CN108136519B - 精铣工具，特别是立铣刀 - Google Patents

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Abstract

一种精加工工具，其设置为在通过相对于工件表面进给的同时绕工具轴线在预定旋转方向上旋转的铣削运动中用于平面地去除工件表面上的材料并整平工件表面且具有至少一个切削操作的铣削刃，铣削刃在关于工具轴线旋转对称的圆周面上连续且无中断地相对于工具轴线轴向延伸一定的轴向长度且在铣削运动时使工件切屑在其整个轴向长度上以相对于工具轴线径向切削的啮合深度从工件表面去除；和至少一个非切削操作的挤压刀柱该刀柱在关于工具轴线旋转对称的圆周面上连续且无中断地相对于工具轴线轴向延伸一定的轴向长度且在铣削运动时在其整个轴向长度上以相对于工具轴线径向非切削的啮合深度按压进由相关联的铣削刃切削加工的工件表面中并整平工件表面。

Description

精铣工具，特别是立铣刀
本发明涉及一种工具，特别是立铣刀。
立铣刀(end mill)被设置用于平面地去除(Abtragen)工件表面上的材料，并为此通过在沿着工件表面，通常平行于工件表面的相对于工件表面进给的同时立铣刀在预定的旋转方向绕工具轴线旋转的铣削运动中运动。立铣刀通常具有沿工具轴线的细长的、基本上为圆柱状的刀柄和邻接的刀头部分，该刀头部分具有带圆周铣削刃的圆周区域和带或不带端面铣削刃的端面。立铣刀在背离刀头部分的端部处具有用于夹紧到与机床关联的工具凹槽中的夹紧区域。
为了实现平面地切削去除材料，圆周铣削刃在关于工具轴线旋转对称的、通常为圆柱状的圆周表面上连续且无中断地相对于工具轴线(或在工具轴线的投影上)轴向地延伸一定的轴向长度，并且基本上在其整个轴向长度以相对于工具轴线径向的啮合深度(Eingriffstiefe)啮合进工件表面中。在此，铣削刃的轴向长度明显大于径向的啮合深度，通常至少大5至10倍。虽然圆周铣削刃也可以平行于工具轴线笔直地延伸，但通常绕工具轴线以一定的扭转角扭转延伸或为构造成螺旋形的。表征为铣削加工的铣削刃的不连续切削通过铣削运动得以进行，这种不连续的切削会导致在表面上进行工件切屑的去除(Abheben)。
鉴于被加工的表面的表面质量有粗铣刀和精铣刀之分，一方面，在具有粗加工刀刃的粗铣刀中，在去除的切屑(或：切屑体积)较大的情况下通过较大的进给产生较粗糙的表面，而在另一方面，在具有光滑的精加工刀刃的精铣刀中，在去除的切屑较小的情况下通过较小的进给产生更精细的或更光滑的表面。
为了进行粗铣加工，圆周铣削刃在径向方向上除了光滑的且不具有转折点(其中曲率在符号上改变的点)的结构外有时也可以构造成具有突起和凹陷(或：峰和谷)以及其间有转折点的稍微弯曲的。在波浪形刀刃中，在粗铣刀上设置的突起继而构成圆形的排屑槽，基于这些排屑槽使切屑分散开，由此使较大的切屑体积或更深地啮合进工件中得到较大的切屑成为可能。
与此相比，为了进行精铣加工，立铣刀的圆周铣削刃通常在径向方向上被构造成光滑的且无转折点，以便在精加工时能够在工件上实现高的表面质量或相应光滑的表面。因此，精铣削刃被构造成光滑的且没有排屑槽。
最后，还存在具有平的排屑槽的半精铣刀该排屑槽位于假想的直线上且被通常为圆形的凹陷彼此分开。
在全部的三种铣刀类型，即粗铣刀、精铣刀和半精铣刀中，每个铣削刃均在其整个长度上进行切削。因此，径向的啮合深度比粗铣刀和半精铣刀的铣削刃中的凹陷深，或者换而言之大于突起的高度，使得材料在工件表面的整个区域上被平面地去除，铣削刃沿着工件表面的整个区域移动，其中突起仅充当用于被去除的切屑的排屑槽。
从EP 2 058 074 A1中公开了一种用于切削加工工件的铣刀，该铣刀具有带铣削区域的圆柱形工具刀柄，该铣削区域具有至少一个铣削刃。铣削刃位于铣刀的圆周方向上，并以相对于铣刀的中心轴线设置的螺旋角在螺纹中延伸，其中切屑排放凹槽通过起始于铣削刃的后刀面分别邻接铣削刃，以用于排放待加工的工件在铣削加工时产生的切屑。后刀面的至少一部分设置有粗切齿，该粗切齿起始于切削刃并从铣刀的圆周方向上看延伸经过相应的切屑排放凹槽的横截面的至少一部分。粗切齿在螺纹的纵向方向上被构造成后刀面的粗糙化的表面，并且特别具有锯齿形边，该锯齿形边交替地具有峰和谷。
从DE 20 2006 013 594 U1中已知一种组合的粗/精铣刀，其中铣削面在铣刀的圆周方向上位于螺纹上，并且在每种情况下，一个螺纹设置有粗加工面且另一个螺纹设置有光滑的精加工面，或者螺纹的铣削面交替设置有粗加工区域和精加工区域。
DE-PS 1 137 284公开了一种铣刀，其具有经过铲齿加工或经过铲磨加工的螺纹形布置的齿，这些齿分别并排位于各个柱(Stollen)上，其中在每个齿柱上螺纹状地交替布置了圆形的粗齿和扁平的精齿，其中粗齿与其相邻布置的精齿的连续距离的大小是不同的。这样一来，从圆形的粗齿上切除的较大切屑比从平的精齿上切除的切屑要多得多。
从CH 638 126 A5中已知一种借助滚动运动通过非切削成形来精加工孔的工具，该工具具有至少一个支承成形件的、布置在保持件的栓柱上的刀头，其中栓柱上的刀头可绕倾斜于保持件的轴线的轴线旋转，并且其中各成形件的加工面位于刀头的假想的球形包壳上。
