CN106163712A - 用于切屑去除加工的刀具及其切削刃交换机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种刀具，所述刀具用于切屑去除加工并包括本体和可更换切削刀片(2)，所述切削刀片(2)可通过切削刃交换机构转位，有狭长弹射器(32)包含在该切削刃交换机构中，所述弹射器(32)在前部中具有用于切削刀片的附接部(34)并且与将所述弹射器的直线轴向运动转换成所述弹射器同时的转动的工具相互作用。所述切削刃交换机构在一方面包括可相对于本体固定锚固的止挡圈(15)，所述弹射器(32)可通过所述止挡圈(15)来回移动，以及在另一方面包括被包含在所述弹射器的后部中的支架(23)。此外，机械压缩弹簧(14)布置在所述支架(23)和止挡圈(15)之间，所述机械压缩弹簧(14)始终用于将所述支架(23)与所述止挡圈(15)间隔开。此外，本发明还涉及这样一种自主的切削刃交换机构。

Description

用于切屑去除加工的刀具及其切削刃交换机构

技术领域

在第一方面，本发明涉及一种刀具，该刀具用于切屑去除加工并属于包括本体和可更换切削刀片的类型，切削刀片可通过切削刃交换机构转位，有狭长弹射器包含在该切削刃交换机构中，该弹射器在前部中具有用于切削刀片的附接部并且与将弹射器的直线轴向运动转换成弹射器同时的转动的转动工具相互作用。

在第二方面，本发明还涉及这样一种自主的切削刃交换机构。

背景技术

最初提到的类型的刀具之前通过US4024777已知。更确切地说，本文描述并例示了除了保持器或棒外还包括具有平行六面体形状的可转位切削刀片的类型的车刀，该切削刀片具有四个交替单独可使用切削刃，并且利用彼此垂直的两个侧支撑表面而可在旋转方向上固定在刀座中。该切削刀片可以可拆卸地安装在被包含在一装置中的轴的前部上的附接部中，并且该切削刀片与附接部一起旋转，该附接部被直线向外推至切削刀片已经离开刀座的位置。在后部中，轴包括活塞，该活塞密封于圆柱形钻孔的内侧，活塞可在该圆柱形钻孔内来回移动。换言之，钻孔形成压力流体缸，该压力流体缸被分成压力流体(例如液体或气体)可以分别供应和从中抽出的正压室和负压室，用于推出切削刀片并将切削刀片转位，或者用于将切削刀片带回到刀座中的可操作位置。轴的转动通过固定的导向销提供，该固定的导向销突入钻孔和活塞中并接合具有斜切的端边缘表面的多个前齿之间的齿隙，被包含在同一活塞中的后齿组的斜切的边缘表面与该斜切的端边缘表面相互作用。

该已知刀具的缺点是，切削刀片在附属刀座中的夹紧不可靠，并且适应切削刀片装配到刀座中的公差存在问题。另一缺点是，刀具制造复杂且昂贵。

发明内容

本发明旨在消除通过US 4024777已知的刀具的上述缺点并且旨在提供，在一方面，一种所讨论种类的改进刀具以及在另一方面，这样一种切削刃交换机构。因此，本发明的主要目的是提供一种形成有切削刃交换机构的刀具以及一种保证切削刀片的简单且快速转位以及切削刀片在其可操作状态下的长期可靠固定的自主的切削刃交换机构。此外，本发明旨在允许切削刃交换机构不仅用于诸如车刀的固定式刀具，而且用于可移动刀具，尤其是可旋转铣刀。

根据本发明，至少主要目的通过借助已经被赋予所附权利要求1限定的特征的、引言提到的切削刃交换机构来实现。

根据本发明的切削刃交换机构包括止挡圈以及支架，该止挡圈可相对于本体固定锚固并且弹射器可通过该止挡圈来回移动，支架被包含在弹射器的后部中，有布置在支架和止挡圈之间的可压缩的力发生器，该力发生器旨在将止挡圈与支架分开。由于根据本发明的切削刃交换机构已经设有以这样的方式形成使得其旨在将支架压离止挡圈的力发生器，因此力发生器将旨在将位于其外端的切削刀片压向止挡圈，使得可以将切削刀片可靠且明确地推靠于用于布置切削刀片的本体的刀座。由于力发生器属于压缩类型，因此通过需要提供仅一个压缩动力的事实而允许简单操纵，并且其功能变得可靠。通过抵抗弹簧的作用而推出弹射器，各自切削刀片的转位以及更换可以以简单、方便且快速的方式进行。

