CN107073599B - 用于通过金属切削而形成圆形凹槽的可旋转刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过金属切削而在金属工件(20)中产生圆形凹槽(21)的可旋转刀具(1)。该可旋转刀具(1)的前端包括第一径向外切削刃(6)和第二径向内切削刃(7’)，其中所述第一径向外切削刃(6)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线(A2)更大的径向距离处，并且其中所述第二径向内切削刃(7’)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线(A2)更小的径向距离处。本发明还涉及利用这种可旋转刀具(1)形成圆形凹槽(21)的方法。

Description

用于通过金属切削而形成圆形凹槽的可旋转刀具
技术领域
本发明总体上涉及可旋转刀具。换言之，本发明涉及用于通过金属切削而在金属工件中形成圆形凹槽的可旋转刀具，该可旋转刀具包括前端和后端，其中可旋转刀具能够在给定的旋转方向上绕刀具中心轴线旋转，该刀具中心轴线为可旋转刀具的纵向轴线，前端包括被定位在相对侧上并且被定位在距刀具中心轴线一定距离处的两个切削刃。
这种刀具从WO 2013/030351A1中是已知的。本发明还涉及利用这种刀具形成圆形凹槽的方法。
背景技术
当通过金属切削在工件中产生圆形凹槽时，几种刀具和方法是已知的。一种常见类型的圆形凹槽是密封环凹槽。其在石油工业中的部件中使用。这种密封环凹槽的通常形状由美国石油学会标准6A(American Petroleum Institute standard 6A)定义。这种密封环凹槽具有底表面、内壁表面和外壁表面。密封环凹槽具有在平坦表面中的开口。外壁和内壁以凹槽的底部比开口窄的方式逐渐缩小。包括这种密封环凹槽的部件的材料可以是不同类型的钢合金。
用以产生密封环凹槽的常见方式是通过加工，也称为金属切削。工件被夹紧在CNC(计算机数字控制)机床中，例如加工中心，其具有可旋转机床主轴，可旋转刀具被夹紧在该可旋转机床主轴中。然后，刀具绕其中心轴线旋转并且相对于工件移动。移动被称为进刀。可旋转刀具包括至少两个切削刀片，该切削刀片通常通过螺钉而安装在刀座中。在加工期间，来自工件的材料以切屑的形式被移除。刀片的切削刃进入工件内并且切削切屑。切削刀片通过切削而磨损。例如，常见形式的磨损或刀具磨损是后刀面磨损。当切削刀片磨损时，可以用新的切削刀片更换该切削刀片。可替代地，切削刀片可以具有未使用的切削刃(一个或多个)，该未使用的切削刃可以被使用。例如，平行四边形形状的切削刀片通常具有2个或4个相同形状的切削部，即切削刃组。因此，它们可以在由新的切削刀片更换之前被使用2次或4次。
通过金属切削而产生圆形凹槽的方法在WO 2013/030351A1中公开。包括两个相对的切削刀片的旋转刀具绕其中心轴线旋转。刀具中心轴线被定位在距凹槽中心轴线一个恒定的距离处并且绕凹槽中心轴线旋转。两个切削刀片的外切削刃和内切削刃相对于刀具中心轴线形成相同的角度。
发明人已经发现希望的是诸如密封环凹槽的圆形凹槽在利用一个可旋转刀具进行一次加工操作之后具有几何上准确和精确的形状。发明人还发现希望的是在具有尽可能长的刀具寿命的情况下，以尽可能低的成本尽可能快速地产生密封环凹槽，其中刀具的公差对在加工或切削之后完成的圆形凹槽的尺寸精度具有尽可能小的影响。
发明内容
在WO 2013/030351A1中所公开的可旋转刀具和方法具有的缺点是：存在切削之后圆形凹槽的壁的几何精度不足的风险。另外的缺点是：刀片上的压力或载荷将在切削期间在刀片上增加，因为切屑厚度并且因此每时间单位移除的材料体积将在切削期间增加。本发明的目的是减少上述缺点中的至少一个。该目的通过如下的可旋转刀具实现，即：
一种用于通过金属切削而在金属工件中形成圆形凹槽的可旋转刀具，包括前端和后端，其中可旋转刀具能够在给定的旋转方向上绕刀具中心轴线旋转，刀具中心轴线是可旋转刀具的纵向轴线，前端包括两个切削刃，两个切削刃被定位在相对侧上并且被定位在距刀具中心轴线一定距离处，
其特征在于，两个切削刃包括第一径向外切削刃和第二径向内切削刃，其中第一径向外切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处，并且其中第二径向内切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更小的径向距离处，其中第一径向外切削刃与刀具中心轴线形成第一外刃角度，其中第一径向内切削刃与刀具中心轴线形成第一内刃角度，其中第二径向外切削刃与刀具中心轴线形成第二外刃角度，其中第二径向内切削刃与刀具中心轴线形成第二内刃角度，其中第一径向外切削刃和第二径向外切削刃远离后端会聚，并且其中第一径向内切削刃和第二径向内切削刃朝向后端会聚，其中第一外刃角度大于第二外刃角度，其中第二内刃角度大于第一内刃角度，其中第一外刃角度大于第一内刃角度，并且其中第二外刃角度小于第二内刃角度。
