CN104822478B - 铣削切刀及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种构造成围绕轴线(12)旋转来从工件移除材料的用于铣刀的切削头(10)包括基面(16)、连接到基面(16)上的侧区(18)，以及连接到侧区(18)上的顶区(22)。顶区(22)限定中心区域(28)和外周(32)。多个顶齿(42)设置在顶区(22)上。顶齿(24)具有构造成接触工件来移除材料的切削刃(26)。各个切削刃(26)从中心区域(28)朝外周(32)延伸，且包括沿轴向延伸的峰值部分(34)。

Description

铣削切刀及使用方法
技术领域
本文公开的主题的实施例大体上涉及铣刀，并且更具体地涉及用于执行Z轴切入操作的铣刀的切削头，以及使用铣刀来执行切入铣削操作的方法。
背景技术
在油气行业中，压缩机通常用于加压流过管线的油或气体。一些压缩机结合了具有相对复杂的几何形状的叶轮叶片，其可向压缩机中的流体提供期望的流动特征。在此类叶片的制造中，铣削机器可用于通过使切削头沿X轴和Y轴平移来产生期望的几何形状，同时沿Z轴切入切削头。这称为Z轴切入操作或切入铣削。
图1A为已知的高速钢(HSS)铣刀100的侧视图，而图1B为已知的铣刀100的前视图。已知的铣刀100包括切削头150的顶面上的顶部切削齿151，其连接到沿Z轴延伸的电机驱动轴上。切削头150围绕Z轴的旋转导致通过顶部切削齿151从工件如叶轮叶片移除材料。图2示出了具有齿171的已知插入铣刀102，其利用螺钉附接到轴173上。
使用铣刀100和102制造叶轮叶片相比于由其它方法制造叶片可提供一些优点。例如，铣刀100和102可用于制造将难以或不可能由其它方法制造的几何形状。此外，已知的铣刀100和102可在相对较短的时间周期内移除相对较大的体积。
然而，已知的铣刀存在一些缺点。例如，常规叶轮叶片通常由铝制成，而现今的叶轮叶片设计者日益要求结合其它材料，如超级合金。这些材料的特征，如硬度、延性、可锻性等，可不同于铝的特征。此类差异可使已知的铣刀低效。此外，对叶轮叶片的增加的需要引起了甚至更高生产速度的对应需求。因此，所需的铣刀可提供可利用其铣削的材料范围中更大多样性，且可还可提供增大的耐磨性和运行时间。
发明内容
根据示例性实施例，一种构造成围绕轴线旋转来从工件移除材料的用于铣刀的切削头，包括基面、连接到基面上的侧区，以及连接到侧区上的顶区。顶区限定中心区域和外周。多个顶齿设置在顶区上。顶齿具有构造成接触工件来移除材料的切削刃。各个切削刃从中心区域朝外周延伸，且包括沿轴向延伸的峰值部分。
根据另一个示例性实施例，一种铣削工件的方法可包括以下步骤：使切削头围绕轴线旋转，以及利用切削头上的顶齿的切削刃从工件移除材料，各个切削刃从顶区的中心区域朝其外周延伸，且包括设置在中心区域与外周之间的沿轴向延伸的峰值部分。
根据另一个示例性实施例，一种铣削工件的方法可包括以下步骤：围绕轴线旋转切削头，以及利用切削头的顶齿的切削刃从工件移除材料。各个切削刃均从顶区的中心区域朝其外周延伸，且限定辐条轴线，其关于从顶区的中心延伸的基准径向轴线形成非零角。各个辐条轴线在切削头的外周处与各个相应基准径向轴线交叉。
附图说明
并入本说明书且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，且连同描述阐释了这些实施例。在附图中：
图1A和1B为高速钢铣刀的侧视图和前视图；
图2为插入铣刀的侧视图；
图3为根据示例性实施例的切削头的局部截面立面视图；
图4到6分别示出了根据备选实施例的切削刃的峰值部分；
图7为根据备选实施例的包括在离顶区的中心各种距离处的峰值部分和其基面的切削头的顶区的简图；
图8为图3中所示的切削头的顶视图的视图；
图9到11为沿图8的线A-A截取的图8中所示的切削头的详图；以及
图12示出了根据另一个示例性实施例的方法。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述指出了附图。不同附图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。另外，以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，以下实施例参照了Z切入铣刀的切削头的用语和结构论述。然而，接下来论述的实施例不限于该铣刀，而是可应用于其它铣刀。
图3中示出了根据本发明的用于铣刀的切削头的示例性实施例。其中，切削头10包括基面16、从基面16延伸的大致半球形侧区18，以及侧区18的顶部上的顶区22。
