CN106457429B - 用于高级硬化陶瓷加工的金刚石电镀研磨端铣刀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于减少在铣削操作期间对刀具的损坏的研磨工具，包括具有第一端和第二端的大致圆柱形的主体，邻近第一端的研磨部分和邻近第二端的柄部分。工具的外表面包括金刚石涂层，在研磨部分中形成的两个或多个凹槽，以及在两个或多个凹槽之间的研磨部分中形成的至少一个研磨元件，其中凹槽和研磨元件沿工具的纵向轴线设置。至少一个研磨元件包括一研磨表面，一前缘和一后缘。在研磨元件的前缘处的一第一半径小于在研磨元件的后缘处的一第二半径。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于烧结陶瓷加工应用的旋转研磨工具。更具体地，实施例涉及用于研磨硬化的陶瓷材料的电镀金刚石涂覆的碳化物或钢钻头。
背景技术
加工通常涉及从工件去除金属并且包括铣削，钻孔，车削，拉削，铰孔和攻丝以及包括砂磨，研磨和抛光的磨削加工方法。加工包括使用加工体和一切割或研磨工具。在现有技术中，铣削方法包括大量连续的加工步骤，更具体地说，一些铣削步骤中使用工具和关于其自身的纵向轴线的旋转研磨运动进行移动。此外，待加工的工件可以相对于工具以任何期望的进给运动进行移动。通过机械加工实现的各种类型的铣削过程包括，例如端铣，端铣将工件供给到旋转切削器中以移除金属，并且切削器将作为切屑的材料移除，常规铣削，其中切削器推动工件抵抗工具头的旋转，在铣削刀或研磨机“爬升”到工件中以消除馈送力要求的情况下进行同向铣削，需要中心切削端铣刀的斜切削，包括轴向进给到部件中的斜面切削，和外围铣削，其通过将工件提供到铣刀的圆周或边缘来完成。
本领域技术人员熟知的是，优选在“爬升模式”而不是“常规模式”中加工操作，这两种模式不仅根据刀具的旋转方向定义，而且还根据研磨工具和待加工工件之间的相对进给的方向定义。在这些铣削操作的过程中，研磨工具被磨损并且需要频繁更换；因此，需要改进现有技术以增加这些研磨工具的耐久性和寿命。
发明内容
本发明的实施例涉及用于例如高级硬化陶瓷加工应用的旋转研磨工具。该工具包括一大致圆柱形的主体，该主体包括一第一端和一第二端，邻近所述第一端的一研磨部分和邻近所述第二端的一柄部分。在工具的所述主体的所述研磨部分中形成多个凹槽，所述凹槽从所述第一端朝向所述主体的所述柄部分延伸，并且在所述主体的研磨部分中形成多个研磨元件。研磨元件从所述第一端朝向所述主体的所述柄部分延伸，其中每个所述研磨元件被设置在沿着所述研磨部分的连续的凹槽之间，并且每个所述研磨元件包括研磨表面。每个研磨表面包括在凹槽和研磨表面的一部分之间的前缘，前缘首先接触邻近前缘的待研磨表面，以及在下一个连续凹槽与研磨表面的一部分之间的后缘，后缘最后接触邻近后缘的待研磨表面。在每个研磨元件的前缘处的工具的第一半径小于在每个研磨元件的后缘处的工具的第二半径，并且所有第一半径大致上相等，所有第二半径大致上相等。
在另一个实施例中，提供了一种用于减少在铣削操作期间对刀具的损坏的旋转研磨工具。旋转研磨工具包括大致圆柱形主体，其包括第一端和第二端，邻近第一端的研磨部分和邻近第二端的柄部分。工具的外表面包括设置在其至少研磨部分上的金刚石涂层。在主体的研磨部分中形成两个或多个凹槽；所述凹槽沿着所述工具的纵向轴线设置。在主体的研磨部分中沿着工具的纵向轴线形成至少一个研磨元件，所述至少一个研磨元件设置在两个或多个凹槽之间。研磨元件包括研磨表面，以及在凹槽和研磨表面的一部分之间的前缘，所述研磨表面邻近所述前缘，所述前缘首先接触待研磨的表面，以及在下一个连续凹槽与邻近后缘的研磨表面的一部分之间的后缘，所述后缘最后接触待研磨的表面。所述至少一个研磨元件的前缘的工具的第一半径小于在所述至少一个研磨元件的后缘的所述工具的第二半径。
