CN110730700B - 铣削方法和切削刀片的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于至少一个大体上多边形的切削刀片(2)来铣削工件(1)的方法，所述切削刀片布置在刀架(3)中，其中所述刀架(3)的主轴轴线(S)与被加工工件表面(4)的平面法线(N)形成一个大于0°的角度(γ)，并且其中所述切削刀片(2)的主切削刃(5)与所述被加工工件表面(4)之间的一个有效导程角(κeff)在0°与20°之间。

Description

铣削方法和切削刀片的用途
技术领域
本发明涉及一种铣削方法。
背景技术
所谓的高进给切削已经广泛地用于产生平面和成形表面的有效加工。高进给切削是以相对较小的切削深度和高进给速度进行铣削。切削深度受到小导程角的限制。导程角是切削刀片(通常为可转位刀片)的主刀片和工件表面之间的角度。
在所述方法中，典型的进给速率为0.7至3mm/齿的数量级，轴向切削深度ap通常小于2mm。
在高进给切削期间，主轴垂直于被加工的工件表面。有利的是，切削力主要沿刀具的轴向方向产生。切削力沿着主轴轴线传递，并因此沿着特别刚性的方向朝向刀具传递。
用于此目的切削刀片通常是三角形或四边形的可转位刀片。用于高进给切削的典型可转位刀片例如在AT12004U1中示出。在高进给切削中通常的导程角小于20°。
高进给切削通常用于在平坦工件上产生平面表面。
发明内容
本发明提出要解决的问题是指出一种铣削方法，利用所述方法，高进给切削的益处可应用于曲面的加工。
所述问题通过下文提出的方法来解决。说明书就此提出了有利的实施例。
为了加工复杂形状的工件，例如涡轮叶片，通常使铣刀的主轴轴线相对于加工的工件表面倾斜。主轴轴线的这种倾斜或偏斜也被称为拱起(Sturz)，并且它发生在进给方向上，即，使得铣刀的主轴轴线与被加工工件表面的平面法线(法向矢量)形成大于0°的角度。因此，所述角度被限定为在进给方向上是正的。主轴轴线的倾斜是必要的，以便跟随复杂的表面轮廓并且释放未接合的铣刀的直的切削刀片。加工是用由硬质合金制成的圆板铣刀、球头铣刀或球轴铣刀进行的。
根据本发明，提供了一种用于借助于至少一个大致上多边形的切削刀片来铣削工件的方法，所述切削刀片布置在刀架中，其中，所述刀架的主轴轴线与垂直于被加工工件表面的平面成大于0°的角度，其中，所述切削刀片的主切削刃与所述被加工工件表面之间的导程角在5°与20°之间。
大体上多边形的基础形状意味着切削刀片具有多边形的基础形状，可能具有圆形的外轮廓。
由于铣刀主轴轴线在进给方向上的倾斜，切削刀片的主切削刃和工件表面之间的导程角减小。刀架上的用于高进给切削的切削刀片在通常安装位置的情况下，这将大大减小切削刀片可实现的最大轴向切削深度，使得经济的铣削将不再可能。
作为补救措施，提出了修改切削刀片的切削刃在铣刀上的定位，以便补偿主轴轴线的倾斜位置。
所提出的方法使得即使在具有倾斜主轴轴线的应用中也可以采用具有多边形基础形状的切削刀片用于高进给切削。
换句话说，根据本发明，选择了对于高进给切削来说太大并因此将不适合的刀具固有导程角。刀具固有导程角或理论导程角是指对于未倾斜的主轴轴线(即，主轴轴线和工件表面之间为90°)而言在切削刃和工件表面之间产生的导程角。
仅通过主轴轴线的倾斜，在工件处实现有效的导程角，从而允许在诸如涡轮叶片的复杂形状的工件上的高进给切削。
优选地，切削刀片以这样的方式插入刀架中，即在主轴轴线的法线和切削刀片的主切削刃之间存在20°和40°之间的理论的(刀具固有的)导程角。换句话说，当主轴轴线垂直于被加工工件表面定位时，在所述主轴轴线与切削刀片的主切削刃之间存在20°至40°之间的理论的(刀具固有的)导程角。
