CN1116142C - 带有切削刀片的高精度铣刀 - Google Patents

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Abstract

一种切削刀具(1)，它包括刀具主体(2)，其带有刀片支座(6、7、8、9)，切削刀片(11、12、13、14)分别以固定方式与该刀片支座相配合。切削刀片属于成组的切削刀片。该切削刀具(1)包括另外的成组的切削刀片，切削刀片也分别与刀片支座相配合。为了确保每个切削刀片安装于在其上对切削刀片进行磨削的刀片支座(6、6a、7、7a、8、8a、9、9a)上，刀片支座和切削刀片(11a～14a)带有标记(34、35)。

Description

带有切削刀片的高精度铣刀
本发明涉及一种切削刀具，特别涉及一种用于进行高精度切削加工的铣刀，其装有以可拆卸方式固定的切削刀片。
工件要求高精度的精度切削加工，也对刀具提出高精度的要求。比如，如果在一个铣销步骤中，形成复杂的几何形体，则一般采用高速钢(HSS)铣刀，该高速钢铣刀可具有较复杂的轮廓。比如，在生产涡轮机转子时，必须形成转子轴中的根切槽，涡轮叶片的相应形状的根部被推入该槽中。此槽一般具有圣诞树状的轮廓，并且经过多次根切加工。在铣削过程中，必须高精度地使该槽形成所需的形状。
为此，德国专利文件DE19611276C1公开了一种粗轧切削加工方法，该方法在没有根切的情况下首先开出所需的槽，之后采用带有可转位的切削刀片的铣刀进行根切。然后采用HSS端铣刀，在一个或多个切削步骤中获得所需的精度。上述HSS端铣刀仅仅具有较少量的待去除的材料。然而，不能够无限制地增加进给速度。HSS铣刀的切削速度比硬质合金的铣刀的相应速度低。
必须不时地对HSS铣刀进行反复磨削。在此过程中，特别是如果铣刀的外部轮廓确定待形成的槽的外形，则在反复磨削时，该铣削外形必须不被改变。为了实现该目的，一般将邻接切削刃的刀面制成曲线状，换言之，使该刀面带有径向后角。然后，通过对切屑面进行反复磨削，而不对刀面进行切削，实现对HSS铣刀的反复磨削，上述方式会使直径稍稍减小。
在多数场合，较小的后角必须要求同步地对工件进行切削。这就意味着，工件的进给方向基本上与和工件接合的切削刃的运动方向相配合。但是在个别的场合，同步的切削会使切削表面产生微小的裂纹或变得粗糙，这一点特别是对于承受重荷载的部件来说，是成问题的。
本发明的目的在于提供一种切削刀具，借助该刀具，可以经济的方式按照较高的切削速度实现高精度切削。
上述目的和其它目的是按照涉及切削刀具的本发明的一个方面来实现的，该切削刀具包括多个刀片支座，该刀片支座按照接纳具有相应形状的切削刀片的方式设置。属于至少一组切削刀片的至少一个切削刀片被相应地分配到每个刀片支座。但是最好，每个刀具本体带有多组切削刀片，每组切削刀片准确地具有用于每个刀片支座用的一个切削刀片，一旦刀片支座和切削刀片的固定关系被确定，则之后永久地保持该关系。其结果是，可获得下述效果，即刀片支座和切削刀片的尺寸变化或公差不会对切削刀片的切削刃的形状和位置相对切削刀具的枢转轴线的精度造成影响。切削刀片可在不产生任何尺寸变化的情况下，反复地从刀片支座拆下，并且与其固定。按照严格的意义，刀具本体用作刀具基体，而在对切削刀片进行精细切削的过程中，该刀具本体用作刀片支架。其结果是，切削刃的精度明显地大于刀片支座的精度。
为了确保切削刀片与刀片支座之间保持所需的联系，并且永久性地保持该联系，最好切削刀片带有单独的标记，该标记对被分配有切削刀片的刀片支座进行标识。标记可为经受后续的切削加工作业而不消失的刻蚀部、彩色的标记、特殊的形状，或一些其它的永久性标记。如果各刀片支座具有单独的形状，则可获得标记不消失的效果。但是，这种方式会增加额外的生产成本。由于生产的原因，以及由于按照尽可能最佳的方式将切削刀片均匀地支承于刀具本体上的原因，最好采用相同的刀片支座。为了避免错误地放置切削刀片，切削刀片上带有对与其配合的刀片支座进行标识的标记。另外，也可在刀片本体上设置进行标识的标记。这种方式防止切削刀片被错误地固定于具有不同公差的刀具本体上。
由于切削刀片与刀片支座和刀具本体保持单独的联系，这样对于装有切削刀片的铣刀来说，可获得约±0.01mm的刀具精度。因此，装有切削刀片的刀具能够以HSS刀具在过去所具有的精度，进行切削加工。但是同时获得很高的切削速度。
