CN1192839C - 切削工具组件 - Google Patents

Abstract

一种切削工具组件，包括：夹具，其具有主体部分和在主体部分的端部形成的一对夹爪；和嵌入式刀具，其配合在凹槽中并由夹爪夹紧，其中上夹爪的下夹紧表面带有一个与刀具的上夹紧表面相对应的、纵向的M形的截面，而下夹爪的上夹紧表面带有一个与刀具的下夹紧表面相对应的、纵向的W形的截面，上夹爪的前表面具有圆形的截面以成为凹面，下夹爪为直立的板状，在凹槽的最内侧区域具有弓形的孔，弓形孔的一侧具有用于限制嵌入式刀具嵌入深度的阻挡面，弓形孔与沿凹槽相反方向延伸的一个狭槽相通，狭槽的另一端具有一个与之连通的圆形孔，在主体一端形成的、并向上突起的夹具头部在其上表面的中部带有一个孔，用于使夹紧螺丝通过。

Description

切削工具组件

技术领域

本发明涉及一种切削工具组件，并具体涉及一种切削工具组件，其中夹具的夹爪的各个夹紧表面和嵌入式刀具被设计成具有V形的横截面，其角度小于常规的简单V形横截面的角度，在它的夹紧元件之间的接触面被放大，从而使得嵌入式刀具在夹爪中的夹合更加稳定和牢固。

背景技术

由硬质材料制成的切削工具通常功能特性较差。也就是说，这种类型的切削工具的缺陷在于，切削工具脆弱并且在受到震动时易碎。为了克服上述缺陷，已经提出对切削工具的材料或结构进行改进，从而使出现震动的可能性最小化。

总之，由于嵌入式刀具的切削环境及其切削运动的方向大致垂直于纵向中轴，因此该刀具的终边刀刃(terminal cutting edge)的突出(悬垂)程度相当大。由于切削工具组件在上述的条件下进行切削操作，并且切削力仅施加在嵌入式刀具的终边刀刃的一侧，因此出现震动的可能性在增加。

当利用保持和夹紧在夹具中的嵌入式刀具进行切削操作时，为了消除震动出现的可能性，用于保持嵌入式刀具的力必须大于切削过程中的力。而且，前一个力必须施加在与后一个力相反的方向上，以防止带有凹槽的嵌入式刀具在切削过程中的转动和移位。

在用于将嵌入式刀具牢固固定在夹具内的方法中，包括一种利用螺丝的楔面效应来夹紧嵌入式刀具的方法；一种利用螺丝、杠杆或类似物来夹紧嵌入式刀具的方法；一种利用卡箍和螺丝来压住上表面以夹紧嵌入式刀具的方法；一种将嵌入式刀具插入在夹具主体部分上形成的凹槽中，然后通过拧紧夹具使凹槽变窄来夹紧嵌入式刀具的方法。

最后提到的夹紧方法可以根据夹紧部分的形状，即嵌入式刀具的上、下表面和夹具的凹槽的横截面形状，进行不同的分类。已经开发出这种类型的切削工具组件，包括从1970年之前提出的具有简单V形横截面形状的夹紧元件的切削工具组件，直到现有技术中(USP5,076,738，WO99/152799(PCT98/012509)等)具有组合几何形状的夹紧元件的切削工具组件。

图6a示出了当对根据现有技术的具有简单V形截面的夹紧表面的切削工具组件进行夹紧时，相互接触的夹紧表面的位置以及作用在嵌入式刀具上的夹紧力F1、F2的方向。图6b示出了当进行切削操作(即横向移动)，切削力F局部施加在图6a所示的嵌入式刀具的终边刀刃上时，切削力F的反作用力(图中斜向的力F)和夹紧在夹具中的嵌入式刀具的回转力τ的方向。

