CN102006959B - 刀具、刀具本体及切削头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于旋转切削加工的刀具，该刀具包括刀具本体(10)以及能够可拆卸地附接至该刀具本体的可更换切削头(30)。所述切削头具有可容纳在刀具本体的两个轴向突出联接支腿(13a、13b)之间的空间内的联接部分。柱形内夹紧表面(15a、15b)布置在所述空间内并被设计成与所述切削头的对应柱形外夹紧表面(35a、35b)接合。所述切削头的夹紧表面和所述刀具本体的夹紧表面被设定尺寸为通过互相接合来防止在所述切削头附接至所述刀具本体时，所述切削头在轴向方向上远离所述刀具本体移位。本发明还涉及一种被包括在这种刀具中的刀具本体和切削头。

Description

刀具、刀具本体及切削头
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于旋转切削加工的刀具，该刀具具有刀具本体以及能够可拆卸地附接至刀具本体的可更换切削头。本发明还涉及一种被包括在这种刀具中的刀具本体和切削头。
背景技术
根据权利要求1的前序部分的刀具早先可从US 5 988 953 A和US 5971 673 A获知。在这种已知的刀具中，刀具本体和切削头的相互夹紧表面为锥形，且在分别朝向切削头和刀具本体的后端方向上变宽，从而实现刀具本体与切削头之间在轴向方向上的强制锁定(positivelocking)。这种强制锁定例如在从用刀具钻出的孔中将刀具拉出时，防止切削头在轴向方向上远离刀具本体移位。这些锥形夹紧表面的不利之处在于对这些表面的公差要求很高，而且通过机械加工来实现这些公差要求很麻烦。
发明内容
本发明的目的是通过引入一种新型且优选的设计来实现上述类型的刀具。
根据本发明，通过具有权利要求1限定的特征的刀具来实现所述目的。
在根据本发明的刀具中，通过刀具本体的内夹紧表面与切削头的对应外夹紧表面之间的相互接合来防止切削头在轴向方向上远离刀具本体移位，且刀具本体的夹紧表面为柱形并平行于刀具本体的中心轴线延伸，并且切削头的夹紧表面也为柱形，平行于切削头的中心轴线延伸，并具有比所述内夹紧表面的半径更大的半径。切削头的柱形外夹紧表面和刀具本体的柱形内夹紧表面被设定尺寸为通过互相接合来防止在切削头附接至刀具本体时切削头在轴向方向上远离刀具本体移位。因此，通过这些柱形夹紧表面来防止切削头在轴向方向上远离刀具本体滑动，且在轴向方向上从用刀具钻出的孔中拉出刀具本体时，切削头被这些柱形夹紧表面迫使跟随刀具本体。利用根据本发明的解决方案，实现了切削头与刀具本体的轴向锁定，而不需要刀具本体和切削头的相互夹紧表面上的任何锥形截面或者以任何其他方式实现的轴向方向上的任何强制锁定。由此，针对刀具本体和切削头的制造，能赋予刀具本体的联接部分和切削头的联接部分简单而有利的形状。由于刀具本体的夹紧表面为柱形并平行于刀具本体的中心轴线，故通过对准备用于形成刀具本体的坯料的机械加工来获得这些夹紧表面变得更容易，而且由于切削头的夹紧表面为柱形并平行于切削头的中心轴线，故通过对准备用于形成切削头的坯料的机械加工来获得这些夹紧表面也变得更容易。
根据本发明的优选实施例，各个联接支腿的止挡表面平行于刀具本体的中心轴线延伸，且切削头的对应的止挡表面平行于切削头的中心轴线延伸。通过使得刀具本体的止挡表面平行于刀具本体的中心轴线，通过对准备用于形成刀具本体的坯料的机械加工来获得这些止挡表面变得更容易，而且通过使得切削头的止挡表面平行于切削头的中心轴线，通过对准备用于形成切削头的坯料的机械加工来获得这些止挡表面也变得更容易。
根据本发明的另一优选实施例，刀具本体的联接部分的内夹紧表面在联接支腿的止挡表面的高度上被布置在各个联接支腿的内侧上，而切削头的联接部分的外夹紧表面被布置在切削头止挡表面的高度上。因此，能给予刀具本体的联接部分以及切削头的联接部分在轴向方向上延伸部相对较短的相对紧凑的设计。
从从属权利要求和以下描述中，根据本发明的刀具的其他优选特征将变得显而易见。
