CN111745200B

CN111745200B - 铣削刀头及球头立铣刀

Info

Publication number: CN111745200B
Application number: CN201910248862.9A
Authority: CN
Inventors: 刘东亨
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: CN113631308A; JP2022528089A; CN111745200A; JP7238159B2; WO2020199974A1

Abstract

本发明提供了一种铣削刀头及球头立铣刀。所述铣削刀头具有一中心刃、分别从中心刃的两端沿着铣削刀头的外周延伸的两主切刃以及对称布置在中心刃两侧的两楔角面；中心刃位于铣削刀头的最前端，并穿过铣削刀头的旋转中心；两主切刃与中心刃圆滑过渡相接，且旋转轨迹在同一半球上；每一主切刃的旋转方向的前方依次形成有前角面和用于限定出排屑槽的主排屑面；每一主切刃的旋转方向的后方形成后角面；两楔角面的相交线构成中心刃；每一楔角面的一端与其中一主切刃的前角面及主排屑面相接，楔角面的另一端与另一主切刃的后角面相接，从而在中心刃的每一侧均形成了贯通其中一主切刃的排屑槽至另一主切刃的后角面的空间。本发明可提高铣削刀头的寿命。

Description

铣削刀头及球头立铣刀

技术领域

本发明涉及切削刀具，特别涉及一种铣削刀头及球头立铣刀。

背景技术

球头立铣刀作为一种切削刀具，尤其适用于对被切削件进行曲面的仿形加工。

例如中国发明专利CN104703737B公开了一种球头立铣刀以及镶刀，其刀头的切刃从正前方看呈现“S”形，位于刀头的旋转中心轴两边的切刃相交于旋转中心轴上的点“P”处，该“P”点为刀头的最前端(也即最尖端)的端点。其中，刀头安装在刀柄上时，刀头的旋转中心轴与刀柄的旋转中心轴重合。

球头立铣刀在机械加工期间，刀头绕其旋转中心轴转动而对被切削件进行加工。沿切刃的延伸长度上，切刃各处的切削速度随着距旋转中心轴的距离而发生变化。在刀头的旋转中心轴处，切刃的切削速度为零。这通常导致切刃的过早磨损和变钝、碎裂或破碎，缩短刀具的使用寿命。

专利CN104703737B提供的方案中，两边切刃相交于旋转中心轴上的P点，加工时，由于刀头最尖端切削速度为零，刀头与工件在最尖端处发生滑动刮擦，切削阻力非常大，因此尖端部分容易过早磨损和变钝、碎裂或破碎，缩短刀具的使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种铣削刀头，提高刀具寿命。

本发明的另一个目的在于提供一种具有上述铣削刀头的球头立铣刀。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种铣削刀头，具有一中心刃，位于所述铣削刀头的最前端，并穿过所述铣削刀头的旋转中心；还具有两主切刃，分别从所述中心刃的两端沿着所述铣削刀头的外周延伸；两主切刃与所述中心刃圆滑过渡相接，并且绕所述旋转中心旋转时，两主切刃与中心刃的旋转轨迹在同一个半球上；每一主切刃的旋转方向的前方依次形成有前角面和用于限定出排屑槽的主排屑面；每一主切刃的旋转方向的后方形成后角面；以及两楔角面，对称布置于所述中心刃的两侧；两楔角面的相交线构成所述中心刃；每一所述楔角面的一端与其中一所述主切刃的所述前角面及所述主排屑面相接，所述楔角面的另一端与另一所述主切刃的所述后角面相接，从而在所述中心刃的每一侧均形成了贯通其中一所述主切刃的排屑槽至另一所述主切刃的后角面的空间。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种球头立铣刀，包括刀柄和如上所述的铣削刀头；刀柄前端部设有装夹槽；铣削刀头可拆卸地安装在所述装夹槽中。

