CN105290484B - 具有可再磨削的切削刀片的旋转切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转切削工具，所述旋转切削工具包括具有多个刀片接纳凹座的刀体。每个凹座包括底部支撑表面、轴向支撑表面、径向支撑表面、顶部间隙表面以及在所述轴向支撑表面与所述顶部间隙表面之间延伸的中间间隙表面。切削刀片包括螺旋顶部表面、螺旋侧表面、与所述螺旋侧表面相对的侧表面、一对相对的侧壁、底部表面以及在所述螺旋顶部表面与所述螺旋侧表面之间的相交处形成的切削刃。所述切削刀片还包括底切，以便在所述切削刀片安装于所述凹座中时容纳所述凹座的所述轴向支撑表面、所述顶部间隙表面和所述中间间隙表面。

Description

具有可再磨削的切削刀片的旋转切削工具
技术领域
本发明涉及其上安装有切削刀片的旋转切削工具，并且具体地讲，涉及具有在安装在刀体上的同时可再磨削以提供对工件的平滑切削的螺旋切削刀片的铣刀。
背景技术
可转位精整式铣削中当前关注点之一是当前技术所产生的铣削表面上的阶梯状或波纹状表面，特别是在面铣和端铣的领域中。这种阶梯状、不平坦或换句话讲不规则的精整通常是切削刀片的类型、方位和位置的结果。这种阶梯状与一体铣刀的尝试特别相关，所述一体铣刀也就是能够三维铣削(包括用相同铣刀进行插铣、斜坡铣、圆弧插补、面铣和端铣)的铣刀。
未沿着铣刀的排屑槽正确对准的切削刀片将提供这种阶梯状。例如，在螺旋铣刀上，刀片必须对准以遵循螺旋的曲线轮廓，并且任何不对准会导致阶梯状或其他不规则的精整诸如凹槽或唇缘，其中一个刀片比相邻刀片更远地径向朝外。另外，具有基本上矩形构型(也就是说，具有长而平坦的切削刃)的切削刀片将提供这种阶梯状。该阶梯状由刀片的矩形构型引起，所述刀片在刀片的转角处或接近刀片的转角从工件移除过量材料，从而引起阶梯状。相比之下，具有沿着其整个切削表面的弧状周边(穿过整个切削刃延伸的圆角转角)的切削刀片沿着切削刀片的中间部分从工件移除过量材料，从而引起凹谷。
根据铣削使用者，该阶梯状表面通常不可接受，特别是当需要精整(而非粗糙)、平坦表面时。该阶梯状不可接受，原因是由于阶梯的内缘和外缘通常界限分明，这些边缘中的每一者或一些处会形成应力点。这迫使铣削使用者随后精整铣削所述表面，该步骤会消耗额外时间且增加开销。
多个行业的铣削使用者一直在探寻这种改进，因为所有阶梯状和波纹状的这种减少或完全消除通过减少和/或消除应力、疲劳和其他不利于金属终端产品的非期望力，而将延长金属终端产品的总体寿命。与此相结合，如果这种铣刀可执行所有或基本上所有典型的铣削步骤(包括斜坡铣、插铣、圆弧插补、面铣和端铣)，则还将实现成本和时间的显著减少。最后，如果所有此类铣削步骤可通过一个铣刀实现，所述铣刀必须具有合理的寿命，因为这些不同步骤涉及不同关注点和因素，包括铣刀经受大的轴向、径向和切向力(可能同时经受这些力)。
发明内容
减少或消除工件上的所有阶梯状和波纹状的问题通过如下解决：提供旋转切削工具，诸如具有在安装在铣刀上的同时可再磨削的螺旋切削刀片的铣刀。
在本发明的一个方面，旋转切削工具包括具有多个刀片接纳凹座的刀体。每个凹座包括底部支撑表面、轴向支撑表面和径向支撑表面。每个凹座还包括顶部间隙表面以及在轴向支撑表面与顶部间隙表面之间延伸的中间间隙表面。将多个切削刀片安装于刀体的刀片接纳凹座中。每个切削刀片包括螺旋顶部表面、螺旋侧表面、与螺旋侧表面相对的侧表面、一对相对的侧壁、底部表面以及在螺旋顶部表面与螺旋侧表面之间的相交处形成的切削刃。切削刀片还包括底切，以便在切削刀片安装于凹座中时容纳凹座的轴向支撑表面、顶部间隙表面和中间间隙表面。
