CN1116949C - 高速铣刀 - Google Patents

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Abstract

一种铣刀(10)，具有把刀片(45)固定在铣刀的刀片座(50)中的楔(55)，楔沿轴向和径向是斜的。一个螺钉(120)把楔(55)顶在斜的腔(60)中，沿轴向楔角α把刀片(45)压在座(50)内，而铣刀(10)转动产生顶楔(55)向外的离心力，强制楔(55)对着径向楔表面而进一步把刀片(45)压在座(50)内。刀片座(50)可径向延向包住刀片(45)，给刀片(45)提供了对抗离心力的附加支承。

Description

高速铣刀
本发明涉及铣刀，更具体地涉及具有用可高速操作的楔形夹具固定的可分度的刀片的铣刀。
影响使用绕铣刀主体的圆周边设置的可分度的刀片的铣刀的设计的主要因素是离心力对可分度的刀片的影响和离心力对用来把可分度的刀片夹住在铣刀主体内的装置的影响。随着转动速度的线性增加，离心力随转速的平方增加。
US 3733665公开了使用楔形夹具顶着刀片对着切削刀具中的刀片座的一种转动切削刀具。但是，随着刀具的转速增加，由节距螺钉限制的楔可以径向向外移动使作用在刀片上的压力减小。在高速下，楔会与刀片脱开而使刀片从铣刀的主体上掉落下来。
US 5716167是转让给Kennametal公司的发明名称为“高速筒形铣刀”的专利，结合作为本发明的对比文件。该文件公开了一种铣刀，使用一种筒形安装机构，该机构有燕尾形形状，其被强制地限制在铣刀主体的相配合的燕尾形的结构中。可分度的刀片使用成切线安装的螺钉与筒连接。虽然在高转速下，刀片筒可被限制对抗向外的径向移动，可分度的刀片的安装螺钉会受到切剪力，这是在转速方面的一个限制因素。
本发明的目的是提供一种带有可分度的刀片夹在其中的铣刀，可以把刀具固定在铣刀的主体内使铣刀主体可经受高转速，并且随着铣刀的转速增加，铣刀主体作用在刀片上的夹紧力也增加。
本发明提供了一种切削刀具，包括一个圆柱形主体，所述的主体有一个前端和一个后端，和具有纵轴线的圆周壁，和至少一个绕着主体的圆周壁的刀片安装组件，其中各刀片安装组件包括：一个凹入在刀具的前端的圆周壁内的刀片座；  一个放置在刀片座中的刀片，其中所述的刀片有一顶面、一底面及该两面之间的侧壁，该侧壁与顶面相关限定一个切削刃；一楔腔，凹入在圆周壁内，并且与在刀具前端的刀片座相邻；一楔，置于楔腔中，所述的楔有腿，用来与刀片的顶面接触和用夹紧力顶压刀片座中的刀片；其中所述的楔腔有一个内表面，一个楔壁和与楔壁相对的稳定壁，和所述的壁沿着从主体的前端到后端的方向收缩，限定一个轴向楔角(α)，使得当具有与楔腔的楔壁和稳定壁相配合的楔侧面和稳定侧面的楔向楔腔内表面移动时，楔的腿以增大的夹紧力压对着刀片的面；和所述的楔腔的楔壁和稳定壁在沿主体的径向向外方向延伸时进一步收缩以限定一个径向楔角(β)，使得楔被截获，和楔的径向向外移动增加作用在刀片面上的夹紧力。
刀片座一般是径向定向的和沿着主体的圆周边被部分包着以便沿径向截获刀片。
通过下面参照为说明本发明的附图及实施例的说明，可明白本发明的其它目的和优点，附图中：
图1示出本发明的装置的透视图；
图2示出图1的端部的分解透视图；
图3示出从图1的右边看的本发明装置的底视图，另外加上了两个刀片安装组件；
图4示出沿图3中4-4线看的本发明装置的局部侧视图；
图5示出沿图3中5-5线剖切的本发明装置的侧视剖面图；
图6是可容纳正方形刀片的刀片座的示意图；
图7示出有锥形底部的刀片的示意图；
图8示出一个刀片的示意图，其中表示了径向前角；
图9示出一个刀片的示意图，其中表示了轴向前角。
图1示出一铣刀10，包括一个圆柱形主体15，该主体有纵轴线20。主体15有圆周壁25和一前端30和一后端35。至少一个刀片安装组件40凹入在主体15的圆周壁25中。一般，如图1和2所示，一个刀片45被一个楔55压入刀片座50中，楔55可沿纵轴线20在一个楔腔60中移动。