根据本发明的又一个方面，本发明还提供一种球头立铣刀，包括刀柄和一体成型于刀柄前端的如上所述的铣削刀头。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：本发明的铣削刀头中，两条主切刃通过中心刃圆滑过渡，与工件能够相对平缓地接触，降低切削冲击；更重要的是，中心刃形成于两个对称布置的楔角面的相交线上，保证中心刃处具有一定的厚度，从而使得中心切刃具有较大的强度；进一步地，在中心刃的每一侧均形成有贯通的排屑空间，各个位置产生的切屑都能顺畅排出，避免切屑堵塞，减小切削抵抗。基于本发明的方案，铣削刀头的前端中心区域处具有更高的强度以及更顺畅的排屑途径，能有效降低刀具崩损的可能性，提高刀具寿命。

附图说明

图1是本发明一实施例的球头立铣刀的结构示意图。

图2是本发明一实施例的铣削刀头的立体结构示意图。

图3是图2的端面视图。

图4是图3的俯视图。

图5是图4中C处断面示意图。

图6是图4中M处断面示意图。

图7是图3的A-A视图。

图8是图7中D处局部放大示意图。

图9是图3的F-F视图。

图10是图2的使用状态示意图。

其中，上述图5至图9中均省略了剖面线的示意。

附图标记说明如下：1、铣削刀头。

17、第一表面；18、第二表面；19、中心孔。

101、中心刃。

111、楔角面；112、中心排屑面；1121、第一排屑面；1122、第二排屑面；116、中心排屑槽。

103、主切刃。

131、前角面；132、主排屑面；133、后角面；1331、主后角面；1332、副后角面；136、排屑槽。

2、刀柄；21、刀柄主体；22、颚部；24、装夹槽。

3、螺钉。

5、工件。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种铣削刀头和具有该铣削刀头的球头立铣刀。其中，球头立铣刀可以是刀头可更换式的结构，也可以是刀头与刀柄一体式的结构。

图1示意了一实施方式中刀头可更换式的球头立铣刀。该球头立铣刀包括刀柄2和可拆卸地安装在该刀柄2上的铣削刀头1。刀柄2包括刀柄主体21和从刀柄主体21前端伸出的相间隔的两颚部22(图中去除了位于铣削刀头1上方的颚部的示意)。刀柄主体21与两个颚部22之间即形成了一装夹槽24。铣削刀头1能够适配地安装在该装夹槽24内，被夹设在两个颚部22之间，再通过一螺钉3与刀柄2相固定。

刀柄2大致地呈柱状结构，铣削刀头1安装于刀柄2中进行切削加工时，刀柄2带着铣削刀头1绕着刀柄2的中心轴旋转，通过铣削刀头1对待切削的工件进行加工。

当铣削刀头1需更换时，可拆下螺钉3，去除旧的铣削刀头1，换上新的铣削刀头1重新紧固。

在其他未图示的实施方式中，球头立铣刀也可以是一体式结构，铣削刀头一体成型于刀柄前端。

以下结合附图对球头立铣刀中铣削刀头1的结构进行详细说明。

参阅图2至图4，本实施例通过可更换式的铣削刀头1进行介绍。

本实施例中，该铣削刀头1大致为一平板状结构(或者说为一块状结构)，该铣削刀头1具有相对的第一表面17和第二表面18，第一表面17和第二表面18均为平面，且基本上相互平行。

该铣削刀头1上设有贯通第一表面17和第二表面18的中心孔19。参考图1，当该铣削刀头1安装于刀柄2上时，该第一表面17和第二表面18与刀柄2的颚部22接触，该中心孔19供螺钉3穿设。

该铣削刀头1在工作时，绕旋转中心轴L转动，图2中箭头示意了旋转方向。该旋转中心轴L平行于第一表面17和第二表面18，并位于第一表面17和第二表面18之间的中间位置，旋转中心轴L还与中心孔19的轴线(图2中未示出)相交。

