CN110809502B - 带有可更换的切削环的铣削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有围绕刀具轴线(12)可旋转的在其背侧处与机床主轴可联结的刀具头(14)、大量在切削圆上围绕刀具轴线(12)周围分布地布置的用于工件的铣削加工的切削元件(16)和伸延穿过刀具头(14)的用于至切削元件(16)的冷却剂供应的通道系统(60)的铣削刀具。根据本发明提出，即，装备有切削元件(16)的更换环(18)被形状配合地放置到刀具头(14)的前侧的端面法兰(20)上且在该处被可松开地固定。

Description

带有可更换的切削环的铣削刀具
技术领域
本发明涉及一种铣削刀具，其带有绕刀具轴线可旋转的在其背侧处与机床主轴可联结的刀具头、大量在切削圆上围绕刀具轴线周围分布布置的相应地设有前侧的端面切削刃和对此有角度地伸延的圆周切削刃的用于工件的铣削加工的切削元件和伸延穿过刀具头的用于至切削元件的冷却剂供应的通道系统。
背景技术
在高性能切削加工的铣刀(所谓的HPC)的情形中如下是已知的，即，在由钢或铝构成的基体的端面处安装大量切削元件。在此，这些切削元件要么被牢固地焊接要么然而以刀盒(Kassetten)形式可被单独更换。被牢固焊接的切削刃的缺点是，在磨损情况中整个基体须整体地在生产商处被重新装备，而刀盒虽然可更换，然而须被单独地调整到共同的切削圆上。通过该常规结构，刀具设计、排屑槽形状的设计和冷却剂供应非常强烈地取决于机床和刀具且经常不可最佳地来选择。
发明内容
由此出发本发明基于如下目的，即，进一步改善在现有技术中已知的铣削刀具以用于避免上述缺点且确保用于实现高生产质量的增加的使用收益。
为了实现该目的提出下述特征组合：更换环具有大量单独关联于所述切削元件的、至少部分区段地弯曲伸延的冷却剂分配通道，所述更换环构造成3D打印件，并且所述切削元件以PKD切削元件形式被直接焊接到所述更换环中。本发明的有利的设计方案和改进方案包括：所述更换环设有用于容纳各一个切削元件的凹口；所述切削元件呈板状地构造且在所述刀具轴线的方向上看在-20°至+45°、尤其+10°至+20°的轴线角度的情形下倾斜地调节；所述更换环具有大量单独关联于所述切削元件的排屑槽；所述排屑槽在其出口区域中通过所述更换环的径向面来限制；所述更换环具有以可变的横截面伸延的冷却剂分配通道；冷却剂分配通道由所述刀具头的环形槽分出；所述冷却剂分配通道相应地具有逆着刀具进给向后指向的通入开口；所述更换环构造成一件式的3D打印件；所述更换环设有用于拧入支撑在所述刀具头中的紧固螺钉的螺纹孔；所述端面法兰具有呈环形的轴向槽，所述更换环的环形凸缘接合到其中；所述更换环具有齿环轮廓，其径向向外指向的齿在一个齿面处承载切削元件且在另一齿面处限制排屑槽；所述更换环与每个切削元件相对而置地具有在径向截面上弯曲伸延的、具有处在内部的凹形区段和外部的凸形区段的排屑面；带有不同数量的切削元件的更换环能够可选地固定在所述刀具头的端面法兰处；所述端面切削刃的轴向位置公差为小于0.02mm、优选大约为0.005mm；多于22个、优选多于30个切削元件被牢固地焊接到所述更换环中；所述铣削刀具被构造为端面铣削刀具；所述更换环具有载体盘，在其前侧处构建有用于支撑切削板的齿环结构；所述更换环具有向后突出的环形凸缘；所述更换环具有向后突出的环形凸缘，其中，所述端面法兰构造有呈环状的轴向槽用于形状配合地容纳所述环形凸缘。
本发明由如下思想出发，即，在功能上优化的载体上一起提供切削元件。相应地根据本发明提出如下，即，装备有切削元件的更换环被形状配合地放置到刀具头的前侧的端面法兰上且在该处被可松开地固定。由此，切削刃载体在使用寿命结束的情形中可更换且可在现场以少的耗费来更换。整个刀具至生产商的为了再加工的回寄取消。总的来说创造了一种高度模块化的铣削刀具，其按照应用情况尤其鉴于切削材料、排屑槽几何形状和冷却剂供应可被容易地配置。
有利地，更换环设有用于容纳各一个切削元件的凹口，从而确保定义的预定位。
有利地，切削元件呈板状地构造且在刀具轴线的方向上看在-20°至+ 45°、尤其10°至20°的轴线角度的情形下倾斜地调节。因此，切削刃相对旋转轴线的调节明显高于常规，由此刀具更安静地运转且在构件处的毛刺产生被最小化。
