CN103998166A - 刀具系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切削的刀具系统，具有支座（8）、带有夹紧槽（9）的刀片（2）和夹紧部件（1）及从属的夹紧螺栓（3），其中在面对刀片（2）的夹紧部件（1）底面上设置嵌接部件（11），它在安装状态与夹紧槽（9）处于夹紧接触并且由此锚紧刀片（2）并且通过一斜面这样导引夹紧部件（1），在旋紧夹紧螺栓（3）时使夹紧部件（1）在夹紧方向上拉紧。本发明建议，所述夹紧部件（1）设置在具有平行的夹紧部件导向（19）的槽（6）里面，在槽里面所述夹紧部件（1）在夹紧方向上可移动地导引，其中所述夹紧部件（1）具有两个平行的导向面（14），它们平面地顶靠在夹紧部件导向（19）上，由此使所述夹紧部件（1）在两侧在槽（6）里面导引，在夹紧部件（1）里面设置用于夹紧螺栓（3）的夹紧部件孔（5），并且在刀片（2）的夹紧状态，面对刀片（2）的夹紧部件孔（5）壁顶靠在夹紧螺栓（3）上并且所述嵌接部件（11），从刀片（2）的切削棱看去，在夹紧槽（9）中心前面形状锁合地嵌入到夹紧槽里面。

Description

刀具系统
技术领域
本发明涉及一个切削的刀具系统，具有支座、带有夹紧槽的刀片和夹紧部件及从属的夹紧螺栓，其中在面对刀片的夹紧部件底面上设置嵌接部件，它在安装状态与夹紧槽处于夹紧接触并且由此锚紧刀片并且通过一斜面这样导引夹紧部件，在旋紧夹紧螺栓时使夹紧部件在夹紧方向上拉紧。
背景技术
由WO 2007080151 A1已知一种切削的刀具系统，它主要由支座组成，它具有用于容纳刀片的空隙。刀片配有夹紧槽。刀片被夹紧部件固定在支座里面。夹紧部件又通过夹紧螺栓固定在支座上。在面对刀片的夹紧部件底面上设置嵌接部件，它与夹紧槽处于夹紧接触并由此使刀片锚紧在支座上。夹紧部件通过斜面在支座上导引，由此在拉紧夹紧螺栓时使夹紧部件向着支座拉紧。
发明内容
本发明的目的是，这样改进如权利要求1前序部分所述的刀具系统，它也适用于在粗车加工中使用，切削数据为直到vc3000m/min、ap直到10mm（取决于刀片大小和刀片几何形状和要被加工的材料）和直到1.0mm的进给量f并且可能更高。此外要保证高度的过程可靠性。按照本发明这个目的通过权利要求1的特征实现。
a．所述夹紧部件设置在具有平行的夹紧部件导向的槽里面，在槽里面所述夹紧部件在夹紧方向上可移动地导引，其中所述夹紧部件具有两个平行的导向面，它们平面地顶靠在夹紧部件导向上，由此使所述夹紧部件在两侧在槽里面导引，
b．在夹紧部件里面设置用于夹紧螺栓的夹紧部件孔，并且在刀片的夹紧状态，面对刀片的夹紧部件孔壁顶靠在夹紧螺栓上并且
c．所述嵌接部件，从刀片的切削棱看去，在夹紧槽中心前面形状锁合地嵌入到夹紧槽里面。
由此所述刀具系统也适用于在材料负荷加工的粗车加工中使用。
通过两侧面地导引所述夹紧部件保证夹紧部件轮廓或者说嵌接部件可靠地嵌接到刀片的夹紧槽里面。因此所述夹紧部件的位置与刀具在空间（机床）中的位置无关地总是相同（没有旋转），由此可以毫无问题地例如从顶面（以刀具为基准）更换刀片。所述夹紧部件孔壁顶靠在夹紧螺栓上是本发明的重要特征，因为由此使Δ2为零（见图3）并且使夹紧螺栓纵轴线与刀片中心的距离总是相同大小。由此使夹紧部件底面上的嵌接部件在准确定义的位置上嵌入到夹紧槽里面。这是特别重要的，因为否则不确定的力作用于刀片上。通过嵌接部件（夹紧部件钩）顶压在夹紧槽中心前面还实现高度的过程可靠性。由此排除刀片的向上倾斜。“在夹紧槽中心前面”指的是，所述嵌接部件从刀棱边看去在夹紧槽中心前面形状锁合地嵌接到夹紧槽里面。
按照本发明所述刀具系统优选由整体刀具或者具有适配体的刀具构成。
如果所述刀具系统由整体刀具构成，优选所述刀片设置在支座的空隙里面，所述夹紧部件通过夹紧螺栓固定在支座上，所述斜面设置在支座上并且在旋紧夹紧螺栓时使夹紧部件在夹紧方向上向着支座拉紧。这个实施例在图9a中示出。
