CN110355407A - 带有具有钻孔/扩孔部分的切削头的模块化旋转切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了带有具有钻孔/扩孔部分的切削头的模块化旋转切削工具。一种用于对工件进行切削操作的模块化旋转切削工具包括：工具柄部，所述工具柄部具有凹座；和切削头，所述切削头可替换地安装在所述工具柄部的所述凹座中。所述切削头具有前端和与所述前端相对的后端。钻孔部分从所述模块化旋转切削工具的所述前端延伸到扩孔部分。所述扩孔部分从所述钻孔部分延伸到所述切削头的联接部分。所述联接部分从所述扩孔部分延伸到所述切削头的所述后端。

Description

带有具有钻孔/扩孔部分的切削头的模块化旋转切削工具

技术领域

本发明整体涉及切削工具，并且具体地讲涉及用于执行钻孔切削和扩孔切削操作而无需更换切削工具的带有具有钻孔部分和扩孔部分的切削头的模块化旋转切削工具。

背景技术

已知具有安装在柄部上的可替换的切削刀头的模块化旋转切削工具，诸如钻头等。切削头和柄部呈现出连续且互补成槽式钻头的构型。为此，每个柄部具有用于保持并旋转相关联的切削头的结构。相关联的切削头具有用于由柄部保持并旋转的互补结构。

用适用于粗加工切削的旋转切削工具(诸如钻头)进行典型的切削操作，其从工件上移除大量材料而留下相对粗糙的表面光洁度。然后，通过被配置为对工件作精加工切削的另一个切削工具(诸如扩孔工具)再次加工粗加工的表面。然而，由于必须使用多个切削工具将单个工件加工成所期望的形状，并且必须周期性停止操作以便于针对不同的切削操作而更换切削工具，因此这种多次切削操作耗时且昂贵。

发明内容

通过提供在同一切削工具上具有钻孔部分和扩孔部分的切削工具而解决了减少生产具有精加工切削的工件所需的切削工具的数量的问题。因此，顾客需要更少的切削工具，从而缩短制造时间，同时实现良好的表面光洁度和孔大小质量。

在一个方面，用于对工件进行切削操作的模块化旋转切削工具包括：工具柄部，该工具柄部具有凹座；以及切削头，该切削头可替换地安装在工具柄部的凹座中。切削头具有前端和与前端相对的后端。切削头还包括钻孔部分和扩孔部分，其中钻孔部分从模块化旋转切削工具的前端延伸到扩孔部分，并且其中扩孔部分从钻孔部分延伸到切削头的联接部分。

在另一方面，用于模块化旋转切削工具的切削头包括钻孔部分和扩孔部分，其中钻孔部分从模块化旋转切削工具的前端延伸到扩孔部分，并且其中扩孔部分从钻孔部分延伸到切削头的联接部分。

在又一方面，切削头包括钻孔部分和扩孔部分，其中钻孔部分从模块化旋转切削工具的前端延伸到扩孔部分，并且其中扩孔部分从钻孔部分延伸到切削头的联接部分。钻孔部分包括主切削刃、前锥形表面、钻前刀面、钻倒锥部和钻边缘刃带部。扩孔部分包括倒角部、前切削刃、扩孔钻前刀面、边缘刃带部和前切削刃离隙表面。

在阅读本说明书和附图之后，本发明的这些和其他方面将得到更充分的理解。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施方案，但是示出的实施方案不应视为对权利要求的限制。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是根据本发明的一个实施方案的模块化钻头的局部、分解视图；

图2是根据本发明的一个实施方案的组装的模块化钻头的侧正视图；

图3是图2的组装的模块化钻头的顶透视图；

图4是图2的组装的模块化钻头的顶视图；

图5是根据本发明的一个实施方案的具有钻孔部分、扩孔部分和联接部分的切削头的侧正视图；

图6是图5的切削头的另一个侧正视图；以及

图7是图5的切削头的顶视图。

具体实施方式

现在参见图1至图3，示出了根据本发明的实施方案的用于对工件(未示出)进行旋转切削操作的模块化旋转切削工具10。一般来讲，模块化旋转切削工具10包括工具柄部12和可替换的切削头14，该可替换的切削头安装在工具柄部12上并接合该工具柄部。在所示的实施方案中，模块化旋转切削工具10包括模块化钻头/扩孔钻组合，其具有沿钻头/扩孔钻组合的侧面设置的螺旋凹槽。然而，本发明不限于与模块化旋转钻头切削工具一起使用。工具的类型也能够是例如铣削工具或另一种类型的旋转工具，例如扩孔钻、丝锥等。