因此，本发明基于的构思在于：形成包括切削刃交换机构的类型的刀具，使得一个或多个切削刀片的转位和/或更换可以快速且易于进行，同时切削刀片在可操作位置上的固定变得可靠。为此，切削刃交换机构使用压缩弹簧或另一可压缩的力供应构件，例如气体弹簧，该压缩弹簧或气体弹簧通过显著弹簧力可将缩回的弹射器保持在切削刀片明确地被固定按压在附属刀座中的位置上。直到切削刀片应被转位(或更换)，例如心轴的适当附件才可用于克服弹簧力并且在弹射器的同时的转动过程中将弹射器向切削刀片的新的转位位置推出。

可以以很多不同的方式提供用以进行沿由每一切削刀片的切削刃的数量确定的弧角(例如，对于六刃切削刀片来说是60°)的转动运动的任务。在一个实施例中，任务被分配于在一方面的多组适当切削刃交换机构的斜切齿与在另一方面的刀座中的和切削刀片的多组凸状(male-like)嵌齿之间。通过形成在这种相互作用嵌齿之间的间隙，该相互作用嵌齿具有在一方面的倾斜齿侧面以及在另一方面的陡峭上升齿侧面，切削刀片和弹射器的最后转动可通过倾斜齿侧面相对于彼此滑动进行直至一对陡峭上升齿侧面彼此推靠。具体地说，如果刀具是铣刀(或另一可旋转刀具)，则多个切削刀片中的每个切削刀片可以分别安装在一个弹射器上，该弹射器在同一个单一操作中可以被推出并且同时转动，以呈现新的转位位置。

与本发明相对比，在通过US 4024777已知的刀具中，当切削刀片可操作时，在腔室中必须持续地保持液压压力或气体压力，以保持插入在钻孔中的弹射器。如果泄漏在泵与缸的正压室之间的流体管道系统中(或在附属的控制系统中)的某些地方发生，则切削刀片可能变松并且导致不仅被转动的工件而且机器的环境中的损坏。此外，所述已知刀具的制造比根据本发明的刀具复杂和昂贵得多，最大的原因是，错综复杂的管道必须在刀体中钻出并且连接到外部固定式泵。此外，最后提到的事实意味着，已知装置在实践中仅适合用于诸如车刀的固定式刀具，而不适合用于诸如铣刀的可旋转刀具。此外，应当指出，确定切削刀片的转动位置的锁定销与被包含在切削刀片的刀座中的侧支撑表面之间的公差链变得较长且笨拙，导致切削刀片在刀座中的装配具有变成不精确的风险。

在一个实施例中，止挡圈以及支架被包含在一对套筒中，该套筒还包括与弹射器径向分离开的筒壁，力发生器放置在弹射器和筒壁之间，此外，使弹射器在其直线发射过程中转动的转动工具被包含在套筒的筒壁中。以这样的方式，弹射器转动所需的转动工具与筒壁形成一体，这易于制造并且以可靠的方式将弹簧保持在所需位置。

在上述实施例中，转动工具可由两组指向彼此的尖齿构成，该两组尖齿形成在筒壁中并且其中的每个尖齿包括在齿尖和齿隙底部之间延伸的斜切的边缘表面。以这样的方式，便于切削刃交换机构的制造。

在另一实施例中，包含在切削刃交换机构中的止挡圈包括刀座，该刀座用于接纳切削刀片、呈具有切向间隔开的嵌齿的齿圈的形式，嵌齿包括一起界定各自齿槽(gash)的浅度倾斜的齿侧面以及陡峭倾斜的齿侧面，此外，切削刀片还包括具有布置用以与第一齿圈的齿槽啮合的类似的嵌齿的第二齿圈。以这样的方式，以简单的方式实现了用来完成由齿提供的转动运动的有效方法，使得齿被置于齿尖定位成彼此交叠的位置，以能够开始新的转动运动。