此外如下是有利的，当更换环具有大量单独关联于切削元件的排屑槽时。由此，通过可更换的构件的造型和设计确保最佳的且过程可靠的切屑产生过程和切屑运走。
根据另一有利的设计方案，排屑槽在其出口区域中通过更换环的在径向平面中横向于刀具轴线延伸的径向面来限制。通过这样的几乎不带有常见的槽出口的排屑槽，更换环或者切削刃载体的强度和稳定性被明显提高，而结构空间显著减少。另外，通过排屑空间的该造型支持用于径向排屑的切屑偏转。
除了实际的冷却和润滑功能之外，如下对于支持排屑而言同样是有利的，当更换环具有大量单独关联于切削元件、至少部分区段地弯曲且/或以可变的横截面伸延的冷却剂分配通道时。
为了简单的冷却剂输送，如下是有利的，当冷却剂分配通道由刀具头的环形槽分出时。
有利地，冷却剂分配通道相应地具有逆着刀具进给向后或对此横向指向的通入开口，从而使得冷却剂可目标指向地偏转到切削加工过程上且排屑以及刀具的使用寿命可被改善。
另一特别有利的设计方案作如下设置，即，更换环以增材生产过程生成的、优选一件式的3D打印件或者成型件构造。在这样的增材构成的构件中，对于优化的冷却剂供应、排屑槽形状以及还有切削刃调节而言的复杂的构件几何形状可被确保。
为了容易的可更换性如下是同样有利的，当更换环设有用于拧入支撑在刀具头中的紧固螺钉的螺纹孔时。
为了在分离部位处的离心力保证，如下是有利的，当端面法兰具有更换环的环形凸缘接合到其中的呈环形的轴向槽时。
构件几何形状的进一步优化通过如下方式得出，即，更换环具有齿环轮廓，其径向向外指向的齿在一个齿面处承载切削元件且在另一齿面处限制排屑槽。
为了支持切屑导出且避免切屑堵塞，如下是有利的，当更换环与每个切削元件相对而置地具有在径向截面上弯曲伸延的、具有处在内部的凹形的区段和外部的凸形的区段的排屑面时。
在增加的模块化的意义中的进一步改善通过如下方式得出，即，设置有多个带有不同数量的切削元件的更换环，其能够可选地固定在刀具头的端面法兰处。
有利地，切削元件优选作为PKD切削元件被直接不可松开地或者牢固地焊接到更换环中。由此，对于切削刃而言必要的结构空间可明显更紧凑地来生产，由此相比可松开的切削刃总的来说可在周缘上分布地安装明显更多的切削刃。越多切削刃可被安装到铣刀上，刀具可越高效地使用。不可松开地设计切削刃的第二方面在于如下，即，以每个接口(刀座和切削元件)位置公差增加且因此端面跳动被恶化。
就此而言如下是特别有利的，即，端面切削刃的端面跳动或者轴向位置公差为小于0.02mm、优选地大约0.005mm。端面铣刀的这样的刀具精度可在被牢固焊接的切削元件中实现，其中，取消可单独调整的刀盒的耗费的校准。
进一步的改善通过如下方式得出，即，多于22个切削元件、优选多于30个切削元件被牢固地焊接到更换环中。
附图说明
下面，本发明借助在附图中示意性示出的实施例作进一步说明。其中：
图1以前侧的透视图示形式显示了包括刀具头和用于切削板的更换环的铣削刀具；
图2以背侧的透视图示形式显示了根据图1的铣削刀具；
图3以背侧的透视图示形式显示了更换环；
图4以穿过用于固定更换环的紧固螺钉的钻孔的区域的轴向截面形式显示了铣削刀具；
图5以穿过冷却剂分配通道的区域的轴向截面形式显示了铣削刀具；
图6显示了在刀具头的法兰区域中的图5的局部放大；
图7显示了穿过更换环的剖开的径向截面。
具体实施方式
在图1中所示出的端面铣削刀具10包括绕其作为刀具轴线12的中轴线可旋转的刀具头14和装备有大量切削元件或者切削板16的更换环18，其被形状配合地放置在刀具头14的前侧的法兰20处且在该处被可松开地固定。
如同样在图2中可识别的那样，刀具头14作为插入式铣刀14具有用于与未显示的铣削容纳部联结的背侧的接口22；在其上刀具头经由轴向螺纹连接被抗扭地保持。备选地，更换环18同样可以单块结构方式被直接旋拧到特殊容纳部上(未示出)。
在呈环形的端面法兰20的背侧处在周缘方向上分布地布置有用于在顶侧支撑用于更换环18的紧固螺钉28的阶梯孔26。
在图3中被单独显示的更换环18包括载体盘30，在其前侧处构建有用于支撑切削板16的齿环轮廓32。在载体盘30处背侧引入轴向的螺纹孔34，其与用于拧入紧固螺钉28的刀具头14的阶梯孔26对齐。更换环18的向后突出的环形凸缘36允许在端面法兰20中的相对离心力被固定的形状配合的容纳。为了该目的，呈环状的轴向槽38被引入到端面法兰20中，如其由图6同样可见的那样。在环形凸缘36上分布有冷却剂分配通道40的进入开口，其朝向切削板16的走向在下面作进一步说明。
