CN104551124A - 用于切削刀具的引导垫和刀头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切削刀具的引导垫和刀头，所述引导垫(6)形成有至少一个滑动表面(13)，该滑动表面(13)在与所述引导垫的纵向轴线(8)垂直的平面中凸形弯曲，每个滑动表面都包括两个凸形弯曲的滑动子表面(13′)，该两个凸形弯曲的滑动子表面(13′)被流体输送构造(20)分离，该流体输送构造(20)在与所述纵向轴线平行的方向上具有纵向延伸。在与所述纵向轴线(8)垂直的方向上，流体输送构造(20)是平面的或者具有凸形弯曲的形状，该凸形弯曲的形状具有比所述滑动表面(13)的半径R1大的曲率半径R2。

Description

用于切削刀具的引导垫和刀头

技术领域

本发明涉及一种用于切削刀具的引导垫，引导垫形成有至少一个滑动表面，在与引导垫的纵向轴线垂直的平面中观察，该滑动表面凸形弯曲，每个滑动表面都包括被流体输送构造分离的两个凸形弯曲滑动的子表面，该流体输送构造在与纵向轴线平行的方向上具有纵向延伸。

本发明也涉及一种包括这种引导垫的刀头。

背景技术

在切削加工金属和其它硬质材料期间，例如在深孔钻刀具的刀头上使用引导垫，以便在钻削工艺期间防止刀头磨损，并且引导钻削刀具，并且由此维持刀头沿直的轴线，以制造具有尽可能高的精度的直的钻孔。为该目的，通过例如拧紧、夹紧或焊接，将至少两个引导垫安装在刀头的外周缘或包络表面上的相应底座中。引导垫的滑动表面通常形成有部分圆形的剖面，且该引导垫的滑动表面面向外且承靠于周向的钻孔，该剖面具有与钻孔的半径相同或者比钻孔的半径稍微小的曲率半径。

在钻削工艺期间，引导垫暴露于由于与孔壁的摩擦导致的高温，该高温与抵靠孔壁的高压结合，使引导垫受磨损，并且导致裂纹形成。为了降低磨损和裂纹形成的趋势，惯例是通常提供冷却和润滑流体，通过钻削刀具内的通道将冷却和润滑流体供给到钻孔中。然而，冷却/润滑流体通常不能在足够程度上到达在引导垫和孔壁之间的整个接触区域，这使冷却/润滑不足，使得磨损和裂纹的形成将仍相当大。

在US 2013/0051944中公开了各种引导垫，在根据图5至8的实施例中，引导垫在滑动表面中设有呈不同样式的多个润滑沟槽。这将改进在引导垫和孔壁之间的接触区域的冷却和润滑，这是因为能够更易于将冷却/润滑流体供给到每个接触区域。然而，不幸的是，润滑沟槽也将形成断裂印记或应力集中，该断裂印记或应力集中继而将促进裂纹形成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于切削刀具的引导垫，该引导垫在滑动表面中具有流体输送构造，相对于根据现有技术的引导垫，该引导垫得到改进，这在于，流体输送构造不会使引导垫弱化到与现有技术的具有流体输送构造的引导垫相同的程度。至少借助于根据权利要求1所述的引导垫实现该目的。

因此，本发明的基本原理是如下内涵，即：可通过将流体输送构造形成为平面表面或具有比滑动表面大的曲率半径的凸形弯曲表面，实现该目的，其中流体输送构造在中部且与引导垫的纵向轴线平行地延伸，并且形成为引导垫的滑动表面的斜切部(bevelling)，使得滑动表面被分为两个滑动子表面。流体输送构造与滑动子表面平滑地融合(merge)，而没有形成如在现有技术的装置中的应力升高的沟槽。在上下文中，平滑地融合意思是，在流体输送构造的平面表面或稍微凸形弯曲表面和滑动子表面中的每个滑动子表面之间的角度，在它们的过渡部处能够在90°-180°之间，优选135°-175°之间变化。该过渡部本身能够是相当尖锐的边缘。以该方式，流体输送构造将不会像如果根据现有技术流体输送构造形成为沟槽的程度一样地形成弱化和应力升高部，同时，能够使流体输送能力充分大，以便为在滑动子表面处的接触表面提供充分量的冷却和润滑流体，在加工期间，该接触表面将与待加工的材料接触。作为替换实施例，在流体输送构造和每个滑动子表面之间的过渡部都能够被另外圆化处理。然而，为了简化制造，通常优选的是，仅通过将流体输送表面加工到引导垫中，将边缘做得截然不同并且限定明确。在另一方面，圆化边缘的优点在于，冷却流体能够更易于从流体输送表面流动到滑动子表面，并且因而提高冷却。

