CN102015173B - 切削刀具系统、切削插嵌件和刀具保持器 - Google Patents

切削刀具系统、切削插嵌件和刀具保持器 Download PDF

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Abstract

一种改进设计的切削插嵌系统，包括适于安装在圆周铣削刀具保持器上的多个可分度的圆周铣削切削插嵌件。每一切削插嵌件包括对于每个切削插嵌件都是相同的插嵌宽度。每一切削插嵌件还包括：具有拐角刀尖半径尺度和轴向对齐余隙面的拐角刀尖，所述边角刀尖半径尺度对于每个切削插嵌件不同，所述轴向对齐余隙面限定当插嵌件可拆卸地安装在刀具保持器上时用于多个切削插嵌件的每一个的等效余隙角和等效面位置。

Description

切削刀具系统、切削插嵌件和刀具保持器
技术领域
本公开涉及切削刀具系统、切削插嵌件和刀具保持器。在本公开中描述的某些实施例涉及大致平行四边形形状的可替换和可分度的切削插嵌件，以及涉及包括该切削插嵌件的切削刀具系统。
背景技术
用于圆周旋转铣削的切削插嵌件典型地为大致平行四边形形状。当从在切削插嵌件的顶面上方的点观看时，这些插嵌件具有大致平行四边形形状的轮廓，两个长侧形成了个主或“径向”切削边缘，两个短侧形成两个负或“轴向”切削边缘。与用于圆周旋转铣削的其它类型的切削插嵌件相比，大致平行四边形形状的切削插嵌件具有更加正确的几何结构并提供更有效的机加工，因为插嵌件的长的径向切削边缘提供更大的切削深度。
大致平行四边形形状的切削插嵌件的现行设计在几何结构上是复杂的，并且插嵌件安装所在的相关联的刀具保持器典型地为圆柱形状，从而允许多个插嵌件安装在刀具保持器主体的外圆周周围。大致平行四边形形状的切削插嵌件通常能够成套或者成“族”可用，其中族中的每个构件具有大致相同的宽度和某些其它公共的几何结构特征，但是包括不同的拐角刀尖(corner nose)半径。这样，一族插嵌件会包括数个插嵌件，并且每个这样的插嵌件具有逐渐增大的拐角刀尖半径。在一族平行四边形形状的旋转铣削插嵌件中的拐角刀尖半径典型地可以从0.2毫米直到6.4毫米或更大，取决于该族特定的插嵌宽度。适于圆周铣削应用的某些平行四边形形状的切削插嵌件例如具有大达8-10毫米的拐角刀尖半径。
本发明人已经认识到利用大致平行四边形形状的切削插嵌件的现有刀具系统的不足之处在于，即它会要求数个不同的刀具保持器以适应单一的插嵌件族中的所有的插嵌件。如下面所讨论的，该要求典型地是由于这样的事实，即在传统的给定的一族插嵌件之间拐角刀尖半径的实质性差异要求不同的插嵌件袋套几何结构，即使该族中的每个插嵌件的宽度大致相同。适于保持具有相对小的拐角半径的大致平行四边形形状的切削插嵌件的传统的刀具保持器不能用于牢固地保持相同族中的具有实质上更大拐角刀具保持器半径的插嵌件。这种不相容性会要求操作者在利用给定族中的两个或更多插嵌件进行机加工时改变刀具保持器，从而导致机床停工以及随之而来的生产力损失。刀具保持器制造商和分销商还必须制造和/或库存多个刀具保持器以适应给定的插嵌件族，这转移有限的资源，使得销售和分销努力变得复杂。
因此，存在一种需求，即改进用于圆周旋转铣削的切削刀具系统，其中单一刀具保持器能够适应并牢固地保持整个族的具有明显不同的拐角刀尖半径范围的大致平行四边形形状的切削插嵌件。本发明人在此公开一种满足这种尚未实现的需求的独特的系统。相信在此公开和要求保护的新型的切削刀具系统和切削插嵌件将对切削刀具制造商和分销商以及切削刀具最终用户赏识重要的积极的经济影响。
发明内容
根据本公开的一个非限定性方面，提供一种切削插嵌件系统，包括适于安装在圆周铣削刀具保持器上的多个可分度(indexable)的圆周铣削切削插嵌件。多个切削插嵌件的每一个包括插嵌宽度和具有拐角刀尖半径尺度的拐角刀尖，其中插嵌宽度对于每个切削插嵌件是相同的，拐角刀尖半径尺度对于每个切削插嵌件不同。多个切削插嵌件的每一个还包括轴向对齐余隙面，其中轴向对齐余隙面限定当插嵌件可拆卸地安装在圆周铣削刀具保持器上时对于多个切削插嵌件的每一个的等效面位置和等效余隙角。在某些实施例中，多个切削插嵌件的每一个是大致平行四边形形状的。多个切削插嵌件的每一个的对齐余隙面的几何结构的非限定性例子包括大致平面的和大致圆锥的配置。
根据本公开的另一非限定性方面，公开一种切削刀具系统，包括：刀具保持器，其包括至少一个插嵌件袋套；以及多个可分度的圆周铣削切削插嵌件。每一切削插嵌件适于牢固地保持在插嵌件袋套中。每一切削插嵌件包括：插嵌宽度，其中该插嵌宽度对于每个切削插嵌件是相同的；具有拐角刀尖半径尺度的拐角刀尖，其中拐角刀尖半径尺度对于多个切削插嵌件的每一个是不同的；以及轴向对齐余隙面，其中轴向对齐余隙面限定当多个插嵌件的每一个牢固地保持在至少一个插嵌件袋套中时对于多个切削插嵌件的每一个的等效面位置和等效余隙角。在某些实施例中，多个切削插嵌件的每一个为大致平行四边形形状的。多个切削插嵌件的每一个的对齐余隙面的几何结构的非限定性的例子包括大致平面的和大致圆锥的配置。