从EP 1 669 149 B1中已知一种螺纹工具和一种用于制造螺纹的方法。该螺纹工具在螺纹制造区域具有至少一个切削加工操作的螺纹铣削齿以及至少一个非切削成形操作的螺纹成形齿或螺纹成形楔。在制造螺纹时，螺纹铣削齿和螺纹成形齿一起绕工具轴线旋转并布置为沿着螺纹制造区域的外圆周在旋转方向上绕工具轴线彼此或一个接一个地或接连地偏移，并由此在旋转时交替地啮合进工件表面中。在这种情况下，螺纹铣削齿和螺纹成形齿制造螺纹轮廓(螺纹横截面)的不同轮廓部分，即螺纹铣削齿和螺纹成形齿的作用轮廓与加工好的螺纹轮廓相互补充。在每种情况下，众多以螺距彼此轴向隔开的螺纹铣削齿和螺纹成形齿各自布置在相对于工具轴线的轴向的行中，其中这些行可以绕工具轴线扭转或者也可以构造成直的且平行于工具轴线延伸。从轴向来看，在螺纹铣削齿之间且同样在螺纹成形齿之间形成间隙，在这些间隙中工件表面不被加工处理，以便只制造所期望的螺纹(其具有所期望的螺距)并且工件的材料仍然保留在其间。由于在有螺距的情况下倾斜，各螺纹切削齿的各螺纹铣削刃或各螺纹成形齿的螺纹成形刀柱的轴向长度略小于螺纹的宽度，并且仅大约和由齿高确定的径向的啮合深度一样大。此外，螺纹铣削齿的铣削刃和螺纹成形齿的成形刀柱(Formsteg)由于它们根据螺距和其螺纹作用轮廓的倾斜而不在关于工具轴线旋转对称的、特别是圆柱形的圆周面上。该螺纹工具以特殊的圆周运动进行运动，该圆周运动由与螺距和螺纹直径相配合的绕螺纹轴线的螺旋运动和绕工具轴线较快的旋转组成，并且在通常的螺纹铣削加工时具有精确保持的径向啮合深度。
为此，在根据EP 1 669 149 B1的工具中涉及一种非常特殊的螺纹工具，其不适合用于如立铣刀那样平面地去除工件表面上的材料，而是只能用于在特殊的螺纹铣削运动中生成螺纹。
在某些应用中期望的是，部件一方面由坚固地(massiv)材料制成，另一方面应满足高光学和触觉要求，例如移动电话的高质量的铝外壳。因此，在这种情况下应制造出具有非常高的表面质量的极好的表面。如果要从材料铣削加工出具有这样良好表面的这种零件，则到目前为止需要用更精细加工的精铣工具在一个或更多个后续工序中对部件进行再加工处理，以制造出具有改善的尺寸精度和形状精度或表面质量的更光滑的表面。这种精加工也可以设置为抛光做准备。但是这还需要多种不同的工具和工序。
因此，本发明的任务在于提供一种新的精加工工具，特别是在一道工序中加工具有高表面质量的工件表面的精加工工具。
特别地，根据本发明的适合于实现该任务的实施形式和对象在下文中进行说明。
根据本发明的可要求保护的特征组合和对象不限于所选择的内容和所选择的实施方案的引用关系。实际上，本发明的实施方案的每个特征，甚至与其引用关系无关，也可以与实施方案中的一个或更多个其它特征任意地组合来要求保护。此外，在说明书或附图中描述的或公开的各个特征可以自身独立地、或与其所处的上下文分开单独地、或与在说明书或附图中描述的或公开的一个或更多个其它特征任意组合地来要求保护。
根据本发明的精加工工具，特别是精立铣刀，适合且设置在通过相对于工件表面进给的同时在预定的旋转方向上绕工具轴线旋转的铣削运动中用于平面地去除工件表面上的材料并用于整平工件表面，并且具有至少一个切削操作的铣削刃和至少一个非切削操作的挤压刀柱(Drücksteg)。各铣削刃在关于工具轴线旋转对称的圆周面上连续且无中断地相对于工具轴线轴向地延伸一定的轴向长度，并被设计成使得铣削刃在铣削运动时在其整个轴向长度上以相对于工具轴线径向切削的啮合深度将工件切屑从工件表面去除。
每个挤压刀柱在关于工具轴线旋转对称的圆周面上连续且无中断地相对于工具轴线轴向地延伸一定的轴向长度，并被设计成使得挤压刀柱在铣削运动时在其整个轴向长度上以相对于工具轴线径向非切削的啮合深度按压进被相关联的铣削刃切削加工的工件表面中并整平和/或压实(verdichtet)工件表面。在旋转方向上看，至少一个挤压刀柱布置成以齿距角紧跟在相关联的铣削刃之后。
在特别是根据下文的实施形式中，轴向长度比切削的啮合深度大至少5倍，特别是8倍且比非切削的啮合深度大至少10倍，特别是16倍。这种实施形式不包括螺纹铣刀，螺纹铣刀的螺纹刀刃明显更短，并且这些螺纹铣刀也不是具有根据本发明的特征的精加工工具。
在特别是根据下文的实施形式中，各铣削刃和各挤压刀柱的圆周面在轴向长度上具有相对于工具轴线的恒定的径向距离，即，特别是圆柱形的。该实施形式特别地从立铣刀得出或可与立铣刀类似。
在特别是根据下文的实施形式中，各铣削刃和各挤压刀柱的圆周面在轴向长度上具有相对于工具轴线的径向距离，该径向距离沿优选离开端面取向的轴向方向单调递增。特别地，这包括球形部分，其最大与例如球形铣刀中出现的半球体一样大，或者如斜角铣刀中的圆锥形状或者例如成形铣刀中的凹状或凸状弯曲的形状。这不包括螺纹铣刀，这些螺纹铣刀的刀刃形状首先单调递增并随后又单调递减。
“连续的”铣削刃和“连续的”挤压刀柱“无中断”是指在加工时，铣削刃和挤压刀柱分别在其整个长度上连续地啮合进工件材料中。
根据本发明的精加工工具是一种组合工具，其在铣削运动中既切削地(或：切削加工地)又非切削地(或：成形地，塑性变形地，使其平整地)操作，即通过在沿着表面，优选垂直于工具轴线进行进给运动的同时围绕自身的工具轴线进行旋转运动来操作。
在此，本发明基于这样的考虑，即在旋转方向上依次布置切削加工区域和非切削加工区域，使得切削加工区域和非切削加工区域在精加工工具绕工具轴线旋转时依次啮合进工件中。在加工工件时按照这种顺序交替地首先对工件进行切割，然后整平和/或压实。也就是说，这涉及根据本发明的精加工工具的间歇的或不连续的加工方式，其中待加工的工件表面同时被铣削并在这不久之后就被非切削地整平和/或压实。这种精加工工具的优点在于，工件在加工完之后具有很高的表面质量。通过这种方式制造的表面呈现出打磨直至抛光的效果。
