CN1119839A - 万能切削刀坯和由此所形成的切削刀 - Google Patents

Abstract

一种万能切削刀坯和由此所形成的切削刀包括两相对端面、一对相对侧面、一背面和一连接面，还具有一第一和第二装配面的前面、一前倾面和一连接面，所述第一和第二装配面均位于各自邻近相对侧面处并形成一对所述刀坯的角隅，所述前倾斜面从第一装配面朝第二装配面方向延伸相对于所述装配面以倾斜角定向，连接面通常从所述第二装配面朝所述背面延伸且与所述前倾面相交，可避免切削刀具切削操作中在刀盘中的扭转。

Description

万能切削刀坯和由此所形成的切削刀

本发明针对切削齿轮和相关的带齿制品的切削刀，具体地说，本发明涉及由一段棒料所形成切削刀坯和由其所形成的切削刀。

在齿轮和相关的带齿制品的生产中，通常采用的一种类型的切削刀是一称之为棒型切削刀的刀片(刀具)，这种刀片由一段诸如M2高速钢的棒形材料所制成，这样的一些刀片被夹紧在装在齿轮切削机床的刀轴上的刀盘中，且被送进与齿轮坯接触以把轮坯加工成齿廓。利用这种切削刀的齿轮切削机床；例如，克伦泽等人的美国专利号4,981,402所示为技术上已知的。

一种棒型切削刀的形状是如此设计的，因此，只有顶面和侧面(压力侧和余隙侧)需要磨削，以便磨尖切削刀，而保护刀的前面。这些切削刀被称作为“成形磨刃”切削刀。成形磨刃切削刀是这样的，以致于各刀片的长度可通过各自的磨尖而缩短，为此，刀片具有一前切削面长度，借此，刀片可按需要加以轴向地送进刀盘槽中，以便为恢复表面外形提供适当的棒料。在瑞安的美国专利号4,260,299和基钦等人的4,621,954和布莱克斯利的4,575,285中可看到这种切削刀的一些实例。

一些诸如上述专利中所示的那些切削刀包括两部分，一基部和一切削端部。基部一般是矩形横截面的。不过，切削端部包括一几乎左右地横过刀片的前部延伸并以特定倾斜角(前角)定向的倾斜面，以便产生离开切削刃方向的后角(relief)。由于这种构形，例如，刀片可用来作为右旋刀具(逆时针方向转动)方式切削内(凹面)齿轮齿侧面或以左旋刀具(顺时针方向转动)方向切削外(凸面)齿轮齿侧面。但是，对于用右旋刀具切削外齿轮齿侧面和用左旋工具切削内齿轮齿侧面而言，“镜象”切削刀是必需的，在与上述的切削刀比较时，这种刀具在其前面的相对侧上具有一切削刃和具有以相对方式横穿前面而延伸的倾面。

在切削刀一开始装在刀盘的槽中时；基部和切削端部安放在刀盘的槽中，而只有切削端部可足够地延伸过刀盘面；这种延伸对加工所需的工件是必需的。超出刀盘面的刀具过度长度会对刀具不稳定性产生影响。甚至在切削刀被磨削后必需轴向地改变刀具放在槽中位置，由于磨削加工而减小其长度，切削端部的一部分则留在槽内。虽然切削刀的基部在刀具盘中得到充分地支承，但由于刀体的一部分通过切削刀倾斜面的形成而被切去，故位于刀盘槽中的切削端部没有得到完全支持。

当刀具轴向推进槽中达到只有刀具的基部留在槽中的一位置时，即轴向进刀导致紧靠倾斜面的基部的部分基本上与刀盘的表面齐平时，于是切削刀将充分地得到支承。但是，因为，通常有保留在刀具的前表面的不适当量的倾斜面，允许刀具有另一次磨削，所以这种刀具的轴向进刀位置应表示切削刀的有效长度的终端。