优选地，至少一个切削刀片被配置为大体上三角形或大体上四边形或大体上五边形的可转位刀片。“大体上”在这里是指切削刀片的基础形状是三角形、四边形或多边形。这也包括与三角形、四边形或五边形的严格几何定义的偏差。
通常，切削刀片在俯视图中具有等边三角形的圆形形状或正方形的圆形形状或正五边形的圆形形状。其上形成有切削刃的侧边缘以凸起的方式向外弯曲。主切削刃的曲率半径优选地比俯视图中切削刀片的轮廓的内切圆半径大至少1.5倍。
然而，在圆板的情况下，主轴轴线的倾斜不会产生切削刃相对于工件的导程角的变化，当使用具有多边形基部形状的切削刀片时，主轴轴线的倾斜会导致切削刃的导程角的变化。现在，如果具有多边形基础形状的切削刀片在刀架上以这样的方式定向，即，当主轴轴线垂直于被加工工件表面时，存在高进给切削的条件，这种适合性由于主轴轴线倾斜而丧失。
根据本发明的方法使得现在可以使用三角形、四边形或五边形的板代替先前典型的圆形板用于具有倾斜主轴轴线的铣削作业。
优选地，主轴轴线与平面法线之间的角度在3°和35°之间，进一步优选地在10°和30°之间，特别优选地在15°和25°之间。
优选地，轴向切削深度(ap)小于3.0mm，优选地小于2.50mm。
优选地，每齿进给量(fz)在0.60mm和0.90mm之间。
所述方法特别适用于在涡轮叶片上进行铣削操作：涡轮叶片的复杂形状通常需要所使用的铣刀的主轴轴线的明显斜置。所述方法特别适合于加工叶片本体和用于在叶片根部处制造接收凹槽。
还寻求对用于被加工工件的大体上多边形的切削刀片的使用的保护，其中切削刀片布置在刀架中，所述刀架能够绕主轴轴线旋转，并且刀架的主轴轴线与垂直于被加工工件表面的平面成大于0°的角度。
在使用切削刀片时，优选地将切削刀片安装在刀架中，使得在主轴轴线的法线与切削刀片的主切削刃之间存在20°至40°之间的理论导程角。
优选地，切削刀片被配置为大体上三角形或大体上四边形或大体上五边形的可转位刀片。
优选地，主轴轴线与平面法线之间的角度在3°和35°之间。
优选地，所述机加工是轴向切削深度ap小于3.0mm、更优选地小于2.50mm的高进给切削。优选地，每齿的进给量fz在0.60mm和0.90mm之间。
附图说明
下面将通过附图更详细地解释本发明。在此示出了：
图1a-1b具有切削刀片的刀架的示意图
图2圆形切削刀片的导程角的示意图
图3a-3c多边形切削刀片的俯视图
图4刀架的侧视图
图5a-5b示意性表示所述方法
具体实施方式
图1a示意性地示出了建议的刀架3上的切削刀片2相对于工件1的方向，所述切削刀片被定位为非倾斜的主轴轴线S。切削刀片2的进给方向F由块状箭头表示。刀架3具有顺时针旋转，参见旋转方向R。平面法线N垂直于被加工工件表面4。
在本实施例中，主轴轴线S与被加工工件表面4成90°的角度，对应于主轴轴线相对于平面法线N的拱起或倾斜的角度γ为0°，获得主切削刃5与被加工工件表面4之间的理论导程角κth。由于主切削刃5的曲率，导程角由主切削刃5的弦确定。所述弦在主切削刃5的两端之间延伸。
这里所示的理论导程角κth为30°，太大而不适合于高进给切削。从理论导程角κth得到的轴向切削深度apth太大而不允许高进给速率。
在工件1上画出的虚线表示在切削刀片2的下一次通过期间将被去除的切削横截面。
图1b示出了根据本发明的方法提供的配置：
这里，主轴轴线S以相对于平面法线N大约20°的角度γ倾斜，因此，在主切削刃5和工件表面之间存在10°的有效导程角κeff。