在一个实施例中，力发生器是诸如例如螺旋弹簧的压缩弹簧。有利地是，这是简单且可靠的部件。

在一个实施例中，切削刃交换机构被部分地布置在刀体中的钻孔中，至少力发生器位于该钻孔中。以这样的方式，能够保护力发生器免受本体内的切屑侵害。

附图说明

在图中：

图1是示出根据本发明的刀具的局部分解仰视图，

图2是进行刀具的切削刀片的转位的、呈心轴的形式的用点划线示出的附件，

图3是示出切削刀片以及包含在根据本发明的切削刃交换机构中的用于切削刀片转位的那些部件的立体分解图，

图4是示出包含在切削刃交换机构中的一对套筒(即径向外套筒和径向内套筒)以及在该一对套筒之间作用的压缩弹簧的放大分解图，

图5是示出切削刀片以及外套筒的立体分解图，

图6是内套筒的侧视图，

图7是外套筒的侧视图，

图8是切削刀片的侧视图，

图9是图6中的IX–IX剖视图，

图10是图7中的X–X剖视图，

图11是图8中的XI–XI剖视图，

图12是图7的XII–XII端视图，

图13是图8中的切削刀片的XIII–XIII端视图，

图14是相对于图5放大的立体分解图，示出了包含在外套筒的刀座中的一系列嵌齿如何与沿切削刀片的背面的类似的一组嵌齿相互作用，

图15是说明用于切削刃交换机构的(空的)钻孔设计的、通过刀具的本体的一半的局部剖面，

图16是示出切削刃交换机构以及与钻孔分离开的附属切削刀片的局部立体图，

图17是示出在可操作状态下的切削刀片的、本体的局部剖视侧视图，

图18是示出在转位过程中的在弹射状态下的切削刀片的、对应于图17的侧视图，

图19是示出在切削刀片可操作时的状态下切削刃交换机构的内套筒和外套筒的立体图，以及

图20a-20f是示出在切削刀片的转位过程中的不同阶段的、切削刃交换机构的功能的一系列图，以及

图21是示出说明应用于车刀的本发明的局部分解仰视图。

具体实施方式

本发明示出为主要应用于呈在图1-20中示出的面铣刀的形式的铣刀。然而，也能够将本发明用于另一适当的切屑去除刀具，例如车刀。

因此，在图1中，示出了铣刀，该铣刀包括本体或刀体1以及多个可更换切削刀片2。本体1包括一对相反的面(分别是正面和背面(也可以被称为前端和后端))3、4以及外周面或包络面5，包络面5在正面和背面之间延伸。中心轴线C1在正面3和背面4之间延伸，刀体可在该中心轴线C1上旋转。为此，包络面5形成在中心轴线上的几何旋转表面。

在该示例中，切削刀片2的数量合计为十个。切削刀片之间的间距是均匀的并且等于36°。

在图1中，切削刀片2之一连同总的标注为6的切削刃交换机构以及螺钉7示出与刀体1分解开。其它九个切削刀片示出在它们可操作并且与附属刀座接合的位置上。

本体1包括中心的中空空间8，中空空间8在该示例中是通孔，即开口于正面3以及背面4的孔。孔由呈一个或多个呈现成由平行于中心轴线C1的直母线生成的圆柱面的形式的内部限制表面9界定。

还应当指出，凹槽11埋设于本体的背面4中。通过该凹槽，所需扭矩可以从驱动源转移到本体。

有开口于本体的包络面5中的多个钻孔10，该多个钻孔10具有容纳切削刃交换机构6以及附属切削刀片2的作用。所述钻孔10的中心轴线标注为C2并且相对于本体的中心轴线C1基本径向定向，更确切地说，使得它们从中心轴线C1等角度地辐射。

现参照图3-5的分解图，图3-5以放大比例示出了单独切削刃交换机构6的结构。该机构的部件包括一对大致筒形套筒，其中的第一套筒标注为12而第二套筒标注为13。呈简单机械压缩弹簧、即螺旋压缩弹簧的形式的可压缩力发生器14作用在这些套筒之间。两个套筒中的套筒12形成在本体中的径向外套筒，而套筒13形成径向内套筒。

外套筒12(参见图4和10)包括在一方面的用于弹簧14的前环状止挡圈15，以及在另一方面的后筒壁16。止挡圈15具有小于筒壁16的内径的内径。以这样的方式，得到周向台肩表面17，弹簧14的外端可以被推靠于周向台肩表面17。

