CN102922024B - 用于加工成形面的铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的圆柱铣刀，该铣刀包括：硬质合金刀体；在该刀体上延伸并一体成形的平行间隔布置的至少两个齿状基部；其中，至少一个所述齿状基部上固定有第一组刀片，它们平行于该齿状基部的延伸方向且在该延伸方向上相互具有第一组间隔，在与固定有第一组刀片的齿状基部相邻的齿状基部上固定有平行于齿状基部的延伸方向的第二组刀片，所述第一组间隔的每一个从所述铣刀的回转方向看被相应的一个所述第二组刀片完全覆盖住；所述第一组刀片和第二组刀片由聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼制成。

Description

用于加工成形面的铣刀

技术领域

本发明涉及一种用于加工成形面的铣刀，其尤其是用于加工宽幅成形面的圆柱铣刀。

背景技术

铣刀是用于对金属表面或其它表面进行加工的一种刀具。生产中，通常采用圆柱铣刀或立铣刀对包括平面在内的成形面进行加工。当前，在有色金属成形面加工中常用的是整体硬质合金铣刀或高速钢铣刀，这二种材料的刀具加工出的工件表面粗糙度值较高，对成形面的加工达不到镜面要求。对此，现有技术采用带聚晶金刚石(PCD)刀片的铣刀来加工出镜面成形面。而对于现有的这种聚晶金刚石铣刀，在一些方面仍存在问题。这是由于聚晶金刚石(PCD)刀片在焊接后，沿刀片的长度方向易产生内凹变形，且由于PCD刀片前刀面表面不可刃磨，因而在铣刀圆柱面上的周齿(刀片)长度不应超过20mm，一般为15mm以下。由此，目前对于宽度大于15mm宽幅面的成形加工，通常用如下两种方法进行加工：一是用立铣刀的端齿来加工成形面，这样加工出的表面有端齿旋转所形成的交错同心圆以及两次走刀之间形成的相交线，很难达到镜面要求；二是用现有较短的圆柱铣刀(例如刃加工表面小于15mm)的周齿沿成形面进行多次走刀，然而这同样会产生两次走刀之间形成的相交线。

因此，现有需要这样一种铣刀，其能对宽幅成形面，例如宽度大于15mm，且更优选宽度大于20mm的成形面的加工能减少甚至消除两次走刀之间的相交线，从而能实现对该成形面的加工达到镜面要求。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种能对宽幅成形面进行加工，而又减轻或克服上述提到问题的铣刀。

本发明一个方案提供一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的圆柱铣刀。该铣刀包括：刚性刀体，在该刀体上延伸并一体成形的平行间隔布置的至少两个齿状基部；其中，至少一个所述齿状基部上固定有第一组刀片，所述第一组刀片平行于该齿状基部的延伸方向且在该延伸方向上相互具有第一组间隔，且在与固定有第一组刀片的齿状基部相邻的齿状基部上固定有第二组刀片，该第二组刀片平行于齿状基部的延伸方向，所述第一组间隔的每一个从所述铣刀的回转方向看被相应的一个所述第二组刀片完全覆盖住；所述第一组刀片和第二组刀片由聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼制成。

优选地，所述刚性刀体由硬金属或非金属，例如硬质合金、高速钢、碳钢或碳纤维复合材料制成。

根据本发明进一步优选的实施例，所述的第二组刀片在沿该延伸方向上相互具有第二组间隔，所述第二组间隔的每一个从该回转方向看被相应的一个所述第一组刀片完全覆盖住。

根据一个优选的实施例，所述至少两个齿状基部是偶数个齿状基部。

优选地，所述第一组间隔两端的第一组刀片分别与该相应的一个第二组刀片部分重叠，重叠长度为1-2mm。

优选地，所述第二组间隔两端的第二组刀片分别与该相应的一个第一组刀片部分重叠，重叠长度为1-2mm。

根据本发明一个实施例，所述至少两个齿状基部布置成与该中心轴线平行地延伸。根据再一个实施例，所述至少两个齿状基部布置成与该中心轴线倾斜地延伸。根据另一实施例，所述至少两个齿状基部布置成绕所述中心轴线螺旋延伸，本领域技术人员将可以理解齿状基部绕所述中心轴线螺旋延伸是倾斜延伸的一种更具体的形式。

根据一个特别优选的实施例，每一个所述刀片具有相同的长度。

一个具体实施例中，第一组刀片有2片刀片，第二组刀片有1片刀片。

根据本发明一个实施例，所述成形面具有大于15mm的宽度，优选大于20mm的宽度。优选地，所述第一组刀片和第二组刀片中每一片的长度都小于等于15mm，且第一组刀片中的轴向最外侧端点的轴向间距大于18mm，优选大于20mm，更优选大于23mm，特别优选大于25mm。