在用于平面地去除工件表面上的材料并整平和/或压实工件表面的方法中，在本发明的另一方面借助根据本发明的精加工工具进行加工，该精加工工具在铣削运动中在预定的旋转方向上绕其工具轴线转动并且同时在相对于工件表面的进给运动中移动，其中进给运动在去除材料时仅在垂直于工具轴线的方向或平面中进行和/或不包含相对于工具轴线的轴向的运动分量。这对应于沿着表面的铣削加工并且在加工方式上基本上不同于螺纹铣削。
在优选的实施形式中，每个挤压刀柱通过第一分离槽(在圆周方向)与具有沿旋转方向的前一个相关联的铣削刃的铣削刀柱分开，该第一分离槽被特别设置成用作冷却槽和/或润滑槽，以便将冷却剂和/或润滑剂供给到挤压刀柱和/或挤压面。
在另一个优选的实施形式中，每个铣削刀柱通过第二分离槽与沿旋转方向上的后一个挤压刀柱分开，该第二分离槽被特别设置成用作排屑槽，以便将切屑从铣削刃排出。
优选地，第一分离槽，特别是冷却槽和/或润滑槽具有径向的槽深度，该槽深度比第二分离槽，特别是排屑槽的径向槽深度小，优选小10％至35％。
在特别有利的实施形式中，挤压刀柱8)有挤压面，其距离工具轴线的径向距离反向于旋转方向而增加，特别增加至在挤压面的从旋转方向上看的后部区域中的挤压刀锋(Drückgrat)。特别地，这种增加基本上是线性的。优选地，最大的径向距离和最小的径向距离之间的差值定义最大的非切削的啮合深度。
在一种实施形式中，反向于旋转方向来看，在挤压面或挤压刀锋上邻接后刀面或者在其上直接邻接与分离槽，特别是排屑槽相邻的挤压刀柱的背表面
在一种实施形式中，从旋转方向来看，在挤压面的前面布置径向向内延伸的挤压刀柱的前表面，该前表面与冷却槽和/或润滑槽相邻。
在此，挤压面的成形角可以在-5°和-50°之间选择，和/或挤压刀柱的后刀面的后角(Freiwinkel)可以在5°和60°之间选择，和/或挤压刀柱的前表面的倾斜角可以在-15°和-85°之间选择。
优选地，每个铣削刃都构造在铣削刀柱上。
在一种实施形式中，反向于旋转方向来看，在铣削刃上邻接了后刀面和/或与分离槽，特别是与冷却槽和/或润滑槽相邻的背表面，特别是铣削刀柱的背表面。
在一种实施形式中，从旋转方向来看，在铣削刃前面布置了与排屑槽相邻的切削面。切削面的切削角可以从0°至20°，例如5°至10°的范围中选择，和/或铣削刀柱的后刀面的后角可以在4°和45°之间选择。
在特别有利的实施形式中，铣削刃与在旋转方向上看直接紧随其后的挤压面，特别是与挤压面的挤压刀锋之间的齿距角比挤压面，特别是挤压面的挤压刀锋与在旋转方向上看直接在其后的铣削刃之间的齿距角小，例如小5％至30％。
在特别有利的且优选的实施形式中，在沿工具轴线且优选在整个轴向长度上各个相同的轴向位置中，在挤压刀柱的挤压面的从旋转方向上看的后部区域中的挤压刀柱，特别是挤压面和/或挤压刀锋，与工具轴线的最大径向距离大于相关联的前一个铣削刃与工具轴线的径向距离，特别地大0.01％至5％，优选大0.1％至2％。这样一来，优选地定义挤压刀柱的相对于铣削刃的径向突起，其中优选地，相对于工具轴线轴向的径向突起至少部分地，优选在整个轴向长度上恒定。
在优选的实施形式中，各挤压刀柱和相关联的铣削刃分别以扭转角扭转，特别是沿螺旋线延伸，其中扭转角在轴向方向上恒定或者也至少部分地改变和/或特别在10°和80°之间选择，优选在30°和50°之间选择。
优选地，在每种情况下，挤压刀柱、特别是挤压面和/或挤压刀锋与工具轴线的最大径向距离和相关联的前一个铣削刃与工具轴线的径向距离在整个轴向长度上是恒定的。优选地，铣削刃和挤压刀柱彼此平行延伸，或者齿距角优选地在整个轴向长度上恒定。
在特别有利的实施形式中，非切削的啮合深度小于切削的啮合深度，特别地小至少3倍，优选小至少12倍，和/或切削的啮合深度(T至Tmax)在非切削的啮合深度与第一分离槽、特别是冷却槽和/或润滑槽的槽深度之间的区间中选择，和/或在铣削刃的径向距离的6％至30％的区间内选择，和/或至少对应于挤压刀柱，特别是其挤压面的最大径向距离与铣削刃的径向距离之间的差值。
在类似于立铣刀的优选的实施形式中，旋转对称的圆周面是圆柱面，和/或该工具适合且被设置成用于加工平的或者仅在两个空间维度上弯曲的且平行于工具轴线取向的工件表面。
下面将在附图中借助对本发明的实施例的描述来对本发明的其它特征和优点进行阐述。图中显示：
图1以侧视图示出了具有两个铣削刃和两个挤压刀柱的实施形式中的精加工工具，
图2以侧视图示出了具有三个铣削刃和三个挤压刀柱的实施形式中的精加工工具，
图3示出了根据图2的精加工工具的正视图，
图4以横截面图示出了根据图2或图3的精加工工具，
图5以横截面图示出了根据图2至图4的精加工工具的挤压刀柱的放大图，
图6以横截面图示出了根据图2至图4的精加工工具的铣削刃的放大图。
在根据图1或图2的实施形式中的精加工工具1具有刀柄2，刀柄2在其端部带刀头部分5。刀柄2可以与刀头部分5一起围绕在中心且纵向穿过刀柄2延伸的工具轴线A旋转。刀柄2通常被构造成大致为圆柱形，即在横截面中大致为圆形的，除了圆形形状外，也可以具有其它的、可以增大或减小的和/或在形状上可以改变的横截面形状。操作时，精加工工具1在刀柄2的背离刀头部分5的端部处保持在或夹紧到机床的未示出的夹紧装置或工具架或工具夹头中，夹紧装置或工具架或工具夹头与至少一个驱动装置连接，以用于驱动或使工具1在旋转方向D上绕工具轴线A进行旋转运动并相对于工件表面，通常平行于工件表面进行进给运动。
刀头部分5具有一个或更多个材料铣削区域3和一个或更多个材料成形区域4，其中材料成形区域4的数量优选对应于材料铣削区域3的数量。在根据图1的实施形式中，该数量各为2，在根据图2至图4的实施形式中，该数量各为3。在圆周方向或旋转方向D上，在每个材料铣削区域3之后是相关联的材料成形区域4。
