CN1129498C - 机加工刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有刀头(1)的铣削刀具，该刀头由外壳表面和平面端面(5)限定，多个切向间隔开的切削刀片(11)设在形成于刀头上的边缘部分(8)中的排屑槽(9)中。在刀头中，包括有用来接收来自外面的冷却和/或润滑流体的内部主管道(7)以及多个用来从主管道单独地将流体导出流向不同的切削刀片的支管(12)。根据本发明，主管道(7)一直延伸到端面(5)并且在该端面中开口，由此每个单独的支管包括形成于端面(5)中并向外开口的凹槽(12)，该凹槽从主管道(7)的开口一直延伸到单个排屑槽(9)，更准确地说，一直延伸到沿着刀具转动方向看位于切削刀片(11)的前面的外端(14)。

Description

机加工刀具
技术领域
本发明涉及一种可进行切削加工(碎屑清除)的刀具，该刀具包括：旋转刀头，它具有绕着中心几何转动轴线旋转对称地延伸的外壳表面和垂直于所述轴线延伸的端面；以及多个切向间隔开的切削刀片，它与形成在外壳表面和端面之间的过渡部分中的圆周边缘部分中的排屑槽连接，由此该旋转刀头一方面包括内部中央主管道，该管道用来接收来自外面的冷却和/或润滑液体，另一方面包括多个与切削刀片和排屑槽的数目对应的支管，用来从主管导出流体并将其分别引向不同的切削刀片。
背景技术
上述类型的刀具可以采用铣刀(尤其是平面铣刀)的形式。现代铣削技术朝着切削速度越来越高的方向发展。这种发展在容易加工的材料例如铝的铣削上尤为显著。因此，当今在铝的机加工中已经采用了高达大约8,000-10,000米/分钟的切削速度，直径为100mm的平面铣刀的速度需要25,000-32,000rpm的转速。由于不同的原因，在机加工操作期间要将一些类型的液体输送给各个切削刀片。在一些情况下，可提供冷却液，以便使切削刀片以及工件冷却；而在其它情况下，可以提供带有油雾的空气，以便提供润滑和一定程度的冷却。还可以提供冷却气体。冷却或润滑液的实质是为了赋予工件上的机加工表面最优的特性，用来冷却切削刀片和工件以及用来防止机加工材料例如铝在刀具上蹭脏。该流体的另一个目的在于清除切削刀片从工件中切削下的碎屑。
以前所知的在市场上可买到的铣刀采用了不同的解决方案来将冷却和/或润滑液引导给刀具上的不同切削刀片。常见的解决方案基于采用以孔道形式的支管，这些孔道从紧挨着各个切削刀片附近的位置向刀头内部的中心主管道钻削而成。但是，该制造方法复杂且昂贵，而且该液体在冷却切削刀片和工件以及除去释放出的碎屑方面的能力方面效果一般。
发明目的及内容
本发明的目的在于消除先前所知的铣削刀具的缺点，从而提供一种改进的铣削刀具。因此，本发明的主要目的在于提供一种能够以一种有效且强有力的方式将所需流体引导给不同的切削刀片上的刀具，从而可优化流体的冷却和/或润滑效果。此外，本发明的目的在于提供一种刀具，该刀具可以以防止排屑槽表面腐蚀的方式引导来自刀头的碎屑并且使之流动更有效。本发明的另一个目的在于提出一种能够以简单而廉价的方式生产的刀具。本发明的另一个目的在于提出一种具有最小重量的刀具，该刀具有助于尤其在该刀具的起动和停止时以高转速操作。
现有技术的进一步说明
从例如US 960 526、DE 3 104 752和DE 3 105 933中可以了解到在说明书开始部分所述的旋转刀具。但是，对于这些已知刀具而言，通常，用于流体的来自主管的支管由钻孔构成而不是由在刀头的端面中的凹槽构成。
从US 5 941 664中可以了解到一种旋转刀夹，该刀夹自身包括许多单独的流体支管。但是，所述支管由刀刃所限定，这些刀刃一起形成推动器，从而从外面将冷却液体输送进主管道中。该刀夹不能用于每种类型的切削刀片，并且支管不是呈向外开口的凹槽形式。
DE 19725100披露了一种铣刀，该刀具中装配切削刀片的端面具有中心分配器本体，它具有多个径向导向的喷嘴，冷却液可以通过这些喷嘴被提供给位于圆周上的切削刀片。但是，在所述端面中没有发现任何开口槽。
附图的简要说明
在附图中：
图1为根据本发明的铣刀的透视图；
图2为从上方看图1中刀具处于倒转状态下的平面图；
图3为从下面倾斜地看时刀具的可选实施例的透视图；
图4为类似的分解透视图，显示出具有被显示出与刀具分开的流体分配装置的所述刀具；
图5为从上方看时图4中的分配装置的平面图；
图6为图5中的A-A断面图；