如权利要求1中所述，流体输送构造能够形成为平面表面，或者形成为相对于滑动表面具有更大曲率半径的凸形弯曲表面。平面的流体输送构造的优点在于，能够以非常简单和成本节约的方式形成平面的流体输送构造。凸形弯曲流体输送构造的优点在于，凸形弯曲流体输送构造将引导垫弱化到比平面的流体输送构造甚至更小的程度。另外，与具有凸形弯曲流体输送构造的引导相比，能够以小宽度产生带有平面的流体输送构造的引导垫，并且该带有平面的流体输送构造的引导垫仍具有相同流体输送能力。此外，与凸形弯曲流体输送构造相比，生产平面的流体输送构造是稍微容易并且因此较不昂贵的。

在该总体发明理念内，能够以许多不同的方式形成或设计根据本发明的引导垫。在下文描述和示出的本发明的实施例中，可将引导垫转位四次，即：引导垫包括四个滑动表面或者总共八个滑动子表面，滑动子表面继而能够被依次定位在作用位置中，用于抵靠孔壁滑动且引导钻削刀具。这被实现在于，引导垫包括两个相对置主表面，每个主表面都具有两个滑动表面，即：每个主表面一共有四个滑动子表面，其中在关于引导垫的纵向轴线的每个端部中都存在一个滑动表面。通过可选地在中间表面中或绕纵向轴线旋转引导垫，因此可将滑动表面中的任意一个放置在适当位置中，用于抵靠孔壁滑动和承靠孔壁。然而，应理解，引导垫当然也能够在主表面中的仅一个主表面上设有仅两个滑动表面，或者甚至是仅单个滑动表面。

在以下实施例中，示出引导垫的滑动表面为具有与钻孔相同的曲率半径。然而，滑动表面也能够具有比钻孔的曲率小的半径。滑动表面不应具有比钻孔曲率半径大的曲率半径，这是因为这将导致滑动表面将仅以它们的外侧边角点承靠孔壁，这将导致引导垫快速磨损并且也可能刮削孔壁。实际上，滑动表面不需要形成有部分圆形的弯曲部，作为代替，它们能够以任何其它适当的方式弯曲，并且各个滑动子表面甚至不需要具有相同曲率或相同曲率中心。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是用于深孔钻削的、呈刀头形式的切削刀具的透视图，该切削刀具设有根据本发明的两个引导垫，示出该引导垫中的一个引导垫从刀头分离；

图2是根据图1的刀头的前视图；

图3是通过工件和钻孔的剖视图，正在借助于根据图1和图2的刀头钻削该钻孔；

图4是沿图3中的线IV-IV的纵向剖视图；

图5-9分别是根据本发明的引导垫的第一实施例的透视图、从主表面上方的视图、侧视图、纵向剖视图和端视图；

图10是在孔的钻削期间通过被定位在工件的钻孔内的根据图5-9的引导垫的一部分的放大剖视图；

图11是根据本发明的引导垫的第二实施例的根据图10的放大剖视图；

图12a是处于分离期间的引导垫和刀头的底座部分的剖视图；

图12b是根据图12a的剖视图，其中在工件中钻孔期间，引导垫被安装在刀头的底座中，并且引导垫承靠工件的孔壁和抵靠工件的孔壁滑动；

图13是根据本发明的引导垫的第三实施例的透视图；和

图14是通过引导垫的剖视图，示出相对于假想圆和中间平面的支承表面的位置。

具体实施方式

首先参考图1和图2，该图1和图2分别以透视图和前视图示出用于钻削刀具的、呈刀头1形式的切削刀具。刀头在前端设有切削刀片2，并且在后端设有外螺纹3。借助于外螺纹，刀头适于附接到未示出的钻管，该钻管能够由适当的支撑装置承载。