根据进一步特征，所述齿状基部上设置凹槽，所述刀片通过在所述凹槽中焊固而固接到所述齿状基部。

优选地，相邻的所述齿状基部之间设置有排屑槽。

根据一个优选实施例，所述刀片具有加工时首先接触到成形面的切削刃、位于该切削刃前侧的前刀面、紧跟在该切削刃之后的周向柱面刃带、紧跟在周向柱面刃带之后的一个或多个后角部。

通过本发明的铣刀，突破了传统的刀具结构模式和刀具制作理念，有效地解决了尤其是PCD长条刀片的焊接加热问题；并解决了长条焊接(固定)的变形问题。此外，通过这样设置，还避免现有技术中要对长条的刀片进行刃磨的走刀问题。而在避免了上述问题的情况下，本发明的刀具还能够在一次走刀中铣出宽幅成形面(例如宽幅镜面)，达到了传统硬质合金刀具和现有的PCD刀具所达不到的光亮度和精度，缩短了工艺路线，减少了加工周期，大大降低了生产成本，并提高了生产效率。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的带有聚晶金刚石刀片的圆柱铣刀的实施例；

图2示出了图1的铣刀的侧视图；

图3示出了装嵌在齿状基部上的聚晶金刚石刀片的侧向局部放大图；

图4示意性地示出了图1的铣刀的周侧展开图。

附图标记列表：1-硬质合金刀体；2-第一组聚晶金刚石刀片；2’-第二组聚晶金刚石刀片；3-切削刃；4-前刀面；5-周向柱面刃带；6-凹槽；7-排屑槽；8-第一后角部；9-第二后角部；10-第一组间隔；T，T1-T6齿状基部；α1-第一后角；α2-第二后角；γ-前角；A-刀片长度；N-刀片交错距；C-有效加工宽度；OO’-工作回转轴；D1-刀颈直径；D-刀齿直径；D2-刀柄直径；D3-排屑槽根部直径。

具体实施方式

现结合图1和图2描述根据本发明的具有聚晶金刚石(PCD)刀片的铣刀，也称作聚晶金刚石铣刀。如图1所示，所述铣刀是绕其中心轴线OO’回转的圆柱铣刀，该中心轴线构成其工作回转轴。该铣刀包括硬质合金刀体1，该刀体具有直径为D1的刀颈和直径为D2的刀柄。尽管在所示实施例中的刀体为硬质合金刀体，但可以想到采用其它合适金属例如高速钢、碳钢或者合适的刚性材料例如碳纤维复合材料也是可行的。如图1和2，在该刀体1上，一体成形有平行间隔布置的6个齿状基部T1-T6，所述齿状基部平行于所述中心轴线OO’地在刀颈上延伸。可以想到可以有其它数目的齿状基部，但齿状基部T的数目要大于等于2。如上所述，所示的齿状基部T1-T6呈与中心轴线平行地延伸的延伸突起部，但可以想到的是也可以设置与中心轴线倾斜(但不垂直)地延伸的斜延伸突起部或者绕着中心轴线螺旋延伸的螺旋状延伸突起部。该如图2所示，在相邻的齿状基部之间设置有排屑槽3，所示的排屑槽具有基底部直径D3。受齿状基部的约束，排屑槽可以相应地是直槽、斜槽或螺旋槽。所述齿状基部和排屑槽的尺寸和其他参数可根据工件加工时的排屑要求、工件或刀具的受力要求进行设计，以利于工件的加工。例如，在满足排屑的前提下，排屑槽的深度越小越好，即排屑槽基底部直径D3越大越好，以增加刀具的刚性；希望有较多的齿状基部T，以保证被加工工件表面的粗糙度要求。

如图2所示，齿状基部设置有用于容纳聚晶金刚石(PCD)刀片2，2’的凹槽6。多个聚晶金刚石(PCD)刀片2，2’焊固在硬质合金刀体的齿状基部上的凹槽内。如图所示，本发明的刀片在布置方向上与现有的圆柱铣刀的布置方向一致，即刀片的长度沿着齿状基部的延伸方向布置，例如如图所示的平行于中心轴线OO’。在该实施例中的刀片2，2’由聚晶金刚石制成，但可以想到该刀片2，2’可以由聚晶立方氮化硼(PCBN)制成。此外，所述刀片在所示实施例中焊固到该齿状基部中，但也可以使用任何合适的方式固定在齿状基部上。如图1所示，该铣刀具有由刀片的切削刃绕回转轴所限定出的呈圆柱侧面状的具有直径D的刃加工表面，该直径也称为刀齿直径D，通过使得铣刀的刃加工表面与要被加工的成形面接触能铣出具有需要精度的成形面。刀片的细节结构和布置将在下文结合图3和4进行描述。

