CN104759674B - 铣削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铣削刀具(101)，具体是面铣刀具，包括刀体(102)和至少一个刀片座，刀体(102)包括中心旋转轴线(C1)，刀具能够绕该中心旋转轴线(C1)旋转，并且刀片座形成在刀具的前端(104)和包络表面(106)之间的过渡部中。刀具还包括安装在刀片座中的至少一个切削刀片(1)，所述切削刀片包括限定上延伸平面的上侧、绕上侧的周围延伸的切削刀刃和限定指向刀片座的底部支承表面的下延伸平面的下侧。中心轴线垂直地延伸穿过上下延伸平面。刀具被构造成使得主切削刀刃部分处于小于80°的进入角κ，并且使得上延伸平面处于‑60°≤γf≤‑25°的径向镶装角度并处于‑20°≤γm≤0°的轴向镶装角度，使得主切削刀刃部分的倾斜角度λ处于15°≤λ≤50°的范围内。

Description

铣削刀具
技术领域
本发明涉及一种用于去屑加工的面铣刀具，该面铣刀具包括刀体和至少一个切削刀片。
背景技术
构造用于去屑加工的已知类型的面铣刀具通常包括刀体，该刀体包括前端和后端，中心旋转轴线在前后端之间延伸，刀具能够绕该中心旋转轴线沿旋转方向旋转。至少一个刀片座形成在前端和在刀体的前后端之间延伸的包络表面之间的过渡部中。每个刀片座包括底部支承表面，其中，容屑槽在刀具的旋转方向上设置在所述至少一个刀片座的前面。该刀具还包括牢固地安装在所述至少一个刀片座中的至少一个切削刀片。每个切削刀片包括限定上延伸平面的上侧和绕上侧的周围延伸的切削刀刃。刀片还包括限定平行于上延伸平面的下延伸平面的下侧，该下侧包括指向刀片座的底部支承表面的支承面。中心轴线垂直地延伸穿过上延伸平面和下延伸平面。
US5807031公开了上述类型的铣削刀具。该刀具被构造成使得主切削刀刃部分处于小于80°的进入角K。切削刀片的上延伸平面处于径向镶装(tipping-in)角度(径向前角)γf并且处于轴向镶装角度(轴向前角)γm，并且在与主切削刀刃部分相切的平面上测量，主切削刀刃部分相对于刀具的中心旋转轴线处于倾斜角度λ。公开了如果切削刀片成形为使得倾斜角度是正的且被设定成5°或更大时，使用处于锐角进入角的负的双面切削刀片，可排出螺旋形的切屑，而不管轴向和径向镶装角度都是负的。
发明内容
本发明的目的是提供一种至少在某些方面上具有改进的切削性能的铣削刀具。具体地，目的是提供一种铣削刀具，通过该铣削刀具，不仅能够实现优良的切屑形成和排屑性能，而且还能够实现切削刀刃的改进韧性性能和更平稳的加工，从而使刀具的振动减小和噪音水平更低。
该目的通过最初限定的铣削刀具实现，该铣削刀具的特征在于，轴向镶装角度γm处于-20°≤γm≤0°的范围内，径向镶装角度γf处于-60°≤γf≤-25°的范围内，且倾斜角度λ处于15°≤λ≤50°的范围内。对于锐角进入角，大的负径向镶装角度确保大的正倾斜角度λ。由于切削刀片逐渐地进入工件，所以在上述范围内的大倾斜角度λ有助于平稳加工。更具体地，在主切削刀刃部分的上端进入之前，切削刀片首先以最靠近所生成的表面的去屑主切削刀刃部分的下端进入工件。这减小了振动，并由此降低了刀具的噪音水平。此外，由于具有大倾斜角度的该刀具趋于在要求高的操作中，尤其是在切削结束时，显示改进的韧性性能，所以主切削刀刃部分的韧性性能得以改进，切削结束时正是所产生的切屑具有大约其最大厚度的时候。
具有大的负径向镶装角度γf的根据本发明的刀具的另一优势是容易接近的刀片座，这使刀具制造更容易，并因此降低刀具的制造成本，且这在更换切削刀片时或在可转位的切削刀片转到不同转位位置时也是有利的。对于具有大直径和螺钉安装的切削刀片的铣削刀具，大的负径向镶装角度以及由此容易接近的刀片座提供了形成螺纹螺孔的更大可能性。因此，能够实现每个刀具有大量的切削刀片。
