CN101668603A - 在车削操作过程中旋转切削镶片的方法和组件以及其中所使用的镶片 - Google Patents

Abstract

在一个金属加工操作过程中可以使用一种围绕其轴线旋转的切削镶片并且将其施用在该旋转的工件上以增强刀具的性能。为了达到这个效果，可以使用一种方法，它包括带有安装到一个刀夹具上的可旋转的镶片的一种组件。

Description

在车削操作过程中旋转切削镶片的方法和组件以及其中所使用的镶片

技术领域

[0001]本发明是针对金属加工操作，并且更具体地说，是针对在金属加工操作过程中用于使一个切削镶片围绕镶片中心轴线旋转的一种方法和组件。本主题发明还针对该切削镶片本身、带有一个刀夹具以及这种镶片的组件，以及该组件的操作。

背景技术

[0002]在将一个静止的切削镶片推靠在一个旋转的工件上的金属加工操作的过程中(如车削操作过程中)，作用在工件上的镶片切削刃被工件加热直到操作完成或直到切削刃通过一种失效机理(如月牙洼磨损或塑性变形)而开始损坏。为了避免这些失效方式，并且为了允许切削镶片更有效的操作，过去已经将圆形切削镶片安装在刀夹具上，这样切削镶片可围绕镶片中心轴线自由地旋转。于是，一种特别的切削镶片被引向工件并且以下面的方式来定向，即在例如一台车床上的工件的旋转运动在该切削镶片上施加了作用在与该镶片相切的方向上的一个力。作用在切削镶片上的工件的运动不但对工件进行机加工，而且使圆形切削镶片旋转，这样镶片的切削刃被连续地更新。其结果是，在理想的条件下，切削刃的任何单独的段都不会经受到长时间的暴露于工件。此外，切削刃运行在较低的温度下，从而允许较大的切削力并且提高了金属加工操作的效率。

[0003]这类自旋镶片可以展示出在非常高的速度下的格外地长的刀具寿命。然而，当切削条件略微改变时，或者当由切削镶片为了旋转而使用的滚珠轴承开始变坏时，这种同样的自旋镶片可能以一种同样显著的方式失效。

[0004]美国专利号4,178,818是针对一种通过具有圆形的切削刃尖的旋转切削刀具来切削旋转实心体的方法。该切削镶片被紧固到一个转轴上，该转轴被用多个轴承安装在一个壳体之中。通过转轴将冷却剂引入一个风力涡轮机之中，由此将旋转传给切削镶片。然而，由切削力产生的倾向于使镶片旋转的扭矩要远大于推进该切削镶片旋转的冷却剂流所产生的扭矩。主要是通过与工件的相互作用将旋转传给切削镶片。该风力涡轮机的目的是使圆形的切削镶片即使在一种断续的切削过程中(这时，在切削镶片与工件之间不存在提供摩擦旋转的接触)仍能够继续它的旋转，。其结果是，这种切削镶片的设计取决于从旋转工件提取一个切向力来使切削镶片旋转的。

[0005]需要能够在金属加工操作过程中使一个切削镶片围绕它自己的轴线旋转的一种方法和组件，由此，旋转的速度和方向不是由工件本身的旋转来确定，而是由作用在该切削镶片上的独立的力来确定。

发明内容

[0006]本发明的一个实施方案是针对一种组件，该组件包括一个切削镶片，该切削镶片具有从中延伸穿过的一条中心轴线，其中该镶片包括一个本体，该本体具有一个顶表面、一个底表面、在它们之间的至少一个侧面以及在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃。该组件还有一个刀夹具，该切削镶片被安装在该刀夹具上，其中该刀夹具被适配为使该镶片围绕该中心轴线以一个预定的旋转速度旋转。

[0007]本发明的另一个实施方案是针对一种方法，其中一个切削镶片具有一个本体，该本体带有一个顶表面、一个底表面、在它们之间的至少一个侧面、在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃以及延伸通过该顶表面和该底表面的一条中心轴线，该机加工方法包括以下步骤：将该镶片对齐以使该中心轴线与一个旋转工件的纵向轴线形成一个角，使该镶片围绕镶片的中心轴线旋转，并且将该镶片推靠在该工件上以开始机加工操作。

[0008]本发明的另一个实施方案是针对一种切削镶片，该切削镶片包括一个本体，该本体带有从中延伸穿过的一条中心轴线并且具有一个顶表面、一个底表面、在它们之间的至少一个侧面、在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃以及至少一个凸起，该至少一个凸起从该顶表面延伸、与该中心轴线分开并且以与该中心轴线相等的距离径向定位并且与该切削刃向内隔开，以便当该镶片被用在一个车削操作中围绕其中心轴线旋转并且应用在一个旋转工件上时作为断屑件起作用。

