CN1071609C - 带有镶刃夹紧机构的切削工具 - Google Patents

Abstract

一种切削工具组件(1)的夹紧机构(5)，可固定一个用于进行切割、开槽、切槽和仿形加工等操作的切削镶刃(3)。该夹紧机构(5)具有弹性的上、下夹紧爪(7，9)，用来容纳和固定镶刃(3)。切削镶刃(3)具有在其相交处形成一个切削刃(21)的前面和顶面(13，15)，一个背面(25)和相邻的分别与上述前面和背面(13，25)邻接的近侧底面和远侧底面(27，29)，它们构成一个角形的下支座部分(30)。夹紧机构(5)的下夹紧爪(9)包括近侧凹座面和远侧凹座面(59，67)，它们形成一个形状与镶刃(3)的角形支座部分(30)互补的角形的下凹夹爪部分。下夹紧爪(9)的远侧凹座面(67)对近侧凹座面(59)取向以形成一个止动件，用来限制可将镶刃(3)放在夹紧爪(7，9)之间的程度。这一取向还将作用在镶刃(3)上的切削力(F)的一个分力改向其顶面(15)，以便使镶刃(3)的顶面(15)与上夹紧爪(9)的顶凹座面(45)楔形地接合，从而加强夹爪(7，9)施加于镶刃(3)上的夹紧力。

Description

带有镶刃夹紧机构的切削工具

本发明总的涉及一种切削工具，它带有一用于弹性地夹持一可更换的切削镶刃的夹紧机构，本发明尤其涉及这样一种能进行切割、开槽、插削和仿形加工操作的工具，其中切削镶刃和夹紧机构具有互补的支座和凹陷部分，用来增强夹紧的稳定性。

在现有技术中已经众所周知，带有一个切削镶刃的切削工具是可拆卸地固定在一刀夹上的。这种工具可以用在工件相对于切削镶刃旋转以便进行开槽、插削、仿形加工等机加工操作中，甚至可用在通过迫使镶刃的切削刃与旋转的工件接合而切断工件的场合。为了在这类机加工操作中保持高水平的精度，必须在安装过程中将镶刃可靠地定位于刀夹内，而且在机加工操作中将镶刃牢固地保持在其应有的位置上。为此，有时会采用一种穿过镶刃上的一个孔的固定螺钉。另外，也可以采用一种用螺钉操纵的夹紧机构，该机构借助于一个钳形结构来紧固镶刃。

尽管这些螺钉和夹紧机构肯定能将镶刃适当地紧固于一刀夹上，但其会妨碍某些切削加工，比如开深槽时，必须在切削中将镶刃的主体伸入在工件上形成的切口中。在这种操作中，紧固螺钉或夹紧机构超出了镶刃的切削刃的宽度，由于该螺钉或夹紧机构不能进入到正在加工的工件的切槽中，会出现机械干涉。此外，这种紧固螺钉和夹紧机构的采用使得难于快速地给刀夹更换另一个切削镶刃。这是一个显著的缺点，因为由于磨损的原因镶刃必须定期地更换。

由于这些缺点，开发了采用夹紧机构的刀夹组件。这类刀夹组件通常包括一个宽度小于镶刃的切削刃的刀片状刀夹，以允许镶刃深入到旋转的工件中而不发生干涉。一对整体形成的夹紧爪弹性地夹持镶刃的上、下边缘而无需螺钉。在这种装置中，切削镶刃可通过用人工将镶刃插入夹紧机构的夹紧爪之间或从其间取出而快速地安装在夹紧机构内或从其上拆下。在某一机加工操作中，镶刃和夹爪之间的紧固力由通过工件施加在镶刃上的可将镶刃进一步向下推入夹紧机构的夹爪中的压力而得以加强。