如果所述刀具系统通过适配体构成，优选所述适配体固定在支座上的适配体槽里面，在适配体里面设置具有平行夹紧部件导向的槽，在槽里面所述夹紧部件在两侧面上导引并且在适配体里面设置用于夹紧螺栓的通孔和用于固定适配体在支座上的通孔，所述刀片顶靠在适配于刀片几何形状的适配体里面的容纳体里面并且所述斜面设置在适配体上并且不设置在支座上。所述侧面导向和斜面或者回缩斜面（见下面）有意识地组合在适配体上（而不在支座上），由此使夹紧部件与刀片中心的对中/同轴性/平行性精确地一致。所述适配体优选由耐热工具钢制成。
所有下面的扩展结构不仅应用于整体刀具，而且应用于具有适配体的刀具。
优选所述槽的导向宽度（B）误差、即夹紧部件导向相互间宽度的误差为B±0.025，并且所述夹紧部件的宽度误差、即导向面在夹紧部件上相互间距离的误差为B±0.05。通过小误差的导向在困难加工和可能短时过负荷时使夹紧部件保持其位置。由此在“碰撞”情况下可以避免刀具和工件的更大损伤。
优选在夹紧部件的后端部上，从刀片看去，设置形成斜面的回缩斜面并且在整体刀具中适配于回缩斜面的下滑斜面位于支座上并且在具有适配体的刀具系统中回缩斜面位于适配体的后端部上，所述回缩斜面和下滑斜面与水平面的角度优选为15至25度、特别优选20度。由此与夹紧螺栓在夹紧部件孔上的定位一起由于通过孔在夹紧部件中的尺寸自动给出夹紧部件在轴向拉力方向上从夹紧部件头部中心到刀片中心的定位。
优选所述夹紧螺栓在夹紧部件上的夹紧力FSchraube分成斜面上的FASchraube和刀片上的FWSPSchraube，其中FSchraube=FASchraube+FWSPSchraube，并且FASchraube=FWSPSchraube*X，其中X为1.6至1.8，优选为1.7。对于刀片过程可靠的切削重要的是，在夹紧部件上所选择的长度（杠杆）比。按照本发明的刀具系统优选1:1.7的比例（见图6）。由此使37%的导入螺栓力作为锁闭力作用于刀片上。
优选所述夹紧螺栓在螺栓端部通过外六方构成。所述夹紧部件孔这样通过所述支座延伸，使得可以接触到夹紧螺栓的螺栓端部。由此在更换刀片时能够从下面松开夹紧螺栓。当所述刀具例如从顶面安装到机床上的时候，这是必需的。
优选在所述槽的夹紧部件导向里面组合冷却剂输入。优选所述夹紧部件导向由向着刀片下降的斜面构成并且通过两个过渡半径R3，R5导引到刀片顶面。所述冷却剂输入的出口设置在半径R3与R5之间。冷却剂延长刀具系统的使用寿命和刀片的耐用度。此外冷却剂也改善工件表面质量。
优选所述斜面与刀片顶面的斜面角α为3至10度。由此更好地排出落下的切屑。
优选对于特殊的应用在出口上设置用于封闭螺栓或喷嘴的螺纹。
优选使用这种刀具系统用于粗车加工，切削数据为直到vc=3000m/min、ap直到10mm（取决于刀片大小和刀片几何形状和要被加工的材料）和进给量f直到1.0mm。
在所有描述中谈到刀片，尽管它优选是可更换刀片。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明。
具体实施方式
在图1a和1b中示出两个按照本发明的刀具系统。
以标记符号8表示支座，它具有用于容纳刀片2的空隙。按照图1a和1b的刀片2具有圆形夹紧槽9，在槽里面设置球形或圆形凸起30。凸起30的最高点设置在夹紧槽9底部以上和刀片顶面以下或者切削面以下。
如同在图1a中看到的那样，优选与第一夹紧槽9同轴地设置第二夹紧槽10，其中第一夹紧槽9比第二夹紧槽10更深，并且两个夹紧槽9,10比刀片顶面更深地设置。由此使第一夹紧槽9与第二夹紧槽10的高度距离总是相同的，也在刀片顶面磨削或研磨加工的时候。
为了固定刀片2在支座8上，使夹紧部件1通过夹紧螺栓3固定在支座8上。夹紧螺栓3通过夹紧部件1延伸并且旋入到支座8上的夹紧部件孔5里面。
