CN110997201A - 模块化旋转切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种模块化旋转切削工具，其包括用于插入支撑件中的切削头。所述切削头具有联接销，所述联接销具有形成在其外周表面上的扭矩表面和在夹持表面。所述联接销被分为前销部分和后销部分。所述前销部分由周向凹槽限定。在所述前销部分和所述后销部分之间形成用于防止轴向拉出的止动表面。所述扭矩表面和所述夹持表面布置在不同的销部分中。例如，所述夹持表面优选地形成在所述前销部分上，并且所述扭矩表面优选地形成在所述后销部分上。所述夹持表面相对于所述旋转轴线在所述前切削部分的方向上以倾斜角α2径向向内渐缩。本文广泛考虑了其他变型和实施方案。

Description

模块化旋转切削工具
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§120要求2017年8月21日提交的美国专利申请序列号15/681,811的优先权，该申请的全部内容通过引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种旋转切削工具，并且具体地涉及一种模块化旋转切削工具诸如钻头等，其具有切削头和用于容纳切削头的支撑件。
背景技术
一种类型的旋转工具是具有两个联接部分(即支撑件和切削头)的模块化旋转工具。切削头可互换地安装在支撑件的槽穴结构中。不幸的是，在这些设计中，在钻孔操作期间产生的径向和轴向力(特别是在不平坦或倾斜的表面上)可导致槽穴结构发生过度的弹性形变或最终产生塑性变形，这可能导致峰值负载和断裂。
发明内容
本发明的实施方案旨在通过提供相对于旋转切削工具的中心纵向轴线倾斜的夹持表面，从而防止在钻孔操作期间切削头在支撑件中的不期望的移动，进而解决与槽穴结构的过度应力和变形相关联的问题。本发明解决的另一个问题是减小切削头的关键区域上的应力。
在本发明的一个方面，一种用于在沿着旋转轴线在轴向方向延伸的旋转工具的切削头包括：前切削部分；具有外周表面的联接销，所述联接销被分为前销部分和后销部分，前销部分具有周向凹槽，联接销包括形成在后销部分上的扭矩表面和形成在前销部分上的夹持表面；以及用于有效防止沿轴向方向轴向拉出的止动表面，其中夹持表面在前切削部分的方向上径向向内渐缩。
在本发明的另一方面，提供了一种旋转工具，该旋转工具沿旋转轴线在轴向方向上延伸，该旋转工具具有支撑件，支撑件包括一对相对的支撑结构，每个支撑结构具有限定联接销插孔的内周表面，该内周表面分为前接纳部分和后接纳部分，后接纳部分包括周向凹槽，前接纳部分包括夹持表面，并且后接纳部分包括止动表面。该旋转工具还包括能够接纳在支撑件的联接销插孔中的切削头，该切削头具有前切削部分；具有外周表面的联接销，该联接销被分为前销部分和后销部分，前销部分具有周向凹槽，后销部分包括扭矩表面，并且前销部分包括夹持表面；以及用于有效防止沿轴向方向轴向拉出的止动表面，其中支撑件和切削头的夹持表面在前切削部分的方向上径向向内渐缩。
在本发明的又一方面，提供了一种旋转工具，该旋转工具沿旋转轴线在轴向方向上延伸，该旋转工具具有支撑件，支撑件包括一对相对的支撑结构，每个支撑结构具有限定联接销插孔的内周表面，该内周表面分为前接纳部分和后接纳部分，后接纳部分具有周向凹槽，前接纳部分包括夹持表面，并且后接纳部分包括止动表面；以及能够接纳在支撑件的联接销插孔中的切削头。切削头包括限定切削直径D的前切削部分；具有外周表面的联接销，联接销被分为前销部分和后销部分，前销部分具有周向凹槽，后销部分包括扭矩表面，并且前销部分包括夹持表面；以及用于有效防止沿轴向方向轴向拉出的止动表面，其中支撑件和切削头的夹持表面相对于旋转轴线以2.5度至6.0度之间的非零第二倾斜角α2在前切削部分的方向上径向向内渐缩，并且其中支撑件和切削头的止动表面之间存在间隙，并且其中所述间隙的距离大于0至由支撑件限定的直径D的约1％。