本发明还涉及具有权利要求6限定的特征的刀具本体以及具有权利要求10限定的特征的切削头。
从从属权利要求和以下描述中，根据本发明的刀具本体以及根据本发明的切削头的其他优选特征将变得显而易见。
附图说明
下面参照附图通过实施例示例更详细地描述本发明。
附图中：
图1是包括在根据本发明实施例的螺旋钻形式刀具中的切削头和刀具本体的透视图，其中，切削头和刀具本体彼此分开示出，
图2是与图1相对应的透视图，但其中切削头附接至刀具本体，
图3是根据图2的刀具的侧视图，
图4是根据图2的刀具的前部的透视图，
图5是被包括在根据图2的刀具中的刀具本体的前部的第一旋转位置时的侧视图，
图6是刀具本体前部的第二旋转位置时的侧视图，
图7是刀具本体前部的透视图，
图8是从被包括在根据图2的切削头的前面看的透视图，
图9是切削头的侧视图，
图10是从切削头的后面看的透视图，
图11是沿图3中的线XI-XI截取的横截面，其中，示出了处于接合位置的切削头，并且
图12是图11的横截面，其中，示出了处于自由位置的切削头。
具体实施方式
本发明的刀具1将要旋转，用于工件的切削加工。在所示示例中，刀具被设计成螺旋钻，但也可将本发明的刀具设计成用于旋转切削加工的另一种刀具，例如铣刀或类似刀具。
用于加工的刀具1的意图旋转方向在图2、图4以及图11-12中以箭头R标示。下文中将此旋转方向命名为“旋转加工方向”，且因此构成使得刀具将要旋转以实现优选为金属的工件的切削加工的方向。可供选择地，工件能旋转，而刀具保持不动。
刀具1包括刀具本体10以及能够可拆卸附接至刀具本体的可更换切削头30。
切削头30形成在一块合适的硬质合金中，亦即，由压制或注射成型的硬质合金制成。“硬质合金”此处指的是与粘结金属如Co或Ni烧结在一起的WC、TiC、TaC、NbC等。切削端优选地例如至少部分地涂覆有Al2O3、TiN和/或TiCN层。在某些情况下，合适的是通过钎焊来附接由超硬材料，如CBN或PCD制成的切削刃。同样，刀具本体10由优选为钢或其他适用的金属材料制成为一体件。
刀具本体10从横截面上看为对称设计。刀具本体10在其后端具有附接部分11，刀具本体经由该附接部分附接至钻床或其他适用类型的加工机器的夹盘或类似部件。刀具本体在其前端具有用于容纳切削头的对应联接部分32的联接部分12。从图5至图7可见，刀具本体的联接部分12设有两个联接支腿13a、13b，这两个联接支腿在刀具本体的轴向方向上突出，并布置在刀具本体的中心轴线C1的相对侧上。在联接支腿13a、13b之间具有用于容纳切削头的联接部分32的空间14。内夹紧表面15a、15b布置在此空间14内。这些内夹紧表面被设计成与切削头联接部分的对应外夹紧表面35a、35b(参见图8至图12)接合(下面将作详细描述)。在列举的示例中，这些夹紧表面15a、15b的数量为两个。
各个联接支腿13a、13b设有表面16a、16b，本文将其称作止挡表面，该止挡表面被设计成抵靠切削头联接部分的对应止挡表面36a、36b(参见图8至图12)，从而在刀具于其旋转加工方向R上旋转期间将扭矩从刀具本体传递至切削头。刀具本体联接部分的内夹紧表面15a、15b于联接支腿的止挡表面16a、16b的高度上适当地分别布置在联接支腿13a、13b的内侧上，如图6和图7所示。
在各个联接支腿13a 13b中，联接支腿的止挡表面16a、16b与垂直于刀具本体的中心轴线C1而延伸的支撑表面17a、17b接壤。这些支撑表面17a、17b中的每一个被设计成邻接切削头的联接部分的对应支撑表面37a、37b(参见图9和图10)，从而在切削头30被压靠于工件时传送轴向力。刀具本体的联接部分12的各个止挡表面16a、16b与刀具本体的中心轴线C1平行，且止挡表面16a、16b因此垂直于与其接壤的支撑表面17a、17b而延伸。
