CN102319919A - 带有可转位刀片的整体钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有可转位刀片的整体钻头，可转位刀片具有四条同样的刀刃(30)，所述刀刃设置在支承基底(42)上方一定距离处，分别在两个刀尖(28′、28″)之间延伸。各刀刃在成一楔角(β)的情况下分别由一前刀面(46)和一后刀面(48)限定。在这些刀刃(30)中，在钻削过程中总有一个刀刃处于有效使用位置。为了能够最佳地匹配于在钻头刀刃长度上变化的切削条件和钻削性能，本发明建议，四条刀刃(30)的从支承基底(42)的平面出发测量的高度(h)和/或后角(α)在相应刀刃(30)的长度上是变化的。

Description

带有可转位刀片的整体钻头
本申请是申请号为“200780034776.3”的中国发明专利申请的分案申请。原申请的申请日是2007年8月31日(PCT国际申请日)、申请号是“200780034776.3”(PCT国际申请号是PCT/EP2007/059108)、发明创造名称是“可转位刀片以及该可转位刀片在整体钻头中的应用”。
技术领域
本发明涉及一种带有可转位刀片的整体钻头，可转位刀片具有一个支承基底、四个突出于支承基底的侧支承面和四条同样的刀刃，所述刀刃设置在支承基底上方一定高度距离处，分别在两个刀尖之间延伸，各刀刃分别通过一前刀面(
Figure BDA0000082767630000011
切削面)和一后刀面(
Figure BDA0000082767630000012
自由面)限定，并且在这些刀刃中，在钻削过程中总有一个刀刃位于实际使用位置，其中，后刀面在所属刀刃的每个点与一条垂直支承基底的直线成一后角。
背景技术
已知具有至少两个基本上呈正方形的这种类型的可转位刀片的钻头(DE-10021879A1，DE-10235606A1)。那里，在一基体内相互离开不同的径向距离地安装所述呈正方形的刀片。它们以其端面一侧的具有正前角的有效刀刃在轴向突出于钻头体。通常，在轴向方向上，内部的刀片用来粗切削，在此，距离大致相当于在刀尖区域内的圆角半径。钻头轴线可能突出于最里面的可转位刀片的有效主切削刃，因此必须采取措施来避免刀尖过载。虽然已知：改变可转位刀片在基体内的安装位置及其外围轮廓，以影响切削过程和切屑形成。然而这些措施是受局限的，因为，刀片在刀刃区域内的四重对称性要求在造型方面的限制，还因为，为了实现足够的夹紧精度，刀片座只允许有比较简单的轮廓形状。另一方面，在利用这种类型的整体钻头的钻削过程中，由于其几何的特性条件，从内向外会出现不同的切削速度，这导致沿着已知可转位刀片的有效刀刃有不同磨损。此外，在采用正方形可转位刀片的情况下，与已知的带有箭尖形刀刃的三角形刀片不同，尤其是在起始钻削时在钻头定心方面会出现问题，这些问题用迄今为止的措施还不能令人满意地解决。
发明内容
由此出发，本发明的目的是，发展一种源自正方形可转位刀片的四角形可转位刀片，用它既可以改善整体钻头的切削性能又可以改善定心和磨损特性。
为此，本发明提供一种整体钻头，该整体钻头具有至少两个在径向和圆周方向相互离开一定距离地布置于钻头体上的、在径向方向上部分重叠的刀片座，所述刀片座分别装有一可转位刀片；该整体钻头还具有两条设置于钻头体中的排屑槽，所述刀片座是这样设置在排屑槽的端面一侧的末端上，即，使得所述可转位刀片在轴向突出于钻头体；其中，一个内可转位刀片以其有效刀刃的内刀尖搭接钻头中心线，并且一个外可转位刀片以其有效刀刃在其外刀尖区域内和以一外副刀刃突出于钻头体的外圆周；其中，所述可转位刀片具有一个支承基底、四个突出于支承基底的侧支承面和四条同样的刀刃，所述刀刃设置在支承基底上方一定距离处，分别在两个刀尖之间延伸，各刀刃分别通过一前刀面和一后刀面限定，并且在这些刀刃中，在钻削过程中总有一条刀刃构成有效刀刃，其中，后刀面在所属刀刃的每个点与一条垂直于支承基底的直线成一后角，其特征为：对于所述可转位刀片中的至少一个可转位刀片，所述后角沿刀刃变化，其中，该后角从一在一个刀尖区域内的较小值上升到一最大值，并在刀刃到另一刀尖的其余延伸曲线中逐渐减小，并且，后角从其中一个刀尖出发的上升比从另一个刀尖出发的上升更陡。