通过阅读本说明书和附图，将更加充分地理解本发明的这些和其他方面。
附图说明
虽然示出了本发明的各种实施方案，但是所示出的实施方案不应被解释为限制权利要求。预期在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变和修改。
图1A是根据本发明的实施方案的具有支撑件和切削头的旋转工具的一部分的透视分解图；
图1B是当切割头插入支撑件时，根据图1A的旋转工具的一部分的透视图；
图2A是根据本发明的实施方案的切削头的透视图；
图2B是根据图2A的切削头的底部侧视图；
图2C、图2D是根据图2A的朝向彼此旋转90°的切削头的侧视图；
图3A是根据本发明的实施方案的用于容纳根据图2A至图2D的切削头的支撑件的透视图，所述切削头用于图1A和图1B中所述的旋转工具；
图3B是根据图3A的支撑件的顶视图；
图3C是沿着图3B中的相交线C-C的剖视图；
图4A是根据本发明的实施方案的旋转工具的放大顶视图；
图4B是沿着图4A中的相交线4B-4B的剖视图；
图4C是取自图4B的支撑件和切削头的止动表面之间的间隙的放大视图；
图5是示出本发明的实施方案的间隙距离与切削头和支撑件的联接销插孔上的各个位置处的应力之间关系的模拟结果的曲线图；
图6是示出本发明的实施方案的夹持表面角与切削头和支撑件的联接销插孔上的各个位置处的应力之间关系的模拟结果的曲线图；以及
图7是示出夹持表面角与常规切削头上各个位置处的应力之间关系的模拟结果的曲线图，其中夹持段和扭矩段两者相对于轴向方向以相对较大的倾斜角形成。
具体实施方式
现在参考图1A和图1B，示出了根据本发明的实施方案的旋转工具2。旋转工具2沿着旋转轴线6在轴向方向上延伸。在正常操作期间，旋转工具2围绕旋转轴线6沿旋转方向也就是圆周方向8旋转。
在所示的实施方案中，旋转工具2包括模块化旋转钻孔切削工具，所述模块化旋转钻孔切削工具包括支撑件10和可互换地安装到支撑件10的切削头12。然而，本发明不限于与模块化旋转钻孔切削工具一起使用。旋转工具还可以是例如铣削工具或另一种类型的旋转工具例如铰刀、丝锥等。
参考图1A至图2D，切削头12具有前切削部分13和沿轴向延伸远离前切削部分13(因此，沿轴向向后的方向)的联接销14。切削头12的前切削部分13限定切削直径DC(参见图2D)。切削头12在其圆周上具有外周表面15，该外周表面被相对的沟槽16中断，所述相对的沟槽始于切削头12，并且连续地合并成布置在支撑件10中的功能上兼容的沟槽。在示例性实施方案中，沟槽16是基本上螺旋形的。然而，在替代实施方案中，应当理解，沟槽16可以是直的。
如本文所用，支撑件10上的元件在下面用字母“a”标识，而在切削头12上的元件用字母“b”标识。
参考图3A至图3C，支撑件10的前侧具有被沟槽16中断的两个相对的支撑结构18。如图3B所示，支撑结构18在圆周方向上延伸大约45度至大约60度的角度范围。每个支撑结构18包括前接触表面22a；这些表面22a布置在基本上垂直于旋转轴线6的公共水平面上。前接触表面22a可以是平坦的或圆锥形的，其相对于公共水平面成一定角度形成。
如图3A所示，支撑结构18的内周表面24a限定用于接纳切削头12的联接销14的联接销插孔20。联接销插孔20包括水平地(即垂直于旋转轴线6)延伸的基座25a。对中孔26a布置在基座25a内，并且与旋转轴线6基本同心。另外，在优选实施方案中，旋转工具2可包括布置在支撑件10内的一个或多个冷却剂通道28a，所述一个或多个冷却剂通道穿过基座25a离开并且与布置在切削头12内的对应的冷却剂通道28b流体连通。旋转工具2还可包括辅助冷却剂通道29(图3B)，所述辅助冷却剂通道从穿过沟槽16离开的冷却剂通道28a、28b的一者或两者延伸。
联接销插孔20被分为两个部分，即前接纳部分40a和后接纳部分42a。如图3A所示，支撑件10的内周表面24a包括扭矩表面30a和夹持表面32a。如图3C所示，扭矩表面30不位于基本上垂直于中心旋转轴线6的相同平面中。如图3A所示，后接纳部分42a包括形成在其中的周向凹槽36。在前接纳部分40a和后接纳部分42a之间形成止动表面38a。
