CN102649180A - 铣刀，具体是一种圆头铣刀 - Google Patents

Abstract

铣刀(2)，具体是一种圆头铣刀，具有刀头(6)，该刀头沿轴向方向(4)延伸并有多个切削齿(14)，这些切削齿各自有一切削刃(16)。在这些切削齿之间实现了多个切屑槽(18)。切削齿各自具有一前侧径向部分及一圆周轴向部分。对应的切削刃以及对其配属的切屑槽布置成使得它们相对于轴向方向在相反的方向上倾斜，而使对应的切削齿朝底脚区域(19)变宽。根据第二方面，刀头以两个部分来实现，一是由工具钢制成的承载件部分(10)、一是由硬质金属制成的切削部分(12)，该切削部分具体地是通过焊接而被紧固到该刀头上。结果是实现了一种铣刀，其突出之处在于使用寿命长且切削速率和机加工质量都高。

Description

铣刀,具体是一种圆头铣刀

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分以及权利要求9的前序部分所述的特征的铣刀。

背景技术

这样的铣刀(特别是圆头铣刀)从例如WO 2008/116446 A1和DE 697 29 945 T2中是已知的。

在这种情况下，圆头铣刀(又已知为球头铣刀)应在广义上被理解为是指如下柄铣刀：具有一个含若干切削齿的刀头，这些切削齿各自包括一个切削刃。在这些情况下对应切削刃在对应切削齿的前侧径向部分中、大致在径向方向上径向向外延伸并且经一种弧形路线进入该切削齿的一个基本上在轴向方向延伸的圆周轴向部分。在较窄的意义上，球头铣刀在此情况下应理解为是指一种球头几何形状，其中对应的切削刃恰从钻头尖的中心开始沿着一条弧形线延伸并且具有一个恒定半径。在这种情况下球头铣刀也应理解为是指具有一种环形几何形状的铣刀，其中这些切削刃区域具有多个不同的半径、或者也可以在径向部分和/或轴向部分中直线地延伸。

这样的圆头铣刀被用来在仅仅一个加工步骤中生产“滚珠座圈”。这样的滚珠座圈铣削特别地用于汽车领域，特别是车轮悬架领域中，以能够实现铰接轮的紧固。在此类情况下所希望的滚珠座圈是制造在一个金属盘的圆周侧面上，横过了后者。

由于大量的工件，该过程在此类情况下是大规模生产过程。因此，重要的是尽可能高的加工速度并且同时有好的机加工质量，而且没有任何重复的加工步骤。此外，该工具必须具有长的使用寿命，以便使这个生产过程不受到多次必要的刀具更换操作的阻碍。在任何情况下都基本上存在以下问题：机加工质量随着加工速度增大而变得不稳定或者这些切削刃经受不住更大的荷载。尤其是，还存在机加工过程不均匀的问题(使工具遭受应力)以及形成毛刺的问题。

根据WO 2008/116446 A1，提供了由实心硬质金属制成的铣削头，其中补充使用了切削镶片以便实现这些切削刃。该铣削头是通过一个中间件而连接到一个刀夹具上。在根据DE 697 29 945 T2的设计的情况下，该铣削头是由一种通过粉末冶金法生产的材料构成、并且是通过一个由钢制成的横拉杆(限定了一个夹紧柄)而连接到刀夹具上。在这两个已知的实施方案变体中，使多个冷却剂通道延伸到刀头中，这些冷却剂通道开放进入在单独的切削齿之间实现的切屑槽之中。