换言之，该目的通过一种用于通过金属切削而在金属工件中形成圆形凹槽的可旋转刀具实现，该可旋转刀具包括前端和后端，其中可旋转刀具能够在给定的旋转方向上绕刀具中心轴线旋转，该刀具中心轴线是可旋转刀具的纵向轴线，该前端包括被定位在相对侧上并且被定位在距刀具中心轴线一定距离处的两个切削刃，其中该两个切削刃包括第一径向外切削刃和第二径向内切削刃，其中第一径向外切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处，并且其中第二径向内切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更小的径向距离处。
通过具有包括第一径向外切削刃和第二径向内切削刃的两个切削刃，其中第一径向外切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处，并且其中第二径向内切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更小的径向距离处，仅第一外切削刃切削或产生圆形凹槽的外壁表面的最终形状，并且仅第二内切削刃切削或产生圆形凹槽的内壁表面的最终形状。第二径向内切削刃与第一径向外切削刃相对置，这意味着它们绕刀具中心轴线间隔开大体上180度，或者175-185度，优选地是180度。利用这种可旋转刀具，可旋转刀具的尺寸精度较小程度地影响圆形凹槽壁的尺寸公差。这种刀具适合于加工不同直径的各种圆形凹槽。第一外切削刃是外切削刃意味着其具有在径向内侧，即较靠近刀具中心轴线定位的对应前刀面。第二径向内切削刃是内切削刃意味着其具有在径向外侧，即进一步远离刀具中心轴线定位的对应前刀面。第一径向外切削刃具有与由切削操作形成的圆形凹槽的外壁表面的形状对应的形状。第二径向内切削刃具有与由切削操作形成的圆形凹槽的内壁表面的形状对应的形状。第一径向外切削刃相比可旋转刀具的任何其它切削刃被定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处意味着：在垂直于刀具中心轴线的平面中，定位在该平面中的径向外切削刃的点相比定位在该平面中的可旋转刀具的切削刃的任何其它点被定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处。第一径向外切削刃的所有点不必相比可旋转刀具的任何其它切削刃都定位在距刀具中心轴线更大的径向距离处。以对应的方式，在垂直于刀具中心轴线的平面中，第二径向内切削刃的点相比定位在该平面中的可旋转刀具的切削刃的任何其它点被定位在距刀具中心轴线较小的径向距离处。刀具中心轴线是刀具的纵向轴线，其中切削刃被定位在前或向前纵向方向上，并且后端被定位在相反的向后纵向方向上。优选地，后端为适合于联接在可旋转机床主轴中的后联接部的形式。优选地，后联接部为锥形形状或是渐缩的，其中后联接部绕刀具中心轴线大体上对称地布置，使得后联接部具有定位在刀具中心轴线处的中心轴线。可旋转刀具还可以以耐磨材料的一个整体件形成，诸如以硬质合金的一个整体件形成。
根据一个实施例，可旋转刀具包括第一径向内切削刃、第一拐角切削刃、第二径向外切削刃和第二拐角切削刃，第一径向外切削刃和第一径向内切削刃朝向第一拐角切削刃会聚并且由第一拐角切削刃连接，第二径向外切削刃和第二径向内切削刃朝向第二拐角切削刃会聚并且由第二拐角切削刃连接，第一径向内切削刃和第二径向外切削刃被定位在相对侧上并且距刀具中心轴线一定距离，第一拐角切削刃和第二拐角切削刃被定位在相对侧上并且距刀具中心轴线一定距离，第一拐角切削刃被定位在距刀具中心轴线距离P的位置处，并且第二拐角切削刃被定位在距刀具中心轴线距离P’的位置处。借此，存在较大数量的切削刃，并且因此能够较快地进行金属移除。此外，因为可旋转刀具包括两个径向外切削刃和两个径向内切削刃，所以刀具能够在相反方向上移动(包括径向分量)，诸如当刀具中心轴线绕凹槽中心轴线旋转时。优选地，拐角切削刃呈0.1-4mm、优选地0.4-2.4mm的半径的圆的一部分的形状。借此，刀具适合于加工或切削具有连接到底表面的弯曲部的精加工凹槽，诸如，例如密封环凹槽。借此，与如果拐角切削刃是尖锐的或具有较小的曲率相比，磨损将减少。
根据一个实施例，距离P等于或大于距离P’。通过使这种距离相等，刀具具有改进的旋转平衡，或者具有靠近刀具中心轴线定位或定位在刀具中心轴线处的质量中心。通过使从刀具中心轴线到第一拐角切削刃的距离大于从刀具中心轴线到第二拐角切削刃的距离，减少了第二径向外切削刃切削外壁表面的最终形状的风险。该风险主要地或仅仅由于可旋转刀具的尺寸精度或公差。优选地，距离P比距离P’大0.1-1.0mm。当距离P比距离P’大0.3-0.5mm时，实现了进一步的改进。
根据一个实施例，第一径向外切削刃与刀具中心轴线形成第一外刃角度α，第一径向内切削刃与刀具中心轴线形成第一内刃角度β，第二径向外切削刃与刀具中心轴线形成第二外刃角度α’，第二径向内切削刃与刀具中心轴线形成第二内刃角度β’，第一径向外切削刃和第二径向外切削刃远离后端会聚，并且第一径向内切削刃和第二径向内切削刃朝向后端会聚。角度α、β、α’和β’中的每一个大于零度且小于90度。优选地，角度α、β、α’和β’中的每一个在1和89度之间，甚至更优选地在5和45度之间。至少第一径向外切削刃和第二径向内切削刃优选地是直的。