再次参考图2A至图2D，切削头12的联接销14相对于前切削部分13沿轴向向后方向延伸。联接销14从外周表面15沿径向向内的方向偏移。对应于支撑件10的联接销插孔20的内周表面24a，联接销14具有外周表面24b，在其上形成有扭矩表面30b和夹持表面32b。和支撑件的表面30a、32a一样，切削头12的扭矩表面30b和夹持表面32b在圆周方向8上相对于彼此偏移。
切削头12还包括在前切削部分13和联接销14之间的转换处形成的两个水平头部支承表面22b。在一实施方案中，头部支承表面22b布置在共同的大致水平的平面中，并且由沟槽16分开。
类似于支撑件10的联接销插孔20，切削头12的联接销14被分为两个部分，即前销部分40b和后销部分42b。在所示的实施方案中，前销部分40b包括部分周向凹槽37，该凹槽被沟槽16中断。过渡半径23b形成为周向凹槽37和头部支承表面22b之间的过渡。换句话说，过渡半径23b在前销部分40b和头部支承表面22b之间延伸。
而且，(例如，大致圆柱形形状的)插入销26b从联接销14延伸并且相对于旋转轴线6同心地形成。插入销26b是可选的，并且形成为当安装在支撑件10中时(例如，如图1A中所示的对中孔26a中)仅仅用作切削头12的第一对中辅助件。应当注意，当切削头12安装在支撑件10中时，切削头还通过夹持表面32a和32b对中。
现在参考图2B和图2C的切削头12以及图3B的支撑件10，切削头12的联接销14和支撑件10的联接销插孔20具有大致矩形的形状。因此，扭矩表面30a、30b形成在所述矩形的长边上，并且夹持表面32a、32b形成在矩形的短边上，与扭矩表面30a、30b偏移大约90度。
在示例性实施方案中，切削头12和支撑件10的每一个中的前述“两个部分”(即前销部分40b和后销部分42b以及前接纳部分40a和后接纳部分42a)形成两个功能区或功能表面。在所示的实施方案中，前销部分40b相对于后销部分42b径向向内。另外，前销部分40b相对于后销部分42b轴向偏移。夹持表面32a和32b形成在前部40a、40b中，并且扭矩表面30a、30b形成在后部42a、42b中。换句话说，支撑件10的夹持表面32a形成在前接纳部分40a中，并且支撑件10的扭矩表面30a形成在后接纳部分42a中。同样，切削头12的扭矩表面30b形成在后销部分42b中，并且切削头12的夹持表面32b形成在锥形前销部分40b中。
参考图2C和图2D，小过渡半径39b被布置作为止动表面38b和周向凹槽37之间的过渡。联接销14限定后销部分42b的直径D1以及锥形前销部分40b的最小直径d1。支撑件10具有外径D，如图3C所示。在一个实施方案中，所述最小直径d1与支撑件10的外径D之比在约0.60和约0.80的范围内。换句话说，0.60≤d1/D≤0.80。而且，所述最小直径d1与后销部分42b的直径D1之比在约0.60至约0.95之间，或者换句话说，0.60≤d1/D1≤0.95。另外，支撑件10的直径D1与外径D之比在约0.65至约0.95之间的范围内。换句话说，0.65≤D1/D≤0.95。
已经发现，小于0.60的比率d1/D导致较弱的联接销14和更少用于冷却剂孔的可用空间，而大于0.80的比率导致可能较弱的支撑件10，因为联接销14需要占据更多的横截面空间。已经发现类似的考虑适用于d1/D1的比率。因此，小于0.60的比率导致较弱的联接销14，并且大于0.95的比率导致较弱的支撑件10。
另外，已经发现，小于0.60的比率d1/D1导致较弱的联接销14，从而极大地损害了切割头12的强度，而大于0.95的比率导致轴向支撑件的表面积不足，同时损害了过渡半径23b和39b的可用空间。
切削头12的前销部分40b在沿旋转轴线6的方向上具有前销部分长度L1，该前销部分长度L1由头部支承表面22b和止动表面38b之间的距离限定。以相同的方式，支撑件10的前接纳部分40a具有近似等于前销部分40a的轴向长度L1的轴向长度。