如从图2和3最佳所见，图3示出在钻削期间，通过工件4的剖视图和刀头1的前端，刀头包括三个切削刀片2，该切削刀片2被定位成使得它们相应的切削刃沿通过刀头的旋转轴线14的直线定位，其中两个切削刀片主要被定位在旋转轴线的一侧上，并且一个切削刀片定位在另一侧上，该另一侧面向相反方向。在刀头沿箭头Rot的方向相对于工件旋转期间，切削刀片2将从工件切削和去除钻屑和切屑，使得在工件中形成钻孔5。切削刀片的布置，即：两个切削刀片处于旋转轴线的一侧上，并且另一个切削刀片处于另一侧上并且面向相反方向，将具有效果，即：刀头将由大致指向为箭头R(参见图2)所示的合力致动。为了平衡和利用合力R，引导垫6被定位在合力R的每一侧上，并且仔细安装，使得每个引导垫的外侧向前接触表面都将承靠孔壁7的内表面和抵靠该内表面滑动。以该方式，确保刀头将不抵靠孔壁磨损。作为代替，小的可转位的且可更换的引导垫6将受到抵靠孔壁的基本上所有的磨损，并且它们也引导和对中刀头，并且确保刀头在切削期间沿直线。

图5-9详细示出根据本发明的引导垫6的实施例的设计。引导垫通常形成为平行六面体，该平行六面体具有纵向轴线8，并且包括两个相对置的主表面9、两个相对置的纵向侧表面10和两个相对置的端表面11。所示引导垫关于中间平面12对称，并且可转位四次，即，引导垫包括四个滑动表面13，在每个主表面上都有两个滑动表面13，继而能够通过旋转引导垫，即，一方面通过在中间平面12中旋转引导垫并且另一方面绕其纵向轴线8旋转，以在钻削期间使另一主表面朝向孔壁暴露来将该滑动表面13放置在适当位置，用于承靠孔壁和抵靠孔壁滑动。在与纵向轴线垂直的平面中观察，滑动表面凸形弯曲，其中曲率半径等于或小于适于使用它们的孔的曲率半径。为了确保每次引导垫的每个主表面上的滑动表面13中的仅一个受到磨损，如在图4的纵向剖视图中所示，以引导垫的纵向轴线8与刀头的纵向轴线14形成小倾斜的方式将引导垫安装到刀头。以该方式，在孔壁和引导垫的后滑动表面之间建立小间隙15，并且仅前滑动表面13的前端接触孔壁。

在钻削期间，借助于钻削刀具，冷却和润滑流体，诸如油、水或气，被供给到钻孔5，使得流体绕刀头1的周围流动，一方面用于在切削期间冷却和润滑切削刀片2，并且也用于冷却和润滑引导垫6，该引导垫6会发生危险，即，由于在钻削期间引导垫6承靠孔壁7和抵靠孔壁7滑动而产生的摩擦热所导致的过热并伴随有过量磨损和裂纹形成。冷却和润滑流体基本上沿刀头的整个周围流动，如从图3和4所见，这是因为仅引导垫的滑动表面承靠孔壁和抵靠孔壁滑动，使得在刀头的余部和孔壁之间形成小间隙16。然而，沿刀头的包络表面在纵向轴线14的方向上也形成第一和第二冷却通道17，以确保充分大量的冷却和润滑流体流动到切削端。为了使流体与切削期间产生的切屑一起能够随后排出，刀头设有第一和第二开口18及内通道19，内通道19与钻管的内孔流体连通。第一开口18定位在旋转轴线的一侧上的两个切削刀片2的前方的区域中，并且第二开口定位在旋转轴线的另一侧上的单个切削刀片的前方的区域中。在使用刀头的钻削操作期间，在压力下将冷却和润滑流体供给到钻孔中，并且冷却和润滑流体沿刀头的周围流动到在钻孔底部处的刀头的前端。在那里，冷却和润滑流体朝向旋转轴线14向内流动，流经切削刀片2，并且洗走切屑，然后流入到第一和第二开口18中，并且通过内通道19，并且从刀头流出。如从图2和3所见，如在旋转方向Rot上所见，第一和第二冷却通道17位于相应的引导垫6的前方的区域中，这具有效果，即：在旋转期间，在引导垫的前方大量冷却流体是可用的，并且迫使这些大量冷却流体进入到在每个引导垫和孔壁之间的接触区域中。

