CN101918166B - 具有变化螺旋角的端铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主要用于金属工件的粗加工的端铣刀，该端铣刀包括盘绕端铣刀的周边的偶数个主排屑槽(1-4)，所述排屑槽具有相对于端铣刀的轴线相对较小的和相对较大的螺旋角，并且其中非偶数编号的主排屑槽被限定为它们包括相对于轴线的所述相对较小的螺旋角。正好在端面处，沿旋转方向的连续的主排屑槽的周边角之间的距离(a1，a2)在非偶数编号的主排屑槽(1，3)和随后的偶数编号的主排屑槽(2，4)之间比偶数编号的主排屑槽(2，4)和随后的非偶数编号的主排屑槽(1，3)之间的周边角(a2，a4)之间的距离小。为了给端铣刀提供上述特征，上述特征能够更好地防止由于与工件的间断接合而引起的刀具振动，根据本发明，端铣刀的端面处的周边角之间的所有距离是彼此不同的。

Description

具有变化螺旋角的端铣刀

技术领域

本发明涉及一种用于金属工件的粗加工的端铣刀，该端铣刀包括沿端铣刀的周围螺旋状延伸的偶数个主切削刃，所述主切削刃与端铣刀的轴线交替地形成相对较小的螺旋角和相对较大的螺旋角，其中奇数编号的切削刃被限定为与所述轴线形成相对较小的螺旋角的那些切削刃，并且其中，紧接地在端铣刀的前端，奇数编号的主切削刃和沿旋转方向跟随它们的偶数编号的主切削刃之间的周向角距离小于偶数编号的主切削刃和沿旋转方向跟随它们的奇数编号的主切削刃之间的周向角距离。

背景技术

应当注意，“偶数”和“奇数”切削刃的定义是任意选择的，这意味着术语“偶数编号的”和“奇数编号的”在整个权利要求和说明书中也可以互换。作为替代方案，也定义第一和第二组主切削刃。此外，绕周边回转表面螺旋状延伸的端铣刀的切削刃称为主切削刃，而位于前端且在大体上垂直于端铣刀的轴线的平面中延伸的可任选的切削刃称为辅助切削刃。

从文献DE 3706282已知一种对应的铣刀。这个文献描述了具有偶数个主切削刃的端铣刀，该偶数个主切削刃在垂直于端铣刀的轴线的至少一个平面中具有离开彼此的相同周向距离。

基于连续切削刃之间的不同周向距离的这种铣刀的目的一方面在于防止铣刀与工件的间断接合引起振动或可能的共振，并且另一方面，对应的铣刀也应当相对容易制造，而没有太多的麻烦。最后，重要的是，在铣削期间存在的载荷并且因此磨损尽可能均匀地分布到所有的切削刃。

前述文献DE 3706282特别涉及如先前从现有技术已知的允许较容易制造的铣刀的构造。

然而，文献DE 3706282承认，在至少一个平面中，所有四个切削刃的周向角距离是相同的，其中必须考虑，总之由于不同螺旋角之间的相对轻微的差异，邻接对应轴向平面的区域也仍然基本上满足以下条件：那里的切削刃沿周向具有大体上相同距离。这个区域变得越大，主切削刃的不同螺旋角相差越小。此外，主切削刃之间的相等的两对角距离出现在这个现有技术的端铣刀的前端。

这可能导致铣刀的振动不可被阻止到像不同的切削刃距离固有预期的程度。

发明内容

因此，本发明的目的是生产具有上述特征的端铣刀，该端铣刀能够更好地防止由与工件的间断接合而引起的刀具的振动。

对于这种端铣刀，由于铣刀的前端处的所有周向角距离彼此不同，因此实现了这个目标。

通过避免端铣刀的前端处的对应的成对的周向角距离相同，并且考虑另外的条件：主切削刃与端铣刀的轴线交替地形成相对较小螺旋角和相对较大螺旋角，可以防止以下情况：在任意轴向位置，在垂直于端铣刀的轴线的任何平面中，相邻接的主切削刃之间的所有周向角距离是相同的。这进一步减小可能的振动的危险。

