CN108778586B

CN108778586B - 给金属工件开槽的刀身、刀具和方法

Info

Publication number: CN108778586B
Application number: CN201780017488.0A
Authority: CN
Inventors: 吉米·特林; 约纳斯·图勒松; 马茨·强森
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: EP3222376B1; CN108778586A; KR102325174B1; EP3222376A1; KR20180125466A; US11000903B2; WO2017162416A1; US20200324344A1

Abstract

一种用于去屑加工的开槽刀身，具有切削刀片凹座(19)，其中，阻尼装置(30)固定到所述刀身(10)。所述阻尼装置(30)相对于所述刀身的至少一个主表面(11、12)侧向地突出。还公开了开槽刀具和给金属工件开槽的方法。

Description

给金属工件开槽的刀身、刀具和方法

技术领域

本发明涉及开槽刀身和用于金属去屑加工的开槽刀具，以及给金属工件开槽的方法。

背景技术

在开槽和/或切断操作中，通常使用包括保持可更换的切削刀片的刀身的刀具，比如在US 4,588,333中公开的，其公开内容通过引用并入本文。在切断操作中，在刀片的两侧上均存在材料。这意味着使用的刀具是窄的且刀具保持器的长度随着工件直径的增加而增加。因此，稳定性变成关键的因素。刀身由具有用于切削刀片的凹座的相对薄的板形成。切削刀片借助于由夹紧臂的弯曲引起的弹性力而被夹紧在凹座中。通常，在加工期间由于刀身的动态刚性较弱，会引起振动或振荡。振动造成较差的表面并减少刀具寿命。振动趋势是切削力的一个结果。除由于大的悬垂而引起的刀具偏转之外，这些切削力还能够受到在切削工艺中的变化影响，比如变化的加工余量或材料条件以及切屑瘤的形成。切削刀片几何形状的设计能够提供平顺的断屑。与使用正刀面角组合，较高的切削速度通常对切削力/振动具有有利的影响。刀具保持器的质量及其牢固地保持切削刀片的能力是一个相关因素。WO 2016024266和JP 2003062703公开了具有阻尼装置的刀具。尽管为了减小振动已经优化了许多参数，但是仍需要改进。

进一步减少较差的表面并提高刀具寿命是值得期望的。减少在切槽时的振动同时仍使用针对其它技术效果(比如断屑)进行优化的切削刀片几何形状是进一步值得期望的。

发明内容

根据本发明的一方面，开槽刀身具有切削刀片凹座，其中阻尼装置固定到刀身并且其中阻尼装置相对于刀身的至少一个主表面侧向地突出，以用于减弱在加工期间的振动，并且阻尼装置远离工件。

根据本发明的一方面，阻尼装置从刀身的两个主表面均突出，以用于优化振动的减弱。

根据本发明的一方面，开槽刀身具有最大宽度并且包括具有比刀身的该宽度大的宽度的阻尼装置，从而允许在选择阻尼器构造时的自由度。

根据本发明的一方面，阻尼装置的最大宽度为刀身的宽度的2倍至15倍大，从而进一步允许在选择阻尼器构造时的自由度。

根据本发明的一方面，阻尼装置可释放地固定到刀身，以用于可选的使用。

根据本发明的一方面，刀身具有仅容纳阻尼装置的一部分的至少一个侧向通孔，使得阻尼装置能够制造得相对较大。

根据本发明的一方面，开槽刀身包括在平行的第一纵向安装边缘和第二纵向安装边缘之间以及在相对的第一端部边缘和第二端部边缘之间延伸的相对的第一主表面和第二主表面，所述第一端部边缘和第二端部边缘横向于纵向安装边缘延伸，并且其中切削刀片凹座与第一纵向安装边缘和第一端部边缘相关联，以使刀身与最常见的刀具保持器相兼容。