根据本公开的又一非限定性的方面，公开一种切削刀具系统，包括：圆周铣削刀具保持器，其包括在刀具保持器的可转换部分上的至少一个插嵌件袋套；以及多个可分度的圆周铣削切削插嵌件，具有不同拐角刀尖半径。多个切削插嵌件的每一个可以牢固地保持在刀具保持器的插嵌件袋套内的适于机加工工件的位置。在切削刀具系统的某些实施例中，多个可分度的圆周铣削切削插嵌件的每一个为大致平行四边形形状的。再者，在切削刀具系统的某些实施例中，多个可分度的圆周铣削切削插嵌件的每一个包括对齐余隙面，该对齐余隙面限定在每一切削插嵌件上大致相同的余隙角。在某些非限定性实施例中，每个对齐余隙面为大致平面的或者大致圆锥的。
附图说明
在此描述的设备和方法的特征和优点可以通过参照附图而更好地得以理解，在附图中：
图1是示出为与工件接触的大致平行四边形形状的圆周铣削插嵌件的简化的示意性视图；
图2是具有不同的拐角刀尖半径的两个重叠的大致平行四边形形状的圆周铣削插嵌件的简化的示意性视图，其中插嵌件示出为与工件接触；
图3(a)是根据本公开的大致平行四边形形状的圆周铣削插嵌件的一个非限定性实施例的顶面的示意性视图；
图3(b)是图3(a)的插嵌件的径向余隙面的示意性立视图；
图3(c)是图3(a)的插嵌件的纵向余隙面的示意性立视图；
图3(d)是图3(a)的插嵌件的示意性透视图；
图4(a)-4(c)是大致平行四边形形状的切削插嵌件的示意性视图，其演示用于确定如图3(a)-3(d)所示的切削插嵌件的对齐余隙面的几何结构的数学模型；
图5(a)-5(c)是根据本公开的大致平行四边形形状的切削插嵌件的另一非限定性实施例的顶面(图5(a))、径向侧面(图5(b))和轴向侧面(图5(c))的示意性视图，其中切屑沟槽示出在其顶面上；
图6(a)和6(b)示意性地示出根据本公开的一个非限定性实施例的在插嵌件族内的三个重叠的大致平行四边形形状的圆周铣削插嵌件，其中各个切削插嵌件具有不同的拐角刀尖半径；
图7(a)和7(b)示出根据本公开的圆周铣削切削刀具的一个非限定性实施例，其包括多个相同的大致平行四边形形状的切削插嵌件和相关联的刀具保持器；
图8是如图7(a)和7(b)所示的切削刀具组件的插嵌件袋套和切削插嵌件的示意性放大视图；
图9(a)和9(b)示出根据在此的某非限定性实施例的具有代表性的一族具有不同拐角刀尖半径的七个重叠的大致平行四边形形状的切削插嵌件的方面，其中切削插嵌件示出为安装在相关联的圆周铣削刀具保持器的插嵌件袋套中；
图10示出根据本公开的大致平行四边形形状的切削插嵌件的非限定性实施例的一部分，其中切削插嵌件包括圆锥对齐余隙面；以及
图11(a)和11(b)示出根据本公开的大致平行四边形形状切削插嵌件的两个非限定性实施例的顶面，其中每个插嵌件包括一对主刀尖拐角和一对副刀尖拐角。
通过考虑下面对根据本公开的某些非限定性实施例的详细描述，阅读者将认识到前面的细节以及其它方面。阅读者还可以通过实施或者利用在此所述的切削插嵌件、切削刀具保持器、切削刀具系统和方法理解某些这样的额外的细节。
具体实施方式
在描述非限定性实施例的本说明书和权利要求中，除了在操作例子中之外或者另有不同说明，表示数量或特征的所有数字应当理解为在所有情况下可以由术语“大约”进行修饰。相应地，除非另有相反说明，在下面的描述中以及所附权利要求中提出的任何数字参数是近似值，其可以根据技术人员在根据本公开的切削插嵌件、切削刀具保持器、切削刀具系统和方法中寻求获得的期望特征而改变。至少，并且并不试图限制权利要求的范围的等效物的原则的应用，每个数字参数至少应当根据报告的有效位数的数字并通过进行普通的求整技术而进行理解。
任何专利、出版物或其它的公开材料，全部或者部分地，也就是说在此被引用作为参考，在此被引入为仅到这样的程度，即引入的材料并不与在本公开中提出的现有的限定、声明或其它的公开相抵触。同样地，并且到必要的程度，在此提出的公开内容取代在此通过参考引入的任何相抵触的材料。任何材料，或其一部分，也就是说在此通过参考引入的，但是与在此提出的现有的限定、声明或其它公开材料相抵触的，仅被引入到这样的程度，即不在引入的材料和现有的公开的材料之间产生任何抵触。