因此，在工件切削过程中，在基部因为其矩形截面而可以在所有四个角隅上加以支承，而切削刀具的所有四个角隅(切削端部)未被支承在刀盘中，虽然在许多应用中是稳定的，但在较高的切削载荷和应力的状况下，例如当大量的棒料由切削刀通过工件的齿槽的各次走刀而加以切去时，切削刀的部分(切削端部)具有扭转的倾向。切削刀具的扭转实际上改变刀具的切削刃位置而形成不可接受的齿侧面。除了切削刀的使用寿命的期限外，因为缺少对刀具有完全支承，在刀具使用过程的所有时间内，都存在潜在的不稳定状况。

在上述所引援的美国专利号4,621,954中，在切削刀背面的任一侧上含有窄部，以便为在对安置在单一刀盘槽中的切削刀提供间隙。但是，包含在背面上这些窄部决不会影响刀具切削端部的前面。由于形成倾斜面所切去的刀具部分仍然存在着不充足完全的支承。

因此，本发明的目的在于提供一种万能切削刀坯，它具有一前倾斜面并能形成一与待加以切削(切割)的齿面或刀具转向方向无关的切削刀。

本发明的另一目的在于为切削刀提供装配面，即使切削刀具有遍及其全长的前倾斜面，可避免在切削操作中，其在刀盘中的扭转。

本发明包括一切削刀坯和一由其所形成的切削刀。

通常四边形横截面的切削刀坯包括两相对端面、一对相对侧面、一背面和一前面，而前面包括一对装配面、一前倾斜面和一连接面。前倾斜面和连接面位于两装配面之间。

前倾斜面从一对装配面之一中伸出并相对于该装配面以倾斜角取向。连接面从一对装配面的另一个面延伸到倾斜面并且与倾斜面相交。

本发明还包括一按上述规定的由刀具坯所形成的切削刀。切削刀包括一压力侧面、一余隙侧面和一顶面。

压力侧面相对于侧面以预定压力角加以取向，切削刃由压力侧面和前面相交线加以形成。

余隙侧面相对于侧面以预定后角(余隙角)加以定向且余隙刃由余隙侧面和前面的相交线加以形成。

图1和2分别表示现有技术类型的切削刀的一等角视图和一俯视图。

图3和4分别表示现有技术另一种切削刀类型的一等角视图和一俯视图。

图5表示一安放在刀盘槽中的现有技术切削刀。

图6表示从刀盘的表面上所观察到的刀盘槽中的图5的切削刀。

图7表示一根据本发明的切削刀坯。

图8表示一图7的切削刀坯的横截面视图。

图9表示一本发明的可替换的切削刀坯的侧视图。

图10和11表示根据本发明由单一切削刀坯所形成的同一刀具转动方向的内和外切齿刀。

图12和13分别表示根据本发明的切削刀的一等角视图和一俯视图。

图14和15分别表示根据本发明的另一切削刀的一等角视图和一俯视图。

图16和17分别表示安置在刀盘槽中且从刀盘的表面的槽中所观察到的图12的切削刀。

本发明的一些最佳实施例将结合附图加以说明。应该理解在整个附图中对于同样的部件采用同一参考号。

图1和2表示由一段棒形材料所形成的、一种类型的常规成形磨刃的棒型切削刀。这种切削刀由一基部2和一切削端部4组成，基部2包括一前面6。侧表面8和一直延伸到与切削刀的长度等长的背面14。

切削端部4包括一窄的前面7，该前面是基部前面6的延伸，一以特定倾斜角(前角)K定向的倾斜面10、一肩12、一压力侧面16、一顶面18和一余隙侧面20。切削刃17是由压力侧面16和倾斜面10的相交线所形成的，而余隙刃21是由余隙侧面20和倾斜面10的相交线所形成的。顶面18如以角度λ所示从前(面)到后(面)加以降低，切削刃17相对于侧面8以压力角φ加以定向，而余隙刃21相对于侧面8以后角(留隙角)β加以定向。

图3和4表示另一种类型的常规成形磨刃的切削刀。虽然这种类型切削刀的大多数特点类似于在图1和2中所示的切削刀的特点，但图3和4的切削刀包括一第二表面25，该第二表面25一直延伸到与刀具的长度等长的凹槽所构成。第二表面25以与倾斜角K不同的角度加以定向。在其与余隙侧面20的相交线上，第二表面25形成第二切削刃26，该切削刃可用于切削齿槽底的一部分以及与由切削刃17所切削的齿侧面相对的齿侧面一部分。在表面10和25之间则形成一断屑面27。

