CN105517744B - 使用棒形刀片的周缘切削刀具 - Google Patents

Abstract

一种具有棒形刀片(6)的低轮廓周缘刀具(18)。刀具包括刀具本体(30)和挠性夹紧盘(20)以夹紧所有刀片，其中，挠性夹紧盘包括在每个切削刀片(6)之间以提供多个刀片夹紧腹板翼(26)的槽(24)，每个腹板翼(26)像挠性梁一样用于将刀片保持在位。优选地，每个腹板翼(26)覆盖一个棒形刀片(6)并且每个腹板翼包括两个接触垫(36、38)以将每个刀片压入其安置面(44、46)，由此将刀片保持在位。

Description

使用棒形刀片的周缘切削刀具

本申请要求2013年9月13日提交的美国临时专利申请第 61/873,477号的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。

发明领域

本发明涉及齿轮的切削刀具，并且尤其是涉及具有棒型切削刀片的周缘铣削和刮削刀具。

发明背景

周缘刀头已知用于加工圆柱形齿轮和锥形齿轮以及用于在通用铣床或五轴机床上的一般铣削作业。大多数周缘铣削刀具是由一件组成且通常由高速钢制成的实心刀具。其它周缘刀具设计使用碳化物插入件，这些碳化物插入件沿盘形刀头的外径在一侧或者两侧上安装或铜焊到凹处内。在碳化物插入件的情况下，基底材料通常是硬化钢。安装或铜焊到盘形刀头的外周表面上的碳化物插入件也是常用设计。

在用具有在其圆周上的插入件的盘形切削刀具进行铣削中，切削深度可部分取决于切削刃的径向长度。由于标准碳化物插入件通常可用的切削刃长度小于大约20mm，因此在这种刀具中，常见的是，两个或多个插入件以一定交叠径向错开，以允许比单个插入件深的切削深度(例如，深于20mm)。如果需要大的切削深度而没有匹配切削深度的切屑宽度的需求，则能够当在切削刃后面的刀具轮廓具有足够低轮廓并避开已经加工过的表面时在几道操作中逐渐加工成凹口、槽口或齿槽。

为了用长切削刃提供深切口，也能够使用径向定向的棒形刀片。根据从刀片尖端伸出的量与刀具盘的外径以及切削刃的角度与旋转轴线，能够基于容易得到的碳化物棒的尺寸获得例如50mm和更长的切削刃。

棒形刀片可以根据其长度重新磨锋利30至150次之间。这个以及刀片轮廓的研磨可以实现单独定制的刀片角的事实使棒形刀片系统主要对在周缘刀具中的使用非常有吸引力。然而，棒形刀片的应用在此以前因棒形刀片必须牢牢地夹在其侧面中的至少两个之间而没有成功。棒形刀片夹紧通常要求包围棒形刀片的刚性刀片安装槽具有使用夹紧块和夹紧螺钉夹紧棒形刀片的装置。周缘刀具中的刚硬的环境、夹紧块和夹紧螺钉要求在刀具轴线的方向上有显著空间。

迄今，现有棒形刀片周缘刀具包括具有在切削刀片与刀具前端之间的轴向区域中的显著材料量的刀头(当面对位于机床上的刀具观察时)。这种材料增加了刀具的轴向尺寸(即，厚度)并限制切削刀片的轴向进给量，因为轴向行进量必须受到约束以避免刀具前部与机床部件之间的碰撞。此外，大于切削刃长度的切削深度(槽口、凹口或齿轮齿)因切削刀片前面的显著的轴向刀具尺寸而不能用现有周缘棒形刀片刀具来实现。

发明内容

本发明涉及具有棒形刀片的低轮廓周缘刀具。刀具包括刀具本体和挠性盘以夹紧所有刀片，其中，挠性盘包括在每个刀片座之间的多个槽，以提供多个刀片夹紧腹板翼，每个刀片夹紧腹板翼像挠性梁一样用于将刀片保持在位。优选地，每个腹板翼覆盖一个棒形刀片。优选地，每个挠性盘腹板翼有两个接触垫将每个刀片按压在其夹紧面上以将刀片保持在位。