由于不再需要进行反复磨削，这样还可进一步改善这类刀具的经济使用性。如果切削刃受到磨损，则从刀具本体上拆下该组切削刀片，之后，在该刀具本体上安装一组新的切削刀片，该组新的切削刀片专门用于该刀具本体，并且分别进行了磨削。其结果是，在不进行复杂的调整设置的情况下，马上使切削刀具获得准确的形状，并且其可继续使用。
切削刀片的切削刃相互配合而形成至少一个完整的切削刀片。特别是在齿尖区域，可形成重叠区域，在该区域，切削刀片的数量多于一个。按照上述方式，与枢转轴倾斜设置的切削刃的磨损和平行于枢转轴的切削刃的磨损相同。
切削刃和刀片支座均可带有标记，该标记可与切削刀片的标记构成简单的联系，标记可由符号、数字或字母形成。
最好切削刀片带有正后角。该后角由与切削刃相邻的倒角磨削部形成。刀面位于背离切削刃方向延伸的直线上。其结果是，紧靠切削刃的后角也不为零。这种方式允许在反向旋转过程中，以正的有效切削角进行铣销加工；这就是说，作为铣刀旋转的结果，切削刃沿与刀具的给进方向相反的方向在工件上运动。这样即使在较高的切削速度时仍可获得良好的表面质量。最好切削刀片以0°的轴向有效切削角度设置于刀具本体上，其结果是可获得沿每个切削刃的恒定的切削状态。最好切削刀片以螺旋的方式(沿螺旋线)相互错开，以便平衡切削力。这种方式对于排屑来说是有利的。此外，会产生沿径向作用于切削刀具上的较均匀的力，该力的最大值不高，弹性变形和切削的误差达到最小程度。
一旦按照烧结法形成切削刀片，则在刀具本体初始设置之前和之后，马上使刀片带有适合的标记，该标记对相应的刀片支座和刀具本体进行标识。在设置好的状态，以高精度磨削法对切削刀片进行磨削，从而精确地形成铣刀的切削刃的几何外形。一旦该过程结束，将切削刀片拆下，对其进行进一步加工。该加工可为对切削刃进行专门的倒角加工以及表面处理，比如涂敷氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、碳氮化钛(TiCN)、氮化钛铝(TiAlN)或其它的硬质材料、PVD涂层或类似物。在此工艺中，可转位的切削刀片上的标记不会受到破坏，并且容易辨认。这样便形成一组切削刀片。针对相同的刀具本体，按照相同方式，形成其它套切削刀片。这些成套的切削刀片与刀具本体相配合，并且仅仅用于该刀具本体。
按照上述方式，针对特定的刀具本体，形成的切削刀片的组数是不限定的。之后，在刀具本体上装配适合类型的成组刀具。使用者可在现场，在刀具本体上安装成组的切削刀片，如果需要，比如如果它们受到磨损，则可将其更换为另一组切削刀片。一般，在某一时刻，更换整组的切削刀具。但是，如果需要较低的精度，则还可更换单独的切削刀片。上述方式可提供承受特别大的载荷的切削刀片的其它实例。
图1为带有切削刀片的刀具本体的透视图；
图2为图1所示刀具的透视图；
图3为从不同的方向看到的，图1所示切削刀具的透视图；
图4为带有可相互更换刀片的，进行高精度切削的切削刀具的变换实施例；和
图5为一个不同比例的刀片支座和与其分开的刀片的局部示意图。
图1中表示成形铣刀1，这种铣刀1可用于比如，对涡轮叶片的根部处的涡轮转于中的异型槽进行切削。比如，可在德国专利文件DE19611276C1中了解这种涡轮转子。该成形铣刀1包括刀具本体2，其一端3设有工作主轴用的座。该刀具本体的另一端设有与要切削的槽基本上相对应的外形。沿纵向，形成有两个切屑槽4、5，在该槽中，设置有刀片支座6、7、8、9。该切削刀片11、12、13、14保持于该刀片支座上。该切削刀片11、12、13、14分别通过中心固定螺钉15、16、17、18牢固夹持，并压靠于刀片支座6、7、8、9上。
每个切削刀片11、12、13、14包括至少一个相应的切削刃21、22、23、24，该切削刃决定铣刀的外形。该切削刀片11～14，比如，特别是如图3所示，成直线设置。于是，该切削刃21～24相互配合而形成一个单独的连续切削刃。这样，该切削刀片11、12、13、14的后刀面和前刀面相互平滑地连接。对刀具面进行磨削，从而形成正后角。此径向有效切削角最好设定为正值，而轴向有效切削角最好为零。