尽管这类夹紧的切削工具已经证实了其在增大切削深度和很好地加快更换刀夹机构内的切削镶刃的过程中的效用，但是本发明人已认识到在这种先有技术的装置中至少有两点局限性限制了该装置充分发挥其所有的潜力。第一，尽管此类装置必须有某种措施来切实地防止镶刃在其已经在夹爪之间滑动了所需要的程度之后还在夹紧爪之间进行任何进一步的滑动，本发明人已观察到用于此目的的镶刃和夹爪之间的止动面的相对尺寸通常小于镶刃和夹爪之间的整个接触面。使用这种小的止动面又可损害夹紧机构将镶刃固定在沿其插入轨迹的一个理想位置上的能力，而这又能降低在工件中所得到的切口的质量和精度。

第二，本发明人已经认识到这种先有技术的夹紧机构在有大的横向力作用于镶刃上时，有时不会适当地将镶刃固定在夹紧爪之间，例如在仿形加工的情况下难免出现大的横向力。一些先有技术的设计试图通过采用夹紧爪和镶刃的凹陷表面之间的相互配合的V形槽和轨道得到所需要的横向稳定性。但是，相互配合的V形槽和轨道的总长度在进行某些切削加工时不足以保持所需要的横向稳定性。其它的先有技术设计试图通过采用在镶刃背面和夹爪后表面之间的相互配合的V形槽和轨道来增加横向稳定性(或者在本领域中公知的“侧载刚度”)。尽管这种设计确实增加了镶刃在夹紧机构中的侧载刚度，但由于后表面此时必须接触镶刃的背面，通常出现在夹爪根部的“C”形凹槽会被消失，而且降低了上、下夹爪的弹性。该降低的弹性使得难以用人工在夹爪间装入或拆下镶刃，并且额外增加了实现镶刃更换所必需的时间。更糟的是，夹紧机构内由镶刃的更换操作而产生的应力能导致将上、下夹爪固定在一起的金属发生开裂和损坏。

题为“金属切削镶刃”的美国专利No.5,085,541涉及一种安装在一刀夹内的切削镶刃，其中刀夹夹紧部的底面是倾斜的，从而施加在切削镶刃尖端上的力将镶刃推靠在刀夹的后壁上。尽管这种结构设有一个位于镶刃和夹紧爪之间的强制止动面，然而一旦接触强制止动面就作用在切削镶刃上的切削刀不会给镶刃提供任何额外的夹紧力。

显然，需要有一种改进的夹紧式切削工具，它在镶刃和夹爪之间具有一可靠的止动面，以便防止损害所得到的切口的精度。理想的情形是，这种改进的切削工具应给位于夹爪之间的镶刃提供足够的侧载刚度，以使其不会相对于夹爪移动，即使在镶刃经受特别大的横向力的仿形加工过程中也能如此。最后，该侧载刚度的获得应不减小夹紧机构的上、下夹爪之间的弹性，以使镶刃能人工地安装或拆卸而不致于对夹紧机构产生潜在的有害应力。

总而言之，本发明涉及一种用来在一旋转的工件上进行切削、开槽、插削和仿形加工操作的切削工具组件，它具有一个夹紧机构，用来弹性地夹持可更换的切削镶刃。该工具组件克服了前面提及的与先有技术相关的缺点。

本发明的切削工具组件包括一个多边形的镶刃，它有在其交汇处限定了一个切削刃的前面和顶面，一个背面以及相邻的与前面和背面毗邻的近侧底面和远侧底面，它们共同构成一个下角形支座部分；以及一个夹紧机构，它包括用来弹性地纳入并固定镶刃的上、下夹紧爪。下夹紧爪包括近侧凹座面和远侧凹座面，它们构成一个互补的角爪部分，用以接纳镶刃的下角形支座部分。

远侧凹座面相对于在切削加工过程中作用在镶刃的切削刃上的力横向地取向，并提供一个用来限制镶刃可容放在夹紧爪之间的尺寸的止动件。由于镶刃远侧底面的长度介于近侧底面长度的60％到80％之间，远侧凹座面在镶刃和夹紧机构之间提供了一个较大的止动力。

