CN105382317A - 非对称端铣刀及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非对称端铣刀及其应用。在一个方面，本文描述了旋转平衡的非对称端铣刀。本文所述的端铣刀包括沿着端铣刀的纵向轴线延伸的柄部分以及从柄部分延伸的切削部分；切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，刀片延伸到端铣刀的切削端面上，其中，至少一个排屑槽具有不相等长度，并且非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。

Description

非对称端铣刀及其应用
技术领域
本发明涉及端铣刀，并且具体地讲，涉及采用非对称结构的端铣刀。
背景技术
各种设计和构造的端铣刀是熟知的，并且有利地用于多种切削应用。随时间推移，由端铣刀实现的切削速度已提高，以便在切削和加工操作中提供更大效率。为了适应提高的切削速度，已提出了新的几何形状和材料。
为了减少不规则性并保持高质量表面光洁度，常规使用对称设计及有限数量的排屑槽和/或切削刃来制造用于高速切削应用的端铣刀。限制对称端铣刀的切削刃数量可排除切削刃冲击率与切削系统(如主轴和端铣刀)内在希望振动的谐振频率的特征集之间的失配。然而，有限数量的切削刃和相连的排屑槽可降低最大切削速度并妨碍切削操作期间有效的材料排出。
响应于切削应用的变化要求，端铣刀设计不断演变，从而需要开发新的端铣刀结构和构形。
发明内容
在一个方面，本文描述了端铣刀，其采用非对称结构在高速切削和/或铣削应用中进行材料移除。例如，本文所述的非对称端铣刀包括沿着端铣刀的纵向轴线延伸的柄部分以及从柄部分延伸的切削部分。所述切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，所述刀片延伸到端铣刀的切削端面上，其中至少一个排屑槽具有不相等长度并且非对称端铣刀具有2.0克毫米(“gmm”)或更小的不平衡。所述刀片可沿着切削的轴向长度以与纵向轴线所成的一个或多个螺旋角设置。此外，本文所述的非对称端铣刀，在一些实施例中，具有至少三个排屑槽或至少四个排屑槽。
在另一个方面，本文描述了加工物件的方法。加工的方法包括使物件与以预定速率围绕纵向轴线旋转的非对称端铣刀接触，所述端铣刀包括柄部分以及从柄部分延伸的切削部分。端铣刀的切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，所述刀片延伸到端铣刀的切削端面上，其中至少一个排屑槽具有不相等长度并且非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。在一些情况下，预定速率为至少18,000转/分钟(RPM)或至少25,000RPM。
在再一个方面，本文描述了制备非对称端铣刀的方法。制备非对称端铣刀的方法包括通过如下方式形成端铣刀的切削部分：提供坯料并对坯料机械加工，从而得到沿着切削的轴向长度被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片。通过调节一个或多个排屑槽的长度来平衡所述切削部分，其中至少一个排屑槽具有不相等长度。对所述坯料进一步机械加工从而得到切削端面，所述不相等转位的刀片延伸到切削端面上。然后通过调节一个或多个齿隙角来重新平衡切削部分。在一些实施例中，在调节一个或多个排屑槽的长度后，所述切削部分具有小于约2.0gmm的不平衡。此外，在调节一个或多个齿隙角后，所述切削部分可具有小于约2.0gmm的不平衡。在一些实施例中，随后将重新平衡的切削部分联接到柄部分，以进一步完成非对称端铣刀的构造。在其他实施例中，坯料部分具有与切削部分连续的柄部分。
附图说明
图1A-图1C示出了根据本文所述的一个实施例的非对称整体式端铣刀的多个正视图。
图2示出了根据本文所述的一个实施例的非对称整体式端铣刀的透视图。
图3示出了根据本文所述的一个实施例的非对称整体式端铣刀的示意性端视图。
具体实施方式
通过参考以下具体实施方式和实例以及它们以前和下面的描述可以更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元件和设备并不限于具体实施方式中所述的具体实施例。应当认识到，这些实施例只是示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
I.非对称端铣刀