图5和6表示一安置在刀盘32的槽30中的图1所示的切削刀。可以看到基部2和切削端部4位于槽30中。即使因切削刀被磨快以致使长度减少并因此需要改变在槽30中的轴向位置时，基部2和切削端部4的部分仍将处在槽30中。

参看图6，它是一从刀盘32的表面向槽30观看的视图，应该看到尽管矩形基部2完全是依靠槽30的所有侧面所支承的，但切削端部4并不沿着倾斜面10支承的。应该注意到夹紧块(未示出)或类似的结构会紧靠在切削刀的外侧面上以使它保持在槽30的位置中。这种夹紧装置在技术上是众所周知的。因此，为图面清晰的目的，未将其示出。通过几乎切削刀前部的大部分形成的倾斜面10切除去了切削刀前部的余隙侧面的角隅，从而在切削刀和槽30的表面之间产生一间隙，可以明显地看到随着图3的切削刀安放在刀盘中后，间隙也会存在。

申请人已发现图1至6所示的那些常规切削刀在某些操作条件下显示出在刀盘槽中扭转倾向。扭转的结果是刀具的切削刃的移位，导致在工件上形成不正确的齿面。扭转被认为是由于倾斜面10和切削刀侧面8相交的刀具的、前面的余隙侧区域上的切削端部缺少足够的支承。由于在这个切削刀的区域中没有棒料，刀具不能充分地由刀盘槽表面加以支承。换句话说，图6所示间隙34使切削端部能在某些切削操作期间产生扭转。

本发明是针对一切削刀坯和由此形成的切削刀，其中，可消除切削刀在刀盘槽中的扭转。这种新型切削刀坯比起现有技术来还具有可利用单一刀坯来产生与刀具转动方向无关的内齿面或外齿面的切削刀和优点。

图7和8中示出了根据本发明的一切削刀坯。该刀坯40不设有现有技术中的可分离的基部和切削端部。代之以，刀坯40可由一段诸如M₂高速钢的棒材制成，在其整个长度上具有不变的横截面。刀坯40包括两端面42和43，一后表面46和一对被看作为第一装配面44和第二装配面45的相对侧面。刀坯40的前面包括一对装配面48和50、一倾斜面52和一连接面54。倾斜面52和连接面54是一直伸展到切削刀坯的全长的普通凹槽的形状。最好，在倾斜面52和连接面54的相交处设有一圆角部分56。

一种改善切削和耐磨特性的加工处理可应用于切削刀坯的前面，尤其可至少应用于倾斜面52。这种加工处理，例如，为一种冶金学(金属学)处理，它包括一象氮化钛(TiN)那样的加强耐磨物质的涂层。因为在磨削过程中只有成形磨刃的侧轮廓面是研磨的，所以前(表)面52和其上的一些涂层在整个一些研磨工艺过程中都加以保存(保持)。

图9表示一图7的改进的型式，其中，切削刀坯40可包括一以角度λ降低的两端面，角度λ可用作由刀坯40所形成的切削刀的顶后角。

由于刀坯40的横截面沿其长度是不变的，本发明的刀坯实际上是一种万能切削刀坯，这是因为可由该刀坯形成供切削任一内或外齿侧面用的、而与转向无关的切削刀。例如，图10表示一则图7所示的刀坯所形成的切削刀，而端部42为形成切削刃60和余隙刃62的顶端。这种切削刀的顺时针方向转动刀具时起外切齿刀的作用，在逆时针方向转动刀具时起内切齿刀的作用。

不过，在由刀坯中形成逆时针方向转动刀具有外切齿刀或顺时针方向转动刀具的内切齿刀可代替“镜象”刀坯的需要，本发明的刀坯40可以不断地转动(180°)而使刀坯定向以构成这些刀片。图11表示一切削刀，刀坯40(图7)的端部43是形成切削刃60和余隙刃62的顶端。因此，由此可见通过简单选择本发明切削刀坯的恰当的端部，可由单一刀坯形成所有切削刀而与待切削的齿侧面和刀具转动的方向无关。

