CN1187155A - 卡块式高速铣刀 - Google Patents

Abstract

一种卡块式铣刀(1),设有一个卡块固定装置,该固定装置可承受高速运转时作用在卡块上的离心力。所述铣刀包括一个总体为圆柱形的刀体(3),至少一个可更换的刀具卡块(11),该卡块具有一个后面(21)和一个包括切削工件用的刀片(31)的前面(19),以及将刀具卡块(11)可拆卸地固定在刀体(3)上用的一个固定装置。固定装置(13)包括刀体(3)中放置卡块(11)用的一个凹槽(40)和刀体(3)中至少一个承压固定螺钉(50);上述凹槽包括一个径向斜壁,以便对卡块(11)的径向移动提供燕尾槽式的阻力,上述固定螺钉用于与卡块(11)的前面加压啮合,以便使卡块在凹槽(40)内就位和固定。铣刀运行期间,离心力主要由径向斜壁和固定螺钉(50)共同承担。固定装置最好还包括一个径向任意调节的螺钉(64),该调节螺钉穿过刀具卡块(11)侧面的通孔(62),以便提供一个附加保险,防止高速运行时卡块松动或断裂。

Description

卡块式高速铣刀

本发明总体上涉及采用可更换的刀具卡块的铣刀，具体涉及一种可更有效地承受高速切削离心力的刀具卡块的固定装置。

切削工件(如金属、聚合物、木材、陶瓷和上述材料组合的复合材料)用的铣刀，在现有技术中是已知的。这类铣刀通常包括一个柱形刀体，在其一侧有一个与旋转动力源相固定的主轴，围绕刀体的外周装有切削工件用的许多刀片。刀片通常是卡紧或用螺钉固定在围绕刀体外周面的凹槽中。由干凹槽务必局部与刀片形状适配，以便在切削时，将其妥善固定，所以，这种铣刀则受其所能适用的刀片类型的数量所限。

为克服上述弊端，已开发研制了采用可更换刀具卡块的铣刀。在这类铣刀中，刀片固定在刀具卡块前面的凹槽，而该卡块则可拆卸地装入刀体的凹槽中。采用刀具卡块可使一把铣刀利于适配许多不同形状的刀片。通常，许多此类卡块式刀具的设计能使机床操作工在最易接近之处将卡块装入刀体内侧，或从刀体内侧拆出。采用此类卡块还考虑采用在刀体相应凹槽内调节刀具卡块高度用的定位螺钉组成的调节装置，以便使刀片的刀刃可固定在同一平面上。该调节装置的正确使用将确保各刀片将切削作业均匀分担，其结果使最终铣削工件上刀痕较少。良好设计的高度调节装置的具体实例可从由Robert.N.Mitchell发明的Kennametal公司为受让人的美国专利US5,102,268中获悉，在此通过引证将其整个说明书综合在内。

虽然，卡块式铣刀在机床刀具领域中是一大进展；但本申请人已察觉，将卡块固定在刀体上的固定装置与高速运转的铣刀不相匹配。这是一个很大的缺陷，由于速度高不仅可提高生产率，而且还获得平滑、优质的切削。上述的现有技术的固定装置，通常包括一个径向槽或凹槽，刀具卡块和在相应凹槽中固定卡块用的径向调节螺钉装在其中。上述装置设有一个侧口，使切削工人很容易快速更换卡块。而且，在中速运转时，该装置足以完全承受刀具卡块上所作用的离心力，以及因切削产生的由刀片作用在卡块上的扭力。但，上述刀具以相当高的速度运行时，作用在固定螺钉上的拉力和剪切力以及因刀具卡块重量产生的作用于上述螺钉的很大的离心力可能使其断裂。上述的卡块式铣刀不能以极高的速度运行，不仅限制其生产率，而且还影响最终切削的表面光洁度和精度。