本发明的方案从这样的构想出发，即，通过刀片几何形状沿刀刃的改变而提供附加的参数，以优化切削性能。按照本发明，这尤其是适用从支承基底的平面起测量的四个刀刃的高度和后角的参数，它们既可单独地也可一同地在刀刃长度上加以改变，优化局部的切削性能。
本发明一种优选的设计规定，从支承基底的平面起测量的刀刃高度从一个刀尖出发在其到一具有最大高度的刀刃段的延伸曲线内上升，而在其余延伸曲线内则下降，直至另一刀尖。这里，在两个刀尖之间刀刃的高度曲线走向与沿着刀刃的切削条件匹配，因此适宜于做成非对称的。有利的是，具有最大高度的刀刃段向两刀尖中的一个刀尖那边偏移。此外，刀刃从两个刀尖出发到最大高度的刀刃段的上升曲线是非线性的。特别是，刀刃从其中一个刀尖出发的上升要陡于从另一个刀尖出发的上升。因此可以影响到在起始钻削过程中钻头的定心作用以及其径向的偏移。刀刃的上升段有利地通过一拉长延伸的最大高度刀刃段相互连接。
利用另一种按本发明的参数改变，亦即后角，如果后角从在刀尖附近的较小的值上升至一最大值，并在刀刃直至另一刀尖的其余延伸曲线内重新下降，则尤其是可以在改善钻削过程中切削速度较高的区域内的切削性能的同时，实现刀尖区域内的强度提高。随着后角的加大，刀刃的楔角、从而还有切削阻力便能得以减小。可通过这样的方式来实现与在刀尖区域内出现的切削力和压力的匹配，即，刀刃在刀尖区域内具有一种倒圆的延伸曲线，并且后角在刀尖上的延伸曲线中变化。此外，后角从其中一个刀尖出发沿刀刃的上升可以比从另一个刀尖出发的上升更陡。另外业已表明，具有最大后角的刀刃段适宜于设置在两个刀尖之间的刀刃中点之外。为了减小切削阻力，后角宜沿着一拉长延伸的刀刃段采取其最大值。如果在刀刃全长上从一个大致恒定的前角出发，那么按照本发明在刀刃上在前刀面与后刀面之间所成的楔角沿着刀刃与后角相反地变化。据此，在刀刃高度最大值和/或后角最大值区段内的楔角小于在刀尖区域内的楔角。
本发明另一种优选设计规定，刀刃高度和/或后角沿着刀刃呈波浪形变化。有利的是，沿刀刃分别设置至少两个、尤其是三至五个这种变化波。用这些措施实现了刀刃的加长和切屑形成的改善。
只要后刀面能够通过简单的几何形状实现，那么有利的是，可转位刀片用以支承在其刀片座上的支承面至少部分地通过所属未起作用的刀刃的后刀面构成。但是对于复杂几何形状的后刀面，有利的是，支承面与支承基底一起形成一个统一的支承部分，而后刀面连同刀刃和前刀面则形成一个通过棱锥体形的过渡部分与所述支承部分连接的切削部分。为了在制造误差较大的情况下仍能达到可转位刀片和刀片座之间更好的配合精度，按照本发明的一种有利的设计建议，支承面通过一个呈棱锥体形缩小的过渡段与支承基底连接。这里，支承基底宜具有正方形的外形轮廓，而各支承面限定出一个具有正方形底面的直角平行六面体或棱锥台。
本发明的可转位刀片优选用作具有至少两个相互在径向和圆周方向离开一定距离布置的、在径向方向上至少部分重叠的刀片座的整体钻头的内刀片。本发明的具有波浪形的刀刃延伸曲线或者沿刀刃具有波浪形的后角延伸曲线的可转位刀片优选用作具有至少两个相互在径向和圆周方向离开一定距离设置的、在径向方向上部分重叠的刀片座的整体钻头的外刀片。
附图说明
下面借助于在附图中示意表示的一些实施例详细说明本发明。附图示出：
图1a  用于机床的具有基本上呈正方形的可转位刀片的整体钻头示意图；
图1b  按图1a的整体钻头的俯视图；
图2a至c  可转位刀片第一种实施方案的示意图、俯视图和侧视图；
图3a至c  可转位刀片第二种实施方案的示意图、侧视图和俯视图；
图4a至c  沿图3c中A、B、C剖切线的各个剖视图；
图5a至c  可转位刀片第三种实施方案的示意图、侧视图和俯视图；
图6a至c  沿图5c中A、B、C剖切线的各个剖视图；