在本发明的另一个方面，切削刀片包括螺旋顶部表面、螺旋侧表面、与螺旋侧表面相对的侧表面、一对相对的侧壁、底部表面以及在螺旋顶部表面与螺旋侧表面之间的相交处形成的切削刃。切削刀片还包括底切，以便在切削刀片安装于其中时容纳旋转切削工具的凹座的轴向支撑表面、顶部间隙表面和中间间隙表面。
在本发明的又一个方面，一种制造旋转切削工具的方法，包括：
将多个切削刀片安装于刀体的各自凹座内；
确定与刀体中形成的对应排屑槽相连的切削刀片的螺旋分组内每个切削刀片的位置；
磨削螺旋侧表面以在切削刀片的螺旋分组内每个切削刀片上产生径向前角；
磨削螺旋顶部表面上的主离隙表面以在切削刀片的螺旋分组内每个切削刀片上产生精整切削直径D和切削刃；以及
磨削切削刀片的螺旋分组内切削刀片的螺旋顶部表面上的副离隙表面。
附图说明
虽然示出了本发明的多个实施例，但是示出的具体实施例不应被解释为限制权利要求。可以预想到，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变和修改。
图1为根据本发明实施例的其上安装有多个可再磨削的切削刀片的旋转切削工具的等轴视图；
图2为图1的旋转切削工具的侧视图；
图3为图1的旋转切削工具的端视图；
图4为与相对于相邻排屑槽的可再磨削的切削刀片发生偏移的一个排屑槽相连的可再磨削的切削刀片的示意图；
图5为根据本发明实施例的旋转切削工具的刀片接纳凹座的放大等轴视图；
图6为根据本发明实施例的旋转切削工具的刀片接纳凹座的另一个放大等轴视图；
图7为根据本发明实施例的可再磨削的切削刀片的等轴视图；
图8为图7的可再磨削的切削刀片的另一个等轴视图；
图9为图7的可再磨削的切削刀片的侧视图；
图10为图7的可再磨削的切削刀片的另一个侧视图；
图11为图7的可再磨削的切削刀片的端视图；
图12为图7的可再磨削的切削刀片的俯视图；
图13为图7的可再磨削的切削刀片的部分侧视图，其示出了切削刀片的轴向安置部分；
图14为沿图12的线14-14截取的可再磨削的切削刀片的剖视图；
图15为根据本发明实施例的安装于旋转切削工具的刀片接纳凹座中的可再磨削的切削刀片(通过虚线示出)的放大等轴视图；以及
图16为根据本发明实施例的安装于旋转切削工具的刀片接纳凹座中的可再磨削的切削刀片(通过虚线示出)的另一个放大等轴视图。
具体实施方式
现在参见图1-4，大致示出了根据本发明实施例的旋转切削工具10。在图示实施例中，旋转切削工具10包括铣刀，所述铣刀包括具有被设计成产生连续切削螺旋的螺旋切削刀片14的刀体12。刀体12具体体现为螺旋端铣刀，其包括用于斜坡铣、圆弧插补、面铣和端铣的多个普通铣刀片14。虽然螺旋切削刀片14以螺旋端铣刀实施例示出，但改进的切削刀片14被设计用于任何类型的铣削，诸如套式铣削。另外，有关螺旋铣刀的下述若干概念(包括通过偏移、错开或其他方法重叠刀片)也被设计用于其他类型的铣刀。
刀体12具有细长且大体圆柱形的形状。铣刀体12包括柄16和头部18。柄16被构造成使得能够插入并固定在如本领域熟知的铣床(未示出)的主轴内。柄16可具有任何形状或设计以便能够进行该插入和固定。此类设计包括但不限于V形凸缘、锥形、套式铣刀安装座和韦尔登柄。
头部18为大体圆柱形或基本上圆柱形的主体或轴，所述主体或轴从柄16轴向地延伸到端面20，从而在其间限定外表面22。头部18的外表面22优选地包括多个螺旋容屑凹槽或排屑槽24。应当理解，本发明不受排屑槽24的数量的限制。例如，在图示实施例中，刀具10包括总共八(8)个排屑槽24，但本发明设想了任何数量的排屑槽。每个排屑槽24优选地以从端面20延伸到基本上柄16的螺旋或盘旋方式切入外表面22中。在一个实施例中，每个排屑槽24以大致在相对于铣刀体12的中心纵向轴线28成约十(10)度与约四十(40)度之间的螺旋角26切入外表面22中。