现在参见图1和图2，示出了根据本文所述的一个实施例的非对称端铣刀，一般指定为附图标记10。如图1和图2中所提供，端铣刀(10)包括沿着端铣刀(10)的纵向轴线(A-A)延伸的柄部分(20)以及从柄部分(20)延伸的切削部分(30)。切削部分(30)包括沿着切削的轴向长度(LC)的被排屑槽(34)隔开的多个不相等转位的刀片(32)，所述刀片(32)延伸到端铣刀(10)的切削端面(36)上。至少一个排屑槽(34)具有相对于其余排屑槽不相等的长度。端铣刀(10)具有2.0gmm或更小的不平衡。
切削部分(30)可以具有不违背本发明目的的任何形状或构形的任何数量的刀片(32)和排屑槽(34)。例如，切削部分(30)可具有如图1和图2所示的至少三个排屑槽(34)或者至少四个排屑槽(34)。刀片(32)沿着切削的轴向长度(LC)以与纵向轴线(A-A)所成的一个或多个螺旋角设置。在此类实施例中，一个或多个刀片(32)的螺旋角可沿着切削的轴向长度(LC)而变化。或者，一个或多个刀片(32)的螺旋角沿着切削的轴向长度(LC)保持恒定。
图3示出了由不均匀排屑槽间距形成的不相等刀片转位。如图3所示，在各刀片(32)之间建立不等值的转位角(θ1、θ2、θ3)。可单独地或共同地调节这些转位角以破坏在切削操作期间可引起颤动的谐振频率。在一些实施例中，两个或更多个转位角可具有相等值。例如，四排屑槽构形中的相对转位角可相等，而相邻转位角不相等。
如本文所述，至少一个排屑槽(34)具有不相等长度。可通过比较非对称端铣刀(10)的任何两个单独的排屑槽(34)，确定排屑槽(34)是否具有不相等长度。当进行这种比较时，相对于彼此具有不相等长度(LF)的任何两个排屑槽(34)的存在意味着至少一个排屑槽(34)具有不相等长度。在一些实施例中，除一个之外的所有排屑槽(34)具有相等长度，而一个单独的排屑槽(34)具有不同长度。在某些其他情况下，两个或更多个排屑槽(34)可具有不相等长度(LF)。在另外的实施例中，所有排屑槽(34)相对于彼此具有不相等长度。图1A-图1C示出了一个实施例，其中所有排屑槽长度(LF1、LF2和LF3)不相等。如本文进一步讨论，单独排屑槽(34)的长度可变化，以便降低由端铣刀(10)的非对称设计引起的不平衡。
非对称端铣刀(10)还可以包括不违背本发明目的的另外部件、元件、结构或构形。例如，如图2所示，由排屑槽(34)形成的刀片(32)的后缘可呈现齿隙(35)，所述齿隙与刀片(32)的相邻前缘形成齿隙角ΦG1。一个或多个齿隙角可以具有不违背本发明目的的任何值。如本文进一步讨论，一个或多个齿隙角可变化，以降低由端铣刀(10)的非对称设计引起的不平衡
本文所述的非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。出于本公开的目的，术语“不平衡”是指静态不平衡或失衡。“静态不平衡”表明端铣刀的质心不位于旋转轴线或纵向轴线(A-A)上并且以在径向远离纵向轴线(A-A)的特定长度处用于平衡端铣刀所需的质量或重量的量进行测量。一般可通过如下方式测定静态不平衡：将一定尺寸的校正质量块放在其抵消旋转铣刀或端铣刀中不平衡的位置，以及测量在端铣刀旋转期间的所得轴承振动的相位和幅度。在一些实施例中，本文所述的端铣刀具有1.0gmm或更小的不平衡。在一些实施例中，本文所述的端铣刀具有1.0至2.0gmm或者0.5至1.0gmm的不平衡。重要的是，可通过端铣刀的功能性切削几何形状来提供非对称端铣刀的平衡。例如，本文所述的不相等排屑槽长度可有助于降低由端铣刀的非对称几何形状引起的不平衡。另外，一个或多个齿隙角的变化可与不相等排屑槽长度结合使用，以在所需容差内平衡非对称端铣刀。因此，在一些实施例中，不需要非功能性缺口、砂轮或其他结构来使非对称端铣刀平衡。
本文所述的端铣刀可包含不违背本发明目的的任何材料或可由不违背本发明目的的任何材料形成。例如，端铣刀可由陶瓷、金属陶瓷、碳化物(诸如，烧结碳化物)、高速钢、立方氮化硼、多晶金刚石或它们的组合形成。此外，本文所述的端铣刀可由不违背本发明目的的任何数量的部件或子部件构造或形成。例如，图1的实施例中的端铣刀(10)的切削部分(30)可以是整体构形或结构。或者，切削部分(30)可包括多个区段或由多个区段形成，所述多个区段通过永久性或非永久性机械或化学连接中的一者或多者，诸如通过钎焊，而附连或联接到彼此。此外，切削部分(30)可与柄部分(20)整体地或一体地形成或构造。在其他情况下，通过永久性或非永久性机械或化学连接中的一者或多者，诸如通过将切削部分钎焊到柄部分(20)，而将切削部分(30)附连或联接到柄部分。在一些实施例中，柄部分(20)和切削部分(30)由基本上相同的材料形成。在某些其他实施例中，柄部分(20)和切削部分(30)由不同材料形成。