图7a至c  可转位刀片第四种实施方案的示意图、俯视图和侧视图；
图7d  图7b的局部放大图；
图8a至c  可转位刀片第五种实施方案的示意图、侧视图和俯视图，
图9a和b  带有翻转180°的外刀片的钻头的可转位刀片的示意图，以演示刀片的重叠。
具体实施方式
在图1a和b中所示的刀具被规定用作机床的整体钻头。它具有一个基本上为圆柱形的钻头体10，该钻头体配备有两条排屑槽12、14。在排屑槽端面一侧的末端上各设置一个刀片座16、18，用来分别安装一个其外形轮廓基本上是正方形的可转位刀片20、22。可转位刀片分别用一个嵌入钻头体10的螺纹孔24内的、未画出的沉头螺钉固定在钻头体10上。如由图1b可见，内可转位刀片20以其在端面一侧的有效刀刃30的内刀尖28搭接钻头中心线32，而外可转位刀片22以其有效刀刃34在外刀尖36区域内利用其外副刀刃38突出于钻头体10的外圆周。
本发明的一个特点在于，尤其是钻头的内刀片20最佳地匹配于在钻削过程中出现的切削条件。为此所设的可转位刀片20以其支承基底42和四个突出于支承基底的侧支承面44中的至少两个精确配合地装配到钻头体10的相应刀片座16内。它具有四条同样的刀刃30，这些刀刃设置在支承基底42上方一定距离处，分别在两个刀尖28′、28″之间延伸，各刀刃分别通过一前刀面46和一后刀面48限定，形成一角度α，其中，在钻削过程中分别有一条刀刃位于有效使用位置。后刀面48在所属刀刃30的每个点与一条垂直于支承基底的直线52成一后角α(参见图4a至c)。
在图2至7中所示的实施例中，与钻头内部的切削条件的匹配通过这样的方式实现，即，四条刀刃30的从支承基底42的平面出发测量的高度h和/或后角α沿刀刃变化。
在图2a至c中所示的实施例中，从支承基底42的平面出发测量的刀刃30高度h从第一个刀尖28′起到一具有最大高度的刀刃段54在其延伸曲线内逐渐上升，并在直至第二个刀尖28″的其余延伸曲线内逐渐下降。如特别是由图2c可见，刀刃30的高度曲线走向设计为非对称的。处于最大值的刀刃段54朝刀尖28″那边偏移。刀刃30向最大高度的刀刃段54的上升是非线性的。它们从刀尖28″出发比从第二个刀尖28′出发更陡。最大高度的刀刃段54位于两个上升段56′，56″之间；它是拉长延伸的(参见图2c)。按图2a至c的实施形式，在刀尖之间的刀刃30的延伸走向中具有一个恒定的后角α。相应地，各后刀面48通过倒圆的刀尖而完整构成一个简单的棱锥台形物体。因此后刀面48同时适合作为用于在刀片座16内实现支承的支承面44。支承面44通过一个呈棱锥体形缩小的过渡段58与支承基底42连接。过渡段58朝刀片座那边还留出一点空隙60，以便对刀片座和可转位刀片的制造误差的要求尽可能低。
在图3和4中所示的实施例与按图2的实施例的区别主要在于，从支承基底42的平面出发测量的刀刃30高度在其直至刀尖28′、28″的整个长度上是恒定的，而后角α则是沿刀刃变化的。这种变化在图3a和b中通过不同后刀面区段48′、48″、48″′、...之间的交接线62表示。后角的大小可由在图4a至c中所示的剖视图看出，其沿刀刃30的位置可由图3c看出。在所示实施例中，在刀尖28′区域内后角α为5°(图4a)，并沿着刀刃30经8°(图4b)上升到11°(图4c)，从那里出发到第二个刀尖28″重新下降。因为前角沿刀刃30几乎不变，所以变化的后角α就造成楔角β相应的变化。相应地，在刀尖28′、28″区域内楔角比较大，这使得在刀尖区域内刀片稳固性提高。楔角β朝中点逐渐变小。也就是说在那里刀片更为锋利，这导致切削力下降。