图12和13表示一由图7的坯件所形成的切削刀。切削刀包括一肩57、压力侧面58、余隙侧面61、肩63和顶面64。应该理解术语“顶面”仅为了方便的目的进行使用并不意味着表明一特定的切削刀的取向。切削刀的前面含有装配面48和50，它们分别延伸到与切削刃60和余隙刃62相交的切削刀的长度。装配面48和50各自位于侧面44和45的附近，而且这些侧面形成切削刀上的前(拐)角隅。处于装配在48和50之间的是倾斜面52和连接面54，倾斜面相对于状配面以倾角K(通常约10至30度)加以定向。

最好，装配面50在和肩63上的连接面54不与余隙刃62相交。换句话说，最好是余隙刃62中止于其与圆角部56相交处。这可在刀具的切削区域和刀具前部的凹槽之间提供足够的余隙，才能使凹槽中堆积的切屑减至最少并且可能在凹槽中堆积的切屑将不与切削加工相干扰。

通常，倾斜面52以倾斜角K从第一装配面48向第二装配面50延伸，以使形成在切削刀上的倾斜面按离开切削刃60的方向而降低。一般，连接面54从装配面50延伸到背面46以与倾斜面52相交并且相对于装配面50以角度α加以定向。角度α最好不大于90度，因为超过90°的角度会导致侧面45和圆角部56之间的间隔大大地小于装配面50的宽度，这在结构上是不希望的。最好，倾斜面52和连接面54基本上是彼此相垂直的，不过本发明并不限于此。连接表面54的取向最好处于与倾斜K无关，表面52和54则基本上相垂直。

图14和15表示一除了含有一直延伸到切削刀的全长的附加的窄平面70外，类似于图12的刀片(刀具)。表面70通常以与背面(后表面)46平行方式加以定向，但可以从此到10度左右范围内变化。不过，在任何情况下，表面70的倾斜角与倾斜面52的倾斜角是不同的。在表面70与余隙侧面61的相交处上，形成第二切削刃72，以用作切削齿的底面的一部分以及切削由切削刃60所切削的齿侧面相对的齿侧面的一部分。一断屑面73被形成在表面52和70之间。

图16和17表示一根据本发明安置在刀盘32的槽30中的切削刀。可以看到借助前装配面48、50，切削刀在沿着与刀盘槽30的表面接触的其整个长度被支承在所有四个角上。将图17与图6相比，由于常规切削刀而出现在刀盘中的间隙34，对于本发明切削刀是不存在的。切削刀在所有四个角部得到支承，从而防止了至此由于间隙34的存在所受到的扭转。各个刀片通过技术上众所周知的夹紧装置(未示出)被夹紧在槽的适当位置上。例如，在早先讨论的美国专利号4,621,954中示出了这种夹紧装置。

当切削刀由于磨刃而按照其减小长度所需以在刀盘槽30中加以轴向地向上移动时，切削刀的不变横截面将能得到四个角连续支承以防止扭转而与刀片的轴向位置无关。本发明的切削刀可以在技术上已知的机器上加以磨刃，因此可修复成形成磨刃的(profile—sharpened)切削刀的表面。在Ellwanger等人的美国专利号4,144,678和Pederser等人的美国专利号5,168,661中示出了这种机器的一些例子。

在生产本发明的切削刀坯的最佳方法中，一根棒材，例如将M2中ASP23棒材钢切割到切削刀所需的长度，例如约4英寸(102mm)。然后，在刀坯的前表面上通过机加工一凹槽而形成倾斜面52和连接面54。在机加工中，最好是铣削加工，工具沿着切削刀坯的长度来回移动以同时形成倾斜面52和连接面54，而在前表面的一些角上，在凹槽宽度的两侧留有足够棒材，以起装配面48和50的作用。装配面的宽度通常至少约0.030英寸(0.762mm)，而最大尺寸取决于切削刀的尺寸和/或刀盘槽的体积容量。

