CN103658795B - 一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的铣刀 - 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铣刀，包括：刚性刀体（1），该刀体具有平行间隔布置的至少两个齿基（10）；和分别固定在各个齿基上的聚晶金刚石刀片（2），所述聚晶金刚石刀片（2）轴向延伸超出所述刚性刀体（1）的末端以形成端齿（4），而所述聚晶金刚石刀片的径向最外侧限定出周齿（3），其中，该铣刀还包括冷却结构，所述冷却结构包括在刀体内形成的主冷却通道（3）和与所述主冷却通道（3）连通并将冷却流体供应到所述刀片（2）的冷却孔（6，8）。

Description

一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的铣刀

技术领域

本发明涉及一种用于加工成形面的聚晶金刚石铣刀，尤其是用于加工钛合金的聚晶金刚石铣刀。

背景技术

钛合金是现代航空、航天中常用的新型材料，它质轻、硬度高，韧性高、抗蚀性好、导热性差(一般只有铁的1/5，铝的1/3)、摩擦系数大(大约为0.42)。正因如此，在钛合金的加工中，例如切削加工时，容易使钛合金工件及刀具温度升高，造成粘刀，降低刀具寿命，故切削加工性差，给钛合金的机械加工带来了很大的困难。

铣刀是用于对工件成形面如金属表面或其它表面进行加工的一种刀具。生产中，通常采用圆柱铣刀对包括平面在内的成形面进行加工，其手段一般是通过铣刀的旋转带动切削刃切削掉工件中的一些来形成想要的工件表面。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。但是在钛合金或者其他的一些硬金属加工中，上述二种刀具均不能很好地克服上述问题，从而不能进行较长时间的连续加工，刀具寿命短，造成生产率低、成品率低。

因此，本发明希望提供一种能够有效地对包括钛合金在内的硬金属进行加工的铣刀。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的铣刀，包括：刚性刀体，该刀体具有平行间隔布置的至少两个齿基；和分别固定在各个齿基上的聚晶金刚石刀片。聚晶金刚石刀片轴向延伸超出所述刚性刀体的末端以形成端齿。所述聚晶金刚石刀片的径向最外侧限定出周齿。该铣刀还包括内冷却结构，所述冷却结构包括在刀体内形成的轴向主冷却通道和与所述主冷却通道连通并将冷却流体供应到每个所述刀片的冷却孔。

本发明的铣刀，在利用周齿铣削的基础上，能够充分利用端齿来加强铣削，这非常有利于铣削如钛合金等硬质金属。并且由于设置了内冷却系统，能够有效地解决粘刀问题，适用于导热性差、摩擦系数大的材料如钛合金的加工。

根据进一步优选的方案，本发明的内冷却系统包括用于将冷却流体供应向所述周齿的周齿冷却孔以及用于将冷却流体供应向所述端齿的端齿冷却孔。该周齿冷却孔可以垂直或倾斜于沿轴向延伸的主冷却通道设置。并且，端齿冷却孔最好具有比所述周齿冷却孔的最小直径小的最小直径，且所述端齿冷却孔与所述周齿冷却孔之间的夹角小于等于90°。这样优选的冷却系统能够提供非常有效的冷却。

为了充分利用端齿的切削性能，端齿可以在径向上朝所述中心轴线和刀体倾斜延伸并限定出一端齿内凹角，所述端齿内凹角在0-1.5°的范围内。

而为了保证刀齿的强度并保证加工精度，优选在端齿与周齿的连接部位设置连接圆弧，连接圆弧优选具有3mm-5mm的连接圆弧半径。

根据本发明进一步的实施例，所述周齿具有一周齿切削刃，在该周齿切削刃之前的周齿前刀面以及依次布置在该切削刃之后的周齿圆柱刃带和周齿后角部，所述周齿前刀面具有在3°-6°范围内的前角，所述周齿圆柱刃带具有小于等于0.05mm的宽度，所述周齿后角部具有大于等于18°的周齿后角。

根据本发明一个优选实施例，所述端齿限定出一端齿切削刃，所述端齿还具有位于所述端齿切削刃之后的第一后角部和第二后角部，其中第一后角部具有0°的第一后角且具有小于等于0.05mm的宽度，所述第二后角部具有大于等于12°的第二后角。