沿该旋转中心轴L的方向上，定义该铣削刀头1与工件接触的一端的方向为“前”，远离工件而靠近刀柄2的一端的方向为“后”。

在连接第一表面17和第二表面18的外周面的前部区域形成有一中心刃101以及分别连接中心刃101两端的两主切刃103，中心刃101和两主切刃103共同构成该铣削刀头1的切削刃，用于对工件进行加工。在该铣削刀头1绕旋转中心轴L旋转时，该切削刃(即包含中心刃101和两主切刃103)的旋转轨迹在同一个半球上，从而可在工件上进行球面加工。以图2的视图方向为参照，两个主切刃103分列于中心刃101的左右两侧。

中心刃101位于铣削刀头1的最前端。中心刃101呈空间圆弧状，相对于第一表面17和第二表面18倾斜地单调延伸，具有一定的长度。中心刃101的中点与旋转中心轴L相交，中心刃101相对于旋转中心轴L呈中心对称。两个主切刃103呈空间圆弧状，与中心刃101圆滑过渡连接，沿着铣削刀头1的外周延伸。

以图3所示的铣削刀头1的端面视图上看，中心刃101与两个主切刃103组合呈“S”形。主切刃103为弯曲的形状，在第一表面17和第二表面18之间呈曲线状延伸。位于右侧的主切刃103从中心刃101的端部起，先往第一表面17方向延伸，而后又背离第一表面17往第二表面18的方向延伸。而位于左侧的主切刃103的延伸形状则刚好相反。中心刃101呈平滑的曲线状，其两端分别平滑地衔接两个主切刃103。中心刃101与两个主切刃103组合成“S”形，使得中心刃101与主切刃103能够光滑平稳地过渡连接，在进行断续切削以及其他加工情况的场合，中心刃101和主切刃103能够和工件相对平缓地接触，降低切削冲击以及振刀几率，在长时间加工的情况下，能有效降低刀具崩损的可能性，提高刀具寿命。

从图4所示的俯视图上看，铣削刀头1的前端呈半圆形。中心刃101和两个主切刃103的投影落在该半圆形的外轮廓线上，中心刃101位于该半圆形的中心区域，两个主切刃103分列在中心刃101的两边。换言之，中心刃101和两个主切刃103的投影可以组成一个半圆，该半圆也是切削刃旋转轨迹所形成的半球的侧视图。由此，中心刃101与两个主切刃103在切削加工时共同作用而加工出球形的曲面。但可以理解的是，实际上主切刃103远离中心刃101的一端并不限定于终止在半圆形的端点处，根据实际情况，主切刃103还可进一步地向后延伸。

较佳地，中心刃101的延伸长度b(如图3中标注)与该半圆的半径R(如图4中标注，其也代表了切削刃旋转轨迹所形成的半球的半径)之比为1：20～1：30，可以更好地保证铣削刀头1的强度，防止中心刃101崩裂。

参阅图2，对应于该中心刃101和两个主切刃103，该铣削刀头1在第一表面17和第二表面18之间的外周面至少具有楔角面111、中心排屑面112、前角面131、主排屑面132和后角面133。

其中，前角面131、主排屑面132和后角面133对应于主切刃103设置。楔角面111和中心排屑面112对应于中心刃101设置。

以图2的视图方向为参照，以位于中心刃101右侧的主切刃103为例进行具体说明。

一并参阅图2和图5，该主切刃103与第一表面17之间通过前角面131和主排屑面132连接。前角面131紧邻主切刃103，位于主切刃103旋转方向的前方，限定出主切刃103的前角；在切削工作时，前角面131直接作用于工件的被切削部位，并控制切屑沿其排出，也称作前刀面。主排屑面132与第一表面17相接。主排屑面132与前角面131之间形成供主切刃103切削时排屑的排屑槽136。