图7为根据本发明的刀具的第三可选实施例的透视图；
图8为在图7的刀具中所包含的第二种类型分配装置的透视图；
图9为从下面看时本发明的另一个可选实施例的平面图；
图10-12为从下面看时平面示意图，显示出本发明其它三个不同的可选实施例；
图13为在刀具的刀头中所包含的凹槽的可选实施例的示意性侧视图。
优选实施例的详细说明
图1和2中所示的刀具具有可绕着中心转动几何轴线C转动的刀头1。拱形外壳表面2绕着轴线C旋转对称地延伸，该表面转变成在刀头的轴形部分4上的圆柱形表面3。轴部分4上对着第二平面端面6的第一平面端面5在与转动轴线C垂直的平面中延伸。中央主管道7在这些端面5、6之间以孔道例如钻孔的形式延伸，冷却液或其它液体可以通过该主管道。在形成拱形外壳表面2和平面端面5之间的过渡部分的边缘部分8中，开有多个切向间隔开的排屑槽9。与所述排屑槽相关联的是，形成有底座10，底座10中安装有切削刀片11。优选的是，所述切削刀片是可转位的，这些切削刀片由螺钉固定。
根据本发明的刀具的特征在于，在端面5中形成有许多向外开口(敞开)的槽或凹槽12。更准确地说，凹槽12的数目分别与切削刀片11和排屑槽9的数目相对应。凹槽12形成支管，其用途在于将在主管道中从外面吸进的液体导出给不同的切削刀片11。在优选的实施例中，沿着刀具的转动方向(参见图1和2中的箭头)，每个单独管道是弯曲的，并且从主管道7的外端口附近的内端13延伸到位于单个切削刀片11前面的外端14。更准确地说，各凹槽以这样的方式形成，即凹槽的凹侧朝着转动方向向上翻转。
基本形状为楔形向内逐渐变窄的底面部分15形成在不同凹槽11之间。这些底面部分的表面是平面状的，并且位于同一平面(端面5)中，该平面在轴向上与切削刀片11的下端所处的共同平面分开。在这一点上，应该指出的是，切削刀片的径向外部切削边缘从外壳表面2的后面部分中稍微伸出。
每个单独凹槽12由两个隔开的侧面16、16和一个中间适当凹入的圆形底面17所限定(在两个侧面16中，在图1和图2中分别只能看到一个)。在图1和2中所示的实施例中，单个凹槽12从内端13到外端或开口14沿着其整个纵向延伸部分是一样宽的。另外，单个凹槽的侧面16相互平行并且相对于刀具的转动轴线C倾斜。更准确地说；凹槽的侧面是这样倾斜的，即沿着刀具的转动方向看它们从端面5向上/向后倾斜。但是，还可以以这样的方式形成该凹槽，即两个平行侧面基本上平行于刀具的转动轴线延伸。在这一点上，还应该指出的是，可以这样形成凹槽，它一方面具有与转动轴线平行的一个侧面，另一方面具有相对于转动轴线倾斜的一个侧面。
虽然可以采用不同拱形的凹槽12，但是优选采用大体上为摆线的基本形状，由此该摆线曲线的直径沿着凹槽的外端方向逐渐增加。
图1和2中所示的刀具以下面的方式操作。
加压流体(例如冷却液或具有油雾的空气)从适当的外部源(未示出)通过在轴部分4的端面6中开口的端部被输送进主管道7中。当刀具以高速例如以25,000rpm或更高的转速转动时，在每个凹槽12中出现抽吸效应，该效应试图将沿着向外方向抵达主管道的外端或下端处的流体吸向切削刀片11。该抽吸效应可以通过凹槽来建立，这意味着刀头的端部在铣刀转动期间用作推进器，其中在相邻凹槽之间的底面部分15构成风扇叶片。这样如在普通的风扇中一样，沿着“每个翼的后面”，即沿着每个前面部分之后的侧面16形成有沿着从风扇中心向外的方向径向作用的负压。更准确地说，夹带在流体中的颗粒被向后压向相对的侧面16，并且同时通过离心力被径向向外甩出。
最初管道7中的轴向主流偏转成在每个凹槽12中的径向局部流可以根据不同的因素以各种方式进行，例如刀具的转速、流体的特性以及入射流体的压力和体积。在根据图1和2的实施例中，假定偏转是无需特定的偏转装置的帮助来进行的。例如这可以通过使得刀具以最大速度转动然后开始并不断增加提供给主管道7的流量来进行。还可以以与刀具转动的开始有关的适当方式使凹槽装载上流体。
由凹槽实现的风扇效果的结果取决于流体的质量流量。如果由于不同的原因导致经过主管道7的质量流量不令人满意的话，则该效果被削弱(风扇具有其自己的泵送特性)。为了防止通过主管道的质量流量出现不充分的危险，可以在刀头中钻出特别的空气入口通道19。更准确地说，对于每个凹槽而言，通道孔19从刀头的轴部分4附近的外部位置钻到单个凹槽12的内端部13中的内部位置上。直径可以相对较小的这些孔实际上在刀具的制造中容易形成。通过这些孔，空气从外面被吸入并且添加入到流向不同凹槽的流体的局部质量流量中。