从图2可看到，切削刃21～24是相互连接的。还可看出，切削刀片11、12、13、14设置成和相应的刀片11a、12a、13a、14a一样与刀具本体2的枢转轴线D保持相同的距离，该相应的刀片11a、12a、13a、14a相对枢转轴线D按照相反方式设置，其切削刃21a、22a、23a、24a也相互配合而形成一个完整连续的切削刃。因此，成形铣刀1中的切削刀片的数量为两个。但是，也可使切削刃21、22、23、24与切削刃21a、22a、23a、24a稍稍错开，从而在某一时刻，仅仅每个切削刃的局部发生作用。比如，切削刃21、22、23、24可通过在图2中朝向上方的相应部分和相应的齿尖发生作用，而切削刃21a、22a、23a、24a通过相应的底部区域和齿尖发生作用。按照这种方式，位于齿尖处的切削刀片的数量为2，否则，其数量为1。但是，最好通过将各个切削刃21、22、23、24和21a、22a、23a、24a排列对齐而形成两个切削刀片，这些切削刃是这样形成的，即它们完全相同。
在沿轴向相邻的切削刀片之间，具有缝或较小的间隙。对于切削刀片11～14与切削刀片11a～14a来说，确实具有上述缝或间隙。由切削刀片11～14形成的成排的缝或间隙沿轴向与由切削刀片11a～14a形成的成排的缝或间隙错开。于是，切削刀片14与切削刀片14a不同。它们按照其相应的轴向端面沿轴向错开的方式相互错开。从图2可证实这一点，该图2中表示有位于切削嵌入件13a和14a之间的线9a，其与位于切削嵌入件13和14之间的线9aa沿轴向错开。沿圆周方向相互分别重叠的其它切削刀片11、11a；12、12a；13，13a；14；14a确实具有上述缝。
实际上上述情况对图4中的成形铣刀1也相同，在该铣刀1中，切削刀片11、12、13、14沿圆周方向相互稍稍错开。但是，切削刀片11、12、13、14均按照相同的径向有效切削角设置，从而满足上述切削条件。然而，切削刀片与工件相继接合，从而在某一时刻，刀具本体必须仅仅对一个切削刀片的驱动扭矩进行传递。由于随着切削刀片的作业，会连续地产生切屑，这样还会获得更加有利的排屑条件。
在所有所描述的成形铣刀1中，设置有图5所示的刀片支座。该刀片支座具有平面状的支承面27，该支承面27基本上与相应的切削刀片的外形相对应，从而该切削刀片以实际上跨过该支座的整个后侧(底面)的方式支承。该支承面27与支承面28、29相邻，支承面28、29相互保持垂直，并与底面27保持垂直，切削刀片11、12、13或14的相应侧面31、32与该支承面28、29相配合。在图5中表示切削刀片11，其用于代表所有的其它切削刀片。相对支承面27来说，支承面28、29的垂直取向便对切削刀片11提供牢固的，准确可靠的支承。切削刀片11的精确位置取决于切削刀片11和刀片支座6的公差。
为了避免这些公差对切削刀片21的定位的精度的影响，切削刀片11带有标记34，该标记34与刀片支座6的标记35，或与刀片支座6本身相关联。标记34比如，包括多组数字37、38、39。比如，第一组数字37与使此刀具本体具有单独特征的的刀具本体2的号码XX相对应。具有给定刀具型号的所有刀具本体可带有单独的号码XX，其对刀具本体进行专门地标识，并且使其与其它的刀具本体区别开。
第二组数字38，比如为标识刀片支座的号码。在本实例中，成形铣刀1共计具有8个刀片支座，从而1～8之间的号码可用作第二组数字38。
作为选择方式，最后一组数字39可表示属于可应用的刀片11的一套切削刀片的号码。按照上述方式，可确保仅仅属于一组的切削刀片和同组的切削刀片将安装于刀具本体2上。
刀具本体2带有标记35，该标记35位于其刀片支座6和其它的刀片支座上或附近，该标记表示由一组数字37’形式的刀具本体的号码XX，以及由一组数字38’形式的刀片支座的号码YY。
此外，可在切削刀片11～14和11a～14a上可设置多个或一组数字PP；该数字用于标识由切削刀片形成的轮廓，即切削刀片的形状。一个相同的刀具本体2可通过装有不同的切削刀片而形成不同的轮廓。
成形铣刀1是按照下述方式制造和使用的：