附图说明

图1示出了具有棒形刀片的传统周缘刀头。

图2示出了本发明的纤细低轮廓周缘刀具的立体图。

图3示出了投射到低轮廓周缘刀具上的俯视图。

图4示出了低轮廓刀具的剖视图。

图5(a)示出了上夹紧垫刚好接触的两点夹紧原理。

图5(b)示出部分夹紧的两点夹紧原理。

图5(c)示出完全夹紧的两点夹紧原理。

图6示出了其安置面与挠性盘之间的五边形刀片横截面的剖视图。

图7示出了本发明的切削刀片松开特征的实施例。

图8示出了本发明的切削刀片松开特征的另一实施例。

图9示出了切削刀片的表面沿刀具的大体上向前方向定向的刀具的实例。

图10示出了切削刀片的表面沿大致切向于刀具本体的方向定向的刀具的实例。

具体实施方式

该说明书中使用的术语“发明”、“该发明”以及“本发明”用于泛指该说明书和以下任何本专利权利要求书中的所有主题。包含这些术语的陈述不应理解为限制文中所述的主题，或者限制下面任何专利权利要求的含义或范围。此外，此说明书并不试图在本申请的任何具体部分、段落、陈述或附图中描述或限制被任何权利要求覆盖的主题。应参照整个说明书、所有附图和下文的任何权利要求来理解主题。本发明可具有其它构造并可以其它方式实践或实施。而且，应理解本文所采用的措辞和术语是为说明的目的而不应认为是限制。

现将参照仅示例地示出表示本发明的附图对本发明的细节进行讨论。图中，类似的结构或部件用相同的附图标记来表示。

在此使用“包括”、“具有”和“包含”及其变型意味着包含了下文所列的物件及其等效物以及附加的物件。尽管下文在描述附图时可参照诸如上、下、向上、向下、向后、底部、顶部、前、后等的方向，但出于方便可相对于附图 (如通常所示)来进行参照。这些方向并不意在按文字上来取或以任何形式来限制本发明。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重要性或意义。

图1示出了可拆卸地固定到机床(未示出)的主轴的传统周缘切削刀具2，诸如例如US 6,712,566所公开的。切削刀具2包括具有多个棒形刀片6的刀头4。夹紧块8位于每个棒形刀片上方。图1中的刀具具有位于夹紧块8上方的顶环10，其具有一体式夹紧螺钉12。夹紧块8、顶环10和夹紧螺钉12的布置形成在切削刀片的向前轴向方向上的相当大的刀头积聚量B。切削刃向刀具中心的切向延伸部分发现干扰而不是与棒形刀片在刀具外径上离开槽所在的点的间隙。

本发明涉及具有棒形刀片6(也被称为“杆形刀片”)的低轮廓周缘刀具18，如图2所示。为了避免如在现有技术中的容纳针对每个棒形刀片的单独夹紧块和/或夹紧螺钉所需的大壁厚，使用本发明挠性夹紧盘20(下文中挠性盘)以借助在刀具挠性盘的中心处或围绕该中心的一个或多个夹紧螺钉22 来夹紧所有刀片6。图2示出了具有挠性盘20的本发明低轮廓周缘刀具的三维视图，挠性盘20与刀具本体30的顶面或内表面33相邻，并在刀具18的区域内覆盖刀片6的刀片柄。