因此，本发明的实施例是特别优选的，其中端铣刀的前端处的周向角距离和不同的螺旋角被选择成使得：沿着主切削刃的另外的轴向路线，从前端向着安装端，周向角距离处处(即，在任何轴向位置)取至少两个不同的值。此外，本发明的构造是优选的，其中端铣刀的前端处的周向角距离和不同螺旋角被选择成使得：仅在总共三个不同轴向位置中，至少两个周向角距离是相同的，并且在所有的其他轴向位置中，所有周向角距离是彼此不同的。这样，周向角距离中的仅两个是相同的区域被减小到最小。在优选近似对应于主切削刃的前端和后端之间轴向中心位置的这个位置中，两个周向角距离可具有在它们之中相同的第一值，并且两个另外的周向角距离可具有不同于所述第一值的第二值，但第二值在这两个另外的周向角距离之中仍然是相同的。

因此，尽管在这个单个轴向位置中，第一对周向角距离和第二对周向角距离中的每一对显示相同的值，但这些值在所述两对之间是不同的。这样，即使在不同的周向角距离的数量处于最小值且数量可能仅是二的这个轴向区域中，仍然显著防止共振情况的出现。

这也使得对应的铣刀不仅适于粗加工，而且甚至适于精加工或修光加工，其中在修光加工(smoothing)的情况下，由于较小切屑厚度，作用在主切削刃上的力无论如何是较小的。

在相应的一对周向角距离是相同的位置中，本发明的构造是优选的，其中这些相同的周向角距离是相应的相邻接的周向角距离。

此外，本发明的构造是优选的，其中奇数编号的主切削刃的螺旋角处于35°到39°之间的范围内，且特别是大约37°，并且偶数编号的主切削刃的螺旋角处于38°到42°之间的范围内，且特别是大约40°。螺旋角之间的差应当优选为大约3°并且可以在例如1°到例如8°之间变动，其中，然而，主要在可利用的轴向主切削刃长度在任何情况下都小于直径的两倍且特别地小于直径的1.5倍的轴向很短的铣刀的情况下，这种较大的螺旋角差将显得合理，这是因为否则相邻接的主切削刃之间的周向角距离将大大地不同，而这在连续供给的情况下将导致非常强烈地不同的切削刃载荷。

根据优选实施例，有助于稳定和防止振动的另外措施是：芯的直径从前端向着安装端连续增大。相应地，芯的周围或包络面因此可以例如大体上为圆锥体的形式，该圆锥体的锥角(相对于轴线测量到的)在1°到16°之间，特别是在1°到4°之间。

对于粗加工，另外方便的是，主切削刃和铣刀的刀杆的相邻接的间隙表面具有沿轴向变化的轮廓。这种变化的轮廓可以例如在轴向截面中限定出波浪形轮廓或齿形轮廓。特别地，具有交替的较陡和较不陡的侧面的不对称的轮廓是优选的。在切削刃的路线中，这种轮廓为较好的切屑断裂而提供，并且因此可减小作用在切削刃上的力。此外，作为粗加工的结果，这种不对称的轮廓也产生工件的更加平滑的表面。

此外，至少关于具有不同的但恒定的螺旋角的铣刀，优选的是，将本发明限制到可利用的轴向切削刃长度小于铣刀的公称直径的两倍的铣刀。大体上，本发明当然也可以应用于轴向较长的铣削刀具；然而，在这种情况下，螺旋角的差必须减小(例如，减小到1°-2°)，或者必须承认周向角距离沿可利用的切削刃长度变化相当强烈，这导致局部地非常不同的切削载荷。

然而，如果螺旋角之间的差减小太多，则难以避免周向角距离仍然近似相同的较大的轴向区域。

然而，本发明的原理也可以应用于切削部分具有较大轴向长度的铣刀，即通过：当从铣刀的前端出发时，在达到对应于例如铣刀的直径的1.5或2倍的特定轴向位置时，交换奇数编号的和偶数编号的切削刃的角色。这意味着在所述轴向位置之后，偶数编号的切削刃包括相对较小的螺旋角，且奇数编号的切削刃包括相对较大的螺旋角，而这继而产生沿切削刃另外的轴向路线在切削刃之间的角距离上相反的变化。这种改变可以按照期望连续重复。特别地，甚至可以对较短长度的铣刀希望这种改变，即，一旦螺旋角的差相当大，诸如6°到10°，就导致切削刃之间的角距离随着轴向位置的改变而快速地改变，其中具有较小和较大的轴向螺旋角的奇数和偶数编号的切削刃之间的交换可以在离前边缘对应于例如仅有铣刀的直径或直径的一半的更加短的轴向距离处是合适的。