根据一个实施例，切削刀片在上延伸平面中和下延伸平面中具有相同或基本相同的周围。因此，切削刀片具有负的基本形状，从而允许切削刀刃绕切削刀片的上下侧延伸。根据该实施例的优选变型，切削刀片是双面的，且具有同样绕下侧周围延伸的切削刀刃。这使切削刀片的使用寿命加倍，并因此提供更好的刀具经济性。
根据一个实施例，切削刀片的上侧和下侧通过包括余隙表面的至少一个侧表面连接，主切削刀刃部分形成在余隙表面和上侧之间的过渡部中，其中，在侧立面视图中看时，余隙表面相对于上延伸平面PU形成钝内角。换言之，余隙表面向外倾斜。与具有垂直的余隙表面的切削刀片相比，这减小了在主切削刀刃部分后面的间隙角(clearance angle)并有助于切削刀刃的强度。间隙角是在一方面旋转地定位在去屑主切削刀刃部分后面的主余隙表面和在另一方面由主切削刀刃部分生成的大致锥形表面之间的角度。优选地，该钝内角应处于93°–118°的范围内，更优选地处于98°–114°的范围内，以获得足够的间隙，而不损害刀刃强度。
根据一个实施例，切削刀片是可转位的，且具有多个转位位置，每个转位位置均包括主切削刀刃部分。这延长了切削刀片的使用寿命，并因此提供更好的刀具经济性。
根据一个实施例，切削刀片在其上侧上包括至少五个主切削刀刃部分，优选地包括至少七个主切削刀刃部分。与具有较少数量的刀刃的切削刀片相比，大量的切削刀刃延长了切削刀片的使用寿命。
根据一个实施例，倾斜角度λ处于20°≤λ≤50°的范围内。在该范围内，针对切削刀刃的良好韧性性能和平稳加工对倾斜角度进行优化。最通常优选的是，使倾斜角度处于该范围的较高的一端内，但进入角κ和倾斜角度λ之间具有几何关系，该几何关系使得更容易在具有小的进入角κ的刀具上获得大的倾斜角度λ。
根据一个实施例，轴向镶装角度γm处于-20°≤γm≤-2°的范围内，较佳地处于-18°≤γm≤-4°的范围内。由于轴向镶装角度确定在呈表面擦拭刀刃或具有角部半径的弯曲刀刃的形式的辅助切削刀刃后面的间隙，因此，应调节轴向镶装角度，使所使用的切削刀片获得合适间隙。在使用具有在上延伸平面和旋转地在辅助切削刀刃后面的余隙表面之间的直角的切削刀片的情形中，优选地将轴向镶装角度保持在-12°≤γm≤-4°的范围内，以获得充足的、但仍然足够小而不会引起刀刃强度减低的问题的间隙。对于具有在上延伸平面和旋转地在辅助切削刀刃后面的余隙表面之间的稍微钝角的切削刀片，该范围可向更负的角度偏移，以获得充足的间隙。
根据一个实施例，径向镶装角度γf处于-50°≤γf≤-30°的范围内。在该范围内，能够对于锐角进入角κ获得合适的倾斜角度λ。通常，对于较小的进入角κ，径向镶装角度γf可设定成在以上范围内的较大的负值，从而获得较大的正的倾斜角度λ，而不影响刀具的前角和间隙角。优选地，径向镶装角度γf处于-50°≤γf≤-35°的范围内。
根据一个实施例，进入角κ处于10°≤κ≤65°的范围内。在该范围内，负的径向镶装角度对倾斜角度的影响尤其明显。更大的负径向镶装角度有助于更大的正的倾斜角度。进入角越小且负径向镶装角度越负，产生的倾斜角度将越大。诸如25°左右的小进入角κ通常适于低切削深度的高速进给铣削，而诸如45°左右的更接近上限的进入角更适于更大的切削深度和更低的进给速度。优选地，进入角κ处于20°≤κ≤50°的范围内。
根据一个实施例，刀片座的底部支承表面在平行于切削刀片的上延伸平面Pu的平面中延伸。以这样的方式，能够获得负的轴向镶装角度，而没有使用垫片。当然，还能够使用垫片来调节镶装角度。