在另一个实施例中，一种旋转研磨工具包括大致圆柱形的主体，该主体包括第一端和第二端，邻近第一端的研磨部分和邻近第二端的柄部分分。多个凹槽形成在主体中，凹槽从主体的第一端朝向柄部分延伸。多个研磨元件形成在主体中，研磨元件从主体的第一端朝向柄部分延伸，并且每个研磨元件设置在沿着主体的连续凹槽之间。每个研磨元件包括研磨表面，其中每个研磨表面包括在凹槽和研磨表面的一部分之间的前缘，所述前缘首先接触邻近前缘的待研磨表面，以及在下一个连续凹槽和研磨表面的一部分之间的后缘，所述后缘最后接触邻近后缘的待研磨表面。待研磨的表面的厚度随着多个研磨元件中的至少一个旋转经过工具的切割平面而增加。
附图说明
图1是一旋转研磨工具的实施例的侧视图。
图2是图1所示的旋转研磨工具的实施例的侧端图。
图3A是旋转研磨工具的实施例的第一端的一部分的截面图，其描绘了工具接合工件。
图3B是图3A的旋转研磨工具实施例的第一端的一部分的截面图，描绘了当工具沿逆时针方向旋转时的工具接合工件。
图4是图5的侧视图中所示的旋转研磨工具的另一实施例的侧端图。
图5是图4所示的旋转研磨工具实施例的侧视图。
图6是研磨元件实施例的横截面的截面图，其中研磨表面的曲率半径基本上等于理论工具圆周的曲率半径。
图7是研磨元件实施例的横截面的截面图，其中研磨表面的曲率半径小于理论工具圆周的曲率半径。
具体实施方式
在上述简要描述的本发明的更具体的描述将通过参考附图中示出的其具体实施例来呈现。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，将对本发明进行描述和解释。在本文的说明书中使用字母a，b，c和d来代表所描述的工具实施例的各种半径和直径测量值。每个符号可以表示本发明的不同实施例中的不同测量值。
本发明的发明人已经开发了一种新颖的旋转研磨工具，其呈现出良好的几何形状，从而在铣削操作期间减小对研磨工具的磨损和损坏,从而提高了研磨工具的质量并延长了研磨工具的可操作寿命。
图1提供了旋转研磨工具实施例10的侧视图，其具有大致圆柱形的主体12，第一端14和第二端16。研磨部分18设置在主体12的第一端14附近，并且柄部分20设置在主体12的第二端16附近。柄部分20被构造成适配于装置中，以用于在例如铣削过程的旋转运动中驱动工具10。在非限制性实例中，该工具可与HurcoVMX24HSi高速研磨机一起使用。
图1所示的工具10的实施例的研磨部分18包括多个凹槽22和研磨元件24。每个凹槽22设置在沿着工具10的圆周的两个研磨元件24之间。每个研磨元件24包括在其外表面上的研磨表面26。凹槽22和研磨元件24被示出为从主体12的第一端14朝向柄部分20延伸。在一个实施例(在下面描述的图3A和3B中示出)中，旋转研磨工具10包括在工具10的外表面上的电镀金刚石涂层36。金刚石涂层36包括设置在基体中的金刚石颗粒。电镀金刚石涂层36可以通过电镀工艺形成，其中金刚石的小颗粒嵌入基质中作为复合涂层。然后可以将涂层施加到工具10的表面。金刚石涂层36用于产生对抗硬化陶瓷的研磨作用，其硬化陶瓷可接近或超过金刚石基体粘附于其上的工具主体12的硬度，还进一步保护工具10的研磨部分18免于在铣削过程中对其表面造成的损坏。
在图1所示的实施例中，中心导管38沿着工具10的主体12的轴向长度形成，并且还从主体12的第一端14延伸到第二端16。如本文将更详细描述的，由于所述工具实施例的无与伦比的强度和耐久性，旋转研磨工具实施例特别适用于快速研磨硬化的陶瓷材料和其它硬质材料。