如图2的分解透视图所示，刀片座50在主体15的前端30凹入圆周壁25的凹处。刀片45置放在刀片座50中，刀片45有顶面65及底面70和位于其间的侧壁75。侧壁75可以是圆锥形的，侧壁与顶面65相交限定一个切削刃80。虽然如图1、2所示的刀片45的顶面是圆形的，但应明白这只是本发明可用的几何形状中的一个形状。
刀片45可由机加工中用于切削加工的任何材料制造，但是，对高速使用，要求有较低质量的刀片，优选地用陶瓷基材料的刀片。
楔腔60置于圆周壁25的凹处和与在主体15前端30的刀片座相邻。
楔55可沿纵轴线20的方向在楔腔60中移动。楔55有一腿85与刀片45的顶面接触以顶住在刀片座50中的刀片45。
楔腔60包括从纵向轴线20径向延伸出的稳定壁90和一个与稳定壁90相对但是相对稳定壁90成一角度与壁90形成一个轴向楔角α的楔壁95，该楔角α使楔腔60(如图所示)随着从前端30到终止于连接稳定壁90和楔壁95的内表面100而宽度减小。底面105限定连接稳定壁90、楔壁95和内表面100的表面。轴向楔角α可以为5°-15°，优选地为10°。
楔55在腿80的同一侧有一底部110，其是与楔腔60的稳定壁90接触的平表面。楔55还有一个楔侧115，该侧是与楔腔60的楔壁95接触的平表面。楔55的最大宽度WW(图4)大于楔腔60的最大宽度WC，使得在楔55被顶在楔腔60中时，腿85被强制对着刀片45的顶面65把刀片45固定在刀片座50中。
楔55由螺钉120顶入及推出楔腔60，螺钉120(如图2所示)具有一种螺距的螺纹的楔段125，和有另一种螺距的螺纹的主体段130。楔段125通过配合的螺纹与螺纹孔135接合，螺纹孔135沿着与纵轴线20成一螺旋角γ(图4)形成的楔轴线A延伸通过楔55，螺旋角γ为5°-15°，优选地为10°。螺钉120的主体段130与在楔腔内表面100沿着楔轴线A延伸通过主体15的螺纹孔140的配合的螺纹接合。楔段125和螺钉120的主体段130有不同的螺距允许楔55被顶入楔腔60中把刀片45固定在刀片座50中，和在某些情形下楔55与楔腔60咬住时可用来把楔55从楔腔60中顶出。如果没有这一特点，将难以移出。
在楔55的腿85和底部110之间可设一个凹口145，当楔55处在夹紧位置时，该凹口145提供了稳定壁90和刀片45之间的非接触区。
当楔55移到非夹紧位置，在楔55的腿85和刀片45的顶面65之间必定有足够的间隙以允许刀片45可方便地从座50中移出。因此，螺旋角γ不仅允许楔55沿与楔壁95平行的方向移动，并且允许楔55横向离开刀片座50便于移出刀片45。
如图3所示，沿径向由楔腿85与楔55的楔侧115形成的角是径向楔角β。正的径向楔角β提供楔腔60随着离开纵轴线20的径向距离越远而变窄。通过这种设计，主体15绕纵轴线20的转动将产生顶住楔径向向外的离心力，又依次产生顶住刀片45的更大的楔力。另外，这又将作为对夹紧楔55的强制的限制，因此允许主体15有更高的转速。
轴向楔角α和径向楔角β提供了一个“双角”楔，其促进了通过螺纹120的拧紧和主体15的转动而造成的夹紧作用。这一特点使铣刀10在高速转动时可极好地对楔的固位。
刀片座50也有促进对刀片45强制的固位的特点。更具体地，图2和5示出的座50的特点现在要讨论。虽然本发明的铣刀10可用除图2所示圆形刀片45以外的其它形状的刀片，为了讨论方便，重点仍放在圆形刀片45上。
当主体15绕纵轴线20转动，作用在刀片45上的离心力沿径向向外顶着刀片。虽然使用楔55和楔腔60的夹紧机构以对大多数使用适合的方式固定住刀片45，对于高速使用，要求延伸包住刀片45的刀片座50的侧面150(图5)使得座的侧面150与作用在刀片45上的离心力相对。由于这一理由，具有弧形以容纳圆形刀片45的刀片座150的侧面外接一个弧，其延伸超过刀片座50的侧面与垂直纵轴线20延伸的一线相切处。作为一个实例，如图5所示，在与纵轴线20垂直且与侧面150正切的直线155和座壁162的延伸线160之间的截获角ε为10°-80°，优选地为55°。