如需要的话，最好通过铣前把具有约0.080英寸(2mm)宽度的附加窄的表面70(图14和15)制成倾斜面并沿着刀具坯的整个长度延伸。

至少刀坯的端面42和43之一，最好两者均可通过切削或磨削加工到所需角度，通常从坯件的前面向(着)后面46倾斜约3至25度。刀坯于是可通过热处理加以硬化，最好，两侧面44和45、一背面46，两装配面48和50以及一倾斜面52可进行最后磨削达到所需尺寸。最好，例如TiN的耐磨涂层可应用于至少倾斜面52上，如存在的话，可应用于附加的窄的表面70上。

另一方面，可规定棒材的硬化长度，并且可在硬化棒材的前表面上形成前倾斜面52、连接面54、装配面48和50。

在生产切削刀过程中，切削刀坯在其相应端部加以粗磨以基本上形成所需压力面顶面和余隙面。然后，把这些表面精磨到所需的尺寸规格。切削刃60的压力角φ相对于侧面一般约8至40度，余隙刃相对于侧面一般以约0至35度的余隙角(后角)β予以定向。

为了提供能切削内齿侧面和外齿侧面的切削刀，本发明克服了镜象切削刀坯的不足，本发明刀坯的不变横截面构成了一种真正万能的切削刀坯，借此，内或外切齿刀可通过选择适当切削刀坯的端部，用左旋或右旋刀具而加以制成，因而形成所需要的切削面和余隙面。

本发明还提供一显然非常稳定的切削刀，在于将切削刀安装在刀盘中后，刀盘提供了对切削刀的所有四角上的支承。一对前装配面的存在消除了先前由于缺少对切削刀的前部、余隙侧区域的支承所遇到的切削刀的扭转。

尽管本发明已根据最佳实施例加以说明，但应该理解，本发明不限于那些具体说明。本发明意味着还包括对本领域普通技术人员将是显而易见的一些修改，而不脱离本发明的所附权利要求的精神和范围。

Claims (24)