关于图2，其是图1所示的旋转研磨工具10的侧端图，其中示出了工具10的第一端14。每个研磨元件24的外表面上的研磨表面26设置在图2的工具实施例10的轴向视图中。在一个实施例中，研磨表面26是大致凸起的表面，并且包括设置在凹槽22和研磨表面26的一部分之间的前缘28，前缘28首先接触待研磨的材料或待研磨的表面，以及在下一个连续的凹槽22和研磨表面26的一部分之间的后缘30，所述后缘30最后接触待研磨的表面或待研磨的材料。在每个研磨元件24的前缘28处的工具的指定为“a”的第一半径小于在每个研磨元件24的后缘30处的工具10的指定为“b”的第二半径。所有第一半径“a”基本上相等，并且所有第二半径“b”基本上相等。
在铣削操作期间，其中工具旋转使得其“爬升”到工件中，在与工具10的每个研磨元件24的后缘部分30相邻接的研磨表面26的一部分接触待研磨的材料之前，与工具10的每个研磨元件24的前缘28相邻接的研磨表面26的部分接触待研磨的材料，使得随着后缘30完成研磨元件24经过工具10的切割平面50的旋转，研磨元件24逐渐爬升到工件中。这有效地减小了对研磨元件24的影响，并且因此减少了在研磨元件24的前缘28处的工件材料和金刚石电镀基体的任何损坏或碎屑，其中大多数现有技术工具通常承受着增加的磨损或甚至损坏，并且其中大多数现有技术工具损坏了和/或显着降低了工件表面的结构完整性。在下面更详细地介绍工具的研磨部分的特定结构。
中心导管38被配置为输送流体(例如，冷却剂)到工具10的第一端14。在一些实施例中，在工具10的第二端16处指定为“c”的中心导管38的直径大于在工具10的第一端14处指定为“d”的中心导管38的直径。在第二端的直径“c”和中心导管38的第一端的直径“d”之间的直径的减小在冷却剂输送到工具10的第一端14时产生背压。产生的冷却剂流的背压还通过径向导管40将冷却剂通过中心导管38输送到工具10的外表面，径向导管40连接在中心导管38和工具10的凹槽22之间，如图1和2所示。虽然仅示出为设置在图1和图2的实施例中的工具10的研磨部分18中，但是凹槽22，研磨元件24和径向导管40可以沿着主体12的整个长度或者在工具10的主体12的任何部分或部分中设置。径向导管40在实施例中终止于工具10的研磨部分18中所示的开口中，如图2所示，这允许冷却剂从中心导管38流过径向导管40。从中心导管38输送的冷却剂也可以在第一端14处流过端面槽48，这两者都向工具10提供冷却和冲洗效果。在铣削操作期间，工具10的冷却是特别有利的，以便减少工具和待研磨材料中的热量积聚，并且保持工具10的状态。冷却剂的冲洗效果还用于将材料从工具10的研磨部分18移出和移走。一些冷却剂可通过中心导管38朝向工具10的第一端14行进并进入端面槽48中以冷却工具实施例10的第一端14。工具10的新颖结构还降低了研磨压力，这是该工具结构独有的另一个优点。
虽然图2所示的工具10的实施例提供了具有三个端面槽48的第一端14，但是在其他实施例中，工具10可以设置有一个或两个端面槽48或多于三个端面槽48。每个端面槽48显示为在工具10的第一端14处，连接在中心导管38和凹槽22之间；然而，端面槽48不受限于这样的连接，因为在其它非限制性实施例中，端面槽48可以在工具10的第一端14或第二端16处，连接于中心导管38和研磨元件24之间。
如图3A和3B的截面图所示的工具10的研磨元件24的结构，包括具有比后缘30的半径“b”更小的半径“a”的前缘28，提供了在铣削操作期间减小切削压力和对刀具的损坏的益处。由于研磨元件24的构造，可以防止电镀金刚石涂层36的碎裂，使得工具10的工作寿命的延长。
当工具旋转到待研磨材料的表面中时，使得每个研磨元件24的前缘28首先接触待研磨的表面，研磨表面26逐渐升高或“爬升”到待研磨材料的表面中。如图3A-3B所示的芯片厚度“X”是在铣削过程中被工具10研磨的材料的部分，并且在每个研磨元件24旋转通过切割平面50期间，当刀具10从首先接触待研磨表面的研磨表面的部分朝向最后接触待研磨表面的研磨表面的部分相对于工件旋转时，切屑厚度“X”增加。图3A和3B所示的芯片厚度“X”仅作为在铣削操作期间待研磨材料的量的非限制性示例。