刀具的可更换切削头30的其他细节在图8至图10中示出。切削头从横截面上看为对称设计。切削头在其前端具有传统形式的切削部分40，该切削部分包括在切削头的径向上延伸的至少一个切削刃41。在列举的示例中，切削头30设有两个切削刃41。在各个切削刃41的后面，如切削头的旋转加工方向R所示，布置有间隙表面42。在列举的示例中，冷却剂通道43开口于各个间隙表面42中。各个冷却剂通道43在其另一端开口于切削头下侧上的底面44。切削头30附接至刀具本体10时，各个冷却剂通道43连接至对应的冷却剂通道23，该对应的冷却剂通道延伸经过刀具本体，并开口于刀具本体的联接支腿13a、13b之间的空间14的底面24(参见图7)。空间14的底面24与刀具本体的支撑表面17a、17b之间在轴向方向上的距离适当地稍大于切削头30的底面44与切削头的支撑表面37a、37b之间在轴向方向上的距离，从而，当切削头的支撑表面37a、37b抵靠刀具本体的支撑表面17a、17b时，这些底面24、44之间存在小间隙，如图4所示。
被设计成与刀具本体的联接部分12接合并可容纳在刀具本体联接部分的联接支腿13a、13b之间的空间14内的上述联接部分32位于切削部分40的下面。外夹紧表面35a、35b在切削头中心轴线的任一侧上被布置在切削头的联接部分32上。在列举的示例中，这些夹紧表面35a、35b的数量为两个。切削头的外夹紧表面35a、35b被设计成与刀具本体的联接部分12的空间14内的对应内夹紧表面15a、15b接合。此外，切削头的联接部分32设有布置在切削头中心轴线的相对侧上的两个止挡表面36a、36b，每个止挡表面设计成抵靠刀具本体联接部分的其中一个联接支腿13a、13b的止挡表面16a、16b。切削头的联接部分的外夹紧表面35a、35b适当地布置在切削头的止挡表面36a、36b的高度上，如图8至图10所示。
切削头的各个止挡表面36a、36b与垂直于切削头的中心轴线延伸的支撑表面37a、37b接壤。这些支撑表面37a、37b设计成抵靠刀具本体联接部分的对应支撑表面17a、17b。各个止挡表面36a、36b平行于切削头的中心轴线，且止挡表面36a、36b因此垂直于与其接壤的支撑表面37a、37b而延伸。
切削头的联接部分32可在刀具本体的联接部分12的空间14内围绕切削头的中心轴线在自由位置(参见图12)与接合位置(参见图11)之间来回转动：
-在自由位置上，切削头的联接部分的止挡表面36a、36b不抵靠联接支腿13a、13b的对应止挡表面16a、16b，且切削头的夹紧表面35a、35不与刀具本体的对应夹紧表面15a、15b保持接合；
-在接合位置上，切削头的联接部分的止挡表面36a、36b抵靠联接支腿13a、13b的对应止挡表面16a、16b，且切削头的夹紧表面35ba、35b与刀具本体的对应夹紧表面15a、15b保持接合。
当切削头30处于所述自由位置时，切削头能在轴向方向上远离刀具本体10移动，并能移出刀具本体的联接支腿13a、13b之间的空间14。当切削头30处于所述接合位置时，切削头被锁定至刀具本体10，且刀具1准备好加工工件。利用与切削头暂时接合的这种类似钥匙形式的器具来实现切削头30在自由位置与接合位置之间或接合位置与自由位置之间的转动。
刀具本体的联接部分12的内夹紧表面15a、15b为柱形，并布置为平行于所述刀具本体的中心轴线C1延伸。切削头的联接部分的对应外夹紧表面35a、35b为柱形，并布置为平行于切削头的中心轴线延伸。切削头的这些柱形外夹紧表面35a、35b的半径优选地比刀具本体的柱形内夹紧表面15a、15b的半径稍稍大1％至3％之间，从而，当切削头的联接部分32从自由位置转动至接合位置时，联接支腿13a、13b在径向上产生一定的弹性偏转。由此，实现夹紧表面之间的稳定的相互夹紧。切削头的柱形外夹紧表面35a、35b和刀具本体的柱形内夹紧表面15a、15b被设定尺寸为通过互相接合来防止在切削头附接至刀具本体10时切削头在轴向方向上远离刀具本体移位。切削头30和刀具本体没有轴向作用的保持装置，该轴向作用的保持装置通过相互强制锁定防止在切削头30附接至刀具本体时切削头在轴向方向上远离刀具本体10移位。在根据本发明的刀具1中，利用相互协作的止挡表面16a、16b、36a以及36b之间的摩擦力提供的辅助作用来实现相互协作的夹紧表面15a、15b、35a以及35b的这种保持。
