本体可能具有3×D或者更大的长度。
为了消除或者抵消不可受控的振动的风险，根据本发明的铣削刀片已经在第一所述间隙表面15和切削刃线13之间形成有第二间隙表面26(见图4、5和9)。这个第二间隙表面26的特征在于，该第二间隙表面26沿其长度延伸方向具有基本均匀的宽度并且其标称间隙角α从主刃18的初始端部21朝向边角刃18连续地减小。所述间隙表面26的宽度W2(见图9)应该在一方面最大等于0.3mm，并且在另一方面最小等于0.05mm。适当地，W2在0.10-0.20mm的范围内。在实践中，第二间隙表面26应该通过研磨来提供，从而与锯齿连接表面7的凸脊的同样被研磨的侧面一起，保证相对于铣削刀具本体的中心轴线以仔细的方式精确地定位主刃18的切削刃线。
另外，第二间隙表面26的标称间隙角总是小于第一间隙表面15的间隙角α，并且沿着从初始端部21朝向边角刃19的方向连续地减小。
为了示出沿着切削刃在不同部分中的间隙表面15、26的间隙角，现在对图8和8A-F进行参考。在这些图中，第一间隙表面15的间隙角仍然被表示为α，而第二间隙表面26的间隙角被表示为λ。在下面随附示出了在不同的部分中的相应的间隙角以及它们之间的差如何改变的表格。
Figure A20091015873600111
如从表格可见，沿着从主刃18的初始端部21(部分A)朝向到边角刃19的过渡部22的方向，λ以及α减小。然而，λ的减小按比例地大于α的减小，这意味着在这两个角之间的差沿着从部分A到部分D的方向增加。应该进一步指出，λ在过渡部22的区域(见部分D)中接近零，随后沿着边角刃19(即沿着从过渡部22朝向到副刃20的过渡部23的方向)增加。再次允许角λ沿着边角刃19增加的事实以对于铣削刀片提出的总体构造要求为条件，重点放在以下事实上：表面26的振动衰减效果沿着主刃18是至关重要的，但是沿着边角刃19(尤其沿着在平分线B和过渡点23之间延伸的部分)则没有那么重要。
在所示实例中，第二间隙表面26不仅沿着全部的主刃18而且还沿着边角刃19以及表面擦拭副刃20延伸。就第二间隙表面从起始点21一直到副刃20易于研磨而言，这种优选设计主要以制造技术的原因为条件。然而，主要地沿着至少部分的主刃18获得了由间隙表面26提供的有效的振动衰减。因此，间隙表面26应该从点22朝向点21沿着主刃18的更大部分延伸。有利地是，表面26还至少沿着边角刃19的存在于点22和平分线B之间的那个部分延伸。
为了阐明第二间隙表面26的振动衰减效果，现在对图11进行参考。其中示出工具开始振动时由铣削刀片的主刃18在工件中产生的表面如何基本上变成波形。此外，示意性示出了铣削刀片如何沿着上述波形表面移动，该表面的波动基本上类似当在铝中铣削时获得的(正弦形)结构。因此，在图11的左侧，看到当铣削刀片朝向波峰沿着向上方向(严格说来从工件径向向外)移动时，仅主刃的切削刃线13如何与波形表面形成接触。这样，在切削刃线后面的间隙较大，其中这意味着发热是适度的。然而，当铣削刀片从波峰朝向波谷向下移动时，间隙表面26将获得与波形表面的接触并且沿着其滑移。以此方式，振动趋势被衰减，而如果传统方式的铣削刀片相对于波形表面会自由地移动，则所述振动趋势可能产生。在这方面，事实上铣削刀片将瞬间地产生比在先前位置中更多的热量，但是因为表面26的宽度W2受到限制(最大0.3mm)，所述发热将是短期的并且由此是可控的。即，当铣削刀片的切削刃线13达到波谷时，间隙表面26已经失去与波形表面的接触，即，在切削刃线后面的间隙再次产生。在铣削刀片沿着箭头的方向连续运动期间，有效间隙增加直至下一波谷，在这之后，细长的间隙表面26将再次靠着波形表面滑移。换言之，细长间隙表面26提供了振动发生趋势的周期重复性衰减，而因此不会由于过于剧烈的发热使得切削过程变得复杂。
如在图9中所见，第一间隙表面15的宽度W1在此情形中大于第二间隙表面26的宽度W2。然而，第一间隙表面15的宽度W1不是主要的。重要的是第二间隙表面26的宽度W2有限并且沿着沿切削刃线的表面的全部延伸长度基本上同样大。因此，W2应该至少等于0.05mm(从而给出所期望的衰减效果)并且最大等于0.30mm(从而不会给出过度的发热)。适当地，W2应该在0.08-0.25mm或者0.10-0.20mm的范围内。通过根据以上表格选择铣削刀片的标称间隙角λ、α，获得了非常适度的有效间隙角。在铣削刀片的安装状态中，间隙表面26的有效间隙角(由于在图3中的比例不允许绘制出所述角，所以无参考标记)将在0.01-1.5°的范围内，并且更加准确地，由于λ以前述方式从初始端部21朝向边角刃19连续减小，因而沿着全部主刃是基本上同样大的。有利地，表面26的有效恒定间隙角应该至少等于0.1°并且最大等于1.2°。最适当地，该角在0.8°-1.2°的范围内。