通过每个单独凹槽被径向吸出的流体将沿着附属的切削刀片11进行清扫，并且冷却或润滑该刀片以及与切削刀片不断接触的部分工件。从而，该流体将不仅将从切削刀片和工件中清除碎屑，而且从形成每个单独排屑槽9的表面中清除碎屑。在这一点上，应该强调的是，穿过凹槽的部分流体流形成射流，该射流沿着径向方向在与刀具旋转轴线垂直的的共同平面中甩出碎屑。这样，碎屑流以最优的方式被引导离开刀具。
现在参照图3-6，这些图显示出刀头已经设有特别的装置用来使流体的轴向主流偏转变成径向局部流的实施例。更准确地说，刀具包括有螺钉20，通过该螺钉所述刀具以通常的方式被固定在刀夹(未示出)中。螺钉20包括用于让流体能够轴向通过的管状螺纹部分，并且具有带有外螺纹22的螺钉头21。在管状螺纹部分内部中的空腔打开成六角插口23，其中可以用扳手来拧紧该螺钉。其整体由24表示的分配装置与螺钉头协同操作，所述装置由圆形板25和具有内螺纹27(参见图6)的圆柱形套管26构成。在所示的实施例中，板25的直径大于套管26的直径，由此板从套管向外张开一段距离。在板的附近，套管具有多个径向孔28，流体可以沿着径向向外的方向通过这些孔。在其内部，板25具有圆锥体29，该圆锥体在它被轴向流体流击中时沿着孔28的方向引导流体。在圆锥体29中，还形成有用于扳手的六角插口30，通过扳手可以将盖子拧在螺钉头21上。
上述盖子的作用是显而易见的。当轴向输送流体穿过管状螺钉20时，圆锥体29和板25迫使流体偏转成在径向引导的局部流，该局部流通过这些孔28流出并且流向刀头中的不同凹槽12。
在图7和8中显示出可选的分配装置，在该情况下，该装置也包括具有内部圆锥体29的圆形板25。但是在该实施例中，板25具有许多用于螺钉(未示出)的孔31，通过螺钉可以将板固定在刀头的外部或下端面5中的圆形钻孔中。所述孔31设置在比较靠近板的周边的位置处，从而用于紧固螺钉的螺纹孔可以设在刀头中的主管道的外面。当穿过主管道的轴向流体流碰到板25时，所述流体流在板和相关的圆锥体的作用下将被迫转变成径向局部流。
在图9中所示的实施例与图1和2中的实施例的不同之处仅在于没有特别的空气入口通道19。
在图10中大致显示出凹槽12可以怎样沿着从内端到外端的方向加宽。换句话说，所述凹槽的横断面积随着半径的不断增加而不断增加。凹槽沿着向外方向加宽的效果在于，流体在凹槽中膨胀，并且所实现的涡轮式风扇泵送出大量但流速适中的局部流。
在图11中，显示出其中每个单独凹槽12沿着从外端到内端加宽的实施例。在该情况下，流体在凹槽中将受到压缩，由此涡轮式风扇泵送出有限的流体流，但是其流体的流速和压力分别增加。
图10和11中的两个实施例的共同之处在于，凹槽12与邻近的环绕底面部分15相比较窄。换句话说，凹槽的整体投影面积小于底面部分的整体投影面积。
在图12中，显示出其中凹槽12的整体投影面积大于凹槽之间的底面部分15的投影面积的可选实施例。换句话说，底面部分相对于凹槽而言较窄。在该实施例中，即使在低速和低压下也可以泵送出大量流体。
在图13中，显示出其中单个凹槽12的两个侧面16从刀头的端面5朝着用于侧面的共同底面17分开的实施例。
本发明的重要优点在于，由于扇形凹槽的缘故，所以该刀具能够以自动的方式使强力的局部流体流从主管道向单个切削刀片及其排屑槽排出。另外，所获得的局部流体流在垂直于转动轴的平面中径向地被引导。因此，与在先前已知的铣削刀具中的倾斜钻出的支管孔相反，根据本发明的刀具确保能够有效地清除切削刀片和围绕着排屑槽中的碎屑。另外，根据本发明的刀具制造方法与以前所采用的制造方法相比更简单。其中，该方法的优点在于，在刀头的端面中的开口槽不会妨碍设计者以一种不受约束的方式来分别形成和设置切削刀片和附属的排屑槽。另一个优点在于，这些凹槽使得刀具的整体重量降低；这对于高转速尤为重要。更准确地说，最小重量的刀具有助于刀具的启动以及停止。本发明的可行性改进
本发明并不只限于上述和在附图中所示的实施例。因此，可以采用基本上笔直的凹槽来代替弯曲的凹槽。如果凹槽是弯曲形状的，则拱形还可以沿着相对于在图中所示的实施例相反的方向翻转，即凸面相对于转动方向向后而不是向前。在铣削刀具装配有所述类型的分配装置的情况下，分配板的直径可以大于已经被举例说明过的板的直径，从而这些凹槽将至少局部被分配板盖住。虽然与制造相关的凹槽整个向外敞开，但是所述凹槽也可以整个或部分被处于其操作状态中的分配板覆盖。另外，在同一刀头中的不同凹槽可以在限定每个凹槽的两个侧壁中的每一个处或者在每一对侧壁处具有不同的倾斜度。另外，不同的凹槽不必等距离间隔。因此，即使在切削刀片彼此等距离间隔的情况下也可以使凹槽彼此间不规则地放置。