如图3和8中所示，顶区22包括大体上中心区域28和外周32。设置在顶区22上的多个顶齿24从中心区域28延伸至外周32。多个顶齿24中的各个均包括具有沿轴向延伸的峰值部分34的切削刃26。在图3和8中所示的示例性实施例中，各个峰值部分34均可为离基面16最远的切削刃26的延伸部分。
如图4的详图中所示，各个峰值部分34均可设有圆形轮廓。然而，峰值部分34可设有其它轮廓。例如，在图5中所示的备选实施例中，峰值部分34b设有点状轮廓。作为另一个实例，在图6中所示的备选实施例中，峰值部分34c设有平坦轮廓。
如可从图3到6中认识到的那样，由于切削头10的峰值部分34沿轴向远离顶区22延伸，故允许切削刃26在Z轴切入切削操作期间逐渐地接合工件(未示出)。具体而言，峰值部分34可在切削头10沿轴线12前移时提供与工件的最初接触，随后切削刃的部分朝中心区域28和外周32延伸。例如，在相比于提供在沿Z轴切入铣削期间位于公共平面中的切削表面的切削头时，如图1A和1B中所示的铣刀100，该特征可提供加强的材料移除过程。
在可从图3中进一步认识到的那样，各个峰值部分34位于外周32近侧。因此，峰值部分34处的各个顶齿24的速度大于邻近中心区域28的各个顶齿24的速度。峰值部分34的相对较高速度还可在切入铣削期间向切削头10提供加强的操作。
如图3中进一步所示，各个顶齿24的切削刃26包括第一部分36和第二部分38。第一部分36在中心区域28与峰值部分34之间延伸。第二部分38在峰值部分34与外周32之间延伸。在图3和8的实施例中，各个第一部分36设置成关于垂直于轴线12的基准平面44成第一角42，且各个第二部分38设置成关于基准平面44成第二角46。如图3中所示，第一角42大于第二角46。
如图3中进一步所示，各个切削刃26的第一部分36和第二部分38与相应的峰值部分34交叉，使得各个峰值部分34均设置成比第一部分36和第二部分38离基面16距离更大。另外，在一个示例性实施例中，切削头10的切削刃26设有第一角42和第二角46，其允许了峰值部分34限定圆。此外，在一个示例性实施例中，各个切削刃26与中心区域28的交点和各个切削刃26与外周32的交点位于公共平面中。切削头10的这些性质允许了切削头10的峰值部分34在Z轴切入铣削期间同时地且沿公共圆与工件进行接触。
在备选实施例中，第一角42或第二角46穿过顶齿24变化，以便提供离基面16距离变化的峰值部分34。例如，且如图7中示意性所示，一些峰值部分34′可构造成离基面16有第一距离17，且离中心56有第一距离19，且一些峰值部分34″可构造成离基面16有第二距离21，且离中心56有第二距离23。
转到图8，各个顶齿24可限定辐条轴线48，其设置成关于从顶区22的中心56延伸的基准径向线54成角52。如图8中进一步所示，各个辐条轴线48均可在外周32处横穿相应的基准径向线54。在图3和8的实施例中，角52构造成使得各个切削刃26的第二部分38在切削头10的旋转方向14上落后于各个切削刃26的第一部分36。
图9到11提供了沿图8的线A-A截取的切削头10的切削刃26的各种详图。如图9到11中可认识到那样，各个切削刃26均包括面对切削头10的旋转方向14的前面58，以及后面62。倒角面76设在前面58与后面62之间。倒角面76设置成关于平行于切削头10的轴线12的基准平面68成角78。
在图3和8到11的实施例中，前面58包括平行于切削刃辐条轴线48的平坦区64。如图10和11中所示，平坦区64可设置成关于基准平面68成角66。例如，且如图9到11中所示，角66构造成使得平坦区底部74在切削头10的旋转方向14上落后于平坦区顶部72。
如图9到11中进一步所示，前面58还包括平坦区64下方的底切面82。底切面82设置成关于基准平面68成角84，使得底切面82的底部86在切削头10的旋转方向14上落后于其顶部88。
在图3和图8到11的实施例中，后面62包括设置成关于垂直于切削头10的轴线12的基准平面98成角96的第一部分92，以及设置成关于基准平面98成角102的第二部分94。第一部分角96构造成使得第一部分92的前部104设置成比其后部106离基面16的距离更大。另外，第二部分角102构造成使得第二部分94的前部108与第一部分92的后部106交叉，且也设置成比其后部110离基面16距离更大。此外，在图3和8到11中所示的示例性实施例中，第一部分角96小于第二部分角102。