如图6a和6b所示，当施加切削力F时，嵌入式刀具的反作用力F的方向与其回转力τ的方向相同，从而在回转方向的合力增大，使得嵌入式刀具在回转方向移位。

换句话说，当嵌入式刀具的终边刀刃局部受到切削力时，嵌入式刀具的反作用力F出现在嵌入式刀具的回转方向。因此，每当切削力施加处的终边刀刃的位置改变，回转力τ就会改变其方向和强度，导致出现震动。

另外，当回转力τ显著小于夹紧力时，嵌入式刀具就会在夹具的凹槽内移位或脱离凹槽。而且，如果嵌入式刀具的这种移位重复出现，则由比嵌入式刀具软的材料制成的夹具的夹紧表面会被磨损，从而使得夹紧力比最初的夹紧力小。因而，嵌入式刀具的移位随着夹具的磨损而增大，导致切削工具组件寿命的缩短。

发明内容

因此，本发明牢记现有技术中出现的上述问题。本发明的目的是提供一种切削工具组件，其中夹具的夹爪的各个夹紧表面和嵌入式刀具被设计成具有V形的横截面，其角度小于常规夹紧表面的角度，在它的夹紧元件之间的接触面被放大，从而使得嵌入式刀具在夹爪中的夹合更加稳定和牢固。

为了实现上述目的，本发明提供了一种切削工具组件，包括：夹具，其具有杆状的主体部分和在主体部分的端部形成的一对夹爪，在它们之间形成凹槽；和嵌入式刀具，其配合在凹槽中并由夹爪牢固地夹紧，其中上夹爪的下夹紧表面带有一个与嵌入式刀具的上夹紧表面相对应的、纵向的M形的截面，而下夹爪的上夹紧表面带有一个与嵌入式刀具的下夹紧表面相对应的、纵向的W形的截面，上夹爪的前表面具有圆形的截面以成为凹面，位于上夹爪下方的下夹爪为直立的板状，在凹槽的最内侧区域具有弓形的孔，弓形孔的一侧具有用于限制嵌入式刀具嵌入深度的阻挡面，弓形孔与沿凹槽相反方向延伸的一个狭槽相通，狭槽的另一端具有一个与之连通的圆形孔，在主体一端形成的、并向上突起的夹具头部在其上表面的中部带有一个孔，用于使夹紧螺丝通过。

嵌入式刀具在主体部分的相对的端部具有至少一个终边刀刃。嵌入式刀具在其上、下夹紧表面处具有一个V形的接触面和一个反转的V形接触面。在嵌入式刀具的终边刀刃和上夹紧表面之间具有：一个作为主切削刀的承压面(land surface)；一个容屑槽表面和一个斜面。

在容屑槽表面的两侧连续地形成横向承压面和横向刀刃。在终边刀刃和每个横向刀刃之间形成具有预定曲率半径的圆形刀刃。在承压面和每个横向承压面之间形成一个具有预定曲率的拐角承压面。

如上所述，根据本发明，夹具的夹爪的夹紧面和嵌入式刀具具有复杂几何形状的M形截面，而不同于现有技术的简单的V形截面，以增加楔面效应和夹紧元件的接触面积，从而使得元件的夹紧更加稳定和牢固。

另外，夹紧面的几何形状使得在切削过程中与切削力相反的反作用力被取向，以抵消嵌入式刀具的回转力，从而防止嵌入式刀具移位和旋转。

附图说明

通过下面结合附图的具体说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点将更加容易理解，其中：

图1是根据本发明的切削工具组件的立体图；

图2a是图1的嵌入式刀具的立体图；

图2b是图2a的顶视图；

图2c是图2a的前视图；

图2d是图2a的侧视图；

图3示出了根据本发明的容放在夹具凹槽中的嵌入式刀具；

图4是图3的放大图，其中嵌入式刀具的上表面与上夹爪的下表面接合；

图5a示出了当嵌入式刀具没有受到切削力时，作用在嵌入式刀具上的夹紧力；

图5b示出了当进行切削操作时，夹紧的嵌入式刀具的切削力的反作用力以及使嵌入式刀具旋转所需力的方向；

图6a示出了当没有进行切削操作时，作用在根据现有技术的具有简单V形截面的夹紧表面的嵌入式刀具上的夹紧力的方向；和

图6b示出了当进行切削操作时，作用在嵌入式刀具上的夹紧力、作用在夹具上的反作用力、和作用在嵌入式刀具上的回转力的方向，以及根据现有技术的具有简单V形夹紧面的切削工具组件。

