CN102271847A - 用于去屑加工的旋转刀具及用于该刀具的切削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于旋转刀具的切削刀片或铣削刀片，所述旋转刀具用于去屑加工，并且所述刀片具有下面的类型，该类型的旋转刀片包括：切削刃(17)，所述切削刃(17)在前切屑面(12)和从所述前切屑面(12)向后延伸的间隙面(16)之间的过渡区内。在远离首先提到的所述切削刃(17)的后面，第二切削刃(22)形成在一方面的位于所述第一间隙面(16)之后的第二切屑面(23)与另一方面的尾部的第二间隙面(24)之间的过渡区内。根据本发明，前切削刃(17)的相对的部分之间的间距(W1)大于第二切削刃(22)或后切削刃(22)的相对的部分之间的对应间距(W2)，且至少所述前切削刃(17)的刃口角(α)为锐角。此外，本发明涉及装有根据本发明的切削刀片或铣削刀片的旋转切削刀具。

Description

用于去屑加工的旋转刀具及用于该刀具的切削刀片
技术领域
在一个方面，本发明涉及旨在用于去屑加工的旋转刀具，所述旋转刀具包括：基体，所述基体在预定方向上能绕中心轴线旋转；以及可更换且可转位的切削刀片，所述切削刀片的材料比基体的材料更硬且更耐磨，所述切削刀片安装在基体的刀片座内，并且包括上侧和下侧以及多个可交替使用的第一切削刃及第二切削刃，中心轴线在上侧和下侧之间延伸，所述第一切削刃位于与所述中心轴线垂直地延伸的上平面内，并且所述第一切削刃中的每一个在被包括于所述上侧内的前切屑面与从所述前切屑面向后延伸的第一间隙面之间的过渡区内形成，所述第二切削刃位于中间平面内，并且每个所述第二切削刃在一方面的所述第一间隙面之后的第二切屑面与另一方面的后第二间隙面之间的过渡区内形成。
在另一个主要方面，本发明还涉及这样的可更换且可转位的切削刀片。
所关注类型的刀具适于对金属工件的去屑加工或切削加工，所述金属比如是钢、铸铁、铝、钛、黄色合金(yellow metals)等。此外，该刀具也可用于加工不同类型的复合材料。
背景技术
旋转刀具例如铣刀装有若干个至很多数量的铣削刀片。例如，带柄端铣刀常常包括仅两个铣削刀片，而某些类型的面铣刀可以包括几百个或更多的铣削刀片。所关注技术的总体目标是设计具有尽可能最小的齿距的铣削刀具，以便为铣削刀具设置尽可能多的大量工作切削刃，这样作的目的都是为了使作用在铣削刀片上的切削力特别是切向力最小化。然而，由于从旋转方向上观察时，刀具需要在铣削刀片的前面的区域内有容屑空间或容屑槽，并且需要在铣削刀片后方具有相当厚的材料部分用以支承铣削刀片和承载切向力，因此铣刀的物理特性限制了沿基体外周安装的铣削刀片能够彼此靠近的程度。此外，不同铣削刀片的所有的工作刀刃通常在沿切削刃线的设计方面是相同的。如果铣刀旨在用于粗铣，则当出现相当大切削力时，例如由于在刀刃内形成一个或多个加强斜面的事实，使得刀刃特别地坚固。而如果铣刀用于精铣并且切削力适中或较小，则所有刀刃均更尖锐或更锋利。通常，精铣的铣削刀片的切削刀刃仅包括倒圆，该倒圆在切屑面和间隙面之间被刷出或以另一种方式提供。在一些铣刀中，粗铣的铣削刀片与精铣的铣削刀片组合，例如通过每隔一个铣削刀片为第一类型铣削刀片而另一个为第二类型的铣削刀片的方式进行组合。