为了适应在棒形刀片的公差以及刀具安置面中的公差内的各个尺寸变化，图3示出了刀具18的俯视图，其中，本发明挠性盘20包括多个槽24。挠性盘20定位成使得槽24位于刀具本体30的所有刀片座(图6中，48)之间，以提供多个刀片夹紧腹板翼26，每个刀片夹紧腹板翼26像挠性梁一样作用。换言之，槽24存在于一个安置面与相继的一个安置面之间。在组装好的刀具中，槽24将位于所有切削刀片6之间。槽24延伸穿过挠性盘20的厚度并绕挠性盘间隔开，优选地等距间隔开。槽24从挠性盘20的周缘向内延伸并具有一般大约50％的挠性盘半径的长度。槽24的方向取决于切削刀片6和刀具本体30的安置面48的定向。

切削刀片6之间的槽24提供单独的挠性腹板翼26，当毂螺钉22 (在该实施例中，第八)被施加转矩时，每个腹板翼26将对应的切削刀片固定在位。每个腹板翼26优选地在切削刀片的与刀片具有一个或多个安置面的侧面相反的那侧处优选内的覆盖一个特定的棒形刀片6。然而，腹板翼26可覆盖并夹紧两个或两个以上切削刀片，并且在这种情况下，槽24的数量和位置因此将调整。图4示出了低轮廓刀具18的剖视图。优选地，在每个盘翼26的内表面上的两个接触垫36、38(图5(a))将在其夹紧面上的每个刀片按压入位。替代地，一个接触垫或两个以上接触垫可以用于每个腹板翼26。从刀具本体30的外表面35延伸到内表面33的顶起螺钉(千斤顶螺钉)31在该视图中被退出。

如图4和5(a)所示，挠性盘20的中心毂28具有的长度使得当将盘放置到位以保持刀片6时该中心毂并不与位于刀头本体30上的定位面32 接触。位于毂壁内的螺钉22必须被施加转矩(即，拧紧)，使得毂28的表面 34与刀具本体30上的定位面32之间的初始间隙Δh减至零。Δh由两个分量Δh₁和Δh₂组成。每个腹板翼26的内侧优选地具有用于夹紧切削刀片6的两个夹紧和接触垫36、38(图5(a))。当挠性盘20在刀具本体上放置到位时，更靠近棒形刀片6的切削刃的接触垫36具有初始接触。在刀具组装的这个阶段，第二接触垫38(更靠近刀片的与切削刃相对的端部)具有与刀片夹紧面的间隙Δd，并且毂的下表面34与刀具本体30上的定位面32之间的间隙是Δh。夹紧螺钉22(图5(a)中未示出)未被施加转矩。当毂螺钉22被施加转矩时，间隙Δd将闭合并且与此同时，毂的下表面34与定位面32之间的间隙将从Δh 减至Δh-Δh₁＝Δh₂。优选地，挠性盘20由诸如通体硬化的弹簧钢之类的线性弹性材料制成。间隙Δd至零的减小确定成使得上垫36的接触力增大到预定量(例如，9000N)，如图5(b)所示。

图5b示出部分施加转矩的两点夹紧原理，使得下夹紧垫38刚好接触刀片6的夹紧面而没有力。因部分施加转矩引起的弹性挠曲(偏转)在上夹紧垫36处形成夹紧力F₁(在该实施例中，9000N)。毂的下表面34与在刀具本体30上的定位面32之间的间隙现在是Δh₂。

如图5(c)所示，对毂螺钉继续施加转矩将闭合毂的下表面34与在刀具本体30上的定位面32之间的间隙Δh₂。间隙Δh₂确定成使得挠性盘材料的线性弹性特性将增大在下接触垫38处的额外夹紧力(例如，4500N)。刀片夹紧作用的这个第二部分可以小程度上影响上垫36的夹紧力(例如，使其降低)，这可以在Δd的初始间隙确定中进行补偿。挠性盘20中的毂螺钉22 优选地按顺序一起被施加转矩，例如应用交叉模式。当应用该施加转矩的顺序时，间隙Δh在一个步骤中闭合，而不考虑在上垫36和下垫38上的第一和第二夹紧力。

