CN111491754A - 空隙体积与材料体积之比较高的单面三向可转位铣刀片和所用的刀片式铣刀 - Google Patents

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Abstract

一种用于进给铣削操作的单面三向可转位铣削刀片，其包括正基本形状、前刀表面、包括侧抵接表面的外周表面、基部承载表面以及将前刀表面与基部承载表面相连接的螺钉孔。该刀片具有切削刃，包括恰好三条主切削子刃以及三条副切削子刃。切削刀片的材料体积VF和刀片的空隙体积VS满足条件VS/VF≥0.30。

Description

空隙体积与材料体积之比较高的单面三向可转位铣刀片和所 用的刀片式铣刀
技术领域
本发明的主题涉及刀片式铣刀和所用的单面三向可转位铣刀片(下文也称为“刀片”)。更特别地，涉及被配置为用于进给铣削操作的相对较小的这种刀片以及工具支架。
背景技术
为了本发明的目的，端铣刀可理论上分为两种一般类型，即刀片式铣刀和整体式端铣刀。
刀片式铣刀是一种铣削工具，包括具有槽的工具支架和可替换的刀片，该刀片通常是可转位的并且被构造为安装在槽中。刀片式铣刀的优点是由相对较昂贵的、坚硬的材料制成的可替换刀片构成铣削工具的相对较小的部分。工具支架包括在铣削期间通过筒夹或夹盘牢固保持的柄部。
与需要定期更换小型刀片和需要不定期更换工具支架的刀片式铣刀不同，整体式端铣刀包括一体形成的刀齿并且整体式端铣刀在磨损后被整体更换。整体式端铣刀还包括一体形成的柄部，其在铣削期间通过筒夹或夹盘牢固保持。因此，整体式端铣刀比刀片式铣刀使用更多的相对较昂贵的材料。尽管成本相对较高，但是整体式端铣刀与刀片式铣刀相比的其中一个优点是整体式端铣刀的单一的一体形成的主体可被制造为具有相对较小的直径(随着更小的直径更加普及(例如约12mm或更小的直径)，通常直径小于20mm)，允许在与刀片式铣刀能够或适用的部位相比相对更小的部位中进行铣削。
因此，本发明涉及具有一系列设计特征的刀片和刀片式铣刀，使得它们能够在20mm或更小的工具切削直径(也称为“切削直径”)下、特别是在9-16mm的范围内、更特别地在9-12mm的范围内与整体式端铣刀相比在功能上和经济上更具优势。
关注的一个公开文件是EP3050655，其公开了用于小直径工具支架的单面双向可转位刀片。
本发明的目的是提供一种改进的三向可转位铣削刀片和所用的刀片式铣刀。
发明内容
本发明提供一种用于进给铣削操作的、用于小直径工具支架的单面三向可转位切削刀片。三个可转位位置通常与EP3050655公开的两个可转位位置相比是优选的，但是EP3050655所选择的设计故意选择仅具有两个可转位位置，可能是因为这是其发明人所想到的用于小直径工具支架的优化设计。
尤其是，三向可转位切削刀片与双向可转位切削刀片相比在许多方面具有劣势。首先，由于制造的不精确对于跳动具有更大影响(由于工具抵接表面所形成的锐角)，导致加工期间更大的不稳定性。其次，由于更大尺寸的切削刀片在切削力施加于切削刃时产生更大的力矩，也导致加工期间更大的不稳定性。再次，并且或许是最重要的一点，如下文进一步讨论的那样，由于三向可转位刀片更宽，它们更加难以设计用于小尺寸工具。
尽管如此，本发明设想到，即使针对尺寸十分小的刀片式铣刀(即，具有9-12mm的切削直径，或者更特别地约为10mm)，例如大体上为三角形(至少关于主切削刃)的一种三向可转位刀片也可以相对于已知的现有技术提供整体优势。
如上所述，用于进给铣削操作的三向可转位刀片例如比EP3050655中(同样在US2018015554A1中)所示类型的双向可转位刀片相对更宽。换言之，它们具有较大的径向尺寸(即，在安装至工具支架时垂直于旋转轴线的方向上)，限制它们传统上与相对较大直径的工具一起使用。这样的原因是，为了提供一种尺寸合理的主切削刃(用于进给铣削刀片式铣刀的主切削刃是提供这种操作的切削刃)和三向对称性，刀片的径向尺寸取决于切削刃的长度。这与EP3050655中所示类型的细长刀片的侧承载表面情况不同，其具有与主刃的切削刃长度无关的径向尺寸，并且该尺寸可以根据螺钉孔附近所需的最小壁强度被最小化。由于三向可转位刀片不能具有以同样方式被最小化的径向尺寸，因此被构造为用于保持这种刀片的工具在其芯体处具有减少的材料。这种减少对于具有主要轴向力或仍然具有足够芯体尺寸的较大直径的钻头来说不是十分重要的，但是对于涉及具有较大径向切削力的较小直径的铣削工具的本发明来说是重要的。参考EP3050655的图13，其中可以看出芯体直径大致对应于所示的每个切削刀片的宽度。应理解的是，存在芯体直径的减小可能导致工具支架不可接受地弯曲的担忧。虽然较小直径的钻头是已知的，但是应理解的是刀片式铣刀比钻头承受更大的径向力，因为铣削操作的本质包括工具支架的非轴向运动。
因此，本发明提供一种用于9-12mm的切削工具直径、更特别是约10mm的切削工具直径的刀片式铣刀，其尤其是在提供三向可转位刀片时比具有更大切削工具直径的刀片式铣刀更难设计。
另外，包括有许多有利的特征，它们各自被设计为允许经济的生产，从而如下文进一步讨论的那样使小直径的刀片式铣刀与类似直径的整体式端铣刀相比更具优势。
根据本发明的第一方面，提供了一种单面三向可转位切削刀片，其具有正基本形状并且空隙体积VS与由切削刀片的材料量限定的材料体积VF的体积比VS/VF满足条件：VS/VF≥0.30。