附图说明

[0009]图1是一个刀夹具的透视图，其中一个可旋转镶片工作在一个旋转工件上；

[0010]图1A是一个草图，示出了安装到一个旋转的转轴上的刀夹具以及定位在一个车床上的一个工件；

[0011]图2是一个刀夹具以及与将该切削镶片紧固到刀夹具上相关的部件的分解透视图；

[0012]图2A是图2中的一个部分的放大视图；

[0013]图3是根据本主题发明的一个镶片的俯视图；

[0014]图4是图3中所示的镶片的侧视图；

[0015]图5示出了一个切削镶片的透视图，该切削镶片具有多个圆周槽口并且被用一个螺钉紧固到该刀夹具上；

[0016]图6是根据本主题发明的一个实施方案的一个椭圆形状的镶片的透视图；

[0017]图7是根据本主题发明的一个实施方案的一个八边形镶片的透视图；

[0018]图8是一个刀夹具的透视图，该刀夹具带有一个一体的末端，该末端被成形为起一个切削镶片的作用；

[0019]图9是一个刀夹具以及一个切削镶片的分解透视图，该切削镶片具有可匹配在该刀夹具之中的一个截头圆锥形基体；

[0020]图10是一个刀夹具的剖面透视图，该刀夹具带有安装在其上的一个镶片，该镶片具有从中延伸穿过的一个冷却剂孔；

[0021]图11是一个切削镶片的透视截面图，该切削镶片带有一个断屑件并且带有一个截头圆锥形基体；

[0022]图12是一个切削镶片的透视截面图，该切削镶片具有从中延伸穿过的一个冷却剂孔以及一个截头圆锥形基体；

[0023]图13是一个刀夹具的剖面透视图，该刀夹具带有安装在其上的一个镶片，该镶片具有部分地从其中延伸穿过的一个冷却剂孔；

[0024]图14是一个草图，从一个旋转工件的末端示出了用于车削操作的自旋镶片的定向；

[0025]图15是图14中所示安排的平面图；

[0026]图16是一个草图，从一个平面视图示出了一个旋转工件以及用于车螺纹操作的一个自旋镶片的定向；

[0027]图17是图16中所示的安排的端视图；

[0028]图18是一个刀夹具以及一个切削镶片的剖面侧视图，该切削镶片具有可与该刀夹具配合的一个截头圆锥形基体，其中该镶片定位在该孔的底面上；以及

[0029]图19是图18中标记为XIX-XIX的截面的放大视图。

具体实施方式

[0030]图1示出了一个工件10，该工件围绕一条中心线15在由箭头20所示的方向上旋转，其中，例如，工件10被安装在一个车床上。一个刀夹具50具有安装在其上的一个切削镶片100。切削镶片100具有一条中心轴线105。切削镶片100以一种不可旋转的方式被紧固到刀夹具50上，这样刀夹具50的旋转被直接地转化成切削镶片100的旋转。作为一个实例，镶片100和刀夹具50可以在由箭头110所示的方向上旋转。

[0031]一个组件部分地由切削镶片100组成，使其中心轴线105从中延伸穿过。在图2-4中所示出的镶片具有一个本体115，该本体具有一个顶表面117以及一个底表面119，在它们之间具有至少一个侧面120。在该至少一个侧面120与顶表面117的相交处限定了一个切削刃125。切削镶片100被安装在刀夹具50上，并且刀夹具50被适配为使镶片100围绕切削镶片的中心轴线105以一个预定的旋转速度进行旋转，该预定的旋转速度是在10RPM与高达该机器的能力之间的一个范围之内，优选地是60-20,000RPM并且更优选地是250-10,000RPM。该预定的旋转速度可以大于、小于或等于工件10的旋转速度。在金属加工操作过程中，切削镶片100的旋转速度还可以是变化的。此外，切削镶片100的速度可以是工件10的速度的一个函数并且可以与工件10的速度直接成比例。切削镶片100的旋转速度还可以完全独立于工件10的旋转速度。

[0032]暂时返回到图1，刀夹具50可以被紧固在一个转轴75之中，然后该转轴将被安装到一个机床上，该机床能够使转轴75在希望的方向上并且以希望的预定旋转速度旋转。可以使用旋转式刀具领域的普通技术人员已知的任何数目的技术将刀夹具50紧固在该转轴之中。然而，如在图1中所示的，转轴75具有在其中接受刀夹具50的一个内部孔76，并且利用一个锁紧螺母80将刀夹具50紧固在转轴75之中，该锁紧螺母被螺纹紧固到转轴75的本体上并且顶住其中的刀夹具50。将该刀夹具紧固在该转轴之中的机构可以是许多不同的机构中的一个，包括一个夹头或一个锁定螺钉，并且这些机构是旋转式刀具领域中的普通技术人员所熟知的。

[0033]图1A示出了被紧固在转轴75中的刀夹具50。转轴75由一个转轴驱动器77驱动。一个控制器78使用来自驱动器77的闭合回路反馈来监测并控制转轴75的旋转速度，并且因此检测并控制刀夹具50的旋转速度。

[0034]可以用一个卡盘12将工件10紧固到一个车床14上，该车床以一个预定的速度使工件10旋转。通过这种安排，有可能以一个预定的速度使工件10旋转并且还有可能以一个预定的速度使切削镶片100单独地旋转以及在负荷下保持镶片100在该速度下的旋转。此外，有可能使镶片100的旋转与工件10的旋转同步。一个常规做法是包括多个闭合回路反馈系统，这些系统用于监测并且控制在一个车床14或其他机床中的一个工件10的旋转速度。

[0035]存在三组现有的机床，它们能够支持根据本主题发明的转轴75。这些机床组各自将包括闭合回路反馈控制器，因此可以严密地监测并且控制该转轴的旋转速度。第一组是四个或更多轴线的机加工中心，其中该刀夹具将会被紧固到转轴上并且被转轴旋转。该工件将会由B或C旋转轴线旋转，而且刀夹具将会被放置在具有Z轴线的旋转轴的中心上。该刀夹具将会在Y轴上进刀，以便在该工件上车削出一个直径或在X轴上进刀用于该工件的面加工。

[0036]第二组机床包括车床/铣床的组合。在这些机床的典型术语中，该刀夹具将会由转轴旋转，而工件将会由在车床头中的转轴旋转。然后，将会以X轴将该刀夹具放置在工件的中心线上，并且将会以Y轴进行面加工操作。将会通过在Z轴上的给刀来车削该工件上的多个直径。