每个材料铣削区域3具有连续的铣削刀柱7，该铣削刀柱具有在相对于工具轴线A的轴向方向上连续的铣削刃30。
每个材料成形区域4具有在轴向方向上连续的挤压刀柱8，该挤压刀柱具有挤压刀锋44和在轴向方向上连续的挤压面40。
在每个铣削刀柱7与相关联的紧随其后的挤压刀柱8之间形成了分离槽9，该分离槽被优选设置作为冷却槽和/或润滑槽，以用于通过经由槽9引入冷却剂和/或润滑剂，例如油，对加工区域，特别是挤压面40进行冷却和/或润滑。
在每个挤压刀柱8和紧随其后的铣削刀柱7之间也形成了分离槽6，该分离槽也被设置用作排屑槽，以用于容纳和排出相关联的铣削刃30的铣削屑。
如图4所示，每个排屑槽6延伸到内半径或核半径ri所处的深度，而与此相对地，每个分离槽，特别是冷却槽和/或润滑槽9优选只延伸至相当于外半径ra的深度，其中通常ra＞ri。
在所示的实施例中，材料铣削区域3连同其铣削刀柱7和铣削刃30以及材料成形区域4连同其挤压刀柱8和挤压面40以螺旋形走向或沿螺旋线环绕着中心的工具轴线A，即以扭转角(或螺旋角)远离横截面(或：法平面)向工具轴线A倾斜或扭转。扭转角例如可以在10°与80°之间选择，特别是在30°与50°之间选择。
在此，材料铣削区域3的铣削刃30分别作为各个材料铣削区域3的最外面的线或区域以恒定的半径(或径向距离)RS延伸至工具轴线A，即处于具有半径RS的圆柱状圆周面U上。
同样地，挤压刀锋44作为各个材料成形区域4的最外面的点以恒定的半径RD也在具有半径RD的圆柱状圆周面U上延伸。材料成形区域4的挤压刀柱8的挤压面40从在旋转方向D上看具有半径rD的前面的最内点或区域径向向外增加至挤压刀锋44上的具有半径RD的最外面的点或区域，例如，通过与挤压刀锋44处的切平面TE的成形角α1在特别是简单地通过磨削制造出的线性或平坦的走向中增加，如图4所示，或者以一定的，优选的凸曲率增加。
成形角α1例如可以在-5°和-50°之间选择。挤压刀锋44可以具有圆形倒棱(Rundfase)，通常宽度为0.01至0.50mm，该圆形倒棱防止材料成形区域4切入待加工的材料中并促进工件表面上材料的平整。在旋转方向D上位于挤压面40上游的是前表面46，该前表面可以具有相对于切平面TE的倾斜角α3(图4)，该倾斜角例如可以在-15°和-85°之间选择。
也如图4所示，从旋转方向D上看，每个材料挤压区域4和其挤压刀柱8在挤压刀锋44后面具有后刀面45，该后刀面具有相对于切平面TE的后角α2，在该后刀面上邻接有背表面47，该背表面又邻接下一个分离槽6，该分离槽将材料挤压区域4与下一个材料铣削区域3分开且优选用作排屑槽以用于排出切屑。后刀面45的后角α2例如可以在5°与60°之间选择。
每个材料铣削区域3在其旋转方向D的前部的区域中具有其铣削刃30。在铣削刀柱7的前侧处通向铣削刃30的切削面36以切削角γ向切平面TE的法线倾斜，该切削角优选为0°至20°的正切削角，例如大约为5°至10°。
在旋转方向D的后面，在铣削刃30上邻接有相对于切平面TE呈4°和45°之间的后角的后刀面35(参照图6)，该后刀面又转变到铣削刀柱7的背表面37。背表面37与分离槽9，特别是润滑槽9(当供给润滑剂时)相邻，该分离槽会将材料铣削区域3与旋转方向D上的下一个材料成形区域4分开。
每个铣削刃30和铣削刃31至33均被构造成连续的、没有中断的，并优选地作为无排屑槽的光滑的精铣削刃沿关于工具轴线A旋转对称的圆周面U延伸，该圆周面在所示实施例中为圆柱面。
根据一种实施形式，排屑槽6的体积远离端面10相对于工具轴线A轴向地减小，但也可以保持恒定或增加。
铣削刃31或32或33和在旋转方向D上看紧跟其后的挤压面41或42或43的挤压刀锋44之间的齿距角δ，小于该挤压面41或42或43的挤压刀锋44和在旋转方向D上看紧跟其后的铣削刃32或33或31之间的齿距角ε，例如小5％至30％。由此，促使刚刚被其中一个铣削刃31或32或33铣削的部分表面直接被在旋转方向D上紧跟其后的挤压面41或42或43整平。在优选的、但并非绝对必要的均匀的划分中，δ+ε＝360°/n，其中n是铣削刃31至33以及挤压面41至43的数量，在这里例如n＝3，则δ+ε＝120°。在所示实施例中，齿距角δ例如为δ＝55°并且齿距角为ε＝65°。
在所有上述情况中，布置并构造铣削刃和挤压刀柱以及位于其间的分离槽能够实现对工件的表面的连续处理，其中工具1通常在绕其工具轴线A快速转动，即特别是立铣刀进行典型的铣削运动的同时通过进给进行运动，进给时其工具轴线A平行于工件表面取向。
优选地，铣削刀柱7和挤压刀柱8以及位于其间的分离槽6和9都是一件式结构，和/或在一种材料中形成，和/或例如通过磨削去除材料来制出。
在所示实施例中，精加工工具1围绕工具轴线A的旋转方向D为顺时针方向，即工具1被构造成右旋的，但是当然也可以构造成左旋的。
在精加工工具1和其刀头部分5的端面10上可以设置位于外部区域处的保护倒棱11。此外，还可以设置用于终止于端面10处的铣削刃30和挤压面40的各种自由表面和/或切除部分
在特别有利的实施形式中，材料成形区域4，特别是挤压刀锋44的半径RD选择成稍大于铣削刃30的半径RS，通常大0.01％至5％，优选地大0.5％至1％，即RD在1.001RS至1.05RS的范围内，优选从1.005RS至1.01RS的范围内。从而确保材料成形区域4通过其挤压面40直至挤压刀锋44容易压入或容易成形或光滑地啮合进已被前面的材料铣削区域3通过其铣削刃30加工的工件的部分表面并进一步使其平整。