更换环18的齿环轮廓32具有径向向外突出的齿42，其在其在旋转方向上指向的齿面处设有用于切削板16的凹口44，而相应地相对而置的齿面构成复杂弯曲的排屑面46。以该方式使在齿42之间的排屑槽48畅通，其在其出口区域中通过载体盘30的径向面50来限制。
如最佳地由图7可见的那样，齿面毗邻于板座或者凹口44平整地构造。相对而置的弯曲的齿面为了优化排屑具有处在内部的在径向截面上凹形的区段52和外部的凸形的区段54。
如在图1中借助编号可识别的那样，在该实施例中二十四个齿构成环绕的齿环轮廓32。通过更换环18的附加构造如下可容易实现，即，在100mm的名义直径的情形中设置有更高的齿数或者切削刃数量(例如32个)。原则上如下是同样可能的，即，根据积木形式提供多个带有不同切削刃数量、然而带有一致的用于端面法兰20的形状配合轮廓的更换环18，以便于给予用户额外的灵活性。
切削板16直接被牢固地焊接到凹口44中。例如0.005 mm轴向公差的高精度端面跳动通过在焊接状态中的相应的磨削来实现。优选地使用由多晶金刚石切削材料(PKD)构成的切削刃或由立方晶氮化硼(CBN)构成的切削刃。
图1同样可识别出如下，即，切削板16在关于刀具轴线12的某一轴线角度(或者对此平行)的情形下强烈地向前倾斜。该倾斜可被匹配于切削刃的锋利度或者被匹配于切削材料，其中，直至45°的轴线角度对于硬金属和金属陶瓷(CERMET)而言是可能的，而对于PKD切削刃而言优选10°至20°的轴线角度。在用于硬加工的CBN切削刃的情形中，直至-20°的负的轴线角度同样可能是适宜的。
如最佳地由图4可见的那样，切削板16具有前侧的在刀具轴线12的方向上向前指向的端面切削刃56和对此有角度地伸延的径向向外指向的圆周切削刃58。在工件的端面铣削的情形中，铣削刀具10横向于中轴线12移动且在圆周方向上旋转，其中，切削板16切削加工地去除材料且切屑借助于向后偏转的冷却剂有针对性地通过排屑槽48被排出，如其在下面进一步所说明的那样。
冷却润滑材料供应经由通道系统60由在刀具头处的中间的背侧的联接部出发实现，如其在图5中所示出的那样。由该处分出分支孔62，其通向呈环形的轴向槽38。在轴向槽38的内部侧面的区域中的环槽(Einstich)64使得用于更换环18的内侧径向支撑的周面66的精确匹配的加工成为可能(同样参见图6)。冷却润滑材料的输送经由轴向槽38的底部区域朝向更换环18的各个冷却剂分配通道40实现。这些冷却剂分配通道相应地以弯曲的走向和可变的横截面通向相关联的切削板16，其中，在排屑槽48中的通入孔66逆着刀具轴线12向后指向，从而有针对性地支持排屑。带有更换环18的插入式铣刀14同样适合于带有最小量润滑的使用。
为了在上述复杂结构中提供更换环，增材生产方法(例如选择性激光熔化)得到使用。在作为3D打印件如此构成的更换环18中因此得出在齿环轮廓32和内部的冷却剂导向的设计上的自由度，其不可通过去除生产方法来实现。

Claims (23)

1.一种铣削刀具，带有围绕刀具轴线(12)可旋转的在其背侧处与机床主轴可联结的刀具头(14)、大量在切削圆上围绕所述刀具轴线(12)周围分布地布置的相应地设有前侧的端面切削刃(56)和对此有角度地伸延的圆周切削刃(58)的用于工件的铣削加工的切削元件(16)和伸延穿过所述刀具头(14)的用于至所述切削元件(16)的冷却剂供应的通道系统(60)，其中，更换环(18)装备有所述切削元件(16)，且所述更换环(18)被形状配合地放置到所述刀具头(14)的前侧的端面法兰(20)上且在该处被可松开地固定，其特征在于，所述更换环(18)具有大量单独关联于所述切削元件(16)的、至少部分区段地弯曲伸延的冷却剂分配通道(40)，所述更换环(18)构造成3D打印件，并且所述切削元件(16)以PKD切削元件形式被直接焊接到所述更换环(18)中。
2.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)设有用于容纳各一个切削元件(16)的凹口(44)。
3.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述切削元件(16)呈板状地构造且在所述刀具轴线(12)的方向上在-20°至+45°的轴线角度的情形下倾斜地调节。