[0037]第三组可能的机床包括常规的两轴车床，这些车床将会用该转轴进行改装以转动这些镶片。这种转轴将被安装成与该车床头的中心线以及X轴相互大致垂直，并且将通过X轴的运动来进行面加工，而将通过Z轴的运动来进行该工件的直径车削。

[0038]可以用不同的装置来驱动该改装的转轴。一个电伺服驱动器具有的优点是易于结合到CNC控制系统之中以及易于编写转轴的旋转速度的程序，而一台液压驱动器具有的优点是成本更低并且在不利的环境中(冷却剂、切屑、热，等等)在该机床外壳之中提供一种非常耐用的安排。

[0039]将注意力转向图2-4，镶片100被不旋转地紧固到刀夹具50上。具体地讲，切屑镶片100的底表面119具有从其上延伸的一个或多个凸起130，这些凸起可与刀夹具50的面57之中的一个或多个凹陷55匹配。将镶片100推靠在刀夹具50的面57上，这样这些镶片凸起130接合这些刀夹具凹陷55并且在镶片100与刀夹具50之间提供一个强制连接以将切削镶片100旋转地紧固到刀夹具50上。

[0040]切屑镶片100进一步包括在顶表面117上的一个或多个凸起135，这些凸起可以是与底表面119上的这些凸起130相同的，这样镶片100可以是可翻转式的并且可以在两者中的任一位置中被刀夹具50强制驱动。

[0041]将注意力转向图5，通过镶片200的底表面219与刀夹具50的面57之间的完全的摩擦力可以将切屑镶片200紧固到刀夹具50的面57上。利用一个安装螺钉230可以将切屑镶片200摩擦性地压靠在刀夹具50上，该安装螺钉具有的头部大于一个孔(未示出)232，该孔沿中心轴线205延伸穿过镶片200。将安装螺钉230螺纹紧固到刀夹具50上。以这种方式，切屑镶片200被压靠在刀夹具50上以产生在镶片200与刀夹具50之间的一种摩擦连接以将刀夹具50的转动传递到切屑镶片200上。

[0042]根据本主题发明的这些切屑镶片可以由典型地用在一种金属加工操作中的任何材料制成，这些材料包括钢、烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷、PCBN(多晶氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)以及金刚石，这些材料中的每一种可以具有或可以不具有用来提高性能的涂层。用于该切屑镶片的材料和/或涂层的选择取决于工件材料和切削条件。

[0043]如先前在发明背景中所讨论的，在过去，自由旋转镶片已经被安装到刀夹具上，并且工件的旋转提供了在镶片上的切向力，这样当工件被旋转时该镶片将相对于静止的刀夹具自旋，由此在机加工操作过程中更新切屑镶片。

[0044]根据本主题发明，刀夹具50与其上紧固的切屑镶片100是完全独立于工件10的旋转而被旋转的。虽然安置在一个旋转工件上的一个自由旋转切屑镶片的旋转方向完全由该切削镶片的定向以及工件旋转的速度和方向确定，但根据本主题发明的安排不取决于这些可变因素。相反，根据本主题发明的安排能够使切削镶片100围绕中心轴线105顺时针或逆时针并且以所希望的任何预定的速度旋转。在图1中，切削镶片100的旋转方向由箭头110表示为在逆时针方向上旋转。改变刀夹具50的旋转方向以使切削镶片100的旋转与由箭头110所表示的旋转相反是完全有可能的。还有可能卡住刀夹具50以阻止旋转。

[0045]通过决定切削镶片100的旋转方向，有可能在一个切削操作过程中操控遍布这些切削镶片上的温度分布。例如，当镶片100是在由箭头110所指出的逆时针方向上旋转时，允许切削刃125在它离开工件而重新进入肩台区域145之前进行冷却，此时切削镶片100经受它的最大力以及最高温度。在另一方面，如果切削镶片100是在一个顺时针方向(与由箭头110所示的方向相反)上被旋转，那么切削刃125在肩台区域145之前将首先开始沿减小的直径部分143开始接触工件，并且在进入用于该切削操作的最复杂的部分的肩台区域145之前将至少部分地被加热。因此，如可以看到的，切削操作的动力根据切削镶片100相对于工件10的旋转方向而变化。

[0046]镶片10的一个连续的预定的旋转速度促进了整个该镶片上的均匀的热量分布，并且因此允许热量均匀地分布在整个镶片上，以将造成该镶片本体之中的应力的热梯度最小化。

[0047]到目前为止的讨论一直是针对切削镶片100和具有一个圆形构造的切削镶片200。在刀夹具50平行于工件10的一条中心轴线15被移动的范围内，这种镶片将产生具有一个圆形截面的机加工段。然而，完全有可能利用具有一个非圆形截面的切削镶片。

[0048]将注意力转向图6，切削镶片300具有一个本体315，该本体具有一个顶表面317、一个底表面319以及至少一个侧面320，该侧面与顶表面317相交以限定一个切削刃325。顶表面317是非圆形的并且可以是一种椭圆的形式。就像镶片100(图1)被不旋转地紧固到刀夹具50上，切削镶片300同样也可以被不旋转地紧固到刀夹具50上(图1)。有可能的是刀夹具50的前端的形状必须被稍微加以改变以容纳椭圆形镶片300的形状。然而，根据传到切削刃325上的切削负荷，切削镶片300可能需要或不需要沿其整个底表面319的支撑。尽管如此，在操作中，椭圆形的切削镶片300的旋转可以被与工件10的旋转同步，这样经过机加工的工件的截面本身可以是非圆形的。作为一个实例，如果对于工件10的每个周期切削镶片300围绕其中心轴线305被旋转了一个完整的周期，则产生的工件10的经过机加工的段将具有一个椭圆形的截面。在另一方面，如果椭圆形的切削镶片300的旋转速度是工件10的旋转速度的一个倍数，那么经过机加工的工件10的一个截面将具有围绕工件10的一个圆形轮廓的多个波纹。这种安排可以被用来生产具有大导程螺纹的滚珠丝杠。