具体实施方式

请参见附图，其中在不同附图中使用的相同的参考符号表示相同或相似的元件。

图1是根据本发明的切削工具组件的立体图。

如图1所示，本发明的切削工具组件10包括夹具20和嵌入式刀具30。夹具20具有杆状的主体部分21，在主体部分的一端设有一对夹爪22a和22b，用于把嵌入式刀具30夹在它们之间。

夹爪22a和22b的上、下截面形状分别与嵌入式刀具30的上、下截面形状相对应，以便当夹住嵌入式刀具30时提供所需的刚度。也就是说，在夹爪22a和22b中，上夹爪22a的上表面的形状大致与嵌入式刀具30的上表面的M形的截面形状相对应，而下夹爪22b的下表面的形状大致与嵌入式刀具30的下表面的W形的截面形状相对应。

上夹爪22a从夹紧头部23向前延伸并在其前表面逐渐缩小，头部从主体部分21的一端向上突出。上夹爪22a的形状使得在嵌入式刀具30的容屑槽35(见图2a，将在下面说明)产生的切屑卷曲成具有预定的曲率半径，然后沿着一定的方向排出，从而不与上夹爪22a发生接触。也就是说，上夹爪22a的楔形表面22c具有圆形的截面以变成凹面。

下夹爪22b为直立板的形状，位于上夹爪22a的下方。上、下夹爪22a和22b相互间隔开以形成用于容纳嵌入式刀具30的凹槽24。凹槽24的最内侧区域具有弓形孔25。弓形孔25的一侧具有用于限制嵌入式刀具30嵌入深度的阻挡面25a。也就是说，阻挡面25a可以使刀具30牢固地定位在某个位置，从而当刀具30配合在凹槽24中时，刀具30不会再向后移动。

弓形孔25与狭槽26的一端相通。狭槽26形成在夹紧头部23中，并沿与凹槽24相反的方向延伸。狭槽26的另一端具有一个与之连通的圆形孔27。狭槽26从弓形孔25的阻挡面25a延伸到圆形孔27，以便夹具20的上夹爪22a可以弹性地弯曲。圆形孔27形成具有预定半径的圆形，使得上夹爪22a不会由于螺纹持久的夹紧力而发生塑性变性，其中螺纹可以使得弯曲的上夹爪22a不能回复到初始形状。

夹紧头部23在其上表面的中部带有一个孔28，用于使夹紧螺丝通过。螺纹孔28在垂直于狭槽26的方向延伸一预定深度，以便牢固地保持嵌入到凹槽24中的嵌入式刀具30。固定螺钉29穿过螺纹孔28并拧入下夹爪22b中，从而使夹爪22a具有弹性的夹紧力。随着固定螺钉穿过上夹爪22a并拧入下夹爪22b中，嵌入式刀具30可以通过两个夹爪牢固地夹紧在凹槽24中。

图2a到2d分别是表示图1的嵌入式刀具的立体图、顶视图、前视图和侧视图。

根据本发明的嵌入式刀具30在其主体部分31的相对的端部具有终边刀刃32。嵌入式刀具30的主体部分31的上、下表面分别设有纵向的M形和W形的夹紧面33a和33b，它们分别与上夹爪22a的下M形表面和下夹爪22b的上W形表面相对应。换句话说，夹紧面33a和33b的形状分别与上夹爪22a的下夹紧面以及下夹爪22b的上夹紧面相对应，并分别具有沿中央纵向延伸的V形槽33c和33d。