可以选择远侧凹座面和近侧凹座面的相对角度，以将切削力的一个分力改向为作用在镶刃的上部上，以便使镶刃的顶面与位于上夹紧爪内的一个凹座面楔形地接合，由此加强夹紧爪施加于镶刃上的横向夹紧力。

为了进一步增强切削镶刃和夹紧机构之间的横向夹紧力，在上、下夹紧爪的所有三个凹座面和切削镶刃的顶面和底面之间设有形状互补的V形槽和轨道。这样得到的镶刃的侧载刚度使本发明的工具组件特别适合进行在镶刃以及周围的夹紧机构之间施加较大的横向力的仿形加工。

为了给夹爪提供增强的弹性，在上、下夹紧爪的连接部分之间设有一个切口部分。这种由切口部分提供给夹紧爪的增强的弹性使得工具组件的这些元件之间的可靠的夹紧借助于施加在镶刃上的少许人工力就能实现。

上夹紧爪的凹座面可相对于下夹紧爪的近侧凹座面倾斜大约2°到10°，以致当用人工将镶刃推在弹性夹爪之间时，上、下夹爪在其间能楔形地固定镶刃。最后，上夹紧爪包括一个倾斜的近侧端，以便易于去除切屑，并且易于使冷却剂到达切削刃和运动工件之间的交界面。

以下是附图的简要说明：

图1是本发明的切削工具组件的分解透视图，示出了一个切削镶刃是如何容纳在一个夹紧机构的上、下夹爪之间的；

图2是用在本发明的切削工具组件中的切削镶刃的侧视图；

图3是图2中所示的镶刃沿线3-3的顶视图；

图4是图2中所示的镶刃沿线4-4的底视图；

图5是图2中所示的镶刃沿线5-5的前视图；

图6是图2中所示的镶刃沿线6-6的后视图。

图7A是切削工具组件的夹紧机构的一个第一实施例的顶视图；

图7B是图7A中所示夹紧机构的侧视图；

图8A是用在本发明的切削工具组件中的夹紧机构的一个第二实施例的顶视图；

图8B是图8A中所示的夹紧机构的侧视图；

图9是切削镶刃顶面的近侧部分的放大的侧视剖视图，示出了镶刃的切削刃后面的断屑槽的轮廓；以及

图10是本发明的切削工具组件的侧视图，示出了切削镶刃是如何装配在夹紧机构的上、下夹爪之间的，而且进一步地示出了在一个切削过程中作用于镶刃上的一个切削力相对于夹紧机构的下夹爪的远侧凹座面的夹角范围。

参照图1，其中类似的元件在所有图中仍表示同一类元件。本发明的切削工具组件1通常包括一个多边形的切削镶刃3，它可容放在一个夹紧机构5中或从其中取出。正如将在以后详述的那样，该镶刃牢固地而且弹性地夹持在夹紧机构5的一个上夹爪7和一个下夹爪9之间，而无需夹紧螺钉或用螺钉操纵的镶刃夹具。

参照图2至图6，本发明的切削镶刃3包括一个前面13和一个顶面15，该顶面具有一个如图所示的前倾的近侧部分17和一个后倾的远侧部分19。在顶面15的近侧部分17和前面13之间形成一个切削刃21。顶面15的远侧部分19包括一个V形浅槽23，其轮廓可在图6中清楚看出。该V形槽23在顶面15的近侧部分17和镶刃3的背面25之间延伸。

镶刃3还包括一个近侧底面27，其与一个远侧底面29互相联接，构成一个凸出的角形支座部分30。近侧、远侧底面27和29的另一端分别与前面13和背面25邻接。和前面所讨论的顶面15的远侧部分一样，近侧、远侧底面27和29各自分别包括V形的浅槽31和33。这些槽31，33的轮廓可分别在图5和图6中清楚地看出。