Claims (17)

1.用于切削加工的刀具，该刀具包括具有围绕着中心转动几何轴线旋转对称地延伸的外壳表面(2)和垂直于所述轴线延伸的端面(5)的可转动刀头(1)，以及多个切向间隔开的切削刀片(11)，这些切削刀片(11)与形成于外壳表面(2)和端面(5)之间的过渡部分的圆周边缘部分(8)中的排屑槽(9)相连，由此该刀头一方面包括用来接收来自外面的冷却/或润滑流体的内部中心主管道(7)，另一方面包括多个与多个切削刀片(11)和排屑槽(9)相对应的支管(12)，这些支管用来单独地从主管道将流体导出并流向不同的切削刀片，其特征在于，所述主管道(7)一直延伸到并通向所述端面(5)，并且每个单独的支管由形成在端面(5)中并至少在初始部分向外开口的凹槽(12)构成，该凹槽(12)从主管道(7)的端口一直延伸到各排屑槽(9)，更准确地说，沿着刀具的转动方向看一直延伸到位于切削刀片(11)前面的外端(14)。
2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，通过两个间隔开的侧面(16)和中间凹入的圆形底面(17)来限定凹槽(12)。
3.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)沿着整个长度具有同样的宽度。
4.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)沿着从内端向外端的方向变宽。
5.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)沿着从外端向内端的方向变宽。
6.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)是拱形的。
7.如权利要求6所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)的拱形大体上为摆线。
8.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)的整体投影面积小于凹槽之间的底面部分(15)的整个投影面积。
9.如权利要求1-7中任一项所述的刀具，其特征在于，凹槽(12)的整体投影面积大于凹槽之间的底面部分(15)的整个投影面积。
10.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，各凹槽的侧面(16)是相互平行的。
11.如权利要求10所述的刀具，其特征在于，凹槽的侧面(16)平行于刀具的转动轴线延伸。
12.如权利要求11所述的刀具，其特征在于，凹槽的所述侧面(16)相对于刀具的转动轴线倾斜。
13.如权利要求1-9中任一项所述的刀具，其特征在于，凹槽的侧面(16)沿着共同底面(17)的方向从刀头(1)的端面(5)中叉开。
14.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，在主管道(7)和凹槽(12)之间的区域中设有装置(24)，用来使穿过主管道的轴向流体流偏转成流向凹槽的横向局部流。
15.如权利要求14所述的刀具，其特征在于，所述装置(24)包括与套管(26)成一整体的板(25)，所述套管在所述板附近具有多个切向间隔开的孔(28)；以及用于与管状螺钉(20)的头部(21)上的外螺纹协同操作的内螺纹(27)，该管状螺钉使得流体流可以从中通过并且用来将刀具固定在刀夹中。
16.如权利要求14所述的刀具，其特征在于，所述装置包括有板(25)，该板比主管道(7)宽并且具有许多用于设在所述板的周边附近的螺钉的孔(31)，这些螺钉可以紧固在刀头中的螺纹孔中。
17.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，在刀头的外壳表面(2)和凹槽(12)的内端(13)之间延伸有特定的空气入口通道(19)。
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