CN109420790A - 具有复杂余隙表面的整体端铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有复杂余隙表面的整体端铣刀。一种限定中心纵向轴线(A‑A)的细长旋转切割工具(100)包括：柄部部分(110)；和邻接所述柄部部分(110)的切割部分(120)，所述切割部分(120)具有切割端(121)和第一刀片(130,140,150,160)，所述第一刀片具有端切割刃(131,141,151,161)、周边切割刃(132,142,152,162)以及与所述周边切割刃相邻的复杂余隙表面(137,147,15,167)，其中所述复杂余隙表面(137,147,157,167)用于减少旋转切割工具(100)中的振动或颤动。

Description

具有复杂余隙表面的整体端铣刀

技术领域

本发明涉及端铣刀，并且具体地，涉及具有复杂余隙表面的整体端铣刀，该复杂余隙表面包括与切割刃相邻且延伸余隙表面的整个宽度和长度的凸起。

背景技术

使用当前熟知的平直和偏心的余隙(或两者的组合)实现的整体端铣刀(尤其是具有等于和大于12mm的切割直径)在施加到切割金属时往往会生成有时相当大的振动(或颤动)。抑制振动是对任何整体端铣刀的最基本要求之一。因此，已投入巨大的精力来开发和产生有助于减少或消除颤动的特殊几何形状特征。

通过实现具有不等转位、差分螺旋角、真正螺旋角等的端铣刀，部分解决了该问题。例如，这些特征中的一些特征可能对钛合金很有效，但无法抑制不锈钢或其他材料中的振动。另外，这些特征的一些组合提供对于至多12mm切割直径可接受的解决方案，但在较大切割直径下仍存在振动。

所谓的“微棱面”是抑制切割直径大于12mm的整体端铣刀的振动的现有解决方案，其是通过以1.5-3°之间的角度磨削0.05-0.1mm宽度的微小余隙面而产生的。必须在切割刃附近磨削余隙面。除了磨削棱面宽度和角度所需的高精度之外，“微棱面”还需要每个齿上的至少两次清理(即，最少2道次)且可能对每个齿进行三次清理。

另一个问题是与没有“微棱面”的刀具相比，具有“微棱面”的刀具消耗明显更大的主轴功率。实际上，比能量有所增加，继而在铣削期间产生更大的击中生成，继而又在施加具有“微棱面”的刀具以切割高温合金时带来附加困难。鉴于上述内容，需要能提供优于常规设计的一个或多个优点的改进端铣刀。

发明内容

通过以下方式解决任何切割直径的整体端铣刀中的振动(或颤动)的问题：提供具有余隙的整体端铣刀，该余隙具有与切割刃相邻且延伸每个齿的余隙表面的整个宽度和长度的凸起。

在本发明的一个方面，细长旋转切割工具(诸如整体端铣刀)限定中心纵向轴线，并且包括柄部部分和邻接柄部部分的切割部分。切割部分具有切割端和第一刀片。第一刀片具有端切割刃、周边切割刃以及与周边切割刃相邻的复杂余隙表面。复杂余隙表面包括用于减少旋转切割工具中的振动或颤动的多个凸起。在一个实施方案中，旋转切割工具包括多个刀片。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施方案，但是示出的具体实施方案不应被解释为限制权利要求。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是根据本发明实施方案的旋转切割工具(诸如整体端铣刀)的等轴视图，该旋转切割工具包括具有凸起的复杂余隙表面；