图5所示的实施方式中，主切刃103具有正的前角，且前角较佳在3°～8°之间，保证足够的切削强度，提高主切刃103的锋利性。但在其他实施方式中，主切刃103的前角也可以根据实际使用场合进行合理设计。

仍然参阅图2和图5，主切刃103与第二表面18之间通过后角面133连接。具体地，本实施例中，后角面133分为主后角面1331和副后角面1332。主后角面1331紧邻主切刃103，位于主切刃103旋转方向的后方，限定出主切刃103的后角。主后角面1331和前角面131相交，两者的相交线上设置该主切刃103。在切削工作时，主后角面1331和副后角面1332均与工件上已完成加工的表面相对，后角面133也可称为后刀面。副后角面1332与第二表面18相接，副后角面1332相对于主后角面1331更偏向第二表面18倾斜，从而形成避空位，以保证不会与工件上已完成加工的表面干涉。

可以理解的是，在其他一些实施例中，如确认不会与工件干涉，后角面133也可以只具有主后角面1331，而不设置副后角面1332。

主切刃103的延伸形状以及延伸长度均可以根据实际使用场合进行合理设计，在此不做限定。根据主切刃103的延伸形状以及所需的前角、后角大小，在可行的范围内，前角面131、主排屑面132和后角面133可进行适应性地调整设计。

参阅图2和图3，由于两个主切刃103相对于中心刃101呈中心对称，对于位于中心刃101左侧的主切刃103而言，其与第一表面17之间通过后角面133相接，与第二表面18之间则通过前角面131和主排屑面132相接。

一并参阅图2、图3和图7，中心刃101的上侧(其中，该上下方位以图3的视图方向为参照)与第一表面17之间通过楔角面111和中心排屑面112相连，中心刃101的下侧与第二表面18之间同样通过楔角面111和中心排屑面112相连。

两楔角面111相对于旋转中心轴L呈中心对称，两楔角面111相交，两者的相交线即构成中心刃101。参阅图6，从垂直于旋转中心轴L的断面上看，在沿中心刃101的延伸方向上，楔角面111为平滑的曲面。本实施例中，进一步地，该曲面为内凹曲面。

对于中心刃101而言，在切削时，两侧的楔角面111可以认为分别构成前刀面和后刀面。参阅图3，以旋转中心轴L为界，对于右半部分的中心刃101而言，位于中心刃101上方的楔角面111的右半部分可视作前刀面，位于中心刃101下方的楔角面111的右半部分可视作后刀面。对于左半部分的中心刃101而言，位于中心刃101上方的楔角面111的左半部分可视作后刀面，位于中心刃101下方的楔角面111的左半部分则可视作前刀面。但因楔角面111为平滑曲面，右半部分中心刃101在切削时产生的切屑实际上可以沿位于上侧的整个楔角面111排出；同样地，左半部分中心刃101所产生的切屑可以沿位于下侧的整个楔角面111排出。因此，通过设置两楔角面111及中心刃101可以有效扩大刀头尖端部位处切屑的排出空间，提升刀头的切削性能。

如图8和图9所示，两楔角面111之间具有夹角。需要说明的是，由于楔角面111在空间上为曲面，楔角面111在垂直于中心刃101的截面上的投影为曲线，两楔角面111之间的夹角是指：在垂直于中心刃101的截面上，两个楔角面111所投影的曲线相交处的切线的夹角。

其中，图8所示的A-A处截面通过旋转中心轴L，在该位置处，代表两个楔角面111的曲线是对称的，该位置处的两楔角面111之间的夹角定义为α。图9所示的F-F处截面偏离旋转中心轴L，在该位置处，代表两个楔角面111的曲线不对称，该位置处的夹角定义为β。在较佳的实施方式中，在中心刃101的任一截面处(即从垂直于中心刃101的断面上看)，两楔角面111之间的夹角均为55°～80°，即上述作为示例的两个截面处的夹角α和β均在55°～80°的范围内。由此可保证铣削刀头1最前端处具有一定的厚度，从而保证中心刃101的强度，同时还使中心刃101具有良好的切削性能，提供良好的尖端切削效果。