发明内容

由此，本发明是基于以下目的：说明一种铣刀，特别是圆头铣刀，该铣刀能够在一次操作中对工件进行高品质的机加工并且具有长的使用寿命。

根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的这些特征的一种铣刀实现的。该铣刀，特别是圆头铣刀，包括一个刀头，该刀头沿一个轴向方向延伸并且具有多个切削齿，这些切削齿各自具有一个切削刃。在这些切削齿之间形成了多个间隙，这些间隙具有多个切屑槽。这些切削齿各自具有一个前侧径向部分以及一个圆周轴向部分。在该轴向部分中，对应的切削刃以及对其配属的切屑槽现已被布置为使得它们在相反的方向上倾斜，其方式为使得对应的切削齿朝一个底脚区域在该轴向方向上变宽。在此情况下，在相反的方向上倾斜应在广义地理解为是指该切削刃以及切屑槽的倾角相对于一个径向平面不相同，使得该切削刃以及切屑槽从该前侧朝该刀头的后端彼此分叉。在此情况下，径向平面应理解为是指在该轴向方向上延伸的一条中央轴线以及它的法线所跨过的、并且与该轴向部分中的切削刃相交的一个平面。

这种设计的具体优点在于该切削齿逐渐变宽并且因此在该圆周侧面上在轴向方向上变得更牢固，并且因此可以吸收更大的力。同时，切屑槽被设计为在方向上相反的事实可靠地确保了切屑在轴向方向上被向后带走，这特别对于防止毛刺形成是切实重要的。

根据一个适宜的发展，该切削刃是以一个正倾角而定向的。这个正倾角具体是在从5°至15的范围内、并且特别地是例如在10°区域内。一个正倾角应广义地理解为是指该切削刃的如下取向：其中在工件的机加工过程中并且在刀头的给定旋转方向下，该轴向部分的、面朝前侧的轴线切削部分首先接合在待机加工的工件中并且接着仅仅背离该前侧上的这些切削部分依次接合。

根据一个优选的发展，特别地同时提供了这些切屑槽相对于该轴向方向以一个负倾角而定向，该倾角具体地是在从1°至5°的范围内。这个角度同时在此程度上限定了一个螺旋角，该切屑槽以此角度被环圆周地设定。具体地，该切削刃的正倾角(具体在5°至15°的范围内)以及负倾角(具体在从1°至5°的范围内)的这种组合已证明特别适合于以高速和良好的加工品质进行可靠的铣削。

在一种优选的发展中，在该切削齿的轴向部分中朝该切屑槽实现了一个切屑槽引导台。因此该切屑引导台构成了一个过渡区域，由于该切削刃和切屑槽彼此的分叉，该过渡区域将该切削刃连接到对其配属的切屑槽上。该切屑引导台确保了切屑从切削刃被可靠地偏转至切屑槽之中。

在一种适宜的设计中，在此情况下该切屑引导台具有与该对应切削刃邻接的一个平面的切屑表面。因此该切屑引导台在靠近该切削刃的区域内没有弯曲。而它位于该切削齿的径向部分中的一个对应切削部分所横跨的并且在该切削齿的轴向部分中的一个平面内。

优选地，该切屑表面经过一个偏转区域朝向该切屑槽延伸。因此仅仅在该偏转区域内该切屑引导台的取向是在圆周方向上朝向切屑槽。优选地，该偏转区域也作为一个平坦表面而实现，该表面邻接该切屑表面，特别地实现了一个修圆的部分。在此情况下该切屑表面和偏转区域优选地以一个在40°至60°范围内、特别地在约50°区域内的偏转角而彼此相互定向。

总体上，在一种优选设计中，该切屑槽引导台在一个可能也修圆的边缘处延伸进入该切屑槽中。这个边缘限定了一条界线并且由此相对于该轴向方向倾斜地从一个径向内部位置倾斜适宜地延伸至在该切削齿的底脚区域处的一个径向外部位置。该界线可以说限定了该切屑槽沿一条直线的起点。在前侧处，这个边界边缘或界线优选地大约在该刀头的半径的40％至70％的范围内开始。在该刀头的后部区域内，这个边界边缘优选地在该切削刃终止或已经终止时的轴向高度处触及该圆周侧壁。