在图5和6中所示的实施例利用了沿刀刃30的刀刃高度h和后角α的两个参数改变。如尤其是由图5a和b可以看到的那样，在那里所示的可转位刀片中，刀刃高度在其长度上类似于按图2a的实施例的情况变化。在图6a至c中，结合图5c可以看出，后角α同时也从在刀尖28′区域内的6°经在上升区域内的8°上升到在最大高度刀刃段54内的11°。在刀刃30的其余延伸曲线内，后角α朝第二个刀尖28″重新减小。因为在刀刃长度上具有变化后角的后刀面48有一种复杂的几何造型，所以它不适合作为在几何形状简单的刀片座内的支承面。因此，不管是在按图3a至c的第二种实施方案中还是在按图5a至c的第三种实施方案中，可转位刀片20按高度分为切削部分62和支承部分64。支承部分64具有平滑的支承面44，它们通过倒圆的刀尖而完整构成一个直角平行六面体形或棱锥台形的物体。在切削部分62和支承部分64之间有一个棱锥台形的过渡段66，而朝向支承基底42那边有另一个过渡段58，它在刀片座36内提供必要的空隙60，以避免误差问题。
上述三种实施方案主要适合于作为钻头中的内可转位刀片20，而在图7中所示的实施例则设计为用作钻头中的外可转位刀片22。在后述的实施例中，刀刃30具有一个在其全长上都恒定的离开支承基底42的距离h，而后角波浪形变化。刀尖36′、36″非对称地倒圆，使得主切削刃34的倒圆刀尖的决定半径的那部分过渡到一个细长延伸的副切削刃38。用这种构形措施首先是改善了切屑形成和钻孔的质量，同时还能使刀尖36′，36″更为稳固。
在图8a至c中所示的实施例中，后角α的波浪形变化与刀刃30相对支承基底42的高度变化相结合。这些措施尤其是造成在钻头内刀片20和外刀片22区域中切屑形成的改善。
在图9a和b中，内刀片20和外刀片22在一钻头中相互组合，其中，为了表示两者的重叠，外刀片22翻转约180°到内刀片20的平面E内。在这两种钻头中采用了同样的可转位刀片。在图9a的情况下，各刀片靠得比在图9b中更近。据此，与按图9b的结构设计相比，在图9a中所示的结构设计用来钻削更小直径的孔。点划线32分别表示钻头中心线，而点划线70表示在起钻过程时的工件表面。由图9a和b可见，内刀片20相对于外刀片22轴向前突，并且外刀片22的内部被内刀片20的外部遮蔽。因此外刀片22有效刀刃24的内刀尖36′便受到内刀片20外刀尖28″的保护，避免磨损。这一点是必要的，因为，在外刀片22上决定半径的外刀尖36″以其副刀刃38嵌入工件上的孔的下方，故而在内刀尖36′、36″的那侧在以后的转位过程中必须要受到保护。
此外由图9a和b可以看到，刀刃段54在钻削过程中用来在工件70中产生初始切痕(Vorspur)，由此大大有利于钻头在工件上的定心。内可转位刀片20的内刀刃28′搭接钻头中心线32，因此不参与切削过程。这个刀尖由于它设置在钻头内而避免了磨损，是用于以后的转位过程。
综上所述确定如下：本发明涉及一种用于整体钻头的可转位刀片，它具有四条同样的刀刃30，所述刀刃设置在支承基底42上方一定距离处，分别在两个刀尖28′、28″之间延伸。各刀刃在成一楔角β的情况下分别由一前刀面46和一后刀面48限定。在这些刀刃30中，在钻削过程中总有一个刀刃处于有效使用位置。为了能够最佳地匹配于在钻头刀刃长度上变化的切削条件和钻削性能，本发明建议，四条刀刃30的从支承基底42的平面出发测量的高度h和/或后角α在相应刀刃30的长度上是变化的。

Claims (20)

1.一种整体钻头，该整体钻头具有至少两个在径向和圆周方向相互离开一定距离地布置于钻头体(10)上的、在径向方向上部分重叠的刀片座(16，18)，所述刀片座分别装有一可转位刀片(20，22)；该整体钻头还具有两条设置于钻头体(10)中的排屑槽(12，14)，所述刀片座(16，18)是这样设置在排屑槽的端面一侧的末端上，即，使得所述可转位刀片(20，22)在轴向突出于钻头体；其中，一个内可转位刀片(20)以其有效刀刃(30)的内刀尖(28)搭接钻头中心线(32)，并且一个外可转位刀片(22)以其有效刀刃(34)在其外刀尖(36)区域内和以一外副刀刃(38)突出于钻头体(10)的外圆周；其中，所述可转位刀片具有一个支承基底(42)、四个突出于支承基底的侧支承面(44)和四条同样的刀刃(30)，所述刀刃设置在支承基底(42)上方一定距离处，分别在两个刀尖(28′，28″)之间延伸，各刀刃分别通过一前刀面(46)和一后刀面(48)限定，并且在这些刀刃中，在钻削过程中总有一条刀刃构成有效刀刃，其中，后刀面(48)在所属刀刃(30)的每个点与一条垂直于支承基底(42)的直线(52)成一后角(α)，其特征为：对于所述可转位刀片中的至少一个可转位刀片(20)，所述后角(α)沿刀刃(30)变化，其中，该后角(α)从一在一个刀尖(28′)区域内的较小值上升到一最大值，并在刀刃(30)到另一刀尖(28″)的其余延伸曲线中逐渐减小，并且，后角(α)从其中一个刀尖(28″)出发的上升比从另一个刀尖(28′)出发的上升更陡。