由于导程角κ因主轴轴线S的倾斜而减小，可以增加每齿进给量fz。刀具固有的理论导程角κth和主轴轴线S的倾斜以角度γ的叠加，产生相对于被加工的工件表面的有效导程角κeff，
κeff＝κth–γ
其中κth为理论或刀具固有的导程角。
对于弯曲的工件表面，如图1b所示，平面法线N可以位于特定切削刀片的径向向内的作用点处。
这里所示的主轴轴线S的倾斜的角度γ和主切削刃5与工件表面4之间的最终导程角κ的值是示例性的。主轴轴线S相对于平面法线N的倾斜的角度γ的优选值位于3°和35°之间的范围内，更优选地在10°和30°之间，特别优选地在15°和25°之间。
主切削刃5和工件表面4之间的有效导程角κeff由切削刀片2在刀架3上的安装位置和主轴轴线S的倾斜的角度γ产生。
图2示出了与工件1接合的圆形切削刀片2'，例如不是用于根据本发明的方法的圆形切削刀片，该圆形切削刀片2'具有切削刃5'。
图2示出了两种加工情况：
在配置I中，切削刀片2'用于大的轴向切削深度apI。结果是大的导程角κI。
在配置II中，切削刀片2'用于小的轴向切削深度apII。结果是小的导程角κII。
对于圆形切削刀片，导程角随着切削深度的增加而增加，以对于与圆形切削刀片的半径相对应的最大切削深度呈现45°。由于切削刃的圆弧形状，在最低点存在0°的实际导程角，在对应于半径的最大切削深度处存在90°的实际导程角。
对于圆形切削刀片，对于给定的切削深度，接合的切削刃的长度随着切削刀片的直径的增加而增加；切削刃上的力随着长度的增加而减小。
由于对于高进给切削来说，低切削力是期望的，所以对于具有圆形切削刀片的高进给切削来说，最大可能的直径是优选的。这也构成了圆形切削刀片的显著限制，因为切削刃的曲率半径对应于几何尺寸的半径。因此，大的曲率半径也意味着大的可转位刀片。
图3a至3c以俯视图示意性地示出了例如根据本发明的方法提供的大体上多边形的切削刀片2。
图3a的切削刀片成形有具有凸出的圆形外轮廓的方形基础形状(所谓的S板)。
优选地，在切削刀片2的每个倒圆的侧边缘上成形有切削刃(这里强调主切削刃5)。因此，在方形基础形状的情况下，获得四倍可转位切削刀片。四倍可转位意味着四个独立的主切削刃5可用于加工。在这种情况下，通过将切削刀片2旋转90°来调整新的加工位置。因此，通过切削刀片2的方形基础形状，获得四个独立的主切削刃5。
为了说明切削刀片2的形状，画出内切圆DIK。主切削刃5的曲率半径RHS优选地比内切圆DIK的半径RIK大至少1.5倍。
除了这里示出的具有四边形基础形状的切削刀片2之外，根据本发明的方法也可考虑具有大体上三角形基础形状或五边形基础形状的切削刀片。
图3b示出了具有大体上三角形的基础形状(所谓的T板)的切削刀片2，
图3c示出了具有大体上五边形的基础形状(所谓的P板)的切削刀片2。
在此，与圆形切削刀片不同，主切削刃的曲率半径至少比内切圆DIK的半径RIK大1.5倍。
对于根据本发明的方法，四边形板(S板)具有最有利的可用切割深度和分度位置数目的比率。
图4示出了具有主轴轴线S和多个切削刀片2的刀架3。相对于被加工件表面4调节刀架3，使得主轴轴线S垂直于被加工件表面4。
切削刀片2以这样的方式安装在刀架3中，使得在主轴轴线S的法线NS和切削刀片2的主切削刃5之间存在20°和40°之间的理论导程角κth。切削刀片2的安装位置在刀架3中产生主切削刃5和被加工工件表面4之间的理论(刀具固有的)导程角κth。然而，这里所示的理论导程角κth太大，因此不适于高进给切削。
如图5a和5b所示，只有通过根据本发明的方法，图4所示的刀架3和切削刀片2的构造才能用于高进给切削。