根据本发明的一方面，构造用以输送冷却剂的刀身通路从形成在侧表面中的至少一个侧表面中的刀身入口孔延伸到位于切削刀片凹座处的出口孔，并且其中刀身通路与阻尼装置间隔开，以没有阻碍地冲洗切削刀片。

根据本发明的一方面，阻尼装置被形成凹座的下支撑表面的假想延伸的直线交叉，以产生用于操纵切削刀片的空间。

根据本发明的另一方面，一种用于金属去屑加工的开槽刀具包括这种开槽刀身和固定到其中的凹座的至少一个切削刀片，以用于减弱在加工期间的振动，并且远离工件。

根据本发明的一方面，切削刀片具有带有宽度的切削刃，所述宽度小于刀身的最大宽度，以做出具有良好质量的窄狭槽。

根据本发明的一方面，切削刀片具有带有宽度的切削刃，并且开槽刀身具有最大宽度并且包括具有宽度的阻尼装置，阻尼装置的宽度大于切削刃的宽度，以进一步改进狭槽质量。

根据本发明的一方面，阻尼装置具有中心轴线并且切削刀片具有作用切削刃和刀片长度，并且中心轴线定位成远离作用切削刃至少一个刀片长度，以避免与工件干扰。

根据本发明的一方面，阻尼装置包括用于使阻尼装置多用的螺钉连接或一个或多个磁体。

根据本发明的又一方面，一种利用这种开槽刀具给金属工件开槽的方法包括以下步骤：使开槽刀具朝向旋转的工件移动，使得开槽刀具的切削刃通过去屑产生凹槽，和维持开槽刀具的移动，直到获得期望的凹槽深度为止，同时保持阻尼装置远离工件。

这些方面中的至少一些已经通过本发明中限定的开槽刀身、开槽刀具和给金属工件开槽的方法实现。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细说明更好地理解本发明的特征和优点，在附图中，相似的数字表示相似的元件并且在附图中：

图1A以侧视图显示了根据本发明的刀具，其具有刀身、切削刀片和阻尼装置，

图1B以俯视图显示了刀具，

图1C以后视图显示了刀具，

图1D以前视图显示了刀具。

图1E以透视前视图显示了根据本发明的开槽刀身，

图1F以另一个透视前视图示出了开槽刀身，其中以分解图显示了阻尼装置，

图1G以前视图示出图1F的开槽刀身，其中以分解图显示了阻尼装置，

图1H以前视图显示了阻尼装置，

图1I显示了根据图1H中的线1I-1I的横截面，

图1J显示了安装到刀身的阻尼元件的横截面，

图2A以侧视图显示了固定到刀具保持器的刀具，

图2B以侧视图显示了与工件接合的刀具的前部部分，以及

图3示意性地示出阻尼装置如何在操作期间意图移动。

附图中的每一个图按比例绘制。然而，切削刀具或阻尼装置的尺寸可能被减小或放大一定的量。

具体实施方式

图中显示的切削刀具或开槽刀具包括薄板形式的开槽刀身10。刀身包括在平行的第一纵向安装边缘13和第二纵向安装边缘14之间并且在相对的第一端部边缘15和第二端部边缘16之间延伸的相对的第一侧表面11和第二侧表面12，或第一和第二主表面，该相对的第一端部边缘15和第二端部边缘16横向于纵向安装边缘延伸，并且其中切削刀片凹座与第一纵向安装边缘13和第一端部边缘15相关联。主表面之间的最大垂直距离限定刀身宽度Wb。通常，刀身宽度Wb是恒定的并且在3-10mm的范围中选择。对于当前的解决方案，刀身宽度Wb可以在1-10mm的范围中选择。第一纵向安装边缘13和第二纵向安装边缘14在它们之间限定中线M(图1A)。第一纵向安装边缘13和第二纵向安装边缘14各自具有近似V形的凸形横截面，第一侧表面11和第二侧表面12在它们之间限定刀身的中间平面C(图1G)。