根据一个实施例，切削刀片的上侧包括平行于上延伸平面Pu延伸的上基部表面，该上基部表面相对于主切削刀刃部分凹陷。在该实施例中，能够获得正的前角，从而导致改进的切屑形成和排屑、较低的切削力以及因此降低的能耗。通常，较大的负径向镶装γf要求较深的在上表面中的凹陷，以避免排屑问题。
附图说明
图1示出了根据本发明的铣削刀具的透视图，
图2示出了图1中的铣削刀具的端视图，
图3示出了图1中的铣削刀具的侧视图，
图4示出了图1中的铣削刀具的分解透视图，
图5示出在图1中的铣削刀具的局部侧视图中的轴向镶装角度，
图6示出在图1中的铣削刀具的局部平面图中的径向镶装角度，
图7示出在图1中的铣削刀具的局部侧视图中的进入角，
图8示出在图1中的铣削刀具的局部透视图中的倾斜角度，
图9示出了用于根据本发明的用在铣削刀具中的切削刀片的透视图，
图10示出了图8中的切削刀片的侧视图。
具体实施方式
图1-4中示出了根据本发明的端面铣削刀具101。铣削刀具101包括刀体102和六个切削刀片1。刀体102包括前端104和后端105，中心旋转轴线C1在前端104和后端105之间延伸。刀具能够沿旋转方向R绕中心旋转轴线C1旋转，并且包络表面106与轴线C1同心。六个刀片座107形成在前端104和包络表面106之间的过渡部中。每个刀片座107包括底部支承表面108、包括两个侧支承表面的侧支承部109和在刀具101的旋转方向R上设置在刀片座前面的容屑槽110。切削刀片1借助于螺钉111牢固且可拆卸地安装在刀片座107中。
适合用于根据本发明的铣削刀具的切削刀片1在图9-10中更详细地示出。切削刀片1可转位且是双面的，并且包括限定上延伸平面PU的上侧2和限定平行于上延伸平面PU的下延伸平面PL的下侧3。上切削刀刃7绕上侧2的周围延伸，而下切削刀刃17绕下侧3延伸。上侧2包括凹陷的上基部表面11。倾斜的切屑表面12在凹陷的基部表面11和切削刀刃7之间延伸。由于切削刀片是双面的，所以下侧2也包括用作指向刀片座107的底部支承表面108并座靠在刀片座107的底部支承表面108上的支承面的凹陷的基部表面。中心轴线C2垂直延伸穿过上延伸平面PU和下延伸平面PL。
切削刀片1的上侧2和下侧3通过侧表面4连接，侧表面4包括多个主余隙表面5、15和辅助余隙表面6a、6b、16a、16b。切削刀刃7包括七个大致直线的去屑主切削刀刃部分8，并且对于每个主切削刀刃部分8，第一和第二辅助切削刀刃部分9、10形成为构造用于不同进入角κ的表面擦拭刀刃。每个主切削刀刃部分8形成在上侧2和所述上主余隙表面5中的一个主余隙表面之间的过渡部中。第一辅助切削刀刃部分9在两个主切削刀刃部分8之间的区域中、即在切削刀片1的角部区域中形成在上侧2和第一上辅助余隙表面6a之间的过渡部中。第二辅助切削刀刃部分10形成在上侧2和第二上辅助余隙表面6b之间的过渡部中。在该实施例中，切削刀片还在其侧表面4中包括形成绕该切削刀片的“腰部”的多个凹陷的支承表面14，所述多个凹陷的支承表面14用于通过延长支承表面14和切削刀片的侧支承部109的接触面积而将切削刀片稳固在刀片座107中。由此，防止了切削刀片1绕其中心轴线C2旋转。
如能够在图9-10看见的，在侧立面视图中看时，主余隙表面5形成为相对于上延伸平面PU成钝内角。在该实施例中，该内角是107°。在侧立面视图中看时，辅助余隙表面6a、6b形成为相对于上延伸平面PU成较小的钝内角。
