CN106064250B - 增强排屑能力的切屑工具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铣刀，包括一个刀柄和一个固定于所述刀柄的刀头。所述刀头具有多个螺旋齿，每个螺旋齿包括一个刀尖、一个前工作面和一个后工作面。一个布置在尾齿的所述前工作面与相邻前齿的后工作面之间的出屑槽。所述出屑槽的出屑沟有一个出屑槽基底，其有一部分呈基本平面或者凸面轮廓，为高效排屑提供额外的空间。一种制造所述铣刀的方法，包括绕其纵轴旋转圆筒形坯体，绕出屑槽轮的旋转轴旋转盘状出屑槽砂轮，并沿纵向移动所述砂轮，与所述出屑沟形成螺旋出屑槽，其中出屑沟具有一个出屑槽基底，其中有一部分呈平面或凸面轮廓。

Description

增强排屑能力的切屑工具及其制造方法

技术领域

本发明涉及切削工具的领域。尤其是，本发明涉及一种具有出屑槽的多出屑槽切削工具，所述出屑槽的横截面呈W型，排屑能力出色(即，去除切屑)。

背景技术

附图10-12示意了一种传统铣刀100。所述铣刀100有一个刀头102和一个同轴集成式刀柄103，用于固定在机床的夹头或者刀杆上，绕X轴旋转。

所述刀头102有多个螺旋出屑槽105，从所述刀头102的前端106伸入所述刀头102的尾端107。每个出屑槽105有一个带有前工作面109和后工作面110的螺旋齿108，如附图12所示。所述前工作面109在工作时面向所述铣刀100的旋转方向，且具有一个刀尖104。

如附图10所示，每个螺旋齿108也有一个主前后刀面112，在图示说明的示例中，该刀面呈平面。所述第一面112包括一个棱面，它从所述螺旋齿108的所述前缘109的所述刀尖104向后伸入跟面115。

尾齿108的所述前工作面109和相邻前齿108的后工作面110，与出屑槽基底113一起，分开并界定一个出屑沟114。所述出屑沟114用于去除削屑(即切屑)，其工作时可将切削过程中产生的切屑带走，不会造成铣刀堵塞。这通过控制齿间距、所述出屑沟114的深度和所述第一面112的棱面宽度来实现。

如上所述，旋转刀片的几何结构具有许多特征且涉及到诸多元素，每一个特征或者元素在实现所需性能目标中都起着重要的作用。最基本的几何结构元素就是出屑槽，也称为出屑沟，多个出屑槽组成前刀刃、前刀面、螺旋齿，最终用作切屑(即削屑)形成和排出通道。工件铣削应用的成败关键就在于出屑槽几何结构或出屑槽形状。按惯例，单一动作(即磨削轨迹)即可形成所述前刀面、出屑槽芯和出屑槽背面，其中基于出屑槽芯、前角、前角测量深度、齿宽(或攻角)、砂轮形状和沿旋转轴的出屑槽芯轮廓等输入进行数学计算，得出出屑槽的横截面形状。

前述输入严格界定了计算过程，造成某些出屑槽形状无法通过数学方法实现。为此，多数出屑槽横截面形状有很多共同之处，即它们依赖于拥有尽可能大的出屑槽深度，同时维持所需的齿宽，以实现预期的排屑量。

从所述出屑槽105的后刀面110的最终形状可以发现出屑槽形状相同时存在的不足，其中基材出现凸起现象，在不增加较大强度的情况下会造成出屑槽105的体积减小。对于带有六个(6)或六个以上出屑槽的多出屑槽铣刀，此不足变得更加明显。可用空间不足造成形状相同的出屑槽无法提供足够的排屑量，然而能够提供足够的齿宽。为此，许多传统多出屑槽刀具存在不能充分排屑的问题。

发明内容

通过为多出屑槽切削工具配设拥有出屑槽基底的出屑槽，其中所述出屑槽基底呈基本平面或者凸面轮廓，为高效排屑提供额外的空间，来解决多出屑槽切削工具的高效排屑问题。与传统铣刀的明显外观区别在于，它使用砂轮去除出屑槽背面凸起的现象，相对于垂直于所述铣刀纵轴的平面，让第一个磨削部分在第一角度上形成，让第二个磨削部分在第二个角度上形成。