在所示的实施方式中，在每一个主表面11、12中靠近端部边缘15和16分别形成了凹部17、18。该凹部设置用以减小刀身在端部边缘处的宽度，该端部边缘被假定进入在工件W中产生的狭槽内。凹部的存在是可选的，但是通常对于加工相对较窄的狭槽(比如宽度为1至4mm)以提供距狭槽的槽壁的间隙来说是必需的。如果存在，则凹部17的边界17A将限定可以利用该刀身切断的实心工件W的最大半径R，或者管的最大管壁厚度。边界17A可以不垂直于中线M，比如通过形成范围为50至70°的锐角。

第一侧表面11和第二侧表面12可以平行于刀身的正常切削进刀方向F延伸(图2A)。第一侧表面11和第二侧表面12可以在垂直于金属工件W的旋转轴线的平面中延伸，在该金属工件中形成凹槽。

刀身10设置有用于切削刀片20的一个或多个刀片凹座19。通常，切削刀片20由与开槽刀身的材料相比更硬且更耐磨的材料形成。例如，切削刀片典型地由硬质合金、金属陶瓷或超硬切削材料(比如PCD或CBN)或上述的组合制成。切削刀片可以被涂覆或未涂覆。刀片凹座由支撑表面21和与刀身10成一体的夹紧臂23上的夹紧表面22限定。可替代地是，夹紧臂23可以是通过例如螺纹连接或铆接连接固定到刀身的单独的构件。为了精确地将切削刀片固定在其凹座中，表面21、22和与之配合的切削刀片的对应的顶部表面和底部表面两者的横截面均至少部分地是V形的。凹座19可以以常规的方式具有刀片止档表面24和狭槽25，狭槽25用于增加夹紧臂23的柔性。至少一个第一通孔26可以靠近凹座形成，在此情形中，形成在凹座下方。孔26意图作为用于刀片安装和/或拆卸工具(未显示)的反作用表面。刀片安装和/或拆卸工具可以具有两个销：一个将定位在孔26中并且一个将定位在狭槽25中，以方便以常规方式从凹座移除刀片。在此情形中，凹座19设置在中线M上方或大体上在中线M上方，如图1A中看到的那样。

开槽刀身具有至少一个第二通孔27，其轴线垂直或大体上垂直穿过侧表面11、12延伸。孔27的直径朝向刀身的中间平面C加宽，其使得与表面11和12的相交处限定比在中间平面处的孔直径小的直径。第二通孔27可以定位在中线M下方，如图1A中看到的那样。第二通孔27可以被形成支撑表面21的假想延伸的线L交叉。

开槽刀身包括阻尼装置30或具有固定到其的阻尼装置30。刀身10因而可以被命名为包括刀身和阻尼装置的阻尼式开槽刀身。

阻尼装置30意图通过允许弹性地附接到刀身的重量与刀身的振荡不同相地振荡来减小由于从开槽刀身流出的能量而引起的振荡的幅度。

阻尼装置30意图相对于刀身的主表面11、12中的至少一个主表面以穿过或横穿的一般意义侧向地突出，使得其质量的10％至98％，优选地是30％至95％位于由主表面11、12限定平面之外侧，如图1J中看到的那样。在所示的实施方式中，阻尼装置垂直于主表面11、12两者延伸。阻尼装置30在刀身的两个主表面上均突出，优选地是对称地突出。

阻尼装置30与刀身的第一纵向安装边缘13和第二纵向安装边缘14间隔开，并且可以比靠近第一纵向安装边缘13更靠近第二纵向安装边缘定位。

阻尼装置可以可释放地安装在刀身10的第二通孔27中。阻尼装置可以定位在中线M下方和/或可以被线L交叉。阻尼装置具有比刀身的宽度Wb大的宽度Wd。阻尼装置的中心部分被容纳在第二通孔27中，如图1J中所示的那样。