在旋入夹紧螺栓3时夹紧部件1的尖端顶压在刀片2上。在使用具有夹紧槽9的刀片2时，在面对刀片2的夹紧部件1底面上设置凸台或镰刀形的嵌接部件11。这个嵌接部件11嵌入到夹紧槽9里面并由此锚紧这个夹紧槽在支座8上。嵌接部件原则上可以具有超出凸台或镰刀形状的各种可设想的形状，也能够实现没有嵌接部件的夹紧部件1（即光板）。但是在使用没有嵌接部件的夹紧部件1时没有可转位刀片的回缩。
按照本发明夹紧部件1（见图2a，2b，2c）在两侧面在支座8上导引。为了导向一方面在支座8里面设置槽6作为导向，另一方面在夹紧部件1上设置导向面14作为导向，它们是小误差的并且夹紧部件平面地导引到轮廓过渡12。在图2a中给出导向长度L和导向宽度B和其范围。[L]优选在10-22mm（取决于结构尺寸），[B]为10-20mm（取决于结构尺寸）。在支座8上的导向宽度B的误差为B±0.025，夹紧部件宽度的误差为B±0.05。图2c特别示出导向面14。
由此非常接近直到夹紧部件尖端13地实现导向。由此保证可靠地嵌入夹紧部件轮廓或者嵌接部件11到刀片2的第一夹紧槽9里面。因此夹紧部件1的位置也与刀具在空间（机床）中的位置无关地总是相同（没有旋转），由此也可以毫无问题地例如从顶面（以刀具为基准）执行刀片更换。
通过小误差的导向在困难加工和可能短时出现的过负荷时夹紧部件1也保持其位置。因此在“碰撞”情况下可以避免刀具和工件的更大损伤。
图3示出，由于通过孔在夹紧部件和夹紧部件螺栓中的尺寸自动给出夹紧部件1在轴向拉力方向上从夹紧部件头部中心到刀片（WSP）中心的定位。这一点由此实现，在夹紧部件1的后端部上，从刀片2看去，设置回缩斜面4并且适配于回缩斜面4的下滑斜面15位于在夹紧部件1上。如果夹紧部件1通过夹紧螺栓3固定，下滑斜面15在回缩斜面4上下滑，直到面对刀片2的夹紧部件孔5壁顶靠在夹紧螺栓3上。夹紧部件孔5壁在夹紧螺栓3上的这种顶靠是本发明的重要特征，因为由此使Δ2等于零（见图3），并且夹紧螺栓3纵轴线17与刀片2中心18的距离16总是相同大小。由此使嵌接部件11在夹紧部件1底面上以准确定义的位置嵌入到夹紧槽里面。这一点是非常重要的，因为否则不确定的力会作用于刀片2上。回缩斜面4和下滑斜面15与水平面的角度优选为20度。
除了侧面导向主要通过夹紧部件利用回缩斜面15的回缩（见图3或图4a）、夹紧部件轮廓或嵌接部件与刀片（WSP）之间的形状锁合以及顶压嵌接部件11（夹紧部件钩）在夹紧槽9中心前面（见图1a）实现高度的过程可靠性。通过这一条件将WSP防旋转地拉入刀座中（图4a）。“夹紧槽9中心前面”指的是，嵌接部件从刀片看去在夹紧槽9中心前面形状锁合地嵌入到夹紧槽里面并由此排除刀片的“向上倾斜”。
图5示出，通过夹紧部件孔5（图6）紧靠在螺栓杆上限制夹紧部件1回缩。由此防止夹紧部件1从刀片槽9滑出来并且夹紧整个系统夹紧部件-螺栓-刀具。刀片2放置在支承部件27（支承板）上并且支承部件27通过螺栓28锚紧在支座8上。
对于刀片2过程可靠地夹紧非常重要的是，在夹紧部件上所选择的长度（杠杆）比。按照本发明的刀具系统设计1:1.7的比例（见图6）。由此使37%的导入螺栓力作为锁闭力作用于刀片上。
所选择的轴向距离尺寸“X”（见图6）源自这种考虑，以最少量的夹紧部件参数（变量最少）使所有对于刀具系统重要的且在市场上常见的刀片形状和参数在技术上完好地在按照本发明的刀具系统中夹紧。已经研究出，具有3个不同轴向距离尺寸（X=13.3mm，X=16.15mm和X=21.5）的3个夹紧部件参数是有利的。它们覆盖内切圆为9.52mm至25.40mm范围的所有WSP几何形状。对于所有的夹紧部件长度（杠杆）比为1:1.7。
如果不考虑变量最少，小于1.7至1.0的比例在技术上是更好的。由此在比例1:1时导入的一半螺栓力顶压在刀片上。在技术上能够实现从1.7至2.2的范围。但是比例越大作用于刀片上的力越小。如果例如夹紧螺栓3以力FSchraube=10,000N加载夹紧部件1，则按照本发明优选要分配FASchraube=6,300N的力到斜面15上和FWSPSchraube=3,700N的力到刀片2上，因为6,300N=3,700N*1.7。