嵌入式刀具的主体部分31在终边刀刃32与夹紧面33a之间具有：作为主切削刀的承压面34a；容屑槽表面35和斜面36。在容屑槽表面35的两侧连续地形成横向承压面34b和横向刀刃37。在终边刀刃32和每个横向刀刃37之间形成具有预定曲率半径的圆形刀刃38。在承压面34a和每个横向承压面34b之间形成一个具有预定曲率的拐角承压面34。

容屑槽表面35被设计成高度小于终边刀刃32和横向刀刃37的高度，从而容屑槽表面35可以为在切削过程中产生的切屑导向。上夹紧面33a的高度被设计成高于终边刀刃32、横向刀刃37和容屑槽表面35的高度。因此，在容屑槽表面35和夹紧面33a之间形成和延伸的斜面36，以一定角度倾斜地形成在上夹紧面33a到容屑槽表面35之间。

在承压面34a与容屑槽表面相交的边缘区域带有突起39a。突起39用于使切屑形成一定的形状并使之卷曲，该突起跨在承压面34a和容屑槽表面35上。容屑槽表面35在靠近斜面36处还带有另一个突起39a。

在每个拐角承压面34c和相邻的横向承压面34b之间设有辅助突起39b。辅助突起39用于在横向运动时形成切屑。

图3示出了容放在夹具的凹槽中的嵌入式刀具。

如图3所示，嵌入式刀具30设计成以如下方式配合在夹具20的凹槽24中，即每个夹紧面33a和33b的横截面形状与上夹爪22a的下表面以及下夹爪22b的上表面中所配合表面的形状相对应，并与配合表面接合。

图4是图3的放大图，其中嵌入式刀具的上表面与上夹爪的下表面接合。

如图4所示，当嵌入式刀具30嵌入到夹具20的凹槽24中时(见图1)，嵌入式刀具30的上夹紧面的第一接触面43和43’在纵向接触线48和48’处分别与上夹爪22a的V形肋的第一接触面44和44’相接合。

在第一表面43和43’以及44和44’中，形成在嵌入式刀具30的上夹紧面33a的接触面43和43’以钝角α°相交，并相对于嵌入式刀具主体部分31的中央面对称。第一接触面43和43’的相交线区域形成为圆槽46的形状，以具有预定的曲率半径R1。钝角α°设定在92°-121°之间，优选设定在96°-106°之间。曲率半径R1设定在0.2mm-0.7mm之间。

形成在嵌入式刀具30的上夹紧面33a的第二接触面19和19’以预定的钝角γ°相交，并从第一接触面43和43’向外延伸。第二接触面19和19’也相对于嵌入式刀具主体部分31的中央面对称。在第一接触面43和43’以及第二接触面19和19’之间形成的相交线区域都具有圆形的隆起41和41’，它们分别具有预定的曲率半径R2。钝角γ°设定在149°-178°之间，优选设定在164°-174°之间。曲率半径R2设定在0.2mm-0.7mm之间。

在第一表面43和43’以及44和44’中，形成在夹具20的上夹爪22a的第一接触面44和44’以钝角β°相交，并相交在切削隆起45，该第一接触面也相对于嵌入式刀具主体部分31的中央面对称。切削隆起45由第一接触面44和44’限定并具有平面形的截面。钝角β°设定在91°-120°之间，优选设定在95°-105°之间。钝角β°必须小于上面提到的钝角α°。切削隆起45的宽度设定在0.2mm-0.7mm之间。

形成在夹具20的上夹爪22a的第二接触面40和40’以预定的钝角δ°相交，并从第一接触面44和44’向外延伸。第二接触面40和40’也相对于嵌入式刀具主体部分31的中央面对称。在第一接触面44和44’以及第二接触面40和40’之间形成的相交线区域都具有圆形的槽42和42’，它们分别具有预定的曲率半径R2’。钝角δ°设定在150°-179°之间，优选设定在165°-175°之间。钝角δ°必须大于钝角γ°。曲率半径R2’设定在0.2mm-0.7mm之间。