阻尼装置30(如图1F至1J中最佳显示的那样)包括诸如螺钉31和螺母32的阻尼元件和诸如橡胶O形圈33A、33B和33C的弹性元件33。螺钉31和螺母32作为配重并且可以由与刀身的材料相比更致密(比如碳化钨)、同样致密(比如钢)或不太致密的材料形成。阻尼元件的金属部分可以由仅两个部分构成，以避免诸如单独的螺钉的另外特征。

螺钉31具有外螺纹部分31A，其经由肩部表面34连接到比该螺纹部分大的直径的圆周底座31B。底座31B连接到外螺纹插口31C，在其自由端具有键槽或狭槽31D。

螺母32具有内螺纹套筒32A，该内螺纹套筒具有连接到比该螺纹部分大的直径的圆周底座32B的外表面32E。邻接表面37关于套筒32A的自由端设置。套筒32A的内螺纹与外螺纹部分31A相兼容。底座32B连接到外螺纹插口32C，在其自由端具有键槽或狭槽32D。外表面32E可以是圆柱形的或具有其它合适的形状。

阻尼装置可以由帽35覆盖。每一个帽35合适地设置有键夹36。

阻尼装置例如安装如下，如图1G和图1J中最佳示出的那样。一个弹性元件33(比如O型圈33B)通过压缩O型圈穿过通孔的最小直径并且然后让它在通孔中扩展而安装在通孔27中。通孔27具有如所描述的几何形状，以形成底座并且将O型圈保持或固定到刀身。另一个弹性元件33(比如O型圈33A)安装在螺钉31上的底座31B中。又一个弹性元件33(比如O型圈33C)安装在螺母32上的底座32B中，由此留下在外表面32E上的端部或自由空间，以接受刀身固定的O型圈33B。套筒(即，在外表面32E上的自由空间)被迫穿过固定的O型圈33B，合适地是直到O型圈33B和33C彼此接触为止。然后，使具有O型圈33A的螺钉31以其外螺纹部分31A与螺母32的匹配的内螺纹接触。当分别借助于键夹31D和32D相对于螺母32旋转螺钉31时，外部O型圈33A和33C将与中心O型圈33B接触并且被压缩，直到螺母31的肩部表面34邻接螺母32的邻接表面37为止。阻尼装置从而被牢固地保持到刀身。

在此情形中，阻尼装置30的金属部分31、32仅由两个件制成，而没有任何单独的紧固构件，其形成相对于刀身10可移动的单个刚性主体。

阻尼装置可以通过帽35借助于将每一个帽固定到刀身本身(例如通过胶合)来覆盖。每一个帽35不与阻尼装置接触，即，在帽和阻尼装置之间存在连续的间隙。帽保护阻尼元件免受诸如碎屑和冲击等的环境影响。帽的键夹36可以用于通过其的旋转以破坏胶而将帽从刀身移除，使得可以操纵阻尼元件。另外，帽防止由使用者对阻尼装置的振动阻尼效果的无意的改变。

在所示实施方式中，阻尼装置30的位置是第二通孔27被放置的地方的直接结果。因而，阻尼装置可以定位在中线M下方并且其可以被形成支撑表面21的假想延伸的线L交叉。

具有切削刀片的刀身10意图被安装在常规的刀身保持器40中并且具有悬垂S(如图2A中所示)，该悬垂S是从作用切削刃到刀具保持器40的杠杆或距离。切削刀片可以具有带有宽度We的切削刃，该宽度We小于刀身的最大宽度Wb。宽度We的可以是1至4mm。