根据一个实施例，第一外刃角度α大于第二外刃角度α’，第二内刃角度β’大于第一内刃角度β，第一外刃角度α大于第一内刃角度β，并且第二外刃角度α’小于第二内刃角度β’。通过这种布置，减小了第一径向内切削刃形成或产生内壁表面的风险且减小了第二径向外切削刃产生外壁表面的风险，尤其是在圆形凹槽的底表面附近，即，当第一切削刃和第二切削刃在圆形凹槽的底表面附近或位于该处时。因此，与理想的圆形凹槽轮廓的任何不匹配或偏差将较小地取决于切削刃的位置和定向方面的公差。因此，与理想的内壁表面和外壁表面的任何不匹配或偏差将仅位于靠近圆形凹槽的底表面定位的内壁表面和外壁表面的那一部分处。通过这种布置，减小了当第一径向内切削刃处在使得其靠近邻近圆形凹槽的底表面的内壁表面的位置时，切屑堵塞的风险。通过这种布置，减小了当第二径向外切削刃处在靠近邻近圆形凹槽的底表面的外壁表面的位置时，切屑堵塞的风险。通过这种布置，与如果第一内刃角度β和第一外刃角度α相等且第二外刃角度α’和第二内刃角度β’相等相比，可旋转刀具可以由较小体积的材料制成，即，其可以制造得较轻。通过这种布置，假如切削刀片被使用，则能够使用较宽范围的切削刀片，即，不仅能够使用具有与内壁表面和外壁表面之间形成的角度对应的刀尖角(nose angle)的切削刀片，而且还能够使用具有较小刀尖角的切削刀片。
根据一个实施例，可旋转刀具包括第一切削刀片和第二切削刀片，第一切削刀片包括第一径向外切削刃、第一径向内切削刃和第一拐角切削刃，第二切削刀片包括第二径向外切削刃、第二径向内切削刃和第二拐角切削刃。借此，可旋转刀具在切削期间经受磨损的部分是能够在使用之后更换的切削刀片。此外，切削刀片可以具有不对应于待形成的圆形凹槽的形状的设计。仅第一径向外切削刃和第二径向内切削刃需要具有当刀片被安装时分别与外壁表面和内壁表面的形状对应的形状。因此，相同的刀片可以用于形成具有一定范围的直径和宽度的圆形凹槽。优选地，切削刀片由比可旋转刀具的其它部分耐磨的材料(例如，硬质合金)制成。通过这种布置，第一切削刀片和第二切削刀片可以在使用之后被放置在给予更好的切削刃利用的相对的刀座或相对的位置中。这是因为不起作用的第一径向内切削刃在第一位置使用之后将没有刀片磨损，并且因此当其被放置在相对的刀座或相对的位置中时，可以用作新的切削刃，在该相对的刀座或相对的位置，第一径向内切削刃用作起作用的第二径向内切削刃。
根据一个实施例，第一切削刀片具有平行四边形形状，其中第一径向外切削刃和第一径向内切削刃形成平行四边形的两个相邻的边并且第一拐角切削刃形成平行四边形的拐角，第二切削刀片具有平行四边形形状，其中第二径向外切削刃和第二径向内切削刃形成平行四边形的两个相邻的边并且第二拐角切削刃形成平行四边形的拐角，其中第一切削刀片和第二切削刀片是相同的，并且第一拐角切削刃和第二拐角切削刃被定位在纵向等距的位置处。通过具有相同的刀片，刀片类型的数量可以被减小。平行四边形形状的刀片，即，当前刀面面向观察者时为平行四边形的刀片是车削中常见的刀片形状。刀尖角优选地是35度，诸如对于VBMT刀片。第一切削刀片和第二切削刀片两者的外切削刃和内切削刃是直的；因此刀具可以切削或加工具有直的内壁表面和外壁表面的精加工圆形凹槽，诸如密封环凹槽。借此，每一个切削刀片可以使用两次。借此，第一切削刀片和第二切削刀片可以在使用之后安装在相对的刀座中。这可以是经济的，因为在切削之后第一切削刀片和第二切削刀片的磨损图案将位于不同的部分上。因此，切削刀片消耗可以被减少。通过使第一拐角切削刃和第二拐角切削刃位于纵向等距的位置处，可以形成圆形凹槽的平坦的底表面。
根据一个实施例，可旋转刀具包括径向定位装置，使得第一径向外切削刃和第二径向内切削刃中的至少一个能够被定位在距刀具中心轴线至少两个不同的径向距离处。借此，对具有不同宽度的圆形凹槽可以使用相同的可旋转刀具。
上述目的进一步通过一种通过金属切削而在金属工件中形成圆形凹槽的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供根据本发明或上述实施例中的任一个实施例的可旋转刀具；提供金属工件，该金属工件包括垂直于凹槽中心轴线的表面；将刀具中心轴线设置为平行于凹槽中心轴线并且处在距凹槽中心轴线距离X处；使可旋转刀具绕刀具中心轴线旋转；使刀具中心轴线绕凹槽中心轴线旋转；在向前纵向方向上朝向工件移动可旋转刀具，使得可旋转刀具的切削刃进入金属工件；逐渐地减小距离X并且同时在向前纵向方向上移动可旋转刀具，由此在金属工件中形成圆形凹槽，该圆形凹槽包括：底表面；内壁表面，所述内壁表面由第二径向内切削刃形成；和外壁表面，所述外壁表面由第一径向外切削刃形成；以及开口，所述开口在垂直于圆形凹槽的凹槽中心轴线的工件的表面中。通过在切削期间逐渐地减小距离X，即，从刀具中心轴线到凹槽中心轴线的距离，切屑厚度将被减小，从而提升切削刃的刀具寿命。此外，切削刃将在切削期间具有呈类似于螺旋锥的形式的移动，虽然不是完美的圆形锥。