每个排屑槽24设置在螺旋切削刀片14的螺旋分组30之间并与之相连。换句话讲，切削刀片14的螺旋分组30与对应排屑槽24相连。例如，六(6)个切削刀片14的一个螺旋分组30与排屑槽#1相连，而六(6)个切削刀片14的另一个螺旋分组30与排屑槽#2相连，以此类推。螺旋分组30的数量与排屑槽24的数量之间具有一一对应关系。如上所述，图示实施例中的旋转切削工具10包括总共八(8)个排屑槽24。因此，旋转切削工具10包括切削刀片14的总共八(8)个螺旋分组30，如图3所示。每个螺旋分组30中的每个刀片14以相对于x轴成约五(5)度与约三十(30)度之间的前角32安装在刀体12上，所述x轴垂直于刀体12的中心纵向轴线28(z轴)。如图3所示，刀体12在箭头方向上围绕中心纵向轴线28旋转。
根据本发明的多个方面之一，相邻分组30中的刀片14在穿过柄16的任何给定横截面34中偏移或错开一个偏移距离36，如图4所示。偏移距离36的目的是防止一个螺旋分组30中的切削刀片14之间的空隙在任何给定横截面34中不与相邻螺旋分组30中的切削刀片14之间的空隙对准，从而为工件提供精细修整。具体地讲，一个螺旋分组30中的每个切削刀片14相对于之前呈递给工件的相邻螺旋分组30中的对应切削刀片14偏移所述偏移距离36。换句话讲，与排屑槽#1、#3、#5和#7相连的切削刀片14相对于与排屑槽#2、#4、#6和#8相连的切削刀片14偏移。例如，与排屑槽#1相连的切削刀片14相对于与排屑槽#2相连的对应切削刀片14偏移所述偏移距离36，但与排屑槽#3相连的对应切削刀片14相对于与排屑槽#1相连的对应切削刀片14不偏移。相似地，与排屑槽#2相连的切削刀片14相对于与排屑槽#3相连的对应切削刀片14偏移，但与排屑槽#2相连的对应切削刀片14相对于与排屑槽#4相连的对应切削刀片14不偏移，以此类推。偏移距离36的大小取决于刀体12和切削刀片14的尺寸以及其他因素。在一个具体实施例中，偏移距离36大于零(0.0)英寸，但小于0.1英寸(2.5mm)。另外，优选的是当安装在刀体12上时，与相同螺旋分组30相连的切削刀片14被空隙38隔开，如图4所示。空隙38提供相同螺旋分组30的相邻切削刀片14之间的间隙。
如前所述，螺旋分组30的数量与排屑槽24的数量之间具有一一对应关系。按照需要多少排屑槽24通过才能在工件(未示出)上切出完整轮廓来确定有效排屑槽面积或排屑槽的测量值。因为分组30以上述方式重叠，所以仅需要两个排屑槽24(或刀片14的两个螺旋分组30)就能切出一个轮廓。因此，在图示实施例中，切削刀片14的八个螺旋分组30限定四(4)个有效排屑槽刀具系统，从而提供高产率的切削构型。
现在参见图5和6，刀体12包括用于在其中安装各自螺旋切削刀片14的多个刀片接纳凹座40。每个凹座40包括底部支撑表面42、轴向支撑表面44和径向支撑表面46。转角离隙48提供于底部支撑表面42与轴向支撑表面44之间，并且转角离隙49提供于底部支撑表面42与径向支撑表面46之间。一对螺纹孔50从底部支撑表面42径向向内延伸并且基本上垂直于底部支撑表面42。在旋转切削工具10的装配位置中，每个切削刀片14通过刀片螺钉52(图1和2)保持在凹座40中，所述刀片螺钉52穿过切削刀片14的通孔并被拧入凹座40的螺纹孔50中。