阻尼装置30可以放置在刀身的纵向方向上的任何地方，只要其与工件W和刀具保持器40间隔开即可。可替代地是，刀具保持器可以具有凹部(未显示)，以容纳阻尼装置的一个部分，以便允许刀身的设定长度增加。通常，阻尼装置定位成尽可能靠近作用切削刃。在图2A和图2B中显示的实施方式中，阻尼装置的中心轴线A定位成远离作用切削刃至少一个(优选地是多于两个)对角刀片长度IL并且优选地是，距刀具保持器至少一个刀片长度IL。悬垂S可以小于工件W的直径的2.5倍。通常，推荐的悬垂为刀片宽度的8到10倍，但是当使用分割式刀身时，超过该宽度是常见的。

因而，刀具包含动态地可调整的被动阻尼器件。调整过程建立刀具频率并且然后定位阻尼器，因此刀身的频率持续不同相。在不同相的条件下，阻尼装置的运动用于抑制刀身的振动或颤动趋势。本质上，系统中的能量被阻尼器吸收并且未以颤动的形式被刀具释放出来。

图3示意性地示出阻尼装置如何意图在操作期间移动。刀身10在垂直于主表面11和12的方向上相对较弱，并且在该方向上的箭头在图3中被绘制成大的。在平行于主表面的方向上的其它两个箭头在图3中被绘制成小的，因为在该方向上的振荡相对较小。换句话说，刀身对侧向弯曲比对竖直弯曲更敏感。

阻尼式开槽刀身可以具有构造用以输送冷却剂的刀身通路(未显示)，其从形成在主表面11、12中的至少一个主表面中的刀身入口孔延伸到位于切削刀片凹座处的一个或两个出口孔。刀身通路与阻尼装置30间隔开。

刀具寿命通常随着冷却剂供应压力的增加而增加。这可以归因于高压冷却剂提升切屑并且更靠近切削界面的能力。该动作导致捕捉区域的减小，因而降低摩擦系数，这又导致切削温度和切削力的降低。优选地是，在所讨论的实施方式中使用的压力超过30巴，优选地是超过100巴的冷却剂压力。

阻尼装置可以可替代地包括附接到容纳粘弹性阻尼器(比如定位在刀身的主表面中的一个主表面或两者上的流体中的金属球)的壳体的磁性板。在这种情形中，不需要用以安装阻尼装置的孔。

阻尼装置优选地远离凹槽定位，这提高构建和设计阻尼装置的自由度。

还公开了利用这种开槽刀具给金属工件开槽的方法。具有切削刀片20的开槽刀身10安装在刀身保持器40中，产生悬垂S。刀身保持器40安装到车床，以能够相对于工件W的旋转轴线径向地或轴向地切削。方法可以包括以下步骤：朝向旋转的工件移动开槽刀具，使得其切削刃通过移除切屑而产生凹槽；维持开槽刀具的移动，直到获得期望的凹槽深度为止，同时保持阻尼装置远离工件。“远离”这里指阻尼装置始终径向或轴向地处在凹槽的外侧或与凹槽间隔开。在图2B中示出的径向开槽操作的情形中，阻尼装置30与工件W的外表面(如由图中的虚圆描绘的那样)间隔开。阻尼装置因而定位在刀具保持器40和凹槽的最大意图深度之间。开槽的最大意图深度通常由凹部17的边界17A(如果存在凹部17的话)确定。

开槽是在车床、自动车床或加工中心上进行的单点加工操作并且包括几个不同的变型，比如开凹部操作(有时也称为缩颈操作，其通常在工件肩部上做出，以确保匹配部件的正确配合)、当刀具轴向地进刀而不是朝向工件的端表面径向地进刀时的表面开槽操作、内部开槽和切断操作(其中工件在刀具执行径向进刀移动的同时旋转)。本文中使用的“开槽”包括所有的所述变型。

在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是开放式的并且预期与诸如“包含”的术语具有相同的意思，并且不排除其它结构、材料或行为的存在。类似地是，尽管诸如“能够”或“可以”的术语的使用预期是开放式的并且反映结构、材料或动作不是必需的，但是未使用这样的术语不意图反映结构、材料或动作是必不可少的。在结构、材料或动作目前被认为是必不可少的程度上，它们将这样标出。诸如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“向前”和“后”的术语指的是在当前附图中显示的且由本领域技术人员感知的特征。