大致平行四边形形状的切削插嵌件常用于圆周旋转铣削以在机加工的工件上产生方形台肩。这样，大致平行四边形形状的切削插嵌件的拐角刀尖应当延伸一个圆的整个四分之一以保持在机加工艺中径向和轴向的切削边缘都接触工件并提供方形台肩。图1示意性地示出用于圆周铣削并示出为与工件12接触的传统设计的简化的大致平行四边形形状的切削插嵌件9的顶面视图。切削插嵌件9包括中心孔10、拐角刀尖11、相对的径向切削边缘15、主轴向切削边缘16和次轴向切削边缘17。切削插嵌件9示出为机加工工件12中的竖直壁13和水平壁14以在工件中提供方形台肩。为了简化的目的，图1中没有示出刀具保持器。如图1所示，下拐角刀尖11在竖直壁13上的A点和在水平壁14上的B点与工件12相切。这保证由径向切削边缘15形成的竖直壁13和由主轴向切削边缘16形成的水平壁14之间的台肩角度大致为90度，如图1所示。
上述主轴向切削边缘16位于拐角刀尖11和次轴向切削边缘17之间，并应当平行于正在被加工的工件的水平表面以为了提供良好的表面精整并更好地保证在机加工的工件上形成90度的台肩。但是，在大致平行四边形形状的切削插嵌件的设计中，包括与径向和主轴向切削边缘都相切的全四分之一圆拐角刀尖的传统实践，如图1所示，施加明显的几何约束，其可以通过参照图2更好地得以理解，如下所述。
图2示出适于圆周铣削应用的具有相同插嵌宽度(Cw)的两个简化的传统的平行四边形形状的切削插嵌件20和21，它们彼此重叠并与工件25接触。切削插嵌件20的示例性的周长完全示出为实线。切削插嵌件21的示例性周长包括示出的虚线以及表示与切削插嵌件20公用的某段周长部分的介于虚线之间的实线。切削插嵌件20的拐角刀尖22具有标准半径，而切削插嵌件21的拐角刀尖23处于其最大可能的刀尖半径(NMAx)，其等于插嵌宽度Cw。事实上，在大致平行四边形形状的切削插嵌件21中包括等于插嵌宽度Cw的刀尖半径是不实际的，因为这导致零度的轴向定位角度Ap，并且没有次轴向切削边缘(切削插嵌件20中的边缘24)。这样的设计将肯定使得在相关联的刀具保持器上固定切削插嵌件21非常困难或者不可能。再者，为大致平行四边形形状切削插嵌件提供大于其宽度的拐角刀尖半径不能满足要求的插嵌件几何结构，如上所述，该几何结构必须包括与径向和主轴向切削边缘都相切的全四分之一圆的拐角刀尖。
这样，如图2所示，对于圆周旋转铣削，施加在大致平行四边形形状的切削插嵌件上的一个几何约束是最大的拐角刀尖半径NMAX必须小于插嵌宽度Cw。在切削刀具行业中，对于圆周旋转铣削应用，平行四边形形状的切削插嵌件的最大拐角刀尖半径NMAX与插嵌宽度Cw的基本可接受比典型地是在0.4-0.65的范围。
由于大致平行四边形形状的切削插嵌件的几何设计的差异以及它们与相关联的刀具保持器的复杂的定位关系，如上所述的，多刀具保持器当前被用于行业内以适应一族平行四边形形状的切削插嵌件。同样如所述的，在一族平行四边形形状的切削插嵌件中的切削插嵌件通常具有不同的拐角刀尖半径。圆周旋转铣削刀具系统当前并不可用，其中单一刀具保持器能够适应具有相对大的拐角刀尖半径的切削插嵌件以及具有相对小的拐角刀尖半径的切削插嵌件。使用多个刀具保持器以适应一族大致平行四边形形状的圆周旋转铣削插嵌件的现行要求增加了切削刀具制造商的生产成本并且浪费原料。此外，当在给定的一族大致平行四边形形状的切削插嵌件中在具有明显不同的拐角刀尖半径的切削插嵌件之间切换时，切削刀具最终用户遭受由于需要改变刀具保持器而导致的生产力降低。
本发明人已知的关于大致平行四边形形状的切削插嵌件的技术文章和专利出版物没有提供一种刀具系统或方法，其中具有明显不同拐角刀尖半径的大致平行四边形形状的切削插嵌件的整个族可以被容纳在单一的刀具保持器上。与大致平行四边形形状的切削插嵌件相关的专利出版物的例子包括：美国专利No.5,071,292；美国专利No.5,052,863；美国专利No.5,388,932；美国专利No.6,142,716；欧洲专利No.0239045；美国专利公开No.2006/0013661；以及美国专利公开No.2007/0031201。
美国专利No.5,071,292描述一种大致平行四边形形状的切削插嵌件，其具有连续曲线的径向切削面和径向余隙面，其中径向前角和径向余隙角沿着主切削边缘关于相关联的切削器或刀具保持器保持大致相同。
美国专利No.5,052,863描述一种用于沿着主切削边缘牢固地定位具有相对大的正径向余隙角在刀具保持器中的方法。该方法包括采用设计来容纳具有较低的径向余隙角的插嵌件的刀具保持器以当利用具有较大径向余隙角的大致平行四边形形状的切削插嵌件时克服与较大的无支撑悬挂相关联的强度问题。
美国专利No.5,388,932描述在大致平行四边形形状的切削插嵌件的升高的拐角刀尖区域处提供倾斜倒角，其中倾斜倒角增大在主拐角刀尖处的切削边缘强度，同时维持沿着主切削边缘的正径向前角。