1.一种由一段棒料所形成的切削刀坯，所述刀坯包括：

两相对的端面，

一对相对的侧面，

一背面，

一具有第一和第二装配面的前面、一前倾面和一连接面，

所述第一装配面位于所述相对侧面之一的邻近且与所述那个侧面形成一所述刀坯的角隅

所述第二装配面位于所述相对侧面的另一侧面的附近且与所述另一侧面形成另一所述刀坯的角隅，

所述前倾面通常从所述第一装配面朝着第二装配面方向延伸且相对于所述装配面以一倾斜角加以定向，

所述连接面通常从所述第二装配面向所述背面延伸且与所述前倾面相交。

2.根据权利要求1所述的切削刀坯，其特征在于所述连接面和所述倾斜面基本上是彼此相对垂直的。

3.根据权利要求1所述的切削刀坯，其特征在于所述端面从所述前面向所述背面的方向上是降低的。

4.根据权利要求1所述的切削刀坯，其特征在于所述前面进一步包括一沿着所述坯料的长度延伸的附加窄表面，所述窄表面以一不同于所述倾斜面的倾斜角度加以定向。

5.根据权利要求1所述的切削刀坯，其特征在于所述连接面相对于所述第二装配面以一不大于90度的角度加以定向。

6.在所述坯料由一段棒料所形成的类型的切削刀坯中，具有：

一对端面，

一对相对侧面，

一背面，

一前面，

改进包括：

所述前面包括一对装配面、一前倾面和一连接面，所述前倾面和所述连接面是位于所述两装配面之间，

所述前倾面从所述一对装配面之一延伸并相对于此面按一倾斜角加以定位，

所述连接面从所述一对装配面的另一面延伸到所述倾斜面，并且与所述倾斜面相交。

7.在切削齿轮和相关的带齿制品的切削刀中，所述切削刀是由一段棒料所制成的并包括：

一对相对侧面，

一背面，

一前面，

一切削端包括一压力侧面、一余隙侧面和一从所述前面朝向所述背面下降的顶面，

所述压力侧面相对于一侧面按预定压力角取向，一切削刃是由所述压力侧面和所述前面的相交线所形成的，

所述余隙侧面相对于一侧面按一预定余隙角取向，余隙刃是由所述余隙侧面和所述前面的相交所形成的，

改进包括：

所述前面具有第一和第二装配面，一前倾面和一连接面，

所述第一装配面位于所述相对侧面之一的邻近并且与所述侧面形成一所述切削刀的一个角隅，

所述第二装配面位于所述相对侧面的另一个面的邻近且与所述侧面形成所述切削刀的另一个角隅，

所述前倾面通常从所述第一装配面向着所述第二装配面方向延伸且相对于所述装配面按一倾斜角取向，

所述连接面通常从所述第二装配面向所述背面方向延伸且与所述前倾面相交。

8.根据权利要求7所述的切削刀，其特征在于连接面和所述前倾面基本上是彼此相对垂直的。

9.根据权利要求7所述的切削刀，其特征在于所述前面进一步包括一在所述前倾面中的并沿着所述切削刀的长度延伸的附加窄平面，所述附加窄平面以按与所述前倾面的倾斜角不同的一倾斜角加以定向。

10.根据权利要求7所述的切削刀，其特征在于所述连接面相对于所述第二装配面以一不大于90度的角度定向。

11.一种从棒形材料形成万能切削刀坯的方法，所述方法包括：

提供一段预定长度的棒形材料，所述一段棒形材料具有两端面、两相对侧面、一背面和一前面，

在所述前面上形成一凹槽，所述凹槽限定一倾斜面和一连接面，所述凹槽是宽阔的，借此，一对装配面可处在所述前面上，每一装配面位于凹槽的两侧之一上。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括通过热处理硬化所述刀坯、精磨经硬化的刀坯。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括至少所述两端面之一按从所述前面向所述背面的方向降低。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括将一窄平面加工成所述倾斜面并沿着所述切削刀坯的所述长度延伸。

15.一种由权利要求11的方法所制成的切削刀坯。

16.一种从切削刀坯形成用作齿轮和相关带齿制品的切削刀的方法，所述方法包括：

提供一切削刀坯，它包括一对端面、一对对置的侧面、一背面、一前面，其中，所述前面包括一对装配面、一前倾面和一连接面，而所述前倾面和所述连接面是位于所述两装配面之间，所述前倾面从所述一对装配面之一延伸并相对于此面以一倾斜角加以定向，所述连接面从所述一对装配面的另一面延伸到所述倾斜面并与所述倾斜面相交，

在所述切削刀坯的一端上加以粗加工形成一压力面、一余隙面和一顶面，

精加工所述顶面，

精加工所述压力面，因此，在所述压力面和所述前倾面的相交处形成一切削刃，

精加工所述余隙面，因此，在所述余隙面和所述前倾面的相交处形成一余隙刃。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于还包括在所述粗加工之前，使所述刀坯端面从所述前面向所述背面的方向降低。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所提供的切削刀坯至少还包括按从所述前面朝着所述背面方向降低的一端。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述提供的切削刀坯还包括一在所述前倾面中的并沿着所述坯件的长度延伸的窄平面，所述槽以一不同于所述前倾斜面的倾斜的倾斜角度加以定向。

20.一种由权利要求16的方法所形成的切削刀。

21.一种从切削刀坯形成用作齿轮和有关带齿制品的方法，所述方法包括：

提供一万能切削刀坯，它包括一对端面，一对相对侧面、一背面、一前面，其中，所述前面包括一对装配面，一前倾斜面和一连接面，而所述前倾斜面和所述连接面位于所述装配面之间，所述前倾斜面从所述一对装配面之一延伸并相对于此面按一倾斜角取向，所述连接表面从所述一对装配面的另一面延伸到所述倾斜面并与所述倾斜面相交，

挑选坯件的两端面之一，

在所述切削刀坯的选择的一端上加以粗加工以形成一压力面、一余隙面和一顶面，

精加工所述顶面，

精加工所述压力面，借此在所述压力面和所述前倾斜面的相交线上形成切削刃，

精加工所述余隙面，由此在所述余隙面和所述前倾斜面的相交线上形成余隙刃。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述选择端面为一个端面，因此由所述方法形成右旋刀具的内切齿刀或用于左旋刀具的外切齿刀。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述选择的端面为一个端面，因此由所述方法形成用于左旋刀具的内切齿刀或用于右旋刀具的外切齿刀。

24.一种由权利要求21的方法所开成的切削刀。

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