材料成形区域4和其挤压刀柱8的最大平整深度或最大的径向啮合深度T对应于差值RD-rD，并从而对应于挤压面4的径向膨胀。材料成形区域4和其挤压刀柱8的实际平整深度或径向非切削的啮合深度通常对应于挤压刀锋44与铣削刃30的半径的差值RD-RS并且通常比切削的啮合深度小至少3倍，优选小12倍。
因此，铣削刀柱7前端处的铣削刃30从未示出的工件表面切除切屑，并且紧随其后，挤压刀柱8的挤压面40光滑地啮合进该区域中，以便实现比已通过构造成精加工刀刃的铣削刃30所实现的更好的表面质量。在这里，切屑在其切屑长度方面与铣削刃31至33的数量和齿距角有关，并且在其切屑厚度方面与铣削刃30或铣削刃31至33的径向切削的啮合深度有关，该啮合深度通常在T＝RD-rD与理论最大值Tmax＝RS-ra之间的区间内和/或在半径RS的6％至30％的区间内。
铣削刃30或铣削刃31至33的轴向长度L对应于投影到圆柱形的圆周面的圆柱轴(Z轴)上的长度，铣削刃30或铣削刃31至33在该圆周面上或沿该圆周面延伸。铣削刃31至33以及挤压面40或挤压面41至43的弧长度或实际长度大于轴向长度L且与半径和旋转角或极角有关，铣削刃以该旋转角度或极角从其起始部至端部绕中心轴线A扭转或环行。
铣削刃30和铣削刃31至33的弧长度或实际长度大于投影到工具轴线A上的轴向长度L并且在螺旋形状时符合
挤压面40或挤压面41至43的弧长度或实际长度大于投影到工具轴线A上的轴向长度L并且在螺旋线时为
通常，铣削刃30和铣削刃31至33以及挤压面40和挤压面41至43具有相同的轴向长度L和相同的扭转角并从而也具有相同的旋转角或极角η＝ξ，并因此也具有相同的弧长度。
精加工工具1或刀柄2可以由不同的材料构成，例如除了工具钢，特别是高速钢或高强度高速钢(HSS钢)或钴合金高强度高速钢(HSS-E-钢)外，优选至少在刀头部分5中或在挤压刀柱8和铣削刀柱7上由硬质金属，特别是VHM构成，或者由硬金属合金，特别是P钢或K钢或金属陶瓷构成，或者由烧结硬质金属，特别是由碳化钨或氮化钛或碳化钛或碳氮化钛或氧化铝构成，或由切削陶瓷，特别是多晶氮化硼(PKB)，或者多晶金刚石(PCD)构成。优选地，精加工工具1的表面，特别是刀头部分5设置有涂层，以便进一步提高精加工性能并且还能适应不同的工件材料。
前述实施例描述了在圆周铣削时使用精加工工具1。然而，也可能在端面铣削时，即在加工工件(其中工具轴线A垂直于而不是平行于工件表面且通过这种方式垂直地向铣削工具传递工件)时使用根据本发明的精加工工具1。在精加工工具1的这种实施例中，具有材料成形区域4或材料切削区域3的挤压刀柱8或铣削刀柱7布置在精加工工具的端面10上。
上述精加工工具1示出了具有两个或三个铣削刀柱7和铣削刃31至33以及两个或三个挤压刀柱8和挤压面41至43，但也可以设置具有一个、四个、五个、六个或者甚至更多的铣削刀柱和挤压刀柱。
特别地，代替如图所示的螺旋曲线，在作为圆周面U的圆柱面上平行于工具轴线A的方向上的直线轮廓，或者例如在作为圆周面U的锥形面上或者是在球形的圆周面U上或者一般在相对于工具轴线A旋转对称的圆周面U上向工具轴线A倾斜的方向上的直线轮廓是可行的。
即使主要根据立铣刀在实施例和附图中对本发明进行了阐述，但是本发明也可以应用于其它铣刀类型，其中通过连续的铣削刃在工件上对材料进行平面连续去除，这些铣刀类型例如有开槽铣刀、斜角铣刀、槽铣刀、滚铣刀、盘铣刀、成形铣刀、球形铣刀、棱柱铣刀，但不包括螺纹铣刀，在螺纹铣刀中仅在用于制造螺纹的表面的小部分区域中来进行材料去除且需要铣刀非常特殊的螺旋运动。
在这些铣刀中，铣削刃和挤压刀柱也位于旋转对称的圆周面上，但这些圆周面并非在全部提到的铣刀类型中是具有在轴向方向上相对于工具轴线A的恒定的径向距离或半径的圆柱状的圆周面，而是也可以与其不同，例如在斜角铣刀中以锥形的形状或在球形铣刀中以部分位于半球中的球形表面的形状，并且在成形铣刀中例如以凹状弯曲的旋转对称表面的形状，例如像一个四分之一圆，或者在棱柱铣刀中在纵剖面中以通过尖端指向外部的三角形形状。这些类型的铣刀的所有这些圆周面的共同之处在于，通常在铣刀的端面的轴向方向(或：从前到后)来看，这些圆周面在轴向方向上相对于工具轴线A的径向距离或半径单调递增。而与其相对地，在螺纹铣刀中，根据螺纹轮廓，在轴向方向上螺纹铣削齿刃相对于工具轴线A的径向距离或半径首先增加(在第一螺纹齿面上)，并随后在超过最大的铣削齿(齿顶)之后又减少(在第二螺纹齿面上)。
参考标记列表
1 精加工工具
2 刀柄
3 材料切削区域
4 材料成形区域
5 刀头部分
6 排屑槽
7 铣削刀柱
8 挤压刀柱
9 润滑槽
10 端面
11 保护倒棱
30 铣削刃
31、32、33 铣削刃
35 后刀面
36 切削面
37 背表面
40 挤压面
41、42、43 挤压面
44 挤压刀锋
45 后刀面
46 前表面
47 背表面
D 旋转方向
A 工具轴线
U 圆周面
RD，rD 挤压刀柱半径
RS 刀刃半径
ri 内半径
ra 外半径
TE 切平面
α1 成形角
α2 后角
α3 倾斜角
β 后角
γ 切削角
δ,ε 齿距角
L 轴向长度
T 啮合深度
Tmax 最大的啮合深度

Claims (35)

1.一种精加工工具(1)，
a)所述精加工工具适合且设置为在通过相对于工件表面进给的同时绕工具轴线(A)在预定的旋转方向(D)上旋转的铣削运动中用于平面地去除工件表面上的材料并用于整平和/或压实所述工件表面，
并且所述精加工工具具有
b)至少一个切削加工操作的铣削刃(30、31至33)，所述铣削刃
b1)在关于所述工具轴线旋转对称的圆柱状的圆周面(U)上以与工具轴线(A)恒定的径向距离(RS)连续且无中断地相对于所述工具轴线(A)轴向地延伸一定的轴向长度(L)，并且