一组齿18形成在后筒壁16中，这些齿向后指向，并且每个齿包括在一方面的第一斜切的边缘表面19以及在另一方面的第二边缘表面20，在本示例中，第二边缘表面20是直的并轴向延伸。斜切边缘表面19从齿尖21a延伸到各自齿隙的底部21b。边缘表面19的梯度从底部21b到齿尖21a基本上均匀。

内套筒13还包括前部和后部22、23，其中的前部22是具有齿24的筒壁，而后部23用作支架。有具有内螺纹的孔25包含在支架23的后部中。孔25的直径小于筒壁22的内径。以这样的方式，形成环状台肩表面26，弹簧14的内端可以邻靠于环状台肩表面26。齿24还包括斜切的边缘表面27以及直的轴向延伸的边缘表面28。每个这种边缘表面在齿尖29a和齿隙底部29b之间延伸。应当指出，圆锥形表面31形成支架23的向后渐缩终止部。

还有狭长杆32(参见图3)包含在切削刃交换机构6中，狭长杆32在后端中包括外螺纹33而在前端包括内螺纹34，在该示例中，内螺纹34形成在头部35中。杆32和支架23一起形成弹射器，该弹射器可相对于止挡圈15直线移动。

在所示刀具实施例中，切削刀片2是双面的并且沿两个相反面中的每面形成有六个交替单独可使用切削刃36，切削刃36可相对于本体要么向外要么向内转动。为此，套筒12、13的齿18、24的数量合计恰好六个。

在所例示刀具中，切削刃交换机构6的外套筒12相对于本体1固定锚固。更确切地说，套筒12通过一对平坦表面38在旋转方向上固定，平坦表面38邻靠于所述钻孔10中的平坦表面39(参见图16)。

在进一步描述切削刃交换机构6之前，参照图15和16，在图15和16中，可以看见，总的标注为10的钻孔包括三个不同直径的不同筒形段40、41、42。内段40通过开口43开口于中空空间8的内表面9中并具有最小(内)直径。中间段41具有稍微大一点的直径。以这样的方式，本身狭窄但仍显著的环状台肩44形成在段40和41之间。最外段42具有比中间段41大得多的直径。因此，相对较宽的台肩表面45形成在段41和42之间。钻孔10中的径向外段42具有足够大半径和足够大深度，以容纳切削刀片2的大部分。参见图17。

如图10所示，套筒12包括狭窄的外台肩46，当套筒12安装在钻孔10中，台肩46可以被推靠于台肩44。有具有圆锥形部分表面48的两个螺纹孔47开口于较宽的台肩表面45(参见16)中，斜槽49(具有半圆柱形形状)在圆锥形部分表面48的延伸范围中延伸。类似的斜槽50以及圆锥形部分表面51也形成在套筒12(参见图5)的外凸的部分表面中。

图3和15所示的并具有圆锥形头部53的两个螺钉52用于紧固到螺纹孔47中，头部53被推靠于圆锥形部分表面48、51，以将套筒12轴向固定在附属钻孔10中。同时地，套筒通过成对平坦表面38、39在旋转方向上固定。换言之，套筒12在其安装好的状态下非轴向地而是在角度转动方向上固定锚固。

包含在可移动套筒13中的支架23在该示例中与杆32固定连接，更确切地说，通过呈外螺纹33和内螺纹25的形式的螺纹接头固定连接。然而，也可以使用其它接头。甚至能够在支架相对于杆轴向固定的前提下，将支架23布置成可相对于杆旋转。

为此，应当指出，所述切削刃交换机构是自主的，即：使得两个套筒以及弹射杆以可以(通过螺钉52)安装在附属钻孔10中的独立单元的形式制造。然而，如后面所看见的，机构的部分可与本体这样形成一体。

现参照图12-14，图12-14示出了总的标注为54的用于切削刀片2的刀座如何形成在外套筒12中，更确切地说，在其止挡圈15的外部中(也参见图10)。该刀座54包括多个凸构件或嵌齿55，多个凸构件或嵌齿55包含在边沿中并且在其之间有凹状槽或齿槽56。嵌齿55和齿槽的数量分别与切削刀片2的切削刃的数量一致，即，在该示例中是六个。因此，由于几何学公理，嵌齿之间的齿距角α等于60°。各自齿槽56由两个相对的齿侧面、即平坦倾斜齿侧面57和具有相对陡峭上升齿侧面角的齿侧面58界定。实践中，齿侧面57的齿侧面角可以等于大约45°，而齿侧面58的齿侧面角可以接近90°。