在制造时，首先，在刀具主体2的各个刀片支座处其设有相应的标识数字XX和号码YY。对刀具本体进行标识的数字XX可置于每个刀片支座上或单独的其它点处。它们比如，通过刻蚀方式形成。由切削刀片坯件共同形成的成套的切削刀片坯件与刀具本体2相配合；它们分别包括一个切削刀片11、12、13、14，其为坯件形式，分别与每个刀片支座6、7、8、9相对应。之后，使每个切削刀片坯件带有标记34，该标记作为一组数字XX表示刀具本体的号码，作为一组数字YY表示相应的单个刀片支座的号码，作为一组数字ZZ表示其所属的一套切削刀片的号码。一旦将每个刀片坯件设置于被分配有刀片的相应刀片支座中，便将刀具本体接纳于精密磨床中，另外由于对切削刀片11、12、13、14(11a、12a、13a、14a)的相应面在其相应的面上进行磨削，这样便以精确的定位和形状形成切削刃21、22、23、24和相应的切削刃21a、22a、23a、24a。为此，对切削刀片11、12、13、14中的，比如相应的刀面进行磨削，如果需要，还对其切屑面进行磨削。在进行磨削作业后，以规定的精度形成成形铣刀1的切削刃。再次将切削刀片11、12、13、14和11a、12a、13a、14a取下，设置下一组切削刀片中的切削刀片，再次预先使这些切削刀片带有适合的标记。
按照上述方式，一般将所有成组切削刀片安装于刀具本体2上，它们经过高精度地磨削，并且再次将它们从刀具本体2上取下。在进行磨削之后，对各组切削刀片中的切削刀片11～14a进行进一步处理。该处理比如，可对切削刃进行专门的倒圆加工和/或对切削刀片涂敷坚硬的材料层。坚硬的材料层的厚度，比如为几个微米，从而完全无损伤地通过磨床实现，比如±1/100mm的精度。一旦完成对切削刀片进行的后面的加工作业，则将切削刀片组装配于上述刀具本体2上。此时，已经将第一组切削刀片设置好。
该成形铣刀1可马上用于高精度切削作业，比如对适合形状的槽的精铣作业。一旦将切削刀片11～14a磨削好，则仅仅对下一组切削刀片中的切削刀片进行设置；在每种场合，将带有数字XX、YY组的切削刀片安装于具有相同的一组数字XX、YY的刀片支座上。按照上述方式，在安装切削刀片时，就切削刃的位置和形状来说，再次形成由细磨获得的精度。

Claims (25)

1.一种切削刀具(1)，其特别是用于进行高精度的切削作业，该刀具包括：
刀具本体(2)，在该刀具主体上形成有多个刀片支座(6、7、8、9)；
多个切削刀片(11、12、13、14)，每个切削刀片具有至少一个切削刃(21、22、23、24)，各切削刀片设置成固定于刀具本体(2)上的刀片支座(6、7、8、9)中；
可拆卸的固定装置(15、16、17、18)，其用于将切削刀片(11、12、13、14)固定于刀片支座(6、7、8、9)上；
其特征在于：
每个切削刀片(11、12、13、14)被相应地分配到对应的刀片支座(6、7、8、9)。
2.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，每个切削刀片(11、12、13、14)带有单独的标记(34)，该标记对分配有切削刀片(11、12、1 3、14)的刀片支座(6、7、8、9)进行标识。
3.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于至少部分刀片支座(6、7、8、9)彼此是相同的。
4.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，各切削刀片(11、12、13、14)具有多个切削刃或切削刃区域。
5.根据权利要求4所述的切削刀具，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)的切削刃(21、22、23、24)相重叠，以便形成至少一个完整的切削刀片，特别是在所述齿尖区域具有重叠区域。
6.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，刀具本体(2)包括两排刀片支座(6、7、8、9；6a、7a、8a、9a)，其切削刀片(11、12、13、14；11a、12a、13a、14a)沿轴向相互错开。
7.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，每个刀片支座(6、7、8、9)带有相应的标记(35)，该标记与所有其它的刀片支座的其它标记区别开，另外形成于切削刀片上的标记(34)与相关联的刀片支座上的标记(35)相对应。
8.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)带有附加标记，其对切削刀片的形状进行标识。
9.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)带有磨削部分，该部分在该刀片设置于刀具本体(2)上的状态下已形成于切削刀片(11、12、13、14)上。