b2)设计为使得所述铣削刃在铣削运动时，使工件切屑在所述铣削刃的整个轴向长度(L)上以相对于所述工具轴线径向切削的啮合深度(T至Tmax)从所述工件表面去除，
b3)其中，所述铣削刃的径向切削的啮合深度在其与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)的6％至30％的区间中，
以及
c)至少一个非切削加工操作的挤压刀柱(8)，所述挤压刀柱
c1)在关于所述工具轴线旋转对称的圆周面上连续且无中断地相对于所述工具轴线(A)轴向地延伸一定的轴向长度(L)，
c2)在旋转方向(D)上看以齿距角(δ)布置在相关联的铣削刃(30)的后面，
c3)设计为使得所述挤压刀柱在铣削运动时，在所述挤压刀柱的整个轴向长度(L)上以相对于所述工具轴线径向非切削的啮合深度(T或RS-RD)按压进由相关联的铣削刃切削加工的工件表面中并且整平和/或压实所述工件表面，
c4)其中，所述挤压刀柱(8)具有挤压面(40)，所述挤压面沿相反于旋转方向(D)在与所述工具轴线(A)的径向距离(rD，RD)中增加至最大径向距离(RD),
c5)其中所述挤压刀柱(8)的径向非切削的啮合深度至少对应于所述挤压刀柱(8)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)和所述铣削刃(30)与所述工具轴线(A)的径向距离(Rs)的差值，
d)其中，所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)比所述轴向长度(L)小至少5倍，并且其中，所述径向非切削的啮合深度(T或RS-RD)比所述轴向长度(L)小至少10倍。
2.根据权利要求1所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个挤压刀柱(8)通过第一分离槽与具有在旋转方向上的前一个相关联的铣削刃(30)的铣削刀柱(7)分开，和/或
在所述精加工工具中，每个铣削刀柱(7)通过第二分离槽与在旋转方向上的后一个挤压刀柱(8)分开，
其中，所述第一分离槽具有径向的槽深度(RD-ra)，所述径向的槽深度比所述第二分离槽的径向的槽深度(RS-ri)小。
3.根据权利要求1所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个挤压刀柱(8)通过第一分离槽与具有在旋转方向上的前一个相关联的铣削刃(30)的铣削刀柱(7)分开，所述第一分离槽被设置成用作冷却槽和/或润滑槽(9)，以用于将冷却剂和/或润滑剂供给到所述挤压刀柱和/或挤压面，
和/或
在所述精加工工具中，每个铣削刀柱(7)通过第二分离槽与在旋转方向上的后一个挤压刀柱(8)分开，所述第二分离槽被设置成用作排屑槽(6)，以用于将切屑从所述铣削刃(30)排出，
其中，所述冷却槽和/或润滑槽(9)具有径向的槽深度(RD-ra)，所述径向的槽深度比所述排屑槽(6)的径向的槽深度(RS-ri)小。
4.根据权利要求2所述的精加工工具，其中所述第一分离槽的所述径向的槽深度(RD-ra)比所述第二分离槽的所述径向的槽深度(RS-ri)小10％至35％。
5.根据权利要求3所述的精加工工具，其中所述冷却槽和/或润滑槽(9)的所述径向的槽深度(RD-ra)比所述排屑槽(6)的径向的槽深度(RS-ri)小10％至35％。
6.根据权利要求3所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述挤压面(40)沿相反于旋转方向(D)在其与所述工具轴线(A)的径向距离(rD，RD)中增加至在所述挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的挤压刀锋(44)，和/或基本上线性地增加，
和/或
在所述精加工工具中，从与旋转方向(D)相反的方向上看，在所述挤压面(40)或所述挤压刀锋(44)上邻接了后刀面(45)和/或与所述第二分离槽相邻的所述挤压刀柱(8)的背表面(47)，
和/或
在所述精加工工具中，从旋转方向(D)上看，在所述挤压面(40)的前面布置了所述挤压刀柱(8)的径向向内延伸的前表面(46)，所述前表面与所述冷却槽和/或润滑槽(9)相邻，
和/或
在所述精加工工具中，所述挤压刀锋(44)具有宽度为0.01至0.50mm的圆形倒棱。
7.根据权利要求5所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述挤压面(40)沿相反于旋转方向(D)在其与所述工具轴线(A)的径向距离(rD，RD)中增加至在所述挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的挤压刀锋(44)，和/或基本上线性地增加，
和/或
在所述精加工工具中，从与旋转方向(D)相反的方向上看，在所述挤压面(40)或所述挤压刀锋(44)上邻接了后刀面(45)和/或与所述第二分离槽相邻的所述挤压刀柱(8)的背表面(47)，
和/或
在所述精加工工具中，从旋转方向(D)上看，在所述挤压面(40)的前面布置了所述挤压刀柱(8)的径向向内延伸的前表面(46)，所述前表面与所述冷却槽和/或润滑槽(9)相邻，
和/或
在所述精加工工具中，所述挤压刀锋(44)具有宽度为0.01至0.50mm的圆形倒棱。
8.根据权利要求6或7所述的精加工工具，其中，最大的径向距离(RD)和最小的径向距离(rD)之间的差值定义最大的非切削的啮合深度。