在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可应用于修饰可允许发生变化而不造成与其相关的基本功能的变化的任何定量表示。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。

在整个文本和权利要求书中，相对于值的范围使用“约”一词(例如，“约22重量％至35重量％”)旨在修饰所列举的高值和低值，并且反映与测量结果、有效数字和可互换性相关联的变异数值，所有这些都是本发明所属的领域的普通技术人员应当理解的。

出于本说明书的目的(除在操作示例中之外)，除非另外指明，否则表达成分的量和范围、工艺条件等的所有数字均应理解为在所有情况下用术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在本说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本发明寻求获得的期望结果而变化。至少且并不试图限制将等同原则应用于权利要求书的范围，每个数值参数应至少根据记录的有效数位的数目并且通过施加惯常的四舍五入法来进行解释。此外，如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在包括复数指代对象，除非清楚且明确地限于一个指代对象。

尽管列出本发明的广泛范围的数值范围和参数均为近似值，但具体示例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含某些误差，这些误差不可避免地由在其相应测试测量中发现的标准偏差造成，这些标准偏差包括在测量仪器中发现的标准偏差。另外，应当理解，本文所列举的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，范围“1至10”旨在包括在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间的所有子范围并且包括1和10，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值的范围。由于所公开的数值范围是连续的，因此其包括最小值和最大值之间的每个值。除非另外明确地指明，否则本申请中指定的各种数值范围均为近似值。

在以下说明书和权利要求书中，引用了具有以下含义的许多术语。

单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指称，除非上下文另有明确说明。

“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或可能发生或可能不发生的情况，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。

在图1至图4的实施方案中，两个凹槽彼此直径相对地设置，仅一个凹槽可见。可见凹槽具有形成凹槽的一部分的横向凹陷部、或切削头14中形成的切削头凹槽部分16。在柄部12中形成了对应或互补的横向凹陷部或柄部凹槽部分18。图1的图示显示了处于开始安装在柄部12上的位置中的切削头14。切削头14的安装要求将切削头14降低到与柄部12邻接或接近邻接，并以与切削操作期间旋转的方向相反的方向旋转。当柄部12由其相关联的切削工具(诸如手钻、钻床、机床等(都未示出))旋转时，该安装程序将使切削头14与柄部12以阻止在相对于中心、纵向轴线20采取的轴向方向上脱离的方式在某些相应配合周边表面处联锁。

另外，能够将螺纹构件(未示出)插入穿过柄部12中的轴向孔(未示出)，使得能够将螺纹构件拧进切削头14的底部中的螺纹孔(未示出)中，从而将切削头14牢固地保持在适当的位置。此外，能够将螺纹构件(未示出)插入穿过柄部12中的径向孔(未示出)，使得能够将螺纹构件拧进柄部12中并接合切削头12的圆柱形构件60的圆柱形表面62(参见图5)，从而将切削头12牢固地保持在适当的位置。当接合圆柱形表面62时，可能需要凹口或平口(未示出)。在一个替代实施方案中，能够省略圆柱形构件60，并且能够通过差动螺钉(未示出)将切削头12拉入凹座中。

一旦将切削头14安装在柄部12上，由切削头凹槽部分16和柄部凹槽部分18共同形成的凹槽将会对齐，从而以大致连续且未扭曲的方式形成凹槽。当然，在切削工具10的另一侧上形成了类似的凹槽。虽然两个凹槽是优选的，但任何数量的凹槽(包括仅一个)都可行。

在图1至图4的图示中，切削头凹槽部分16出现在切削工具10的前端30处。前端30是出于语义目的定义的，并且是在切削操作期间接合工件(未示出)的那端。在切削操作期间，将切削工具10安装在旋转切削工具中，使之旋转，并随着切削的进行，逐步推进到工件(未示出)中。切削工具的与前端30相对地定位的端部被称为后端32(参见图5)。术语“前端”和“后端”是语义手段，它们同样适用于柄部12和切削头14，因为它们隐含相对于纵向和旋转轴线20的方向取向而非具体结构。前端30是穿透工件(未示出)的端部，而后端32是与前端30相对的端部。

柄部12的联接至切削头14并使该切削头旋转的部分称为凹座34。凹座34的主要元件包括两个大致对称且类似的堞形壁部分36、38。将描述的是壁部分36，应当理解，壁部分38是其大致对称的对应部分。每个壁部分36、38基本上是柄部12的主体的延续，其在图1至图4的图示中沿着柄部12的外周边向上突出超过柄部12的中心底板部分40。每个壁部分36、38具有平滑外表面42，该平滑外表面适形于切削工具10的大致圆柱形的外表面，并且与该大致圆柱形的外表面大致共延。

