CN102448646B - 旋转驱动式多刃带阶梯刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转驱动式多刃带阶梯刀具，特别是用于在实心材料中钻孔的阶梯钻，包括多个沿切削与进给方向交错布置的单刃或多刃切削级，所述切削级各包含多个数目与切削刃数目相符的容屑槽。周向相邻容屑槽(23，33)彼此以一条带(24)为界。根据本发明，两个沿切削与进给方向连续布置的切削级(20，30)的周向相邻容屑槽(23，33)通过一切屑窗(25)相通，所述切屑窗在周面上敞开且将位于所述容屑槽之间的条带(24)穿透。

Description

旋转驱动式多刃带阶梯刀具
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的旋转驱动式阶梯刀具，尤其是一种用于在实心材料中钻孔的阶梯钻，所述旋转驱动式阶梯刀具包含多个沿切削与进给方向交错布置的单刃或多刃切削级。
背景技术
制造技术中经常会出现多级加工。例如，需要制造多个不同直径的轴向错列孔，但往往还需要在钻孔后再扩孔或者进行不同的钻孔和扩孔处理。为尽量缩短加工时间，研发出了能够在一个工序中完成上述不同加工的组合刀具。这类组合刀具包括阶梯钻、钻孔扩孔钻、阶梯扩孔钻、阶梯铰刀等等，这些刀具在下文中(在适当的地方)统称为阶梯刀具。
这类阶梯刀具的实例请参见DE299 01 414U1、DE36 10 016A1、DE200 15 550U1、DE20 2007 015 595U1、DE1785012U或DE1 041 324A等公开文献。DE299 01 414U1、DE36 10 016A1和DE200 15 550U1中所描述的阶梯刀具通过共用容屑槽排出在多个切削级中分别产生的切屑。DE20 2007015595U1中所描述的阶梯刀具具有两个分别带自有容屑槽的切削级。DE1 041 324A所描述的阶梯钻类似于上述两种阶梯刀具的组合，其中，第一、第三和第五切削级以及第二和第四切削级分别配置三个容屑槽。DE1 785 012A展示及描述一种形式为多刃带阶梯钻的同类型多刃带阶梯刀具，其包括两个不同加工直径的切削级，其中，每个切削级均配有自有容屑槽。
传统的多刃带阶梯刀具具有以下缺点：每个容屑槽中用于排屑的容积往往比较窄小，因而在不利条件下，加工直径相对较小的切削级区域内很容易发生切屑阻塞情况。加工直径较小的切削级的轴向长度越大，就越容易发生切屑阻塞。
发明内容
本发明的目的是对如DE1 785 012A所揭露的多刃带阶梯刀具进行改进，以确保能可靠排屑，尤其是加工直径相对较小的切削级区域的排屑。
本发明用来达成上述目的的解决方案是一种具有权利要求1所述特征的多刃带阶梯刀具。
本发明的旋转驱动式多刃带阶梯刀具具有多个沿(周向或旋转方向或者说)切削方向与(轴向或者说)进给方向交错布置的单刃或多刃切削级，所述切削级各包含多个数目与切削刃数目相符的容屑槽。也即，单刃切削级各具有一个切削刃和一个分配给该切削刃的容屑槽，而双刃、三刃以及三刃以上的切削级则具有相应数目的切削刃以及多个数目与切削刃数目相符的容屑槽，这些容屑槽和切削刃一一对应。因此，每个切削级都具有多个数目与切削刃数目相符的容屑槽。周向相邻容屑槽彼此以一条带为界。容屑槽和位于容屑槽之间的条带相对于所述多刃带阶梯刀具的旋转轴线可呈螺旋状或直线延伸。
沿切削与进给方向交错布置的具有不同加工直径的切削级如果是两个，则包括一个加工直径相对较小的在切削与进给方向上的第一切削级或前切削级和一个加工直径相对较大的在切削与进给方向上的第二切削级或后切削级。如果设置两个以上的切削级，任意两个沿切削与进给方向连续布置的切削级则分别由一个在切削与进给方向上的前切削级和在一个切削与进给方向上的后切削级(例如第一切削级和第二切削级或者第二切削级和第三切削级，依此类推)构成。前切削级的加工直径总是小于后切削级的加工直径。
如上所述，在本发明的多刃带阶梯刀具中，两个沿切削与进给方向连续布置的切削级的周向相邻容屑槽彼此以一条带为界。无论容屑槽和切削级之间是怎样的分配关系，容屑槽均优选从相应切削级的起点开始一直连续延伸至该切削级在刀柄上的尾端处，因此只要容屑槽在轴向上终止于同一位置，任一前切削级的容屑槽长度都会大于后切削级的容屑槽长度。