根据SE527617C2已知的铣削刀片本质上在主刃的去屑切削刃线和邻近于主刃的传统间隙表面之间形成有所谓的间隙斜面，该间隙斜面据称具有至少0.05mm和最大0.30mm的宽度。然而，更加准确地是沿这个间隙斜面的周边延伸部分以均匀的方式，该间隙斜面的目的在于专门地增强切削刃。因此，在沿着至少主刃的所有的点处，该间隙斜面的间隙角变得同样大，而这又意味着间隙斜面的宽度变化，更加准确地是以使其沿着边角刃的方向沿主刃的一个部分下降的方式变化。因此，如果假想地假设为了克服振动问题，本领域技术人员尝试利用已知的铣削刀片，则增强间隙斜面的变化的宽度将引起问题，例如在被加工材料(例如铝)上形成毛刺以及铣削刀片上的加工材料粘着。这还引起发热增加。因此，当切削深度大时起作用的间隙斜面的最宽大的部分，将深并且长地切入波峰(参考图11)，从而产生了更大量的热以及发生毛刺形成和粘着的所述问题，这损害了良好的加工结果。
在图12和13中，示出根据本发明的铣削刀片的可替代实施例，该实施例与在前实施例的不同之处在于，与在前一情形中的相比，边角刃19具有显著更小的半径和更短的延伸部分。在其它方面，第二间隙表面26在第一间隙表面15和主刃18的切削刃线13之间形成。然而，在此情形中，表面26仅仅沿着主刃18延伸，即不分别地沿着边角刃19和表面擦拭副刃20延伸。然而，由于较小的边角刃19，间隙表面26将还在小的切削深度处以可靠的方式衰减振动趋势。应该指出，当在平面视图中看时，主刃18在此情形中也是稍微凸形的(眼睛不可视)并且相对于铣削刀片的下侧从初始端部21朝向到边角刃19的过渡部22升高。
本发明的可行的修改
本发明不仅限于上述的并且在图中示出的实施例。因此，铣削刀片可以被这样形成，使得它能够以不同于利用螺钉的另一种方式而被固定在铣削刀具本体中。换言之，铣削刀片可以被制造成不具有任何通孔。还可行的是，以不同于仅仅具有直的平行凸脊的锯齿表面的形式的另一种方式在铣削刀片的下侧上形成连接表面。因此，连接表面可以具有沿着多于一个的坐标方向锁定铣削刀片的现代类型。铣削刀片的切削刃也不需要包括所示种类的任何斜切刃。此外，铣削刀片可以被制成为具有多于两个的切削刃。

Claims (8)

1.可转位铣削刀片，包括上侧(11)、平行于假想参考平面(RP1)的下侧(12)、和两个切削刃(6)，所述两个切削刃(6)各包括切削刃线(13)，并且所述两个切削刃在包括于所述上侧(11)中的切屑表面(14)和在所述上侧与所述下侧之间延伸的第一间隙表面(15)之间形成，所述第一间隙表面与所述参考平面(RP1)的任意法线(N)形成为锐角的标称第一间隙角(α)，各所述切削刃(6)包括主刃(18)，当在上方正平面视图中看时，所述主刃(18)至少部分地凸形弯曲，并且所述主刃(18)从确定所述铣削刀片的最大切削深度的初始端部(21)延伸到曲率半径小于所述主刃(18)的曲率半径的边角刃(19)，由于所述主刃(18)距所述下侧(12)的距离沿着从所述初始端部(21)朝向所述边角刃(19)的方向连续地增加的事实，所述主刃(18)沿着所述方向升高，并且一第二间隙表面(26)在所述切削刃线(13)和所述第一间隙表面(15)之间形成，所述第二间隙表面具有最大0.3mm的宽度和小于第一间隙角(α)的标称第二间隙角(λ)，其特征在于，所述第二间隙表面(26)具有均匀的宽度，并且所述第二间隙表面(26)的间隙角(λ)沿着从所述初始端部(21)朝向所述边角刃(19)的方向连续地减小。
2.根据权利要求1的铣削刀片，其特征在于，所述第二间隙角(λ)最大等于10°。
3.根据权利要求1或者2的铣削刀片，其特征在于，所述第二间隙表面(26)沿着整个所述主刃(18)从所述主刃(18)的初始端部(21)朝向所述主刃(18)的到所述边角刃(19)的过渡部(22)延伸。
4.根据前面权利要求中任何一项的铣削刀片，其特征在于，所述第二间隙表面(26)不仅沿着所述主刃(18)延伸而且还沿着所述边角刃(19)的至少一部分延伸。
5.根据权利要求4的铣削刀片，其特征在于，从在所述主刃(18)和所述边角刃(19)之间的所述过渡部(22)，所述第二间隙表面(26)的所述间隙角(λ)不仅沿着所述主刃增加，而且还沿着所述边角刃增加。
6.根据权利要求5的铣削刀片，其特征在于，所述第二间隙表面(26)的间隙角(λ)在所述主刃和所述边角刃之间的所述过渡部(22)处接近零。
7.根据前面权利要求中任何一项的铣削刀片，其特征在于，沿着从所述初始端部(21)朝向所述边角刃(19)的方向，所述两个间隙角(α、λ)之间的差连续地增加。
8.根据前面权利要求中任何一项的铣削刀片，其特征在于，至少所述第二间隙表面(26)被研磨。
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