为了使得本发明的端齿能够提供更大、更有效的切削力，所述齿基以及刀片相对于所述中心轴线倾斜布置并限定出在3°-6°的范围内的螺旋倾角，该螺旋倾角进而限定了端齿的前角。

本发明的其他特征和优点一部分将是本领域技术人员在阅读了本发明之后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中体现。

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示出了根据本发明的聚晶金刚石铣刀的一个实施例；

图2A示出了图1的铣刀的端视图，其中显示了该铣刀的冷却结构的一个实施例；

图2B是图2A的部分放大视图，具体地示出了铣刀的聚晶金刚石刀片的周齿；

图3示出了根据本发明的聚晶金刚石铣刀的另一实施例；

图4示出了根据本发明的聚晶金刚石铣刀的又一实施例。

1-刀体；2-刀片；3-主冷却通道；4-周齿；5-端齿；6-周齿冷却孔；7-周齿冷却孔出口；8-端齿冷却孔；A-部分；O-O’-中心轴线；9-堵塞件；10-齿基；11-周齿前刀面；12-周齿圆柱刃带；13-周齿切削刃；14-端齿前刀面；15-端齿第一后角部；16-端齿切削刃。

在本发明的说明书及附图中，相同或相近的附图将表示相同或相近的特征或构件。

具体实施方式

现结合附图参考以下的具体实施方式来描述本发明的铣刀的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方案，但附图不必按具体尺寸绘制，某些特征可被放大、移除或剖切以更好地示出本发明。

另外，除非另有指定，在本发明中的某些方向性术语将按照本领域技术人员的理解为准。例如，按照铣刀的旋转方向来确定铣刀的部件中的“前”和“后”位置。此外，关于“轴向”、“径向”和“周向”的限定，一般认为铣刀的中心轴线的延伸方向为轴向，在垂直于轴向的平面内经过回转轴线的方向可视为径向，围绕该回转轴线或轴向的方向将视作周向。

图1是用于钛合金加工的聚晶金刚石（PCD）铣刀的一个实施例的正视图，但该铣刀也可以适用于其它材料的加工，如其它硬金属成形面的加工。该铣刀总体呈绕中心轴线O-O’回转的圆柱铣刀形式，该铣刀具有一铣刀直径D，也即是该铣刀的工作直径。如图所示，铣刀包括总体沿中心轴线O-O’延伸的硬质合金刀体1，其上有多个在刀体1上一体形成的平行间隔布置的多个齿基10。如本领域技术人员已知的，在相邻的两个齿基之间可以形成排屑槽。每个齿基10上固定有一个聚晶金刚石（PCD）刀片2。该刀片2的延伸方向与相应的齿基10基本一致。

如本领域技术人员已知的，刀片2限定出可借助铣刀的绕中心轴线O-O’的回转沿轴向切削工件例如钛合金的成形面的周齿4，且该周齿4包括在刀片2的径向最外侧边缘限定出的周齿切削刃13。理论上讲，在加工时，切屑刃将会是最先接触待加工的成形面的部分。

结合图1、图2A和2B，该周齿切削刃13的延伸方向基本与齿基10或刀片2的延伸方向一致，即稍倾斜于轴向。如图所示，在该周齿切削刃13之前，在刀片2的周齿4中限定出前刀面11。如图所示，工作中心轴线和切削刃在横截面中连线与前刀面之间的夹角被限定为前角γ。针对钛合金加工，优选前角γ在大约3°-大约6°的范围内，优选在大于5°-6°的范围内。紧跟在周齿切削刃13之后设有用于防止周齿跳动，保证周齿强度和铣出表面的粗糙度的周齿圆柱刃带12，其优选具有小于等于大约0.05mm的宽度b。在周齿圆柱刃带12之后可以设置一个或多个周齿后角部（未示出）。在所示的实施例中的一个后角部优选具有大于等于约18°、最好大约18°-20°的周齿后角α，这在钛合金加工中有利地保证加工后的避让，防止后刀面或刀体与被加工工件表面之间磨擦而影响被加工工件表面的粗糙度。人们将明白，在此所指的“前”、“后”将按照前述的定义。根据上述限定，周齿切削刃13切削工件时，周齿前刀面11面向待加工的工件表面，而后角部面向已加工的工件表面。