根据本发明的第二方面，提供了一种单面三向可转位切削刀片其具有正基本形状并且包括：由切削刀片的材料量限定的材料体积(VF)；前刀表面；与前刀表面相反地定位的基部承载表面；垂直于基部承载表面延伸并且穿过切削刀片的中心的刀片轴线(AI)，该刀片轴线限定：从基部承载表面朝向前刀表面的向上方向、与向上方向相反的向下方向、以及垂直于向上方向和向下方向并且远离刀片轴线延伸的向外方向；切削刀片高度(HI)，其是平行于刀片轴线从基部承载表面到前刀表面的最高点测得的；将前刀表面与基部承载表面相连接的外周表面；沿着外周表面与前刀表面的交叉部形成的切削刃，该切削刃在平行于刀片轴线(AI)的视图中限定具有刃外接直径(DE)的假想刃外接圆(CE)；以及向前刀表面和基部承载表面打开的螺钉孔，该螺钉孔包括：位于与基部承载表面的交叉部处的螺钉孔底部；位于与前刀表面的交叉部处的螺钉孔顶部；空隙体积(VS)，其被计算为从螺钉孔底部延伸到螺钉孔顶部的空隙的体积；以及孔圆(CS)，其在平行于刀片轴线(AI)的视图中被限定在前刀表面与螺钉孔的交叉部处，该孔圆(CS)具有孔直径(DS)，基部承载表面在平行于刀片轴线(AI)的底视图中限定具有基部直径(DB)的假想基部外接圆(CB)，外周表面包括：第一、第二、第三、第四、第五和第六侧抵接表面，切削刃在平行于刀片轴线(AI)的顶视图中限定具有刃内接直径(DM)的刃内接圆(CM)，切削刃包括：恰好三条主子刃以及恰好三条副子刃，主子刃与副子刃交替设置，其中拐角子刃位于主子刃与副子刃之间的每个交叉部处，其中：基部外接直径(DB)小于刃外接直径(DE)；并且空隙体积(VS)与材料体积(VF)的体积比满足条件：VS/VF≥0.30。
具有正基本形状允许刀片的基部承载表面是缩退的(relieved)(即，如图9A所示从切削工具直径向内间隔开)，这对于涉及极小直径的刀片式铣刀的本发明来说是重要的。
另外，如EP3050655B1所公开的那样(第0034段)，允许具有尽可能少的加工的压制工序还有利于本设计的经济优势。应注意，词语“正基本形状”更具体指的是靠近刀片的基部承载表面的横截面积小于远离该基部承载表面的横截面积，但是不要求所有外周表面都连续地倾斜。例如，在刀片的特定部分处，表面可平行于刀片轴线延伸。正基本形状的一种限定方式是基部外接直径DB小于刃外接直径DE。
刀片自身的材料量可被最小化。已发现，上文限定的体积比VS/VF是成功的。应理解的是，刀片的尺寸必须在结构强度所需的最小材料体积的同时被最小化。另外，使材料量最小化并提供三种可转位位置可以提供经济优势。
根据本发明的第三方面，提供了一种单面三向可转位切削刀片，其中孔直径DS与刃内接直径DM的刀片厚度直径比DS/DM满足条件：DS/DM＞0.60。
该方面与上述方面的相似之处在于，限定了结构强度所需的最小材料量，但是方式不同。应从附图中注意的是，刀片的最弱结构部分是大致位于孔直径DS与刃内接直径DM之间的材料。因此，根据上文给出的值的刀片厚度直径比DS/DM是成功的。
根据本发明的第四方面，提供了一种具有主子刃的单面三向可转位切削刀片，其中各自包括邻接的拐角子刃的一半的主刃的长度LM与副刃的长度LS的刃长度比LM/LS满足条件：LM/LS＞0.80。
通常，进给刀片具有比上文所限定的明显更大的刃长度比LM/LS。这是因为大部分的进给操作通过主子刃进行，并因此需要使其更长并且减少加工时间。在一个非限制性但是优选的实施方式中，主刃的长度被减小，以允许更快的工作台速度。
根据本发明的第五方面，提供了一种具有主子刃的单面三向可转位切削刀片，其中刃外接直径DE满足条件：DE＜6mm。
应理解的是，刀片的尺寸的减小还减小了该刀片可移除的切削的尺寸，使其效率降低。尽管如此，需要一种特别小型的刀片，以将两个刀片容纳在一个小切削直径的工具支架中。虽然小尺寸的双向可转位刀片已经更容易用于容纳。
由于本发明的切削刀片是小型的，已发现烧结工序造成的扭曲处于合理容限内并且可以避免切削刀片的外周被磨削。因此，刀片可设置有未经磨削的下子表面。如本领域已知的那样，磨削表面可由磨削线和平面磨削表面结束并且未经磨削的表面开始的位置处的不连续线来确定。
虽然上述每种主设计特征(即，体积比、刀片厚度直径比、刃长度比以及较小的刃外接直径DE)都单独被认为是有利的，但是应理解的是本发明可想到在正基本形状的、三向可转位单面刀片上的任意这种特征的任意组合是更有利的。
类似地，下文的任意优选特征可应用于上述每个方面。
应理解的是，越大的体积比VS/VF使用越少的材料。因此，优选的是体积比满足VS/VF＞0.35，或者VS/VF＞0.40。理论上，认为用于可接受的现代切削条件的近似最大体积比满足条件：VS/VF＜0.50。具有合理安全系数的最大比率是VS/VF＜0.45。
类似地，越大的刀片厚度直径比DS/DM使用越少的材料。因此，优选的是体积比满足条件：DS/DM＞0.65。理论上，认为用于可接受的现代切削条件的近似最大刀片厚度直径比满足条件：DS/DM＜0.80。具有合理安全系数的最大比率是DS/DM＜0.75。
更大的刃长度比LM/LS允许可接受的切削宽度并同时减少主进给刃长度。因此，在一些实施方式中，刃长度比LM/LS满足条件LM/LS＞0.80，更优选地LM/LS＞1.0。理论上，认为用于有经济效益的加工的近似最大刀片厚度直径比满足条件：LM/LS＜1.2。
副刃长度LS是包括邻接的拐角子刃的一半的副刃的长度，并且有效坡走刃长度LR是邻近离隙外周表面部分测得的副刃的长度。根据一些实施方式，有效坡走刃长度LR满足条件：0.4LS＞LR＞0.8LS。
应理解的是，即使上文限定的刃外接直径DE允许下子表面不被磨削，但是更小的尺寸将会更容易地被工具支架容纳。因此，优选的是刃外接直径DE满足条件：DE＜5.5mm。
理论上，认为用于这种三向可转位刀片并且能够用于可接受的现代切削条件的近似最小可行尺寸满足条件：DE＞4mm。具有合理安全系数的最大刃外接直径DE是DE＞4.5mm。
