CN1096324C - 切削加工刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切削加工刀具、一种镶装刀片(10K)和一种用于安装这种镶装刀片的方法。镶装刀片(10K)被用于机械切削，并且包括至少一个切削刃(14)。镶装刀片(10K)由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，并且包括用于将该镶装刀片夹紧在一个刀架上的第一装置(15)，所述装置(15)与镶装刀片成一体结构。与所述第一装置(15；27)相对的一侧(11)包括至少一个键形卡具(17)，在将镶装刀片(10A-10L)夹紧在刀架上的过程中，键形卡具(17)将与一个键相配合。

Description

切削加工刀具
发明背景
本发明涉及一种切削加工刀具、一种镶装刀片和一种用于安装这种镶装刀片的方法，这种镶装刀片包括至少一个切削刃，镶装刀片由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，并且包括用于将该镶装刀片夹紧在一个刀架上的第一装置，所述装置与镶装刀片成一体结构。
现有技术
通常使用的圆形可转位嵌装刀片的直径可以达到5mm。最小的圆形可转位嵌装刀片将被认为是烧结硬质合金环，这是为了获得用于容纳螺钉的足够的空间，该螺钉被用于将镶装刀片夹持在镶装刀片槽内。专利WO 98/13161中已经有了一种球状刀尖的铣刀，它包括一个通过一个拉杆与刀柄相连接的铣头。该铣头由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，并且具有一个延伸向该刀具的旋转轴线的切削刃。该铣头具有一个螺纹，该螺纹与切削刃成一体结构，从而与切削刃采用了同一种材料。该铣头包括一个由沿直径方向相对的平面构成的键形卡具。专利WO 95/33590中已经有了一种带有整体螺纹的注射模塑镶装刀片。专利US-A-5,496,137中已经有了一种端面铣刀，该端面铣刀带有一个整体螺纹，并且采用一种旧技术加工而成。现有技术中的刀具的问题在于，如果这些刀具的尺寸较小，那么这些刀具的强度就会降低，并且难以操纵。
本发明的目的
本发明的一个目的是提供一种切削加工刀具，该刀具具有现有技术中的刀具的各项优点。
本发明的另一个目的是提供一种切削加工刀具和一种镶装刀片，该镶装刀片具有较高的强度，并且便于操纵。
本发明另一个目的是提供一种切削加工刀具和一种镶装刀片，其设计方案能够使该镶装刀片在切削过程中被夹持得更加牢靠。
本发明另一个目的是提供一种用于简便地安装这种镶装刀片的方法。
通过采用说明书结合附图所述的一种切削加工刀具、一种镶装刀片和一种用于安装这种镶装刀片的方法，就可以实现这些以及其它一些目的。
对附图的说明
图1A表示了一个根据本发明的镶装刀片的侧视图。
图1B表示了该镶装刀片的俯视图。
图2A-2C分别表示了根据本发明的车削刀具的侧视图、俯视图和透视图。
图2D表示了沿图2B中的线II的剖视图。
图2E表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的侧视图。
图2F表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的透视图。
图3A表示了根据本发明的刀具的一个替代实施例的剖视图。
图3B表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的透视图。
图4A表示了根据本发明的镶装刀片和刀具的一个替代实施例的剖视图。
图4B表示了根据本发明的镶装刀片和刀具的一个替代实施例的剖视图。
图4C和4D表示了如图4A所示的与不同类型的螺母相配合的镶装刀片。
图5A和5B分别表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的侧视图和俯视图。
图6表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的俯视图。