现总体参考图1和2且具体参考图4来描述聚晶金刚石(PCD)刀片的布置。在所示实施例中，每一片聚金刚石刀片2，2’具有相同的在轴向方向上的长度A，但可以想到各刀片可以具有不同的长度，但每片聚晶金刚石(PCD)刀片2，2’的长度A≤20mm，且优选长度A小于等于15mm，这主要是为了克服长条金刚石焊接产生热变形对铣刀齿形的影响。具体而言，由于聚晶金刚石(PCD)刀片前刀面的表面是刀片制作时形成的镜面，后期是无法进行二次加工的，而当聚晶金刚石PCD刀片的长度大于20mm甚至大于15mm时，焊接后由于热变形，很可能在长度方向上出现影响刀具制作时对铣刀周齿的各几何参数的控制的内凹，以致无法制作出合格的刀具，影响成形面的加工。尽管本发明的所示出的实施例是采用PCD刀片，但是具有本发明思想的刀片布置结构同样适用于具有聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的刀具。

由此，本发明通过本发明所特有的结构使得根据本发明的铣刀在具有合格的精度的情况下能对15mm以上，尤其是20mm以上的宽幅成形面进行加工，例如镜面加工。如图1和4所示，在该圆柱铣刀上一体成形有6个齿状基部。为了描述清楚起见，在此规定齿状基部T1，T3和T5为第一组齿状基部，而T2，T4和T6为第二组齿状基部，借此来帮助描述PCD刀片2，2’的布置。在所示的实施例中，第一组齿状基部上固定有第一组PCD刀片2，它们平行于该齿状基部的延伸方向(在此为轴向)且在该延伸方向上相互具有第一组间隔10，而在与第一组齿状基部(即固定有第一组PCD刀片2的齿状基部)分别相邻的第二组齿状基部上固定有平行于齿状基部的延伸方向的第二组PCD刀片2’，所述第一组间隔的每一个从所述铣刀的回转方向看被相应的一个所述第二组PCD刀片2’完全覆盖住。继续参考图4，所述第一组间隔两端的所述第一组刀片2还分别与该相应所述第二组刀片2’部分重叠，重叠长度(也称作交错距N)为1-2mm，其中在本文所述的重叠长度是指刀片在回转中心轴线的投影上测得的尺寸。

如图4所示，第一组PCD刀片2是两片，第二组PCD刀片2’是一片。但可以想到第一组PCD刀片2和第二组PCD刀片2’是其它数目。尤其，第二组PCD刀片可以是多片，例如两片。从而，所述的第二组刀片类似地可以在该齿状基部延伸方向上相互具有第二组间隔(未示出)，所述第二组间隔的每一个从该回转方向看被相应的一个所述第一组刀片完全覆盖住。更优选地，在所述第二组间隔两端的所述第二组刀片分别与该相应的一个所述第一组刀片部分重叠，交错距N为1-2mm。

在所示的实施例中，在第一组齿状基部上的两片间隔开的PCD刀片的轴向最外侧端点之间的轴向间距限定出了连续刃加工表面的轴向长度C，优选该轴向长度C比被加工的成形面幅宽大3-5mm。例如，轴向长度C大于18mm，优选大于20mm，更优选大于23mm，特别优选的是大于25mm。更归纳地说，根据本发明的连续刃加工表面的轴向长度是由设置在齿状基部上的轴向最外侧的刀片的各自外侧端之间的轴向间距限定出。对于具有相同交错距N和相同刀片长度A且在不同组的齿状基部上的刀片数量不一样时(例如附图所示的实施例)，刃加工表面的轴向长度C＝(2P-1)*A-(2P-2)*N(其中P是设有最多数量的刀片的齿状基部中刀片的数量，在所示的实施例中为第一组刀片的数量)；而当各齿状基部上刀片数量一样时，C＝2P*A-(2P-1)*N。由此，根据所要加工的成形面宽度或者所希望的一次走刀幅宽，可以合适地选定齿状基部上设置的刀片数目。

优选地，本发明的铣刀的齿状基部是偶数个，从而所述间隔的数目应该与对应于该间隔的刀片数目相等，从而在成形面中具有更一致的精度。

此外，尽管在所示的实施例中为齿状基部呈与中心轴线平行地延伸且彼此在周向间隔开的延伸突起部形式，而对于呈斜延伸突起部或者螺旋状延伸突起部的齿状基部，其上的刀片也可以类似地设置，只要能形成上述的连续刃加工表面。换句话说，也即是，对于在沿齿状基部的延伸方向上间隔开的刀片之间的间隔部，总是被相邻齿状基部上的相应一片刀片的覆盖。即，该相邻的齿状基部上的刀片在该铣刀绕其回转轴转过一个角度后会占据该间隔以及可能地在间隔两端上的刀片端部部分的位置。