在由嵌入式刀具30的第一接触面43和43’相交形成的圆形槽46和由上夹爪22a的第一接触面44和44’相交形成的切削隆起45之间设有纵向间隔47，从而嵌入式刀具30可以平滑地配合在夹具20的凹槽24中。

上述的夹紧机构也可以以类似的方式应用在嵌入式刀具30的下夹紧面33b和夹具20的下夹爪22b。

嵌入式刀具30的第一和第二接触面以及夹具20的夹爪22a和22b相互接触，因而除了在纵向接触线48和48’之外，在嵌入式刀具30的接触面和夹具20的夹爪22a和22b之间形成间隙49和49’。间隙49和49’是由：成钝角α°的第一接触面43和43’；成钝角β°的第一接触面44和44’；成钝角γ°的第二接触面19和19’；和成钝角δ°的第二接触面40和40’的结合来限定的。嵌入式刀具30和夹具20的具有间隙49和49’的接触面机构能够实现本发明的上述目的和特点，如图5a和5b所示。

图5a示出了当本发明的夹紧机构受到螺纹的夹紧时，接触面的位置和夹紧力F1和F2的方向；图5b示出了当进行切削操作时(即当配合在夹具中的嵌入式刀具横向移动时)，夹紧的嵌入式刀具的切削力的反作用力以及使嵌入式刀具旋转所需力(即回转力)的方向；其中终边刀刃局部地受到切削力。

如图5a和5b所示，当施加切削力F时，产生与切削力相反的反作用力F3和F4。反作用力F3和F4和合力F5作用在抵消嵌入式刀具的回转力τ的方向上，而不同于现有技术中的嵌入式刀具的反作用力F。具体来说，由于反作用力F3大于反作用力F4并且其合力作用在抵消回转力τ的方向上，因此可以有效地防止嵌入式刀具不希望的移位。

如上所述，本发明提供了一种切削工具组件，它能够解决根据现有技术的切削工具组件存在的问题，即由现有技术的切削工具组件的夹紧元件所引起的问题，其具有较小接触面的简单V形截面，从而使得嵌入式刀具移位或转动。

具体来说，夹具的夹爪的夹紧面和嵌入式刀具被设计成具有复杂几何形状的M形截面，而不同于现有技术的简单的V形截面，以增加楔面效应和夹紧元件的接触面积，从而使得元件的夹紧更加稳定和牢固。

另外，夹紧面的几何形状使得在切削过程中与切削力相反的反作用力被取向，以抵消嵌入式刀具的回转力，从而防止嵌入式刀具移位和旋转，使得切削工具组件的工作寿命延长。

尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的精神和范围的前提下，各种修改、补充和替换都是可行的。

Claims (9)

1.一种切削工具组件，其特征在于，它包括：夹具，其具有杆状的主体部分和在主体部分的端部形成的一对夹爪，在夹爪之间形成凹槽；和嵌入式刀具，其配合在凹槽中并由夹爪牢固地夹紧，其中