有具有与嵌齿55相同的齿距角(60°)的嵌齿60的类似的边沿59包含在切削刀片2中。这些嵌齿60由齿槽61分开，并且包括平坦倾斜齿侧面62以及陡峭上升齿侧面63。当齿圈彼此啮合时，嵌齿没有到达齿槽底部，即：仅齿侧面57/62和58/63彼此接触。

切削刀片2通过延伸穿过切削刀片2中的中心孔并拧进杆的内螺纹34中的螺钉7附接到杆32的第二端。

应当指出，各自平坦齿侧面57和62分别只占据用于每个各自嵌齿结构的60°弓形的一个较小部分，如平面视图所示的那样。实践中，平坦齿侧面的弧角可等于大约5°。

本发明的功能和优点

在图17中，切削刀片2示出在其可操作位置上。为此，各自切削刃交换机构的弹簧14保持可移动内套筒13与固定外套筒12间隔开。在这种状态下，切削刀片2的内齿圈59与形成刀座并包含在套筒12中的向外面对的齿圈54啮合。更确切地说，嵌齿的陡峭齿侧面58、63彼此接触。这些齿侧面以这样的方式放置，即：使得它们承载对切削刀片的可操作的切削刃作用的切削力，由此防止切削刀片转动。

为了使切削刀片转位，使用图2所示的心轴70，心轴70被压入本体的中空空间8，以通过其圆锥形表面71同时地推出所有弹射器32，更确切地说，抵抗弹簧14的作用。

从图20a所示的初始位置(在该初始位置，可移动套筒13与固定套筒12最大程度间隔开，并且切削刀片的齿圈59与刀座54啮合)，切削刀片被轴向向外推到如图20b所示的位置。在该位置，切削刀片的齿圈59已经离开刀座54，此外，包含在套筒13中的齿尖29a也已经与齿尖21a接触。现在，切削刀片可自由旋转。切削刃交换机构的弹射器32沿箭头A的方向的继续轴向伸出致使套筒12以及弹射器32和切削刀片2开始沿箭头B的方式转动，更确切地说，通过迫使齿24的斜切边缘表面27沿齿18(也参见图9和10)的对应边缘表面19滑动。从如图20c所示的中间位置，切削刀片被进一步沿轴向方向向外推出，首先到如图20d所示的位置，并且接着到如图20e所示的位置。在这里，切削刀片与套筒12最大程度间隔开，此外，所有齿18和24分别完全啮合相互作用的齿隙。在这种状态下，直边缘表面20和28正好彼此接触，如箭头D所示。由于这种接触，套筒13不再可以转动。现在已经完成了转位操作的第一部分，弹射器以及切削刀片已经从如图20a所示的位置到如图20e所示的位置转动了大约55°(假设，齿尖21a、29a应该以5°的弧角彼此交叠)。

当切削刀片应以其新的转位位置回到其刀座中时，在该新的转位位置，切削刀片准备好了下一次转位操作，心轴70从中空空间8移除。以这样的方式，弹射器32脱开接合并经受弹簧14的作用。在这个返回运动的最初阶段期间，各自弹射器仅被赋予在箭头E的方向上的轴向运动。当切削刀片接近附属刀座时，切削刀片的齿圈59开始啮合形成刀座54的固定齿圈。更确切地说，嵌齿60会啮合齿槽56，反之亦然。为此，嵌齿60的平坦倾斜齿侧面62会碰到嵌齿55的对应齿侧面57，以在返回运动的最后阶段期间，在切削刀片以及弹射器沿箭头F的方向的强制转动过程中抵靠彼此滑动。

本发明的优点是，其允许一个或多个切削刀片的简单且快速转位，切削刀片在转位之后明确地通过压缩弹簧而固定地按压在附属刀座中，压缩弹簧在本体里面被很好保护。此外，制成自主单元的切削刃交换机构可以安装在任何刀具中，而不管刀具是固定式的还是可移动的。当机构用于装配有很多个切削刀片的铣刀时，弹射器的内端可向内伸入所有喷射器的共同的中空空间中，弹射器可以在单个集中控制操作中从该中空空间弹射出来，在该集中控制操作中，切削刀片集体转位。