在一较优的实施例中，沿中心刃101的延伸方向，两楔角面111之间的夹角呈现如下的变化规律：在由中心刃101的中间向两端的方向上，夹角逐渐增大。也就是说，在中心刃101的中间位置，即其与旋转中心轴L相交的位置处，两楔角面111的夹角最小；在中心刃101的端部位置，即其与主切刃103相接的位置处，两楔角面111的夹角最大。按该变化规律，则上述夹角β大于α。依据该结构，中心刃101的中心处具有较高的锋利度，降低切削阻力，提高尖端切削性能；而中心刃101靠近两端的位置具有相对较大的厚度，从而具有较高的强度，能够对中心刃101的中间位置起到加强作用，提升中心刃101中心位置的强度。

参阅图2和图3，在左右方向上，楔角面111的一端与其中一主切刃103的主后角面1331相接，另一端与另一主切刃103的前角面131及主排屑面132相接。由此，在中心刃101的上下两侧均形成了贯通其中一主切刃103的排屑槽136至另一主切刃103的后角面133的空间。

楔角面111与主后角面1331相接处较为平滑，两者之间呈钝角夹角，相接处可通过打磨形成圆滑过渡。楔角面111与前角面131、主排屑面132相接的位置存在有拐角，拐角处同样可进行打磨。相比现有技术中后角面与前角面、主排屑面直接相接的情况，本实施例的结构通过楔角面111形成过渡，这种连接结构要平缓得多，楔角面111的结构相当于在该中心刃101区域形成了避空让位，因此该设计将使得切屑更容易排出，降低中心刃101处的切削抵抗，提高刀具的寿命。

进一步地，通过连接在楔角面111与第一表面17(或第二表面18)的中心排屑面112还增大了中心刃101的排屑空间，更便于中心刃101处排屑。中心排屑面112与楔角面111圆滑相接。

本实施例中，在中心刃101的每一侧，该中心排屑面112包括具有夹角的第一排屑面1121和第二排屑面1122，第一排屑面1121和第二排屑面1122均为平面，沿铣削刀头1的外周左右排布，第一排屑面1121与后角面133相接，第二排屑面1122与主排屑面132相接。第二排屑面1122相对于后角面133的斜率大于第一排屑面1121相对于后角面133的斜率，这样，第二排屑面1122处的排屑空间相比于第一排屑面1121处的排屑空间更大，也就是说，靠近排屑槽136方向的排屑空间更大。这种结构一方面更顺应切屑排出的方向，另一方面还更便于从一主切刃103的主排屑面132到另一主切刃103的后角面133之间的平滑过渡，并且更利于使铣削刀头1的前端部具有更大的强度。

在其他实施例中，该中心排屑面112也可以设计为更多数量的平面相接，其中，较佳地，在沿中心刃101的延伸方向上，越远离后角面133的平面相对于后角面133具有越大的斜率。

参阅图10，该铣削刀头1在工作时，中心刃101和两主切刃103分别接触工件5。铣削刀头1绕旋转中心轴L转动，并随着走刀轨迹在工件5上加工出平面或球形曲面。其中，对于中心刃101而言，根据走刀方式，中心刃101两侧的楔角面111(参考图2)均可与工件5接触，对工件5进行加工，楔角面111(参考图2)、中心排屑面112与工件5表面之间形成中心排屑槽116，切屑到达中心刃101所在的中心区域时即可顺畅地排出。对于主切刃103切削所产生的切屑，在其主排屑槽136(参考图5)来不及排走时，还可经中心排屑槽116排出，排屑更为顺畅。