刀片凹座40还包括基本上平行于底部支撑表面42(并且基本上垂直于轴向支撑表面44)的顶部间隙表面54。中间间隙表面56在轴向支撑表面44与顶部间隙表面54之间延伸。中间间隙表面56相对于基本上平行于底部支撑表面42(和顶部间隙表面54)的平面60以角度58形成，以便在安装于凹座40中时为切削刀片14提供间隙。角度58在约二十五(25)度与约七十五(75)度之间的范围内。在一个实施例中，例如，角度58为约四十五(45)度。从底部支撑表面42延伸到顶部间隙表面54的转角离隙61提供于径向支撑表面46与轴向支撑表面44之间。一个或多个冷却剂孔62可提供于与每个凹座40相邻的位置，以便将冷却剂提供于切削刀片14与工件(未示出)之间的界面。在图示实施例中，冷却剂孔62形成于排屑槽24中。
现在参见图7-14，根据本发明实施例示出了切削刀片14。一般来讲，切削刀片14包括螺旋顶部表面64、螺旋侧表面66、与螺旋侧表面66相对的侧表面68、一对相对的侧壁70、72以及底部表面74。刀片14的螺旋顶部表面64以半径R形成，如图10所示。优选地，半径R大约与切削直径相同，如图3所示。另外，螺旋顶部表面64优选地具有曲率半径，所述曲率半径遵循头部18的外表面的曲率。这样，刀片14的螺旋顶部表面64提供遵循头部18的外表面的曲率的螺旋切口，这与具有基本上平坦的正面或前表面的常规刀片不同。另外，螺旋顶部表面64分成两个表面：1)主离隙表面64a，和2)副离隙表面64b。
切削刃76形成于螺旋顶部表面64与螺旋侧表面66之间的相交处。具体地讲，切削刃76形成于主离隙表面64a与螺旋侧表面66之间的相交处。如下文进一步所述，本发明的一个方面是可在切削刀片14安装于凹座40中的同时磨削螺旋顶部表面64和/或螺旋侧表面66。本发明的该方面允许在不从凹座40移除切削刀片14的情况下制备锋利切削刃76。切削刀片14还包括从螺旋顶部表面64延伸到底部表面74的一对埋头孔78以便接纳各自刀片螺钉52以将切削刀片14安装于凹座40中。应当注意，埋头孔78从切削刀片14的中心轴线80偏移，使得切削刀片14仅可单向安装于刀体12上，如图9和12所示。切削刀片14还包括螺旋顶部表面64与侧壁70之间的倒角82以及螺旋顶部表面64与侧壁72之间的倒角84。当安装于刀体12上时，倒角82、84提供相同螺旋分组30的相邻切削刀片14之间的间隙。如图9、11和14所示，螺旋顶部表面64导致螺旋侧表面66具有比相对的侧表面68更大的厚度。
根据本发明的多个方面之一，切削刀片14包括底切86，以便在切削刀片14安装于凹座40中时容纳凹座40的轴向支撑表面44、顶部间隙表面54和中间间隙表面56。具体地讲，底切86包括第一表面88、第二表面90以及其间的半径92。底切86的第一表面88基本上垂直于与底部表面74平行的平面96，并且底切86的第二表面90基本上平行于平面96。因此，第一表面88基本上垂直于第二表面90，反之亦然。更具体地讲，第一表面88从底部表面74向内朝螺旋顶部表面64延伸，并且完全穿过切削刀片14，从螺旋侧表面66延伸到相对的侧表面68。第二表面90从侧壁72向内朝侧壁70延伸，并且完全穿过切削刀片14，从螺旋侧表面66延伸到相对的侧表面68。在一个实施例中，第二表面90从侧壁72延伸的深度或距离要大于第一表面88从底部表面74延伸的深度或距离，如图9和10所示。
另外，侧壁72相对于平行于底部表面74的平面96以小于九十(90)度的锐角94形成，如图13所示。在一个实施例中，角度94在约八十五(85)度与九十(90)度之间。例如，在一个具体实施例中，角度94为约八十七(87)度。角度94增强了切削刀片14与刀片接纳凹座12之间的联锁效果。