根据本发明，两个沿切削与进给方向连续布置的切削级(即加工直径相对较小的前切削级和加工直径相对较大的后切削级)的周向相邻容屑槽通过切屑窗相通，该切屑窗在周面上敞开且将位于两容屑槽之间的条带穿透。因此若以前切削级为参照，所述切屑窗不是位于前切削级的前刀面上，就是位于前切削级的构成前刀面延长部分的容屑槽表面，第二种情况的前提是，所述多刃带阶梯刀具由配有刀片的载体构成。
所述两个沿切削与进给方向连续布置且其周向相邻容屑槽分别通过切屑窗相通的切削级优选是所述第一和第二切削级，因为排屑问题更多地是出现在加工直径最小的第一切削级区域中。作为第一和第二切削级的替代或补充方案，也可以让第二和第三级、第三和第四级等等(即任意两个沿切削与进给方向连续布置的切削级)的周向相邻容屑槽通过中间的条带中的切屑窗相通。
所述切屑窗例如通过自由铣削或自由磨削制成，在任何情况下均可通过该切屑窗至少将加工直径相对较小的在切削与进给方向上的前切削级的容屑槽中的一部分切屑排入到加工直径相对较大的在切削与进给方向上的后切削级的周向相邻容屑槽内。因此，产生于前切削级的切屑的排屑在到达切屑窗之前仅通过前切削级的相应容屑槽沿容屑槽的延伸方向进行，到达切屑窗后，就既可通过前切削级的相应容屑槽又可通过后切削级的周向相邻容屑槽来排屑。这样从整体上加大了产生于前切削级的切屑的可用排屑容积，从而使加工直径极小的前切削级的排屑效果得到改善。由于排屑效果改善，必要时就可减小前切削级的容屑槽的径向深度，以便获得较大的芯径。
本发明的多刃带阶梯刀具特别是实施为多刃带阶梯钻，用于制造气缸盖上的喷油器孔。各切削级(例如三个切削级)优选均实施为多刃，包括多个沿周向等距布置的端面切削刃和周向切削刃，特别地实施为双刃，包括多个呈点对称布置的端面切削刃和周向切削刃。
其他优选改进方案参见从属权利要求。
根据一种优选改进方案，所述切屑窗沿径向大体延伸至所述后切削级的周向相邻容屑槽的底部。切屑窗由此而具有足够大的径向深度，这样一来，产生于前切削级的切屑就能转移到后切削级的周向相邻容屑槽中，并且在那里继续朝刀柄方向排出。
所述切屑窗在进给方向上优选布置成至少包含所述后切削级的起点，特别是使所述后切削级的相应端面切削刃大体位于切屑窗的中央。通过这个位置确保了将后切削级的容屑槽的最大长度用来进一步输送产生于前切削级的切屑。这样一来，从前切削级的容屑槽经切屑窗排入后切削级的周向相邻容屑槽中的切屑就能从后切削级的起点处开始，随产生于后切削级的切屑一起朝刀柄方向排出。
可以根据待加工材料或者更确切地说产生于前切削级的切屑的预计平均尺寸(长度、厚度、宽度)来确定所述切屑窗的径向深度和轴向长度(即尺寸)。即，所述切屑窗具有一规定轴向长度，所述轴向长度是根据产生于所述前切削级的切屑的切屑尺寸确定。具体而言就是，切屑长度较大时可以设置相对较深较长的切屑窗，而当切屑长度较短时，设置相对较浅较短的切屑窗就够了。设计切屑窗时如果将具体的制造条件考虑在内，就能改善切屑从前切削级的容屑槽到后切削级的周向相邻容屑槽的转移效果。
所述切屑窗沿轴向从刀尖朝刀柄方向分为径向深度增大的切屑窗起始段、与切屑窗起始段相连且优选轴向平行延伸的切屑窗本体段以及与切屑窗本体段相连且径向深度减小的切屑窗结束段三个部分。可以根据具体要求相应确定所述优选轴向平行延伸的切屑窗本体段的长度。举例而言，切屑窗本体段可以设计得很短，在此情况下，切屑窗从侧向看就呈凹形缺口形状。如果将切屑窗本体段设计得较长，切屑窗就呈长条状。切屑窗起始段和切屑窗结束段优选均实施成内凹曲面。切屑窗本体段优选由一具有规定轴向长度的平面或一具有规定轴向长度的例如内凹曲面构成。
切屑窗本体段优选以一规定角度相对于前刀面或者周向相邻容屑槽的构成后切削级前刀面的延长部分的容屑槽表面倾斜。通过使切屑窗本体段相对于后切削级的前刀面或者后切削级的周向相邻容屑槽的构成该前刀面的延长部分的容屑槽表面倾斜，可以逐步减小前切削级容屑槽和后切削级容屑槽之间的径向深度差异，从而改善切屑从前切削级的容屑槽到后切削级的周向相邻容屑槽的转移效果。