II.加工物件的方法
在另一个方面，本文描述了加工物件的方法。加工物件的方法包括使物件与以预定速率围绕纵向轴线旋转的非对称端铣刀接触，所述端铣刀包括柄部分以及从柄部分延伸的切削部分。所述切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，所述刀片延伸到端铣刀的切削表面上，其中至少一个排屑槽具有不相等长度并且非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。端铣刀可以不违背本发明目的的任何预定速率旋转。在一些情况下，预定速率被设计用于高速切削操作。在此类实施例中，预定速率可为至少18,000RPM、至少25,000RPM或至少30,000RPM。
另外，用于加工物件的方法的端铣刀可具有本文第I部分中列举的任何结构、设计和/或特性。
III.制备非对称端铣刀的方法
在再一个方面，本文描述了制备非对称端铣刀的方法。制备非对称端铣刀的方法包括通过如下方式形成端铣刀的切削部分：提供坯料并对坯料机械加工，从而得到沿着切削的轴向长度被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片。通过调节一个或多个排屑槽的长度来平衡所述切削部分，其中至少一个排屑槽具有不相等长度。对所述坯料进一步机械加工从而得到切削端面，所述不相等转位的刀片延伸到切削端面上。然后通过调节一个或多个齿隙角来重新平衡切削部分。在一些实施例中，在调节一个或多个排屑槽的长度后，所述切削部分具有小于约2.0gmm或小于约1.0gmm的不平衡。此外，在调节一个或多个齿隙角后，所述切削部分可具有小于约2.0gmm或小于约1.0gmm的不平衡。
使端铣刀的切削部分平衡和重新平衡，在一些实施例中，在不存在端铣刀的柄部分或不参照端铣刀的柄部分的情况下实施。在一些实施例中，例如，随后将重新平衡的切削部分联接到柄部分，以进一步完成非对称端铣刀的构造。在其他实施例中，坯料部分具有与切削部分连续的柄部分。
在一些实施例中，在本文所述的方法中采用计算机建模技术以帮助非对称端铣刀的切削几何形状设计，包括排屑槽长度和齿隙角参数，从而实现所需容差内的平衡。当采用计算机建模时，可模拟排屑槽长度和齿隙角调节以实现最终的切削几何形状，从而为非对称端铣刀提供所需的平衡。例如，可通过模拟对排屑槽长度的一次或多次调节，使切削部分平衡。然后通过模拟对一个或多个齿隙角的一次或多次改变，使切削部分重新平衡。此类模拟，在一些实施例中，不包括端铣刀的柄部分。在其他实施例中，模拟可包括柄部分。当通过模拟完成时，可通过机械加工将切削几何形状赋予坯料。
制备本文所述的非对称端铣刀的方法可用于形成与在本公开的第I部分中的以上描述相符的任何端铣刀。此外，可对本文所述的非对称端铣刀的单独部件、元件或部分进行调节，以实现与在本公开的第I部分中的以上描述相符的一个或多个所需结果、参数或构形。
在制备本文所述的非对称端铣刀的方法中使用的坯料可具有与在本公开的第I部分中的非对称端铣刀的以上描述相符的任何构形，或可由与在本公开的第I部分中的非对称端铣刀的以上描述相符的任何材料制成。例如，在一些情况下，坯料包括柄部分。在某些其他情况下，坯料不具有柄部分并且重新平衡的切削部分通过永久性或非永久性机械或化学连接中的一者或多者，诸如钎焊，而联接到柄部分。柄部分和切削部分可由基本上相同的材料形成。或者，柄部分和切削部分由不同材料形成。
已就本发明各个目的的实现描述了本发明的各个实施例。应当认识到，这些实施例只是示例性地说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的情况下，其多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (26)

1.一种非对称端铣刀，其包括：
柄部分，柄部分沿着端铣刀的纵向轴线延伸；以及
切削部分，切削部分从柄部分延伸，切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，刀片延伸到端铣刀的切削端面上，其中，至少一个排屑槽具有不相等长度并且非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。
2.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其中，刀片沿着所述切削的轴向长度以与所述纵向轴线成一个或多个螺旋角设置。