根据本发明中的刀片布置形成了具有加工宽度大于单片刀片长度的连续刃加工表面，保证被加工面在幅宽方向上镜面的连续性，有效地避免了出现类似于现有技术中的二次走刀后形成的相交线，从而能够有效地实现宽幅成形面的镜面加工。在本发明中宽幅面(宽幅成形面)是指加工宽度大于15mm，且通常大于20mm的成形面。

现转向图3，示出了装嵌在齿状基部T上的聚晶金刚石刀片2的侧向局部放大图，该PCD刀片焊固在齿状基部T的凹槽6中。如图3所示，所述PCD刀片具有加工时首先接触到成形面的切削刃、位于该切削刃前侧的前刀面4、设置在切削刃之后的一个或多个后角部。在本领域中，铣刀加工中切削刃的前后方向以及前刀面和后角是众所周知的，例如金属屑流出的表面为前刀面。工作回转轴和切削刃在横截面中连线与前刀面之间的夹角被称为前角γ，优选前角γ＝0°～5°。本领域人员已知的，较大的前角能保证切削刃的锋利，减小切削力，但可能降低刀具的刚性，反之则反。在本发明的优选实施例中，在紧接在PCD刀片的齿顶部(切削刃)之后且在一个或多个后角部之前设置有周向宽度小于等于0.05mm的周向柱面刃带5，从图2和图3看，周向柱面刃带5与前刀面4之间交线即为平行于轴线的切削刃。可以想到该切削刃也可以设置成倾斜于铣刀的中心轴线，例如当齿状基部倾斜于该中心轴线延伸时。通过设置该周向柱面刃带，这能保证PCD刀片的刃口的径向尺寸，并减少径向跳动，以保证被加工工件表面的形状要求。在所示的实施例中，该刀片还具有紧跟在该周向柱面刃带之后的第一后角部8和紧跟在该第一后角部8之后的第二后角部9，其中第一后角部8具有用于修光的第一后角α1，以保证被加工工件表面的粗糙度，其中第一后角α1＝5°-8°，且该第一后角部具有大约为0.5mm的周向宽度。第二后角部9具有在15°-20°范围内的第二后角α2，从而保证加工后的避让，防止后刀部的表面与成形面之间过度的磨擦而影响被加工工件表面的粗糙度。

现已通过参考附图描述了本发明的优选实施例，但应该明白，本发明的思想和范围并不局限于所示出的实施例而是由所附的权利要求书的范围及其等同而限定。

Claims (10)

1.一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的圆柱铣刀，该铣刀包括：刚性刀体，在该刀体上延伸并一体成形的、平行间隔布置的至少两个齿状基部；其中，至少一个所述齿状基部上固定有第一组刀片，所述第一组刀片平行于该齿状基部的延伸方向且在该延伸方向上相互具有第一组间隔，且在与固定有第一组刀片的齿状基部相邻的齿状基部上固定第二组刀片，该第二组刀片平行于齿状基部的延伸方向，所述第一组间隔的每一个从所述铣刀的回转方向看被相应的一个所述第二组刀片完全覆盖；所述第一组刀片和第二组刀片由聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼制成，其中，所述第一组刀片和/或第二组刀片具有加工时首先接触到成形面的切削刃、位于该切削刃前侧的前刀面、紧跟在该切削刃之后的周向柱面刃带、紧跟在周向柱面刃带之后的一个或多个后角部。

2.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述的第二组刀片在该延伸方向上相互具有第二组间隔，所述第二组间隔的每一个从该回转方向看被相应的一个所述第一组刀片完全覆盖。

3.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，在所述第一组间隔两端的所述第一组刀片分别与该相应的一个所述第二组刀片部分重叠，重叠长度为1-2mm。

4.根据权利要求2所述的铣刀，其特征是，在所述第二组间隔两端的所述第二组刀片分别与该相应的一个所述第一组刀片部分重叠，重叠长度为1-2mm。

5.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述至少两个齿状基部布置成与该中心轴线平行地或倾斜地延伸。

6.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述至少两个齿状基部是偶数个齿状基部。

7.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述第一组刀片有2片刀片，所述第二组刀片有1片刀片。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的铣刀，其特征是，所述第一组刀片和第二组刀片中每一片的长度都小于等于15mm，且第一组刀片中的轴向最外侧端点的轴向间距大于18mm。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的铣刀，其特征是，所述齿状基部上设置凹槽，所述第一组刀片和/或第二组刀片通过在所述凹槽中焊接而固定到所述齿状基部。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的铣刀，其特征是，所述第一组刀片和/或第二组刀片具有在0°-5°之间的前角、周向宽度小于等于0.05mm的所述周向柱面刃带、在5°-8°之间的第一后角、以及/或者位于第一后角之后且在15°-20°之间的第二后角。