美国专利No.6,142,716还描述一种具有正径向前角的倾斜倒角。该倒角包括在主切削侧面处的凹陷，从而使得切削插嵌件能够更刚性地定位在刀具保持器中并且在制造切削插嵌件中使用更少的材料。
欧洲专利No.0239045提供一种具有沿着主切削边缘的恒定的正径向前角和恒定的径向余隙角的大致平行四边形形状的切削插嵌件。
美国专利公开No.2006/0013661公开一种相对长边缘的大致平行四边形形状的切削插嵌件，其中在径向余隙面上的缘边表面从拐角刀尖延伸并弯曲成为平的置放表面。切削插嵌件在高速铣削操作过程中提供顺畅的切削。
美国专利公开No.2007/0031201描述一种大致平行四边形形状的切削插嵌件，其具有形成为具有恒定倾斜角的曲面的上侧端面和形成为具有固定倾斜角的平面的下侧端面。据称这种配置对于切削插嵌件的硬模/模具和刀具保持器的插嵌件袋套都允许使用改进的制造工艺，同时维持在切削插嵌件的主切削部分上的有利的轮廓。
上面的专利和出版物都没有公开或建议可以容纳在单一刀具保持器上的具有明显变化的拐角刀尖半径的一族大致平行四边形形状的切削插嵌件的构思。相反，如上所述，多个刀具保持器传统上必需容纳一族具有一定范围的拐角刀尖半径的切削插嵌件。或者，切削刀具制造商已经建议最终用户修改或者整形设计用于具有较小拐角刀尖半径的切削插嵌件的刀具保持器以使得保持器将牢固地容纳具有相对大的拐角刀尖半径的插嵌件。
在根据本公开的实施例中，描述一种独特的切削插嵌件设计，其允许使用单一的刀具保持器来适应具有基本不同的拐角刀尖半径的一族切削插嵌件。在此描述的独立的设计和构思在应用到大致平行四边形形状的切削插嵌件族例如常用于圆周旋转铣削应用中的那些插嵌件时是特别有利的。
如在此使用的，“一族”切削插嵌件是指多个切削插嵌件，其中每个插嵌件具有不同于该族中的其它切削插嵌件的拐角刀尖半径，但是其中该族中的每个插嵌件适于类似的机加工操作并具有大致相同的宽度。该族构件还可以具有公共的厚度和/或其它几何特征，并且还可以包括相同或类似的切屑断裂特征。例如，从图2来看明显的是，当圆周铣削插嵌件的拐角刀尖半径减小时(例如当从切削插嵌件21变化到切削插嵌件20时)，切削操作变得更加“激进”，意味着更大量的材料从工件被移除，切削操作的所有其它参数保持恒定。
如在此所用的，“大致平行四边形形状的”切削插嵌件是指包括一族相同长度的相对切屑边缘、一族相同长度的相对的轴向切屑边缘以及一族相对的圆形的拐角刀尖的切削插嵌件，其中每个拐角刀尖是介于径向切削边缘和轴向切削边缘之间，但是不必使得径向切削边缘和轴向切削边缘相交。径向切削边缘的长度大于轴向切削边缘的长度，从而给予切削插嵌件在顶面上观看时大致长型的形式。大致平行四边形形状的切削插嵌件可以与例如圆形以及大致方形形状的切削插嵌件形成对比。
图3示意性地示出适于圆周铣削并根据本公开设计的大致平行四边形形状的切削插嵌件的一个非限定性实施例。图3(a)是顶面视图，图3(b)是侧面或者径向视图，图3(c)是前端或者轴向视图，以及图3(d)是实施例的透视图。切削插嵌件30可以是关于中心孔31的轴线180度对称的并包括拐角刀尖32、径向切削边缘33、主轴向切屑边缘34、次轴向切削边缘35和连接主轴向切削边缘34和次轴向切削边缘35的桥接切削边缘36。如包括在非限定性实施例中的，切削插嵌件30包括大致平的顶面37和大致平的底面38。主径向余隙面41从径向切削边缘33向下倾斜。次径向余隙面42从主径向余隙面41向下倾斜并与底面38相交。主纵向余隙面43从主轴向切削边缘34向下倾斜。次轴向余隙面44从次轴向切削边缘35向下倾斜。桥接余隙面45从桥接切削边缘36向下倾斜。再者，圆锥的余隙面46从拐角刀尖32向下倾斜。如上所述并且如图3(a)-3(d)所建议的，这些特征关于与中心孔31的轴线重合的切削插嵌件30的对称轴重复。
参照图3(c)和(d)，切削插嵌件30包括与主轴向余隙面43、次轴向余隙面44、桥接余隙面45和圆锥余隙面46相交的轴向对齐余隙面50。轴向对齐余隙面50还与底面38在轴向对齐余隙面50的底部边缘51上相交。如上面所建议的，轴向对齐余隙面50包括在对称切削插嵌件30的两端上以使得该插嵌件是可分度的。相同构型的轴向对齐余隙面50设置在包括切削插嵌件30的插嵌件族的所有切削插嵌件中。同样地，在插嵌件族内的每一切削插嵌件，其具有从一个插嵌件到另一插嵌件会明显不同的不同拐角刀尖半径，可以牢固地保持在相关联的刀具保持器的插嵌件袋套中。更具体地，插嵌件族的大致平行四边形形状的切削插嵌件的每一个包括具有大致相同的余隙角和面位置的轴向对齐余隙面，并且在相关联的刀具保持器的插嵌件袋套中呈现大致相同的定位关系，而不管在插嵌件族中的特定的插嵌件的拐角刀尖半径如何。
为了演示用于设计切削插嵌件30的轴向对齐余隙面50的一种可能的方法，附随一数学描述。