优选地，沿着整个切削刃形成正前角。
优选地，在平行于刀片轴线AI的顶视图中，形成在主子刃与副子刃之间的所有内角λ都是钝角。然而，应理解的是，仅内错角可具有相同的值。
刀片的外周表面可包括下子表面和上子表面；下子表面从基部承载表面向上或向上且向外延伸，并且包括第一、第二、第三、第四、第五和第六侧抵接表面；上子表面将下子表面和前刀表面相连接，并且上子表面在向上方向上起始于基部承载表面上方的最小上表面高度HU处。
优选地，下主表面仅向上延伸(即，垂直于基部承载表面)。这被认为是提供了一种稳定的安装位置并且还简化了工具支架凹槽的铣削制造(允许其进行简单的直角铣削)。
优选地，上子表面比下子表面更加向外延伸。
应理解的是，越大的最小上子表面高度HU允许越大的下子表面高度。下子表面提供承载功能，因此其最大化的高度在安装在凹槽中时为刀片提供了更大的稳定性。相反，切削功能需要上子表面具有足够尺寸。因此，优选的是最小上子表面高度HU满足条件：0.35HI≤HU≤0.85HI，最优选的是0.40HI≤HU≤0.60HI。
上子表面可包括至少一个悬垂部分，优选围绕刀片的整个外周延伸。
优选地，除了外周表面的邻接每个副刃的部分之外，外周表面的邻接切削刃的其余部分平行于刀片轴线。
优选地，在每个副子刃的一部分下方形成离隙凹部。
在平行于刀片轴线AI的底视图中，第一、第二、第三、第四、第五和第六侧抵接表面与邻接的切削刃部分不均等地间隔开。抵接表面与邻接的切削刃部分之间的最大间隙可以位于邻近主子刃处。抵接表面与邻接的切削刃部分之间的最小间隙可以位于邻近副子刃处。
切削刀片可优选关于刀片轴线120°旋转对称。换言之，切削刀片可具有三个相同的侧部。
切削刀片可包括三条相同尺寸的主子刃和三条相同尺寸的副子刃。
根据一个优选例子，每条主子刃都具有刃长度LM，其满足条件：1.8mm＜LM＜2.8mm。
最优选地，基部承载表面是被磨削的。在一个实施方式中，仅切削刀片的基部承载表面是磨削的。这对于刀片的制造来说是最经济的。应理解的是，在所有的情况下，有利的是下子表面是未经磨削的。
在需要执行额外的前刀表面磨削操作的实施方式中，基部承载表面和整个切削刃都是被磨削的。换言之，不是在整个外周表面上进行磨削操作，而是仅沿着刀片的顶部进行，因此整条刃都被包含在平面内(即，位于平面上)。应理解的是，刀片的这种顶部磨削允许单次对多个刀片进行磨削。
还可以制造位于与基部承载表面平行的平面上的切削刃，即，其在刀片的侧视图中是平面的。如本领域技术人员已知的那样，与三维的且不位于平面上的切削刃相比，对平面切削刃进行磨削是更经济的。
为了提供合适的性能，可垂直于刀片轴线在沿着切削刃的任意位置处测量的切削刃刃背宽度WL满足条件：WL≤0.14mm。优选地，刃背宽度WL满足条件：0.02mm≤WL≤0.14mm，更优选的是0.03mm≤WL≤0.11mm，并且最优选的是0.04mm≤WL≤0.08mm。
根据本发明的第六方面，提供了一种单面三向可转位切削刀片，其具有正基本形状并且包括：前刀表面；与前刀表面相对地定位的基部承载表面；向前刀表面和基部承载表面打开的螺钉孔，该螺钉孔沿着与基部承载表面垂直地延伸的刀片轴线(AI)延伸并且穿过刀片的中心，刀片轴线限定从基部承载表面朝向前刀表面的向上方向、与向上方向相反的向下方向、垂直于向上方向和向下方向并且远离述刀片轴线延伸的向外方向；将前刀表面和基部承载表面相连接的外周表面，该外周表面包括：上子表面，其邻接前刀表面并且包括悬垂部分；以及位于上子表面与基部承载表面之间的下子表面，该下子表面包括六个侧抵接表面；以及沿着外周表面与前刀表面的交叉部形成的切削刃，该切削刃包括与三个副子刃交替设置的三个主子刃，并且拐角子刃位于每条主子刃与副子刃之间且形成钝角的内角，其中：每条副子刃都包括与一条拐角子刃邻接的第一刃部分以及在邻接的拐角子刃的方向上从第一刃部分伸出的第二刃部分；上子表面的悬垂部分包括位于第一刃部分下方的非离隙表面以及位于第二刃部分下方的离隙凹部；并且离隙凹部在沿着每条副子刃的方向上具有阶梯形状。
切削刀片可包括六个相同的侧抵接表面。
基部承载表面可与形成在下子表面上的六个侧抵接表面中的每一个形成直角内角(β1)
整条切削刃可以位于平面上。
切削刀片还可如下限定：由切削刀片的材料量限定的材料体积(VF)；平行于刀片轴线从基部承载表面到前刀表面的最高点测得的切削刀片高度(HI)；切削刃在平行于刀片轴线(AI)的顶视图中限定具有刃内接直径(DM)的刃内接圆(CM)，以及具有刃外接直径(DE)的假想刃外接圆(CE)；并且每条主子刃都具有主子刃长度(LM)，其包括邻接的拐角刃的一半长度；每条副子刃都具有副子刃长度(LS)，其包括邻接的拐角刃的一半长度；基部承载表面在平行于刀片轴线(AI)的底视图中限定具有基部直径(DB)的假想基部外接圆(CB)；螺钉孔包括：位于与基部承载表面的交叉部处的螺钉孔底部；位于与前刀表面的交叉部处的螺钉孔顶部；空隙体积(VS)，其被计算为从螺钉孔底部延伸到螺钉孔顶部的空隙的体积；以及孔圆(CS)，其在平行于刀片轴线(AI)的视图中被限定在前刀表面与螺钉孔的交叉部处，该孔圆(CS)具有孔直径(DS)；基部外接直径(DB)小于刃外接直径(DE)；并且空隙体积(VS)与材料体积(VF)的体积比满足条件：VS/VF≥0.30。
根据本发明的第七方面，提供了一种工具支架，其包括两个凹槽，包括：座抵接表面；向座抵接表面打开的螺纹槽孔；以及第一、第二和第三横向抵接表面，它们是平直的并且定向为垂直于座抵接表面；第一横向抵接表面各自定位为邻接工具外周部并且在向外方向和向前方向上延伸；第二横向抵接表面各自比第一横向抵接表面更靠近旋转轴线，并且与第一横向抵接表面通过第一离隙凹部间隔开，第二横向抵接表面在向内方向和向前方向上延伸；第三横向抵接表面各自比第二横向抵接表面更靠近旋转轴线并且定位得更靠前，并且与第二横向抵接表面通过第二离隙凹部间隔开，第三横向抵接表面在向内方向和向前方向上延伸；并且工具直径DT满足条件：DT＜11mm。