在本发明的一个方面，一种整体式铣刀包括一个刀柄；一个固定于所述刀柄的刀头，所述刀头具有多个螺旋齿，每个螺旋齿包括一个刀尖、一个前工作面和一个后工作面；以及一个界定在尾齿的所述前工作面与相邻前齿的后工作面之间的出屑槽，其中出屑槽的出屑沟有一个出屑槽基底，其有一部分呈基本平面或者凸面轮廓，为高效排屑提供额外的空间。

在本发明的另一个方面，一种制造具有一个刀头、一个刀柄和一个出屑槽的铣刀的方法，所述方法包括：

(a)绕其自身的纵轴旋转圆筒形坯体；

(b)绕出屑槽轮的旋转轴旋转盘状出屑槽砂轮，所述砂轮具有第一磨削部分和第二磨削部分；

(c)以线性速度将所述砂轮纵向移到所述圆筒形坯体中，同时旋转所述圆筒形坯体，以在所述圆筒形坯体的壁面上形成一个螺旋出屑槽；和

(d)重复步骤(b)和(c)，重复次数等于所需额外出屑槽的数量，

通过上述操作，所述砂轮形成所述螺旋出屑槽，所述出屑槽带有一个具有出屑槽基底的出屑沟，屑槽基底有一部分呈平面或者凸面轮廓，为高效排屑提供额外的空间。

附图说明

尽管图解了本发明的许多实施案例，但是图示的特定实施案例不应被解释为对所附权利要求的限制。未来可能会在不脱离本发明的范围的情况下作出各种改动和修改。

附图1示意了一个带有出屑槽基底的铣刀的等距视图，根据本发明的实施案例，所述出屑槽基底有一部分呈基本平面或者凸面轮廓；

附图2示意了附图1所示铣刀的侧视图；

附图3示意了附图1所示铣刀的端视图；

附图4示意了沿附图2所示线4-4所拍摄的铣刀的横截面视图；

附图5示意了传统铣刀和沿附图2所示线4-4所拍摄的本发明的铣刀的另一个横截面视图；

附图6示意了附图1所示铣刀的另一个端视图；

附图7显示了单轨迹磨削工艺中形成出屑槽的磨削操作以及根据本发明的制造方法，有一部分呈基本平面或凸面轮廓的出屑槽；

附图8为放大透视图，示意了形成出屑沟的单轨迹磨削操作以及根据本发明的制造方法，有一部分呈基本平面或凸面轮廓的出屑槽；

附图9示意了所述砂轮的放大视图，根据本发明的实施案例，其中第一个磨削部分在第一角度上形成，第二个磨削部分在第二个角度上形成；附图10示意了传统铣刀的等距视图；

附图11示意了附图9所示传统铣刀的侧视图；和

附图12示意了沿附图10所示线11-11所拍摄的传统铣刀的横截面视图。

具体实施方式

附图1-6显示了根据本发明的实施案例的一种切削工具10，例如铣刀。虽然机关图示说明的实施案例显示了一种铣刀10，但是下述本发明的原理可以适用于其他回转切削工具，例如整体式钻头、抽头、铰刀等。所述铣刀10有一个刀头12和一个同轴集成式刀柄13，用于固定在机床的夹头或者刀杆上，绕X轴旋转。

所述刀头12有多个螺旋出屑槽15，从所述刀头12的前端16伸入所述刀头12的尾端17。在图示说明的实施案例中，所述刀头12总共具有六个(6)出屑槽15。但是，须认识到，本发明可以根据所述铣刀10的尺寸采用任何符合要求的出屑槽15数量。例如，切削直径D相对较大的铣刀10能够拥有的出屑槽数量要比切削直径相对较小的铣刀多，反之亦然。因此，所述铣刀10配设的出屑槽数量可少至六个(6)出屑槽15(和螺旋齿18)或者多至三十个(30)出屑槽15(和螺旋齿18)，切削直径D介于约6mm与约35mm之间。

如附图4所示，每个出屑槽15都有一个具有前工作面19和后工作面20的螺旋齿18。每个出屑槽15布置在尾齿18的所述前工作面19与相邻前齿18的所述后工作面20之间。所述前工作面19在工作时面向所述铣刀10的旋转方向R，且具有一个刀尖14。每个螺旋齿18的所述刀尖14位于直径为D(附图3)的齿节圆的周边上。所述前工作面19有一个正径向前角，RA。所述正径向前角RA指的是所述倾斜前工作面19与径向线Y所成的角，如附图6所示，它从所述刀具轴X伸入螺旋齿18的所述刀尖14。在一个实施案例中，根据待切削材料，所述径向前角RA介于约-15度与约+15度之间，一些材料可能要求径向前角RA为零。