与侧壁72相似，侧壁70也相对于平行于底部表面74的平面96以小于九十(90)度的锐角98形成，如图9所示。在一个实施例中，角度98在约六十(60)度与约八十九(89)度之间。角度98增强了相同螺旋分组30中的相邻切削刀片14之间的联锁效果和正确对准。
根据本发明的另一个特征，刀片14的螺旋顶部表面52以半径R形成，如图10最佳示出。优选地，半径R大约与切削直径相同。如图3所示，顶部表面52具有曲率半径，所述曲率半径遵循头部18的外表面的曲率。这样，刀片14的径向螺旋顶部表面64提供遵循头部18的外表面的曲率的螺旋切口，这与具有基本上平坦的正面或前表面的常规刀片不同。
图15和16示出了安装于刀体12的凹座40中的切削刀片14。当正确安装于凹座40中时，切削刀片14的底部表面74接触凹座40的底部支撑表面42。另外，切削刀片14的第一表面88接触凹座40的轴向支撑表面44，但切削刀片14的第二表面90不接触凹座40的顶部间隙表面54。此外，切削刀片40的侧表面68接触凹座40的径向支撑表面46。作为切削刀片14在三个不同位置接触凹座40的结果，切削刀片14被牢牢固定在刀体12的凹座40内。
如前所述，埋头孔78相对于切削刀片14的中心轴线80偏移，使得切削刀片14仅可单向安装于刀体12上。具体地讲，埋头孔78位于更靠近切削刀片14的底切86的位置。因此，当拧入刀体12中时，刀片螺钉52在底切86的区域中对切削刀片14施加额外的向下力，以进一步将切削刀片14固定在刀体12的凹座40中。
本发明的另一个方面是可在切削刀片14安装于刀体12的凹座40中时通过磨具来磨削螺旋顶部表面(64)和/或螺旋侧表面(66)。本发明的该方面允许在不从凹座12移除切削刀片14的情况下制备锋利切削刃76。现在将描述在安装于刀体12的凹座40中的同时磨削切削刀片14的方法。
首先，将切削刀片14安装于刀体12的各自凹座40中。接下来，将切削工具10加载到计算机数控(CNC)刀具磨床(未示出)中。然后，将探针插入与螺旋分组30相连的排屑槽24中以确定螺旋分组30内的每个切削刀片14的位置(图1)。接下来，磨削螺旋侧表面66以产生所需的径向前角32(图3)。然后，磨削主离隙表面64a以产生所需的精整切削直径D(图3)和锋利切削刃76。接下来，在螺旋顶部表面64上磨削副离隙表面64b。然后，磨削末端主离隙角以产生圆角半径，但仅针对位置靠近切削工具10的端面20的每个螺旋分组30的切削刀片14(图1)。最后，磨削末端副离隙角，但仅针对位置靠近切削工具10的端面20的每个螺旋分组30的切削刀片14(图1)。
如上所述，切削刀片14可在安装于切削主体12的凹座40中的同时磨削和再磨削。因此，可在切削刃76变钝时制备锋利切削刃76，从而延长切削刀片14的寿命。另外，通过在安装于凹座40中的同时磨削切削刀片14，每个切削刀片14上的切削刃76与相同螺旋分组30内的另一个切削刀片14的切削刃76完全对准，从而消除了常规切削刀片所存在的任何制造公差。
本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。
当前已描述的本发明的优选实施例在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。

Claims (14)

1.一种旋转切削工具，包括：
刀体，所述刀体具有多个刀片接纳凹座，每个刀片接纳凹座包括底部支撑表面、轴向支撑表面和径向支撑表面，每个刀片接纳凹座还包括顶部间隙表面以及在所述轴向支撑表面(44)与所述顶部间隙表面之间延伸的中间间隙表面；以及