为了在不必增加切削刀片及铣刀主体内的刀座的数量的情况下增加工作切削刃的数量，JP 5116018 A公开了以在所附的独立权利要求1和8的前序部分中限定的方式设计具有一个在另一个之后的两个切削刀刃的个体刀片。然而，上述文献中提供的问题解决方案的缺点是：后面的第二切削刃与该个体切削刀片的中心轴线之间的径向距离大于第一、前面的切削刃的径向距离。这意味着：出于简单的几何构造的原因，必须将切削刀片以负的镶装角度(tipping-in)安装在铣削刀片的基体内。这种必要性的不利结果是切削刀片的切削变钝。
发明内容
发明目的和特征
本发明旨在消除此前通过JP 5116018 A已知的切削刀具和铣削刀片的上述缺点。因此，本发明的主要目的是提供一种旋转切削刀具，其中铣削刀片易于切削，更准确地通过使其可以设计具有正的切削几何形状的至少前切削刃且优选地也设计后切削刃，并将铣削刀片以正的镶装角度定位在基体内来实现这个目的。此外，相比用于此前已知的相同类型的刀具的铣削刀片，应能够减小作用在铣削刀片上的切削力且由此减小铣削刀片上的磨损。
根据本发明，至少本发明的主要目标通过独立权利要求1中限定的类型的切削刀片或铣削刀片实现。在从属权利要求2-7中进一步限定了刀片的优选实施例。
在另一方面，本发明还涉及旋转切削刀具，特别地涉及装有根据本发明的切削刀片或铣削刀片的铣削刀具。该切削刀具的特征见独立权利要求8。在从属权利要求9中进一步限定了切削刀具的优选实施例。
术语
在本说明和随后的权利要求书中，概念“切削刃”用作在切屑面和间隙面之间的过渡区内形成的类型的切削刃的通用命名。如果铣削刀片具有多边形例如矩形的基本形状，则切削刃由去屑主刃以及表面擦拭副刃或所谓的擦拭器刃构成，副刃与主刃成一角度延伸。如果铣削刀片具有圆的基本形状，则切削刃是环状的且通常是圆形的(有时对于具有极多的边数例如16角的多边形的大体上圆形形状的切削刃，也认为其归类于“圆铣削刀片”)。
概念“间隙面”用来表示连接到一个或多个切削刃的整个间隙面。如果铣削刀片是圆的，则间隙面具有环状、旋转对称的形状，例如是锥形，但如果铣削刀片具有多边形的基本形状且多边形的拐角数量适中，则间隙面整体包括多个通常为平面的部分表面。
此外，应当指出，在结合刀片使用时，概念“前”和“后”分别与刀具的旋转方向有关。
附图说明
在附图中：
图1是示出铣刀形式的旋转切削刀具的透视图，更准确地是从上方斜向观察的透视图；
图2是从下方斜向观察的相同刀具的透视图；
图3是示出刀具内所包括的根据本发明的铣削刀片的放大透视图，更准确地是从正面或朝铣削刀片上侧斜向观察的放大透视图；
图4是示出从后方或朝铣削刀片下侧观察的铣削刀片的透视图；
图5是从铣削刀片上方观察的平面图；
图6是铣削刀片的侧视图；
图7是图5中的VII-VII放大剖视图；
图8是示出在刀具的基体的外周安装的铣削刀片的放大局部透视图；
图9是示出第一类型切削刃设计的高度放大的细节截面图；
图10是示出另一种切削刃设计的细节截面图；
图11是具有圆形基本形状的替代性铣削刀片的透视图；以及
图12是根据图11的铣削刀片的侧视图。
具体实施方式
图1和图2中所示刀具为端铣刀或面铣刀，该铣刀包括基体1和多个可更换且可转位的铣削刀片2。在旋转方向R上绕中心轴线C1可旋转的基体1具有旋转对称的基本形状，并且包括轴向间隔开的前端面3和后端面4以及被包括在基体的盘形前部内的第一外周包络面5。第二包络面6被包括在能附接到驱动设备(未示出)的后部内。在包络面5内，槽7为埋头的，这些槽在铣削刀片2的前方形成容屑槽或容屑空间(从旋转方向观察)。在每个这种槽7内，还包括整体标识为8且通过底面9及两个侧支承面10、11定界的刀座，其中两个侧支撑面中的第一个侧支承面10形成对铣削刀片2的径向支承，后一个侧支承面11对铣削刀片2形成轴向支承。作用在铣削刀片上的最大切削力即切向力由底面9承载。