在图3A的实施例中，弧R1勾画了理论工具周长的曲率半径，在一个实施例中，该曲率半径大于研磨元件24的曲率半径R2。理论工具周长表示在工具被成形为包括如本文所示的研磨元件和凹槽之前的工具的周长。
在非限制性实施例中，本文所述的工具10可以部分或全部由碳化钨形成。碳化钨提供了致密的阻尼工作体，特别是当该工具用于加工诸如陶瓷的硬化材料时，该材料易受在加工过程中自然出现的振动谐波的影响。在其它非限制性实施例中，工具10可包括其它材料，例如钢，钴或陶瓷。
图4提供了旋转研磨工具10'的另一个实施例的侧端图。旋转研磨工具10'也包括具有第一端14'和第二端16'的大致圆柱形主体12'。工具10'还包括形成在主体12'中的凹槽22和沿着工具10'的第一端14'延伸到第二端16'的纵向轴线设置的凹槽22之间的研磨元件24。中心导管38'沿着旋转研磨工具10'的轴向长度设置，并且在图4-5的工具实施例10'中，中心导管38'保持着从工具10的第一端14'到第二端16'的大致恒定的直径“c”，这与图1至图2的工具实施例10的中心导管38从第二端16到第一端14的直径减小相反。或者，在另一个实施例中，中心导管38'的直径可以从工具10'的第二端16'到第一端14'逐渐减小，并且可以产生如上面关于图1-2所述的背压。
图5提供了图4的旋转研磨工具10'的实施例的侧视图，其中凹槽22和研磨元件24被示出为从工具10'的第一端14'延伸到第二端16'。中心导管38'可以从工具10'的第一端14'延伸到第二端16'，或者可以从第一端14'延伸到工具10'的外径的表面，使得冷却剂或其他流体可以通过工具10'。在图4的端视图中，示出了三个端面槽48，其从中心导管38朝向工具10'的凹槽22延伸。然而，如上所述，可以设置任意数量的端面槽48。作为从工具10'实施例的第一端14'延伸到第二端16'的凹槽22的结果，在该替代工具实施例10中不需要径向导管40，因为穿过机器主轴的任何流体或冷却剂将被迫进入中心导管38'，将通过端面槽48进行循环。这些冷却剂中的一些也将通过凹槽22被迫到工具10'的主体12'的长度的外侧和下侧，以在使用之前，期间或之后有效地冷却和冲洗工具10'。然而，在工具10'实施例中，径向导管40可以与从第一端14'延伸到第二端16'的凹槽22结合设置，以进一步有助于冷却和冲洗过程。
图6提供了研磨元件24的实施例的横截面的截面图，其中理论刀具圆周R1的曲率半径大于研磨表面26的曲率半径R3。在研磨元件24的前缘28处的第一半径“a”小于在研磨元件24的后缘30处的第二半径“b”。在该实施例中，当研磨元件24旋转经过切割平面50时，前缘28不与工件表面接触；然而，当研磨元件24旋转经过切割平面50时，研磨表面26爬升到工件中。
在研磨元件24的另一个实施例中以截面图示出了图7的研磨元件24的横截面，研磨表面26的曲率半径R4小于理论刀具圆周的曲率半径R1，在该可选择的实施例中，前缘28处的半径“a”基本上等于研磨元件24的后缘30处(其中在一些实施例中，后缘半径“b”可以略大于前缘半径“a”，如图7所示)的半径“b”。当研磨元件24旋转经过切割平面50时，研磨表面26爬升到工件中。当刀具10旋转时，前缘28和后缘30不与工件接触，在该特定实施例中，旋转研磨元件24经过切割平面50。在图7的实施例中，研磨表面26在前缘28和后缘30之间大致凸起。在一些情况下，图7的实施例可用于通过逆时针(如图所示)或顺时针旋转抵抗工件来研磨工件。
在本文所述的实施例中，工具可以由具有足够强度以承受研磨过程的研磨力的任何材料制成。这样的材料可以包括但不限于碳化钨和本领域已知的其它材料。可以在工具上提供任何数量的凹槽，研磨元件和导管。