多个切削刀片，所述多个切削刀片安装于所述刀体的所述刀片接纳凹座中，每个切削刀片包括螺旋顶部表面、螺旋侧表面、与所述螺旋侧表面相对的侧表面、一对相对的侧壁、底部表面以及在所述螺旋顶部表面与所述螺旋侧表面之间的相交处形成的切削刃，所述切削刀片还包括底切，以便在所述切削刀片安装于所述刀片接纳凹座中时容纳所述刀片接纳凹座的所述轴向支撑表面、所述顶部间隙表面和所述中间间隙表面。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中所述底切包括第一表面、基本上垂直于所述第一表面的第二表面以及其间的半径。
3.根据权利要求2所述的切削工具，其中所述底切的所述第一表面基本上垂直于与所述底部表面平行的平面，并且所述底切的所述第二表面基本上平行于所述平面。
4.根据权利要求2所述的切削工具，其中所述第一表面从所述底部表面向内朝所述螺旋顶部表面延伸，并且从所述螺旋侧表面到所述相对的侧表面完全穿过所述切削刀片，并且其中所述第二表面从所述侧壁向内朝所述侧壁延伸，并且从所述螺旋侧表面到所述相对的侧表面完全穿过所述切削刀片。
5.根据权利要求4所述的切削工具，其中所述第二表面从所述侧壁延伸的深度或距离要大于所述第一表面从所述底部表面延伸的深度或距离。
6.根据权利要求1所述的切削工具，其中每个切削刀片的所述螺旋顶部表面以半径R形成。
7.根据权利要求1所述的切削工具，其中所述侧壁之一相对于平行于所述切削刀片的所述底部表面的平面以小于九十度的角度形成。
8.根据权利要求1所述的切削工具，其中所述切削刀片(14)还包括一对埋头孔(78)，所述埋头孔相对于所述切削刀片(14)的中心轴线(80)偏移，使得所述切削刀片(14)仅可单向安装于所述刀体(12)上。
9.一种用于旋转切削工具的切削刀片，包括：
螺旋顶部表面；
螺旋侧表面；
与所述螺旋侧表面相对的侧表面；
一对相对的侧壁；
底部表面；
切削刃，所述切削刃在所述螺旋顶部表面与所述螺旋侧表面之间的相交处形成；以及
底切，所述底切用于在所述切削刀片安装于旋转切削工具的凹座中时容纳所述凹座的轴向支撑表面、顶部间隙表面和中间间隙表面，并且
其中，所述底切包括第一表面、基本上垂直于所述第一表面的第二表面以及其间的半径；
其中，所述第一表面从所述底部表面向内朝所述螺旋顶部表面延伸，并且从所述螺旋侧表面到所述相对的侧表面完全穿过所述切削刀片，并且
其中，所述第二表面从所述侧壁向内朝所述侧壁延伸，并且从所述螺旋侧表面到所述相对的侧表面完全穿过所述切削刀片。
10.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述底切的所述第一表面基本上垂直于与所述底部表面平行的平面，并且所述底切的所述第二表面基本上平行于所述平面。
11.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述第二表面从所述侧壁延伸的深度或距离要大于所述第一表面从所述底部表面延伸的深度或距离。
12.根据权利要求9所述的切削刀片，其中每个切削刀片的所述螺旋顶部表面以半径R形成。
13.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述侧壁之一相对于平行于所述切削刀片的所述底部表面的平面(96)以小于九十度的角度形成。
14.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述切削刀片还包括一对埋头孔，所述埋头孔相对于所述切削刀片的中心轴线偏移，使得所述切削刀片仅可单向安装于刀体上。
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