图2是沿逆时针方向旋转约四分之一转的图1的旋转切割工具的侧视图；

图3为图1的旋转切割工具的端视图；

图4是图1的旋转切割工具的切割端的放大侧视图；

图5是沿图4的线5-5截取的旋转切割工具的切割端的放大横截面；并且

图6是曲线图，示出了工作路径、本发明的旋转切割工具的磨损/切屑与常规“微棱面”切割工具三者的关系。

具体实施方式

根据本发明实施方案在图1至图5中示出了旋转切割工具100，例如整体端铣刀。虽然在所示实施方案中示出了整体端铣刀10，但下述本发明原理可适用于其他旋转切割工具，诸如整体钻头、丝锥、扩孔钻等。整体端铣刀100限定中心纵向轴线A-A，并且包括用于固定在机床(未示出)的卡盘或心轴中的柄部部分110以及邻接柄部部分110的切割部分120。

切割部分120具有切割端121和至少第一刀片130。第一刀片130具有端切割刃131和周边切割刃132。第一刀片130的端切割刃131从切割部分120的外径OD朝中心纵向轴线A-A延伸。第一刀片130的端切割刃131限定第一盘形轮廓和第一轴向轮廓。如本文所述，“盘形轮廓”是指如图1中那样观看整体端铣刀100的侧面时刀片的端切割部分的轮廓或形状。如本文所述，“轴向轮廓”是指如图3中那样从一端观看时刀片的端切割部分的轮廓。在所示实施方案中，第一刀片130延伸小于从外径OD到中心纵向轴线A-A的全部距离。然而，应当理解，在替代实施方案中，第一刀片130可从外径OD延伸到中心纵向轴线A-A。

本文所述的旋转切割工具100的实施方案不限于单个刀片。本领域技术人员将易于理解，符合本发明的旋转切割工具可包括任何数量的刀片。例如，在一些实施方案中，旋转切割工具100还包括第二刀片140。第二刀片140与第一刀片130相对地设置在切割部分120上，并且具有端切割刃141和连续平滑、不间断的周边切割刃142。第二刀片140的端切割刃141从切割部分120的外径OD朝中心纵向轴线A-A延伸。第二刀片140的端切割刃141限定第二盘形轮廓和第二轴向轮廓。在一些实施方案中，第二盘形轮廓是弯曲的。

在具有两个或更多个刀片的实施方案中，第一刀片130和第二刀片140的各种构型和架构在本发明的范围内是可能的。例如，在一些实施方案中，第一盘形轮廓和第二盘形轮廓是反射对称的。此外，在一些实施方案中，第一盘形轮廓和第二盘形轮廓一起形成凸曲线。或者，在一些实施方案中，第一盘形轮廓和第二盘形轮廓一起形成凹曲线。应当理解，在相对的盘形轮廓在一起时可总体上形成凹或凸盘的此类布置方式中，单独齿或切割刃的盘形轮廓将为凸形的。在任何此类布置方式中，本文所述的盘形轮廓的径向最内部分沿着相同盘形轮廓从至少一个其他点轴向向后延伸。这种布置方式允许径向最内部分(或在一些情况下，工具端面中心)处的必要余隙，使得本文所述的切割工具能够进行斜切操作。

在一些实施方案中，第一轴向轮廓和第二轮廓是旋转不对称的。图3中示出了一个此类实施方案。或者，在一些实施方案中，第一轴向轮廓和第二轴向轮廓是旋转对称的。应当理解，在此类实施方案中，第一盘形轮廓和第二盘形轮廓仍是反射对称的。

如上文所讨论，本文所述的旋转切割工具100可具有任何数量的刀片。例如，在一些实施方案中，旋转切割工具100还包括第一刀片130与第二刀片140之间的第三刀片150。第三刀片150具有端切割刃151和周边切割刃152。第三刀片150的端切割刃151从切割部分120的外径OD朝中心纵向轴线A-A延伸。第三刀片150的端切割刃151限定第三盘形轮廓和第三轴向轮廓，其中第三盘形轮廓是弯曲的。在一些此类实施方案中，第三轴向轮廓与第一轴向轮廓和第二轴向轮廓中的至少一者是旋转不对称的。或者，在一些实施方案中，第三轴向轮廓与第一轴向轮廓和第二轴向轮廓中的至少一者是旋转对称的。图3中示出了一个此类实施方案。