在较佳实施例中，近侧、远侧底面27和29之间的夹角A在大约100°到160°之间，最好在大约125°到135°之间。另外，为了保证整个底面用作一止动面所必需的量，远侧底面29的长度在近侧底面27的长度的大约50％到100％之间，最好在该长度的大约60％到80％之间。在此特定的较佳实施例中，远侧底面29的长度大约是近侧底面27的长度的70％。前面13、顶面15、背面25和底面27,29由基本上是平的侧面25a,b互联在一起，如图所示。尽管顶面15的远侧部分19和镶刃的近侧底面27似乎是平行的，但是它们彼此相对地倾斜5°，以更紧密地装配在夹紧机构5中。

现在参照图1、7A和7B，本发明的夹紧机构5的第一实施例包括一个位于其一端的刀片状的镶刃夹持部分40和一个位于其另一端的连接块42。该连接块42将切削工具组件固定在另一个工具(未示出)上，此工具将镶刃3伸向一个旋转的工件(亦未示出)或从该旋转工件移开。

上夹紧爪7包括一个具有一V形轨道46的顶凹座面45，轨道46的各边与位于镶刃3的顶面15中的V形槽23在形状上互补。该V形轨道46可具有一个居于中心的平面部分48，用来防止在轨道46的中心与相应的V形槽23的顶点之间出现刃形触点。更肯定地说，当将镶刃装入夹紧机构5的夹持部分40内时，平面部分48的存在保证了在V形轨道46的各边和顶部V形槽23的各边之间形成面-面接触。顶部凹座面45的内边缘终止于一个C形的切口部分50，该切口部分的存在增加了整体地连在一起的上、下夹爪7和9之间的弹性。顶部凹座面45的外边缘终止于上夹爪7的外部54。夹爪外部54如图7B中所示的倾斜，以避免妨碍机加工操作中切屑的形成和断开，或者妨碍在位于镶刃3的切削刃21和一旋转工件之间的界面处施加冷却剂流(未示出)。

夹紧机构5的下夹紧爪9包括一个近侧凹座面59，该凹座面上有一V形导轨61，其上有一沿纵向取向的平面部分63，目的与讨论顶部凹座面45的轨道46时所说的一样。近侧凹座面59相对于前面66成一“C”角地设置，该角度最好小于90°。近侧凹座面59的内端终止于一个倾斜的导入面65(在图1中可清楚地看到)，而其外端终止于夹紧机构5的镶刃夹持部分40的前面66。

下夹紧爪9还包括一个远侧凹座面67，该凹座面同样包括一个V形导轨69，其上设有一沿纵向延伸的平面部分71，其原因与相对于V形导轨46所给出的一样。当然，V形导轨69的侧面在形状上与镶刃3的远侧底面29上的V形槽33互补。V形导轨69的外端终止于一倾斜的导入面73(从图1中可以清楚地看见)，而该导轨69的内端终止于C形切口部分50的底部。正如在图1和7B中清楚地示出的那样，在近侧、远侧凹座面59和67之间设置一弧形凹槽75，以利于下夹爪9的加工，并且用于提供刀具后角。总之，近侧、远侧凹座面59和67在下夹爪9中形成了一个凹槽，它与镶刃3的角形凸出部分30在形状上互补。尽管在这个较佳实施例中将槽和导轨描述为V形，但是可以采用任一种不同形状的导轨和槽，比如能相互配合的凸形和凹形弯曲形状并可有同样的优点。

图8A和8B中所示的夹紧机构5的实施例与相对于图1、7A和7B描述的夹紧机构5一样，但有两点不同。第一，图8A和8B中所示的实施例包括一伸入连接块43中的细长槽部分52，以替代先前描述的在上、下夹爪7和9之间的C形切口部分50。第二，为了调节夹爪7,9施加于镶刃3上的夹紧力，在连接块43中设置了一个穿过细长槽部分52的紧固螺栓76。图8A和8B的夹紧机构5的实施例适用于在一工件中形成相对较浅的槽或切口。尽管紧固螺栓76的设置允许夹爪7,9比图7A和7B中所示夹紧机构5的夹爪7、9更紧地将镶刃3夹住，但它也限制了镶刃3可伸进工件上的切槽的距离。