根据本发明的第八方面，提供了一种工具支架，其包括：后端部；前端部；从后端部延伸到前端部的工具外周部；延伸穿过工具支架的中心的旋转轴线，该旋转轴线限定从后端部延伸到前端部的向前方向、与向前方向相反的向后方向、垂直于旋转轴线并且从旋转轴线朝向工具外周部定向的向外方向、以及与向外方向相反的向内方向；在后端部前方延伸的柄部；以及在柄部的前方延伸到前端部的切削部，该切削部具有位于前端部处的工具直径(DT)以及从前端部与工具外周部的交叉部处向后延伸的恰好两个周向间隔开的槽沟，每个槽沟都包括形成在前端部与工具外周部的交叉部处的凹槽，两个凹槽各自包括：座抵接表面；向座抵接表面打开的螺纹槽孔；以及横切于座抵接表面的第一、第二和第三横向抵接表面，其中第一横向抵接表面各自定位为邻接工具外周部并且在向外方向和向前方向上延伸；第二横向抵接表面各自比第一横向抵接表面更靠近旋转轴线，并且与第一横向抵接表面通过第一离隙凹部间隔开，第二横向抵接表面各自在向内方向和向前方向上延伸；第三横向抵接表面各自比第二横向抵接表面更靠近旋转轴线并且定位得更靠前，并且与第二横向抵接表面通过第二离隙凹部间隔开，第三横向抵接表面各自在向内方向和向前方向上延伸；并且工具直径(DT)满足条件：DT＜11mm。
并不认为已经生产了用于这种小直径的工具支架(具有部分地在径向方向上打开的两个凹槽增加了工具支架的前端部在铣削操作期间的不稳定性，并且被构造为用于接收较宽的三向可转位刀片)。
应进一步注意的是，本发明的工具支架仅涉及位于工具支架的前端部处的凹槽。
优选地，第二和第三横向抵接表面在座抵接表面的平面图中彼此不平行。
优选地，每个槽沟都仅包括单个凹槽。
优选地，工具支架包括在两个凹槽之间延伸至从工具支架的前端部凹陷的最前端点的支撑壁板。
应理解的是，对于这种小直径的工具支架，重要的是每个元件都添加结构强度。考虑到刀片的接近度，不能在没有破损的情况下在它们之间添加支撑壁板。在并非一直延伸到工具的前端部的尺寸受限的支撑壁板的形状中做出了妥协。
优选地，支撑壁板具有薄的细长形状。
优选地，支撑壁板的最前端表面的中心部分是平面。
优选地，在工具支架的侧视图中，支撑壁板的最前端表面是凹形。
优选地，第三横向抵接表面至少部分地形成在支撑壁板上。
优选地，工具直径DT尽可能小，以与整体式端铣刀进行竞争。通过上述特征，已经成功地测试了满足条件DT＜10mm的工具直径DT。应理解的是，在工具支架的前端部处测量的工具直径略小于切削工具直径DC。理论上，认为近似最小工具直径满足条件DT＞9mm。
为了在这种小直径中容纳两个刀片所采取的另一种措施是调节它们相对于彼此的位置。虽然通常对于两个刀片优选的是使它们的前刀表面大致对齐，但是在小直径工具支架的情况下这是不可能的(例如，因为刀片会接触)。本发明的优选方案是对齐刀片使得每个刀片的外周面的一部分邻接另个一刀片。针对这个特征，例如，也可以在下文中针对工具支架的凹槽进行描述。
在前端部的平行于旋转轴线AR的视图中：从其中一个座抵接表面的前缘伸出的第一假想延长线可以平行于从另一个座抵接表面的前缘伸出的第二假想延长线；中央工具平面PC平行于旋转轴线AR限定，并且位于第一延长线和第二延长线之间，使得每个座抵接表面都面向中央工具平面PC；从第一延长线到中央工具平面PC限定第一座距离DS1；从第二延长线到中央工具平面PC限定第二座距离DS2；其中作为第一座距离DS1与第二座距离DS2之和的总距离DS3满足条件：DS3＜0.35DT。优选地，总距离DS3满足条件：DS3＜0.30DT。最小尺寸优选为DS3＞0.20DT。
优选地，每个凹槽在工具支架中相同地形成和定向。
优选地，槽孔的横截面与到横向抵接表面的距离相比可以类似地相对较大。这可以从本发明的槽孔直径和到横向表面的距离以及给出尺寸的理解中看出。
螺钉轴线可优选偏离座抵接表面的中心，即，略微更靠近第一和第二横向抵接表面彼此最近的位置，使得将切削刀片保持在凹槽上的螺钉朝向第一和第二横向抵接表面偏置切削刀片。
根据本发明的第九方面，提供了一种工具支架，其包括：后端部；前端部；从后端部延伸到前端部的工具外周部；旋转轴线，其延伸穿过工具支架的中心并且限定从后端部延伸到前端部的向前方向、与向前方向相反的向后方向、以及垂直于旋转轴线并且从旋转轴线朝向工具外周部定向的向外方向；在后端部前方延伸的柄部；以及在柄部的前方延伸到前端部的切削部，该切削部具有位于前端部处的工具直径DT以及从前端部与工具外周部的交叉部处向后延伸的恰好两个周向间隔开的槽沟，每个槽沟都包括形成在前端部与工具外周部的交叉部处的单个凹槽，其中支撑壁板在凹槽之间延伸至从工具支架的前端部凹陷的最前端点。
根据本发明的第十方面，提供了一种刀片式铣刀，其包括根据第七至第九方面中任一项所述的工具支架以及安装在其上的至少一个根据第一至第六方面中任一项所述的刀片。
根据本发明的第十一方面，提供了一种刀片式铣刀，其包括：根据上述任一个方面所述的工具支架；以及根据上述任一个方面所述的切削刀片，并且该切削刀片安装在工具支架的其中一个凹槽中；仅有一条刀片的主子刃在工具支架前方延伸；仅有一条刀片的副子刃在工具支架的前方延伸；仅有一条刀片的副子刃延伸到工具外周部的外侧。