切削头12的后销部分42b具有在沿旋转轴线6的方向延伸的后销部分长度L2，该后销部分长度L2由止动表面38b和基座表面25b之间的距离限定。以相同的方式，支撑件10的后接纳部分42a具有近似等于后销部分42b的轴向长度L2的轴向长度。
在一个实施方案中，前销部分长度L1和后销部分长度L2近似相等。在另一个实施方案中，前销部分长度L1和后销部分长度L2优选地相差不超过约30％至50％。换句话说，前销部分长度L1和后销部分长度L2相差不超过后销部分长度L2的约0.30至约0.50倍。如图2C和图4B所示，前销部分长度L1和后销部分长度L2结合起来限定总销长度L3。如图3C所示，支撑件10的总销长度L3与外径D之比在约0.30≤L3/D≤0.45的范围内。总销长度L3与直径D1之比也可在0.35≤L3/D1≤0.70的范围内。另外，扭矩表面30b之间的距离dx与支撑件10的直径D之比在约0.40≤dx/D≤0.65的范围内。类似地，扭矩表面30b之间的距离dx与直径D1之比可以表示为0.45≤dx/D1≤0.80。例如，对于具有直径D约为16mm的支撑件的旋转工具，联接销14的扭矩表面30b之间的距离可以在约6.4mm至约10.4mm之间的范围内，并且总销长度L3可以在约4.8mm至约7.2mm之间的范围内。
已经发现，具有小于0.40的值的比率dx/D导致较弱的联接销14，而大于0.65的比率导致较弱的支撑件，因为在径向方向上测量的扭矩表面30a、30b的长度变小，并且支撑件10的扭矩表面30a后面的材料量显著减少。已经发现类似的考虑适用于dx/D1的比率。因此，具有小于0.45的值的dx/D1导致较弱的联接销14，而大于0.80的值则导致不足够小的扭矩表面30a、30b和较弱的支撑件10。
此外，已经发现，具有小于0.30的值的比率L3/D导致用于扭矩传递的表面积过小，从而导致过大的接触压力。这还可能导致夹持表面积的减小，这损害了夹持作用和对中动作。对于大于0.45的比率，显著的缺点是(支撑件10的)的柔韧性过大，从而将切削头12保持在适当位置的效率较低。已经发现类似的考虑适用于L3/D1的比率。因此，具有小于0.35的值的比率L3/D1导致用于扭矩传递和夹持的较小面积，而大于0.70的比率导致支撑件10的柔韧性过大。
另外，联接销插孔20具有联接销插孔长度L4。在所示的实施方案中，总销长度L3和联接销插孔长度L4基本相等，使得头部支承表面22b接触前接触表面22a，并且销基座表面25b接触支撑件10的基座25a。在替代实施方案中，总销长度L3比联接销插孔长度L4短，使得销基座表面25b不接触支撑件10的基座表面25a。
现在参考图4B和图4C，止动表面38a、38b相对于旋转轴线6以第一倾斜角α1形成。第一倾斜角α1优选地在约45度至约85度的范围内，并且最优选地在约60度至约75度的范围内。在示例性实施方案中，第一倾斜角α1约为70度。替代地，止动表面38a、38b可在基本上垂直于旋转轴线6(即相对于旋转轴线6约90°)的水平方向上延伸。
参考图4C，取决于支撑件10的直径D，止动表面38a和38b在横向于旋转轴线6的方向上延伸几毫米的长度。在一个实例中，对于支撑件10的直径D为约16mm的旋转钻孔切削工具，止动表面38、38b延伸大约0.5mm至约1.5mm。
在一个实施方案中，沿着旋转轴线6的各个侧向表面30a和30b、32a和32b到相邻表面22a和22b、38a和38b以及25a和25b之间的过渡区域是圆形或锥形的。