如附图6所示，每个螺旋齿18也有一个主前后刀面21，在图示说明的示例中，该刀面呈平面。所述第一面21包括一个棱面，它从所述螺旋齿18的所述前缘19的所述刀尖14向后延伸。所述第一面21倾斜，与切线Z形成一定角度，从所述齿尖14上的齿节圆延伸。这个角度指的是第一后角，CA，介于约五(5)度与约十(10)度之间。然后，还有一种情况，即所述第一面21可能不是平面，而是偏心或者凸面，提供更多材料，从而增强每个螺旋齿18的强度。所述第一后角CA用于定义双棘轮齿型的几何特征。通过控制所述第一后角CA，能够在制造过程中确定所述螺旋齿18的几何形状。除此之外，每个螺旋齿18定义一个楔角，WA，该角度介于所述前工作面19与所述第一面21之间。在一个实施案例中，所述楔角(WA)介于约60与90度之间。

由尾齿18的所述前工作面19和所述相邻前齿18的后工作面20界定的出屑槽18定义一个带出屑槽基底23的出屑沟24。所述出屑沟24的深度D为从所述刀尖14到所示出屑槽基底23的距离。所述出屑沟24用于去除削屑(即切屑)，其工作时可将切削过程中产生的切屑带走，不会造成铣刀10堵塞。这通过控制齿间距、所述出屑沟24的深度和所述第一面21的棱面宽度来实现。

本发明的一个方面在于所述出屑沟24的所述出屑槽基底23的部分23a呈基本平面或者稍微凸面轮廓，如附图6所示。附图5显示了本发明(实线)的所述出屑槽15的所述出屑沟24的轮廓与传统铣刀(虚线)的所述出屑槽105的所述出屑沟114的轮廓的对比图。显而易见，在本发明的所述出屑沟24的轮廓中，所述出屑沟24的所述出屑槽基底23的部分23a呈基本平面或者稍微凸面轮廓，外观上不同于所述传统铣刀的所述出屑槽105的所述出屑沟114的连续圆形或径向轮廓。明显的外观区别在于附图12所示的传统出屑槽105的出屑沟114的后工作面110中无凸面125。在这情况下，本发明的所述铣刀10实质上移除了传统切削工具100中的第二净空面112，为此，相比传统出屑沟114，所述出屑沟24的容积较大。容积加大对于多出屑槽切削工具特别有用，尤其是分度不相等的多出屑槽切削工具(即，螺旋齿之间的间距不等)。这些发明家证明，与所述传统铣刀100的所述出屑槽105相比，即使本发明的所述铣刀10与所述传统铣刀100具有基本相同的芯直径CD，本发明的所述屑槽15的所述出屑沟24也具有更出色的排屑能力。

如附图7-9所示，此部分将介绍本发明的铣刀10的的所述出屑槽15的制造方法。出屑槽轮，一般指定为26，包括一个盘状出屑槽砂轮28。所述出屑槽轮26绕旋转轴34旋转，所示旋转轴一般横向于所述铣刀10的轴X。如附图8所示，所述砂轮28由第一磨削部分30和第二磨削部分32组成。所述第一磨削部分30基本呈平面轮廓，第一长度为L1，所述第二磨削部分基本呈平面轮廓，第二长度为L2。所示第一长度L1小于所述第二长度L2。所述第一磨削部分30在第一个角形成，A1，它相对于垂直于所述出屑槽轮28的旋转轴34的所述砂轮28的平面36，所示第二磨削部分32在第二个角A2上形成，它相对于所述砂轮28的轴34。所述角度A1大于所示角度A2。例如，所述角度A1可能大约110度，而所述角度A2可能大约45度。但是，须认识到，本发明并不受角度A1、A2的相对大小的限制，而且，只要所述角度A1的大小大于所述角度A2，本发明的角度A1、A2可以是任何符合要求的角度。