每个壁部分36、38具有面向内的、大致圆柱形的表面44、45，平坦的、竖直方向成角度的保持表面46、47，以及在竖直方向成角度的保持表面46、47与驱动表面22、24之间延伸的半径接合部49、51。驱动表面24直径上与驱动表面22相对，并且未在图1中示出。半径接合部51直径上与半径接合部49相对，并且未在图1中示出。术语“竖直方向成角度的”被定义为以相对于组件10的旋转轴线20所成的非零角(即，非平行)形成。保持表面46、47相对于旋转轴线20的角度A1可介于约五(5)度与约十五(15)度之间，如图1中所示。圆弧表面41可位于底板部分40与表面44、45之间，以提供底板部分40与表面44、45之间的平滑过渡，从而减小因柄部12与切削头12之间的过盈配合所引起的应力及在加工操作期间施加到组件10上的力。术语“内部”是指面向轴线20的那些表面。应当指出的是，柄部12的竖直方向成角度的保持表面46、47比柄部12的驱动表面22、24(和半径接合部49、51)更靠近旋转轴线20。换句话讲，柄部12的保持表面46、47相对于柄部12的驱动表面22、24(和半径接合部49、51)为径向向内的(即，更靠近旋转轴线20)。

竖直方向成角度的保持表面46、47为平坦的一个优点在于当在钻孔过程中出现侧向负载(大致垂直于保持表面)时，与例如锥形表面相比时，在底切区域(与那些壁相邻)中应力将更低。因此，凹座34具有更高的可靠性，并且切削头14在加工操作期间更牢固地保持在柄部12中。保持表面46、47为平坦的另一个优点在于能够实现外表面42与保持壁46、47之间的更大的横截面，从而为冷却剂孔78留下足够空间，而不用牺牲凹座42的强度。还应当指出的是，与半径接合部49、51和竖直方向成角度的保持表面46、47相比，驱动表面22、24离旋转轴线20最远。使驱动表面22、24与保持表面46、47完全分离的优点在于在底切53的相同区域中将不会出现加工操作所引起的应力，因此最大应力值将更低。因此，通过降低应力，可实现更长的疲劳寿命。

驱动表面22、24可为竖直的、位于平行于轴线20的平面上、或向前成角度。在驱动表面22、24与平行于旋转轴线20的竖直平面之间形成的角度A2的最佳范围在约零(0)度与约二十(20)度之间。

每个壁部分36、38还具有面向上的上部面48，面向上的下部面50、52，及在面向上的下部面50与驱动表面22、24之间的椭圆形形状的底切53，保持表面46、47以及半径接合部49、51。底切53提供面50、52与驱动表面22、24之间的连续且平滑的过渡，这允许减小扭矩所引起的应力。另外，底切53为安装在柄部12上时的切削头14提供间隙。

切削头14具有至少两个主切削刃(图1中仅可见主切削刃54)、周边大致圆柱形的外表面56以及前锥形表面58，该锥形表面58当然是中断或不完全的，这是因为存在凹槽。

柄部12的中心底板部分40和面向上的下部面50、52中的任一者或全部用作邻接表面，所述邻接表面在切削头14安装在柄部12上时邻接切削头14的面向下的切削头面64、66。

切削头14具有联锁构件形式的柄部连接部分，该柄部连接部分与切削部分相对，或换句话讲，面向切削头14的后端32，该联锁构件被布置成将切削头14保持在柄部12的凹座34内。在图1至图4的实施方案中，该联锁构件包括沿着旋转轴线20居中定位的大致圆柱形的构件60和任选的联接销70。在一些实施方案中，能够省略联接销70。

圆柱形构件60这样称呼的原因在于其被布置成基本上平行于旋转轴线20的特征性圆柱形表面62。圆柱形构件60提供对应于凹座34并接合凹座34的联锁构件，所述凹座34用作柄部12的联锁构件。圆柱形表面62与圆柱形表面44、45配合以在其间提供过盈配合并使切削头14相对于组件10的旋转轴线20准确地居中。圆柱形构件60包括在圆柱形构件60的圆柱形表面62与端部表面63之间延伸的倒角部61。倒角部61为安装在柄部12上时的切削头14提供间隙。圆柱形构件60还包括横向凹陷部65，其在切削头14安装在柄部12上时修改圆柱形表面62并形成切削头凹槽部分16的一部分。倒角表面69可以位于圆柱形表面62与面64、66之间，以提供平滑过渡和抗断裂性。