此外，所述切屑窗可以在位于周向相邻容屑槽之间的条带的穿透方向上相对于所述多刃带阶梯刀具的旋转轴线或两个容屑槽的纵向延伸方向而言大体沿径向定向，或者以小于90°的角度相对于所述多刃带阶梯刀具的旋转轴线或相应的后切削级的容屑槽的纵向延伸方向定向。与大体沿径向定向相比，切屑窗以小于90°的角度相对于旋转轴线或容屑槽的纵向延伸方向定向这一方案的优点在于，切屑从前切削级的容屑槽经切屑窗进入后切削级的周向相邻容屑槽时的转向程度比在第一个方案中小，从而能整体上改善排屑效果。
根据一种优选改进方案，本发明的多刃带阶梯刀具具有由整体硬质合金构成的一体成型载体以及多个布置在该载体上的PKD(聚晶金刚石)刀片。在这种改进方案中，前切削级的切屑窗的轴向长度和轴向位置与后切削级的相应刀片的轴向长度和轴向位置相配。
所述容屑槽可实施为螺旋状，但优选采用直线设计。
本发明的多刃带阶梯刀具进一步优选具有用于为一个或多个切削级提供冷却/润滑剂的针对最小量润滑设计的内置式通道系统。优选通过多个开口输送冷却/润滑剂，这些开口分别位于前切削级的端部后刀面区域内，也即，在切削方向上位于相应端面切削刃后面。在所述多刃带阶梯刀具包含多个切削级的情况下，可以只需为某个或某些需要经较长距离才能朝刀柄方向排出切屑的切削级提供润滑剂，如果以设置三个切削级为例，就只需为第一和第二切削级提供润滑剂。无论哪种情况，从端部的后刀面区域流出的润滑剂都能经过在切削方向上的后切削级的周向相邻容屑槽流出，从而为后切削级的排屑提供支持。
附图说明
下面借助附图对本发明的多刃带阶梯刀具的实施例进行说明。其中：
图1a为一多刃阶梯钻的实施方式的侧视图；
图1b为图1a所示的阶梯钻的端视图；
图2a为所述阶梯钻的相对于如图1a所示的侧视图绕旋转轴线旋转-40°后的侧视图；
图2b为所述阶梯钻的相对于如图1b所示的端视图绕旋转轴线旋转-40°后的端视图；
图3a为所述阶梯钻的相对于如图1a所示的侧视图绕旋转轴线旋转-70°后的侧视图；
图3b为所述阶梯钻的相对于如图1b所示的端视图绕旋转轴线旋转-70°后的端视图；
图3c为图3a所示的阶梯钻的刀尖的比例放大后的视图；及
图4为图1a至图3c所示的阶梯钻的立体图。
具体实施方式
附图中的附图标记10表示的是一形式为阶梯钻的旋转驱动式多刃切削型多刃带阶梯刀具。阶梯钻10用于制造阶梯孔，如汽车工业中用作气缸体上用来安装喷油器的喷油器孔。需要指出的是，图中所包含的尺寸和加工数据仅与多刃带阶梯刀具的一个实施例有关。
阶梯钻10具有用于夹紧在夹盘(未图示)中的刀柄12和切削部13。阶梯钻10的长度例如约为191.5mm，刀柄直径约为25mm。在所示实施例中，阶梯钻10具有三个切削级20、30和40，其中，第一切削级20的标定直径为D20，第二切削级30的标定直径D30略大于第一切削级的标定直径，第三切削级40的标定直径D40又大于第二切削级的标定直径。尺寸D20例如约为7.7mm，尺寸D30约为18mm，尺寸D40约为23.7mm。所有这些标定直径的公差都极其窄。如图所示，第一、第二和第三切削级20、30、40沿切削与进给方向交错布置，第一和第二切削级之间的角距约为-40°，第一和第三切削级之间的角距约为-70°。图1a和图2a分别用虚线表示第二和第三切削级30、40的起点。
在所示实施例中，第一、第二和第三切削级20、30、40均实施为双刃，也即，各包含两个端面切削刃21、31、41和两个周向切削刃22、32、42以及数目与切削刃相符的两个容屑槽23、33、43(见图1b和图2b)。如图所示，容屑槽23、33、43均从相应切削级20、30、40的起点开始直线连续延伸至相应切削级在刀柄12前方不远处的尾端。周向相邻容屑槽23、33和33、43彼此以一条带24、34、44为界。通过第一、第二和第三切削级20、30、40如图所示的沿切削与进给方向交错布置，第一切削级20构成相对于第二切削级30的在切削与进给方向上的前切削级，而第二切削级30构成相对于第一切削级20的在切削与进给方向上的后切削级和相对于第三切削级40的在切削与进给方向上的前切削级。第三切削级40又构成相对于第二切削级30的在切削与进给方向上的后切削级。
在所示实施例中，阶梯钻10具有由整体硬质合金构成的一体成型载体以及布置在该载体上的PKD(聚晶金刚石)刀片，这些刀片分别构成端面切削刃和周向切削刃21、22、31、32和41、42(见图3c)。