熟知在三维(3D)空间中三个不共线的点可以确定一个平面。这可以以等式(1)来进行数学描述：
x y z 1 x 1 y 1 z 1 1 x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 = 0 等式(1)
其中，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)表示平面所通过的XYZ坐标系统中的三个不共线的点。现参照图4，图4(a)描述切削插嵌件30的顶面视图(如在先前的图3中所示的)。图4(b)描述侧视图(如沿着底部边缘60在图4(a)的箭头S的方向所观看的)。图4(c)描述图4(b)的圆圈区域的详细视图。XYZ坐标系统的原点“O”设置在顶面63和中心孔62的轴线61的交点上。参照图4(a)和(b)，沿着底部边缘60(也就是，对齐余隙面64和底面66相交的线)的对齐余隙面64的第一点P1(x1，y1，z1)和第二点P2(x2，y2，z2)可以通过等式(2)和(3)进行限定，其涉及下面的三个已知的参数：两个底部边缘60之间的距离“D”；底部边缘60和Y轴之间的XY平面上的角度“H”；以及切削插嵌件30的厚度“T”。
P1(x1，y1，z1)＝(-(D/2)×cos(H)，-(D/2)×sin(H)，-T)  (2)
P2(x2，y2，z2)＝(0，-(D/2)/sin(H)，-T)                (3)
第三点P3(x3，y3，z3)必须是已知的以限定对齐余隙面64的平面。为了限定第三点P3(x3，y3，z3)，量规卷65被引入。这在图4(b)和(c)中示出。因为卷65与对齐余隙面64和沿着底部面66延伸的平面都相切，并且还直接接触对齐余隙面64，所以它形成在对齐余隙面64和量规卷65之间的接触线67。沿着接触线67的所有点是在对齐余隙面64上的点。参照图4(c)，点P3(x3，y3，z3)的z分量可以从两个其它的已知参数即对齐余隙面64的余隙角“V”和量规卷65的半径“r”根据等式(4)确定。
P3(Z3)＝r+r×sin(V)-T                                (4)
基于图4(a)和4(c)，实际平行于底部边缘60的接触线67的位置可以通过等式(5)限定为：
DCL＝D/2+D3＝D/2+tan(V)×(r+r×sin(V))               (5)
因为在接触线67上的任何点是在对齐余隙面64上的点，所以点P3(x3，y3，z3)的x和y分量可以通过选取与用于如图4(a)所示的实施例的XY平面上的Y轴相交的点而进行限定，如下面的等式(6)：
P3(x3，y3，z3)＝(0，-DCL/sin(H))＝(0，-[D/2+tan(V)×(r+r×sin(V))]/sin(H))  (6)
这样，点P3(x3，y3，z3)现完全被限定，如下面的等式(7)：
P3(x3，y3，z3)＝(0，-[D/2+tan(V)×(r+r×sin(V))]/sin(H)，r+r×sin(V)-T)     (7)
一旦所有的三个点P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)和P3(x3，y3，z3)得以获得，矩阵形式的等式(1)可以转化为下面的一般形式，如等式(8)：
ax+by+cz+d＝0                                       (8)
其中a、b、c和d是常数。因为对齐余隙面仅在等式(8)中被限定，所以它可以用作对于具有不同拐角刀尖半径的大致平行四边形形状的切削插嵌件族的所有可能的部件的定量的参考，这样，一族插嵌件的对齐余隙面的适当的几何结构可以被确定，并且在该族内的每个插嵌件可以牢固地保持在单一的相关联的刀具保持器上。
图5(a)-(c)示意性地描述根据本公开的适于圆周铣削应用并且在顶面73上具有切屑槽72的大致平行四边形形状的切削插嵌件71的另一非限定实施例。类似于图3(a)-(d)描述的插嵌件30，切削插嵌件71关于中心孔74的轴线180度对称。切削插嵌件71包括拐角刀尖75、径向切削边缘76、主轴向切削边缘77、次轴向切削边缘78和连接主轴向切削边缘77和次轴向切削边缘78的桥接切削边缘79。切削插嵌件71进一步包括在径向切削边缘76下方的主径向余隙面80、终止于底面82的次径向余隙面81、在主轴向切削边缘77下方的主轴向余隙面83、在次轴向切削边缘78下方的次轴向余隙面84、在桥接切削边缘79下方的桥接余隙面85和在拐角刀尖75下方的圆锥余隙面86。切削插嵌件71包括与主轴线余隙面83、次轴向余隙面84、桥接余隙面85和圆锥余隙面86相交的轴向对齐余隙面87以及在底部边缘88上的底部面。轴向对齐余隙面87可以被限定为位于包括如上所述地关于切削插嵌件30定位的点P1、P2和P3的平面内。在包括切削插嵌件71的一族切削插嵌件中的每个切削插嵌件包括在当插嵌件牢固地保持在单一相关联的刀具保持器的插嵌件袋套中时限定等效面位置和等效余隙角的轴向对齐余隙面。这样，在该族内的每个插嵌件可以牢固地附着到单一刀具保持器，而该刀具保持器例如可以具有传统设计。