现参照图21，图21示出了本发明还可以如何应用于呈具有仅一个切削刀片2的车刀的形式的刀具。在这种情况下，切削刀片是圆的和双面的，并且又包括沿切削刀片的两个相反面中的每个面的单个环形切削刃36。同样在这种情况下，切削刃交换机构6包括弹射器，该弹射器可按步转动到六个不同位置，其中，齿圈54用作包括六个切向间隔开嵌齿的刀座。以类似的方式，包含在切削刀片中的齿圈59包括六个嵌齿。因此，在这种情况下，切削刀片可以转位到六个不同位置，在其中的每个位置上，使用切削刃的周长的六分之一，即60°弧角。

本发明的可行修改

本发明不限于附图所例示的实施例。因此，切实可行的是，将切削刃交换机构的止挡圈一体形成在适当本体中，使得止挡圈由围绕本体中的钻孔的圈状部分形成，机构的弹射器可通过该圈状部分来回直线移动。此外，除了正好是螺旋压缩弹簧外，可压缩的力发生器也可以是其它压缩弹簧，例如盘形弹簧、气体弹簧等。此外，用以强制转动弹射器以及与弹射相关的切削刀片的工具不必须是所述种类的在筒壁中的斜切的齿。因此，使用具有大螺距的螺纹结构是切实可行的。

Claims (7)

1.用于切屑去除加工的刀具的切削刃交换机构，所述切削刃交换机构包括：

狭长的弹射器(32)，所述狭长弹射器(32)在前部中包括用于可更换的切削刀片的附接部(34)，

转动工具，所述转动工具用于将所述弹射器的直线轴向运动转换成所述弹射器的同时的转动，其特征在于：所述机构还包括：

能够固定锚固的止挡圈(15)，所述弹射器(32)能够通过所述止挡圈(15)来回移动，

支架(23)，所述支架(23)包含在所述弹射器的后部中，可压缩的力发生器(14)布置在所述支架(23)和所述止挡圈(15)之间，所述力发生器(14)用于将所述支架(23)与所述止挡圈(15)间隔开。

2.如权利要求1所述的切削刃交换机构，其特征在于：所述止挡圈(15)以及所述支架(23)被包含在一对套筒(12、13)中，所述套筒还包括与所述弹射器(32)径向分离开的筒壁(16、22)，所述力发生器(14)放置在所述弹射器(32)和所述筒壁(16、22)之间，并且所述转动工具包含在所述套筒(12、13)的所述筒壁(16、22)中。

3.如权利要求2所述的切削刃交换机构，其特征在于：所述转动工具由指向彼此并且布置在每个套筒(12、13)的所述筒壁(16、22)中的两组尖齿(18、24)构成，每个齿(18、24)包括在齿尖(21a、29a)和齿隙底部(21b、29b)之间延伸的斜切的边缘表面(19、27)。

4.如权利要求3所述的切削刃交换机构，其特征在于：所述止挡圈(15)包括刀座(54)，所述刀座(54)用于接纳所述切削刀片并呈具有切向间隔开的嵌齿(55)的齿圈的形式，每个嵌齿(55)在一方面包括浅度倾斜的齿侧面(57)以及在另一方面包括陡峭倾斜的齿侧面(58)，所述浅度倾斜的齿侧面(57)和所述陡峭倾斜的齿侧面(58)一起界定各自的齿槽(56)。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的切削刃交换机构，其特征在于：所述力发生器是机械压缩弹簧(14)。

6.用于切屑去除加工的刀具，包括本体(1)、可更换的切削刀片(2)，其特征在于：所述刀具还包括如权利要求1-5中的任一项所述的切削刃交换机构(6)，所述切削刀片(2)能够通过所述切削刃交换机构(6)转位。

7.如权利要求6所述的刀具，其特征在于，所述刀具包括如权利要求4所述的切削刃交换机构(6)，所述切削刀片(2)包括第二齿圈(59)，并且所述第二齿圈(59)具有布置用以与所述第一齿圈(54)的所述齿槽(56)啮合的类似的嵌齿(60)。