参考图4B，在本发明的一个方面，联接销14和联接销插孔20包括自锁特征部，该自锁特征部产生足以在机加工操作期间将切削头12牢固地保持在支撑件内的夹持力。具体地讲，该自锁特征部包括支撑件10的夹持表面32a和切削头12的夹持表面32b，其分别具有在前切削部分13的方向上径向向内渐缩的燕尾形设计。在所示的实施方案中，夹持表面32a、32b相对于旋转轴线6以非零第二倾斜角α2形成。换句话说，夹持表面32a、32b形成截头圆锥或圆锥部分，其中母线与旋转轴线6以第二倾斜角α2相交。第二倾斜角α2优选地在约2.0度和约6.0度之间的范围内。在一个实施方案中，第二倾斜角α2在约2.5度和约5.0度之间的范围内。在示例性实施方案中，第二倾斜角α2为约2.85度。第二倾斜角α2的目的是减小机加工操作期间在旋转切削工具2中出现的应力，这将在下面的图5至图7中进一步讨论。
为了将切削头12组装到支撑件10，将切削头12和联接销14沿轴向方向(即沿着旋转轴线6)插入联接销插孔20中。在该位置，切削头12相对于图1A和图1B中所示的位置旋转大约90度。当首先插入支撑件10中时，切削头12的插入销26b提供对中特征部，用于相对于支撑件10定位切削头12。一旦基座表面25a、25b彼此接触，则整个切削头12在联接销插孔20内围绕旋转轴线6沿与圆周方向8相反的方向旋转。
在基座表面25a、25b的初始接触与最终位置之间的中间位置处，止动表面38a和38b形成正后抓握部，以防止切削头12轴向拉出。夹持表面32a和32b形成压配合，并且使切削头12围绕枢转点44(图4B)枢转，以将切削头12夹持到支撑件10。在该中间位置，径向夹持力从支撑件18施加到夹持表面32a、32b到联接销14上。在切削头12不能相对于支撑件10进一步旋转的最终位置，对应的扭矩表面30a和30b彼此接触。在操作中，由支撑件10施加的力经由扭矩表面30a、30b传递到切削头12中，并且经由前接触表面22a和头部支承表面22b传递。
在一个实施方案中，在止动表面38a和38b之间存在间隙46，以在切削头12和支撑件10之间分配力，如图4C所示。另外，间隙46允许将切削头12容易地组装到支撑件10。间隙46可以具有大于0至支撑件直径的约1％的范围。换句话说，0<间隙≤0.01D。例如，对于具有约16mm的支撑件直径D的旋转钻孔切削工具，间隙46的范围可以是大于0.0mm至约0.16mm。由于锥形夹持表面32a和32b具有1:10的总斜度(即2.85度或每侧1:20)，如果切削头12被迫使离开槽穴，在直径上测量的切削头12和支撑件10的联接销插孔20之间的最大附加干涉将是间隙46的约10％，直到止动表面38a、38b接触，从而防止或最小化联接销插孔20的位置中的过度应力。
图5示出了作为联接销14和联接销插孔20的各个位置处的应力函数的间隙46的距离的模拟结果。在图5中，位于在支撑件10的后接纳部分42a的凹槽36中延伸的过渡半径35a(如图3A所示)处的应力由方框表示。位于布置在凹槽37与切削头12的止动表面38b之间的小过渡半径39b(如图2C所示)处的应力由菱形表示。位于布置在凹槽37和切削头12的头部支承表面22b之间的过渡半径23b(如图2A所示)处的应力由着色三角形表示。位于切削头12的冷却剂通道28b(如图1A所示)处的应力由X表示。位于如图3C所示布置在凹槽36和支撑件10的止动表面38a之间的过渡半径37a(也可以是如图3C所示的倒角)处的应力由空三角形表示。将所有值绘制为以mm为单位的间隙46的距离的函数。
模拟结果提供了意想不到的结果，即当间隙46的距离约为0.05mm时，在与止动表面38a相邻的过渡半径37a(图3C)处的应力减小到最小。随着间隙46的距离变小，位于凹槽37和切削头12的止动表面38b之间的小过渡半径39b处的应力和位于支撑件10的过渡半径37a处的应力增加，这表明在止动表面38b中的接触力过大。随着间隙46的距离变大，过渡半径37a处的应力和过渡半径35a处的应力增加，这表明切削头12在联接销插孔20中过度移动并且表明轴向拉出防止失去作用。
如上文所提及，通过本文所述的设计，在切削部分12和支撑件10之间实现极其可靠的联接，所述设计包含被分为不同轴向功能区域的功能表面，即扭矩表面30a和30b以及夹持表面32a和32b，以及采用止动表面38a和38b形式的轴向拉出防止表面，结合朝向前切削部分13径向向内渐缩的夹持表面32a、32b。