根据本发明，该目的进一步通过具有权利要求9所述的特征的一种铣刀而实现。根据后者，该刀头被分为两个部分，即一个承载件部分和一个切削部分，该切削部分具有多个切削齿，这些切削齿各自具有一个切削刃，并且这些单独的切削齿彼此通过多个切屑槽分开。在此情况下该切削部分是由硬质金属构成的并且以一种不可逆的方式、具体是通过一种材料结合(例如通过焊接)而紧固到该承载件部分上。在此情况下该承载件部分优选地由一种与实心硬质金属相比更软的并且特别地弹性更大的材料构成，特别地是由一种适当的工具钢、例如所谓的热作钢构成。

由于该切削部分的高程度硬度，该切削部分具有高的耐磨性和良好的切削特性。同时，由于大的硬度，通过粉末冶金法生产的该切削部分是较脆性的，这样使得生产和机加工一个完全由实心硬质金属构成的刀头是资源密集型的并且困难的。

具体地，例如在由实心硬质金属制成的刀头中制造冷却通道是资源密集型的。因此在一种优选的发展中，还提供的是在该承载件部分中已开通了多个冷却通道。因此该由实心硬质金属构成的切削部分并不具有任何冷却通道。在此情况下优选地，这些冷却通道的孔口在该承载件部分上的前侧处张开，即在径向上向内地定位在距该圆周表面一段距离处。

这些孔口优选地开在一个对应的切屑槽中，以便确保冷却剂最佳地供应至对应的切削刃。

因此适宜地，还提供的是这些切屑槽从该切削部分延续进入该承载件部分之中。

为此目的，对于生产而言，过程是具体地使得将所制备的切削部分置于承载件部分上，特别是通过焊接，并且然后进行最终的机加工，其中除其他之外使这些切削刃和切屑槽经历(精加工)磨削。在这个磨削操作中，在该承载件部分中实现了切屑槽。也实现了补充的精加工措施，例如在切削刃上进行边缘修圆。适宜地，整个刀头还配备有一个涂层，例如通过PVD方法沉积的一个硬质材料涂层、优选一个氮化钛铝涂层。具体地，提供了一个多层涂层。层的厚度是例如3μm。

该承载件部分的端面构成了一个朝向切削部分的连接平面并且适宜地是由一个平坦平面构成。该切削部分可以通过一个定心销而接合在该平坦平面中。适宜地，该承载件部分和切削部分的圆周侧面是彼此对齐的。因此这两个部分具有相同的直径。该承载件部分在被连接到切削部分上之前的初始状态是以圆盘形式实现的。圆盘厚度(即，在轴向方向上的范围)的幅值小于或约等于切削部分的轴向长度的幅值。

根据一种优选的设计，该铣刀的夹紧柄和刀头的承载件部分构成了一个单件式部件，该部件是例如通过进行从(单个)工件上去除材料的机加工而生产的。因此在该夹紧柄与该承载件部分之间不存在任何种类的连接点。该单件式部件适宜地是由一种工具钢，特别是热作钢来实现的，这种钢与用于切削部分的硬质金属相比更软、并且特别地弹性更大。

适宜地，此外提供的是在该夹紧柄上实现一种螺纹，该螺纹被提供用于紧固在刀夹具中。在这种实现中明显存在该刀具的两件式设计的一个特殊优点，其中该切削部分被焊接到承载件部分上，即一般通过一种材料结合并且以不可逆的方式被紧固。这是因为由于其脆性，一个实心硬质金属刀头不容易直接夹紧在一个刀夹具中，或者这将导致该刀头的直接断裂。

关于最佳的机加工质量，另外提供的是在一种适宜的发展中，存在奇数个切削刃及切削齿。具体地，提供5个切削齿。为了实现最佳的同心度，另外优选地提供的是将这些单独的切削刃不均等地分布。因此这些单独的切削刃之间的角距离发生变化。