根据本发明的第十二方面，提供了一种刀片式铣刀，其包括：两个切削刀片和工具支架；工具支架包括：后端部；前端部；从后端部延伸到前端部的工具外周部；旋转轴线，其延伸穿过工具支架的中心并且限定从后端部延伸到前端部的向前方向、与向前方向相反的向后方向、以及垂直于旋转轴线并且从旋转轴线朝向工具外周部定向的向外方向；在后端部前方延伸的柄部；以及在柄部的前方延伸到前端部的切削部，该切削部具有位于前端部处的工具直径DT以及从前端部与工具外周部的交叉部处向后延伸的恰好两个周向间隔开的槽沟，每个槽沟都包括形成在前端部与工具外周部的交叉部处的单个凹槽，每个凹槽都将切削刀片安装在其中，每个凹槽都在向外方向上打开，使得每个切削刀片的主子刃在向前方向上延伸超过工具支架的前端部，切削刀片在向外方向上的延伸部还限定了切削工具直径DC；每个切削刀片都包括沿着外周表面与前刀表面的交叉部形成的相同的切削刃；每条切削刃在平行于刀片轴线AI的视图中都限定具有刃外接直径DE的假想刃外接圆CE；其中限定为(DE+DE)/DC的刀片式铣刀比RIM满足条件：RIM＞0.9。
优选地，刀片式铣刀比RIM满足条件：RIM＞1.0。最大尺寸优选为DS3＜1.4，优选DS3＜1.2。
优选地，在前端部的平行于旋转轴线AR的视图中，每个刀片的外周表面都邻接另一个刀片的外周部的一部分。
优选地，总距离DS3大于切削刀片高度HI。
附图说明
为了更好地理解本发明的主题并且示出其可如何在实践中实施，现在将参考由比例模型得出的附图，其中：
图1A是根据本发明的主题的包括工具支架和刀片的刀片式铣刀的侧视图，其被旋转以示出其中一个刀片的侧视图；
图1B是图1A的刀片式铣刀的侧视图，其被旋转以示出其中一个刀片的正视图；
图1C是图1B的刀片式铣刀的前端视图；
图2是图1A所示的其中一个刀片的立体图；
图3是图2的刀片的顶视图；
图4A是沿着图3中的线IVA截取的剖视图；
图4B是沿着图3中的线IVB截取的剖视图；
图4C是沿着图3中的线IVC截取的剖视图；
图5A是图2的刀片的侧视图；
图5B是图5A的刀片的顶视图；
图5C是图5A的刀片的底视图；
图6是沿着图5B中的线VI-VI截取的剖视图；
图7A是图1A所示的刀片式铣刀的工具支架的侧视图，其被旋转以示出其中一个凹槽的侧视图；
图7B是图7A的工具支架的侧视图，其被旋转以示出其中一个凹槽的正视图；
图7C是图7A的工具支架的前端视图；
图7D是图7A的工具支架的一部分的立体图；
图8A是图7A的工具支架的凹槽的立体图；
图8B是图8A的凹槽的侧视图；
图8C是图8A的凹槽的顶(即，轴向)视图，并且还构成凹槽的座抵接表面的平面图；
图9A是图1C所示的刀片的视图，其中没有示出工具支架和螺钉，并且示意性示出工具外接的切削直径圆；
图9B是图9A所示的刀片的侧视图，其也对应于图1B所示的刀片的取向；并且
图9C是图9B所示的刀片以及用于将其安装至工具支架的螺钉的侧视图，其被旋转以对应于图1A所示的刀片的取向。
具体实施方式
图1A-1C示出被构造为用于进给铣削操作的刀片式铣刀10。
刀片式铣刀10包括工具支架12、切削刀片14以及用于将切削刀片14固定至工具支架12的螺钉16。
刀片式铣刀10被构造为围绕纵向地延伸穿过其中心的旋转轴线AR进行旋转。
旋转轴线AR限定在轴向上相反的向前方向DF和向后方向DR，以及相反的旋转切削方向DK和非切削方向DN。
工具支架12包括后端部13A、前端部13B以及在它们之间延伸的工具外周部13C。
工具支架12还包括柄部18以及在其前方延伸的切削部20。
切削部20包括恰好两个槽沟21。每个槽沟21都包括形成在前端部13B与工具外周部13C的交叉部处的凹槽22(见图8A)。
切削刀片14、螺钉16和凹槽22在给出的多个例子中是相同的，因此针对一者描述的特征应认为是全体适用。
现在讲参考图2-6描述切削刀片14。
切削刀片14是具有正基本形状的单面三向可转位切削刀片。其包括前刀表面24、基部承载表面26、外周表面28、螺钉孔30以及切削刃32。
刀片轴线AI(图6)垂直于基部承载表面26延伸并且穿过刀片14的中心。设置刀片轴线AI来帮助限定切削刀片14的方向和特征。总的来说，虽然最优选的是本发明的螺钉孔位于刀片的中心并且垂直于基部承载表面，使得刀片的刀片轴线也延伸穿过螺钉孔的中心，但是应理解的是螺钉孔可以是倾斜的或者并非完全相对于切削刀片居中，产生了不与刀片轴线AI同轴的(但是它们在给出的优选例子中是同轴的)螺钉孔轴线(未示出)。尽管如此，鉴于本发明试图最大程度上减少材料的使用，为了结构强度的目的举例说明的居中和垂直的螺钉孔当然是优选的。因此，在给出的例子中，刀片轴线AI也延伸穿过螺钉孔30的中心。
参考图6，螺钉孔30可包括螺钉孔底部31和螺钉孔顶部33。
在图5B中，示出了限定孔直径DS的孔圆CS。
刀片轴线AI限定相反的向上方向DU和向下方向DD，并且如图5C中举例说明的那样限定了相反的向内方向DI和向外方向DO。向外方向DO并不是限定了一个具体的方向，而是从刀片轴线AI向外的所有可能的360°的方向，举例说明了四个这种方向。这在相反的方向上对于向内方向DI也是适用的，尽管仅示出了一个例子。这对于图1C中针对刀片式铣刀10示出的向内方向DI和向外方向DO也是适用的。
如所示，例如在图4A-4C和图6中，前刀表面24可优选从切削刃32向内和向下倾斜，以形成用于形成切屑的锐角内角α。形成在前刀表面24与外周表面28之间的锐角内角α也称为正前角。这种正角补偿了座抵接表面的取向，该座抵接表面在该非限制性但优选的例子中相对于旋转轴线AR倾斜地延伸并且它们自身不提供正切屑角。