在图7A、7B、8A和8B中示出的夹紧机构5的两个实施例中，应当注意到顶部凹座面45并不平行于近侧凹座面59，相反它相对于此面倾斜一小的角度B。在较佳实施例中，角B在2°到10°之间，最好约为4°左右。在上夹爪7的顶部凹座面45和下夹爪9的近侧凹座面59之间的小角度的存在允许当人工地将镶刃3插入夹紧机构5的镶刃夹持部分40中时弹性夹爪7和9以楔形有摩擦地接合镶刃3的顶面15的远侧部分19和远侧底面27。为了充分地获得这种楔形的摩擦接合的好处，使镶刃顶面15的远侧部分19和镶刃3的近侧底面27同样从平行方向倾斜一个角度，其值在大约2°到10°之间较好，最好约为5°左右(或者比夹爪7和9的凹座面之间的角度B大1°)。当夹爪7,9弹性地分开以接纳镶刃3时，这种倾斜会导致上、下夹爪7,9和切削镶刃3之间的可靠接触。

现在参照图9，镶刃3最好包括一个恰好位于切削刃21的后面用以形成一前倾面的刃背79和一个紧接在刃背79后面的断屑槽81。断屑槽81的后缘终止于一个断屑壁83，壁83高于切削刃21。在切削过程中，由切削刃21和刃背79限定的前倾面将金属屑导入断屑槽81中，断屑槽81又将金属屑向上卷到断屑壁83上。形成切屑的金属的卷曲和加工硬化使切屑碎断成不会妨碍镶刃3的切削操作的小段。然而，本发明的夹紧装置对许多种切削刃和切屑控制的几何结构同样有效，而这种构形仅作为许多可能构形中的一个例子被列举出来。

可以参照图10最清楚地了解本发明的切削工具组件1的操作。在进行机加工之前，用人工将一镶刃3推入夹紧机构5的上、下夹爪7和9之间。为此，在夹紧机构5的图7A和7B所示的实施例中，可采用一端可转动地插入孔78中的一个臂状工具(未示出)，在夹紧机构5的图8A-8B所示的实施例中，可将夹紧螺栓76旋松，从而使这种人工安装易于进行。整体地连接的上、下夹爪7和9的弹性，联同前述的在顶部凹座面45和近侧凹座面59之间的夹角B的楔形效应将夹爪7,9间的镶刃牢牢地夹住。在夹紧机构5的图8A-8B所示的实施例中，通过旋紧螺栓76可进一步增大该夹紧力。此外，在形状基本上互补的顶面V形槽23和近侧底面V形槽31与在顶凹座面45和近侧底凹座面59上存在的轨道之间的交互作用有助于克服切削加工中难免作用在镶刃3和夹紧机构5之间的横向力而紧固镶刃3。

镶刃3可用同样的臂形工具从夹紧机构5中取下。在图8A-8B的实施例中，可通过松开紧固螺栓76从夹紧机构5中取出镶刃3。

当将镶刃3推到在上、下夹爪7、9之间的所要求的最大程度时，如图10所示，在两个实施例中，远侧底面29和下夹爪的远侧凹座面67形成牢固而且可靠的接合。当切削刃21嵌入旋转的工件时，会产生一个由矢量F表示的力。这个力沿与夹紧机构5的前面66成约15°至45°的方向作用在切削刃21上。此力最常见的方向是与前面66成约26°。可以优化顶部凹座面45和远侧底面29之间的夹角，以提供一可靠的止动，但同时又允许此力的分力有效地将镶刃3推入夹紧机构5。此角度即角D，在22°和90°之间，最好在大约45°至65°之间。在此特定的较佳实施例中，此角为55°。在这种情况下，切削加工中产生的这个作用力会进一步地将镶刃3固定在夹紧机构5中。