应当理解，尽管本公开必要性地仅描述了在本发明的范围内的有限数量的实施例，但是其它可能的实施例对于本领域技术人员在考虑本描述时是容易明显的。例如，尽管本描述示出包括平的顶面或者在其上包括切屑槽几何结构的顶面的切削插嵌件的实施例，但是其它顶面几何结构可以使用，例如倾斜的平面或者曲面。
图6(a)和(b)示意性地描述根据本公开设计的在圆周铣削切削插嵌件族内的三个重叠的大致平行四边形形状的切削插嵌件90、91、92。每个插嵌件90、91、92具有不同的拐角刀尖半径。图6(a)描述在顶面视图中重叠的切削插嵌件90、91、92，其中切削插嵌件90具有最小的拐角刀尖半径，切削插嵌件91具有比切削插嵌件90更大的刀尖半径，而切削插嵌件92具有最大的拐角刀尖半径。为了简化图6(a)和(b)，示出插嵌件的个别特征的所有直线已经被删除，除了表示三个切削插嵌件90、91、92的底面93和对齐余隙面的那些之外。如图6(a)所示，由短虚线和边缘97包围的表面94是切削插嵌件90的对齐余隙面。由假想线和边缘97包围的表面95表示切削插嵌件91的对齐余隙面。由长虚线和边缘97包围的表面96表示切削插嵌件92的对齐余隙面。所有的三个对齐余隙面94、95、96位于相同平面内并且在底部边缘97上与底面93相交，其在图6(a)中以短虚线表示。进一步地，三个对齐余隙面94、95、96具有相同的余隙角V，如图6(b)所示，其是从如图(a)的箭头K所示的平行于底部边缘97的投射产生的视图。这样，切削插嵌件90、91、92的每一个具有带相同余隙角并位于根据上述等式(1)-(8)限定的相同平面内的对齐余隙面。
给定切削插嵌件90、91、92的每一个的对齐余隙面的公共的且对齐的几何特征，单一的相关联的刀具保持器可以用于分别容纳全部的三个切削插嵌件。每个插嵌件可以通过传统的紧固手段固定在刀具保持器的插嵌件袋套中。这样，单一的相关联的刀具保持器可以用于将任何切削插嵌件90、91、92牢固地保持在适于圆周铣削操作的位置，而不管插嵌件具有明显不同的拐角刀尖半径的事实。尽管图6(a)和(b)仅描述在该族中的三个大致平行四边形形状的切削插嵌件，但是，明显的是，实际的无限数量的插嵌件可以被设计，其落在该族内，并且包括具有面94、95、96的余隙角且在面94、95、96延伸所在的平面内延伸的对齐余隙面。所有这样的插嵌件可以固定在相关联的刀具保持器的插嵌件袋套内。
图7描述根据本公开的包括具有类似于如图5(a)(c)所示的设计的四个平行四边形形状的切削插嵌件101a、101b、101c和101d以及接收切削插嵌件的刀具保持器102的圆周铣削刀具组件的一个非限定性实施例。切削插嵌件101a、101b、101c和101d具有相同的拐角刀尖半径并且通过螺钉103固定到刀具保持器102的三个相同的插嵌件袋套104中。
图8示出包括在图7(a)和(b)所示的圆周铣削刀具组件中的切削插嵌件和插嵌件袋套的放大视图。切削插嵌件101a通过螺钉固定到刀具保持器102的插嵌件袋套104中，其是关于中心轴114对称的。切削插嵌件101a定位为使得对齐余隙面116的底部边缘115平行于或者大致平行于插嵌件袋套104的前端边缘117。包括不同拐角刀尖半径的一族切削插嵌件可以被提供，其包括具有相对于切削插嵌件101a公共的且对齐的几何结构的对齐余隙面。单一的相关联的刀具保持器可以设计为包括如图8所示的包括前端边缘117的插嵌件袋套104以接收和牢固地保持族构件的每一个，而不管该族内的特定切削插嵌件的拐角刀尖半径如何。将理解，通过包括具有对齐余隙面116的余隙角并且当固定在刀具保持器102的插嵌件袋套中时布置在对齐余隙面所布置的相同平面内的对齐余隙面，大致平行四边形形状的切削插嵌件的整个族可以由刀具保持器102容纳。