在图示实施例中，第一和第二切削级20、30的周向相邻容屑槽23、33通过切屑窗25相通，该切屑窗在周面上敞开且将位于两容屑槽之间的条带24穿透。在所示实施例中，将条带24穿透的切屑窗25沿径向大体延伸至后切削级即第二切削级30的周向相邻容屑槽33的底部。而在进给方向上，切屑窗25延伸至第二切削级30的起点处，且特别是使得第二切削级30的最近的端面切削刃31大体位于切屑窗25的中央(见图2a)。
切屑窗25沿轴向从刀尖11朝刀柄12方向分为径向深度增大的切屑窗起始段25a、与切屑窗起始段25a相连且轴向平行延伸的切屑窗本体段25b以及与切屑窗本体段25b相连且径向深度减小的切屑窗结束段25c三个部分(见图3a和图3c)。在所示实施例中，切屑窗起始段25a和切屑窗结束段25c与中间的切屑窗本体段25b构成一切屑窗，使得该切屑窗25在条带24的穿透方向上相对于所述阶梯钻的旋转轴线11或者相对于第二切削级30的容屑槽33的纵向延伸方向而言大体沿径向定向(见图3c：α≈＝90°)。
在所示实施例中，轴向平行延伸的切屑窗本体段25b的长度大体与构成第二切削级30的端面切削刃和周向切削刃31、32的PKD刀片15的长度相一致。切屑窗起始段25a和切屑窗结束段25b均实施成内凹曲面。在所示实施例中，切屑窗本体段25b由一具有规定轴向长度的平面构成。此外，切屑窗本体段25b以一规定角度(在所示实施例中约为5°)相对于容屑槽33的容屑槽表面36倾斜，该容屑槽表面构成第二切削级30的前刀面35的延长部分。
通过针对最小量润滑设计的内置式通道系统50，刀具10具有用于第一和第二切削级20、30的冷却/润滑剂供给系统，该通道系统在图1a中用虚线示出。通过开口28、38输送冷却/润滑剂，这些开口分别位于第一或第二切削级20、30的端部后刀面29、39区域内，也即，在切削方向上位于相应端面切削刃21、31后面。
当然，在本发明的基本理念范围内也可以做不同于上述实施例的设计。
在所示实施例中，不但可以在第一和第二切削级20、30的周向相邻容屑槽23、33之间设置切屑窗，也可以在第二和第三切削级30、40的周向相邻容屑槽之间设置切屑窗。
作为设三个切削级的替代方案，本发明的多刃带阶梯刀具可以只具有两个切削级或者具有三个以上的切削级。如果设置三个以上的切削级，则在切削与进给方向上的前、后切削级的任意两个周向相邻容屑槽均可通过将中间的条带穿透的切屑窗彼此相通。
在图示实施例中，切屑窗25相对于旋转轴线11或相对于相应后切削级的容屑槽的纵向延伸方向大体沿径向定向，与之不同，切屑窗起始段25a和切屑窗结束段25c也可以与中间的切屑窗本体段25b这样设计，使得切屑窗25以＜90°的角度α相对于旋转轴线11或相应后切削级的容屑槽的纵向延伸方向定向。
各切削级可以不同于图示实施例均实施为单刃，或者具有两个以上的切削刃。
此外，除了选择部分切削级为其提供冷却/润滑剂外，也可以为全部的切削级提供冷却/润滑剂。

Claims (20)

1.一种旋转驱动式多刃带阶梯刀具包括多个沿切削与进给方向交错布置的单刃或多刃切削级(20，30，40)，所述切削级各包含多个数目与切削刃(21，22，31，32，41，42)数目相符的容屑槽(23，33，43)，其中，周向相邻容屑槽(23，33)彼此以一条带(24)为界，其特征在于，沿切削与进给方向连续布置的两个切削级(20，30)的周向相邻容屑槽(23，33)通过一切屑窗(25)相通，所述切屑窗在周面上敞开且将位于所述容屑槽之间的条带(24)穿透，其中，所述两个切削级(20、30)包括在切削与进给方向上的前切削级(20)和在切削与进给方向上的后切削级(30)。
2.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述多刃带阶梯刀具是用于在实心材料中钻孔的阶梯钻。
3.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)沿径向延伸至所述后切削级(30)的容屑槽(33)的容屑槽底部。
4.如权利要求1至3任一项所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)沿轴向朝刀柄(12)方向至少延伸至所述后切削级(30)的起点处。