3.根据权利要求2所述的非对称端铣刀，其中，一个刀片的螺旋角沿着所述切削的轴向长度变化。
4.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其具有至少三个排屑槽。
5.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其具有至少四个排屑槽。
6.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其具有1.0gmm或更小的不平衡。
7.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其中，切削部分具有整体构造。
8.根据权利要求7所述的非对称端铣刀，其中，切削部分被钎焊到柄部分。
9.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其中，端铣刀为整体式端铣刀。
10.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其中，柄部分和切削部分由基本上相同的材料形成。
11.根据权利要求1所述的非对称端铣刀，其中，柄部分和切削部分由不同材料形成。
12.一种加工物件的方法，其包括：
使物件与以预定速率围绕纵向轴线旋转的非对称端铣刀接触，端铣刀包括柄部分以及从柄部分延伸的切削部分，切削部分包括沿着切削的轴向长度的被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片，刀片延伸到端铣刀的切削端面上，其中，至少一个排屑槽具有不相等长度，并且，非对称端铣刀具有2.0gmm或更小的不平衡。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预定速率为至少18,000RPM。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预定速率为至少25,000RPM。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，刀片沿着所述切削的轴向长度以与所述纵向轴线成一个或多个螺旋角设置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，一个刀片的螺旋角沿着所述切削的轴向长度变化。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，非对称端铣刀具有至少三个排屑槽。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，非对称端铣刀具有至少四个排屑槽。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，非对称端铣刀具有1.0gmm或更小的不平衡。
20.一种制备非对称端铣刀的方法，其包括：
通过如下方式形成端铣刀的切削部分：提供坯料并对坯料机械加工，从而得到沿着切削的轴向长度被排屑槽隔开的多个不相等转位的刀片；
通过调节一个或多个排屑槽的长度来平衡切削部分，其中，至少一个排屑槽具有不相等长度；
对坯料进一步机械加工从而得到切削端面，不相等转位的刀片延伸到切削端面上；以及
通过调节一个或多个齿隙角来重新平衡切削部分。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在调节一个或多个排屑槽的长度后，切削部分具有小于2.0gmm的不平衡。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，在调节一个或多个齿隙角后，切削部分具有小于2.0gmm的不平衡。
23.根据权利要求20所述的方法，其还包括将重新平衡的切削部分联接到非对称端铣刀的柄部分。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，坯料具有柄部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，柄部分和切削部分由基本上相同的材料形成。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，柄部分和切削部分由不同材料形成。
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