尽管根据优选实施方式示出和描述了本发明，但是应认识到，在不偏离如权利要求书中阐述的本发明的情况下可以在本文中作出变化或改变。

本申请要求优先权的欧洲专利申请No.16162258.4中的公开内容通过引用并入本文。

Claims

1.一种阻尼式开槽刀具，用于给旋转金属工件开槽，所述阻尼式开槽刀具包括：

开槽刀身(10)，其包括在平行的第一纵向安装边缘和第二纵向安装边缘(13、14)之间以及在相对的第一端部边缘和第二端部边缘(15、16)之间延伸的相对的第一主表面和第二主表面(11、12)，切削刀片凹座(19)，和阻尼装置(30)，其固定到所述开槽刀身(10)，其中，所述第一端部边缘和第二端部边缘(15、16)横向于所述纵向安装边缘延伸，所述阻尼装置(30)相对于所述开槽刀身(10)的所述第一主表面和第二主表面(11、12)侧向地突出，并且其中，所述阻尼装置(30)具有与所述第一主表面和第二主表面(11、12)相交的中心轴线(A)，以及

固定到所述切削刀片凹座(19)的至少一个切削刀片(20)，其中，所述开槽刀身(10)具有最大宽度(Wb)并且包括具有大于所述开槽刀身(10)的所述最大宽度(Wb)的宽度(Wd)的所述阻尼装置(30)，并且其中，所述至少一个切削刀片(20)具有带有宽度(We)的切削刃，其中所述切削刃的宽度(We)平行于所述中心轴线(A)延伸，其中所述切削刃宽度(We)小于所述开槽刀身(10)的所述最大宽度(Wb)，并且其中所述阻尼装置(30)的所述宽度(Wd)大于所述切削刃的所述宽度(We)，其中，所述切削刀片凹座(19)形成于所述第一纵向安装边缘(13)和所述第一端部边缘(15)之间的过渡中。

2.根据权利要求1所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述开槽刀身(10)包括两个主表面(11、12)，并且其中，所述阻尼装置(30)从所述开槽刀身(10)的两个主表面(11、12)均突出。

3.根据权利要求1或2所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述阻尼装置(30)的所述宽度(Wd)为所述开槽刀身(10)的所述最大宽度(Wb)的2至15倍大。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述阻尼装置(30)可释放地固定到所述开槽刀身(10)。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述开槽刀身(10)具有仅容纳所述阻尼装置(30)的一部分(32E、33B)的至少一个侧向通孔(27)。

6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的阻尼式开槽刀具，其中，构造用以输送冷却剂的刀身通路从形成在所述主表面(11、12)中的至少一个主表面中的刀身入口孔延伸到位于所述切削刀片凹座处的出口孔，并且其中所述刀身通路与所述阻尼装置(30)间隔开。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述阻尼装置(30)被形成所述凹座的下支撑表面(21)的假想延伸的直线(L)交叉。

8.根据权利要求1或2所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述切削刀片(20)具有作用切削刃和刀片长度(IL)，并且其中所述中心轴线定位成远离所述作用切削刃至少一个刀片长度(IL)。

9.根据权利要求1或2所述的阻尼式开槽刀具，其中，所述阻尼装置(30)借助于螺钉连接(31、32)或一个或多个磁体而固定到所述开槽刀身(10)。

10.一种利用根据权利要求1或2中任一项所述的阻尼式开槽刀具给旋转金属工件开槽的方法，其中所述方法包括以下步骤：

-使所述开槽刀具朝向旋转的工件移动，使得所述开槽刀具的切削刃通过去屑产生凹槽，

-维持所述开槽刀具的移动，直到获得期望的凹槽深度为止，同时保持所述阻尼装置(30)远离所述工件。