4.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)具有大量单独关联于所述切削元件(16)的排屑槽(48)。
5.根据权利要求4所述的铣削刀具，其特征在于，所述排屑槽(48)在其出口区域中通过所述更换环(18)的径向面(50)来限制。
6.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)具有以可变的横截面伸延的冷却剂分配通道(40)。
7.根据权利要求6所述的铣削刀具，其特征在于，冷却剂分配通道(40)由所述刀具头(14)的环形槽(64)分出。
8.根据权利要求6所述的铣削刀具，其特征在于，所述冷却剂分配通道(40)相应地具有逆着刀具进给向后指向的通入开口(66)。
9.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)构造成一件式的3D打印件。
10.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)设有用于拧入支撑在所述刀具头(14)中的紧固螺钉(28)的螺纹孔(34)。
11.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述端面法兰(20)具有呈环形的轴向槽(38)，所述更换环(18)的环形凸缘(36)接合到其中。
12.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)具有齿环轮廓(32)，其径向向外指向的齿(42)在一个齿面处承载切削元件(16)且在另一齿面处限制排屑槽(48)。
13.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述更换环(18)与每个切削元件(16)相对而置地具有在径向截面上弯曲伸延的、具有处在内部的凹形区段(52)和外部的凸形区段(54)的排屑面(46)。
14.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，带有不同数量的切削元件(16)的更换环(18)能够可选地固定在所述刀具头(14)的端面法兰(20)处。
15.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述端面切削刃(56)的轴向位置公差为小于0.02mm。
16.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，多于22个切削元件(16)被牢固地焊接到所述更换环(18)中。
17.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其中，所述铣削刀具被构造为端面铣削刀具。
18.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其中，所述更换环(18)具有载体盘(30)，在其前侧处构建有用于支撑切削板(16)的齿环轮廓(32)。
19.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其中，所述更换环(18)具有向后突出的环形凸缘(36)。
20.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其中，所述更换环(18)具有向后突出的环形凸缘(36)，其中，所述端面法兰(20)构造有呈环状的轴向槽(38)用于形状配合地容纳所述环形凸缘(36)。
21.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述切削元件(16)呈板状地构造且在所述刀具轴线(12)的方向上在+10°至+20°的轴线角度的情形下倾斜地调节。
22.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，所述端面切削刃(56)的轴向位置公差为0.005mm。
23.根据权利要求1或2所述的铣削刀具，其特征在于，多于30个切削元件(16)被牢固地焊接到所述更换环(18)中。
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