CN108927561B - 人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铣刀，尤其是人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体和刀柄，刀体上设有螺旋形的排屑槽，排屑槽与刀体相交形成周刃刃背；排屑槽不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，且刀齿的周刃背宽不同，排屑槽上设有保护刀棱；周刃刃背上设有多个周刃断屑槽，排屑槽的径向前角为10°～15°，保护刀棱的径向前角为3°～5°。该铣刀提高了周刃刀尖的强度，减小切削时的摩擦力；断屑能力好，能改变铁屑形态，防止缠刀，避免加工硬化，切削力小，可用于大进给切削，提高加工效率，采用不等容屑槽前角的设计，有效降低了切削加工产生的振动；采用不等容屑槽倾角的设计，保证了容屑空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种铣刀，尤其是人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀。
背景技术
随着人们生活质量、医疗保健和康复水平的提高，人们对人体组织、器官及骨折缺损的修复和置换有了更高的要求。人工关节在欧美等发达国家其年需求增长率为7％～8％，中国人工关节置换每年约10万例。尽管世界医疗器械产业正在快速增长，但90％以上医疗器械生产集中于美国、欧洲、日本等发达国家和地区，我国人工关节等高附加值器械产量和应用比例很低。
人体膝关节是最容易被破坏的关节之一，因此，人工膝关节假体需求量很大。人工膝关节胫骨部件由胫骨板、胫骨衬垫组成。胫骨板常用钴铬钼材料和钛合金等，这些合金是高强度、高硬度的生物相容性材料。这类金属材料抗拉强度高，且容易黏刀，机械加工时易造成刀具磨损，导致刀具寿命大幅度降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种通过优化排屑槽的槽形和切削刃的结构，改变铁屑形态，减小铣刀加工时的切削力、提高铣削效率、能降低加工成本、提高生产节拍、强度高、刚性好、排屑性能好，能够适应大进给、大切深、使用寿命长的人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，具体技术方案为：
人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体和刀柄，刀体上设有螺旋形的排屑槽，排屑槽不少于两个，排屑槽与刀体相交形成周刃刃背，排屑槽将刀体分成多个刀齿；所述排屑槽不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，所述分度角之间相差2°～10°，且刀齿的周刃背宽不同，排屑槽上设有保护刀棱；所述周刃刃背上设有周刃断屑槽，周刃断屑槽设有多个；所述排屑槽的径向前角为10°～15°，保护刀棱的径向前角为3°～5°。
通过采用上述技术方案，保护刀棱，既能保护周刃刃口强度，又能改变切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用。
不同的宽度的周刃背宽可以减少大余量铣削时的振动，提高铣削效率。
排屑槽由成型砂轮磨削形成。
优选的，所述保护刀棱为抛物线状，保护刀棱的径向长度为刀体直径的0.1～0.12倍。
通过采用上述技术方案，保护刀棱由普通砂轮形成抛物线形状，保护刀棱增加能保护刀尖强度，减少刀与切屑的接触长度和切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用，防止在大余量切削时，铣刀的侧刃发生崩缺现象。
优选的，所述保护刀棱对应的芯厚为刀体直径的0.7～0.8倍，所述排屑槽的排屑芯厚为刀体直径的0.6～0.75倍。
通过采用上述技术方案，保证不同径向前角。不同的径向前角可以改变铁屑在两段圆弧线的交界处的形态，进而强制折断。
优选的，所述刀齿的端刃上设有端刃断屑槽，且端刃断屑槽不等距设置，即每个刀齿上的端刃断屑槽位置不同。
通过采用上述技术方案，当铣端面时，铣刀的端刃作为主切削刃，降低了切屑变形程度，并使切削刃避开表面硬化层而切入工件，减小了切削力并且降低粗加工振动。
优选的，所述刀齿的端刃上设有第一容屑槽和第二容屑槽，第一容屑槽的前角为0°～5°，宽度为0.1～0.3mm；所述第二容屑槽的前角为8°～12°。
通过采用上述技术方案，保证铣刀的端刃切削时卷屑能力增强，刀屑接触长度缩短，同时容屑空间增加。
优选的，所述排屑槽设有五个，排屑槽将刀体分成五个刀齿，第一刀齿和第四刀齿的第一容屑槽的前角为0°～2°；第二刀齿、第三刀齿和第五刀齿的第一容屑槽的前角为3°～5°。