图9(a)和(b)示意性地描述根据本公开的实施例的具有代表性的一族七个大致平行四边形形状的切削插嵌件和相关联的圆周铣削刀具保持器的放大视图，其中插嵌件示出为彼此重叠以更好地示出它们在刀具保持器的插嵌件袋套内的公共的定位。图9(b)是切削刀具系统的区域的竖着(on-end)的视图，图9(a)是示出切削刀具插嵌件袋套和安装在插嵌件袋套内的切削插嵌件的部分侧视图。在图9(a)和(b)的每一个中，在该族中的七个切削插嵌件121-127彼此重叠就位，固定在刀具保持器129的插嵌件袋套128内。切削插嵌件121-127具有分别等于0.8毫米、2.0毫米、2.5毫米、3.0毫米、4.0毫米、5.0毫米和6.0毫米的拐角刀尖半径。切削插嵌件121-127的每个径向末端包括具有大致相等的余隙角并且当固定到相关联的刀具保持器129时可以在相同平面内延伸的对齐余隙面。因此，七个切削插嵌件121-127的每一个可以容纳在单一刀具保持器129上，如图9(a)和9(b)所示。如在此讨论的，这样的独特的设计提供实质性优点给切削刀具制造商和最终用户，包括降低库存、提高生产力、简化生产以及减小货币支出。
进一步地，根据本公开的大致平行四边形形状的切削插嵌件的非限定性实施例可以具有圆锥对齐余隙面。图10示意性地示出用于圆周铣削应用的大致平行四边形形状的切削插嵌件131的非限定性实施例的一部分，其中某些隐藏的特征以假想线示出。插嵌件131包括圆锥对齐余隙面132(由虚线包围)。圆锥对齐余隙面132包括在其底部边缘133上的半径。同样在图10中示出的是相关联的圆周铣削刀具保持器134，其中插嵌件袋套136的前端边缘135(通过假想线示出)具有弯曲的几何结构并且与切削插嵌件131的圆锥对齐余隙面132的辐射式的底部边缘133大致同心。
图11(a)和(b)示意性地示出根据本公开的适于圆周铣削的切削插嵌件的两个其它的非限定性实施例。如图11(a)和b)所示的大致平行四边形形状的切削插嵌件141和151的每一个分别包括一对主拐角刀尖(其在功能上等效于上面讨论的本发明的实施例的拐角刀尖)和一对副拐角刀尖。参照图11(a)，切削插嵌件141关于中心孔142的轴线180度对称，并且包括：一对主拐角刀尖143a和143b；一对副拐角刀尖144a和144b；一对径向切削边缘145a和145b；一对主轴向切削边缘146a和146b；一对次轴向切削边缘147a和147b；以及一对桥接切削边缘148a和148b，其每个桥接切削边缘连接主轴向切削边缘(146a或146b)和次轴向切削边缘(148a或148b)。参照图11(b)，切削插嵌件151关于中心孔152的轴线180度对称，并包括：一对主拐角刀尖153a和153b；一对副拐角刀尖154a和154b；一对径向切削边缘155a和155b；一对轴向切削边缘156a和156b；以及一对桥接切削边缘157a和157b，其每个桥接切削边缘连接轴向切削边缘(156a或156b)和副拐角刀尖(154a或154b)。
大致平行四边形形状的切削插嵌件由于通过主切削边缘实现的相对大的深度而典型地用于圆周旋转铣削，其相对于例如方形切削插嵌件是长的。由于平行四边形形状的切削插嵌件的复杂的几何结构以及对具有不同拐角刀尖半径的这样的一族切削插嵌件(具有相同的插嵌宽度)的需要，当前要求多个刀具保持器来容纳整个族。这是因为，例如，随着刀尖半径增大，变得难以在设计为容纳较小拐角刀尖半径的插嵌件的刀具保持器上容纳具有较大拐角刀尖半径的插嵌件。根据本公开的刀具系统允许使用单一的刀具保持器来容纳具有非常不同的拐角刀尖半径的一族切削插嵌件。刀具保持器的设计例如可以是能够在适于要机加工操作的方向上牢固地保持切削插嵌件的传统设计。
相应地，根据本公开的某些非限定性实施例涉及适于圆周铣削应用并具有不同拐角刀尖半径的多个平行四边形形状的切削插嵌件，以及相关的切削刀具系统。在此描述的平行四边形形状的切削插嵌件可以是传统尺寸的并适于各种圆周铣削应用中的传统使用。将理解，本描述示例了有关清楚理解本发明的本发明的各方面。对于本领域技术人员来说明显以及因此不利于更好地理解本发明的某些方面没有呈现，以简化本描述。尽管在此仅本发明的有限数量的实施例被必要性地进行了描述，但是本领域技术人员通过考虑前面的描述可以认识到可以对本发明进行许多修改和变化。本发明的所有的这些修改和变化都旨在由前面的描述以及下面的权利要求所覆盖。

Claims (21)

1.一种切削插嵌件系统，包括：
多个可分度的圆周铣削切削插嵌件，适于安装在单一圆周铣削刀具保持器上，其中该切削插嵌件的每一个都包括：
插嵌宽度，其中所述插嵌宽度对于每个所述切削插嵌件是相同的；
拐角刀尖，具有拐角刀尖半径尺度，其中该拐角刀尖半径尺度对于每个所述切削插嵌件是不同的；以及
轴向对齐余隙面，其中当可拆卸地安装在所述单一圆周铣削刀具保持器上时，所述轴向对齐余隙面对于该切削插嵌件的每一个限定等效面位置和等效余隙角。
2.如权利要求1所述的切削插嵌件系统，其中，每个所述切削插嵌件的所述轴向对齐余隙面是大致平面的。
3.如权利要求1所述的切削插嵌件系统，其中，每个所述切削插嵌件的所述轴向对齐余隙面是大致圆锥的。
4.如权利要求1所述的切削插嵌件系统，其中，所述切削插嵌件的每一个是大致平行四边形形状的。