在传统方式下，基体1可以由钢、铝或另一种显著延展性的材料制造，而铣削刀片2由更硬且更耐磨的材料制造，所述材料比如是涂覆的或未涂覆的硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等。
由于刀座8沿包络面5被等距间隔这一事实，不同的铣削刀片2有利地布置成具有均匀间距。在根据图1和图2的实例中，刀具包括具有30°的均匀间距的12个铣削刀片2(间距也可以不均匀)。
现在参考图3至图7，图中详细示出了根据本发明的铣削刀片2的特性。该铣削刀片具有多边形基本形状，并且包括整体标识为12的上侧及包括下侧13，用于紧固螺钉15的通孔14在上侧和下侧之间延伸(见图1)。上侧12更准确地通过包括两个部分表面12a、12b充当前切屑面，加工过程中，紧靠这两个部分表面形成切屑。在从切屑面12向后的方向上，延伸着的是整体标识为16的第一间隙面，在本例下，当铣削刀片具有多边形的基本形状时，第一间隙面包括多个部分表面，在这些多个部分表面中标识为16a、16b、16c的部分表面是受关注部分表面。在切屑面12和间隙面16之间，以传统方式形成切削刃，即两个可交替使用的切削刃17，切削刃各包括去屑主刃18以及表面擦拭副刃或擦拭器刃19。间隙部分表面16c具有凸形形状，并且形成平面的间隙部分表面16a、16b之间的过渡区。在切屑面12和部分表面16c之间的过渡区内，在主刃18与副刃19之间形成凸形的角刃20。应当指出，切削刃17被包括在周向的且连续的切削刃构造中，并且上侧12位于由所述切削刃构造限定的上平面UP内(见图7)。在本例下，平面UP平行于下侧13所处的下平面LP。
在铣削刀片的上侧内形成凸耳或肩部21，凸耳或肩部的限制表面形成断屑器。此处，铣削刀片的下侧13为平面，该平面在本例下平行于上侧12。为了完整起见，应当理解，间隙部分表面16a沿着不工作的切削刃压靠到刀座8的径向支承面10，与此同时，间隙部分表面16b保持压靠到轴向支承面11。
在远离每个前面的、第一切削刃17的后方形成第二切削刃22，更准确地在第二切屑面23与从第二切屑面向后延伸的第二间隙面24之间的过渡区内形成第二切削刃22。类似于每个前面的切削刃17，各个第二切削刃22包括主刃25和副刃或擦拭器刃26。部分刃经凸形的角刃27转化为彼此(见图3)。在前间隙面16形成第一间隙面的同时，后间隙面24形成第二间隙面，在该第二间隙面中，每个切削刃包括三个第二间隙部分表面，即部分表面24a、24b和24c。切屑面和间隙面之间定界每个后切削刃22且该两个面被包括在阶梯部或后部28中(见图6)，而与前切削刃17相邻的第一间隙部分表面被包括在前切削刃的前部29中。
在所示实例中，由于每个前切削刃17具有为锐角的刃口角(cuttingedge angle)α(切屑面和间隙面之间的角度)(见图7)的这一事实，铣削刀片具有大致正的切削几何形状。合适地，刃口角α在45°至75°的范围内。以类似的方式，第二后切削刃23的刃口角β也是锐角。在实践中，β也可以在45°至75°的范围内。