另外，夹持表面32a、32b的燕尾形设计具有在钻孔操作期间随着增加轴向力而增加夹持力的效果。由于夹持表面32a和32b之间的过盈配合，当安装切削头时，槽穴支撑壁18将向外变形，从而导致表面22a偏离它们的原始位置，并且在靠近支撑件10外径的表面22a和22b之间产生小间隙。在机加工操作期间，合成轴向力然后在靠近支撑件10内径的区域中的表面22a和22b之间传递，从而产生围绕点44的弯曲力矩，这将导致支撑壁18向切削头12施加附加的夹持力。因此，在钻孔操作期间，联接销插孔20上的变形和应力被最小化，从而增强了支撑件10和切削头12之间的连接。
锥形夹持表面32a、32b与凹槽36和轴向支撑件38a、38b结合为设计提供了优势。当在将产生侧向负载的条件下钻孔时，夹持表面32a、32b上的相对较小的锥角为切削头12提供稳定性，并且防止切削头和插孔的易受高应力和断裂的关键区域过载。更具体地，由切削头的过渡半径23b和39b以及插孔的过渡半径35a限定的过渡区域承受由扭转和弯曲负载的组合引起的高应力。期望将这些过渡半径23b和39b制造得尽可能大，但由于夹持表面32a和32b之间较小的可用空间以及需要形成轴向支撑表面38b，过渡半径39b变得较小且更关键。过渡半径23b可以显著大于过渡半径39b。锥形夹持表面32a、32b将承受相当大一部分负载，从而防止向较小过渡半径39b施加过度应力。在较高侧向负载下，轴向支撑表面38a和38b将确保切削头12保持在其位置，从而为连接提供稳定性和可靠性。
根据本文中广泛考虑的设计，与其中锥形件提供夹持和保持两者的常规燕尾形设计不同，即使在侧向负载下，支撑件10的关键区域上的应力也将最小化并保持在可接受的水平。在常规燕尾形设计中，随着切削头移位并向外推动壁18，在侧向负载下槽穴中的应力将显著增加。本文发现的另一个优点是燕尾形夹持表面32a、32b和凹槽36的组合形成了更柔性的支撑结构18。由于支撑结构18的弹性变形将确保在机加工操作期间的整个表面接触，因此这允许在联接销插孔20的夹持表面32a和切削头12的夹持表面32b上使用相同的锥角。
图6示出了对本发明的夹持表面32a、32b的燕尾形设计进行的模拟测试的结果。在图6中，位于在后接纳部分42a的凹槽36中延伸的过渡半径35a(如图3A所示)处的应力由方框表示。位于布置在凹槽37与止动表面38b之间的小过渡半径39b(如图2C所示)处的应力由菱形表示。位于布置在凹槽37和头部支承表面22b之间的过渡半径23b(如图2A所示)处的应力由三角形表示。位于切削头12的冷却剂通道28b的内表面(如图1A所示)处的应力由X表示。所有值被绘制作为第二倾斜角α2(单位为度)的函数。
如图6所示，位于布置在凹槽37和头部支承表面22b之间的过渡半径23b处的应力(由三角形表示)作为α2的函数大致保持恒定。另外，位于切削头12的冷却剂通道28b处的应力(由X表示)作为第二倾斜角α2的函数增加。
模拟测试的结果(与图6相关)显示意想不到的结果，即当夹持表面32a、32b的第二倾斜角α2从0.0度增加到大约+5.0度时，位于联接销插孔20的过渡半径35a处的最大应力保持大致恒定。如所预期的，由于燕尾件动作防止切削头的侧向运动，随着夹持表面32a、32b的第二倾斜角α2从0.0度增加，位于联接销12的小过渡半径39b处的应力连续地减小。期望最大化第二倾斜角α2，以防止切削头12在钻孔操作期间不期望的移动，然而，随着第二倾斜角α2的增加以及锥形前销部分42b的横截面直径d 1的相应减小，冷却剂通道28a、28b上的应力可超过临界极限。冷却剂通道28a、28b具有大致粗糙的表面，因为冷却剂通道28a、28b不是例如由磨削操作产生的，因此必须观察到较低的应力限制。另外，对于大于约6度的角度，在过渡半径23b上的应力变得大于在过渡半径39b上的应力。根据本文中广泛考虑的，第二倾斜角α2可以在约2.5度和约6.0度之间的范围内，以帮助使最小化联接销插孔20的变形和应力以及切削头12的过渡半径23b和39b上的应力的有益效果最大，同时尽可能地防止切削头12在钻孔操作期间的不期望的移动。