本发明的铣刀10的的所述出屑槽15基本上使用单轨迹磨削工艺形成。在所述单轨迹磨削工艺中，圆筒形坯体绕其自身的轴X旋转，同时由所述圆形砂轮28进行磨削。尽管所述砂轮28以约3500rpm到约5000rpm的相对高度绕所述出屑槽轮26的所述旋转轴34旋转，但是所述砂轮28也会以约每分钟1-2英寸的线性速度沿着平行于所述圆筒形坯体的轴X直线运动。所述砂轮15在所述刀头12的前端16上开始作线性运动，并推进到所述刀头12的尾端17。或者，所述砂轮15可以在所述刀头的尾端17上开始运动，并推进到所述刀头12的前端16。所述砂轮28平行于所述圆筒形坯体的纵轴X作线性运动，加上所述圆筒形坯体绕其自身的纵轴旋转，即可得到在圆筒形坯体上形成一个螺旋结构的螺旋槽或者出屑槽15。选择所述圆筒形坯体绕其轴X的角转速与所述砂轮28相对于所述圆筒形坯体的线性速度之比，即可得出所需的螺旋角。一般而言，在两个独立的切削步骤中，会在所述圆筒形坯体的圆通壁面上切削出两个截然相反的螺旋出屑槽。

如上所述，所述砂轮28平行于所述圆筒形坯体的纵轴X作线性运动，加上所述圆筒形坯体绕其自身的纵轴旋转，即可得到在圆筒形坯体上形成一个螺旋结构的螺旋槽或者出屑槽15。具体而言，所述第一磨削部分30产生所述前工作面19以及每个出屑槽15的出屑槽基底23的基本平面或凸面部分23a，而在所述砂轮28平行于所述圆筒形坯体的纵轴X作线性运行期间，所述第二磨削部分32产生每个出屑槽15的所述后工作面20，加上所述圆筒形坯体绕其纵轴X选择。为此，即使本发明的所述铣刀10的芯直径CD与所述传统铣刀基本相同，配设所述出屑槽基底23的所述出屑槽15，具有一个基本平面或者稍微凸面的部分23a，其容积也要比所述传统铣刀大。

本发明的出屑槽15的一些明显优点包括但不仅限于：

1)在给定切削直径下，相比所述传统切削工具，提供更多的出屑槽；

2)提供容积足够大的出屑槽形状，实现高效的切屑形成和排屑，同时维持工具强度；

3)提供不同分度的多出屑槽(1英寸切削直径最多25个出屑槽)，以抑制抖动；

4)能够使用相对较大的芯直径，从而增加工具强度；

5)能够使用相对较大的芯直径，从而容纳内部冷却剂通道，同时维持工具强度；

6)利用单轨迹磨削工艺实现工具的可靠量产；和

7)降低削屑(切削)与出屑槽表面的摩擦。

本文所述的专利和其他出版物特此列入本文内作参照。

除了已介绍的目前首选的实施案例，在随附的权利要求范围内，本发明还可能有其他实施案例。

Claims (9)

1.一种铣刀，包括：

一个刀柄；

一个固定于所述刀柄的刀头，所述刀头具有多个螺旋齿，每个螺旋齿包括一个刀尖、一个前工作面和一个后工作面；和

一个布置在尾齿的所述前工作面与相邻前齿的所述后工作面之间的出屑槽，

其中所述出屑槽的出屑沟有一个出屑槽基底，其有一部分呈基本平面的轮廓，为高效排屑提供额外的空间。

2.根据权利要求1的所述铣刀，其中所述出屑沟在单轨迹磨削工艺中使用砂轮形成，所述砂轮具有第一磨削部分和第二磨削部分。

3.根据权利要求2的所述铣刀，其中所述第一磨削部分呈平面状，在相对于垂直于所述铣刀纵轴的平面的第一个角度上形成，其中，所述第二磨削部分呈平面状，在相对于所述平面的第二个角度上形成，所述第二个角度不同于所述第一个角度。

4.根据权利要求3的所述铣刀，其中所述第一个角度大于所述第二个角度。

5.根据权利要求2的所述铣刀，其中所述第一磨削部分具有第一个长度，其中所述第二磨削部分具有第二个长度，所述第二个长度不同于所述第一个长度。

6.根据权利要求1的所述铣刀，其中所述前工作面有一个正或负径向前角。

7.根据权利要求1的所述铣刀，其中每个螺旋齿还包括一个平面状主前后刀面。

8.根据权利要求7的所述铣刀，其中所述主前后刀面有一个5-10度的第一后角。

9.根据权利要求1的所述铣刀，其中每个螺旋齿的楔角介于60-90度。