[0049]图7示出了一个切削镶片400，该切削镶片同样也是非圆形的。然而，在这种设计中，切削镶片400具有一个本体415，该本体具有一个顶表面417，该顶表面具有一个八边形的总体形状。顶表面417与多个侧面420相交以限定具有多个小面430的切削刃425。切削镶片400围绕其中心轴线405的旋转速度可以相对于工件10的旋转速度来进行控制，以便提供如具有一个装饰性精加工的一个工件。这种几何形状也可以用于切屑控制。

[0050]根据一个具体的金属加工操作的条件，可能希望设计具有以下特征的切削镶片，即这种切削镶片将促进从工件10上去除的材料形成小的切削碎屑。具体地讲，将注意力再次转向图5，切削镶片200可以具有至少一个槽口240，该槽口围绕镶片200的周边断开切削刃225，以便为该工件提供一种断续的切口。通过这样做，槽口240将用来断开或帮助断开可能开始形成的任何切削切屑。完全有可能具有围绕切削刃225的周边的多个槽口240。然而，应该认识到，通过引入这些槽口240来控制切屑的好处也许仅可应用到一种粗加工操作中，并且如果需要对工件10进行一种相对平滑的表面精加工，那么可以去除这些槽口240而改用一种连续的切削刃225。

[0051]还有可能通过引入其他切屑控制特征来控制由从工件10上去除的材料所形成的切屑的大小。再次将注意力转向图2-4，在切削镶片100的切削深度足以允许在一个切削操作过程中形成的切屑冲击一个或多个凸起135的程度上，在镶片100的顶表面117上的多个凸起135还可以起到断屑件的作用。延长一个凸起135的径向长度以使它更接近切削刃125也是有可能的。当位于刀夹具面57附近时，尽管这些凸起135被定位成将切削镶片100不旋转地紧固到刀夹具50上，但可能希望在径向方向上向外延长这些凸起135，这样当该镶片具有一个更小的切削深度时将在一个金属加工操作过程中形成切屑。切屑将撞击这些径向延长的凸起135中的一个或多个，因此允许这些凸起135不但在邻近刀夹具面57时作为正的旋转锁紧机构，而且在背离刀夹具面57时起断屑件的作用。

[0052]一般来讲，可使用在旋转式刀具领域的普通技术人员已知的各种机构来将切削镶片非旋转地紧固到刀夹具50上。在图2A中展示了一个这样的实施方案。一个夹头85可以被安装在一个孔87之中，该孔在刀夹具50之中延伸，并且镶片100可以通过夹头85被紧固到刀夹具50上。具体地讲，并且结合在图2A中所展示的实施方案，切削镶片本体115具有沿中心轴线105从中延伸穿过的一个孔137。孔137具有一个内壁140(图3)，其中内壁140具有一个内径D1(图2A)。夹头85与中心轴线105对齐并且是不旋转地紧固在刀夹具50的孔87之中并且从中伸出。夹头85可以具有一个内螺纹孔89以及一个外壁86，该外壁具有一个最大的外部外直径D2(图2A)，该外直径小于镶片孔的最大内径D1。一个栓销90被螺纹紧固在夹头的内部螺纹孔89之中。因此，由于夹头85被安装在刀夹具50的孔87之中，所以切削镶片100被放置在夹头85上方并且栓销90被放置为穿过切削镶片100的孔137。然后该栓销与夹头85的螺纹孔89螺纹接合，这样，由于切削镶片100安装在夹头的外壁86上，所以镶片孔137装配在夹头的外壁86上方。然后栓销90被紧固，从而使夹头85膨胀并且将夹头的外壁86紧固靠在切削镶片孔的内壁140上。其结果是，切削镶片100被不可旋转地紧固到刀夹具50上。

[0053]如图2和图2A所展示，夹头85具有限定一种圆的形状的一个恒定的外直径D2。应该认识到，该夹头的形状不应该限制为圆形的，而是可以利用任何不同的非圆形的夹头形状，应该理解切削镶片100的内壁140可能必须改进以容纳另一种夹头的非圆形的形状。然而，这种容纳的细节是旋转式刀具领域的普通技术人员所熟知的。作为一个实例，该夹头可以具有一个外表面，该外表面的形状是椭圆形的，以便与具有一种椭圆形状的切削镶片相适应。

[0054]虽然在图2A中夹头85是被可拆卸地紧固到刀夹具50上的，但有可能将夹头85永久地安装在刀夹具50之中或作为该刀夹具的一个整体部件。

[0055]如图8所示，该刀夹具与切削镶片500是一个整体件。刀夹具/切削镶片500具有所有的与前面讨论的刀夹具50相同的特征，然而，切削镶片是被非旋转性地紧固到刀夹具50的末端上而不是与其分开，刀夹具500具有一个切削末端部分502，该切削末端部分具有相交一个顶表面517以及多个侧面520以便形成一个切削刃525。在这些情况下，刀夹具500的切削末端部分502可以被重复地再磨锐，由此提供了一种一体的刀夹具/切削镶片500，在没有预料之外的毁坏出现的情况下，该刀夹具/切削镶片将具有特别长的刀具寿命。