图7A和7B分别表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的侧视图和俯视图。
图8A和8B分别表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的剖视图和俯视图。
图9表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的剖视图。
图10A和10B分别表示了根据本发明的刀具的一个替代实施例的沿图10B中的线X的剖视图和一个俯视图。
图11A-11C分别表示了根据本发明的车削刀具的一个替代实施例的端视图、侧视图和透视图。
图12A-12C分别表示了根据本发明的铣削刀具的一个替代实施例的端视图、侧视图和透视图。
图13A-13C分别表示了根据本发明的铣削刀具的一个替代实施例的端视图、侧视图和透视图。
图14A-14C分别表示了根据本发明的另一种铣削刀具的一个替代实施例的端视图、侧视图和透视图。
图15A表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的透视图。
图15B表示了如图15A所示的镶装刀片的剖视图。
图15C和图15D表示了如图15A所示的镶装刀片的其它截面的剖视图。
图16表示了根据本发明的镶装刀片的一个替代实施例的透视图。
对本发明的优选实施例的详细说明
图1A和图1B表示了一个根据本发明的镶装刀片10A，优选该刀片被用于纵向车削。镶装刀片10A具有所谓的R型的圆形几何形状。该镶装刀片具有一个上侧11和一个基本呈平面状的相对的下侧12，二者通过一个圆柱状的刃表面13相互连接。该镶装刀片具有一个沿上侧11和刃表面13之间的交接线加工的圆形切削刃14。镶装刀片10A具有一条中心线CL。该镶装刀片包括用于将该该镶装刀片夹紧在一个刀架上的装置15。装置15与该镶装刀片成一体结构，从而与切削刃14采用了同一种材料。这可以通过采用合适的设备进行注射模塑以及随后进行烧结来实现。该镶装刀片的加工方法是将烧结的硬质合金粉末与一种例如塑料的有机粘合剂相混合，并且将该混合物塑造成小球或颗粒。所述小球或颗粒通过一种注射模塑的加工工艺被铸造成型，然后，成型后的产品在1300至1500℃的温度下被绕结。该注射模塑技术在专利EP 96913765.2中进行了更为详细的描述，该专利的内容此处被并入了本发明。装置15从下侧12的中心部分垂直伸出。装置15包括一个加工有外螺纹的套管插头16，该插头16的中轴线与该镶装刀片的中心线CL基本重合，在所示的实施例中，所述螺纹是单线螺纹。或者该螺纹也可以如图3B所示为双线螺纹或多线螺纹。这也可以被表述为装置15包括一条或多条外部螺旋形凹槽。
镶装刀片10A的上侧11或刀片10A上与所述装置15相对的一侧包括至少一个键形卡具17。该键形卡具17呈齿形凹入18形状，当将镶装刀片夹紧在夹具上时，该齿形凹入18将与一个键相配合。键形卡具17的中轴线与镶装刀片的中心线CL基本重合。键形卡具17的轮廓是Torx或一种Allen键，或类似形状，该轮廓包括至少两个驱动表面，优选采用六个这种表面。因此，装置15的中心线基本与键形卡具17的中心线相重合。键形卡具17被布置在一个假想的圆柱24内，圆柱24的直径基本与螺纹16的平均直径相一致。同样可以指出，优选切削刃14被加工在一个平面内。切削刃14处于键形卡具的外侧，并且与键形卡具的中心线CL相隔一定的距离，从而围绕在键形卡具的周围。
图2A-2D表示了根据本发明的一种车削刀具19A，该刀具19A包括一个刀架20A和镶装刀片10A。刀架20A包括一个刀柄，该刀柄的一端上设有一个镶装刀片槽，而另一端被用于将刀架固定在车削机械上。刀架由钢加工而成。镶装刀片槽包括一个底表面21和一个侧支承表面22，如图2D所示。刀架20A包括用于将镶装刀片夹紧在镶装刀片槽内的装置，该装置是一个螺纹孔23，它基本垂直延伸至底表面21所处的平面处。在所示的实施例中，孔23内的螺纹是单线螺纹。或者该螺纹也可以是双线螺纹或多线螺纹。这也可以被表述为装置23包括一条或多条内部螺旋形凹槽。
孔23被加工在基本呈圆形的底表面的中心处。侧支承表面22是部分圆柱形的凹入面，这是为了与镶装刀片的凸出的刃表面13相配合。