如所示，基部承载表面26大体上是平面的，但是应理解的是，这种限定不排除在外周表面28与基部承载表面26之间包含有较小的圆形过渡边缘，例如在EP3050655的图7中示出的那样。在所示实施方式中，设置了斜削部27(图5A和5C)。为了说明书和权利要求书的目的，基部承载表面26被认为是最下方的表面，即，不包括任何斜削或圆形的区域。因此，在图5C中，基部承载表面26在平行于刀片轴线AI的视图中限定了具有基部直径DB的假想基部外接圆CB。
参考图5C，切削刀片14的正基本形状指的是基部承载表面26具有比切削刃32的外接直径DE(图5B)更小的基部直径DB。
参考图2、5C和6，外周表面28包括下子表面34和上子表面36。下子表面34是未经磨削的并且从基部承载表面26向上延伸，并且包括第一、第二、第三、第四、第五、和第六侧抵接表面38A、38B、38C、38D、38E、38F(下文中相同的侧抵接表面将总体上相同的称为“侧抵接表面38”)。半径部分39(图2)在侧抵接表面38之间延伸但是在所示例子中不具有抵接功能。
应注意的是，刀片的抵接表面38用作与基部抵接表面26形成直角内角β1的承载表面，最佳地如图6所示。
每个侧抵接表面38都大体上是平面的。为了详细说明，图3中示出了放大的示意性凸部40。凸部40通常由烧结工序产生。由于本发明的刀片是小型的，因此这种凸部40中产生的可接受的扭曲小到足以使它们不需要进行磨削。总的来说，这种凸形或凹形(未示出，为了本说明书的目的可以认为是向内的“凸部”)被测量为从将刀片的邻接拐角相连接的平面到这种凸部的最大距离。
因此，认为刀片具有未经磨削的下子表面。例如，即使在图2中，未经磨削的下子表面也表现为具有不连续线42，这仅仅是因为该特定视图示出曲率线。未被磨削的实际产品不具有可辨别的线条，并且从大体上平面的部分平滑过渡到半径部分39。
上子表面36包括在本例子中围绕整个刀片14延伸的悬垂部分44(在图4A-4C中举例示出)。
参考图2，切削刀片14可包括六条拐角刃46A、46B、46C、46D、46E、46F(下文中总体上称为“拐角刃46”)以及三条相同的主子刃48A、48B、48C(下文中总体上称为“主子刃48”)以及三条相同的副子刃47A、47B、47C(下文中总体上称为“副子刃47”)。
参考图5B，针对切削刃32，示出了具有刃外接直径DE的假想刃外接圆CE，以及具有刃内接直径DM的假想刃内接圆CM。刃外接圆CE是围住周向延伸的切削刃32的所有部分的直径最小的圆，而刃内接圆CM是整体匹配在周向延伸的切削刃32内的直径最大的圆。
下列示出不同特征的尺寸：每条拐角子刃46都可具有半径R(图5C)；并且每条主子刃48都可具有从邻接的拐角子刃46的中心测得的主子刃长度LM，主子刃长度LM是可在进给操作期间使用的实际尺寸。此外，每条副子刃47(从邻接的拐角子刃46的中心测得)都可具有副子刃长度LS；副子刃47的每个坡走部分43、即其在下方具有离隙外周表面部分(即其下方的离隙凹部53)的部分可具有有效坡走刃长度LR；并且图4B中示出切削刃刃背宽度WL。
参考图6，切削刀片14的空隙体积VS由螺钉孔30的边界限定。具体地，螺钉孔高度HS从基部承载表面26到螺钉孔30的上缘49限定(也在图4中示出)。换言之，空隙体积VS被计算为从在垂直于刀片轴线AI的下平面PL处限定的螺钉孔30的底部延伸至在垂直于螺钉孔30与前刀表面24的交叉部的上平面PT处(即，上缘49的高度处)限定的螺钉孔30的顶部的空隙的体积。更准确的说，上缘49是弧形拐角51与前刀表面24的交叉部。
材料体积VF是制成切削刀片14的实际材料的体积。
优选地，每个侧抵接表面38都以直角β1从基部承载表面26向上延伸，如图6所示。
切削刀片高度HI从基部承载表面26延伸至前刀表面24的最高点(注意切削刃是前刀表面24的一部分)。
悬垂部分44在基部承载表面26上方的最小上子表面高度HU处具有最低点60(图6)。
在向上方向上，上子表面36(图6A)在基部承载表面26上方的最小上子表面高度HU处开始，最小上子表面高度HU是平行于刀片轴线AI测得的。
如图2所示，副子刃47A具有邻接一条拐角子刃46B的第一刃部分54，以及在邻接的拐角子刃46A的方向上从第一刃部分54伸出的第二刃部分56。参考图2、4A和4B，离隙凹部53形成在每条副子刃47的第二刃部分56下方。离隙凹部53在沿着副子刃47(在副子刃47下方)的方向上尽可能短，以提供所需坡走功能，而不会使切削刃的邻接部分弱化。例如，在副子刃47A的第一部分54下方，在悬垂部分44处没有离隙，如图2和4A所示。这产生了在第一刃部分54下方且沿着其延伸的、垂直延伸的平面的非离隙表面55。相反，在副子刃47A的第二刃部分56下方，悬垂部分44在基部承载表面26的方向上向内倾斜，由此在第二刃部分56的下方且沿着其形成离隙凹部53，如图2和4B所示。换言之，离隙凹部53可被描述为在沿着副子刃47的方向上具有阶梯形状。
阶梯形状允许切削刃的剩余部分被强化。替代地，可以使用在沿着副子刃47的方向上逐渐缩退的形状。
图4B示出离隙角ε。特别地，在剖视图4A和4C中邻接前刀表面24的其他表面与其垂直，因此提供优选的更强的切削刃支撑。
参考图5C，抵接表面与邻接的切削刃部分之间的最大间隙57被示出为位于邻近主子刃48处。最小间隙59被示出为位于邻近副子刃47处。更特别地位于邻近离隙凹部53处。
现在参考图7A-8C，凹槽22包括座抵接表面62、向座抵接表面62打开并且限定最小槽孔内接圆IP以及关联的最小槽孔直径DP的螺纹槽孔64，示出了与座抵接表面62垂直的第一、第二和第三横向抵接表面66A、66B、66C(共同称为“横向抵接表面66”)。
在横向抵接表面66之间具有第一和第二横向凹部67A、67B(共同称为“横向凹部67”)。使用横向凹部67帮助限定刀片14与凹槽22的接触点。尤其是，接触点在图8A中用阴影线表示。