进一步地，针对钛合金的加工，该刀片2优选轴向延伸超出所述刀体的末端以形成端齿5。也即是，该端齿5位于铣刀的端面上。如图1所示，端齿5具有基本上沿径向延伸的端齿切削刃16。具体地，在部分A中示出了端齿5的部分截面图，其是沿大体平行于中心轴线O-O’的一个平面中截取的。如该部分A所示，类似于前述周齿4，端齿5也包括位于端齿切削刃16之前的端齿前刀面14。该端齿前刀面14具有一前角（未示出），其主要是由齿基10或刀片2相对于中心O-O’轴线倾斜的螺旋倾角β所确定。换句话说，端齿前刀面14和周齿前刀面11是在刀片上的同一平面上的，该平面例如为图1中附图标记4和5所限定和包围的刀片表面即。本发明人发现，针对钛合金加工，螺旋倾角β在大约3°-大约6°的范围内是特别有利的，这样将会使得端齿具有合适的前角，以具有适宜的切削力和强度。紧跟在端齿切削刃16之后还设有后角为0°的端齿第一后角部15，其优选具有小于等于大约0.05mm的宽度b1，以保证端齿的强度和端齿铣出表面的粗糙度。在端齿第一后角部15之后还设置有第二后角部（未示出），该第二后角部最好具有大于等于12°的端齿后角α1，其作用主要是排屑与避让。

本发明人发现在周齿4与端齿5之间，具体而言在周齿与端齿的切削刃之间设置连接圆弧是特别有利于保证刀齿强度的。并且，该连接圆弧优选具有3mm-5mm的连接圆弧半径R。

另外，如图1所示，端齿5在径向上朝中心轴线和刀体倾斜延伸（凹陷）并借此限定出一端齿内凹角К。根据本发明的优选实施例，所述端齿内凹角К在0-大约1.5°的范围内，最好在大约1-大约1.5°的范围内。通过本发明如此地设置端齿5，并进而设置该凹陷如端齿内凹角К，其能够有利地利用端齿的加工能力，特别适合于这种硬度较高的钛合金加工，例如能够有效地铣削钛合金并保证端齿铣出表面的粗糙度。

借助于以上的构造，工作时，铣刀以中心轴线O-O′为工作回转轴转动，且同时作垂直于回转轴向或微倾斜于回转轴向进行插补的进给运动，从而借助于PCD刀片2的周齿4及端齿5为刃铣出被加工工件表面。

继续参考图1，针对钛合金导热性差、易粘刀的问题，该铣刀还设置有在其中一体形成的内冷却结构。在图1所示的实施例中，所述内冷却结构包括沿中心轴线延伸的主冷却通道3，该主冷却通道3是由沿中心轴线延伸的通孔所限定出，且在通孔的末端设置有一堵塞件，而冷却流体从通孔的近端进入。另外，该内冷却结构还包括与所述主冷却通道3连通并将冷却流体供应到刀片2的周齿4的周齿冷却孔6（图1未示出）。如图所示，所述冷却孔6基本上垂直于主冷却通道3，并且周齿冷却孔6的出口7构造成将冷却流体导向刀片2的周齿4。

接下来参考图3，其示出了铣刀的另一实施例。类似于图1的实施例，该铣刀包括刚性刀体1、齿基10、设置在齿基上的刀片2（该刀片短于图1所示的刀片）以及冷却结构。该冷却结构包括沿轴向延伸的主冷却通道3以及与该主冷却通道3流体连通的多个周齿冷却孔6。该周齿冷却孔6具有相应的出口7。但与图1的主要区别在于，该周齿冷却孔6相对于主冷却通道3倾斜设置，并且该倾斜布置使得流体在主冷却通道3中转到周齿冷却孔6的转角小于90°，例如转角t为约约30°-约60°。这样设置对于平稳地供应流体是尤为有利的。