将镶装刀片10A安装在刀架20A内的方法如下所述。将镶装刀片移向镶装刀片槽的底表面21，从而使套管插头15的中心线与孔23的中心线对齐。镶装刀片被推向镶装刀片槽，从而使螺纹相互邻接。然后，使用手或者利用与键形卡具17相配合的合适的键形扳手(未示出)将镶装刀片10A及其附带的套管插头15作为一个整体进行转动，直至镶装刀片的下侧12与镶装刀片槽的底表面21相邻接。然后必须使用键形扳手使镶装刀片被牢固地固定贴靠在底表面上，这是为了在孔23内的弹性更好的钢螺纹中产生一个预紧力。在该优选实施例中，镶装刀片10A具有大约为4mm的直径、一个公制螺纹M2.2和一个键形卡具T07。更加一般地讲，镶装刀片的直径的范围为3-5mm。该螺纹可以是任何类型，并且可以是右旋或左旋。十分适合烧结的硬质合金的一类螺纹是钢丝螺纹，见图2E。图2E中的螺纹是左旋螺纹，该螺纹与圆形切削刃14相连接，在切削过程中趋向于加固该螺纹连接。
或者，插头15可以被一个或多个螺旋形凹槽所代替，该凹槽的圆周向尺寸小于360°。然后，这个凹槽或这些凹槽将与刀架上的孔内的凸出部分相配合，从而形成一个卡口接头，如图2F所示，该卡口接头可以使一个新的镶装刀片处在至少两个位置处。或者，镶装刀片的转位也可以通过在刀架底的表面和镶装刀片的下侧之间提供一个垫片来实现。该垫片的厚度被选定为螺距的一半，从而获得180°的转位。
图3A表示了根据本发明的刀具19B的一个替代实施例。本实施例与上述刀具之间的差别部分地在于镶装刀片10B具有一个正的基本几何形状，另外还部分地在于取消了侧支承表面。因此所有的切削力都由底表面和刀架20B内的螺纹来承受。
图4A表示了根据本发明的镶装刀片10C和刀具19C的一个替代实施例。插头和刀架中的孔分别包括沿径向位于假想圆柱24之外的引导表面25和26。引导表面25，26的直径适于相互滑动配合。在这种情况下，所有的切削力都由底表面、引导表面25，26和刀架内的螺纹来承受。
图4B表示了根据本发明的镶装刀片10C和刀具19I的一个替代实施例。本实施例与上述图4A所示的刀具之间的差别在于现在刀架内的螺纹已被一个带有Torx键形卡具的松螺母内的螺纹所代替。该螺母和镶装刀片10C可以相互转动，从而对镶装刀片进行装卸。图4C表示了所述螺母和如图4A所示的镶装刀片10C。图4D表示了另外一种带有外Allen键的螺母和如图4A所示的镶装刀片10C。
图5A和5B分别表示了根据本发明的镶装刀片10D的一个替代实施例。本实施例与上述图3A所示的刀具之间的差别在于镶装刀片的刃表面或排屑表面呈凹形，并且由两个相交的圆周部分构成，这是为了引导断裂沿其相交线发生。
图6表示了根据本发明的镶装刀片10E的一个替代实施例。本实施例与上述刀具之间的差别在键形卡具由一个六角形凹槽构成，即所谓的Allen键形卡具。
图7A和7B表示了根据本发明的镶装刀片10F的一个替代实施例。本实施例与上述图3A所示的刀具之间的差别在于键形卡具包括一个位于镶装刀片之上的曲线凸出部分。该凸出部分包括一个用于所谓的Torx连接的阳部分，该凸出部分将与一个与之类似但几何形状相反的阴部分相配合。该凸出部分还被用作成屑台或断屑台。或者，该凸出部分也可以由Allen键连接的阳部分构成，即一个具有六角形截面的凸出部分。然而，与上述具有小直径和小排屑槽的刀具中的凹入部分相比，该凸出部分可以被看作一种较差的技术方案。
图8A和8B表示了根据本发明的镶装刀片10G的一个替代实施例。本实施例与上述图3A所示的刀具之间的差别在于现在螺旋槽被加工在了镶装刀片的中间凹槽27内。凹槽27在镶装刀片的中部通入键形卡具内。凹槽内的螺纹将与刀架上的一个螺钉相配合。该螺钉被锚定在刀架上或可以在刀架内转动。该凹槽可以包括一条或多条内螺旋槽。
图9表示了根据本发明的镶装刀片10H的一个替代实施例。本实施例与上述如图8A和8B所示的刀具之间的差别在于键形卡具是一个凸出件。