刀具本体的各个止挡表面16a、16b适当布置，使得其在不与刀具本体的中心轴线C1交叉的平面内延伸，在这种情况下，切削头的对应止挡表面36a、36b因此在不与切削头的中心轴线交叉的平面内延伸。如刀具本体10和切削头30的横截面所示(参见图11)，刀具本体的各个止挡表面16a、16b与切削头的对应止挡表面36a、36b之间的接触线L1a、L1b在这种情况下相对于与刀具本体的中心轴线C1相交的线L2以及接触线L1a、L1b的径向端点Pa、Pb以一定角度延伸，各条接触线L1a、L1b与线L2之间的距离在朝向刀具中心的方向上递增。各条接触线L1a、L1b从其径向端点Pa、Pb起在刀具的意图旋转加工方向R上相对于线L2向前倾斜。这使得通过止挡表面36a、36b、16a和16b，切削头30将在工件的加工过程中对朝向刀具中心定向的刀具本体的联接支腿13a、13b施加作用力，这又使得联接支腿的内夹紧表面15a被压靠于切削头的对应外夹紧表面35a、35b。借此，促进这些夹紧表面之间的相互保持。线L2与各条接触线L1a、L1b之间的夹角适当地处于10°至30°之间。
两个容屑槽18布置在刀具本体的外侧上，并沿刀具本体10从附接部分11附近的区域彼此在直径方向上相对地优选呈螺旋形延伸，直至联接部分12。每个容屑槽18延伸至两个联接支腿13a、13b之间的区域，并布置成在切削头30附接至刀具本体10时连接至切削头的外侧上的容屑槽38。容屑槽18、38可替代地为直线形，而非螺旋形。容屑槽18、38用于带走加工工件过程中由切削刃41产生的切屑。
切削头30设有彼此在直径方向上相对布置的两个导缘39a、39b，这两个导缘构成切削头在径向上的端面，并在切削头的轴向方向上延伸。在钻孔过程中，刀具1经由这些导缘39a、39b抵靠孔的孔壁，且这些导缘对刀具1进行导向，使得孔为直的和圆的。通过将切削头的夹紧表面35a、35b布置处于其止挡表面36a、36b的高度上，能给予切削头30在轴向方向上的相对较短延伸长度，同时保持导缘39a、39b的给定长度，或者能给予导缘39a、39b相对较长的长度，同时保持切削头在轴向方向上的给定延伸长度。
如果这样考虑合适的话，则切削头30在其下侧上可设有位于中心的导销45，导销45在切削头的轴向方向上突出，并布置成在切削头的联接部分32插入空间14时被容纳在联接支腿13a、13b之间的这个空间14的底部中的对应中心槽25内。借此，在切削头至刀具本体的安装方面，切削头的联接部分32在空间14内的最初对中变得更容易。导销45在其外自由端处适当地进行倒角处理。
为促进切削头30从自由位置转到接合位置，切削头的联接部分32设有彼此在直径方向上相对布置的两个导向面48，这两个导向面在切削头的轴向方向上延伸。每个导向面48由容屑槽38以及与该容屑槽接壤的夹紧表面35a、35b之间的过渡部中的斜面形成，并且其与容屑槽的螺旋形路径相符合。导向面28同样被布置在各个联接支腿13a、13b上，这些导向面28由止挡表面16a、16b与联接支腿13a、13b的夹紧表面15a、15b之间的过渡部中的斜面形成。
无论如何，本发明当然不限于上述实施例。反之，在不背离所附权利要求限定的本发明的基本思想的前提下，对实施例作出修改的各种可能性对本领域的技术人员来说应是显而易见的。
通过引用将本申请要求优先权的瑞典专利申请No.0800834-4的公开内容并入本文。

Claims (13)

1.一种用于旋转切削加工的刀具，包括刀具本体(10)以及能够可拆卸地附接至所述刀具本体的可更换切削头(30)，其中：
-所述刀具本体(10)在其前端具有联接部分(12)，所述联接部分带有两个联接支腿(13a、13b)，所述联接支腿在所述刀具本体的轴向方向上突出并被布置在所述刀具本体的中心轴线的相对侧上；
-所述切削头(30)具有联接部分(32)，所述联接部分被设计成与所述刀具本体的联接部分(12)接合并能够容纳在所述刀具本体的联接部分的所述联接支腿(13a、13b)之间的空间(14)内；