图5a和图5b以不同的视图示出了根据本发明的用于铣削工件1的方法的图示，在此，所述工件为涡轮叶片。
刀架3包括多个大体上多边形的切削刀片2。在本示例性实施例中，切削刀片2具有方形的基础形状。刀架3的主轴轴线S相对于与被加工工件表面4垂直的平面法线N具有大于0°的角度γ。主轴轴线S的倾斜的角度γ的优选值位于3°和35°之间的范围内，更优选地在10°和30°之间，特别优选地在15°和25°之间。在图5a的侧视图中可以看出，所述角度γ在本实施例中为大约20°。所述角度γ在进给方向F上测量为正的。
由主轴轴线S的倾斜和切削刀片2在刀架3上的安装位置引起的切削刀片2的主切削刃5与被加工工件表面4之间的有效导程角κeff在5°与20°之间。在本实施例中，有效导程角κeff为大约12°。
作为相对于被加工工件表面4的角度值的参考，使用了切削刀片2在接合时的径向向内的作用点(细节A)。
所述方法允许以高进给量进行铣削。在根据本发明的方法中获得的典型值是fz为0.60-0.90mm/齿。相反地，当使用现有技术的圆板时，仅可能有约0.35-0.45mm/齿的较低进给。
使用多边形切削刀片的另一个好处是，当机加工情况需要时，也可以实现更大的切削深度：因此，例如，在进给速率减小并且在不更换刀具的情况下，可以实现低至5mm的切削深度。用圆板不能产生这种切割深度。
图5b以透视图的形式示出了所述方法。优选地，如图5b中可以看出的，进给方向F大体上垂直于涡轮叶片的纵向轴线L。

Claims (8)

1.一种借助于至少一个大体上多边形的切削刀片(2)铣削工件(1)的方法，所述切削刀片(2)布置在刀架(3)中，其中，
所述刀架(3)的主轴轴线(S)相对于被加工工件表面(4)的平面法线(N)倾斜，所述刀架(3)绕所述主轴轴线(S)旋转，
所述主轴轴线(S)与所述平面法线(N)之间的角度(γ)在3°至35°之间，所述角度(γ)在进给方向(F)上是正的，所述进给方向(F)相对于所述刀架(3)的所述主轴轴线(S)倾斜且垂直于所述平面法线(N)，
所述切削刀片(2)的主切削刃(5)与所述被加工工件表面(4)之间的有效导程角(κeff)在5°至20°之间，
所述切削刀片(2)以这样的方式插入所述刀架(3)中，使得在所述主轴轴线(S)的法线(NS)与所述切削刀片(2)的主切削刃(5)之间存在20°至40°之间的理论导程角(κth)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个切削刀片(2)被构造为大体上三角形或大体上四边形或大体上五边形的可转位刀片。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，轴向切削深度(ap)小于3.0mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，每齿进给量(fz)在0.60至0.90mm之间。
5.一种大体上多边形的切削刀片(2)用于加工工件(1)的用途，其中，所述切削刀片(2)布置在刀架(3)中，所述刀架(3)能够绕主轴轴线(S)旋转，所述切削刀片(2)根据前述权利要求之一所述的方法使用。
6.根据权利要求5所述的用途，其中，所述切削刀片(2)被配置为大体上三角形或大体上四边形或大体上五边形的可转位刀片。
7.根据权利要求5或6所述的用途，其中轴向切削深度(ap)小于3.0mm。
8.根据权利要求7所述的用途，其中每齿进给量(fz)在0.60至0.90mm之间。
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