换言之，位于刀具中心轴线处的可旋转刀具的参考点将在切削期间当刀具朝向圆形凹槽的底表面移动时相对于凹槽中心轴线以一定角度移动。该角度大于零。该角度优选地等于或小于圆形凹槽的外壁表面相对于凹槽中心轴线形成的角度。该角度优选地等于圆形凹槽的外壁表面相对于凹槽中心轴线形成的角度或比该角度小多达3度，或者甚至更优选地小0.5-1.5度。换言之，与从凹槽中心轴线到外壁表面的距离在切削期间被减少的程度相比，X在切削期间被减小相同的程度或较小的程度。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括以下步骤：利用拐角切削刃进入工件，以及当拐角切削刃进入工件时，设置X＝(F+P-P’)/2，其中F是当宽度F在垂直于凹槽中心轴线的平面中时圆形凹槽的开口的宽度。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括以下步骤：当拐角切削刃处在圆形凹槽的底表面处时，设置X＝(C+P-P’)/2，其中C是当宽度C在垂直于凹槽中心轴线的平面中时圆形凹槽的底表面的宽度。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括设置P+P’＝2E的步骤，其中E是从凹槽中心轴线到圆形凹槽的中心点的距离。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括设置P≤P’+C/2的步骤，其中C是当宽度C在垂直于凹槽中心轴线的平面中时圆形凹槽的底表面的宽度。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括以下步骤：将第一外刃角度α设置为等于外壁角度γ，该外壁角度γ是外壁表面与凹槽中心轴线形成的角度；将第二内刃角度β’设置为等于内壁角度δ，该内壁角度δ是内壁表面与凹槽中心轴线形成的角度；将第一外刃角度α和第一内刃角度β的和设置为小于外壁角度γ和内壁角度δ的和，将第二外刃角度α’和第二内刃角度β’的和设置为小于外壁角度γ和内壁角度δ的和，以及形成底表面，使得底表面位于垂直于凹槽中心轴线的平面中。这样，至少圆形凹槽的外壁表面的尺寸精度被改进。
根据一个实施例，方法进一步包括形成密封环凹槽的步骤。密封环凹槽具有在22-24度的范围内，优选地为23度的外壁角度和内壁角度两者。优选地，密封环凹槽进一步至少具有以下尺寸特性。F＝5-18mm。H＝3-9mm。C＝1.5-11mm。1.6<F/C<2.8。1.4<F/H<2.2。0.7<H/C<2.0。F是圆形凹槽的开口的宽度，C是圆形凹槽的底表面的宽度，并且H是在平行于凹槽中心轴线的方向上的圆形凹槽的深度，即从底表面到开口的距离。底表面位于垂直于凹槽中心轴线的平面中。底表面以及内壁表面和外壁表面两者之间，形成了具有在0.4-2.4mm范围内的恒定半径的弯曲部。密封环凹槽绕其中心对称。内壁表面和外壁表面是直的且以凹槽的开口比凹槽的底表面宽的方式逐渐缩小。
附图说明
图1是根据本发明的可旋转刀具的透视图。
图2是图1中的可旋转刀具的侧视图。
图3是图1中的可旋转刀具的前视图。
图4是如图1-图3中那样的可旋转刀具的分解透视图，其详细示出了滑动件和切削头。
图5是如图1-图4中那样的可旋转刀具以及工件的侧视图，其中已经通过利用可旋转刀具进行金属切削而形成圆形凹槽。
具体实施方式
在图1-图5中，示出了可旋转刀具1。可旋转刀具1具有呈联接部3的形式的纵向后端，该联接部3适合于联接在机床，诸如CNC机床(例如，加工中心)的机床主轴中。可替代地，其连接到联接在机床主轴中的延伸部或延伸工具。联接部3绕刀具中心轴线大体上对称，该刀具中心轴线是纵向轴线；其也是在加工期间刀具旋转所绕的轴线。联接部3在形状上是圆锥形的，具有在纵向端部处的较窄部分和较靠近刀具的纵向前部的较宽部分。刀具本体部2位于后联接部和纵向前部之间。在前部中，形成了刀座或凹座，第一切削刀片和第二切削刀片5、5’可以通过穿过刀片中的每一个中的中心孔的螺钉而安装在刀座或凹座中。可替代地，刀片可以通过顶部夹具布置在刀座中，该顶部夹具压靠刀片中的每一个的顶表面。顶表面是前刀面，即，在金属切削期间切屑所压靠的表面。与顶表面相反的是底表面，该底表面与刀座接触。用于螺钉的孔在顶表面和底表面中具有开口。每一个切削刀片5、5’的顶表面和底表面通过侧表面连接，该侧表面中的至少一个侧表面在金属切削期间是余隙表面。每一个切削刀片5、5’具有将顶表面和侧表面连接的切削刃6、6’、7、7’、8、8’。每一个刀片在俯视图中，即，前刀面对着观察者，具有平行四边形形状。平行四边形的相对的锐角拐角是35度，其在20-45度的优选范围内。相对的钝角拐角是145度。在平行四边形形状的切削刀片5、5’的锐角拐角处，形成了拐角切削刃8、8’。拐角切削刃8、8’是刀具首先从工件切削切屑的部分。拐角切削刃8、8’是刀具的纵向前端点或纵向前端部，其中刀具中心轴线A2是纵向轴线，并且后联接部3包括纵向后端。