在图5中，P1表示垂直平面，该平面位于铣削刀片的两个相对的(并且在本例中平行的)主刃18之间的一半处。中心轴线C2位于平面P1和横向平面P2之间的交线内，其中平面P2位于两个相对的副刃19之间的一半处。中心轴线C2还构成通孔14的中心轴线。如图7所示，在一方面的间隙部分表面16a与另一方面的平行于平面P1的平面P3之间的间隙角度γ小于90°。换句话讲，不但刃口角α是锐角，而且间隙角度γ也是锐角。对于每个第二间隙部分表面24a，对应的间隙角度δ也是锐角。在该实例中，γ和δ大小不同(在图中，γ等于20°，而δ等于25°)。然而，这并不限制它们也可以大小相等。类似切削刃17，切削刃22包括在周向的且连续的切削刃构造内，该构造位于平行于上平面UP(并且在本例中也包括下平面LP)的中间平面IP内。换句话讲，切削刃17、22以及定位在切削刃17内侧的切屑面12与定位在切削刃22内侧的切屑面23相互平行。在图7中，还可以看到，两个前主刃18之间的间距或宽度W1大于两个尾部的第二主刃25之间的宽度W2。类似地，前切削刃构造的相对的擦拭器刃19之间的间距或长度L1(见图5和图6)大于尾部的切削刃构造的擦拭器刃26之间的间距L2。由于图1至图7的刀片具有长方形的基本形状，L1大于W1，L2大于W2。第二切屑面23具有显著地小的宽度W3。在该实例中，W3等于W2的约1/10。在实践中，W3可以变化，但在任何情况下都应等于W2的至少1/20，而且至多1/5。
根据本发明的优选实施例，第一切削刃17和第二切削刃22在其各自的切削刃线的区域内具有不同强度，更准确地是，使得第一前切削刃17比尾部的切削刃22强度更大。图9和10中示出了这一点，其中的图9示出了在切屑面12与间隙面16之间的前切削刃17如何包括加强斜面30，而图10中所示的更锋利的后切削刃25中则没有加强斜面。在最后提及的情况下，切削刃线在切屑面12和间隙面16之间的过渡区内具有所谓的切削刃倒圆31的形式。在实践中，能够例如通过刷在其他方面锋利的切削刃来来提供这种切削刃倒圆，即刷上述两个表面12、16沿着像剃刀一样尖锐的线彼此相遇处的切削刃来提供这种切削刃倒圆。
在图2中，可以看到，在刀座8的底面9与两个侧支承面10、11之间形成腔体32，以容纳铣削刀片2的后部28。当铣削刀片安装在刀座内并通过紧固螺钉15固定时，铣削刀片的下侧13抵靠在刀座的底面9上，与此同时，不工作的切削刃的前间隙部分表面16a、16b与支承面10、11保持压靠。然而，铣削刀片的底部28上的间隙部分表面24a、24b不接触为腔体32定界的那些表面。
在图8中，示意性地示出了铣削刀片的两组切削刃如何能够被用来提高工件中的已产生的表面S的表面光洁度，更准确地是，如何通过跟着前副刃19之后的副刃26提高表面S的表面光洁度。通过选择铣削刀片在基体内的合适的正的轴向镶装角度，可以使前副刃19提供显著地粗糙的第一表面擦拭，之后由后副刃26进行最终的精细擦拭，这使表面S具有最终的良好光洁度。在实践中，可以利用这种效果增加刀具的工作台进给量，而同时保持或改进表面质量。同样可行的是，利用该效果仅改进表面光洁度，即不增加进给量。
以类似的方式，可以利用两组主刃18、25进行切屑过程。通过适当地确定铣削刀片的径向镶装，可以使前主刃18移除比后主刃25所移除的切屑更厚的切屑。换句话说，由常规铣削刀片移除的单个切屑可以被分成两个部分切屑，这两个部分切屑单独地具有减小的(例如，一半)厚度。这种效果本质上可以被用来增加进给量，并且如果把这种效果与两个副刃所提供的表面改善效果相结合时，可以在一个相同的切削过程中获得高进给量和高表面光洁度。