图7是示出夹持表面角与常规切削头上各个位置处的应力之间关系的模拟结果的曲线图，其中夹持表面和扭矩表面两者是连续的(不具有凹槽和拉出防止表面)，并且相对于旋转轴线6以一定倾斜角布置。倾斜角的范围为2度到20度。典型地，常规切削头的夹持表面和扭矩表面以在10度和20度之间的倾斜角形成并且在钻尖的方向上渐缩。
如图7所示，在壁和底板之间的过渡位置处的槽穴上产生更高的应力(2000MPa对比1500MPa)，在该位置处最容易发生断裂。另外，位于燕尾件和夹持表面之间的插入拐角过渡上的应力作为夹持表面角的函数迅速增加，并且比本文广泛考虑的旋转工具中的高约50％(根据本发明的至少一个实施方案)。因此，不能在最小化应力方面优化(在图7中提出的)常规切削头的设计。此外，与如本文广泛考虑的旋转工具的冷却剂通道上的应力相比，所述冷却剂通道上的应力显著更高(600MPa对比400MPa)。
本文提及的专利和公开文件据此通过引用并入。
尽管已经描述了当前的优选实施方案，但是本发明可以在所附权利要求的范围内以其他方式实施。

Claims (21)

1.一种用于在沿着旋转轴线在轴向方向延伸的旋转工具的切削头，包括：
前切削部分；
具有外周表面的联接销，所述联接销被分为前销部分和后销部分，所述前销部分包括周向凹槽，所述联接销包括形成在所述后销部分上的扭矩表面和形成在所述前销部分上的夹持表面；以及
用于有效防止沿所述轴向方向轴向拉出的止动表面，
其中所述夹持表面在所述前切削部分的方向上径向向内渐缩。
2.根据权利要求1所述的切削头，其中：
所述切削头包括限定距离dx的一对扭矩表面，并且所述联接销的所述后销部分限定直径D1，
其中所述距离dx与所述直径D1之比在0.45和0.80之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的切削头，其中：
所述联接销限定总销长度L3，并且所述联接销的所述后销部分限定直径D1，并且
所述总销长度L3与所述直径D1之比在0.30和0.70的范围内。
4.根据权利要求1所述的切削头，其中所述止动表面相对于所述旋转轴线以第一倾斜角α1形成，所述第一倾斜角α1在30度至85度的范围内。
5.根据权利要求1所述的切削头，其中所述夹持表面相对于所述旋转轴线以非零第二倾斜角α2形成，所述非零第二倾斜角α2在2.5度至6.0度的范围内。
6.根据权利要求1所述的切削头，其中：
所述前销部分在所述轴向方向上具有前销部分长度L1，并且其中所述后销部分在所述轴向方向上具有后销部分长度L2，
其中所述第一销部分长度L1等于所述第二销部分长度L2。
7.根据权利要求1所述的切削头，其中：
所述前销部分具有前销部分长度L1，并且所述后销部分具有后销部分长度L2，
其中所述前销部分长度L1和所述后销部分长度L2相差不超过所述后销部分长度L2的约0.30至约0.50倍。
8.根据权利要求1所述的切削头，其中：
所述联接销的所述后销部分限定直径D1，其中所述联接销的所述前销部分限定最大直径d1，
其中所述最大直径d1与所述直径D1之比在0.60和0.95之间的范围内。
9.一种沿旋转轴线在轴向方向上延伸的旋转工具，包括：
支撑件，包括：
一对相对的支撑结构，每个支撑结构具有限定联接销插孔的内周表面，所述内周表面分为前接纳部分和后接纳部分，所述后接纳部分包括周向凹槽，所述前接纳部分包括夹持表面，并且所述后接纳部分包括止动表面，所述支撑件限定外径D；以及
能够接纳在所述支撑件的所述联接销插孔中的切削头，所述切削头包括：
限定切削直径DC的前切削部分；
具有外周表面的联接销，所述联接销被分为前销部分和后销部分，所述前销部分包括周向凹槽，所述后销部分包括扭矩表面，并且所述前销部分包括夹持表面；以及
用于有效防止沿所述轴向方向轴向拉出的止动表面，