图1-4所示的刀具被构造成使得主切削刀刃部分8处于大约42°的进入角κ。虽然刀刃是直的，但是进入角沿着刀刃变化。进入角κ是在侧立面视图中看时主切削刀刃部分8与铣削刀具的进给方向形成的角度，参见图7。更具体地，进入角κ被限定为在参照平面Pref2上测量的在平面Ptan和平面Pf之间的角度，将在下文中限定所述平面Ptan、Pf和Pref2。在该进入角，第二辅助切削刀刃部分10用作表面擦拭辅助刀刃，而第一辅助切削刀刃部分9用作角部刀刃。切削刀片1被镶装，使得上延伸平面PU处于-35°的负径向镶装角度γf。如图6所示，径向镶装角度γf是在平面图中看时在上延伸平面PU和沿着刀具的径向矢量r的直线之间的角度。更具体地，径向镶装角度γf通过取与中心旋转轴线C1正交且经过点pk的平面Pf并在该平面Pf上测量参照平面Pref和上延伸平面PU之间的角度来获得的，如图6所示，图6是平面Pf中的视图。参照平面Pref是中心旋转轴线C1和径向矢量r跨越的平面，所述径向矢量r垂直于中心旋转轴线C1并经过点pk。刀具的半径是在中心旋转轴线C1和点pk之间测得的，对于该切削刀片，所述点pk位于切削刀片1的主切削刀刃部分8和表面擦拭刀刃10之间的过渡部中。借助负径向镶装角度γf，上延伸平面PU相对于刀具的中心旋转轴线C1向外指向。
切削刀片3还被镶装为使得上延伸平面PU形成-10°的负轴向镶装角度γm。如图5所示，所述轴向镶装角度γm是在上延伸平面PU和刀具的中心旋转轴线C1之间的角度。更具体地，轴向镶装角度γm是通过在平面Pm(未示出)中测量上延伸平面PU和参照平面Pref之间的角度来获得的，该平面Pm垂直于上延伸平面PU，平行于中心旋转轴线C1并经过点pk。借助负轴向镶装角度γm，上延伸平面PU朝向铣削刀具的前端104倾斜。借助大约42°的进入角κ、-35°的径向镶装角度γf和-10°的轴向镶装角度γm，主切削刀刃部分8处于大约20°的倾斜角度λ。如图8所示，倾斜角度λ是主切削刀刃部分8在点pa上或主切削刀刃部分8在该点上的切线t与第二参照平面Pref2形成的角度。所述第二参照平面Pref2与中心旋转轴线C1平行并包括该中心旋转轴线C1，并且包括在主切削刀刃部分8上的点pa。倾斜角度λ是在切向平面Ptan上测得的。所述切向平面Ptan与主切削刀刃部分8在点pa上相切并垂直于第二参照平面Pref2。在图8中，倾斜角度λ通过从刀具101的前端104下方沿着垂直于切向平面Ptan的直线观察主切削刀刃部分8示出。
对于根据第一实施例的切削刀片1，由于主切削刀刃部分8是大致直线的，所以倾斜角度λ沿着主切削刀刃部分8近似恒定。对于弯曲的主切削刀刃部分，倾斜角度将沿着刀刃变化。在该情形中，切向平面Ptan应认为是在需要确定倾斜角度λ的主切削刀刃上的该点处的主切削刀刃部分的切向平面。
如能够在图9-10看见的，在侧立面视图中看时，主余隙表面5关于上延伸平面PU形成钝内角。在该实施例中，该内角是107°。在侧立面视图中看时，辅助余隙表面6a、6b相对于上延伸平面PU形成较小的钝内角。在所示实施例中，相对于上延伸平面PU和上主余隙表面5之间的钝内角，优化在刀具的旋转方向R上处在主切削刀刃部分8后面的间隙，使得切削刀片1具有高强度，但仍提供足够的间隙。由于负轴向镶装角度γm，在表面擦拭辅助切削刀刃10后面的间隙是足够的。借助上延伸平面PU和余隙表面5、6a、6b之间的内角的所选择的值，在所示实施例中，在主切削刀刃部分8和辅助切削刀刃部分9、10后面的间隙处于合适的范围中。凹陷的上基部表面11确保纵使负径向镶装角度γf是大的，也获得正的前角，因此确保良好的排屑性能。
在铣削刀具的第二实施例中(未示出)，使用如上所述的相同的切削刀片，但刀具被构造用于25°的进入角κ，在该情形中，第一辅助切削刀刃部分9用作表面擦拭副刀刃。对中等切削深度，第二辅助切削刀刃部分10不作为有效切削刀刃。然而，在切削深度大时，与有效主切削刀刃部分8相邻的第二辅助切削刀刃部分10可用作主切削刀刃部分8的延长部分。对于25°的进入角κ，在该实施例中，轴向镶装角度γm设定成-17°，且径向镶装角度γf设定成-45°，在该情形中，主切削刀刃部分8的倾斜角度λ为近似33°。在上延伸平面PU和位于表面擦拭辅助刀刃9后面的辅助余隙表面6a之间的内角是稍钝的，以在具有相对较大的负轴向镶装角度γm的情况下获得在表面擦拭辅助刀刃9后面的合适的间隙。具有25°的进入角κ的刀具适于进给速度高且切削深度相对较小的铣削。