-内夹紧表面(15a、15b)布置在所述刀具本体的联接部分的所述空间(14)内，并且其被设计成与所述切削头的联接部分的对应的外夹紧表面(35a、35b)接合；
-各个所述联接支腿(13a、13b)设有用以将扭矩从所述刀具本体传递至所述切削头的止挡表面(16a、16b)，所述止挡表面被设计成抵靠所述切削头的联接部分的对应的止挡表面(36a、36b)；并且
-所述切削头的联接部分(32)能够在所述刀具本体的联接部分的所述联接支腿(13a、13b)之间的所述空间(14)内围绕所述切削头的中心轴线在自由位置与接合位置之间来回转动，在所述自由位置上，所述切削头的联接部分的止挡表面(36a、36b)不抵靠所述联接支腿(13a、13b)的对应的止挡表面(16a、16b)，且所述切削头的外夹紧表面(35a、35b)不与所述刀具本体的对应的内夹紧表面(15a、15b)保持接合，而在所述接合位置上，所述切削头的联接部分的所述止挡表面(36a、36b)抵靠所述联接支腿的对应的止挡表面(16a、16b)，且所述切削头的外夹紧表面(35a、35b)与所述刀具本体的对应的内夹紧表面(15a、15b)保持接合，
其特征在于：
-所述刀具本体的联接部分的所述内夹紧表面(15a、15b)为柱形并平行于所述刀具本体的中心轴线延伸；并且
-所述切削头的联接部分的所述外夹紧表面(35a、35b)为柱形，平行于所述切削头的中心轴线延伸，并具有比所述内夹紧表面(15a、15b) 的半径更大的半径，且所述切削头的这些柱形的所述外夹紧表面(35a、35b)以及所述刀具本体的柱形的所述内夹紧表面(15a、15b)，被设定尺寸为“通过彼此相互接合而使得当所述切削头的联接部分(32)在所述刀具本体的联接部分的所述空间(14)内处于所述接合位置时，防止所述切削头在轴向方向上远离所述刀具本体移位”。
2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，在各个所述联接支腿(13a、13b)中，所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)平行于所述刀具本体的中心轴线延伸；并且所述切削头(30)的所述止挡表面(36a、36b)平行于所述切削头的中心轴线延伸。
3.根据权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，在各个所述联接支腿(13a、13b)中，所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)与垂直于所述刀具本体的中心轴线延伸的支撑表面(17a、17b)接壤，所述支撑表面(17a、17b)被设计成抵靠所述切削头的联接部分(32)的对应的支撑表面(37a、37b)，用以承载轴向力。
4.根据权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，所述刀具本体的联接部分的所述内夹紧表面(15a、15b)在所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)的高度上被布置在所述联接支腿(13a、13b)中的相应一个的内侧上；并且所述切削头的联接部分的所述外夹紧表面(35a、35b)被布置在所述切削头的止挡表面(36a、36b)的高度上。
5.根据权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，两个容屑槽(18)被布置在所述刀具本体的外侧上，且沿所述刀具本体(10)彼此在直径方向上相对地呈螺旋形延伸，这些容屑槽(18)中的每一个延伸至所述两个联接支腿(13a、13b)之间的区域，并被布置成：当所述切削头的联接部分(32)在所述刀具本体的联接部分的所述空间(14)内处于所述接合位置时，连接至所述切削头的外侧上的对应容屑槽(38)。 