本发明的另一个优点(与JP 5116018 A的铣刀相同)是，在不需要增加铣削刀片的安装数量的情况下，可以将工作切削刃的数量翻倍或增加数倍。如果刀具包括10个基本铣削刀片和用于基本铣削刀片的10个刀座，在保持10个刀座的同时，可以将切削刃数量增加至20。通过这种方式，可以影响铣削刀片在基体内的正确定位的可能的误差源的数量并不翻倍。相比在同一个基体内同时包括安装在不同刀座内的粗铣铣削刀片和精铣铣削刀片的铣刀，本发明由此提供了切削刃相对于彼此不正确定位的风险减半的优点。
在图1和图2所示刀具中，铣削刀片被径向安装且可转位，从而可以交替使用两组切削刃。
在图11和图12中，示出了本发明被应用于具有圆形基本形状的铣削刀片2，且两个切削刃17、22具有圆形形状且是环状的。在各自的切削刃后方的两个间隙面16、24具有旋转对称的形状并且在本例中为锥形，从而使切削刃17、22两者都可以设计成具有正的切削几何形状。更准确地，间隙面16、24的锥形形状使得可以将切削刃17、22设计成分别具有锐角刃口角α和β。与常规的圆铣削刀片类似，图11和图12中所示刀片可以被转位，即通过将刀片在刀具的基体内的相关联的刀座内转至不同位置而进行转位，从而使切削刃的不同部分与工件接合。在图11中，示出了两对这种部分17a、17b和22a、22b，更准确地示出了处于直径方向上相对的位置内的两对这种部分。如图12所示，切削刃17的直径W1(＝部分17a与部分17b之间的间距)大于切削刃22的直径W2(＝部分22a与部分22b之间的间距)。
发明的可能修改
本发明并不仅限于上述的和图中示出的实施例。因此，前切削刃和后切削刃不必需具有一种相同的切削几何形状。此外，两个切削刃之间的轴向间距可以非常大地变化。此外，在前切削刃后方形成一个以上的切削刃是可行的。当铣削刀片具有多边形基本形状且每个前切削刃包括主刃和副刃时，尾部的第二切削刃可以被成形为仅具有一个副刃(即没有主刃)，或者替代性地具有主刃但没有副刃。此外，其他参数可以在随后的权利要求书的范围内变化。因此，第一切削刃和第二切削刃可以具有相同强度，而不是像实施例中那样具有不同强度。此外，每个间隙面可包括两个或更多个部分表面。例如，在最后提及的情况中，铣削刀片的前间隙面不必需一直不间断地延伸至后切削刃的切屑面，而是可以通过具有不同形状的居间的部分表面而与后切削刃的切屑面间隔开。还应当指出，铣削刀片可以通过使其后部而非其前部紧靠刀座内的侧支承面而被支撑。
总之，还应当指出，本发明也适用于除铣刀之外的其他旋转切削刀具，例如钻孔刀具。

Claims (9)

1.用于去屑加工用的旋转刀具的可转位切削刀片，所述可转位切削刀片包括：上侧(12)和下侧(13)，中心轴线(C2)在所述上侧(12)和所述下侧(13)之间延伸；和若干可交替使用的第一切削刃(17)以及第二切削刃(22)，所述第一切削刃(17)位于与所述中心轴线(C2)垂直地延伸的上平面(UP)内，并且所述第一切削刃(17)中的每一个在被包括于所述上侧(12)内的前切屑面与从所述前切屑面向后延伸的第一间隙面(16)之间的过渡区内形成，所述第二切削刃(22)位于中间平面(IP)内，并且每个所述第二切削刃(22)在一方面的第一间隙面(16)之后的第二切屑面(23)与另一方面的尾部的第二间隙面(24)之间的过渡区内形成，其特征在于，
在所述上平面(UP)内的直径方向上相对的第一切削刃(17)之间的距离(W1)大于在所述中间平面(IP)内的类似的第二切削刃(22)之间的距离(W2)，并且至少每个第一切削刃(17)的刃口角(α)为锐角。
2.根据权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，