根据一个实施例，存在通过切削角部连接的与所述主切削刃的每一个相关联的前端的辅助切削刃，该切削角部可以被圆化或被斜切。这些辅助切削刃大体上沿着径向，即从周边向着铣刀的轴线在前表面上延伸，其中所述辅助切削刃的至少一个可以延伸到轴线。

本发明的实施例是特别优选的，其中铣刀精确地包括四个切削刃，其中“a_n”(n＝1，…4)指定的是形成在切削刃(n模4)和连续的切削刃(n+1模4)之间的角，其中以下关系适用：a₁＜a₃＜a₄＜a₂。如果奇数编号的切削刃的螺旋角和偶数编号的切削刃的螺旋角各自相同，但在偶数编号的和奇数编号的切削刃之间分别不同并且相差例如3°，则实现：近似在轴向中心位置(相对于可利用的轴向切削刃长度)的区域中，具有四个切削刃的铣刀的周向角距离a_n满足条件88°＜a₁＝a₄＜89.5°和90.5°＜a₂＝a₃＜92°。

当然，这些条件也可以满足，而不需要奇数编号的和偶数编号的切削刃的螺旋角各自成对相同且相差一定角度值。

在轴向后端，即邻近铣刀的安装端面向的可利用切削刃长度的那个端部，根据本实施例的周向角距离应当满足条件：a₄＜a₂＜a₁＜a₃。

特别地，例如通过在轴向中心位置中将周向角距离a₁和a₄各设置到89°且将周向角距离a₂和a₃各设置到91°，这可以实现。此外，根据优选实施例，奇数编号的切削刃的螺旋角α可被选择成为37°，并且偶数编号的切削刃的螺旋角β可被选择成为40°。这意味着在沿向着前端的方向离开这个中心位置的轴向距离D(其中D是刀具的直径)中，周向角距离a₁，a₂，a₃和a₄以这个顺序分别取值79.2°；100.8°；81.2°和98.8°，而沿向着安装端的方向在距离D处，它们将以同样的顺序取值98.8°；81.2°；100.8°和79.2°。此外，在离中心位置对应于直径的大约1/5的较小的轴向距离处，沿向着前端的方向，周向角距离a₃和a₄将取相同的值(90°)，而a₁和a₂这里将不同，并且此外a₁将不同于a₂，而在沿轴端部的方向离中心位置的相同距离处，周向角距离a₁和a₂变得相同(各90°)，而周向角距离a₃和a₄不等于90°并且也彼此不同。

在任何其他轴向位置中，全部四个周向角距离a₁，a₂，a₃和a₄彼此不同。

减小典型地作为对铣削操作的间断冲击的作用在切削刃上的力的另外措施在本发明的一个实施例中提供主切削刃和连结板(web)的相邻后隙面(relief surface)的轮廓，该轮廓沿轴向变化并且当在轴向截面中看时可以例如具有波浪形轮廓或齿形轮廓的形状。这种轮廓导致沿切削刃产生的切屑的分离，该切屑因此变得较窄并且如果提供相邻切削刃的对应轮廓，则还可具有沿它们的宽度变化的厚度，这也导致切屑的改善的断裂。特别地，一个连结板或切削刃的轮廓的波峰可以轴向移位相邻的波峰之间的轴向距离的一半。作为替代，这种偏移(总是沿相同方向测量)可以是上面限定的波长的三分之一或四分之一。由于这种措施，因此可以避免工件的所铣削的表面包括与切削刃相同的波形或齿形，这是由于可能已经被所述切削刃的一个留下的任何凸起或隆起将被另外切削刃的下一个跟随的或任何切削刃切削掉。因此，尽管单个切削刃的这种波浪形，但是即使以大的进给值(或分别以厚的切屑)进行粗加工的情况下也可以实现工件的非常平滑的表面，这甚至与改善的碎屑力和改善的刀具寿命无关地可具有比通过现有技术端铣刀制备的工件更好的质量。这主要由于以下的本发明的各种特征：强烈减小任何振动倾向并提供在时间上被更好地平均作用在端铣刀的切削刃上的力的变化的分布。