通过采用上述技术方案，容屑槽的前角度数不同使得切削阻力不同，减小振动。
排屑槽的数量越多越好，但是数量过多，会增加制造的难度，并且排屑空间会很小。五个排屑槽综合了排屑性能、刀具刚性以及制造的难以程度。
优选的，所述端刃第一后角为6°～12°，宽度为0.3～0.6mm，第二后角为18°～25°。
通过采用上述技术方案，第二后角保证铣刀的端刃间隙。
优选的，所述排屑槽设有五个，排屑槽将刀体分成五个刀齿，第一刀齿和第四刀齿的第一容屑槽的倾角为30°，第二刀齿、第三刀齿和第五刀齿的第一容屑槽的倾角为25°。
通过采用上述技术方案，避免由于排屑槽不等分度引起的容屑槽空间不等，使得每个容屑槽在芯厚结束点的位置在同一个圆周面上，增加容屑空间。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀对排屑槽通过增加保护刀棱提高周刃刀尖的强度，并减小切削时的摩擦力；通过端刃断屑槽增加断屑能力，改变铁屑形态，防止缠刀，避免加工硬化，减小切削力，可用于大进给切削，提高加工效率；采用双容屑槽设计，增强卷屑能力的同时保证容屑空间；采用不等容屑槽前角的设计，有效降低了切削加工产生的振动；采用不等容屑槽倾角的设计，保证了容屑空间。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明的左视图；
图3是沿图1中A-A线的剖视图；
图4是图3中I处的局部放大结构示意图；
图5是本发明的轴测结构示意图；
图6是沿图5中B-B线的剖视图；
图7是第一刀齿和第四刀齿的结构示意图；
图8是第二刀齿、第三刀齿和第五刀齿的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1至图8所示，人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体1和刀柄19，刀体1的直径为D1，刀柄19的直径为D2，刀体1的直径与刀柄19的直径相同，即D1＝D2。
如图1至图5所示，刀体1上设有螺旋形的排屑槽4，排屑槽4设有五个，排屑槽4与刀体1相交形成周刃刃背6，排屑槽4将刀体1分成五个刀齿，五个刀齿分别为第一刀齿11、第二刀齿12、第三刀齿13、第四刀齿14和第五刀齿15；排屑槽4不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，分度角之间相差2°～10°，且刀齿的周刃背宽不同，即第一刀齿11的周刃背宽L1、第二刀齿12的周刃背宽L2、第三刀齿13的周刃背宽L3、第四刀齿14的周刃背宽L4和第五刀齿15的周刃背宽L5均不相同。
排屑槽4上设有保护刀棱5；周刃刃背6上设有周刃断屑槽7，周刃断屑槽7设有多个。
如图4所示，排屑槽4的径向前角γ2为10°，保护刀棱5的径向前角γ1为3°。
保护刀棱5既能保护周刃刃口强度，又能改变切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用。
不同的宽度的周刃背宽可以减少大余量铣削时的振动，提高铣削效率。
排屑槽4由成型砂轮磨削形成。
如图4所示，保护刀棱5为抛物线状，保护刀棱5的径向长度L为刀体1直径D1的0.1倍。
保护刀棱5由普通砂轮形成抛物线形状，保护刀棱5增加能保护刀尖强度，减少刀与切屑的接触长度和切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用，防止在大余量切削时，铣刀的侧刃发生崩缺现象。
如图4和图3所示，保护刀棱5对应的刀棱芯厚φb为刀体1直径D1的0.7倍，排屑槽4的排屑芯厚Φα为刀体1直径D1的0.6倍。
刀棱芯厚φb与排屑芯厚Φα不同能保证不同径向前角。不同的径向前角可以改变铁屑在两段圆弧线的交界处的形态，进而强制折断。
如图2和图5所示，刀齿的端刃上设有端刃断屑槽8，且端刃断屑槽8不等距设置，即每个刀齿上的端刃断屑槽8位置不同。当铣端面时，铣刀的端刃作为主切削刃，降低了切屑变形程度，并使切削刃避开表面硬化层而切入工件，减小了切削力并且降低粗加工振动。
如图2、图5和图6所示，刀齿的端刃上设有第一容屑槽9和第二容屑槽10，第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的前角γG1为0°，宽度L6为0.1mm；第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的前角γG1为3°。
第二容屑槽10的前角γG2为8°。
第一容屑槽9和第二容屑槽10能保证铣刀的端刃切削时卷屑能力增强，刀屑接触长度缩短，同时容屑空间增加，并且两个容屑槽使得切削阻力不同，减小振动。