第一刀片和第二刀片5、5’的顶表面位于不同的平面中，即，不在共同平面中。当以前面对着观察者观察可旋转刀具1时，如在图3中看到的那样，第一切削刀片和第二切削刀片5、5’被定位成，即，被安装成相对于彼此倒置。第一切削刀片和第二切削刀片5、5’被定位在刀具中心轴线A2的相对侧。当刀具1绕刀具中心轴线A2旋转180度时，第一切削刀片5处在第二切削刀片5’的开始位置，并且反之亦然。
可旋转刀具1适合于能够以一种方式或者仅在一个旋转方向上绕其中心轴线A2旋转。该方向使得每一个切削刀片5、5’的顶表面在该切削刀片的底表面的前方移动。
可旋转刀具包括径向定位装置30-42，使得第一径向外切削刃6和第二径向内切削刃7’中的至少一个可以被定位在距刀具中心轴线A2至少两个不同的径向距离处。这些径向定位装置在图4中示出，可旋转刀具1包括滑动件30，该滑动件30通过螺钉40形式的固定装置可附接到刀具本体部2，螺钉40能够附接在刀具本体部2中的螺纹孔37中，由此螺钉穿透滑动件中的通孔39。通孔39以穿透螺钉孔39的螺钉40能够附接在两个分离的螺纹孔37中的方式伸长。以这种方式，滑动件30的两个不同的径向位置，即，距刀具中心轴线A2的两个不同的径向距离是可能的。借此，刀具1可以用于加工具有较宽直径范围的圆形凹槽。每一个滑动件30包括后伸长脊38和相对的前附接表面41，该后伸长脊38被布置成定位在刀具本体部2中对应的伸长凹槽33中。每一个附接表面41形成用以保持切削头31。切削头31具有刀座，例如借助于螺钉或夹具，切削刀片5、5’被或能够被夹紧在该刀座中。弯曲支撑件44接壤刀座，该弯曲支撑件44以如下方式弯曲，即：使得当切削时存在足够的间隙，而同时支撑刀片5、5’。切削头31进一步包括附接表面，该附接表面被布置成通过呈螺钉42形式的附接装置安装到，即，牢固地连接到刀具本体部2的附接表面41，该螺钉42形式的附接装置穿透切削头31中的通孔43。作为可旋转刀具1的一部分的两个切削头31的形状不同。更具体地，适合于切削刀片5、5’的刀座以这样的方式而不同，即：使得当安装时，切削刀片5、5’使其各自的径向外切削刃6、6’处于不同的角度。切削头31能够抵靠附接表面41被安装在两个不同的径向位置。借此，刀具1能够用于加工具有较宽直径范围的圆形凹槽。滑动件可以以无级方式被径向地调节，即，设置，即，微细调节。该功能通过如下布置是可能的，其中通过转动穿过拉销36中的螺纹通孔的调节螺钉34，滑动件30通过从拉销36施加的力而径向地移动。在微细调节期间，螺钉40将处在打开位置，即，处在使得滑动件30能够相对于刀具本体部2移动的位置。在微细调节之后，螺钉30被紧固，使得滑动件30被牢固地锁定或附接到刀具本体部2。
在图5中，示出了具有平行四边形形状的刀片5、5’中的每一个被定位成使得径向外切削刃6、6’和径向内切削刃7、7’在纵向向前方向上延伸，即，朝向金属工件20或远离后联接部3延伸，并且通过拐角切削刃8、8’连接。每一个径向内切削刃7、7’被定位在相同刀片5、5’的径向外切削刃6、6’和刀具中心轴线A1之间。第一径向外切削刃6，即第一切削刀片5的组成部分与刀具中心轴线A2形成第一外刃角度α。第一径向内切削刃7，即第一切削刀片5的组成部分与刀具中心轴线A2形成第一内刃角度β。角度α和β如在图5中的那样被测量或确定：旋转刀具1垂直于观察方向布置，使得当观察者观察旋转刀具1时，第一切削刀片和第二切削刀片5、5’在距彼此最大的距离处。然后，旋转刀具1在包括刀具中心轴线A2的平面上投影。然后，角度α和β被测量或确定。以对应的方式，第二切削刀片5’的径向外切削刃6’与刀具中心轴线A2形成第二外刃角度α’，并且第二切削刀片5’的内切削刃6’与刀具中心轴线A2形成第二内刃角度β’。第一切削刀片和第二切削刀片5、5’的径向外切削刃6、6’在位于距刀具中心轴线A2一定距离的区域或点处远离后联接部3会聚，该区域或点比第一切削刀片5的拐角切削刃8更靠近第二切削刀片5’的拐角切削刃8’。第一外刃角度α大于第二外刃角度α’，且第二内刃角度β’大于第一内刃角度β。这样，仅一个切削刃，即，第一切削刀片5的径向外切削刃6将产生或切削圆形凹槽21的外壁表面23的最终形状。以对应的方式，仅一个切削刃，即，第二径向内切削刃7’，即第二切削刀片5’的组成部分，将产生或切削圆形凹槽21的内壁表面22的最终形状。借此，将减少包括切削刀片5、5’的旋转刀具1中的任何尺寸公差或不完美。另外的益处是相同刀片组，例如，具有35度刀尖角的两个刀片，可以用于加工或切削具有不同外壁角度和内壁角度δ、γ的精加工圆形凹槽。图1-图5中的刀片5、5’的刀尖角，即，径向外切削刃6、6’和径向内切削刃7、7’之间的角度是35度，共同的ISO车削刀片名称为VBMT。