槽孔64的横截面与距横向抵接表面的距离相比可以类似地相对较大。这可以从槽孔直径DP和从槽孔64到横向抵接表面66之间的距离看出。
第一、第二和第三横向抵接表面66A、66B、66C优选定向为与刀片的抵接表面38相同的正交内角β1。
螺钉轴线AS可优选偏离座抵接表面62的中心，即，略微更靠近横向抵接表面66彼此最近的位置(即，总体上标记为68的区域)，使得将切削刀片保持在凹槽22上的螺钉将朝向横向表面偏置切削刀片。
如图7A所示，凹槽优选在向前方向DF和切削方向DC上相对于旋转轴线AR倾斜，如槽倾斜角μ所示。槽倾斜角μ可优选满足条件2°≤μ≤9°，更优选5°≤μ≤8°。
参考图7C，从其中一个座抵接表面62的前缘72伸出的第一假想延长线L1可平行于从另一个座抵接表面62的前缘74伸出的第二假想延长线L2。中央工具平面PC包含旋转轴线AR并且定位在第一和第二延长线L1、L2之间且与它们平行，使得每个座抵接表面62都面向中央工具平面PC。从第一延长线L1到中央工具平面PC限定第一座距离DS1。从第二延长线L2到中央工具平面PC限定第二座距离DS2。总距离DS3是第一座距离DS1与第二座距离DS2之和。
总距离DS3可替代地相对于刀片来限定。参考图1C，总距离DS3大于切削刀片高度HI(仅在图6中示出，因为在图1C中刀片是倾斜的)。应理解的是，存在给出尺寸的受限空间。还应理解的是，如果刀片被定位为它们的外周表面彼此远离而不是所提出的布置(即，如果图7C中右侧的刀片朝向页面底部移动并且左侧的刀片朝向顶部移动)，则用于凹槽22的工具支架结构强度将会弱化(因为对刀片进行支撑的材料较少)。相反，如果刀片14在相反的方向上移动，则在槽沟中可能缺乏切屑排出空间。因此，最优选的布置是外周表面彼此邻接。
参考图9A和9B，后者示出了在工具的前端视图中落座的切削刀片的相对位置，切削刀片仅在它们之间具有小间隙。为了缓解这种情况，它们设置有正基本形状并且它们如图9A所示那样定位(即，切削刃不邻接并且每个刀片的外周表面都邻接另一个刀片的外周部分的一部分)。使用这种特征是将相对较大的刀片(相对于工具支架直径)安装在相对较小的外接切削直径圆CC中的一种方式。用于这些特征的比率如上文所述。
参考图7A和7D，由于刀片14的接近度，因此设置了长度受限的支撑壁板70。
支撑壁板70延伸至从工具支架12的前端部13B向后凹陷的最前端点71A(在其中心处，也与旋转轴线AR重合)。应注意的是，所示圆形形状71B仅表示平面表面。如图7A所示，最前端表面71C是凹形的。
当被安装时，螺钉16紧固切削刀片14，使得基部承载表面26抵靠座抵接表面62，并且三个刀片的抵接表面38抵靠凹槽的三个横向抵接表面66。应理解的是，切削刀片14可在凹槽22中重新定位三次，并且在任意给定时间哪个具体的抵接表面进行接触的确切指定是不重要的。
应注意，例如如图1A所示，上子表面36不接触工具支架12，因此具有略微不同的切削刃的刀片也可以安装在相同工具支架12上。
在图1B中，为了进给操作，主切削子刃48接触工件(未示出)。切割深度AP与其他类型的铣削操作相比相对较小。
应注意，在本非限制性例子中，主切削子刃48远离旋转轴线AR(通过距离F举例说明)。这通常是不利的，但是使直径非常小的刀片式铣刀具有可接受的切削宽度AE。
对于坡走铣操作，仅有坡走部分43接触工件(不使用副子刃47的剩余部分)。

Claims (24)

1.一种单面三向可转位的切削刀片，其具有正基本形状并且包括：
由所述切削刀片的材料量限定的材料体积(VF)；
前刀表面；
与所述前刀表面相对地定位的基部承载表面；
垂直于所述基部承载表面延伸并且穿过所述切削刀片的中心的刀片轴线(AI)，所述刀片轴线限定：从所述基部承载表面朝向所述前刀表面的向上方向、与所述向上方向相反的向下方向、以及垂直于所述向上方向和所述向下方向并且远离所述刀片轴线延伸的向外方向；
切削刀片高度(HI)，其是平行于所述刀片轴线从所述基部承载表面到所述前刀表面的最高点测得的；
将所述前刀表面与所述基部承载表面相连接的外周表面；
沿着所述外周表面与所述前刀表面的交叉部形成的切削刃，所述切削刃在平行于所述刀片轴线(AI)的视图中限定具有刃外接直径(DE)的假想刃外接圆(CE)；以及
向所述前刀表面和所述基部承载表面打开的螺钉孔，所述螺钉孔包括：
位于与所述基部承载表面的交叉部处的螺钉孔底部；
位于与所述前刀表面的交叉部处的螺钉孔顶部；
空隙体积(VS)，其被计算为从所述螺钉孔底部延伸到所述螺钉孔顶部的空隙的体积；以及
孔圆(CS)，其在平行于所述刀片轴线(AI)的视图中被限定在所述前刀表面与所述螺钉孔的交叉部处，所述孔圆(CS)具有孔直径(DS)，
所述基部承载表面在平行于所述刀片轴线(AI)的底视图中限定具有基部直径(DB)的假想基部外接圆(CB)，
所述外周表面包括第一侧抵接表面、第二侧抵接表面、第三侧抵接表面、第四侧抵接表面、第五侧抵接表面以及第六侧抵接表面，
所述切削刃在平行于所述刀片轴线(AI)的顶视图中限定具有刃内接直径(DM)的刃内接圆(CM)，所述切削刃包括：恰好三条主子刃以及恰好三条副子刃，所述主子刃与所述副子刃交替设置，其中拐角子刃位于所述主子刃与所述副子刃之间的每个交叉部处，
其中：
所述基部外接直径(DB)小于所述刃外接直径(DE)；并且
所述空隙体积(VS)与所述材料体积(VF)的体积比满足条件：VS/VF≥0.30。
2.根据权利要求1所述的切削刀片，其中，所述体积比满足条件：VS/VF＞0.35。