图10A和10B表示了根据本发明的刀具19D的一个替代实施例，其中带有如图5A和5B所示的镶装刀片10D。本实施例与上述如图2D所示的刀具之间的差别基本在于刀架上的增大的螺纹孔向侧支承表面移动了一段距离，从而使其中心线沿所述方向不同于镶装刀片的中心线。由于孔的最小直径大于插头的最大直径，所以插头可以有更长的部分被插入刀架上的孔内，然后才开始转动镶装刀片。这样，只有与侧支承表面相背离的一侧的螺纹部分是紧密配合，同时镶装刀片的刃表面顶紧在侧支承表面上。通过这种方式，可以获得一种快捷的旋接方式。所述特征也可以通过采用中心线一致的基本相互对等的锥形螺纹来实现。
图11A-11C表示了根据本发明的车削刀具19E和镶装刀片10I的一个替代实施例。刀具19E被用于内部切槽，并且包括一个圆柱形刀架和一个带有伸出的切削部分的切槽刀片10I。该镶装刀片通过上述方式进行安装，并且可以对螺纹的形状进行选择，从而使切削部分的切削刃的最终位置被预定。
图12A-12C分别表示了根据本发明的刀具19F和镶装刀片10J的一个替代实施例。刀具19F被用于例如端铣，并且包括一个圆柱形镶装刀片10J，其上划分有多个排屑槽。该镶装刀片通过上述方式进行安装，并且由于该镶装刀片包括数个对称布置的切削部分，并且将被转动，所以无需转位。或者，该镶装刀片也可以被改进为一种槽分圆柱端铣镶装刀片、一种螺纹铣削镶装刀片、一种扩孔镶装刀片、一种用于端铣燕尾槽的截头圆锥铣头，其中后者具有一个朝向刀架的圆锥尖或类似结构。这些刀具的共同点在于它们取代了常常需要小尺寸(直径为5至15mm)的传统的高速钢铣刀。
图13A-13C表示了根据本发明的铣削刀具19G和如图3A所示的镶装刀片10B的一个替代实施例。刀具19G被用于例如切槽，并且包括两个镶装刀片10B，其中一个镶装刀片与该刀具的旋转轴线相重合，从而使该铣削刀具也可以被用于钻削。
图14A-14C表示了根据本发明的一种铣削刀具19H和如图3A所示的镶装刀片10B的一个替代实施例。刀具19H被用于例如面铣，并且包括八个镶装刀片10B。
图15A和15B表示了根据本发明的镶装刀片10K的一个替代实施例。本实施例与上述如图3A所示的刀具的差别在于该镶装刀片的上侧11包括断屑槽。一个强化的斜面与切削刃14相连接。该斜面还与一个凹入的排屑表面相连接，该排屑表面又依次与一个凸起的后部表面相连接。图15C表示的横截面与图15B类似，但没有强化的斜面。在图15C中，用虚线表示了一个凸出部分。然后数个独立的凸出部分被等间距地布置在了排屑表面的周边上。图15D表示的横截面与图15B类似，但没有凹入的排屑表面。一个平的排屑表面与强化的斜面相连接。在图15D中，用虚线表示了一个凹面。然后数个独立的凹面被等间距地布置在了排屑表面的周边上。
图16表示了根据本发明的镶装刀片10L的一个替代实施例。本实施例与上述如图3A所示的刀具之间的差别在于镶装刀片的上侧11包括一个环件，该环件的材料与烧结硬质合金相比具有更强的耐磨性，例如立方氮化硼或金刚石。该环件围绕在键形卡具周围。
因此，本发明涉及一种切削刀具、一种强度提高、易于操作的镶装刀片和一种简便地安装这种镶装刀片的方法。更加具体地讲，通过将镶装刀片本身设计为一个螺钉或螺母，就避免了使用现有技术的刀具的过程中对小直径螺钉进行操作的困难。根据前面提到的专利WO98/13161的一种解决方案并不适用于车削刀具，这是因为其中的侧支承表面阻碍了键的一个臂的转动。尽管上面结合了优选实施例对本发明进行了描述，但本领域内的普通技术人员应该知道可以对本发明进行上文中没有具体提到的增加、修改、替换和删除，但这都不脱离所附权利要求中所记载的本发明的思想和范围。因此，所示实施例可以被并入本专利说明书中没有特别提到的刀具和镶装刀片中。

Claims (13)

1.用于机械切削的镶装刀片，该镶装刀片包括至少一个切削刃(14)，镶装刀片(10A-10L)由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，并且包括用于将该镶装刀片夹紧在一个刀架上的第一装置(15；27)，所述装置(15；27)与镶装刀片成一体结构，
其特征在于，与所述第一装置(15；27)相对的刀片的上侧(11)，包括至少一个键形卡具(17)，在将镶装刀片(10A-10L)夹紧在刀架上的过程中，键形卡具(17)将与一个键相配合，其特征还在于切削刃(14)处于键形卡具(17)和所述第一装置(15；27)之间。