此外，在一些实施方案中，旋转切割工具100还包括第四刀片160，该第四刀片160与第三刀片150相对地设置并且具有端切割刃161和周边切割刃162。第四刀片160的端切割刃161从切割部分120的外径OD朝中心纵向轴线A-A延伸，第四刀片160的端切割刃161限定第四盘形轮廓和第四轴向轮廓。第四盘形轮廓是弯曲的。在一些此类实施方案中，第三盘形轮廓和第四盘形轮廓是反射对称的。

在某个实施方案中，第一刀片130限定圆角切割刃133，该圆角切割刃连接第一刀片130的端切割刃131和周边切割刃132，该圆角切割刃133限定圆角半径。应当理解，本发明可使用其他类型的角切割刃实施。例如，角切割刃可为倒角切割刃、锐角切割刃等。

类似地，第二刀片140限定圆角切割刃143，该圆角切割刃连接第二刀片140的端切割刃141和周边切割刃142，该圆角切割刃143限定圆角半径。应当理解，本发明可使用其他类型的角切割刃实施。例如，角切割刃可为倒角切割刃、锐角切割刃、球头等。

现在参见图4和图5，每个刀片130,140,150,160由螺旋凹槽170分开，该螺旋凹槽从切割头120的切割端121轴向向后延伸。凹槽170的数量等于刀片的数量。在所示实施方案中，切割头120具有总共四(15)个凹槽170。然而，应当理解，本发明可使用任何所需数量的凹槽170实施，具体取决于旋转切割工具100的尺寸。例如，与外径OD相对较小的铣刀相比，外径OD相对较大的旋转切割工具100有能力具有更大数量的凹槽，反之亦然。因此，旋转切割工具100可具有少至一个凹槽170到多至三十或更多个凹槽170，以及约6mm与约35mm之间的外径OD。

如图5所示，每个刀片130,140,150,160的周边切割刃132,142,152,162具有前沿面和后沿面。为了简洁的目的，下面将仅讨论刀片140。刀片140的周边切割刃142具有前沿面144和后沿面145。前沿面144在使用时面向旋转切割工具100的旋转方向。刀片140的周边切割刃142位于外径OD的圆周上。前沿面144具有正径向前角146。径向前角146是倾斜前沿面144与径向线Y所成的角，如图5所示，该径向线Y从中心纵向轴线A-A延伸到刀片140的周边切割刃142。在一个实施方案中，根据被切割的材料，角146在约-15度至约+15度之间的范围内，并且一些材料可能要求径向前角146等于零度。

本发明的一个方面是每个刀片130,140,150,160还具有基本上平坦的、复杂余隙表面137,147,157,167。为了简洁的目的，本文将仅讨论刀片140和复杂余隙表面147。复杂余隙表面147(通常也称为棱面表面)从刀片140的周边切割刃142向后延伸。如图4所示，复杂余隙表面147以与切线Z所成的一定角倾斜，该切线Z从刀片140的周边切割刃142延伸。该角称为主余隙角149。应当理解，其他刀片130,150,160还包括变化的主余隙角，并且为简洁起见，本文仅讨论主余隙角149。

在所示实施方案中，复杂余隙表面包括沿着刀片140的整个长度连续变化的主余隙角。连续变化的主余隙角的结果是沿着刀片140的整个长度的正弦波图案。应当注意，复杂余隙表面147不影响连续平滑、不间断的周边切割刃142。

如上所述，主余隙角149沿着复杂余隙表面147连续地变化。具体地讲，主余隙角149具有在约1度至约5度之间范围内的最大值以及在约6度至约11度之间范围内的最大值，然后沿着刀片140的整个长度重复，从而限定具有多个峰和谷的正弦波图案。正弦波图案限定位于峰处的多个突起区域或隆起148，其中主余隙表面147处于最小值。在一个实施方案中，由连续变化的主余隙角149形成的正弦波图案具有约1mm至约6mm之间的间距L。然而，应当理解，本发明不受间距L的量值的限制，并且本发明可使用任何所需间距L实施，具体取决于几何形状