[0056]虽然到目前为止，所讨论的这些可拆卸的切削镶片一直大致是圆盘状的，但有可能利用不同形状的镶片，只要该镶片的顶表面以及至少一个侧面包括在此讨论的特征。

[0057]图9具体地示出了一个柱状切削镶片600，该切削镶片具有一个顶表面617、一个底表面619以及一个侧面620，该侧面与顶表面617相交以限定一个切削刃625。镶片600具有一个截头圆锥形的形状的支撑柱630，该支撑柱装配在刀夹具900之中的一个配合孔650中，以便在支撑柱630与配合孔650之间形成一个摩擦配合。以此方式，切削镶片600被不可旋转地保持在刀夹具900之中。当在一个机加工操作过程中在镶片600上产生的力作用在切削刃625上而提供了具有沿着刀夹具中心轴线952的一个分量的一个压缩力时，这种安排是特别适合的。

[0058]截头圆锥形的形状的支撑柱630限定了一个截头圆锥形部分632，该部分可与刀夹具900的截头圆锥形的配合孔650相配合。其结果是，镶片600的截头圆锥形的部分632与刀夹具900的截头圆锥形的孔650形成了一种过盈配合。如图9所示，镶片600的截头圆锥形的部分632是具有一个定位肩台634的一个柱630，该肩台被适配为抵靠在刀夹具650的面675上。还有可能并且可以容易地想象出镶片600的截头圆锥形部分632的底表面619可以被适配为在刀夹具900的孔650之中抵靠在底面(未示出)上。在这些情况下，定位肩台634将不被接合。

[0059]在本发明背景中，不旋转镶片的刀具的失效方式被识别为是由在该镶片的切削刃上的一个特定位置处的温度和力的集中而引起的月牙洼磨损和塑性变形。根据本主题发明，当使现有技术的金属切削条件的这些失效方式最小化时，本设计引入的可能性是将热量从该切削镶片有效地传递到刀夹具上，这样该刀夹具可能遭受由于温度过高而引起的损坏。因此，现在将用于刀夹具的冷却机构引入也许是令人希望的。

[0060]将注意力转向图10，一个刀夹具750具有沿其长度延伸的一个孔755，通过该孔可以提供冷却剂。相关的切削镶片700被紧固在孔755之中并且其本身具有一个孔705，该孔可与在刀夹具750之中的孔755共线。在切削操作过程中通过孔755被引入的冷却剂流经切削镶片700的孔705并且在该切削区域的附近流出。以此方式，可以利用冷却剂来冷却切削区域并且进一步冷却刀夹具750和切削镶片700。

[0061]镶片700的细节在图11中示出。镶片700具有一个顶表面717以及一个侧面720，该顶表面与该侧面相交以限定一个切削刃725。沿切削镶片700的长度延伸的孔705与刀夹具750的孔755是流体性连接的(图10)。一个断屑件740延伸跨过镶片的顶表面717的宽度并且在一个金属加工操作过程中被用来以一种与图3和图4中的凸起130、135类似的方式促进切削碎屑的形成。

[0062]图10示了具有一个恒定直径的一个孔705。为了更好地将冷却流体分散在实际的切削区域上，如图12所示，一个类似的切削镶片800可以具有一个孔805，该孔带有一个流出部分810，该流出部分具有一个内壁812，该内壁在该孔接近顶表面817处是向外逐渐变细的。这个总体上成圆锥形的形状的内壁812通过一个较宽的喷射区域来有效地分散切削流体，由此更有效地冷却该切削区域。以此方式，通过切削操作产生的、传递到该刀夹具上的热量可以被有效地除去，而同时，该冷却流体将用来将该切削区域冷却。

[0063]除了提供用于冷却剂的、延伸穿过该刀夹具的一个孔以外，还有可能选择可以耐高温的一种刀夹具材料。作为一个实例，该刀夹具材料可以是铬镍铁合金、或是提供足够的结构刚度的并且是耐高温的多种其他材料中的任何一种。

[0064]在需要一个干切削操作并且冷却剂不能被引入工件的情况下，如图13所示，有可能提供一个刀夹具850，该刀夹具带有仅部分地沿刀夹具850的长度延伸的一个孔855。被引入孔855之中的冷却剂一旦被加热将不得不与其他冷却流体一起循环。这种循环可以通过将切削镶片800保持在一个升高的位置并且经过孔855喷射冷却流体来完成，然后该冷却流体将由于重力而返回到刀夹具850的相反末端。在替代方式中，例如，如果切削镶片800是该组件中最低的部件，那么冷却流体可能挥发并且流到孔855的相反末端，在那里冷却流体将被冷却并凝结。

[0065]尽管在图13中未示出，但完全有可能将孔855延伸通过刀夹具850的整个长度，并且，另外，引入部分地通过切削镶片800的一个孔，这样被引入孔855之中的任何冷却剂流体也将被引入镶片孔之中，以便为刀夹具850和切削镶片800提供冷却。正像具有部分地延伸通过刀夹具850的孔855的这种安排，具有部分地延伸通过该切削镶片并且与该刀夹具孔相连通的孔855的这种安排将允许该刀夹具的运动来搅动其中的冷却流体，由此更均匀地分布整个刀夹具850和镶片800上的热量以便增强散热。还有可能利用与图13中的镶片800类似的一个镶片来“塞住”延伸通过图10中的刀夹具750的孔。