根据本发明的刀具的径向和轴向镶装角度应可调节成使得倾斜角度λ处于15°≤λ≤50°的范围内，优选地处于20°≤λ≤50°的范围内。
本发明不限于所公开的实施例，而是可在以下权利要求书的范围内变化和修改。例如，除了上述的以外，所用的切削刀片可以是诸如正方形、菱形或圆形或多边形的不同形状的切削刀片，具有不同数量的主切削刀刃部分。特别地，切削刀片不必构造成可用于多于一个的进入角的组合切削刀片。除了以上例示的那些之外，还可构造其它用于进入角的刀具。此外，所用的切削刀片是产生沿着主切削刀刃部分变化的间隙的切削刀片。除了螺钉，切削刀片还可通过例如夹具固定来安装。刀具当然可设计成左向旋转或者右向旋转。
附图标记列表
1 切削刀片
2 上侧
3 下侧
4 侧表面
5 上主余隙表面
6a,6b 上辅助余隙表面
7 上切削刀刃
8 上主切削刀刃部分
9 上辅助切削刀刃部分
10 上辅助切削刀刃部分
11 基部表面
12 切屑表面
14 支承表面
15 下主余隙表面
16a,16b 下辅助余隙表面
17 下切削刀刃
101 铣削刀具
102 刀体
104 前端
105 后端
106 包络表面
107 刀片座
108 底部支承表面
109 侧支承部
110 容屑槽
111 螺钉
PU 上延伸平面
PL 下延伸平面
Pref 参照平面
Pref2 第二参照平面
Ptan 切向平面
Pf 平面
Pm 平面
pk 点
pa 点
C1 刀具的中心旋转轴线
C2 切削刀片的中心轴线
r 径向矢量
t 切线
κ 进入角
λ 倾斜角度
γf 径向镶装角度
γm 轴向镶装角度

Claims (16)

1.一种构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，包括：
刀体(102)，所述刀体(102)包括前端(104)和后端(105)，中心旋转轴线(C1)在所述前端和所述后端之间延伸，所述刀具(101)能够绕所述中心旋转轴线(C1)沿旋转方向(R)旋转，并且所述刀体包括至少一个刀片座(107)，其形成在所述前端(104)和在所述刀体(102)的所述前端(104)和所述后端(105)之间延伸的包络表面(106)之间的过渡部，所述至少一个刀片座(107)包括底部支承表面(108)，其中，容屑槽(110)在所述刀具的所述旋转方向(R)上设置在所述至少一个刀片座(107)前面；以及
至少一个切削刀片(1)，所述至少一个切削刀片(1)牢固地安装在所述至少一个刀片座(107)中，所述至少一个切削刀片(1)包括限定上延伸平面(PU)的上侧(2)、绕所述上侧(2)的周围延伸的切削刀刃(7)、限定平行于所述上延伸平面(PU)的下延伸平面(PL)的下侧(3)，所述下侧(3)包括指向所述刀片座(107)的所述底部支承表面(108)的支承面，其中，中心轴线(C2)垂直地延伸穿过所述上延伸平面(PU)和所述下延伸平面(PL)；
其中，所述刀具(101)被构造成使得：
主切削刀刃部分(8)处于小于80°的进入角κ，
所述上延伸平面(PU)处于径向镶装角度γf并且处于轴向镶装角度γm，
所述主切削刀刃部分(8)处于倾斜角度λ，所述倾斜角度λ是在与所述主切削刀 刃部分(8)相切的平面中测量的相对于所述刀具(101)的中心旋转轴线(C1)的倾斜角度，
其特征在于，所述轴向镶装角度γm处于-20°≤γm≤0°的范围内，所述径向镶装角度γf处于-60°≤γf≤-25°的范围内，并且所述倾斜角度λ处于15°≤λ≤50°的范围内。