9.根据权利要求6或7所述的精加工工具，其中，在所述精加工工具中，从与旋转方向(D)相反的方向上看，在所述挤压面(40)或所述挤压刀锋(44)上邻接了后刀面(45)和/或与所述排屑槽(6)相邻的所述挤压刀柱(8)的背表面(47)。
10.根据权利要求6-7中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述挤压面(40)的成形角(α1)在-5°和-50°之间选择，和/或其中，所述挤压刀柱(8)的后刀面(45)的后角(α2)在5°和60°之间选择，和/或其中，所述挤压刀柱(8)的前表面(46)的倾斜角(α3)在-15°和-85°之间选择。
11.根据权利要求3和5-7中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个铣削刃(30、31、32、33)构造在铣削刀柱(7)上，和/或在所述精加工工具中，从与旋转方向(D)相反的方向上看，在所述铣削刃上邻接有后刀面(35)和/或与所述第一分离槽相邻的背表面(37)，和/或在所述精加工工具中，从旋转方向(D)上看，在所述铣削刃的前面布置有与所述排屑槽(6)相邻的切削面(36)，
其中，所述切削面(36)的切削角(γ)从0°至20°的范围中选择，和/或其中，所述铣削刀柱(7)的所述后刀面(35)的后角(β)在4°和45°之间选择。
12.根据权利要求3和5-7中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，从与旋转方向(D)相反的方向上看，在所述铣削刃上邻接有后刀面(35)和/或与所述冷却槽和/或润滑槽(9)相邻的背表面(37)。
13.根据权利要求11所述的精加工工具，其中，所述背表面(37)是所述铣削刀柱(7)的背表面。
14.根据权利要求12所述的精加工工具，其中，所述背表面(37)是所述铣削刀柱(7)的背表面。
15.根据权利要求11所述的精加工工具，其中，所述切削面(36)的切削角(γ)从5°至10°的范围中选择。
16.根据权利要求1-7和13-15中任一项所述的精加工工具，其中铣削刃(31或32或33)与在旋转方向(D)上看直接紧随其后的挤压面(41或42或43)之间的齿距角(δ)，比所述挤压面(41或42或43)与在旋转方向(D)上看直接在其后的铣削刃(32或33或31)之间的齿距角(ε)小。
17.根据权利要求1-7和13-15中任一项所述的精加工工具，其中铣削刃(31或32或33)与在旋转方向(D)上看直接紧随其后的挤压面的挤压刀锋(44)之间的齿距角(δ)，比所述挤压面的挤压刀锋(44)与在旋转方向(D)上看直接在其后的铣削刃(32或33或31)之间的齿距角(ε)小。
18.根据权利要求16所述的精加工工具，其中铣削刃(31或32或33)与在旋转方向(D)上看直接紧随其后的挤压面(41或42或43)之间的齿距角(δ)比所述挤压面(41或42或43)与在旋转方向(D)上看直接在其后的铣削刃(32或33或31)之间的齿距角(ε)小5％至30％。
19.根据权利要求17所述的精加工工具，其中铣削刃(31或32或33)与在旋转方向(D)上看直接紧随其后的挤压面的挤压刀锋(44)之间的齿距角(δ)比所述挤压面的挤压刀锋(44)与在旋转方向(D)上看直接在其后的铣削刃(32或33或31)之间的齿距角(ε)小5％至30％。
20.根据权利要求1-7、13-15和18-19中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压刀柱(8)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大，并且由此，所述挤压刀柱(8)的径向突起相对于所述铣削刃(30)被限定，其中，相对于所述工具轴线(A)轴向的所述径向突起至少部分地在整个轴向长度(L)上恒定。
21.根据权利要求6-7和19中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)且在整个轴向长度(L)上的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压面和/或所述挤压刀锋(44)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大，并且由此，所述挤压刀柱(8)的径向突起相对于所述铣削刃(30)被限定，其中，相对于所述工具轴线(A)轴向的所述径向突起至少部分地在整个轴向长度(L)上恒定。
22.根据权利要求20所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压刀柱(8)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大0.01％至5％。
23.根据权利要求20所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压刀柱(8)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大0.1％至2％。
24.根据权利要求21所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)且在整个轴向长度(L)上的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压面和/或所述挤压刀锋(44)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大0.01％至5％。