3.根据权利要求1或2所述的切削刀片，其中，所述体积比满足条件：0.5＞VS/VF。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的切削刀片，其中，所述孔直径(DS)与所述刃内接直径(DM)的刀片厚度直径比满足条件：DS/DM＞0.60。
5.根据权利要求4所述的切削刀片，其中，所述刀片厚度直径比满足条件：0.80＞DS/DM。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的切削刀片，其中，所述主子刃的长度(LM)与所述副子刃的长度(LS)的刃长度比满足条件：LM/LS＞0.80，所述主子刃的长度(LM)与所述副子刃的长度(LS)各自包括邻接的所述拐角子刃的一半。
7.根据权利要求6所述的切削刀片，其中，所述刃长度比满足条件：LM/LS＞1.0。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的切削刀片，其中，副刃长度LS是包括邻接的所述拐角子刃的一半的所述副刃的长度，并且有效坡走刃长度(LR)是邻近离隙外周表面部分测得的所述副子刃的长度，并且满足条件：0.4LS＞LR＞0.8LS。
9.根据权利要求1-9中任一项所述的切削刀片，其中，除了所述外周表面的邻接每个所述副子刃的部分之外，所述外周表面的邻接第二切削子刃的其余部分平行于所述刀片轴线。
10.根据权利要求1-10中任一项所述的切削刀片，其中，在平行于所述刀片轴线(AI)的顶视图中，形成在所述主子刃与所述副子刃之间的所有内角都是钝角。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的切削刀片，其中，所述刃外接直径(DE)满足条件：DE＜6mm。
12.根据权利要求11所述的切削刀片，其中，所述刃外接直径DE满足条件：DE＞4mm。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的切削刀片，其中，所述基部承载表面是所述切削刀片的唯一被磨削的表面。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的切削刀片，其中，所述六个侧抵接表面垂直于所述基部承载表面。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的切削刀片，其中，在每个所述副子刃的一部分下方形成离隙凹部。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的切削刀片，其中，在平行于所述刀片轴线(AI)的底视图中，抵接表面与邻接的切削刃部分之间的最大间隙位于邻近主子刃处。
17.根据权利要求16所述的切削刀片，其中，在平行于所述刀片轴线(AI)的底视图中，抵接表面与邻接的切削刃部分之间的最小间隙位于邻近副子刃处。
18.一种工具支架，其包括：
后端部；
前端部；
从所述后端部延伸到所述前端部的工具外周部；
延伸穿过所述工具支架的中心的旋转轴线，所述旋转轴线限定从所述后端部延伸到所述前端部的向前方向、与所述向前方向相反的向后方向、垂直于所述旋转轴线并且从所述旋转轴线朝向所述工具外周部定向的向外方向、以及与所述向外方向相反的向内方向；
在所述后端部前方延伸的柄部；以及
在所述柄部的前方延伸到所述前端部的切削部，所述切削部具有位于所述前端部处的工具直径(DT)以及从所述前端部与所述工具外周部的交叉部处向后延伸的恰好两个周向间隔开的槽沟，
每个所述槽沟都包括形成在所述前端部与所述工具外周部的所述交叉部处的凹槽，
两个所述凹槽各自包括：
座抵接表面；
向所述座抵接表面打开的螺纹槽孔；以及
横切于所述座抵接表面的第一横向抵接表面、第二横向抵接表面以及第三横向抵接表面，
其中：
所述第一横向抵接表面各自定位为邻接所述工具外周部并且在所述向外方向和所述向前方向上延伸；
所述第二横向抵接表面各自比所述第一横向抵接表面更靠近所述旋转轴线，并且与所述第一横向抵接表面通过第一离隙凹部间隔开，所述第二横向抵接表面各自在所述向内方向和所述向前方向上延伸；
所述第三横向抵接表面各自比所述第二横向抵接表面更靠近所述旋转轴线并且定位得更靠前，并且与所述第二横向抵接表面通过第二离隙凹部间隔开，所述第三横向抵接表面各自在所述向内方向和所述向前方向上延伸；并且
所述工具直径(DT)满足条件：DT＜11mm。
19.根据权利要求18所述的工具支架，其中，所述第二横向抵接表面和所述第三横向抵接表面在所述座抵接表面的平面图中彼此不平行。
20.根据权利要求18或19所述的工具支架，其中，支撑壁板在两个所述凹槽之间延伸至从所述工具支架的所述前端部凹陷的最前端点。
21.根据权利要求20所述的工具支架，其中，所述支撑壁板具有薄的细长形状。
22.根据权利要求20或21所述的工具支架，其中：(a)所述支撑壁板的最前端表面的中心部分是平面的；或者(b)在所述工具支架的侧视图中，所述支撑壁板的最前端表面是凹形；或者(c)所述支撑壁板的最前端表面是(a)和(b)两种情况。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的工具支架，其中，所述第三横向抵接表面至少部分地形成在所述支撑壁板上。
24.一种刀片式铣刀，其包括：
根据权利要求18-23中任一项所述的工具支架；以及
根据权利要求1-17中任一项所述的切削刀片，其安装在所述工具支架的其中一个所述凹槽中，其中：仅有一条刀片的主子刃在所述工具支架前方延伸；仅有一条刀片的副子刃在所述工具支架的前方延伸；并且仅有一条刀片的副子刃延伸到所述工具外周部的外侧。
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