2.按权利要求1所述的整体钻头，其特征为：刀刃(30)在刀尖(28′，28″)区域内具有一种倒圆的延伸曲线，并且，后角(α)在经过刀尖的延伸曲线内是变化的。
3.按权利要求1或2所述的整体钻头，其特征为：具有最大后角(α)的刀刃段(54)是设置在刀刃中点之外。
4.按权利要求1至3之任一项所述的整体钻头，后角(α)沿一拉长延伸的刀刃段(54)具有其最大值。
5.按权利要求1至4之任一项所述的整体钻头，其特征为：对于所述可转位刀片中的至少一个可转位刀片(20)，在刀刃(30)上在前刀面(46)和后刀面(48)之间所成的楔角(β)沿刀刃(30)变化。
6.按权利要求5所述的整体钻头，其特征为：在最大刀刃高度(h)和/或最大后角(α)的刀刃段(54)内的楔角(β)小于在刀尖(28′，28″)区域内的楔角。
7.按权利要求1至6之任一项所述的整体钻头，其特征为：对于所述可转位刀片中的至少一个可转位刀片(20)，从支承基底(42)的平面出发测量的刀刃(30)高度(h)在其长度上变化。
8.按权利要求7所述的整体钻头，其特征为：从支承基底(42)的平面出发测量的刀刃(30)高度(h)从一个刀尖(28′)起在其到一最大高度(h)的刀刃段(54)的延伸曲线内逐渐上升，而在到另一刀尖(28″)的其余延伸曲线内逐渐下降。
9.按权利要求8所述的整体钻头，其特征为：刀刃(30)在两个刀尖(28′，28″)之间的高度曲线走向设计为非对称的。
10.按权利要求8或9所述的整体钻头，其特征为：所述最大高度(h)的刀刃段(54)向两刀尖中的一个刀尖那边偏移。
11.按权利要求7至10之任一项所述的整体钻头，其特征为：每个刀刃(30)从刀尖(28′，28″)出发到所述最大高度(h)的刀刃段(54)的上升为非线性。
12.按权利要求7至11之任一项所述的整体钻头，其特征为：每个刀刃(30)从其中一个刀尖(28″)出发的上升比从另一个刀尖(28′)出发的上升更陡。
13.按权利要求7至12之任一项所述的整体钻头，其特征为：刀刃(30)的各上升段(56′，56″)通过一拉长延伸的最大高度刀刃段(54)相互连接。
14.按权利要求1至13之任一项所述的整体钻头，其特征为：对于所述可转位刀片中的至少一个可转位刀片(20)，后角(α)和/或刀刃高度(h)沿刀刃(30)波浪形变化。
15.按权利要求14所述的整体钻头，其特征为：沿刀刃(30)分别设置至少两个、尤其是三至五个变化波。
16.按权利要求1至15之任一项所述的整体钻头，其特征为：支承面(44)至少部分地由所属未起作用的刀刃(30)的后刀面(48)构成。
17.按权利要求1至16之任一项所述的整体钻头，其特征为：支承面(44)与支承基底(42)一起构成一个支承部分(64)，而后刀面(48)连同刀刃(30)和前刀面(46)构成一个通过棱锥体形的过渡段(66)与所述支承部分(64)连接的切削部分(62)。
18.按权利要求16或17所述的整体钻头，其特征为：支承面(44)通过一个呈棱锥体形缩小的过渡段(58)与支承基底(42)连接。
19.按权利要求16至18之任一项所述的整体钻头，其特征为：支承基底(42)具有正方形的外形轮廓。
20.按权利要求16至19之任一项所述的整体钻头，其特征为：各支承面(44)围成一个具有正方形底面的直角平行六面体或棱锥台。
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