如果FASchraube与FSchraube的距离是1，则按照本发明FSchraube与FWSPSchraube的距离优选为1.7。图6示出这一点。
也优选1:1.6至1:1.8的范围。夹紧螺栓3在螺栓端部（见图7）上以外六方29构成，用于在更换刀片时能够从下面松开夹紧螺栓3。当刀具例如从顶面放到机床里面时，这是必需的。对于M6已经计算扳手宽度为SW4。对于M6也能够是SW4.5。对于M8已经选择SW5.5。对于M8也能够是SW5至SW6的范围。夹紧部件孔5通过支座8延伸，由此可以接触到夹紧螺栓3的螺栓端部。
下面列举材料和刀架：
-支座8优选由材料调制钢或耐热工具钢钢制成，
-夹紧部件1优选由材料：
-钢  500-750HV，
-硬金属  850-1250HV，
-陶瓷  1250-1650HV，
组成。
-夹紧部件从结构上也可以由复合材料制成，以下面的变化：
-支座由钢，盖由硬金属组成，
-基础支架由钢，盖由陶瓷组成。　
-能够实现所有常见的刀架系统，如CMS,HSK,KM,FTC,VDI,SK xxx。　
-按照本发明的刀具系统也可以应用于常见的刀具类型，如柄式刀具、镗杆、短型刀夹。
在本发明的有利实施例中在支座8里面组合冷却剂输入。冷却剂输入在图8a至8d中示出。冷却剂输入组合到两个侧面夹紧部件导向19里面（图8a和8b）。由此使冷却剂非常接近使用目的地带到切削过程。利用具有过渡半径的斜面20排出切屑。斜面20与刀片顶面的斜面角α（图8d）为3至10度。由此排除钩住（流动的）切屑，这以前经常在冷却剂管里面看到。斜面20的高度H优选为4至8mm（图8c）
用于冷却剂的出口和孔的尺寸根据刀具尺寸为2至10mm。在出口上设置用于可能的封闭螺栓的螺纹。
但是也存在可能性，在出口上旋入喷嘴31（见图8e），具有锥形尖端和中心孔。孔直径根据刀具尺寸从Φ1mm-6mm变化。当冷却剂压力＜20bar并且“原始”冷却剂孔趋于脏污（堵塞）时使用喷嘴。如果冷却剂容积在加工过程中足够，也由此提高冷却剂排出速度。
按照本发明的刀具系统不仅用于整体刀具，也用于具有适配体的刀具。图9a示出作为整体刀具的刀具系统，图9b作为具有适配体的刀具。按照图9a的整体刀具与按照图1a的刀具系统一致。下面借助于图10a至10d解释按照图9b的刀具系统。
适配体7（见图10a至10d）组合所有用于过程可靠地夹紧刀片2的功能。适配体7通过螺栓固定在支座8上并因此具有两个螺栓孔21。适配体还具有用于夹紧螺栓3的孔22。为了导引夹紧部件1，适配体7与整体刀具类似具有侧面的适配体导向23、适配体回缩斜面24和必要时的冷却剂输入。冷却剂输入的出口25和孔根据适配体尺寸为2mm至5mm。冷却剂输入也通过适配体导向23实现。适配体回缩斜面24设置在适配体后端部上。适配体的高度为10mm并且适配体导向23的高度为6mm。由图10c和10d给出优选实施例的尺寸。在面对刀片的适配体7侧面上根据刀片形状设置刀座壁26，在其上顶靠刀片，如同图10c所示的那样。
侧面导向和回缩斜面（20度）有意识地组合到适配体上（而不在刀具上），由此使夹紧部件和刀片中心的对中/同轴性/平行性精确地一致。适配体由耐热工具钢制成。

Claims (12)

1.一种切削的刀具系统，具有支座（8）、带有夹紧槽（9）的刀片（2）和夹紧部件（1）及从属的夹紧螺栓（3），其中在面对刀片（2）的夹紧部件（1）底面上设置嵌接部件（11），它在安装状态与夹紧槽（9）处于夹紧接触并且由此锚紧刀片（2）并且通过一斜面这样导引夹紧部件（1），在旋紧夹紧螺栓（3）时使夹紧部件（1）在夹紧方向上拉紧，其特征在于，
d．所述夹紧部件（1）设置在具有平行的夹紧部件导向（19）的槽（6）里面，在槽里面所述夹紧部件（1）在夹紧方向上可移动地导引，其中所述夹紧部件（1）具有两个平行的导向面（14），它们平面地顶靠在夹紧部件导向（19）上，由此使所述夹紧部件（1）在两侧在槽（6）里面导引，