显而易见，即使当铣刀以高速动转时，固定装置务必将刀具卡块可靠地固定在铣刀的相应凹槽中。理想的是，该固定装置能使机床操作工在最易接近之处(方便地从刀体两侧)，随时装入和拆出不同的刀具卡块。此外，此类固定装置应使刀体周边的加工不增加难度。最后，如果上述固定装置与其相应凹槽内调节卡块高度用的装置相适配，从而各刀片的所有刀刃可以很方便地在同一平面定位，则更为理想。

总体而言，本发明是一种克服现有技术缺陷的、特别适于高速运转的铣刀。为此，本发明的铣刀主要包括或包括将刀具卡块可拆卸地固定在刀体上的一种固定装置和至少一个受压的固定螺钉。上述刀体包括一个放置具有径向斜壁的卡块的凹槽，以便对作用于夹头的离心力提供燕尾槽式的阻力。上述的固定螺钉用于与卡块的前面咬合。斜壁和固定螺钉的组合将使卡块装入凹槽并保持固定，并承受高速运行时作用于卡块的大部分离心力。上述的固定装置还可包括一个径向任意调节的螺钉，作为高速运行时，防止刀具卡块脱开的附加安全装置。该螺钉穿过刀具卡块上的通孔，以便使卡块的内侧紧贴凹槽相配的壁。不过，虽然高速运行时，可沿径向随意调节的螺钉有可能分担作用在刀具卡块上的部分离心力，但其余或大部分载荷是由径向斜壁和承压的固定螺钉共同承担。

虽然，嵌入卡块用的凹槽的径向斜壁可在一个很大的角度范围内倾斜，但相对于柱形刀体半径的最佳角度范围约为5°至15°之间，最好是10°。已知该角度将对作用在刀具卡块上的离心力提供足够的燕尾槽式的阻力，并且对于上述刀具卡块围绕刀体侧面安装无明显障碍。

在最佳实施例中，固定装置包括至少一个附加的承压固定螺钉，而且，因此沿轴向至少有一对相间隔的承压固定螺钉，从而，切削期间，这些固定的螺钉在分担作用在上述卡块的离心力的同时，可承受作用在刀具卡块上的扭力。为进一步增加固定装置的稳定性，刀具卡块的前面可包括若干轴向缩坑，以便容纳至少一对固定螺钉的末端。

固定装置还包括如上述美国专利US 5,102,268中公开的和权利要求所述一种高度调节装置。如果有这种高度调节装置，首先旋拧各高度调节螺钉，使刀具卡块在固定装置凹槽内滑至所需的高度。然后，可再拧紧承压的固定螺钉，以便将卡块和与其相联的刀片固定在所需的高度。最后，可再拧紧可径向调节的定位螺钉。

通过明显降低因离心力作用在固定螺钉上的拉力和剪切力，发明人已指出，本发明的固定装置允许铣刀在常规使用的直径范围内，其每分钟的转速增加将近五倍。具体而言，本发明人已指出，当采用本发明的固定装置时，直径为152mm的卡块式铣刀可以每分钟5300转(5300rpms)的高速可靠运行，而采用传统的卡块定位的固定装置时，上述铣刀的运行速度仅为1100rpms。而且，本发明的结构可以很方便地从刀体侧面装入或拆出卡块。

在此，为例证目的所公开的本发明，在缺少本文未具体公开的任一元件、工序、零件或组份的情况下，可适当实施。

参照下列说明、权利要求以及附图，本发明的各种特点、全貌及优点将更清楚。附图中：

图1是本发明卡块式高速铣刀的底视透视图；

图2是图1所示铣刀的平面图；

图3是本发明铣刀的顶视透视图，采用部分分解的方式显示刀具的卡块和固定机构；

图4是借助于本发明固定装置固定在铣刀刀体内的刀具卡块局部剖视的正视图；

图5是沿图4线5-5剖切的刀具卡块局部剖视图。

现参见图1、2和3，各图中的相同序号表示相同的零件。本发明的铣刀1包括一个，如可用合金钢制成的，总体为柱形的刀体3。刀体3包括一个对中设置的圆孔5，以及在刀体顶面9上一对相对的驱动槽7a，b。若干刀具卡块11a-f沿刀体3的圆周设置。如下文中所述，上述各刀具卡块11a-f，借助于固定装置13，沿刀体圆周固定在其相应的位置。