附图说明

根据优选实施例和对应的附图的以下描述，使得本发明的另外优点、特征和可能的实施变得显而易见，其中：

图1示出侧视图；

图2到4示出三个不同的横截面；并且

图5示出展开到一个平面中的铣刀的周边。

具体实施方式

参考图1，在平面图中示出了端铣刀，该端铣刀包括安装端1和切削部分2。切削部分2包括排屑槽3和中间的切削图4，每个中间切削图限定出螺旋状圆形切削刃5。沿螺旋线围绕铣刀的轴线10延伸的这些切削刃分别示出相对于轴线10的不同倾斜角α和β。在都涉及同一个实施例的图2到5中，示出了穿过切削部分2且相对于轴线10垂直的不同截面，而在图5中，铣刀的外表面，或者更确切地说，仅其切削刃5被示出为展开到一个平面中。图2中示出的截面的位置对应于图1中的截面线Ⅱ-Ⅱ，而图3中示出的截面对应于图1中的截面线Ⅲ-Ⅲ，且图4中示出的截面对应于图1中的截面线Ⅳ-Ⅳ。

在此使用的术语“前”、“后”(或其同义词“向后”)和“中心”指的是沿铣刀的切削部分2的轴向位置，其中在图1中可见的切削部分的自由的下端对应于“前”位置。

在图5中，切削刃5被示出为展开到一个平面中。为了更好地区别根据图1的铣刀的各个切削刃，这些切削刃的每一个分别设置有索引并且表示为5₁、5₂、5₃和5₄，其中登记在左手侧显示切削刃5₁，该切削刃5₁在360°展开周边时在图5的最右端再次重复。如将被理解的，切削刃5₁到5₄清楚地示出不同的倾斜，其中为四个切削刃5₁到5₄设置了仅两个不同的倾斜，其中具有奇数索引(即5₁和5₃)的切削刃包括相对于轴线10的大约37°的角度，而具有偶数索引的切削刃，即切削刃5₂和5₄包括相对于轴线10的大约40°的角度。如图5中清楚可见的，这必然导致如下事实：对应于图5中的各个线或切削刃5₁到5₄之间的水平距离的相邻的切削刃5之间的周边距离沿着切削部分2的轴向变化(这意味着取决于图5中的竖直位置)。

在图5中再次示出来自图1的截面线Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅵ的位置。切削刃5₁到5₄围绕铣刀的周边分布，使得不管任何特别截面的位置如何，相邻的切削刃5之间的角距离a₁到a₄将总是具有至少两个且通常甚至四个不同的值。沿轴向位置变化的所述角距离之间的差在大约在切削部分2的轴向中心的截面Ⅲ-Ⅲ中是最小的，其中切削刃5₁和5₂之间和切削刃5₄和5₁之间的角距离都具有相同值，并且切削刃5₂和5₃之间的角距离等于切削刃5₃和5₄之间的角距离，并且此外，不同的角距离a₁和a₂以及a₃和a₄仅相差2°。然后，向着到前端(即向着截面Ⅱ-Ⅱ)的方向和到后端的方向(即向着截面Ⅳ-Ⅳ的方向)的方向，角距离之间的所述差增加，而同时此外，相邻的切削刃a₁到a₄之间的所有四个角距离在大多数轴向位置是彼此不同的。