围绕圆柱形构件60的是切削头面64、66，它们在图1的图示中面向下。在这一点上应当理解，切削头14大致为两侧对称的，使得切削头面64大致为切削头面66的镜像。在可存在三个凹槽的那些实施方案中，例如，相应地将存在围绕切削头14的周边设置的、与切削面64、66对应的三个(而非两个)类似切削头面。

面向下的切削头面64、66可为阶梯状的、成角度的或位于沿着轴线20的不同水平或位点处，其采取的方式与柄部12的面48、50相同，且对应于面48、50的轴向间距。面64、66中的任一者或全部用作邻接表面，以便邻接柄部12的对应面48、50。面64、66与其柄部12的对应面48、50的邻接响应于压缩轴向负载而将切削头14坐置在柄部12上。

切削头14还包括与柄部12的竖直方向成角度的保持表面46、47配合的竖直方向成角度的保持表面68，以及分别在竖直方向成角度的保持表面68与从动表面26、28之间的半径接合部71。术语“竖直方向成角度的”被定义为以相对于组件10的旋转轴线20所成的非零角(即，非平行)形成。当相对于凹座34旋转到联锁位置时，切削头14的保持表面68与凹座34的相应竖直方向成角度的保持表面46、47配合，从而防止切削头14在轴向方向上从柄部12脱离开。需注意，切削头14的保持表面68比从动表面26、28更靠近旋转轴线20。换句话讲，切削头14的保持表面68是相对于从动表面26、28径向向内的(即，更靠近旋转轴线20)。

现在参见图5至图7，本发明的一个方面是切削头14具有三个不同的部分：1)钻孔部分，其通常用80标示；2)扩孔部分，其通常用90标示；以及3)联接部分，其通常用100标示。需注意，扩孔部分90位于钻孔部分80与联接部分100之间。钻孔部分和扩孔部分使切削头14能够同时执行钻孔切削和扩孔切削操作，而无需改变切削工具的类型，从而为顾客节省成本。

钻孔部分80位于切削头14的前端30处并从切削刀头82延伸到扩孔部分90。钻孔部分80包括主切削刃54和前锥形表面58。另外，钻孔部分80包括钻前刀面84、钻倒锥部86和钻边缘刃带部88。

扩孔部分90从钻孔部分80延伸到联接部分100。扩孔部分90包括倒角部92，该倒角部能够相对于纵向轴线20以约15度至约80度之间的角度形成。倒角部92包括倒角主离隙表面92a和倒角副离隙表面92b。倒角主离隙表面92a能够相对于垂直于纵向轴线20的平面以约3度至约10度之间的角度形成。倒角副离隙表面92b能够相对于垂直于纵向轴线20的平面以约12度至约25度之间的角度形成。在所示的实施方案中，倒角部92包括单个倒角。然而，本发明能够用包括双倒角的倒角部92来实施。半径接合部(未示出)能够形成在倒角部92与前切削刃94之间。前切削刃94能够相对于纵向轴线20形成有倒锥部。扩孔部分90还包括扩孔钻前刀面96、边缘刃带部98和前切削刃离隙表面99。

联接部分100从扩孔部分90延伸到后端32，并且包括圆柱形构件60，倒角部61在圆柱形构件60的圆柱形表面62与端表面63之间延伸。联接部分100还包括横向凹陷部65、倒角表面69和联接销70。

如图7所示，钻孔部分80具有比扩孔部分90小的切削直径，这允许切削头14用钻孔部分80执行粗加工切削操作并用扩孔部分90执行精加工切削操作而无需更换切削工具。

如上所述，本发明的切削工具在同一切削工具上具有钻孔部分和扩孔部分。因此，与常规的切削工具相比，顾客需要更少的切削工具，从而缩短制造时间，同时实现良好的表面光洁度和孔大小质量。

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 (20)

1.一种用于对工件进行切削操作的模块化旋转切削工具，包括：

工具柄部，所述工具柄部具有凹座；和

切削头，所述切削头可替换地安装在所述工具柄部的所述凹座中，所述切削头具有前端和与所述前端相对的后端，所述切削头还包括钻孔部分和扩孔部分，

其中所述钻孔部分从所述模块化旋转切削工具的所述前端延伸到所述扩孔部分，并且

其中所述扩孔部分从所述钻孔部分延伸到所述切削头的联接部分。

2.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述钻孔部分包括主切削刃、前锥形表面、钻前刀面、钻倒锥部和钻边缘刃带部。