为了提高对引导垫的冷却和润滑，它们中的每个都在每个滑动表面13中形成有流体输送构造20。流体输送构造20在纵向轴线8的方向上具有纵向延伸，该纵向延伸继而几乎与刀头的旋转轴线14平行。因此，每个流体输送构造都将相关联的滑动表面分离为两个滑动子表面13′。根据本发明，在与引导垫的纵向轴线垂直的平面中观察，流体输送构造20为平面的或者具有凸形弯曲形状，并且流体输送构造具有比滑动表面13大的曲率半径。从根据本发明的并且具有平面的流体输送构造的引导垫的实施例的视图及图5-9中的纵向剖面中可见流体输送构造20，并且也在图10中的示意性剖面中示出流体输送构造20，该图10示出具有平面的流体输送构造20的引导垫6，并且在图11中，示出具有凸形弯曲流体输送构造20的引导垫，该凸形弯曲流体输送构造20具有半径R2，该半径R2比形成滑动表面13的邻接子表面13′的半径R1大。以夸大的半径R1和R2做出图10和11的剖面，以便更清晰地示出在滑动子表面13′及引导垫的流体输送构造20与工件4的孔壁7之间的相互关系。如从附图明显的，由于引导垫的设计，所以在流体输送构造20和孔壁7之间将形成狭窄间隙21，在该狭窄间隙21中，在引导垫与刀头一起旋转期间，冷却和润滑流体能够流动到滑动子表面13′和孔壁7之间的接触区域。由于在附图中夸大了半径R1和R2，所以在流体输送构造和孔壁之间的间隙21实际上将比所示的窄，但是如果在滑动表面的未磨损接触区域的前端处间隙至少约为0.1-0.05mm，则间隙21在大多数情况下是足够的，能够将足够量的冷却和润滑流体输送到接触区域。此外，流体输送构造20具有宽度，该宽度比引导垫宽度的一半小。由此，确保在引导垫和孔壁之间的充分接触。

如从图4、5、7和8明显的，引导垫在绕用于螺钉24的安装孔23的中间部分22中以及在侧表面10处，具有比在端表面11处的滑动表面13的每个端部处稍微小的厚度。以该方式，易于使冷却和润滑流体在中间部分处流入引导垫和孔壁之间，并且然后在引导垫的纵向方向上顺着流体输送构造20朝向切削端流动，用于冷却和润滑每个滑动子表面的接触表面。为了便于将刀头1插入到工件中的孔中和从其中抽回，引导垫的端部设有第一过渡表面32和第二过渡表面33，该第一过渡表面32在每个滑动子表面13′和端表面11之间，该第二过渡表面33在流体输送构造20和端表面之间。如在附图中所示，过渡表面32、33能够形成为倒角(chamfer)，但是也能够具有其它形状。例如形成为具有适当半径的倒圆(rounding off)。因此，引导垫将朝向端表面11稍微渐缩(tapered)，并且滑动子表面13′和流体输送构造20都将不一直延伸到端表面。