2.根据权利要求1所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)在所述上延伸平面(PU)中和所述下延伸平面(PL)中具有相同的周围。
3.根据权利要求2所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)是双面的，且具有同样绕所述下侧(3)的所述周围延伸的切削刀刃(7)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)的所述上侧(2)和所述下侧(3)通过包括余隙表面(5)的至少一个侧表面(4)连接，所述主切削刀刃部分(8)形成在所述余隙表面(5)和所述上侧(2)之间的过渡部中，其中，在侧立面视图中看，所述余隙表面(5)相对于所述上延伸平面(PU)形成钝内角。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)是可转位的，且具有多个转位位置，每个转位位置均包括主切削刀刃部分(8)。
6.根据权利要求5所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)在所述切削刀片(1)的上侧(2)上包括至少五个主切削刀刃部分(8)。
7.根据权利要求6所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)在所述切削刀片(1)的上侧(2)上包括至少七个主切削刀刃部分(8)。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述倾斜角度λ处于20°≤λ≤50°的范围内。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述轴向镶装角度γm处于-20°≤γm≤-2°的范围内。
10.根据权利要求9所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述轴向镶装角度γm处于处于-18°≤γm≤-4°的范围内。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述径向镶装角度γf处于-50°≤γf≤-30°的范围内。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述径向镶装角度γf处于-50°≤γf≤-35°的范围内。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述进入角κ处于10°≤κ≤65°的范围内。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述进入角κ处于20°≤κ≤50°的范围内。
15.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述刀片座(107)的所述底部支承表面(108)在平行于所述切削刀片(1)的所述上延伸平面(Pu)的平面中延伸。
16.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造用于去屑加工的面铣刀具(101)，其中，所述切削刀片(1)的所述上侧(2)包括平行于所述上延伸平面(Pu)延伸的上基部表面(11)，所述上基部表面(11)相对于所述主切削刀刃部分(8)凹陷。
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