在图5中，示出了金属工件20。其示出了如何在加工操作即金属切削之后在工件中形成圆形凹槽21。圆形凹槽21具有凹槽中心轴线A1。圆形凹槽形成在工件20的表面25中并且在工件20的表面25中具有开口，该表面25至少在邻近圆形凹槽25的区域中垂直于凹槽中心轴线A1。圆形凹槽以其在开口处最宽且在底表面24处具有其最窄部分的方式逐渐缩小。底表面24垂直于凹槽中心轴线A1定位。圆形凹槽21具有深度H，该深度H是平行于凹槽中心轴线A1测量的从底表面24到开口，即表面25的距离。圆形凹槽21具有开口的宽度F和底表面的宽度C，两个距离都垂直于凹槽中心轴线测量。开口的宽度F大于底表面的宽度C。优选地，F在范围5-18mm内。优选地，H在范围3-9mm内。优选地，C在范围1.5-11mm内。优选地，1.6<F/C<2.8。优选地，1.4<F/H<2.2。优选地，0.7<H/C<2.0。圆形凹槽21具有内壁表面22，该内壁表面22与凹槽中心轴线A1形成内壁角度δ。圆形凹槽21具有外壁表面23，该外壁表面23与凹槽中心轴线A1形成外壁角度γ。内壁表面22位于外壁表面23和凹槽中心轴线A1之间。
当通过加工或切削生产或制造精加工圆形凹槽时，可旋转刀具1的后联接部3被夹紧在机床主轴中。该可旋转刀具1绕其刀具中心轴线A2旋转，即，第一旋转。优选地，每分钟转数在60转之上。优选地，每分钟转数小于1000。刀具中心轴线被设置成平行于凹槽中心轴线A1，即，平行于待产生的圆形凹槽21的中心轴线A1并且距凹槽中心轴线A1距离X。刀具中心轴线A2且因此可旋转刀具1绕凹槽中心轴线A1旋转。该第二旋转优选地在与旋转刀具1绕其刀具中心轴线A2旋转所沿的旋转方向相反的方向上。这样的益处是较长的刀具寿命。优选地，该第二旋转具有比第一旋转的每分钟转数低的每分钟转数。甚至更优选地，该第二旋转具有在第一旋转的值的1/20至1/200之间的每分钟转数。换言之，当可旋转刀具1绕其刀具中心轴线A2在20和200转之间旋转时，刀具中心轴线A2绕凹槽中心轴线A1旋转1转。两个旋转优选地都至少在切削刀片5、5’在进行切削的操作的那一部分期间具有恒定的值。可旋转刀具1具有在纵向方向上朝向工件20的移动，即纵向进刀。该纵向进刀优选地处在恒定的速率。随着拐角切削刃8、8’到达工件20的表面25，圆形凹槽21的形成开始，即，切削刀片5、5’开始切削，并且来自工件20的切屑被移除。当拐角切削刃8、8’中的至少一个到达圆形凹槽21的底表面24时，在纵向方向上的移动，即，纵向进刀停止。从拐角切削刃8、8’中的至少一个进入切削，即，进入工件中的点开始，直到拐角切削刃8、8’中的至少一个到达圆形凹槽21的底表面24为止，距离X逐渐减小。利用该方法，切屑厚度减小。这给予减少切削时间的增加的切削数据(例如，切削速度)的可能性。所有运动是可旋转刀具1和金属工件20之间的相对运动。优选地，在加工操作或切削期间，金属工件20是静止的，即，不移动。以不同的方式描述，距离L是这样的纵向距离，即，其从圆形凹槽21的底表面24到拐角切削刃8、8’，或者到最靠近底表面24的切削刃8、8’中的那一个切削刃，平行于凹槽中心轴线A1和刀具中心轴线A2。当L等于H时，切削开始。当L等于零时，切削停止。然后，可旋转刀具1缩回，即，在远离圆形凹槽21的底表面24的方向上移动，优选地，在平行于凹槽中心轴线A1的纵向向后方向上移动。
每一个切削刀片5、5’具有刀尖角，即，α+β或者α’+β’，其小于凹槽角度，即，δ+γ。这样，相同组的刀片可以用于具有宽范围的凹槽角度的凹槽。此外，圆形凹槽21的底表面24具有与拐角切削刃8、8’不同的形状。因此，可旋转刀具1不具有与待加工或切削的圆形凹槽21具有相对应的形状的切削刀片5、5’。
优选地，拐角切削刃8、8’纵向地间隔开小于2mm，甚至更优选地小于0.5mm。它们不是必须纵向间隔开。优选地，距离P(作为从刀具中心轴线A2至第一切削刀片5的拐角切削刃8的距离)和距离的P’(作为从刀具中心轴线A2到第二切削刀片5’的拐角切削刃8’)如此相关，即：使得P大于或等于P’。P可以等于P’。P优选地比P’长小于1mm。
径向外切削刃和径向内切削刃6、6’、7、7’具有优选地2-30mm的长度，甚至更优选地4-12mm的长度。可旋转刀具1具有在切削刀片5、5’之间的间隙，换言之，在径向内切削刃7、7’之间没有可旋转刀具1的材料。

Claims (13)

1.一种用于通过金属切削而在金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)的可旋转刀具(1)，包括前端和后端(3)，其中所述可旋转刀具(1)能够在给定的旋转方向上绕刀具中心轴线(A2)旋转，所述刀具中心轴线(A2)是所述可旋转刀具(1)的纵向轴线，所述前端包括两个切削刃(6、7’)，所述两个切削刃(6、7’)被定位在相对侧上并且被定位在距所述刀具中心轴线(A2)一定距离处，