在所示实施方案中，复杂余隙表面147是基本上平坦的。在替代实施方案中，复杂余隙表面147不是基本上平坦的，而是偏心或凸形的，从而提供更多材料，并因此为刀片140提供更大强度。

如图6所示，进行测试以研究具有复杂余隙表面的本发明旋转切割工具100的减振能力并与具有平直或偏心“微棱面”余隙表面的常规旋转切割工具进行比较。这些测试在不锈钢316L和碳钢4340中进行。在图6中，本发明的旋转工具100由虚线和菱形表示，并且常规旋转切割工具由三角形、X和十字形表示。结果表明，与平直或偏心的常规“微棱面”旋转切割工具相比，旋转切割工具100展现出极好的减振能力、较长的工具寿命以及约10％的总主轴负荷减小。

本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。

虽然当前已描述了优选实施方案，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。

Claims (14)

1.一种限定中心纵向轴线(A-A)的细长旋转切割工具(100)，包括：

柄部部分(110)；和

邻接所述柄部部分(110)的切割部分(120)，所述切割部分(120)具有切割端(121)和第一刀片(130,140,150,160)，所述第一刀片具有端切割刃(131,141,151,161)、周边切割刃(132,142,152,162)以及与所述周边切割刃相邻的复杂余隙表面(137,147,15,167)，

其中所述复杂余隙表面(137,147,157,167)用于减少旋转切割工具(100)中的振动或颤动。

2.根据权利要求1所述的旋转切割工具(100)，其中所述复杂余隙表面(137,147,15,167)包括相对于切线Z连续变化的主余隙角(139,149,159,169)，所述切线Z从所述刀片(140,150,160,170)的所述周边切割刃(132,142,152,162)延伸。

3.根据权利要求2所述的旋转切割工具(100)，其中所述连续变化的主余隙角(139,149,159,169)限定具有多个峰和谷的正弦波图案。

4.根据权利要求3所述的旋转切割工具(100)，其中所述正弦波图案具有约1mm与约6mm之间的间距L。

5.根据权利要求3所述的旋转切割工具(100)，其中所述正弦波图案具有在约1度至约5度之间范围内的最大值以及在约6度至约11度之间范围内的最大值，然后沿着所述刀片(130,140,150,160)的整个长度重复。

6.根据权利要求3所述的旋转切割工具(100)，其中所述正弦波图案限定位于所述峰处的多个突起区域或隆起(138,148,158,168)。

7.根据权利要求1所述的旋转切割工具(100)，其中所述第一刀片(130)限定圆角切割刃(133)，所述圆角切割刃(133)连接所述端切割刃(131)和所述周边切割刃(132)，所述圆角切割刃(133)限定圆角半径。

8.根据权利要求1所述的旋转切割工具(100)，还包括多个刀片(130,140,150,160)。

9.根据权利要求8所述的旋转切割工具(100)，其中每个刀片(130,140,150,160)由螺旋凹槽(170)分开，所述螺旋凹槽从所述切割头(120)的所述切割端(121)轴向向后延伸。

10.根据权利要求5所述的旋转切割工具，其中每个刀片(130,140,150,160)的所述周边切割刃(132,142,152,162)具有前沿面(134,144,154,164)和后沿面(135,145,155,165)。

11.根据权利要求10所述的旋转切割工具，其中每个刀片(130,140,150,160)的所述前沿面(134,144,154,164)具有在-15度至+15度之间范围内的径向前角(136,146 156,166)。

12.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述复杂余隙表面(137,147,157,167)是平坦的。

13.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述复杂余隙表面(137,147,157,167)是偏心或凸形的。

14.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述旋转切割工具(100)包括整体端铣刀。