图5(c)示出了在挠性盘20的毂28中的夹紧螺钉22被完全旋进并被施加转矩到一指定值以后的两点夹紧原理。毂的下表面34与在刀具本体 30上的定位面32之间的间隙现在是Δh＝0。额外的弹性挠曲(偏转)产生力 F₂(在该示例中，4500N)。夹紧垫36、38之间的挠曲(偏转)与下夹紧垫 38与毂的下表面34之间的挠曲(偏转)的交叉影响须被考虑。挠性盘22的设计可以优化以将在上夹紧垫36处的接触力保持在其初始值。也能够增加或减小间隙，使得在间隙Δh闭合时刻上夹紧垫36产生所需力。而且，间隙Δh可能必须优化以在对盘毂28中的夹紧螺钉22施加转矩以后、在间隙Δh闭合时确保下夹紧垫38处所需的夹紧力。

能够初始地将切削刀片6放置在刀具本体30中的其对应的槽(与安置面接触)中，用与刀具本体30中的对应攻过丝的孔对齐的夹紧螺钉22将挠性盘20定位在其位置，并仅将螺钉22旋转至手紧配合。在这种情况下，能够使切削刀片沿其纵向方向(即，切削刀片的轴向方向)滑动到预定位置并确保所有刀片的尖端具有至刀具中心的相同距离。在棒形刀片6的这个轴向定位以后，可对毂螺钉22施加转矩到一指定转矩。这将闭合间隙Δh和防止夹紧螺钉22在刀具18用于切削作业期间松开。作为实例，具有9英寸(228.6mm) 的直径的刀具可具有如下间隙尺寸和挠曲(偏转量)：Δd＝0.75mm、Δh₁＝0.80 mm、Δh₂＝0.12mm以及Δh＝0.92mm。

在刀具的组装(也被称为刀具“构建”)期间，棒形刀片6可具有沿其轴向方向小量移位的倾向。这种移位可导致被称为径向刀具径向跳动或刀片尖端径向跳动的状况。刀具构建中的最后步骤可能将包括刀具摆正。在测量到径向刀片尖端位置以后，切削刀片必须轴向小量移动至被称为摆正的校正位置。在传统的周缘棒形刀片刀具中，每个刀片用一个或两个夹紧螺钉固定。这允许一个(或可能两个)夹紧螺钉松开并使单独的刀片在其校正位置滑动而没有影响任何其它刀片。松开一个或多个挠性盘毂螺钉22的情况下是不可能使单个刀片径向重新定位而不影响由本发明挠性盘20夹紧的任何其它刀片的稳固夹紧的。当一个毂螺钉被松开时，没有刀片6会被释放以允许轴向运动。当几个相邻的毂螺钉22被松开时，几个刀片可仅通过松弛夹紧垫来释放乃至经受某些较小的运动。

本发明通过借助位于刀具本体30的后部中的顶起螺钉31(图4) 的使用来松开切削刀片来解决上述缺点。每个顶起螺钉31定向成与如下位置处与夹紧腹板26相对且在刀片旁边：在该位置处，夹紧腹板翼26比棒形刀片 6宽，并且为顶起螺钉31的末端与腹板翼26之间的牢固和限定的接触提供足够表面面积。为了使单独刀片6轴向小量或大量移动(甚至用不同刀片更换它)，从后面对顶起螺钉施加转矩刚好到足以松开该特定刀片。接着，刀片可自由移动到所需位置并且顶起螺钉被松开，顶起螺钉将再次将该特定刀片牢固地夹紧在所述位置。

与本发明挠性盘和松开原理结合的本发明刀具本体设计解决了形成低轮廓周缘刀头的问题，该刀头在切削刃朝向刀头中心的延伸部分后面具有间隙。本发明刀具18可装备有一种刀片(例如，仅在刀具顶侧7上、仅在刀具底侧9上或在刀具两侧7、9上的切削刃，如图5(b)所示)或装备有替代刀片布置(例如，具有在顶侧7上的切削刃的一个刀片以及具有在底侧9上的切削刃的下一个刀片等等)。借助上述切削刀片，末端刀刃11的全部或部分也可用于切削。在替代刀片的情况下，重要的是，切削刃切线40、42(例如，参见图5(b))大体上向刀具中心延伸并避开刀具本体30(在后面或底侧处)和挠性盘20(在顶部或前侧处)，以允许有比切削刃的长度深的铣削槽口或槽。