当以新的未磨损的滑动子表面开始钻削时，由于引导垫相对于旋转轴线14倾斜，所以在引导垫6和孔壁之间的接触，在子表面的半径比孔的半径小的情况下，首先将具有仅小接触点的形式，或者在子表面的半径等于孔的半径的情况下，首先将为曲线。然而，在新滑动表面进行操作后不久，由于引导垫的初期磨损，在每个子表面13′处的接触表面都将开始扩大，并且不久后就可具有在图6中以虚饰线(feintlines)规定的区域25处所示的形状，就如假设滑动子表面具有比钻孔的半径稍微小的曲率半径时，它们可能看起来的那样。

通过具有两个相对置主表面9，本文公开的引导垫的实施例可转位四次，该两个相对置主表面9中的每个都具有两个滑动表面13，该两个滑动表面13位于引导垫的相应的端部中。与在相对置主表面上具有滑动表面的引导垫相关的一个问题在于，当第一主表面上的滑动表面磨损，并且旋转引导垫以将在相对置主表面上的滑动表面置于适当位置以用于承靠孔壁和抵靠孔壁滑动时，在第一主表面上的由于磨损而已经变形的滑动表面不能起支承表面的作用，该支承表面用于将引导垫保持和支撑在相对于刀头的紧公差内的正确位置中。

为了克服该问题，如从图12a和12b最佳所见的，引导垫沿引导垫的每个纵向侧表面都设有两个支承表面26，该两个支承表面26位于在中间平面12的相应侧上并且背对中间平面12，并且在与纵向轴线8平行的方向上具有至少一些延伸。支承表面26能够沿整个纵向长度或部分纵向长度延伸，优选地，支承表面26具有邻近引导垫的端部的一些延伸，用于钻削期间为滑动表面13的滑动部分提供充分支撑。

此外，在中间平面12的相同侧上的支承表面26和流体输送构造20的表面都位于中间平面12和具有最小曲率半径的假想圆弧之间，该假想圆弧能够同时与在滑动子表面13′中的每个滑动子表面上的任意接触点切向地接触，即：在接触点中具有与滑动子表面相同切线的圆弧。换句话说，支承表面26和流体输送构造20的表面位于假想圆弧内，该假想圆弧与在滑动子表面13′上的两个任意接触点相切接触，其中一个接触点位于一个相应的滑动子表面上。应注意，假设滑动子表面为部分圆形并且具有相同中心和曲率半径，那么假想圆弧将具有与滑动子表面相同的曲率半径。

在图14中示出替代实施例，在该替代实施例中，每个滑动子表面13′都由具有不同曲率半径的两个部分圆形表面组成，即：一个具有较大的曲率半径的内侧部分圆形表面34，和一个具有较小曲率半径的外侧部分圆形表面35。在图中示出具有最小曲率半径的假想圆弧36，该假想圆弧36能够在任意接触点37处与滑动子表面13′中的每个滑动子表面同时切向地接触。即，假想圆弧36在每个接触点37处与部分圆形表面都有相同的切线38。如从附图明显的，支承表面26位于假想圆弧36和中间平面12之间，并且因此，当处于中间平面的相同侧上的滑动子表面承靠工件的孔壁和抵靠工件的孔壁滑动时，将保护支承表面26不受磨损。

通过以该方式形成的引导垫，当支承表面26朝向孔壁旋转并且面对孔壁时，不存在能够通过抵靠孔壁滑动而磨损支承表面26的风险。因此，沿着引导垫的抵靠第二支撑构造27的纵向侧表面能够将引导垫总是支撑在正确位置中，该第二支撑构造27沿着底座28的相对置的纵向侧表面，该底座28在刀头中呈凹进形式，而当引导垫被安装在底座中时，该支撑构造在中间平面12的一侧处与支承表面26配合并承靠支承表面26。此外，能够通过使流体输送构造20依靠于用于引导垫的底座凹进28的平面的或者其它适当形成的底部表面或第一支撑构造29上，沿引导垫的纵向轴线8在中部支撑引导垫，这是因为当流体输送构造20朝向孔壁旋转时，也保护流体输送构造20不受磨损。