结合图1，该铣削刀头1在工作时安装于刀柄2上，随着刀柄2的移动轨迹走刀。铣削刀头1的旋转中心轴L与刀柄2的中心轴重合。对于上述实施例所描述的铣削刀头1，在安装时，铣削刀头1的第一表面17和第二表面18与刀柄2的颚部22接触，螺钉3紧固刀柄2的两颚部22，并穿过铣削刀头1的中心孔19，使铣削刀头1与刀柄2固定。

可以理解的是，基于铣削刀头1安装方式的不同，上述实施例中所描述的铣削刀头1所具有的相平行的第一表面17和第二表面18并不是必须的。例如：第一表面17和第二表面18可以并不是平整的平面，其中一表面上可设置一些凹槽或凸起结构等以供配合使用；或者，第一表面17和第二表面18并不一定要平行，可以是具有一定的角度等。而对于一体式结构的球头立铣刀，由于无需考虑与刀柄的配合，该铣削刀头1上的中心孔19可以去除，该第一表面17和第二表面18也可以为其他形式的结构。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims

1.一种铣削刀头，其特征在于，所述铣削刀头具有：

一中心刃，位于所述铣削刀头的最前端，并与所述铣削刀头的旋转中心轴相交；

两主切刃，分别从所述中心刃的两端沿着所述铣削刀头的外周延伸；两主切刃与所述中心刃圆滑过渡相接，并且绕所述旋转中心轴旋转时，两主切刃与中心刃的旋转轨迹在同一个半球上；每一主切刃的旋转方向的前方依次形成有前角面和用于限定出排屑槽的主排屑面；每一主切刃的旋转方向的后方形成后角面；以及

两楔角面，对称布置于所述中心刃的两侧；两楔角面的相交线构成所述中心刃；每一所述楔角面的一端与其中一所述主切刃的所述前角面及所述主排屑面相接，所述楔角面的另一端与另一所述主切刃的所述后角面相接，从而在所述中心刃的每一侧均形成了贯通其中一所述主切刃的排屑槽至另一所述主切刃的后角面的空间。

2.根据权利要求1所述的铣削刀头，其特征在于，沿所述中心刃的延伸方向，在由所述中心刃的中间向两端的方向上，所述两楔角面之间的夹角逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的铣削刀头，其特征在于，在所述中心刃的任一截面处，所述两楔角面之间的夹角为55°～80°。

4.根据权利要求1所述的铣削刀头，其特征在于，从垂直于所述旋转中心轴的断面上看，在沿所述中心刃的延伸方向上，所述楔角面为平滑的曲面。

5.根据权利要求4所述的铣削刀头，其特征在于，所述曲面为凹曲面。

6.根据权利要求1所述的铣削刀头，其特征在于，在所述楔角面远离所述中心刃的一侧还设有中心排屑面，所述中心排屑面与该楔角面之间形成中心排屑槽；所述中心排屑面的一端与其中一所述主切刃的后角面相接，另一端与另一所述主切刃的主排屑面相接。

7.根据权利要求6所述的铣削刀头，其特征在于，所述中心排屑面包括沿所述中心刃的延伸方向依次相接的多个平面；在沿所述中心刃的延伸方向上，越远离所述后角面的所述平面相对于所述后角面具有越大的斜率。

8.根据权利要求1-7任一项所述的铣削刀头，其特征在于，所述中心刃的延伸长度与所述半球的半径之比为1：20～1：30。

9.根据权利要求1-7任一项所述的铣削刀头，其特征在于，在所述铣削刀头的端面视图上看，两所述主切刃和所述中心刃组合成S形。

10.一种球头立铣刀，其特征在于，包括：

刀柄，其前端部设有装夹槽；

铣削刀头，可拆卸地安装在所述装夹槽中，所述铣削刀头为权利要求1-9任一项所述的铣削刀头。

11.一种球头立铣刀，其特征在于，包括刀柄和一体成型于刀柄前端的铣削刀头，所述铣削刀头为权利要求1-9任一项所述的铣削刀头。