不但所述第一切削刃(17)的所述刃口角(α)为锐角，而且所述第二切削刃(22)的所述刃口角(β)也为锐角。
3.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其特征在于，
所述刀片具有多边形的基本形状，并且每个第一切削刃(17)包括去屑主刃(18)和表面擦拭副刃(19)，所述去屑主刃(18)和所述表面擦拭副刃(19)彼此成一角度延伸，并且所述第一切削刃(17)的所述主刃(18)连接到被包括在所述前间隙面(16)内的第一部分表面(16a)，所述副刃(19)则连接到第二部分表面(16b)，且所述第二切削刃(22)包括沿着所述第一间隙面(16)的后端延伸的至少一个部分刃，所述至少一个部分刃呈主刃(25)或副刃(26)或两者的形式。
4.根据权利要求3所述的切削刀片，其特征在于，
两个所述第二切削刃(22)被包括在阶梯部(28)内，所述阶梯部(28)围绕所述切削刀片环状地延伸。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的切削刀片，其特征在于，
所述第一切削刃(17)和所述第二切削刃(22)在它们各自的切削刃线的区域内具有不同强度，更准确地是，使得所述第一切削刃(17)的强度大于所述第二切削刃(22)的强度。
6.根据权利要求5所述的切削刀片，其特征在于，
所述第一切削刃(17)包括加强斜面(30)，所述第二切削刃(22)不包括加强斜面。
7.根据权利要求5或6所述的切削刀片，其特征在于，
由于所述第二切削刃(22)的所述切削刃线仅包括在所述切屑面(23)和所述间隙面(24)之间的倒圆的事实，所述第二切削刃(22)是尖的。
8.去屑加工用的旋转刀具，所述旋转刀具包括：基体(1)，所述基体(1)在预定方向(R)上能绕中心轴线(C1)旋转；以及可更换且可转位的切削刀片(2)，所述切削刀片(2)的材料比所述基体的材料更硬且更耐磨，所述切削刀片安装在所述基体的刀座(8)内，并且包括上侧(12)和下侧(13)以及多个可交替使用的第一切削刃(17)和第二切削刃(22)，中心轴线(C2)在所述上侧(12)和所述下侧(13)之间延伸，所述第一切削刃(17)位于与所述中心轴线(C2)垂直地延伸的上平面(UP)内，并且所述第一切削刃(17)中的每一个在被包括于所述上侧(12)内的前切屑面与从所述前切屑面向后延伸的第一间隙面(16)之间的过渡区内形成，所述第二切削刃(22)位于中间平面(IP)内，并且每个所述第二切削刃(22)在一方面的第一间隙面(16)之后的第二切屑面(23)与另一方面的尾部的第二间隙面(24)之间的过渡区内形成，其特征在于，
在所述上平面(UP)内的直径方向上相对的第一切削刃(17)之间的距离(W1)大于在所述中间平面(IP)内的类似的第二切削刃(22)之间的距离(W2)，并且至少每个第一切削刃(17)的刃口角(α)为锐角。
9.根据权利要求8所述的刀具，其特征在于，
所述基体(1)内的所述刀座(8)包括底面(9)和至少一个侧支承面(10)，所述切削刀片(2)的所述下侧(13)压靠到所述底面(9)上，所述切削刀片的所述第一间隙面(16)则支靠在所述至少一个侧支承面(10)上，在所述侧支承面(10)与所述底面(9)之间形成腔体(32)，用以容纳所述切削刀片的后部(28)，所述第二切削刃(22)被包括在所述后部(28)中。
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