虽然本文已经示出和描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将想到许多变化，改变和替换。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的精神和范围限制。
Claims (20)
1.一种旋转研磨工具，包括：
一大致圆柱形的主体，所述主体包括一第一端和一第二端，邻近所述第一端的一研磨部分和邻近所述第二端的一柄部分；
多个凹槽，形成在所述主体的所述研磨部分中，所述凹槽从所述主体的所述第一端朝向所述柄部分延伸；多个研磨元件，形成在所述主体的研磨部分中，所述研磨元件从所述主体的所述第一端向所述柄部分延伸，每个所述研磨元件设置在沿着所述研磨部分的连续的凹槽之间，并且每个所述研磨元件包括一研磨表面，每个研磨表面包括在凹槽和研磨表面的一部分之间的一前缘，所述研磨表面邻近所述前缘，所述前缘首先接触一待研磨的表面，并且包括在下一个连续凹槽与研磨表面的一部分之间的一后缘，所述研磨表面邻近所述后缘，所述后缘最后接触所述待研磨的表面；以及
其中在每个研磨元件的前缘处的所述工具的一第一半径小于在每个研磨元件的后缘处的所述工具的一第二半径，并且所有第一半径大致上相等，所有第二半径大致上相等。
2.根据权利要求1所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述旋转研磨工具包括在所述旋转研磨工具的外表面上的一电镀金刚石涂层，所述金刚石涂层包括设置在一基体中的金刚石小颗粒。
3.根据权利要求1所述的旋转研磨工具，其特征在于，沿着所述工具的主体的一轴向长度形成一中心导管，其中所述中心导管在所述工具的所述第二端处的直径大于在所述工具的所述第一端处的直径，所述中心导管被配置成将冷却剂输送到所述旋转研磨工具的第一端。
4.根据权利要求3所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述旋转研磨工具包括一个或多个径向导管，从所述中心导管径向延伸到所述多个凹槽中的至少其中一个，所述一个或多个径向导管构造成将冷却剂输送到所述旋转研磨工具的外表面。
5.根据权利要求3所述的旋转研磨工具，还包括在所述工具的所述第一端上的至少一个端面槽，所述端面槽从所述中心导管的第一端延伸到所述多个凹槽中的一个。
6.根据权利要求1所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述多个研磨元件和所述多个凹槽从所述工具的主体的第一端延伸到第二端。
7.一种旋转研磨工具，用于减少在铣削操作期间对刀具的损坏，包括：
一大致圆柱形的主体，所述主体包括一第一端和一第二端，邻近所述第一端的一研磨部分，和邻近所述第二端的一柄部分；
所述工具的一外表面，包括设置在它的至少研磨部分上的一金刚石涂层；
在所述主体的研磨部分中形成的两个或两个以上凹槽，所述凹槽沿所述工具的纵向轴线设置；以及
至少一个研磨元件，其沿着所述工具的纵向轴线形成在所述主体的研磨部分中，所述至少一个研磨元件设置在所述两个或两个以上凹槽之间，所述研磨元件包括一研磨表面，在凹槽和研磨表面的一部分之间的一前缘，前缘首先接触邻近所述前缘的一待研磨的表面，以及下一个连续凹槽与研磨表面的一部分之间的一后缘，后缘最后接触邻近所述后缘的所述待研磨的表面；
其中所述工具在所述至少一个研磨元件的前缘处的一第一半径小于所述工具在所述至少一个研磨元件的后缘处的一第二半径。
8.根据权利要求7所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述金刚石涂层通过电镀工艺形成在所述工具的外表面上，使得金刚石的小颗粒设置在所述工具的外表面上的基体中。