5.如权利要求1所述的切削插嵌件系统，其中，所述切削插嵌件的每一个还包括副拐角刀尖。
6.如权利要求4所述的切削插嵌件系统，其中，所述切削插嵌件的每一个还包括：
顶面，其包括：
大致延伸到所述拐角刀尖的径向切削边缘；
从所述拐角刀尖相对地延伸的主轴向切削边缘；
从所述主轴向切削边缘钝角地延伸的桥接切削边缘；以及
从所述桥接切削边缘钝角地延伸的次轴向切削边缘。
7.如权利要求6所述的切削插嵌件系统，其中，所述顶面包括一个或多个平坦面、成角度的平坦面、曲面和切屑槽几何结构。
8.一种切削刀具系统，包括：
刀具保持器，包括至少一个插嵌件袋套；和
多个可分度的圆周铣削切削插嵌件，其中所述切削插嵌件的每一个都适于牢固地保持在插嵌件袋套中，并包括：
插嵌宽度，其中所述插嵌宽度对于每个所述切削插嵌件是相同的；
拐角刀尖，具有拐角刀尖半径尺度，其中所述拐角刀尖半径尺度对于所述切削插嵌件的每一个是不同的；以及
轴向对齐余隙面，其中当牢固地保持在所述刀具保持器的至少一个插嵌件袋套中时，所述轴向对齐余隙对于所述切削插嵌件的每一个限定等效面位置和等效余隙角。
9.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个的所述轴向对齐余隙面是大致平面的。
10.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个的所述轴向对齐余隙面是大致圆锥的。
11.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个是大致平行四边形形状的。
12.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个还包括：
顶面，包括：
大致延伸到拐角刀尖的径向切削边缘；
从所述拐角刀尖相对地延伸的主轴向切削边缘；
从所述主轴向切削边缘钝角地延伸的桥接切削边缘；以及
从所述桥接切削边缘钝角地延伸的次轴向切削边缘;
从所述径向切削边缘向下倾斜的主径向余隙面；
从所述拐角刀尖向下倾斜的圆锥余隙面；
从所述主轴向切削边缘向下倾斜的主轴向余隙面；
从所述桥接切削边缘向下延伸的桥接余隙面；和
从所述次轴向切削边缘向下延伸的次轴向余隙面。
13.如权利要求12所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个还包括从所述主径向余隙面向下倾斜的次径向余隙面。
14.如权利要求12所述的切削刀具系统，其中，所述轴向对齐余隙面与所述圆锥余隙面、所述主轴向余隙面、所述桥接余隙面和所述次轴向余隙面相交；
所述轴向对齐余隙面还包括底部边缘；
所述切削插嵌件的每一个还包括底面；以及
所述轴向对齐余隙面的底部边缘与所述切削插嵌件的底面相交。
15.如权利要求12所述的切削刀具系统，其中，所述顶面包括平坦面、成角度的平坦面、曲面和具有切屑槽几何结构的面的一个或多个。
16.一种切削刀具系统，包括：
圆周铣削刀具保持器，其包括在刀具保持器的可转换部分上的至少一个插嵌件袋套；和
多个具有不同的拐角刀尖半径的可分度的圆周铣削切削插嵌件，其中所述切削插嵌件的每一个包括共同几何结构特征并且能够牢固地保持在所述刀具保持器的插嵌件袋套中的适于机加工工件的位置，
所述切削插嵌件的每一个的共同几何结构特征是限定轴向对齐面位置和余隙角的轴向对齐余隙面，所述余隙角在所述切削插嵌件的每一个上是大致相同的。
17.如权利要求16所述的切削刀具系统，其中，所述切削插嵌件的每一个是大致平行四边形形状的。
18.如权利要求17所述的切削刀具系统，其中，每个对齐余隙面是大致平面的和大致圆锥的之一。
19.如权利要求1所述的切削插嵌件系统，其中，所述多个切削插嵌件包括具有第一拐角刀尖半径的第一切削插嵌件、具有第二拐角刀尖半径的第二切削插嵌件和具有第三拐角刀尖半径的第三切削插嵌件，并且，其中所述第一拐角刀尖半径大于所述第二拐角刀尖半径，且所述第二拐角刀尖半径大于所述第三拐角刀尖半径。
20.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中，所述刀具保持器包括适于容放且牢固地保持所述多个切削插嵌件的每一个的前端边缘。
21.如权利要求8所述的切削刀具系统，其中：
所述切削保持器的所述插嵌件袋套包括具有弯曲几何形状的前端边缘，并且
其中当所述切削插嵌件的每一个牢固地在所述刀具保持器的所述插嵌件袋套中时，所述插嵌件袋套的所述前端边缘基本上与所述切削插嵌件的所述轴向对齐余隙面的圆弧底边缘同心。
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