6.一种用于附接至可更换切削头以形成用于旋转切削加工的刀具的刀具本体，其中：
-所述刀具本体(10)在其前端具有联接部分(12)和空间(14)，所述联接部分(12)带有两个联接支腿(13a、13b)，所述联接支腿(13a、13b)在所述刀具本体的轴向方向上突出并被布置在所述刀具本体的中心轴线的相对侧上，所述空间(14)被布置在这些联接支腿之间且被设计用于容纳所述切削头的联接部分；
-内夹紧表面(15a、15b)被布置在所述刀具本体的联接部分的所述空间(14)内；并且
-各个所述联接支腿(13a、13b)设有用于将扭矩从所述刀具本体传递至所述切削头的止挡表面(16a、16b)，所述止挡表面被设计成抵靠所述切削头的联接部分的对应止挡表面，
其特征在于：
-所述刀具本体的联接部分的所述内夹紧表面(15a、15b)为柱形，平行于所述刀具本体的中心轴线延伸，并具有比所述切削头的联接部分的对应的柱形的外夹紧表面的半径更小的半径，这些柱形的所述内夹紧表面(15a、15b)被设定尺寸为通过与所述切削头的联接部分的对应的柱形的外夹紧表面接合，防止在所述刀具本体附接至所述切削头时，所述切削头在轴向方向上远离所述刀具本体移位。
7.根据权利要求6所述的刀具本体，其特征在于，在各个所述联接支腿(13a、13b)中，所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)平行于所述刀具本体的中心轴线延伸。
8.根据权利要求6或7所述的刀具本体，其特征在于，在各个所述联接支腿(13a、13b)中，所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)与垂直于所述刀具本体的中心轴线延伸的支撑表面(17a、17b)接壤，所述支撑表面(17a、17b)被设计成抵靠所述切削头的联接部分的对应的支撑表面，以承载轴向力。 
9.根据权利要求6或7所述的刀具本体，其特征在于，所述刀具本体的联接部分的所述内夹紧表面(15a、15b)在所述联接支腿的止挡表面(16a、16b)的高度上被布置在所述联接支腿(13a、13b)中的相应一个的内侧上。
10.一种能够可拆卸地附接至根据权利要求6至9中任一项所述的刀具本体的切削头，其中：
-所述切削头(30)具有联接部分(32)，所述联接部分设计成与所述刀具本体的联接部分接合并能够容纳在所述刀具本体的联接部分的联接支腿之间的空间内；
-外夹紧表面(35a、35b)被布置在所述切削头的联接部分(32)上；并且
-所述切削头的联接部分(32)设有布置在所述切削头的中心轴线的相对侧上的两个止挡表面(36a、36b)，所述两个止挡表面(36a、36b)中的每个被设计成抵靠所述刀具本体的联接部分的联接支腿中的一个的止挡表面，
其特征在于，所述切削头的联接部分的所述外夹紧表面(35a、35b)为柱形，平行于所述切削头的中心轴线延伸，并具有比所述刀具本体的联接部分的对应的柱形的外夹紧表面的半径更大的半径，这些柱形的所述外夹紧表面(35a、35b)设计成通过与所述刀具本体的联接部分的对应的柱形的内夹紧表面的接合来防止在所述切削头附接至所述刀具本体时，所述切削头在轴向方向上远离所述刀具本体移位。
11.根据权利要求10所述的切削头，其特征在于，所述切削头的所述止挡表面(36a、36b)平行于所述切削头的中心轴线延伸。
12.根据权利要求10或11所述的切削头，其特征在于，所述切削头的联接部分的所述外夹紧表面(35a、35b)被布置在所述切削头的止挡表面(36a、36b)的高度上。 
13.根据权利要求10或11所述的切削头，其特征在于，所述切削头的联接部分的各个止挡表面(36a、36b)与垂直于所述切削头的中心轴线延伸的所述切削头的联接部分的支撑表面(37a、37b)接壤，所述支撑表面(37a、37b)设计成抵靠所述刀具本体的联接部分的对应的支撑表面，以传递轴向力。 
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