其特征在于，所述两个切削刃包括第一径向外切削刃(6)和第二径向内切削刃(7’)，并且所述可旋转刀具还包括第一径向内切削刃(7)和第二径向外切削刃(6’)，其中所述第一径向外切削刃(6)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距所述刀具中心轴线(A2)更大的径向距离处，并且其中所述第二径向内切削刃(7’)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距所述刀具中心轴线(A2)更小的径向距离处，其中所述第一径向外切削刃(6)与所述刀具中心轴线(A2)形成第一外刃角度(α)，其中所述第一径向内切削刃(7)与所述刀具中心轴线(A2)形成第一内刃角度(β)，其中所述第二径向外切削刃(6’)与所述刀具中心轴线(A2)形成第二外刃角度(α’)，其中所述第二径向内切削刃(7’)与所述刀具中心轴线(A2)形成第二内刃角度(β’)，其中所述第一径向外切削刃(6)和所述第二径向外切削刃(6’)远离所述后端(3)会聚，并且其中所述第一径向内切削刃(7)和所述第二径向内切削刃(7’)朝向所述后端(3)会聚，其中所述第一外刃角度(α)大于所述第二外刃角度(α’)，其中所述第二内刃角度(β’)大于所述第一内刃角度(β)，其中所述第一外刃角度(α)大于所述第一内刃角度(β)，并且其中所述第二外刃角度(α’)小于所述第二内刃角度(β’)。
2.根据权利要求1所述的可旋转刀具(1)，其中所述可旋转刀具(1)还包括第一拐角切削刃(8)和第二拐角切削刃(8’)，其中所述第一径向外切削刃(6)和所述第一径向内切削刃(7)朝向所述第一拐角切削刃(8)会聚并且由所述第一拐角切削刃(8)连接，其中所述第二径向外切削刃(6’)和所述第二径向内切削刃(7’)朝向所述第二拐角切削刃(8’)会聚并且由所述第二拐角切削刃(8’)连接，其中所述第一径向内切削刃(7)和所述第二径向外切削刃(6’)被定位在相对侧上并且被定位在距所述刀具中心轴线(A2)一定距离处，其中所述第一拐角切削刃(8)和所述第二拐角切削刃(8’)被定位在相对侧上并且被定位在距所述刀具中心轴线(A2)一定距离处，其中所述第一拐角切削刃(8)被定位在距所述刀具中心轴线(A2)距离P的位置处，并且其中所述第二拐角切削刃(8’)被定位在距所述刀具中心轴线(A2)距离P’的位置处。
3.根据权利要求2所述的可旋转刀具(1)，其中所述距离P等于或大于所述距离P’。
4.根据权利要求2或3所述的可旋转刀具(1)，其中所述可旋转刀具(1)包括第一切削刀片(5)和第二切削刀片(5’)，其中所述第一切削刀片(5)包括所述第一径向外切削刃(6)、所述第一径向内切削刃(7)和所述第一拐角切削刃(8)，并且其中所述第二切削刀片(5’)包括所述第二径向外切削刃(6’)、所述第二径向内切削刃(7’)和所述第二拐角切削刃(8’)。
5.根据权利要求4所述的可旋转刀具(1)，其中所述第一切削刀片(5)具有平行四边形形状，其中所述第一径向外切削刃(6)和所述第一径向内切削刃(7)形成平行四边形的两个相邻的边并且所述第一拐角切削刃(8)形成平行四边形的拐角，其中所述第二切削刀片(5’)具有平行四边形形状，其中所述第二径向外切削刃(6’)和所述第二径向内切削刃(7’)形成平行四边形的两个相邻的边并且所述第二拐角切削刃(8’)形成平行四边形的拐角，其中所述第一切削刀片(5)和所述第二切削刀片(5’)是相同的，并且其中所述第一拐角切削刃(8)和第二拐角切削刃(8’)被定位在纵向等距的位置处。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的可旋转刀具(1)，其中所述可旋转刀具(1)包括径向定位装置(30-42)，使得所述第一径向外切削刃(6)和第二径向内切削刃(7’)中的至少一个能够被定位在距所述刀具中心轴线(A2)至少两个不同的径向距离处。
7.一种通过金属切削而在金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供用于通过金属切削而在金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)的可旋转刀具(1)，其包括前端和后端(3)，其中所述可旋转刀具(1)能够在给定的旋转方向上绕刀具中心轴线(A2)旋转，所述刀具中心轴线(A2)是所述可旋转刀具(1)的纵向轴线，所述前端包括两个切削刃(6、7’)，所述两个切削刃(6、7’)被定位在相对侧上并且被定位在距所述刀具中心轴线(A2)一定距离处，其中，所述两个切削刃包括第一径向外切削刃(6)和第二径向内切削刃(7’)，其中所述第一径向外切削刃(6)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距所述刀具中心轴线(A2)更大的径向距离处，并且其中所述第二径向内切削刃(7’)相比所述可旋转刀具(1)的任何其它切削刃被定位在距所述刀具中心轴线(A2)更小的径向距离处，
提供金属工件(20)，所述金属工件(20)包括垂直于凹槽中心轴线(A1)的表面(25)，
将所述刀具中心轴线(A2)设置为平行于所述凹槽中心轴线(A1)并且处在距所述凹槽中心轴线(A1)距离X的位置处，
使所述可旋转刀具(1)绕所述刀具中心轴线(A2)旋转，
使所述刀具中心轴线(A2)绕所述凹槽中心轴线(A1)旋转，
在向前纵向方向上朝向所述工件(20)移动所述可旋转刀具(1)，使得所述可旋转刀具(1)的切削刃(6、7’)进入所述金属工件(20)，
逐渐减小所述距离X并且同时在向前纵向方向上移动所述可旋转刀具(1)，