这可以容易从图5得到，在图5中，角距离由a₁到a₄指定。如将被理解的，角距离a₁当从尖端或前端出发并且向着后端返回时(即从前端截面Ⅱ-Ⅱ的位置到后截面Ⅳ-Ⅳ时)从79.2°增加到98.8°，并且角距离a₃也以类似的方式从81.2°增加到100.8°，这意味着前述两个角距离a₁和a₃总是相差大约2°。相比之下，角距离a₂当从截面Ⅱ开始并且走向截面Ⅳ时从100.8°连续地减小到81.2°，而角距离a₄从98.8°减小到79.2°，这意味着角距离a₂和a₄也总是相差大约2°，而同时相对于角距离a₁和a₃的差是变化的。在截面Ⅱ和Ⅲ之间且更接近截面Ⅲ，仅存在一个轴向位置，在该轴向位置中，所述角距离中的两个，即a₃和a₄，可取90°的相同值，而在同一个轴向位置中，角距离a₁和a₂彼此不同并且也不同于距离a₃和a₄，并且可以例如分别取88°和92°的值。

在截面Ⅲ的轴向后方并且向着截面Ⅳ，然后更靠近截面Ⅲ，再次存在一个单个轴向位置，在该轴向位置中，角距离中的两个，即a₁和a₂取90°的相同值，而剩余的角距离a₃和a₄的相同轴向位置与其不同并且也彼此不同，并且可以例如分别取92°和88°的值。

因此，可以看到，在每一个轴向位置，切削刃之间存在至少两个不同的角距离，并且仅存在两个特别的轴向位置，在该两个特别轴向位置中，所述角距离中的两个是相同的，而在中心轴向位置中，存在相同的两对距离。这也可从根据图2到4的剖视图认识到，其中，如已经参考图5论述的，四个角距离a₁到a₄在如图3中示出的(中心)截面彼此最接近。在前部，即在截面Ⅱ中，所述角距离a₁和a₃均小于角距离a₂和a₄，但也彼此不同，这也以对应的方式适用于较大的角距离a₂和a₄。在如图4中示出的横截面Ⅳ中，相应的关系被颠倒过来，并且在这种情况下，角距离a₁和a₃各大于角距离a₂和a₄，然而，它们也仍然彼此不同。

根据本发明的端铣刀具有垂直于轴线10的主进给方向，其中切削刃5₁到5₄以间断的方式接合工件。然而，由于不同的角距离a₁到a₄，彼此连续的相邻的切削刃的接合之间的相应时间段也各不相同，其中此外，切削刃处的相应接合点也将因此变化，这是由于切削刃5₁到5₄的螺旋路线，沿旋转方向前导的部分，即靠近铣刀的前端的部分首先接合工件，并且此后在其后面轴向且周向上跟随的部分接合工件。结果，在其他情况下可能由于铣刀的切削刃的间断接合而容易地发生的任何共振和振动被避免，这是由于：一方面与前述或跟随的切削刃相比，两个接连的切削刃将具有相对彼此不同的角距离或周边距离，并且此外，这个角距离甚至沿相邻的切削刃的长度变化。

此外，如特别地基于图1可看到的，切削刃是波浪形的或具有齿形轮廓，导致有效的切屑断裂，使得产生的切屑相对小并且在铣刀上不施加任何显著的作用。在这种情况下，特别合适的是，相邻的连结板4上的相应的突起和凹口不出现在相同(轴向)高度上，而是偏移，使得紧密相邻的切削连结板4或沿直径方向相对的切削连结板4显示相对彼此偏移的结构，使得所述连结板中的一个的波峰与其他(相邻或沿直径方向相对的)连结板(Stege)4的波谷出现在相同轴向位置。因此，尽管如图1中示出的连结板4和切削刃5的这种波浪形结构，但在工件上仍可获得平滑的表面。

由于根据本发明的铣刀的强烈减小的振动倾向，本发明实现很好的碎屑性能，这意味着短时间内的大量切屑，而同时提供铣削表面的良好质量和切削刃的改善的寿命，这由于连结板和切削刃的波浪形结构而进一步得到了支持和改善。

Claims (15)