[0066]将注意力转向图14，切削镶片100具有一个顶表面117和一个侧面120，该侧面与顶表面117相交以限定一个切削刃125并且可以相对于工件10被定向，这样在切削刃125处的该顶表面117与从工件10的轴线15延伸的一条径向线R的相交处形成的前角RA是在-10°与30°之间，优选地是-5°至+15°。在许多情况下，将存在从该切削刃向内延伸的一个台面，并且该台面将是成角的以便将该切削镶片预先布置为有一个正的、中性的或负的前角RA。在这些情况下，前角RA将是该台面的角(前刀面角)与该切削镶片的角定向的一个组合。如图14中所指出的，工件10围绕轴线15在箭头20的方向上旋转。

[0067]将注意力转向图15，切削镶片100还可以相对于进给F的方向被定向，这样在切削刃125处的顶表面117与工件10的轴线15的相交形成小于90°的一个轴向角AA，并且优选地在0°与30°之间。在表中所给出的以下实例展示了利用根据本主题发明的组件的结果。

[0068]带有一个1/2英寸IC的一个圆形镶片以与本主题发明的图9中的安排类似的方式被紧固到一个刀夹具上并且被安装在一个MoriSeiki MT 253机床之中。这个测试在干燥条件下进行。该切削镶片是一种KC8050涂覆的烧结碳化物。KC8050等级是由Kennametal所生产的一个专有等级。该工件是具有大约6英寸的起始直径并且用1040碳钢制成的一块原料。

[0069]表

                实例1          实例2          实例3

表面速度^＊＊＊  252m/min       374m/min       270m/min

进给速率/转     1.0mm/rev      4.0mm/rev      1.0mm/rev

进给速率/分钟   1338mm/min     3820mm/min     688mm/min

切削深度        1.0mm          0.75mm         1.25mm

旋转因数^＊      4x             4x             4x

切除速率        525cm³/min     1122cm³/min    337cm³/min

镶片的寿命^＊＊  (体积)2625cm³  7854cm³        10125cm³

                (时间)5min     7min           30min

^＊在这个值的镶片自旋乘以工件的RPM

^＊＊侧面磨损等于或超过0.015英寸时的时间。

^＊＊＊表面速度保持恒定，这要求当工件直径减小时增加工件的旋转速度。

[0070]到目前为止，已经讨论的是被不可旋转紧固在转轴之中的一种刀夹具，这样该转轴的旋转转化成该刀夹具的旋转，该刀夹具的旋转转化成该切削镶片的旋转。然而，这种安排要求该转轴被旋转。然而，完全有可能利用一个静止的转轴以及一个辅助的驱动机构，如安装在该转轴上的、能够在该静止的转轴之中使该刀夹具旋转的一个发动机。

[0071]图9示出了镶片600的一个实施方案，该镶片具有一个截头圆锥形状的支撑柱630，该支撑柱在一个截头圆锥形的配合孔650中是可匹配的。图18和图19表示具有一个组件的又一个实施方案，该组件包括一个切削镶片1000，该切削镶片具有从中延伸穿过的一条中心轴线105。切削镶片1000包括一个本体1015，该本体具有一个顶表面1017以及一个底表面1019，在它们之间具有至少一个侧面1020。一个切削刃1025位于至少一个侧面1020与顶表面1017的相交处。

[0072]该组件包括一个刀夹具1100，切削镶片1000通过可螺纹接合在刀夹具1100之中的一个安装螺钉1105被安装在该刀夹具上。刀夹具1100被适配为使镶片1000围绕中心轴线105以一个预定的旋转速度进行旋转。此外，镶片1000具有一个截头圆锥形的部分1032，该部分可与刀夹具1100之中的一个截头圆锥形的孔1150匹配。镶片1000的截头圆锥形的部分1032与刀夹具1100的截头圆锥形的孔1150形成一种过盈配合。如图19所示，镶片1000的截头圆锥形的部分1032是镶片1000的侧表面1020，并且镶片1000的底表面1019被适配为抵靠在刀夹具1100的孔1150之中的一个底面1155上。

[0073]如图19所示，底面1155在其中具有一个圆周的空腔1157以便允许孔1150的这些壁1152的径向膨胀。

[0074]再次将注意力转向图19，镶片1000的截头圆锥形的部分1032形成了与中心轴线105(为了清晰起见被移开)的一个角a，该角大于由刀夹具孔1150的壁1152形成的角b。镶片部分1032的角a与孔壁1152的角b之间的差值可以是在0.2°至3.0°之间，并且优选地是1.0°。在一个实施方案中，镶片部分1032的角a是7°，而该孔壁的角b是6°。

[0075]再次将注意力转向图19，与刀夹具面1157相邻的刀夹具1100的外壁1110是凹陷的以便为一个车削操作提供一个间隙。如图19所示，凹陷1160是围绕刀夹具1100的一个圆周倒角。

[0076]与以上说明的跨过工件的重叠宽度切除材料的车削操作相反，通过利用本主题发明的装置，还有可能对一个工件进行机加工以产生螺纹。图16和图17示出了一种安排，由此对该工件进行机加工以形成螺纹。这种成形方式要求镶片的进给速率与工件的旋转之间的紧密同步。被紧固到刀夹具50上的镶片100被定向为使切削镶片100的中心轴线105与工件10的中心线15形成一个角Z。此外，垂直于切削镶片100的中心轴线105的一条线与从工件中心线15延伸的一条径向线R形成了一个后角Y。

[0077]