附图说明

在下文中，参照附图更加全面地解释了本发明的一个示例性实施方案，其中：

图1示出了一种铣刀的透视图，

图2a示出了根据图1的铣刀的侧视图，

图2b示出了图2a中的圆圈所标出的细部N的放大图，

图2c示出了根据图2b中的剖面线R-R得到的截面图，

图3a示出了根据图1的铣刀的另一个侧视图，

图3b示出了图3a中的圆圈所标出的细部P的放大图，

图4a示出了根据图1的铣刀的前侧的俯视图，

图4b示出了根据图4a中的剖面线B-B得到的截面图，并且

图5示出了具有根据图1的夹入式铣刀的一种刀头的透视图。

在附图中，用相同的参考号表示执行相同功能的部件。

具体实施方式

附图中表示的铣刀2总体上是用于生产所谓的“滚珠座圈”，具体用于汽车领域，以确保实现铰接的车轮悬架。铣刀2作为一个整体在轴向方向4延伸并且具有一个刀头6和以及与后者邻接的一个夹紧柄8。该夹紧柄8用来将铣刀2夹紧在一个刀夹具9中(参见图5)。在其前端，夹紧柄8具有一个适配套环或引导套环8A，并且在其后端它具有一个拉紧螺栓8B。在此情况下夹紧应理解为是指任何紧固，例如以卡销方式的紧固还以及特别地通过拧入而紧固。

在该示例性实施方案中，刀头6是以两个部分实现的，即一个承载件部分10和一个紧固至其上(具体是通过硬焊)的切削部分12。承载件部分10(如图1中所能看到的)具有一个用于刀具的接合表面，是用于安装在(拧入)刀夹具中的目的。

刀头6具有多个切削齿14，这些切削齿各自携带一个切削刃16。在每个切削齿14之间实现了一个间隙，每个间隙具有一个切屑槽18。在该示例性实施方案中，提供了五个切削齿14。

在这样的以球头铣刀的方式实现的柄铣刀的情况下，切削齿14具有一个前侧径向部分14A，并且具有在轴线方向上延伸的一个圆周轴向部分14B。在此情况下一个径向部分14A应理解为是指该切削齿的一个至少基本上沿径向方向延伸的部分。原则上，在此情况下，还可以提供一个弧形切削刃路线。一个轴向部分14B应理解为是指在刀头的圆周侧面上在轴向方向上延伸的一个部分。在该示例性实施方案中，径向部分14A和轴向部分14B二者均具有多种直线路线，这些路线通过一个弧形部分彼此连接。对应于切削齿14，这些切削刃16也相应地实现，例如它们同样具有一个轴向部分和一个径向部分，这两个部分通过一个弧形的切削刃部分彼此连接。因此该径向部分14A从一个前侧铣刀中心开始在径向方向上向外延伸、以一种弧形方式延伸进入刀头6的一个圆周侧面中、并且接着进一步在轴向部分14B中沿轴向方向4延伸。

操作中，铣刀2围绕轴向方向4旋转，这同时在图1中所指出的旋转方向17上限定了一条中央轴线。

根据一个第一方面，接着提供的是该切削齿14在轴向方向4上朝一个底脚区域19变宽并且由此在总体上是牢固的。现在具体地结合图2a、图2b、图2c以及图3a、图3b来更加全面地解释这个方面。在此情况下特别重要的事实是对应的切屑槽18和切削齿14在其轴向部分14B中被实现为使得它们在相对于轴向方向4的相反方向上倾斜。这可以从根据图3b的放大图中看出。

在此情况下切屑槽18的倾斜应理解为是指切屑槽18的一条界线20相对于轴向方向4的倾斜，切屑槽18的这条界线20具体上是通过一个磨削操作而限定的，该磨削操作用于实现切屑槽18的目的。该切屑槽通常是通过使用一个具有修圆的圆周表面的研磨盘而实现的，这种修圆限定了该槽的圆度。同时，该研磨盘的宽度限定了该槽的宽度并且在此程度上限定了切屑槽18的界线20。因此，在之前已经提及的切屑槽18相对于轴向方向4倾斜的范围内，这是指与对应切削齿14相邻的界线20的倾斜。