如图4所示，其示出了根据本发明的一个特别优选的实施例。该实施例总体类似于图3所示的实施例，但区别在于，图4的实施例中的主冷却通道的一端不是堵塞的，而是与一基本同轴布置的端齿冷却孔8连通。在钛合金加工中，这样的端齿冷却孔8以及相应的设置对于充分利用端齿的切削能力来说是非常有利的。根据进一步有利的设置，最好周齿冷却孔6与端齿冷却孔8之间的夹角小于90°，且最好在10°-60°范围内，更优选在15°-60°范围内。优选地，所述端齿冷却孔8的最小通流面积应该比周齿冷却孔6的最小通流面积小，例如为其比例为3/4，1/2，1/3，1/4，1/5，以及这些值之间的任何子范围。如此设置的端齿和周齿冷却孔能和合适地平衡分别供应到端齿和周齿的冷却流体量。如图所示的端齿冷却孔8为一个，但可以想到在另一有利的实施例中，设置多个，并且例如可以类似于图3或4的周齿冷却孔6的布置形式，即倾斜于主冷却通道3供应至每个端齿4，这样设置也能有效地平衡供应到端齿和周齿的冷却流体量。另外，尽管如图所示的端齿冷却孔8具有等大的直径，但是可以呈朝铣刀末端扩孔的形式。

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 (9)

1.一种用于加工成形面的绕中心轴线回转的铣刀，包括：刚性刀体(1)，该刀体具有平行间隔布置的至少两个齿基(10)；和分别固定在各个齿基上的聚晶金刚石刀片(2)，所述聚晶金刚石刀片(2)的径向最外侧限定出周齿(4)，所述周齿(4)具有一周齿切削刃(13)，在该周齿切削刃(13)之前的周齿前刀面(11)以及依次布置在该周齿切削刃(13)之后的周齿圆柱刃带(12)和周齿后角部，而所述聚晶金刚石刀片(2)轴向延伸超出所述刚性刀体(1)的末端以形成端齿(5)，其中，该铣刀还包括冷却结构，所述冷却结构包括在刀体内形成的沿轴向中心线延伸的主冷却通道(3)和与所述主冷却通道(3)连通并将冷却流体供应到每个所述刀片(2)的冷却孔(6，8)，

其中，所述冷却孔(6，8)包括用于将冷却流体供应向所述周齿(4)的周齿前刀面的周齿冷却孔(6)。

2.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述周齿冷却孔(6)垂直或倾斜于所述主冷却通道(3)设置。

3.根据权利要求1或2所述的铣刀，其特征是，所述冷却孔(6，8)包括用于将冷却流体供应向所述端齿(5)的端齿冷却孔(8)，其中，所述端齿冷却孔(8)具有比所述周齿冷却孔(6)的最小通流面积小的最小通流面积，且所述周齿冷却孔(6)与所述端齿冷却孔(8)之间的夹角小于等于90°。

4.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述端齿(5)在径向上朝所述中心轴线(O-O’)和刀体(1)倾斜延伸并限定出一端齿内凹角(К)，所述端齿内凹角(К)在0-1.5°的范围内。

5.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述周齿(4)与所述端齿(5)相连且在连接部位具有连接圆弧，所述连接圆弧具有3mm-5mm的连接圆弧半径(R)。

6.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述周齿前刀面(11)具有在3°-6°范围内的前角(γ)，所述周齿圆柱刃带(12)具有小于等于0.05mm的宽度(b)，所述周齿后角部具有大于等于18°的周齿后角(α)。

7.根据权利要求6所述的铣刀，其特征是，所述端齿(5)限定出一端齿切削刃(16)，位于所述端齿切削刃(16)之后的第一后角部(15)和第二后角部，其中第一后角部(15)具有0°的第一后角且具有小于等于0.05mm的宽度，所述第二后角部具有大于等于12°的第二后角(α1)。

8.根据权利要求1或7所述的铣刀，其特征是，所述齿基(10)以及刀片(2)相对于所述中心轴线倾斜布置并限定出螺旋倾角(β)，所述螺旋倾角(β)在3°-6°的范围内。

9.根据权利要求1所述的铣刀，其特征是，所述铣刀是专用于钛合金加工的铣刀。