[0078]在一个实例中，工件10用4140合金钢制成。后角Y是7°并且角Z也是7°。镶片100被定向为垂直于转轴的旋转轴B，该镶片是一个1/2英寸IC圆形镶片。工件10的旋转速度是100RPM，而镶片100的旋转速度是该速度的两倍，或200RPM。镶片100的进给速率等于所希望的螺纹间距，它是每转3英寸。切削深度是0.010英寸。在这些情况下，金属切除速率是6in³/min。

[0079]虽然已详细说明了本发明的具体实施方案，但本领域的技术人员将会认识到可以根据本披露的这些整体的传授内容对这些细节开发出不同的修改和替代。在此说明的目前优选的实施方案仅旨在说明而不是限制本发明的范围，所附权利要求应给出本发明及其所有的等效物的全部范围。

Claims (53)

1.一种组件，包括：

a)一个切削镶片，该切削镶片具有从中延伸穿过的一条中心轴线，其中该镶片包括一个本体，该本体具有：

1)一个顶表面以及一个底表面；

2)在它们之间的至少一个侧面；以及

3)在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃；以及

b)一个刀夹具，该切削镶片被安装在该刀夹具上，其中该刀夹具被适配为使该镶片围绕该中心轴线以一个预定的旋转速度进行旋转。

2.根据权利要求1所述的组件，进一步包括附装到该刀夹具上的一个转轴，其中该转轴使该刀夹具旋转，该刀夹具使该镶片旋转。

3.根据权利要求2所述的组件，其中该转轴被适配为有待附装到能够旋转该转轴的一个机床上。

4.根据权利要求2所述的组件，进一步包括一个转轴驱动器以及与其相关的一个控制器，其中该控制器具有一个闭合环路反馈以监测并且控制该转轴的旋转速度。

5.根据权利要求4所述的组件，其中该控制器被适配为监测并且控制该工件的旋转，这样该工件的速度可以与该转轴的速度直接相关。

6.根据权利要求1所述的组件，其中该切屑镶片被压靠在该刀夹具上以便在该镶片与该刀夹具之间产生一种摩擦连接用来将该刀夹具的旋转传递到该镶片上。

7.根据权利要求1所述的组件，其中该切屑镶片的底表面具有从其上延伸的多个凸起，这些凸起与该刀夹具之中的多个凹陷是可匹配的，以便当该切削镶片被压靠在该可旋转的刀夹具上时在该镶片与该刀夹具之间提供一种强制连接，用来将该切削镶片旋转地紧固到该刀夹具上。

8.根据权利要求7所述的组件，其中该镶片进一步包括在该顶表面上的多个凸起，这些凸起与在该底表面上的这些凸起是相同的，这样该镶片是可翻转的并且可以在两者中的任一位置中被该刀夹具强制地驱动。

9.根据权利要求1所述的组件，进一步包括多个切屑控制凸起，这些凸起从该切削镶片的顶表面和底表面中的至少一个上延伸。

10.根据权利要求1所述的组件，其中该镶片具有用来使该工件成形的一个椭圆的形状，这样使该工件具有一个非圆形的截面。

11.根据权利要求1所述的组件，其中该镶片具有用来使该工件成形的一种多边形的形状。

12.根据权利要求1所述的组件，其中该切削镶片具有至少一个槽口，该槽口围绕该镶片的周边使该切削刃断开，以便为该工件提供一种断续的切削。

13.根据权利要求1所述的组件，进一步包括一个孔，该孔延伸穿过该镶片的中心，其中一个带螺纹的螺钉从中延伸穿过并且与该刀夹具中的一个螺纹孔相配合以便将该镶片紧固到该刀夹具上。

14.根据权利要求1所述的组件，进一步包括从该刀夹具延伸的一个夹头以及延伸穿过该镶片中心的一个孔，其中通过将该夹头紧固在延伸穿过该镶片的孔之中而将该镶片紧固到该刀夹具上。

15.根据权利要求1所述的组件，其中该刀夹具是由一种耐热材料制成的。

16.根据权利要求1所述的组件，其中该切削镶片与该可旋转的杆是一体的。

17.根据权利要求1所述的组件，其中该镶片具有一个截头圆锥形的侧面，该侧面与延伸穿过该刀夹具的一个孔是可匹配的。

18.根据权利要求17所述的组件，其中该镶片的侧面与该刀夹具孔形成了一种摩擦配合。

19.根据权利要求17所述的组件，其中一个孔延伸穿过该镶片的长度以形成一个冷却剂通路。

20.根据权利要求19所述的组件，其中在该镶片的顶部的孔具有一个向上扩展的圆锥形的锥度以便将冷却剂分散到一个工件上。

21.根据权利要求1所述的组件，其中一个孔在该刀夹具之中延伸并且是完全封闭的，并且其中流体部分地填充该孔以使该刀夹具的运动搅动该流体，由此使热量更均匀地分散在整个刀夹具上以增强散热。