切屑槽18或切削齿14的倾斜在此情况下是相对于一个径向平面而定义的。这个平面在图3b中由径向方向4和延伸进入纸面的垂直线所限定。

在此情况下，切削齿14相对于轴向方向4是以一个正倾角α1而定向的，该倾角具体地是在从5°至10°的范围内。同时，切屑槽18优选的是相对于轴向方向4以一个负倾角α2而定位，这个负倾角α2适宜地是在最高达5°的范围内。在这个示例性实施方案中，α1的值为10°而α2的值为3°。

如具体从图1以及图2a、图2b、图2c中所能看到的，切削刃16与一个切屑引导台22邻接，该切屑引导台从对应的切削刃16延伸至界线20并且因此延伸至切屑槽18。在该示例性实施方案中，该切屑引导台22具有与该切削刃16邻接的一个平坦的平面切屑表面24。在该示例性实施方案，所述平面切屑表面是大致以一个弧段的方式实现的。切屑表面24大约在径向部分14A的半径的一半高度处开始并且同样地延伸至轴向部分14B的一半轴向高度(具体参见图1)。在这个区域内，该切屑表面24因此在切削刃16(其轴向和径向部分)所横跨的平面内延伸。

最后，与切屑表面24邻接的是切屑引导台22的一个偏转区域26。因此仅仅在这个偏转区域26内在圆周方向上朝向切屑槽18进行了均衡化。

切屑表面24以及朝向界线20的偏转区域26也具体在图2c中清楚地示出。由此可见切屑表面24以及同样作为平坦表面实现的偏转区域26是以一个偏转角β而定向的。该偏转角优选是在从40到60度的范围内，在该示例性实施方案中优选为50度。

这些切削刃的这种特殊几何形状使之有可能以高的机加工速度并且同时以良好的表面质量实现非常好的机加工结果。具体地，切屑槽18和切削齿14在相反方向上的特殊实现方式使得能够以一种牢固的方式实现切削齿14并且同时确保了在滚珠座圈的铣削过程中、特别是在其退空端处不产生毛刺。切屑槽18的反方向构形确保了后者以负倾角α2进行布置，并且切屑因此被去除至后部轴向区域内。这对于在所要求的高切削速率(高的切屑去除率)的情况下所寻求的必要质量而言是至关重要的。

下面具体地结合图1以及图4a和图4b更加全面地说明第二方面，即刀头6的两件式设计。如具体从根据图4b的截面图中所能看到的，夹紧柄8和承载件部分10构成了由一个件所生产的一个部件。具体地，后者是通过车削生产的。在此情况下，该部件是由一种常规的工具钢构成、特别是由容易机加工的热作钢构成。

对于该设计而言特别重要的是这个由承载件部分10和夹紧柄8组成的部件近似地以一个T字形形成，这个T字头的顶侧作为平坦侧面形成，切削部分12被置于其上。为了定中心的目的，该切削部分12具有一个定心销28。因此承载件部分10和切削部分12具有相同的直径、并且以一种平齐的方式在圆周侧面上彼此邻接。

夹紧柄8包括一种中央冷却剂供应30，由此作为孔实现的冷却剂通道32倾斜向外伸出，各自在一个孔口34处终止。对应的孔口34位于承载件部分10的前侧并且特别地位于对应切屑槽18的内部。因为延伸进入承载件部分10之中的这些切屑槽18是事后进行研磨的，所以孔口34位于承载件部分10的原先平面的端面的一个之后成拱形的表面区域内。在切削部分12本身之中没有形成任何种类的冷却通道32。对于生产而言，仅仅在由工具钢制成的承载件部分10中制造冷却通道32可以较容易地实现。同时，切削部分12没有因冷却通道的额外实现而被削弱。

夹紧柄8在其后端优选地具有一个用于拧入刀夹具9中的外螺纹。夹紧柄8的较软且(易延展的)弹性的材料使得铣刀2能够以一种可靠且安全的方式被紧固到刀夹具9上。刀夹具9本身在其后端具有一种连接，该连接在该示例性实施方案中是用于可逆地紧固到机器转轴上的一种HSK连接。