因为很难以制成刀片座50沿侧面150的整个弧度与刀片45接触，座50的侧面150制成半径比刀片45的半径略小。这样使刀片沿接触面165和170与刀片座50接触。座壁162可以是锥形的以容纳刀片45的锥形侧壁65。另外，在刀片座50的一个位置锥形座壁162的半径比相应位置的刀片45的锥形侧壁65小约0.005英寸。
虽然刀片45一般为圆形，但是本发明不限于圆形，因此，可夹紧在与刀片相配的刀片座中的任何刀片适合于本发明。如图6所示，一个正方形刀片245(以虚线示出)插在刀片座250中，圆柱形主体15的一部分255延伸过刀片245的径向凸出部，以便在主体15绕纵轴线20转动时可抵抗作用在刀片245上的离心力。应该明白，因为刀片座可成形为具有一个延伸部分可抵抗刀片受到的离心力，因此任何几何形状可用于铣刀主体15。
已经讨论的是具有一个平顶面65和一个平底面70的刀片(如图2所示)。如图7所示，刀片345可有一个尖的或锥形的底表面370，其可配合入刀片座的相配形状中(未示出)。
在图3中示出的刀片45的切削刃80与从纵轴线20向外延伸的径向线平行，因此径向前角为0°。在图4中所示的刀片45的切削刃80与纵轴线20平行，因此轴向前角为0°。刀片45可以是倾斜的使得径向前角和轴向前角中一个或两个不为零。
图8示出与图3一样的刀片45的示意图，但是定向在一个正的径向前角RR。径向前角RR通过一个由纵向轴线20延伸出的径向线220和延伸穿过刀片45的顶面65的线来测量。径向前角RR的值为-20°-+30°。
另外，如图9所示，该图是以类似图4的方式定向的示意图，由沿纵向轴线20延伸的线和延伸穿过刀片45的顶面65的线限定的轴向前角AR可以为-20°-+30°。
如图4所示，在刀片45的切削刃80的最低点和圆柱形主体15的前端30之间的距离d约为0.100-0.0250英寸。
虽然这里讨论的铣刀10的典型应用仅用在与端铣相关的侧切削，但完全可以调节距离d以限定一个腔使得铣刀可以适用于斜切及切入操作包括圆锥插入以限定在工件中的孔。
当然本发明可用与上述不同的具体方法实施，但仍落在本发明的精神范围和具有本发明的主要特点。上述实施例仅是举例说明而已，而不是对本发明的限制，在权利要求书范围及等同范围内的变化都为本发明的保护范围。

Claims (26)

1.一种切削刀具，包括一个圆柱形主体，所述的主体有一个前端和一个后端，和具有纵轴线的圆周壁，和至少一个绕着主体的圆周壁的刀片安装组件，其中各刀片安装组件包括：
(a)一个凹入在刀具的前端的圆周壁内的刀片座；
(b)一个放置在刀片座中的刀片，其中所述的刀片有一顶面、一底面及该两面之间的侧壁，该侧壁与顶面相关限定一个切削刃；
(c)一楔腔，凹入在圆周壁内，并且与在刀具前端的刀片座相邻；
(d)一楔，置于楔腔中，所述的楔有腿，用来与刀片的顶面接触和用夹紧力顶压刀片座中的刀片；
(e)其中所述的楔腔有一个内表面，一个楔壁和与楔壁相对的稳定壁，其特征在于，
(f)所述的楔壁和稳定壁沿着从主体的前端到后端的方向收缩，限定一个轴向楔角(α)，使得当具有与楔腔的楔壁和稳定壁相配合的楔侧面和稳定侧面的楔分别向楔腔内表面移动时，楔的腿以增大的夹紧力压对着刀片的面；和
(g)所述的楔腔的楔壁和稳定壁在沿主体的径向向外方向延伸时进一步收缩以限定一个径向楔角(β)，使得楔被截获，和楔的径向向外移动增加作用在刀片面上的夹紧力。
2.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的刀片座沿径向定向，并且沿着主体的圆周被部分包住以便沿径向截获所述的刀片。
3.根据权利要求2的刀具，其特征在于所述的刀片座是锥形的，和与座配合的刀片具有锥形的底部。
4.根据权利要求3的刀具，其特征在于所述的刀片座的锥形表面的半径小于所述的刀片的锥形表面的半径。
5.根据权利要求4的刀具，其特征在于所述的刀片座的锥形表面的半径小于所述的刀片的锥形表面的半径的值在每一半径处为约0.05英寸。
6.根据权利要求3的刀具，其特征在于所述的刀片沿着刀片座上两条线与所述的刀片接触。
7.根据权利要求2的刀具，其特征在于所述的刀片座与主体的一部分截获所述的刀片，所述的一部分延伸过所述的刀片并且在从纵向轴线径向延伸出的一线和在所述的刀具的圆周壁从所述的刀片座延伸出的一线之间限定一截获角ε。