22.根据权利要求1所述的组件，其中一个夹头被安装在该刀夹具之中并且该镶片通过该夹头被紧固到该刀夹具上。

23.根据权利要求22所述的组件，其中：

a)该切削镶片本体具有一个孔，该孔沿该中心轴线延伸以限定带有一个内径的内壁；

b)将该夹头与该纵向轴线对齐、不可旋转地紧固在该刀夹具之中并且从该刀夹具伸出，其中该夹头具有一个内螺纹孔以及一个最大的外部的外直径，该外直径小于该镶片孔的最大内径；

c)一个安装螺栓可螺纹紧固在该夹头的内部螺纹孔之中；并且

d)其中该切削镶片被安装在该夹头的外壁上，该夹头的外壁在镶片孔内壁之中延伸并且使该安装螺栓被紧固从而使该夹头外壁膨胀并且紧固在该切削镶片孔的内壁上。

24.根据权利要求23所述的组件，其中该夹头具有一个恒定的外直径以限定一种圆的形状。

25.根据权利要求23所述的组件，其中该夹头的外直径变化以限定一种非圆的形状。

26.根据权利要求25所述的组件，其中该夹头的外直径变化以限定一种椭圆的形状。

27.根据权利要求22所述的组件，其中该夹头被可拆卸地紧固在该刀夹具之中。

28.根据权利要求1所述的组件，其中该刀夹具被不可旋转地安装在一个静止的转轴之中并且该转轴具有一个旋转驱动器以使该刀夹具旋转。

29.通过具有一个本体的一个切削镶片，该本体带有一个顶表面和一个底表面、在它们之间的至少一个侧面、在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃、以及延伸穿过该顶表面和该底表面的一条中心轴线，进行机加工的一种方法包括以下步骤：

a)将该镶片对齐以使该中心轴线与一个旋转工件的纵向轴线形成一个角；

b)使该镶片围绕该镶片的中心轴线以一个预定的速度旋转；并且

c)将该镶片压靠在该工件上以便开始该机加工操作。

30.根据权利要求29所述的方法，其中以大于或等于该工件的旋转速度的一个速度旋转该镶片。

31.根据权利要求29所述的方法，其中使该镶片以一个速度旋转，该速度小于该工件的旋转速度。

32.根据权利要求29所述的方法，其中使该镶片以一个预定的速度旋转。

33.根据权利要求32所述的方法，其中该预定的速度是可变的。

34.根据权利要求32所述的方法，其中该预定的速度是独立于该旋转工件的速度。

35.根据权利要求29所述的方法，其中使该镶片以一个速度旋转，该速度与该旋转工件的速度直接相关。

36.根据权利要求35所述的方法，其中使该镶片以一个速度旋转，该速度与该旋转工件的速度直接成比例。

37.根据权利要求29所述的方法，其中该镶片的中心轴线被定向为不平行于该工件的外表面的一条切线，并且其中在一个旋转方向上驱动该镶片，该旋转方向与该旋转工件要使该镶片旋转的方向相反。

38.根据权利要求29所述的方法，其中该镶片的中心轴线被定向为不平行于该工件的外表面的一条切线，并且其中在与该旋转工件要使该镶片旋转的方向相同的旋转方向上驱动该镶片。

39.根据权利要求29所述的方法，其中该镶片的顶表面是非圆形的并且进一步包括使该切削镶片的旋转与该工件的旋转同步的步骤，以此给予该工件一个非圆形的截面。

40.一种切削镶片，该切削镶片包括一个本体，该本体具有从中延伸穿过的一条中心轴线并且具有：

a)一个顶表面以及一个底表面；

b)在它们之间的至少一个侧面；

c)在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃；以及

d)至少一个凸起，该凸起从该顶表面延伸、从该切削刃向内间隔开以便在该镶片被用在一个车削操作中并且围绕其中心轴线旋转并且被施用在一个旋转工件上时作为多个断屑件起作用。

41.根据权利要求40所述的切削镶片，其中该至少一个凸起包括至少两个凸起，这两个凸起关于该镶片的中心线以等角度间隔开。

42.根据权利要求40所述的切削镶件，其中该切削刃是处于一种圆的形状。

43.一种组件，包括：

a)一个切削镶片，该切削镶片具有从中延伸穿过的一条中心轴线，其中该镶片包括一个本体，该本体具有：

1)一个顶表面以及一个底表面；

2)在它们之间的至少一个侧面；以及

3)在该至少一个侧面与该顶表面的相交处的一个切削刃；

b)一个刀夹具，该切削镶片被安装在该刀夹具上，其中该刀夹具被适配为使该镶片围绕该中心轴线以一个预定的旋转速度旋转；并且

c)其中该镶片具有一个截头圆锥形的部分，该部分与刀夹具之中的一个截头圆锥形的孔是可匹配的。

44.根据权利要求43所述的组件，其中该镶片的截头圆锥形的部分与该刀夹具的截头圆锥形的孔形成了一种过盈配合。

45.根据权利要求43所述的组件，其中该镶片的截头圆锥形的部分是带有一个定位肩台的一个柱，该肩台被适配为抵靠在该刀夹具的面上。

46.根据权利要求43所述的组件，其中该镶片的截头圆锥形的部分是该侧面并且该镶片的底部被适配为抵靠在该刀夹具的孔之中的一个底面上。

47.根据权利要求43所述的组件，其中该孔具有一个底面，该底面在其中具有一个圆周的空腔以允许与该刀夹具的面相邻的孔壁的径向膨胀。

48.根据权利要求43所述的组件，其中该镶片的截头圆锥形的部分与该中心轴线形成了一个角，该角大于由刀夹具孔的壁与该中心轴线形成的角。

49.根据权利要求48所述的组件，其中该镶片部分与该孔壁之间的差值是在0.2与3.0°之间。

50.根据权利要求49所述的组件，其中该差值是大致1.0°。

51.根据权利要求49所述的组件，其中该镶片部分形成了一个7度的角，而该孔壁形成了一个6度的角。

52.根据权利要求43所述的组件，其中与该刀夹具的面相邻的刀夹具的外壁是凹陷的，以便为一个车削操作提供间隙。

53.根据权利要求52所述的组件，其中该凹陷是围绕该刀夹具的一个圆周倒角。

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