3.根据权利要求3所述的模块化旋转切削工具，其中倒角主离隙表面相对于所述切削头的纵向轴线以介于15度与80度之间的角度形成。

4.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述扩孔部分包括倒角部、具有倒锥部的前切削刃、扩孔钻前刀面、边缘刃带部和前切削刃离隙表面。

5.根据权利要求4所述的模块化旋转切削工具，其中所述倒角部包括倒角主离隙表面和倒角副离隙表面。

6.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述联接部分包括圆柱形构件、在所述圆柱形构件与所述圆柱形构件的端表面之间延伸的倒角部、横向凹陷部、倒角表面和联接销。

7.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述工具柄部具有：联锁构件，所述联锁构件被布置成当所述切削头安装在所述凹座内时，保持所述切削头；至少一个轴向邻接表面，所述至少一个轴向邻接表面在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述切削头；至少一个驱动表面，所述至少一个驱动表面被布置成在所述切削头安装在所述凹座内的情况下，当所述柄部旋转时，旋转所述切削头；和至少一个竖直方向成角度的保持表面，所述至少一个竖直方向成角度的保持表面比所述至少一个驱动表面更靠近旋转轴线定位，并且其中所述切削头具有：联锁构件，所述联锁构件用于接合所述柄部的所述联锁构件；切削头邻接表面，所述切削头邻接表面在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的所述至少一个邻接表面；从动表面，所述从动表面被定向成在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的所述驱动表面；和至少一个竖直方向成角度的保持表面，所述至少一个竖直方向成角度的保持表面被定向成在所述切削头安装在所述凹座内时邻接所述柄部的所述至少一个竖直方向成角度的保持表面。

8.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述切削头包括形成凹槽的一部分的横向凹陷部，并且所述柄部具有互补的横向凹陷部，当所述切削头安装在所述柄部的所述凹座内时，所述互补的横向凹陷部以连续且未扭曲的方式延续所述切削头中形成的凹槽的所述部分。

9.根据权利要求1所述的模块化旋转切削工具，其中所述凹座包括一对壁部分，每个壁部分具有所述至少一个驱动表面、所述至少一个竖直方向成角度的保持表面和半径接合部，所述半径接合部在所述竖直方向成角度的保持表面与所述至少一个驱动表面之间延伸。

10.根据权利要求9所述的模块化旋转切削工具，其中每个壁部分还包括从中心底板部分向上突出的至少一个面向内的、大致圆柱形的表面。

11.根据权利要求9所述的模块化旋转切削工具，还包括介于所述至少一个邻接表面与所述至少一个竖直方向成角度的保持表面之间的底切部、所述至少一个驱动表面以及所述半径接合部。

12.一种用于模块化旋转切削工具的切削头，包括：

钻孔部分；和

扩孔部分，

其中所述钻孔部分从所述模块化旋转切削工具的所述前端延伸到所述扩孔部分，并且

其中所述扩孔部分从所述钻孔部分延伸到所述切削头的联接部分。

13.根据权利要求12所述的切削头，其中所述钻孔部分包括主切削刃、前锥形表面、钻前刀面、钻倒锥部和钻边缘刃带部。

14.根据权利要求12所述的切削头，其中所述扩孔部分还包括倒角部。

15.根据权利要求12所述的切削头，其中所述扩孔部分包括倒角部、具有倒锥部的前切削刃、扩孔钻前刀面、边缘刃带部和前切削刃离隙表面。

16.根据权利要求15所述的切削头，其中所述倒角部包括倒角主离隙表面和倒角副离隙表面。

17.根据权利要求12所述的切削头，其中所述联接部分包括圆柱形构件、在所述圆柱形构件与所述圆柱形构件的端表面之间延伸的倒角部、横向凹陷部、倒角表面和联接销。

18.一种用于模块化旋转切削工具的切削头，包括：

钻孔部分；和

扩孔部分，

其中所述钻孔部分从所述模块化旋转切削工具的所述前端延伸到所述扩孔部分，并且

其中所述扩孔部分从所述钻孔部分延伸到所述切削头的联接部分，

其中所述钻孔部分包括主切削刃、前锥形表面、钻前刀面、钻倒锥部和钻边缘刃带部，并且

其中所述扩孔部分包括倒角部、具有倒锥部的前切削刃、扩孔钻前刀面、边缘刃带部和前切削刃离隙表面。

19.根据权利要求18所述的切削头，其中所述倒角部包括倒角主离隙表面和倒角副离隙表面。

20.根据权利要求18所述的切削头，其中所述联接部分包括圆柱形构件、在所述圆柱形构件与所述圆柱形构件的端表面之间延伸的倒角部、横向凹陷部、倒角表面和联接销。