1.端铣刀，所述端铣刀包括沿所述端铣刀的周围螺旋状延伸的偶数个主切削刃（5₁，5₂，5₃，5₄），所述偶数个主切削刃交替地具有相对于所述端铣刀的轴线（10）相对较小的螺旋角（α）和相对较大的螺旋角（β），奇数编号的主切削刃由与所述轴线形成所述相对较小的螺旋角（α）限定，并且其中，紧接在前端处，在旋转方向上彼此跟随的所述偶数个主切削刃的在所述奇数编号的主切削刃（5₁，5₃）与连续的偶数编号的主切削刃（5₂，5₄）之间的周向角距离a₁，a₃小于所述偶数编号的主切削刃（5₂，5₄）与所述连续的奇数编号的主切削刃（5₃，5₁）之间的所述周向角距离a₂，a₄，其中在所述端铣刀的前端处的所有周向角距离a_n是彼此不同的，其中n=1，2，3，4，并且所述不同螺旋角（α，β）和在所述端铣刀的前端处的所述偶数个主切削刃之间的所述周向角距离a_n被选择成使得：沿着所述偶数个主切削刃的另外的轴向路线，在每个轴向位置处的所述偶数个主切削刃之间的所述周向角距离取至少两个不同的值，

其特征在于，所述不同的螺旋角和在所述端铣刀的前端处的所述偶数个主切削刃之间的所述周向角距离a_n被选择成使得：在总共三个不同轴向位置中，至少两个周向角距离是相同的，而在所有的其他位置中，所有周向角距离是彼此不同的。

2.根据权利要求1所述的端铣刀，其特征在于，前端的辅助切削刃与所述偶数个主切削刃中的每一个相关联，其通过被圆化或斜切的切削角部联接。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的端铣刀，其特征在于，在近似对应于所述偶数个主切削刃的前端与后端之间的轴向中心位置的轴向位置中，两个周向角距离具有在它们之中相同的第一值，并且两个另外的周向角距离具有在它们之间相同的第二值。

4.根据权利要求3所述的端铣刀，其特征在于，相同的周向角距离是相应的相邻接的周向角距离。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的端铣刀，其特征在于，所述奇数编号的主切削刃的螺旋角（α）处于35°到39°之间的范围内，并且所述偶数编号的主切削刃的螺旋角（β）处于38°到42°之间的范围内。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的端铣刀，其特征在于，所述端铣刀的芯的直径从所述前端向着安装端连续地增大。

7.根据权利要求1所述的端铣刀，其特征在于，所述偶数个主切削刃（5₁，5₂，5₃，5₄）和连结板（4）的相邻接的间隙表面具有在轴向方向上变化的轮廓。

8.根据权利要求7所述的端铣刀，其特征在于，在轴向截面中，所述轮廓是波浪形轮廓或齿形轮廓。

9.根据权利要求7或8所述的端铣刀，其特征在于，所述轮廓是具有交替的较陡和较不陡的侧面的不对称的轮廓。

10.根据权利要求1或2中任一项所述的端铣刀，其特征在于，可利用的轴向切削刃长度小于所述端铣刀的公称直径的两倍。

11.根据权利要求1或2中任一项所述的端铣刀，其特征在于，当从所述前端出发时，在达到预定轴向位置之后，所述螺旋角通过在所述奇数编号的主切削刃和偶数编号的主切削刃之间交换所述相对较小的螺旋角和相对较大的螺旋角而改变。

12.根据权利要求1到2中任一项所述的端铣刀，其确切地包括四个切削刃，其中a_n在切削刃（5_n）和下一个跟随的切削刃（5_n+1模4）之间形成所述周向角距离，其中在所述端铣刀的所述前端，其中n=1，2，3，4，以下条件适用：a₁<a₃<a₄<a₂。

13.根据权利要求12所述的端铣刀，其特征在于，近似在轴向中心位置的区域中，具有四个切削刃的铣刀的所述周向角距离满足以下条件：88°<a₁=a₄<89.5°和90.5°<a₂=a₃<92°。

14.根据权利要求1或2中任何一项所述的端铣刀，其特征在于，在可利用的主切削刃长度的轴向后端，所述周向角距离a_n满足以下条件：a₄<a₂<a₁<a₃。

15.根据权利要求1或2中任何一项所述的端铣刀，其特征在于，所述端铣刀为用于金属工件的粗加工的端铣刀。

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