下夹爪9的近侧凹座面59的取向使得施加在镶刃上的切削力将镶刃3向下推入凹座中，紧靠远侧凹座面67。近侧凹座面59和远侧凹座面67之间的夹角，即角E，在100°至160°之间，优选在125°至135°之间，最佳的角度值为130°。

面27和29之间的夹角起向上偏移镶刃3的作用，由此使镶刃前面13的远侧部分19更紧密地接合上夹爪7的顶部凹座面45。因此，当将合力F的一个分力转向为一个在镶刃的顶部19和顶凹座面45之间的更紧更可靠的夹紧力时，下夹爪9的远侧凹座面67同时对镶刃3充当一个可靠的而且尺寸较大的止动面。

虽然对本领域中的技术人员而言显然可以对本发明作出各种不同的变化、改进和增加，但是所有这些变化、改进和增加都应被视为包含在本专利的范围内，而本专利的范围只由后附的权利要求书限定。

Claims (10)

1．一种用来进行切削操作的切削工具组件，包括：

一个切削镶刃，它具有在其相交处构成一个切削刃的前面和顶面以及一个背面；

一个夹紧机构，它包括上、下夹紧爪，用来接纳和弹性地固定上述镶刃，

其特征为，上述切削镶刃具有分别与上述前面和后面邻接的相邻的近侧底面和远侧底面，它们限定出一个角形的下支座部分；

上述夹紧机构的上述下夹紧爪具有近侧凹座面和远侧凹座面，它们形成了一个角形的下凹夹紧部分，用以接纳上述的构成上述镶刃的上述角形下支座部分的近侧底面和远侧底面；

上述镶刃的上述远侧底面的长度约为上述近侧底面长度的50％至100％，以及

上述远侧凹座面构成一个用来限制将上述镶刃装入上述夹紧爪内的程度的止动件。

2．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述的上夹紧爪包括一个顶部凹座面，用以容纳上述镶刃的上述顶面，而上述夹紧爪的一个或两个上述凹座面，或者上述镶刃的上述顶面和底面包括至少一个槽；上述夹紧爪的一个或两个上述凹座面，或者上述镶刃的上述顶面和底面包括至少一个可容纳在上述槽内的轨道，用以给在上述夹紧机构内的镶刃提供横向稳定性。

3．如权利要求2所述的切削工具组件，其特征在于，上述的至少一个槽和上述的至少一个轨道在剖视图中呈V形。

4．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述的上夹紧爪包括一个凹座面，此凹座面相对于上述下夹紧爪的上述近侧凹座面倾斜大约2°至10°，以使上述的上、下夹紧爪将上述镶刃楔形地固定于其间。

5．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述的远侧凹座面与上述近侧凹座面成一角度，以便改变所述力的一个分力的方向，从而使上述镶刃的上述顶面与上述上夹紧爪上的一个凹座面楔形地接合。

6．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述夹紧机构的上述角形的下凹夹爪部分与上述镶刃的上述角形下支座部分在形状上基本互补。

7．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述下夹紧爪包括一个位于上述近侧凹座面和远侧凹座面之间的弧形凹槽。

8．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，夹紧机构还包括一个位于上述下夹紧爪的上述远侧凹座面和上述上夹紧爪的上述顶凹座面之间的切口部分，用来在上述夹紧爪之间提供加强的弹性。

9．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述的上夹紧爪包括一个倾斜的近侧端，用以便于使切削操作中难免的切屑排出和使冷却剂容易进入。

10．如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，上述的下夹紧爪包括一个在切削操作中基本上垂直地取向的前面，并且所述前面与所述的近侧凹座面相邻接并以一大约为75°至85°的角取向。

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