10.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，每个切削刀片(11、12、13、14)上的磨削部分形成正后角。
11.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)带有涂层，该涂层是在对切削刀片(11、12、13、14)进行磨削之后涂敷于切削刀片上的。
12.根据权利要求11所述的切削刀具，其特征在于，所述涂层是在切削刀片取下的状态下，涂敷于该切削刀片(11、12、13、14)上的。
13.根据权利要求12所述的切削刀具，其特征在于，所述涂层为PVD、TiN或TiC涂层。
14.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)中的切削刀刃(21、22、23、24)上带有规定的倒圆。
15.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，刀具本体(2)和刀片支座(6、7、8、9)这样形成，从而在设置好的状态下切削刀片(11、12、13、14)具有基本为零的轴向切屑角，另外切削刀片(11、12、13、14)最好呈螺旋线设置。
16.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，刀片支座(6、7、8、9)具有平面状的支承面(27)和与其保持垂直的支承面(28、29)。
17.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，多个整套的切削刀片被分配到所述刀具主体(2)，并且每套切削刀具具有用于每个刀片支座(6、7、8、9)的适合标识的切削刀片(11、12、13、14)。
18.根据权利要求2所述的切削刀具，其特征在于，每个切削刀片(11、12、13、14)带有附加标记(37)，其对分配有该切削刀片的刀具本体(2)进行标识。
19.一种提供装有切削刀片的高精度切削刀具，特别是铣刀的方法，其包括下述步骤：
供给刀具本体(2)，在该刀具本体上配备多个刀片支座(6、7、8、9)；
供给至少一整套切削刀片，至少一个用于每个刀片支座(6、7、8、9)的切削刀片(11、12、13、14)属于该套切削刀片；分配每个切削刀片(11、12、13、14)到每个刀片支座(6、7、8、9)上，并将该切削刀片(11、12、13、14)设置于相应的刀片支座(6、7、8、9)中；
对处于安装好的状态的切削刀片(11、12、13、14)进行磨削，用于形成规定形状的其相应切削刃(21、22、23、24)；
将切削刀片(11、12、13、14)与其相应的刀片支座(6、7、8、9)分开，并对该切削刀片进行后处理；以及
按照在先形成的分配方式，重新将切削刀片(11、12、13、14)固定于刀片支座(6、7、8、9)上；
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，切削刀片(11、12、13、14)带有刻蚀部，其对分配有切削刀片(11、12、13、14)的刀片支座(6、7、8、9)进行标识。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，刀具本体(2)中的每个刀片支座(6、7、8、9)带有标记(35)，该标记与其它刀片支座(6、7、8、9)的标记(35)不同。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，成套的切削刀片的每个切削刀片(11、12、13、14)带有标记(37)，其对该套切削刀具所属的刀具本体进行标识。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，每个刀具本体(2)带有对其进行识别的标记(37’)。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多套切削刀片被分配到每个刀具本体(2)。
25.一种铣刀(1)的用途，该铣刀带有可互换的切削刀片(11～14a)，用于进行精切削。
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