5.如权利要求4所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)沿轴向朝所述刀柄(12)方向延伸，使得所述后切削级(30)的最近的端面切削刃(31)位于所述切屑窗(25)的中央。
6.如权利要求4所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)具有一规定轴向长度，所述轴向长度是根据产生于所述前切削级(20)的切屑的切屑尺寸确定的。
7.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)沿轴向朝刀柄(12)方向分为一径向深度增大的切屑窗起始段(25a)、一与所述切屑窗起始段(25a)相连的切屑窗本体段(25b)及一与所述切屑窗本体段(25b)相连且径向深度减小的切屑窗结束段(25c)。
8.如权利要求7所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗本体段(25b)轴向平行延伸。
9.如权利要求7所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗本体段(25b)由一平面构成。
10.如权利要求7至9中任一项所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗本体段(25b)以一规定角度相对于所述后切削级(30)的前刀面(35)或所述后切削级(30)的周向相邻容屑槽(33)的一构成所述前刀面(35)的延长部分的容屑槽表面(36)倾斜。
11.如权利要求7所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗起始段(25a)和所述切屑窗结束段(25b)均实施为内凹曲面。
12.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)在位于所述周向相邻容屑槽(23，33)之间的条带(24)的穿透方向上以一小于等于90°的规定角度相对于所述多刃带阶梯刀具的旋转轴线(11)或所述容屑槽(23，33)的纵向延伸方向定向。
13.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，具有一由整体硬质合金构成的载体，所述切削级(20，30，40)的一个或多个切削刃(21，22，31，32，41，42)由布置在所述载体上的聚晶金刚石刀片构成。
14.如权利要求13所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述载体一体成型。
15.如权利要求13所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切屑窗(25)的轴向长度和轴向位置与所述后切削级(30)的最近的刀片(15)的轴向长度和轴向位置相配。
16.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述容屑槽(23，33，43)采用直线设计。
17.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，具有为所述多刃带阶梯刀具提供冷却/润滑剂的针对最小量润滑设计的内置式通道系统(50)。
18.如权利要求17所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，通过多个开口(28，38)为一个或多个切削级(20，30)输送冷却/润滑剂，所述开口分别位于一相应端面切削刃(21，31)后面的端部后刀面(29，39)上。
19.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切削级(20，30，40)均实施为多刃，包括多个沿周向等距布置的端面切削刃和周向切削刃(21，22，31，32，41，42)。
20.如权利要求1所述的多刃带阶梯刀具，其特征在于，所述切削级(20，30，40)实施为双刃，包括多个呈点对称布置的端面切削刃和周向切削刃(21，22，31，32，41，42)。
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