如前文所述，切削头10可用于在工件上执行材料移除或铣削操作。通过特定非限制性实例，切削头10可用于通过使用电机(未示出)来使切削头10围绕Z轴旋转且通过使切削头10沿Z轴平移来执行Z轴切入操作，如，可用于加压油或气管线中的油或气体的压缩机的叶轮叶片的制造期间。然而，将理解的是，切削头10可用于除压缩机叶轮叶片之外的其它材料移除、铣削或加工操作。将注意的是，在沿Z方向前移时，切削头10构造成不但在铣刀前部移除材料，而且在铣刀侧部移除材料。
因此，根据示例性实施例，铣削工件的方法1000可包括以下步骤：使切削头围绕轴线旋转1002，以及利用切削头的顶齿的切削刃从工件移除1004材料，切削刃从顶区的中心区域朝其外周延伸，各个切削刃均包括设置在中心区域与外周之间的沿轴向延伸的峰值部分。
整个说明书中提到的″一个实施例″或″实施例″是指连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开主体的至少一个实施例中。因此，整个说明书不同位置中出现的短语″在一个实施例中″或″在实施例中″不一定是指相同的实施例。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐明了许多细节，以便提供提出权利要求的本发明的彻底理解。然而人，本领域的技术人员将理解各种实施例可在没有此类具体细节的情况下实施。
尽管本示例性实施例的特征和元件在实施例中具体是组合地描述，但特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或以具有或没有本文公开的其它特征和元件的各种组合使用。
本书面描述使用了公开的本主题的实例来允许本领域的普通技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，和执行任何组合的方法。本主题的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。此类其它实例旨在在权利要求的范围内。
上文所述的实施例旨在在所有方面为示范性的，而不限制本发明。所有此类变型和改型认作是在如由以下权利要求限定的本发明的范围和精神内。本申请的描述中使用的元件、动作或指令都不应当看作是对于本发明关键或必要的，除非明确如此指出。另外，如本文使用的冠词″一个″旨在包括一个或多个对象。

Claims (9)

1.一种构造成围绕轴线(12)旋转来从工件移除材料的切削头(10)，所述切削头(10)包括：
基面(16)；
连接到所述基面(16)上的侧区(18)；
连接到所述侧区(18)上且限定中心区域(28)和外周(32)的顶区(22)；以及
设置在所述顶区(22)上的顶齿(24)，所述顶齿(24)具有构造成接触所述工件来移除所述材料的切削刃(26)，各个所述切削刃(26)从所述中心区域(28)朝所述外周(32)延伸，且包括沿轴向延伸的峰值部分(34)；
所述切削刃(26)包括面对所述切削头(10)的旋转方向(14)的前面(58)以及后面(62)，所述后面(62)包括设置成关于垂直于所述切削头(10)的所述轴线(12)的第一基准平面(98)成非零第一部分角(96)的第一后面部分(92)，以及设置成关于所述第一基准平面(98)成非零第二部分角(102)的第二后面部分(94)，其中所述第一部分角(96)构造成使得所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的前部(104)设置成比所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的后部(106)离所述基面(16)的距离更大，以及其中所述第二部分角(102)构造成使得所述第二后面部分(94)的前部(108)与所述第一后面部分的所述后部(106)交叉，且设置成比所述第二后面部分(94)的后部(110)离所述基面(16)距离更大。
2.根据权利要求1所述的切削头，其特征在于，各个切削刃(26)的第一部分(36)在所述中心区域(28)与所述峰值部分(34)之间延伸，且各个所述切削刃(26)的第二部分(38)在所述峰值部分(34)与所述外周(32)之间延伸，所述第一部分(36)设置成关于垂直于所述轴线(12)的第二基准平面(44)成第一角(42)，且所述第二部分(38)设置成关于所述第二基准平面(44)成第二角(46)。
3.根据权利要求2所述的切削头，其特征在于，各个所述切削刃的所述第一部分(36)和所述第二部分(38)在所述峰值部分(34)处交叉，且各个所述峰值部分(34)设置成比所述第一部分(36)和所述第二部分(38)离所述基面(16)距离更大。