如图2、3和5所示，各刀具卡块11a-f包括一个卡座17，该卡座17具有一个基本呈矩形的前面19和后面21，二者靠矩形内壁23和外壁24相联。后面21和内壁23之间的夹角A是约80°的锐角(如图2所示)，因此，在此示例中，各刀具卡块11a-f的卡座17的顶壁25和底壁27为梯形。而且，后面21和内壁23之间的夹角A可以变化，在任何情况下，夹角A应与嵌入其中的固定装置13的凹槽40的壁(如内壁42和后壁44)之间的夹角基本相一致。最后，如图5所示，各卡座17的前面19包括一个安装刀片31的凹槽29。凹槽29与刀片31的侧壁在形状上局部适配，有助于刀片31的精确定位；并且，还可防止切削时由于刀刃受力而使刀片31产生转动。延伸穿过刀片31通孔35并与卡座17中螺纹孔37咬合的固定螺钉33将刀片31牢牢地固定在凹槽29中。另外，可采用现有技术中已知的夹紧装置固定刀片31。

参见图3和图4，将各刀具卡块11a-f固定在刀体3上用的固定装置13通常包括一个凹槽40；将各刀具卡块11a-f固定在凹槽40中用的一个或一个以上的固定螺钉50a、b；和用于协助固定螺钉50将卡座17固定在凹槽40中的径向定位螺钉54。

固定装置13的凹槽40包括一个平的矩形内壁42，此壁相对于柱形刀体3的半径R可呈正切方向。凹槽40还包括一个矩形后壁44，该壁与上述半径R呈夹角B倾斜或改变方向。虽然后壁44可在任何位置相对于半径R倾斜约5°至15°之间，但在此最佳实施例中角B倾斜为10°。此外，当凹槽内壁42呈切向时，角B和角A互为余角，确保在此区域内卡座17和凹槽40之间为无间隙配合。后壁44径向倾斜的目的是在插入凹槽40的适配的刀具卡块的卡座17上作用一个燕尾槽式的阻力，以便抵消刀体3旋转时作用在刀具卡块上的离心力。尽管更大范围的斜角或许也是可行的；但本发明人已发现，后壁44相对于半径R的斜角为10°的构形将对刀具卡块产生理想的燕尾槽式的固定，而且不会使凹槽40难以加工。在此优选实施例中，是从穿过后壁44和刀体3圆周相交的半径R测量B角。更通用的是，可在穿过卡块11a-f中心的半径R和凹槽40的后壁44之间测量夹角B。本发明包括具有下述功能的任何结构形状，即后壁44相对于穿过卡块11a-f的半径R倾斜将产生所需的燕尾槽式的阻力，从而克服作用在卡块11a-f上的离心力。各固定装置13的凹槽40还包括一个前壁46，前壁下部有一个扇形区段48，以利于在切削期间排出刀片31的刀刃处产生的金属切屑。由于铣刀1高速运行时因其切削频率越高，产生的切屑越小，所需排屑空间较小，所以扇形区段48小于传统的低速铣刀刀体的相应的扇形段。

固定装置13的固定螺钉50a，b与螺纹孔52a，b啮合，该螺纹孔52a，b与刀体3的半径R基本呈正切方向。如此定向至关重要，这样才能确保刀体3旋转时卡座17作用在固定螺钉50a，b上的反作用力主要是固定螺钉50a，b易于承受的压力，而不是极易使螺杆断裂的剪切力。为利于固定螺钉50a，b将卡座17固定在凹槽40中，在卡座17的前面19设有缩坑53a，53b，以便容纳上述螺钉的端部。这些缩坑53a，b为椭圆形浅坑，并且明显大于它所容纳的固定螺钉50a，b的端部。如此确定尺寸将确保缩坑53a，b不影响铣刀所包括的任一高度调节装置的操作。