如图6所示，端刃第一后角α1为6°，宽度L7为0.3mm，第二后角α2为18°。第二后角保证铣刀的端刃间隙。
如图7所示，第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的倾角β1为30°，如图8所示，第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的倾角β2为25°。
实施例二
如图1至图8所示，人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体1和刀柄19，刀体1的直径为D1，刀柄19的直径为D2，刀体1的直径与刀柄19的直径相同，即D1＝D2。
如图1至图5所示，刀体1上设有螺旋形的排屑槽4，排屑槽4设有五个，排屑槽4与刀体1相交形成周刃刃背6，排屑槽4将刀体1分成五个刀齿，五个刀齿分别为第一刀齿11、第二刀齿12、第三刀齿13、第四刀齿14和第五刀齿15；排屑槽4不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，分度角之间相差2°～10°，且刀齿的周刃背宽不同，即第一刀齿11的周刃背宽L1、第二刀齿12的周刃背宽L2、第三刀齿13的周刃背宽L3、第四刀齿14的周刃背宽L4和第五刀齿15的周刃背宽L5均不相同。
排屑槽4上设有保护刀棱5；周刃刃背6上设有周刃断屑槽7，周刃断屑槽7设有多个。
如图4所示，排屑槽4的径向前角γ2为15°，保护刀棱5的径向前角γ1为5°。
保护刀棱5既能保护周刃刃口强度，又能改变切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用。
不同的宽度的周刃背宽可以减少大余量铣削时的振动，提高铣削效率。
排屑槽4由成型砂轮磨削形成。
如图4所示，保护刀棱5为抛物线状，保护刀棱5的径向长度L为刀体1直径D1的0.12倍。
保护刀棱5由普通砂轮形成抛物线形状，保护刀棱5增加能保护刀尖强度，减少刀与切屑的接触长度和切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用，防止在大余量切削时，铣刀的侧刃发生崩缺现象。
如图4和图3所示，保护刀棱5对应的刀棱芯厚φb为刀体1直径D1的0.8倍，排屑槽4的排屑芯厚Φα为刀体1直径D1的0.75倍。
刀棱芯厚φb与排屑芯厚Φα不同能保证不同径向前角。不同的径向前角可以改变铁屑在两段圆弧线的交界处的形态，进而强制折断。
如图2和图5所示，刀齿的端刃上设有端刃断屑槽8，且端刃断屑槽8不等距设置，即每个刀齿上的端刃断屑槽8位置不同。当铣端面时，铣刀的端刃作为主切削刃，降低了切屑变形程度，并使切削刃避开表面硬化层而切入工件，减小了切削力并且降低粗加工振动。
如图2、图5和图6所示，刀齿的端刃上设有第一容屑槽9和第二容屑槽10，第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的前角γG1为2°，宽度L6为0.3mm；
第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的前角γG1为3°～5°。
第二容屑槽10的前角γG2为12°。
第一容屑槽9和第二容屑槽10能保证铣刀的端刃切削时卷屑能力增强，刀屑接触长度缩短，同时容屑空间增加，并且两个容屑槽使得切削阻力不同，减小振动。
如图6所示，端刃第一后角α1为12°，宽度L7为0.6mm，第二后角α2为25°。第二后角保证铣刀的端刃间隙。
如图7所示，第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的倾角β1为30°，如图8所示，第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的倾角β2为25°。
实施例三
如图1至图8所示，人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体1和刀柄19，刀体1的直径为D1，刀柄19的直径为D2，刀体1的直径与刀柄19的直径相同，即D1＝D2。
如图1至图5所示，刀体1上设有螺旋形的排屑槽4，排屑槽4设有五个，排屑槽4与刀体1相交形成周刃刃背6，排屑槽4将刀体1分成五个刀齿，五个刀齿分别为第一刀齿11、第二刀齿12、第三刀齿13、第四刀齿14和第五刀齿15；排屑槽4不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，分度角之间相差2°～10°，且刀齿的周刃背宽不同，即第一刀齿11的周刃背宽L1、第二刀齿12的周刃背宽L2、第三刀齿13的周刃背宽L3、第四刀齿14的周刃背宽L4和第五刀齿15的周刃背宽L5均不相同。