2.如权利要求1所述的镶装刀片，其特征在于，其中镶装刀片(10A-10L)具有一个紧靠刀架上的一个支承平面的下侧(12)，其中所述下侧(12)的中间部分与所述装置(15；27)相连接。
3.如权利要求1所述的镶装刀片，其特征在于，其中键形卡具(17)包括一个在镶装刀片(10A-10E；10G；10I-10L)内的曲线凹槽或者一个在镶装刀片(10F；10H)上部的曲线凸出部分，所述键形卡具具有一条中心线。
4.如权利要求3所述的镶装刀片，其特征在于，其中键形卡具(17)的轮廓包括至少两个驱动表面。
5.如权利要求1或2所述的镶装刀片，其特征在于，其中装置(15；27)包括一条或多条、内部或外部的螺旋凹槽，所述装置有一条中心线。
6.如权利要求5所述的镶装刀片，其特征在于，其中装置(15；27)包括一条至少单线的螺纹。
7.如权利要求5或6所述的镶装刀片，其特征在于，其中装置(15；27)包括一条至少双线的螺纹。
8.如前述权利要求之一所述的镶装刀片，其特征在于，其中装置(15；27)的中心线基本与键形卡具的中心线重合。
9.如权利要求2所述的镶装刀片，其特征在于，其中切削刃(14)沿镶装刀片的上侧(11)和镶装刀片的一个刃表面(13)之间的交接线加工，所述镶装刀片具有一个基本呈圆形的基础形状和一个圆形切削刃。
10.用于机械切削的刀具，该刀具包括一个刀架(20A-20I)和至少一个镶装刀片(10A-10L)，镶装刀片(10A-10L)具有至少一个切削刃(14)，所述刀具(19A-19I)包括用于将该镶装刀片夹紧在刀架上的装置(15，23；27)，其中所述装置中的第一装置(15；27)与镶装刀片(10A-10L)成一体结构，并且由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，所述装置中的第二装置(23)与刀架(20A-20I)相连接，其中刀架和镶装刀片具有相互配合的支承表面(12，21)，
其特征在于，与所述第一装置(15；27)相对的刀片的上侧(11)，包括至少一个键形卡具(17)，在将镶装刀片(10A-10L)夹紧在刀架(20A-20I)上的过程中，键形卡具(17)将与一个键相配合，上述切削刃(14)置于键形卡具(17)和所述第一装置(15；27)之间。
11.如权利要求10所述的刀具，其特征在于，其中键形卡具(17)包括一个在镶装刀片(10A-10E；10G；10I-10L)内的曲线凹槽或者一个在镶装刀片(10F；10H)上部的曲线凸出部分，所述键形卡具具有一条中心线，并且其中装置的中心线基本与键形卡具的中心线重合，并且其中所述镶装刀片具有一个基本呈圆形的基础形状和一个圆形切削刃。
12.用于将镶装刀片安装在刀架上的方法，其中刀具(19A-19I)包括用于将该镶装刀片(10A-10L)夹紧在刀架(20A-20I)上的第一装置(15；27)和第二装置(23)，其中所述装置中的第一装置(15；27)与镶装刀片(10A-10L)成一体结构，并且由注射模塑成型的烧结硬质合金构成，所述装置中的第二装置(23)与刀架(20A-20I)相连接，其中刀架和镶装刀片具有相互配合的支承表面(12，21)，
其特征在于，该方法包括以下步骤：
-在与所述第一装置(15；27)相对的刀片的上侧(11)处加工至少一个键形卡具(17)，
-将切削刃(14)置于键形卡具(17)和所述第一装置(15；27)之间，
-使装置(15；27，23)相互配合，
-使一个键与键形卡具(17)相配合，
-将镶装刀片(10A-10L)和第一装置(15；23)作为一个整体进行转动，至少转至支承表面(12，21)相互邻接。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：在切削过程中使用切削力使镶装刀片(10A-10L)继续相对刀架(20A-20I)转动，从而使支承表面(12，21)被更紧密地压在一起。
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