图13示出根据本发明的引导垫的替代实施例，通过该替代实施例，每个流体输送构造都形成为处于引导垫的端部处的平面的流体输送表面20和沟状凹进30的组合，该沟状凹进30在轴向方向上从引导垫的中间部分22处的槽状凹进31延伸，并且在到达处于引导垫的端部处的流体输送表面的端部之前终止。沟状凹进30在中间部分处形成有大宽度，并且朝向端表面渐缩。通过以该形式形成的流体输送构造，可将较大量的冷却和润滑流体输送到引导垫和孔壁之间的接触区域。

Claims (11)

1.一种用于切削刀具的引导垫，所述引导垫(6)形成有至少一个滑动表面(13)，在与所述引导垫的纵向轴线(8)垂直的平面中观察，所述滑动表面(13)凸形弯曲，每个滑动表面都包括两个凸形弯曲的滑动子表面(13′)，所述两个凸形弯曲的滑动子表面(13′)被流体输送构造(20)分离，所述流体输送构造(20)在与所述纵向轴线平行的方向上具有纵向延伸，其特征在于：在与所述纵向轴线(8)垂直的平面中观察，所述流体输送构造(20)是平面的或者具有凸形弯曲形状，所述凸形弯曲形状具有比所述滑动表面(13)的半径R1大的曲率半径R2。

2.根据权利要求1所述的引导垫，其中所述流体输送构造(20)与所述滑动子表面(13′)平滑地融合。

3.根据权利要求1或2所述的引导垫，其中所述引导垫(6)形成有两个相对置定位的主表面(9)，并且所述引导垫(6)对称地形成，且所述引导垫进一步包括两个纵向侧表面(10)和四个滑动表面(13)，每个主表面上有两个滑动表面，所述滑动表面被依次沿所述引导垫的所述纵向轴线(8)定位，其中沿所述引导垫的每个纵向侧表面(10)，所述引导垫还包括两个支承表面(26)，所述支承表面(26)定位于中间平面(12)的相应侧上并且背对所述中间平面(12)，所述中间平面(12)在所述主表面之间的中间，并且所述支承表面(26)在所述纵向轴线(8)的方向上具有至少一些延伸，其中在所述中间平面的两侧处的所述支承表面及所述流体输送构造(20)的底表面位于所述中间平面和具有最小曲率半径的假想圆弧(36)之间，所述假想圆弧同时能够在任意点(37)处切向地接触所述子表面(13′)中的每一个子表面。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的引导垫，其中在所述滑动表面(13)中形成沟状凹进(30)，所述沟状凹进(30)在所述纵向轴线(8)的方向上从所述引导垫(6)的中间部分(22)延伸，并且所述沟状凹进(30)在到达处在所述引导垫的端表面(11)处的所述滑动表面的端部之前终止。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的引导垫，其中所述引导垫(6)在中间部分(22)中具有比在所述引导垫(6)的端表面(11)处的所述滑动表面的端部处小的厚度。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的引导垫，其中所述流体输送构件(20)具有在与所述中间平面(12)平行并且与所述纵向轴线(8)垂直的方向上的宽度，所述宽度比所述引导垫的宽度一半小。

7.根据权利要求4-6中的任一项所述的引导垫，其中所述引导垫在所述滑动表面(13)和所述端表面(11)之间形成有第一过渡表面(32)，使得所述引导垫朝向所述端表面渐缩。

8.根据权利要求4-7中的任一项所述的引导垫，其中所述引导垫在所述流体输送构造(20)和所述端表面(11)之间形成有第二过渡表面(33)，使得所述引导垫朝向所述端表面渐缩。

9.一种用于钻削刀具的刀头，其特征在于：所述刀头包括根据前述权利要求中的任一项所述的引导垫(6)。

10.根据权利要求9所述的刀头，其中以所述引导垫的纵向轴线(8)相对于所述刀头的纵向轴线(14)形成小倾斜度的方式将所述引导垫(6)安装到所述刀头。

11.根据权利要求9或10所述的刀头，其中所述刀头的包络表面包括在所述纵向轴线(14)方向上的冷却通道(17)，在所述刀头的旋转方向Rot上观察，所述冷却通道(17)位于所述引导垫(6)的前方的区域中。