9.根据权利要求7所述的旋转研磨工具，其特征在于，沿着所述工具的轴向长度形成一中心导管，其中所述中心导管在所述第二端处的直径大于在所述第一端处的直径，所述导管构造成将冷却剂输送到所述旋转研磨工具的主体的第一端。
10.根据权利要求9所述的旋转研磨工具，还包括一个或多个径向导管，从所述中心导管径向延伸到所述两个或两个以上凹槽的外表面，所述一个或多个径向导管构造成将冷却剂输送到所述旋转研磨工具的一外表面。
11.根据权利要求9所述的旋转研磨工具，还包括在所述工具的所述第一端上的至少一个端面槽，所述端面槽从所述中心导管的一第一端延伸到所述两个或两个以上凹槽中的一个。
12.根据权利要求7所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述至少一个研磨元件和所述两个或两个以上凹槽从所述工具的主体的第一端延伸到第二端。
13.一种旋转研磨工具，包括：
一大致圆柱形的主体，所述主体包括第一端和第二端，邻近所述第一端的一研磨部分，和邻近所述第二端的一柄部分；
形成在所述主体中的多个凹槽，所述凹槽从所述主体的所述第一端朝向所述柄 部分延伸；
形成在所述主体中的多个研磨元件，所述研磨元件从所述主体的所述第一端朝向所述柄 部分 延伸，其中每个所述研磨元件沿着所述主体设置在连续的凹槽之间，并且其中每个所述研磨元件包括一研磨表面，其中每个研磨表面包括在凹槽和研磨表面的一部分之间的一前缘，前缘首先接触邻近所述前缘的一待研磨的表面，以及下一个连续凹槽与研磨表面的一部分之间的一后缘，后缘最后接触邻近所述后缘的所述待研磨的表面；以及
其中，待研磨的表面的厚度随着所述多个研磨元件中的至少一个旋转经过所述工具的切割平面而增加。
14.根据权利要求13所述的旋转研磨工具，其特征在于，在每个研磨元件的前缘处的所述工具的一第一半径小于在每个研磨元件的后缘处的所述工具的一第二半径，并且所述工具的所有第一半径大致上相等，所述工具的所有第二半径大致上相等。
15.根据权利要求13所述的旋转研磨工具，其特征在于，在每个研磨元件的前缘处的所述工具的一第一半径基本上等于在每个研磨元件的后缘处的所述工具的一第二半径，并且其中每个研磨元件在所述前缘和所述后缘之间形成大致凸形的形状。
16.根据权利要求13所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述研磨工具包括在所述研磨工具的外表面的至少一部分上的一电镀金刚石涂层，所述金刚石涂层包括设置在基体中的金刚石小颗粒。
17.根据权利要求13所述的旋转研磨工具，其特征在于，沿着所述工具的主体的轴向长度形成一中心导管，其中所述中心导管在所述工具的所述第二端处的直径大于在所述工具的所述第一端处的直径，所述中心导管被配置成将冷却剂输送到所述研磨工具的所述第一端。
18.根据权利要求17所述的旋转研磨工具，还包括一个或多个径向导管，从所述中心导管径向延伸到所述多个凹槽中的至少其中一个，所述一个或多个径向导管被配置成将冷却剂输送到所述研磨工具的一外表面。
19.根据权利要求17所述的旋转研磨工具，还包括在所述工具的所述第一端上的至少一个端面槽，所述端面槽从所述中心导管的第一端延伸到所述多个凹槽中的一个。
20.根据权利要求13所述的旋转研磨工具，其特征在于，所述多个研磨元件和所述多个凹槽从所述工具的所述主体的所述第一端延伸到所述第二端。
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Granted publication date: 20190402 |
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