由此在所述金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)，所述圆形凹槽(21)包括：底表面(24)；内壁表面(22)，所述内壁表面(22)由所述第二径向内切削刃(7’)形成；和外壁表面(23)，所述外壁表面(23)由所述第一径向外切削刃(6)形成；以及开口，所述开口位于所述工件(20)的垂直于所述圆形凹槽(21)的凹槽中心轴线(A1)的所述表面(25)中。
8.一种通过金属切削而在金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求2至5中的任一项所述的可旋转刀具(1)，
提供金属工件(20)，所述金属工件(20)包括垂直于凹槽中心轴线(A1)的表面(25)，
将所述刀具中心轴线(A2)设置为平行于所述凹槽中心轴线(A1)并且处在距所述凹槽中心轴线(A1)距离X的位置处，
使所述可旋转刀具(1)绕所述刀具中心轴线(A2)旋转，
使所述刀具中心轴线(A2)绕所述凹槽中心轴线(A1)旋转，
在向前纵向方向上朝向所述工件(20)移动所述可旋转刀具(1)，使得所述可旋转刀具(1)的切削刃(6、7’)进入所述金属工件(20)，
逐渐减小所述距离X并且同时在向前纵向方向上移动所述可旋转刀具(1)，
由此在所述金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)，所述圆形凹槽(21)包括：底表面(24)；内壁表面(22)，所述内壁表面(22)由所述第二径向内切削刃(7’)形成；和外壁表面(23)，所述外壁表面(23)由所述第一径向外切削刃(6)形成；以及开口，所述开口位于所述工件(20)的垂直于所述圆形凹槽(21)的凹槽中心轴线(A1)的所述表面(25)中，
其中所述方法进一步包括以下步骤：利用所述拐角切削刃(8、8’)进入所述工件(20)，以及当所述拐角切削刃(8、8’)进入所述工件(20)时，设置X＝(F+P-P’)/2，其中F是当宽度F在垂直于所述凹槽中心轴线(A1)的平面中时所述圆形凹槽(21)的所述开口的宽度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：当所述拐角切削刃(8、8’)处在所述圆形凹槽(21)的底表面(24)处时，设置X＝(C+P-P’)/2，其中C是当宽度C在垂直于所述凹槽中心轴线(A1)的平面中时所述圆形凹槽(21)的底表面(24)的宽度。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述方法进一步包括设置P+P’＝2E的步骤，其中E是从所述凹槽中心轴线(A1)到所述圆形凹槽(21)的中心点的距离。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述方法进一步包括设置P≤P’+C/2的步骤，其中C是当宽度C在垂直于所述凹槽中心轴线(A1)的平面中时所述圆形凹槽(21)的底表面(24)的宽度。
12.一种通过金属切削而在金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供根据权利要求1至6中的任一项所述的可旋转刀具(1)，
提供金属工件(20)，所述金属工件(20)包括垂直于凹槽中心轴线(A1)的表面(25)，
将所述刀具中心轴线(A2)设置为平行于所述凹槽中心轴线(A1)并且处在距所述凹槽中心轴线(A1)距离X的位置处，
使所述可旋转刀具(1)绕所述刀具中心轴线(A2)旋转，
使所述刀具中心轴线(A2)绕所述凹槽中心轴线(A1)旋转，
在向前纵向方向上朝向所述工件(20)移动所述可旋转刀具(1)，使得所述可旋转刀具(1)的切削刃(6、7’)进入所述金属工件(20)，
逐渐减小所述距离X并且同时在向前纵向方向上移动所述可旋转刀具(1)，
由此在所述金属工件(20)中形成圆形凹槽(21)，所述圆形凹槽(21)包括：底表面(24)；内壁表面(22)，所述内壁表面(22)由所述第二径向内切削刃(7’)形成；和外壁表面(23)，所述外壁表面(23)由所述第一径向外切削刃(6)形成；以及开口，所述开口位于所述工件(20)的垂直于所述圆形凹槽(21)的凹槽中心轴线(A1)的所述表面(25)中，
其中所述方法进一步包括以下步骤：
将所述第一外刃角度(α)设置为等于外壁角度(γ)，所述外壁角度(γ)是所述外壁表面(23)与所述凹槽中心轴线(A1)形成的角度，
将所述第二内刃角度(β’)设置为等于内壁角度(δ)，所述内壁角度(δ)是所述内壁表面(22)与所述凹槽中心轴线(A1)形成的角度，
将所述第一外刃角度(α)和所述第一内刃角度(β)的和设置为小于所述外壁角度(γ)和所述内壁角度(δ)的和，
将所述第二外刃角度(α’)和所述第二内刃角度(β’)的和设置为小于所述外壁角度(γ)和所述内壁角度(δ)的和，以及
形成所述底表面(24)，使得所述底表面(24)定位于垂直于所述凹槽中心轴线(A1)的平面中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法用于形成密封环凹槽。
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