8.根据权利要求7的刀具，其特征在于所述的截获角为10°-80°。
9.根据权利要求8的刀具，其特征在于所述的截获角为55°。
10.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的轴向楔角(α)为5°-15°。
11.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的轴向楔角(α)为10°。
12.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的径向楔角(β)为5°-15°。
13.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的径向楔角(β)为10°。
14.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的楔的稳定侧面一端有一个基面与所述的楔腔的稳定壁相配合，另一端有一腿与刀片的面相配合，和其间有凹坑使楔腿和基面之间有间隙。
15.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的楔由一螺钉固定在所述的楔腔中，所述的螺钉延伸穿过楔中沿着轴线的一个孔，和与所述的楔孔同轴并且延伸进入所述的腔的内表面的螺纹孔接合。
16.根据权利要求15的刀具，其特征在于所述的螺钉是双螺纹的，其中一套螺纹与在所述的腔的内表面中的孔接合，而另一套螺纹与所述的楔接合。
17.根据权利要求16的刀具，其特征在于限定所述的楔孔和所述的腔的内表面的孔的轴线与所述的纵轴线形成一个螺旋角(γ)。
18.根据权利要求17的刀具，其特征在于所述的螺旋角(γ)为5°-15°。
19.根据权利要求18的刀具，其特征在于所述的螺旋角(γ)为10°。
20.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的刀片定向在所述的刀片座中使得所述的刀片形成一个-20°-+30°的径向前角。
21.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的刀片定向在所述的刀片座中使得所述的刀片形成一个-20°-+30°的轴向前角。
22.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的刀片具有一个平的底面，容放在所述的刀片座的平的底部内。
23.根据权利要求1的刀具，其特征在于所述的刀片具有一个V形的底部，容放在所述的刀片座相配合的V形底部内。
24.根据权利要求1的刀具，其特征在于还包括一孔，沿着所述的纵轴线延伸穿过所述的圆柱形主体的长度。
25.根据权利要求1的刀具，其特征在于包括多个刀片安装组件，绕着所述的主体的圆周壁对称地放置。
26.一种切削刀具，包括一个圆柱形主体，所述的主体有一个前端和一个后端，和具有纵轴线的圆周壁，和至少一个绕着主体的圆周壁的刀片安装组件，其中各刀片安装组件包括：
(a)一个凹入在刀具前端的圆周壁内的刀片座，用于接纳一个刀片，所述的刀片有一顶面、一底面及该两面之间的侧壁，该侧壁与所述的顶面相交限定一个切削刃。
(b)一楔腔，凹入在圆周壁内，并且与刀具前端的刀片座相邻；
(c)一楔置于楔腔中，所述的楔有一腿，用来与所述的刀片的顶面接触和用夹紧力顶压所述的刀片座中的刀片。
(d)其中所述的楔腔有一个内表面，一个楔壁和与楔壁相对的稳定壁，其特征在于，
(e)所述的楔壁和稳定壁沿着从主体的前端到后端的方向收缩，限定一个轴向楔角(α)，使得当具有与楔腔的楔壁和稳定壁相配合的楔侧面和稳定侧面的楔分别向楔腔的内表面移动时，楔的腿以增大的夹紧力压对着刀片的面；和
(f)所述的楔腔的楔壁和稳定壁在沿主体的径向向外方向延伸时也收缩以限定一个径向楔角(β)，使得楔被截获，和楔的径向向外移动增加作用在刀片面上的夹紧力。
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