固定装置13的径向调节定位螺钉54包括其一端加工有螺纹的远侧端56，其另一端有一个螺钉头59。加工有螺纹的远侧端56可拧入在凹槽40的内壁42中有一开口端的径向螺纹孔60，径向通孔62引导定位螺钉54的杆穿过卡座17。与螺纹孔60不同，通孔62是光滑的，其直径略大于定位螺钉54的杆的外径。显而易见，如此尺寸设计将允许沿凹槽40的轴向有一定量的间隙，从而能使卡块11a-f进行一定程度的高度调节。

本发明的固定装置13有利于与高度调节装置64适配。高度调节装置64包括一个带有螺杆的圆头螺钉66，该螺钉拧入凹槽40的内壁42上设有开口端的径向螺纹孔68。螺钉66的圆头可沿相对于水平面倾斜的各卡块11a-f的卡座17中的通孔70的平滑的壁滑移。通孔70的斜度将使卡座17随螺钉66拧入或拧出螺孔68而在凹槽40内向上或向下移动。

运行时，首先，借助于将径向定位螺钉54拧入螺孔60，将刀具卡块11a-f装入固定装置13的凹槽40中。其次，可在凹槽40内调节卡座17的高度，使各刀片31的刀刃对齐。如上所述，此工序可通过旋拧园头螺钉66使其在卡座17中的倾斜通孔70内移动一个或多或少的距离来完成。按此方式将所有刀片31的刀刃进行高度调节之后，固定装置13的固定螺钉50a，b可以拧紧，以便将卡座17的后面21和内壁23牢牢地靠紧凹槽40的径向倾斜的后壁42和内壁44。当刀体3旋转随之进行切削时，刀具卡块11a-f所受的离心力主要是靠凹槽40的径向倾斜后壁44和卡座17的后面之间作用的燕尾槽阻力的分力和固定螺钉50a，b作用的压力共同抵消；当然，径向定位螺钉54也分担上述离心力所产生的一些负载。为此，定位螺钉54提供一个附加的安全措施，使施转刀体3即使以极高速度切削时，各刀具卡块11a-f的卡座17将牢牢地固定在固定装置13的凹槽40内。

尽管已参照本发明最佳实施例介绍了本发明，但对于本专业的技术人员而言，本发明的各种补充，修改和变更将显而易见。所有上述变更、补充和修改均将包括在仅受此处附属权利要求所限的本专利范围之内。

Claims (20)

1.切削工件用的一种铣刀，其特征在于包括：

一个可绕轴线旋转的总体为柱形的刀体；

至少一个可更换的刀具卡块，该卡块具有前面和后面，上述前面包括一个切削工件用的刀片，和

一个将上述刀具卡块可拆卸地固定在上述切削刀体上的固定装置，该固定装置包括：

安放上述卡块的上述刀体中的一个凹槽，该凹槽包括一个相对于上述刀体半径倾斜的斜壁装置，以便对作用于上述卡块的离心力提供燕尾槽式的阻力，和

至少一个在上述刀体中承压的螺钉装置，以便通过将上述卡块压入上述凹槽并固定于其中，从而使上述离心力主要靠上述径向倾斜的斜壁装置和上述的承压螺钉装置承受。

2.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：上述凹槽包括一个与上述卡块内侧壁贴合的内壁。

3.如权利要求2所述的铣刀，其特征在于：上述的固定装置还包括一个径向调节的定位螺钉装置，用于承受上述离心力并充分保证上述凹槽内壁与上述卡块的上述内侧壁紧密贴合；并且上述径向斜壁装置和上述的承压螺钉装置相结合，显著降低作用在上述定位螺钉装置上的离心力。