25.根据权利要求21所述的精加工工具，在所述精加工工具中，在沿所述工具轴线(A)且在整个轴向长度(L)上的各个相同的轴向位置中，在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)的从旋转方向(D)上看的后部区域中的所述挤压面和/或所述挤压刀锋(44)与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)比相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)大0.1％至2％。
26.根据权利要求1-7、13-15、18-19和22-25中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个挤压刀柱和相关联的铣削刃分别以扭转角扭转延伸，其中，所述扭转角在轴向方向上恒定或者也至少部分地改变和/或在10°和80°之间选择，
和/或
在所述精加工工具中，所述挤压刀柱(8)在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)从旋转方向(D)上看的后部区域中与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)，以及相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)在每种情况下在整个轴向长度上(L)是恒定的，
和/或
在所述精加工工具中，铣削刃和挤压刀柱彼此平行延伸，或者所述齿距角在整个轴向长度(L)上恒定。
27.根据权利要求6-7和19中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个挤压刀柱和相关联的铣削刃分别以扭转角沿螺旋线扭转延伸，其中，所述扭转角在轴向方向上恒定或者也至少部分地改变和/或在10°和80°之间选择，
和/或
在所述精加工工具中，所述挤压面(40)和/或所述挤压刀锋(44)在所述挤压刀柱(8)的挤压面(40)从旋转方向(D)上看的后部区域中与所述工具轴线(A)的最大径向距离(RD)，以及相关联的前一个铣削刃(30、31、32、33)与所述工具轴线(A)的径向距离(RS)在每种情况下在整个轴向长度上(L)是恒定的。
28.根据权利要求1-7、13-15、18-19和22-25中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，每个挤压刀柱和相关联的铣削刃分别以扭转角沿螺旋线扭转延伸，其中，所述扭转角在轴向方向上恒定或者也至少部分地改变和/或在30°和50°之间选择。
29.根据权利要求2和4中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)小于所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)，和/或在所述精加工工具中，所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)在所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)与所述第一分离槽的径向槽深度(RD-ra)之间的区间内。
30.根据权利要求3、5-7和13-15中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)小于所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)，和/或在所述精加工工具中，所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)在所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)与所述冷却槽和/或润滑槽的径向槽深度(RD-ra)之间的区间内。
31.根据权利要求1-7、13-15、18-19和22-25中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)比所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)小至少3倍。
32.根据权利要求1-7、13-15、18-19和22-25中任一项所述的精加工工具，在所述精加工工具中，所述径向非切削的啮合深度(RS-RD)比所述径向切削的啮合深度(T至Tmax)小至少12倍。
33.根据权利要求1所述的精加工工具，其中所述精加工工具是精立铣刀。
34.根据权利要求1所述的精加工工具，其中所述挤压刀柱在关于所述工具轴线旋转对称的圆柱状的圆周面上连续且无中断地相对于所述工具轴线(A)轴向地延伸一定的轴向长度(L)。
35.一种借助根据权利要求1至34中任一项所述的精加工工具用于平面地去除工件表面上的材料以及用于整平和/或压实所述工件表面的方法，其中，所述精加工工具在铣削运动中绕其工具轴线(A)在预定的旋转方向(D)上转动并且同时在相对于所述工件表面的进给运动中移动，
其中，所述进给运动在去除材料时仅在垂直于所述工具轴线(A)的方向或平面中进行和/或不包含相对于所述工具轴线(A)的轴向运动分量。
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