图6示出了来自图10的刀具的切削刀片6的剖视图，其中，切削刀片6具有非四边形的刀片横截面。切削刀片6定位成抵靠于刀具本体30中的刀片安装槽48的安置面44、46并抵靠于挠性盘腹板翼26的底面。虽然该布置由于形状配合的安置原理而提供了最佳刀片安置条件，但本发明还考虑了低轮廓刀具和夹紧原理，其具有棒形刀片以及因此刀具本体30中的互补形状的刀片安装槽，这些棒形刀片具有矩形或方形横截面。此外，每个腹板翼26 的底侧或内侧还可包括刀片安置面37。

刀具本体30和挠性盘20可以形成为使得位于其中的切削刀片的定向方向可与刀具18的轴线T相交或可以不与刀具18的轴线T相交。切削刀片可定向成不与刀具轴线相交以优化切削刃的排屑作用并/或允许在研磨刀片前刀面时有更多自由度。虽然本发明也设想刀片相对于刀具旋转轴线的垂直定向，但切削刀片优选地不与旋转轴线(例如，参见图4)垂直，这由此将刀片尖端定位在刀具前刀面的前面。非垂直定位允许某些切削作用并且消除在图1 的现有技术刀具的情况下可能发生的在刀具前面的干扰。如上所述的刀片槽倾斜可导致刀片夹紧面与锥形夹紧盘腹板翼26(图6)之间的未对准。如果刀片侧面与刀具轴线一致(对齐)，则这可能发生。刀片的安置面可以稍微倾斜，以找到刀具本体30的安置面44、46与锥形挠性盘腹板翼26之间的最佳配合。在图6所示的实例中，挠性盘腹板翼26的底面可包括在适当角度下的锯齿以提供与切削刀片6的最佳夹紧接触。

图7和8示出了包括用于松开挠性腹板翼26的可插入和可拆卸的松开装置50的本发明的额外特征。装置50包括本体52，该本体具有可插入盘的毂28的中心孔56内的中心台阶状圆柱形部分54。本体52还包括从圆柱形部分54径向向外延伸的凸缘部分58。凸缘部分58优选地包括适当地定向的一个或多个螺纹孔60，螺纹孔适当地定向以由此使诸如带螺纹螺钉62的工具可以穿过螺纹孔，以与挠性盘20的腹板翼26内的孔64匹配接合。一旦与腹板翼26接合，螺纹62或螺母66的转动将腹板翼26从切削刀片6提离，由此允许刀片进行轴向调整乃至去除刀片来更换。装置50可具有用于定位在期望的腹板翼26上方的一个开口或其可具有多个开口(例如，数量与在挠性盘20上的腹板翼26一样)。当未在用时，装置50从中心孔56移除。

刀片6的前刀面可沿不同方向定向，如图9和10所示。图9示出使其对应的前刀面72(以及相关联切削刃和/或间隙边缘)沿刀具18和挠性盘 20的大体上向前的方向(即，大致沿轴线T的方向)定向的切削刀片6。这种类型的刀具例如适于通过刮削制造齿轮的加工过程，包括粗磨和精修刮削加工过程。刮削的大致力方向在图6中示出为F_S。力F_S优选地将切削刀片6压入两个安置面44、46。根据力方向和刀具本体30中的刀片安装槽48的定向， F_S可关于安置面对称，这是优选的。

在图10中，切削刀片6的前刀面66(以及相关联切削刃和/或间隙边缘)沿相对于刀具本体30和挠性盘20大致相切的方向定向。这种类型的刀具例如适于通常铣削制造齿轮的加工过程。铣削的适当力方向在图6中示出为F_M。力F_M优选地将切削刀片6压靠于更陡的安置面46。