优选地，整个刀头(承载件部分10和切削部分12二者)配备有一个硬质材料涂层。

具体地，将切削刃的几何形状的特殊设计(切削齿14和切屑槽18在不同的方向上，具体与切屑引导台22的特殊构形对齐)与刀头的这种两件式设计相结合，产生了一种铣刀2，特别是圆头铣刀，该铣刀的突出之处在于显著改善的使用寿命，而且机加工质量和加工速度(高的切削速率)都高。

Claims (15)

1.一种铣刀(2)，特别是一种圆头铣刀，包括一个刀头(6)，该刀头沿一个轴向方向(4)延伸并且具有多个切削齿(14)，这些切削齿各自具有一个切削刃(16)，并且其中在这些切削齿(14)之间布置了多个切屑槽(18)，这些切削齿(14)各自具有一个前侧径向部分(14A)以及一个圆周轴向部分(14B)，其特征在于在该轴向部分(14B)中的对应的切削刃(16)以及对其配属的切屑槽(18)被布置成使得它们相对于该轴向方向(4)在相反方向上倾斜，其方式为使得该切削齿(14)在该轴向方向上朝一个底脚区域(19)变宽。

2.如权利要求1所述的铣刀(2)，其特征在于该对应的切削刃(16)相对于该轴向方向(4)是以一个正倾角(α1)而定向的，该正倾角具体地是在从5°至15°的范围内。

3.如权利要求1或2所述的铣刀(2)，其特征在于该切屑槽(18)相对于该轴向方向(4)是以一个负倾角(α2)而定向的，该负倾角具体地是在从1°至5°的范围内。

4.如以上权利要求中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于在该切削齿(14)的轴向部分(14B)中朝该切屑槽(18)实现了一个切屑引导台(22)。

5.如权利要求4所述的铣刀(2)，其特征在于该切屑引导台(22)具有与该对应的切削刃(16)邻接的一个平面的切屑表面(24)。

6.如权利要求5所述的铣刀(2)，其特征在于一个偏转区域(26)朝着该切屑槽(18)邻接该切屑表面(24)。

7.如权利要求4至6中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于，在一条界线(20)处，该切屑引导台(22)穿入该切屑槽(18)之中。

8.如权利要求7所述的铣刀(2)，其特征在于该界线(20)相对于该轴向方向(4)倾斜地从一个径向内部位置倾斜延伸至在该底脚区域(19)处的一个径向外部的位置。

9.一种铣刀(2)，具体是如以上权利要求中任一项所述，包括用于夹紧到一个刀夹具上的一个夹紧柄(8)，并且包括与该夹紧柄邻接的一个刀头(6)，其特征在于该刀头(6)具有一个承载件部分(10)、并且具有一个切削部分(12)，该切削部分包括多个切削刃(16)和多个切屑槽(18)，并且该切削部分(12)由硬质金属构成并且通过一种材料结合而被紧固到该承载件部分(10)上。

10.如权利要求9所述的铣刀(2)，其特征在于提供了多条冷却通道(32)，这些冷却通道在该承载件部分(10)中在一个对应的孔口(34)处向外开放。

11.如权利要求10所述的铣刀(2)，其特征在于这些孔口(34)在该承载件部分(10)的前侧向外开放。

12.如权利要求9至11中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于这些切屑槽(18)在该承载件部分(10)中是延续的。

13.如权利要求9至12中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于该切削部分(12)和该承载件部分(10)配备有一个共同的涂层。

14.如权利要求9至13中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于该承载件部分(10)和该切削部分(12)被彼此平齐地固定。

15.如权利要求9至14中任一项所述的铣刀(2)，其特征在于该夹紧柄(8)和该承载件部分(10)是作为一个单件由一种比硬质金属弹性更大的钢来实现的。

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