4.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：上述固定装置还包括一个在上述凹槽内，沿平行于上述刀体旋转轴线的直线调节上述卡块位置的装置。

5.如权利要求4所述的铣刀，其特征在于：上述调节装置包括一个调节螺钉和在上述卡块中的一个通孔，所述的调节螺钉具有一个头部和可拧入上述刀体中的一个径向调节的螺孔内的螺杆，所述的通孔相对于上述刀体中的径向调节螺孔倾斜，以便可滑动装入调节螺钉的头部。

6.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：上述的径向倾斜的斜壁装置相对于上述柱形刀体的半径倾斜约5°至15°之间。

7.如权利要求6所述的铣刀，其特征在于：上述的径向倾斜的斜壁装置相对于上述柱形刀体的半径倾斜约10°。

8.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：上述卡块的所述的前面包括一个缩坑，用于容纳上述的承压螺钉装置的端部。

9.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：它还包括若干个可更换的刀具卡块和一个用于上述每个刀具卡块的固定装置。

10.如权利要求1所述的铣刀，其特征在于：上述刀具卡块的前面包括一个安装上述刀片用的凹槽。

11.切削工件用的一种铣刀，其特征在于包括：

一个可围绕轴线旋转的，总体为柱形的刀体；

至少一个可更换的刀具卡块，该卡块有一个包括有切削工件用的刀片的前面、一个后面和将上述的前、后面互相联接的内、外侧壁，和

一个将上述刀具卡块可拆卸地固定在上述刀体上的固定装置，该固定装置包括：

在上述刀体园周区段中装入上述卡块的一个凹槽，该凹槽包括与上述卡块的上述内侧壁贴合的一个壁装置和与上述卡块的后面贴合的一个径向倾斜的斜壁装置，以便对作用在上述卡块上的离心力提供燕尾槽式的阻力，和

在上述刀体中至少一个承压的螺钉装置，该螺钉装置具有一个与上述卡块的所述前面加压啮合的端部，以便将上述卡块在上述凹槽内就位和固定，从而，上述离心力主要由上述的径向斜壁和上述的承压螺钉承担。

12.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于：上述卡块的前面包括一个长形的缩坑，以便容纳上述承压螺钉装置的上述端部。

13.如权利要求12所述的铣刀，其特征在于：上述的承压螺钉装置与上述刀体中一个基本呈切向的孔螺纹啮合。

14.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于：上述固定装置还包括在上述刀体中的至少一个附加的承压螺钉装置，该装置具有与上述卡块的所述前面加压啮合的一个端部，用于承担部分上述的离心力和作用在上述卡块的扭力。

15.如权利要求14所述的铣刀，其特征在于：上述的第一个和第二个承压螺钉装置相互隔有一定间距，从而，两个螺钉装置均承受作用在上述卡块的扭力。

16.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于：上述的径向倾斜的斜壁装置相对于上述柱形刀体的半径的倾斜约介于5°至15°。

17.如权利要求16所述的铣刀，其特征在于：上述的径向倾斜的斜壁装置相对于上述的柱形刀体的半径倾斜约为10°。

18.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于：上述的固定装置还包括一个径向调节的定位螺钉装置，用于承受上述离心力并充分保证上述凹槽的内壁与上述卡块的上述内侧壁紧密合；并且，上述径向倾斜的斜壁装置和上述承压螺钉装置结合来显著降低作用在上述定位螺钉装置上的离心力。

19.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于：上述固定装置还包括一个在上述凹槽内，沿平行于上述刀体旋转轴线的直线调节上述卡块位置的装置。

20.如权利要求19所述的铣刀，其特征在于：上述调节装置包括一个调节螺钉和在上述卡块中的一个通孔，所述调节螺钉具有一个头部和可拧入上述刀体中径向调节螺孔内的螺杆，所述通孔相对于上述刀体中的径向调节螺孔倾斜，以便可滑动装入调节螺钉的头部。