在图9和10的刀具中，可以使用四边形或非四边形切削刀片。对于非四边形切削刀片，不管切削刀片的前刀面的定向方向如何，优选提供刀具本体30中的成角度安置面44、46(即，相对于彼此不垂直)，如图6所示。这种安置面提高了在切削加工过程期间刀具的稳定性。

尽管参照较佳实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于其特定形式。本发明旨在包括对本发明所属领域的技术人员显而易见的、不偏离所附权利要求书的精神和范围的各种改型。

Claims (14)

1.一种用于切削刀具的挠性夹紧盘，一个或多个刀片能定位于所述切削刀具内，所述挠性夹紧盘能绕轴线旋转并包括：

外表面、内表面、周缘和中心，所述挠性夹紧盘能绕延伸穿过所述中心的旋转轴线旋转，

绕所述挠性夹紧盘间隔开并从所述周缘向内延伸的多个槽，所述多个槽限定多个夹紧腹板翼，其中，单个夹紧腹板翼限定在两个相继的槽之间，

所述挠性夹紧盘还包括用于在所述中心处或者绕所述中心间隔开的夹紧螺钉的一个或多个开口。

2.如权利要求1所述的夹紧盘，其特征在于，每个腹板翼的内表面包括一个或多个接触垫。

3.如权利要求1所述的夹紧盘，其特征在于，所述槽中的每个槽具有等于约50％的所述挠性夹紧盘的半径的长度。

4.如权利要求1所述的夹紧盘，其特征在于，每个腹板翼的内表面包括切削刀片安置面。

5.如权利要求1所述的夹紧盘，其特征在于，每个腹板翼具有夹紧单个切削刀片的大小和方向。

6.如权利要求1所述的夹紧盘，其特征在于，所述挠性夹紧盘与刀具本体结合，所述挠性夹紧盘的内表面面对所述刀具本体的内表面。

7.如权利要求6所述的夹紧盘，其特征在于，所述刀具本体包括以预定的定向布置在其内表面的至少一个切削刀片安装面，并且其中，所述挠性夹紧盘的所述槽以相同的定向来布置。

8.如权利要求7所述的夹紧盘，其特征在于，还包括位于所述至少一个安装面中并由所述挠性夹紧盘夹紧的至少一个切削刀片。

9.如权利要求8所述的夹紧盘，其特征在于，所述至少一个切削刀片包括前刀面，其中，所述前刀面沿面向从所述挠性夹紧盘的所述外表面向外的方向定向。

10.如权利要求8所述的夹紧盘，其特征在于，所述至少一个切削刀片包括前刀面，其中，所述前刀面沿相对于所述挠性夹紧盘的所述外表面大致相切的方向定向。

11.如权利要求7所述的夹紧盘，其特征在于，所述刀具本体的所述至少一个切削刀片安置面包括第一成角度的安置面部分以及第二成角度的安置面部分，所述第一成角度的安置面部分和所述第二成角度的安置面部分相对于彼此为非垂直定向。

12.如权利要求8所述的夹紧盘，其特征在于，每个腹板翼的内表面包括两个接触垫，以及其中，每个腹板翼能够在夹紧过程中挠曲，由此所述两个接触垫依次接触所述至少一个切削刀片。

13.如权利要求12所述的夹紧盘，其特征在于，所述切削刀片包括外在所述旋转轴线的方向上背对所述挠性夹紧盘的外表面，以及位于所述两个接触垫之间的所述腹板翼的外表面的一部分定位成使得所述切削刀片的外表面的切线不接触所述腹板翼的所述部分。

14.如权利要求6所述的夹紧盘，其特征在于，所述刀具本体包括顶起螺钉，所述顶起螺钉与每个腹板翼对准并能够接触和移动每个腹板翼，由此使切削刀片能够运动。