4.根据权利要求1所述的切削头，其特征在于，所述切削刃(26)具有第一角(42)，所述切削刃(26)具有公共第二角(46)，所述峰值部分(34)限定圆，且各个所述切削刃(26)与所述中心区域(28)的交点和各个所述切削刃(26)与所述外周(32)的交点为共面的，其中所述第一角(42)大于所述第二角(46)，且其中各个所述顶齿(24)限定辐条轴线(48)，且所述辐条轴线(48)关于从所述顶区(22)的中心(56)延伸的基准径向线(54)成非零角(52)，所述辐条轴线(48)在所述外周(32)处与所述基准径向线(54)交叉。
5.根据权利要求4所述的切削头，其特征在于，各个所述切削刃(26)均包括面对所述切削头(10)的旋转方向(14)的前面(58)以及后面(62)，所述前面(58)包括平行于所述辐条轴线(48)的平坦区(64)，其中所述平坦区(64)设置成关于平行于所述切削头(10)的所述轴线(12)的基准平面(68)成非零角(66)，以及其中所述平坦区的非零角(66)构造成使得所述平坦区(64)的底部(74)在所述切削头(10)的所述旋转方向(14)上落后于所述平坦区的顶部(72)。
6.根据权利要求1所述的切削头，其特征在于，各个所述切削刃(26)包括所述前面(58)与所述后面(62)之前的倒角面(76)，所述倒角面(76)设置成关于平行于所述切削头(10)的所述轴线(12)的基准平面(68)成非零角(78)。
7.根据权利要求1所述的切削头，其特征在于，所述切削刃的前面包括平坦区(64)及所述平坦区下方的底切面(82)，所述底切面(82)设置成关于平行于所述切削头(10)的所述轴线(12)的基准平面(68)成非零角(84)。
8.一种铣削工件的方法，所述方法包括：
使铣刀围绕轴线旋转；以及
利用所述铣刀的顶齿(24)的切削刃(26)从所述工件移除材料，所述切削刃(26)从顶区(22)的中心区域(28)朝所述顶区(22)的外周(32)延伸，所述切削刃(26)包括设置在所述中心区域(28)与所述外周(32)之间的沿轴向延伸的峰值部分(34)；
其中，所述切削刃(26)包括面对切削头(10)的旋转方向(14)的前面(58)以及后面(62)，所述后面(62)包括设置成关于垂直于所述铣刀的所述轴线(12)的基准平面(98)成非零第一部分角(96)的第一后面部分(92)，以及设置成关于所述基准平面(98)成非零第二部分角(102)的第二后面部分(94)，其中所述第一部分角(96)构造成使得所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的前部(104)设置成比所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的后部(106)离基面(16)的距离更大，以及其中所述第二部分角(102)构造成使得所述第二后面部分(94)的前部(108)与所述第一后面部分的所述后部(106)交叉，且设置成比所述第二后面部分(94)的后部(110)离所述基面(16)距离更大。
9.一种铣削工件的方法，所述方法包括：
使铣刀围绕轴线旋转；以及
利用所述铣刀的顶齿的切削刃(26)从所述工件移除材料，所述切削刃(26)从顶区(22)的中心区域(28)朝所述顶区(22)的外周延伸，其中各个所述切削刃(26)均限定辐条轴线(48)，其关于从所述顶区(22)的中心(56)延伸的基准径向线(54)形成非零角(52)，所述辐条轴线(48)在所述外周(32)处与所述基准径向线(54)交叉；
其中，所述切削刃(26)包括面对切削头(10)的旋转方向(14)的前面(58)以及后面(62)，所述后面(62)包括设置成关于垂直于所述铣刀的所述轴线(12)的基准平面(98)成非零第一部分角(96)的第一后面部分(92)，以及设置成关于所述基准平面(98)成非零第二部分角(102)的第二后面部分(94)，其中所述第一部分角(96)构造成使得所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的前部(104)设置成比所述后面(62)的所述第一后面部分(92)的后部(106)离基面(16)的距离更大，以及其中所述第二部分角(102)构造成使得所述第二后面部分(94)的前部(108)与所述第一后面部分的所述后部(106)交叉，且设置成比所述第二后面部分(94)的后部(110)离所述基面(16)距离更大。
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