排屑槽4上设有保护刀棱5；周刃刃背6上设有周刃断屑槽7，周刃断屑槽7设有多个，
如图4所示，排屑槽4的径向前角γ2为12°，保护刀棱5的径向前角γ1为4°。
保护刀棱5既能保护周刃刃口强度，又能改变切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用。
不同的宽度的周刃背宽可以减少大余量铣削时的振动，提高铣削效率。
排屑槽4由成型砂轮磨削形成。
如图4所示，保护刀棱5为抛物线状，保护刀棱5的径向长度L为刀体1直径D1的0.11倍。
保护刀棱5由普通砂轮形成抛物线形状，保护刀棱5增加能保护刀尖强度，减少刀与切屑的接触长度和切向力，降低铁屑与前刀面的摩擦作用，防止在大余量切削时，铣刀的侧刃发生崩缺现象。
如图4和图3所示，保护刀棱5对应的刀棱芯厚φb为刀体1直径D1的0.75倍，排屑槽4的排屑芯厚Φα为刀体1直径D1的0.7倍。
刀棱芯厚φb与排屑芯厚Φα不同能保证不同径向前角。不同的径向前角可以改变铁屑在两段圆弧线的交界处的形态，进而强制折断。
如图2和图5所示，刀齿的端刃上设有端刃断屑槽8，且端刃断屑槽8不等距设置，即每个刀齿上的端刃断屑槽8位置不同。当铣端面时，铣刀的端刃作为主切削刃，降低了切屑变形程度，并使切削刃避开表面硬化层而切入工件，减小了切削力并且降低粗加工振动。
如图2、图5和图6所示，刀齿的端刃上设有第一容屑槽9和第二容屑槽10，
第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的前角γG1为1°，宽度L6为0.2mm；第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的前角γG1为4°。
第二容屑槽10的前角γG2为10°。
第一容屑槽9和第二容屑槽10能保证铣刀的端刃切削时卷屑能力增强，刀屑接触长度缩短，同时容屑空间增加，并且两个容屑槽使得切削阻力不同，减小振动。
如图6所示，端刃第一后角α1为8°，宽度L7为0.5mm，第二后角α2为22°。第二后角保证铣刀的端刃间隙。
如图7所示，第一刀齿11和第四刀齿14的第一容屑槽9的倾角β1为30°，如图8所示，第二刀齿12、第三刀齿13和第五刀齿15的第一容屑槽9的倾角β2为25°。
Claims (4)
1.人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，包括同轴设置的均为圆柱形的刀体（1）和刀柄（19），刀体（1）上设有螺旋形的排屑槽（4），排屑槽（4）不少于两个，排屑槽（4）与刀体（1）相交形成周刃刃背（6），排屑槽（4）将刀体（1）分成多个刀齿；其特征在于，所述排屑槽（4）不等分设置，即刀齿的分度角均不相同，所述分度角之间相差2°~10°，且刀齿的周刃背宽不同，排屑槽（4）上设有保护刀棱（5）；所述排屑槽（4）的径向前角为10°~15°，保护刀棱（5）的径向前角为3°~5°；所述周刃刃背（6）上设有周刃断屑槽（7），周刃断屑槽（7）设有多个；
所述刀齿的端刃上设有第一容屑槽（9）和第二容屑槽（10），第一容屑槽（9）的前角为0°~5°，宽度为0.1~0.3mm；所述第二容屑槽（10）的前角为8°~12°；
所述排屑槽（4）设有五个，排屑槽（4）将刀体（1）分成五个刀齿，第一刀齿（11）和第四刀齿（14）的第一容屑槽（9）的前角为0°~2°；第二刀齿（12）、第三刀齿（13）和第五刀齿（15）的第一容屑槽（9）的前角为3°~5°；
所述排屑槽（4）设有五个，排屑槽（4）将刀体（1）分成五个刀齿，第一刀齿（11）和第四刀齿（14）的第一容屑槽（9）的倾角为30°，第二刀齿（12）、第三刀齿（13）和第五刀齿（15）的第一容屑槽（9）的倾角为25°。
2.根据权利要求1所述的人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，其特征在于，所述保护刀棱（5）为抛物线状，保护刀棱（5）的径向长度为刀体（1）直径的0.1~0.12倍，保护刀棱（5）的对应的芯厚为刀体（1）直径的0.7~0.8倍；所述排屑槽（4）的排屑芯厚为刀体（1）直径的0.6~0.75倍。
3.根据权利要求1所述的人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，其特征在于，所述刀齿的端刃上设有端刃断屑槽（8），且端刃断屑槽（8）不等距设置，即每个刀齿上的端刃断屑槽（8）位置不同。
4.根据权利要求1所述的人体膝关节胫骨板加工用高效铣刀，其特征在于，所述刀齿的端刃第一后角为6°~12°，宽度为0.3~0.6mm，第二后角为18°~25°。
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