其中所述支撑件和所述切削头的所述夹持表面在所述前切削部分的方向上径向向内渐缩。
10.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述切削头包括限定距离dx的一对扭矩表面，并且其中所述距离dx与所述支撑件的所述外径D之比在0.40和0.65之间的范围内。
11.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述联接销限定总销长度L3，并且其中所述总销长度L3与所述支撑件的所述外径D之比在0.30和0.45之间的范围内。
12.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述支撑件和所述切削头的所述止动表面相对于所述旋转轴线以第一倾斜角α1形成，所述第一倾斜角α1在30度至85度的范围内。
13.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述支撑件和所述切削头的所述夹持表面相对于所述旋转轴线以第二倾斜角α2形成，所述第二倾斜角α2在2.5度至6.0度的范围内。
14.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述前销部分在所述轴向方向上具有前销部分长度L1，并且其中所述后销部分在所述轴向方向上具有后销部分长度L2，并且其中所述第一销部分长度L1与所述第二销部分长度L2相同。
15.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述前销部分具有前销部分长度L1，并且其中所述后销部分具有后销部分长度L2，并且其中所述前销部分长度L1和所述后销部分长度L2相差不超过所述后销部分长度L2的约0.30至约0.50倍。
16.根据权利要求9所述的旋转工具，其中所述支撑件和所述切削头的所述止动表面之间存在间隙，并且其中所述间隙的距离大于0至所述支撑件的所述外径D的约1％。
17.根据权利要求8所述的旋转工具，其中所述联接销的所述前销部分限定最大直径d1，并且其中所述最大直径d1与所述支撑件的所述外径D之比在0.60和0.80之间的范围内。
18.一种沿旋转轴线在轴向方向上延伸的旋转工具，包括：
支撑件，包括：
一对相对的支撑结构，每个支撑结构具有限定联接销插孔的内周表面，所述内周表面分为前接纳部分和后接纳部分，所述后接纳部分包括周向凹槽，所述前接纳部分包括夹持表面，并且所述后接纳部分包括止动表面，所述支撑件限定外径D；以及
能够接纳在所述支撑件的所述联接销插孔中的切削头，所述切削头包括：
限定切削直径DC的前切削部分；
具有外周表面的联接销，所述联接销被分为前销部分和后销部分，所述前销部分包括周向凹槽，所述后销部分包括扭矩表面，并且所述前销部分包括夹持表面；以及
用于有效防止沿所述轴向方向轴向拉出的止动表面，
其中所述支撑件和所述切削头的所述夹持表面相对于所述旋转轴线以在2.5度至6.0度之间范围内的非零第二倾斜角α2在所述前切削部分的方向上径向向内渐缩，
其中所述支撑件和所述切削头的所述止动表面之间存在间隙，并且其中所述间隙的距离大于0至所述支撑件的所述外径D的约1％。
19.根据权利要求18所述的旋转工具，其中所述切削头包括限定距离dx的一对扭矩表面，并且其中由所述联接销的所述后销部分限定的距离dx与所述支撑件的所述外径D之比在0.30和0.45之间的范围内。
20.根据权利要求18所述的旋转工具，其中所述联接销限定总销长度L3，并且其中所述总销长度L3与所述支撑件的所述外径D之比在0.30和0.45之间的范围内。
21.根据权利要求18所述的旋转工具，其中所述联接销的所述后销部分限定直径D1，并且其中所述联接销的所述前销部分限定最大直径d1，并且其中所述最大直径d1与所述直径D1之比在0.60和0.95之间的范围内。
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