e．在夹紧部件（1）里面设置用于夹紧螺栓（3）的夹紧部件孔（5），并且在刀片（2）的夹紧状态，面对刀片（2）的夹紧部件孔（5）的壁顶靠在夹紧螺栓（3）上并且，
f．所述嵌接部件（11），从刀片（2）的切削棱看去，在夹紧槽（9）中心前面形状锁合地嵌入到夹紧槽里面。
2. 如权利要求1所述的刀具系统，其特征在于，所述刀具系统由整体刀具构成，其中所述刀片（2）设置在支座（8）的空隙里面，所述夹紧部件（1）通过夹紧螺栓（3）固定在支座（8）上，所述斜面设置在支座（8）上并且在旋紧夹紧螺栓（3）时使夹紧部件（1）在夹紧方向上向着支座（8）拉紧。
3. 如权利要求1所述的刀具系统，其特征在于，所述刀具系统通过适配体（7）构成，其中所述适配体（7）固定在支座（8）上的适配体槽（32）里面，在适配体（7）里面设置具有平行夹紧部件导向（19）的槽（6），在槽（6）里面所述夹紧部件（1）在两侧面上导引并且在适配体（7）里面设置用于夹紧螺栓（3）的通孔（22）和用于固定适配体（7）在支座（8）上的通孔（21），所述刀片（2）顶靠在适配于刀片（2）几何形状的适配体（7）里面的容纳体里面并且所述斜面设置在适配体（7）上而不设置在支座（8）上。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的刀具系统，其特征在于，所述槽（6）的导向宽度（B）的误差、即夹紧部件导向（19）相互间宽度的误差为B±0.025，并且所述夹紧部件（1）的宽度的误差、即导向面（14）在夹紧部件（1）上相互间距离的误差为B±0.05。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的刀具系统，其特征在于，在夹紧部件（1）的后端部上，从刀片（2）看去，设置形成斜面的回缩斜面（4）并且在整体刀具中适配于回缩斜面（4）的下滑斜面（15）位于支座（8）上并且在具有适配体（7）的刀具系统中回缩斜面（24）位于适配体（7）的后端部上，所述回缩斜面（24）和下滑斜面（15）与水平面的角度优选为15至25度、特别优选20度。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的刀具系统，其特征在于，所述夹紧螺栓（3）在夹紧部件（1）上的夹紧力FSchraube分成斜面上的FASchraube和刀片（2）上的FWSPSchraube，其中FSchraube=FASchraube+FWSPSchraube，并且FASchraube= FWSPSchraube*X，其中X为1.6至1.8，优选为1.7。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的刀具系统，其特征在于，所述夹紧螺栓（3）在螺栓端部通过外六方（29）构成。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的刀具系统，其特征在于，在所述槽（6）的夹紧部件导向（19）里面组合冷却剂输入。
9. 如权利要求8所述的刀具系统，其特征在于，所述夹紧部件导向（19）由向着刀片（2）下降的斜面（20）构成并且通过两个过渡半径R3，R5导引到刀片顶面，并且所述冷却剂输入的出口（25）设置在半径R3与R5之间。
10. 如权利要求9所述的刀具系统，其特征在于，所述斜面（20）与刀片顶面的斜面角α为3至10度。
11. 如权利要求9或10所述的刀具系统，其特征在于，在出口（25）上设置用于封闭螺栓或喷嘴的螺纹。
12. 使用如权利要求1至11中任一项所述的刀具系统用于粗车加工，切削数据为直到vc=3000m/min、ap直到10mm（取决于刀片大小和刀片几何形状和要被加工的材料）和进给量f直到1.0mm。
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