所述一对夹爪中的上夹爪的形状为直立的板状，上夹爪的前表面具有圆形的截面以成为凹面，位于上夹爪下方的下夹爪的形状为直立的板状，在凹槽的最内侧区域具有一个弓形的孔，弓形孔的一侧具有用于限制嵌入式刀具嵌入深度的阻挡面，弓形孔与沿凹槽相反方向延伸的一个狭槽的端部相通，狭槽的另一端具有一个与之连通的圆形孔，在主体一端形成的、并向上突起的夹具头部在其上表面的中部带有一个孔，用于使夹紧螺丝通过，嵌入式刀具的上夹紧面带有纵向的M形的截面，该截面具有第一中心V形接触面和在第一接触面两侧的第二接触面，嵌入式刀具的下夹紧面带有纵向的W形的截面，该截面具有反转的第一V形接触面和位于第一接触面两侧的第二接触面，上夹爪的下夹紧面带有纵向的M形的截面，该截面具有第一V形接触面和位于第一接触面两侧的、与嵌入式刀具的上夹紧面相对应的第二接触面，下夹爪的上夹紧面带有纵向的W形的截面，该截面具有反转的第一V形接触面和位于第一接触面两侧的、与嵌入式刀具的下夹紧面相对应的第二接触面，当嵌入式刀具配合在夹具的凹槽中时，相对的夹紧面仅在第一接触面的接触线处相互接触，并且这些相对的夹紧面之间存在间隙，嵌入式刀具在凹槽中相对于夹具的中央面转动该间隙量，从而当嵌入式刀具受到非对称的切削力时，相对夹紧面的相互靠近的第一和第二接触面同时进行表面接触，因而即使嵌入式刀具受到更大强度的切削力，嵌入式刀具也不会在夹具的凹槽中继续转动，并且，上夹紧表面的第一接触面具有钝角(α°)，并相对于嵌入式刀具主体部分的中央面对称，第一接触面相交线区域形成为圆槽的形状，以具有预定的曲率半径(R1)，该曲率半径设定在0.2mm-0.7mm之间，钝角(α°)设定在92°-121°之间。

2.如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，形成在夹具的上夹爪的第一接触面具有钝角(β°)和切削隆起，该第一接触面也相对于嵌入式刀具主体部分的中央面对称，切削隆起由第一接触面限定并具有平面形的截面，其深度设定在0.2mm-0.7mm之间，钝角(β°)设定在91°-120°之间，并小于钝角(α°)。

3.如权利要求1或2所述的切削工具组件，其特征在于，在圆形槽和切削隆起之间设有纵向间隔，从而嵌入式刀具可以平滑地配合在夹具的凹槽中。

4.如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，形成在嵌入式刀具的上夹紧面的第二接触面以预定的钝角(γ°)相交，并从第一接触面向外延伸，第二接触面也相对于嵌入式刀具主体部分的中央面对称，在第一接触面以及第二接触面之间形成的相交线区域都具有圆形的隆起，这些隆起分别具有预定的曲率半径(R2)，该曲率半径设定在0.2mm-0.7mm之间，钝角(γ°)设定在149°-178°之间。

5.如权利要求4所述的切削工具组件，其特征在于，形成在夹具的上夹爪的第二接触面以预定的钝角(δ°)相交，并从第一接触面对称地向外延伸，第二接触面也相对于嵌入式刀具主体部分的中央面对称，在第一接触面以及第二接触面之间形成的相交线区域都具有圆形的槽，这些槽分别具有预定的曲率半径(R2’)，该曲率半径设定在0.2mm-0.7mm之间，钝角(δ°)设定在150°-179°之间，优选设定在165°-175°之间，并设置成大于钝角(γ°)。

6.如权利要求1所述的切削工具组件，其特征在于，嵌入式刀具在主体部分的相对的端部分别设有至少一个终边刀刃，嵌入式刀具在其上、下夹紧表面处具有所述V形的接触面和所述反转的V形接触面，在嵌入式刀具的终边刀刃和上夹紧表面之间具有：作为主切削刀的承压面；容屑槽表面和斜面。

7.如权利要求6所述的切削工具组件，其特征在于，在容屑槽表面的两侧连续地形成横向承压面和横向刀刃，在终边刀刃和每个横向刀刃之间形成具有预定曲率半径的圆形刀刃，在承压面和每个横向承压面之间形成一个具有预定曲率的拐角承压面。

8.如权利要求6所述的切削工具组件，其特征在于，容屑槽表面被设计成高度小于终边刀刃和横向刀刃的高度，上夹紧面的高度被设计成高于终边刀刃、横向刀刃和容屑槽表面的高度，因此，在容屑槽表面和夹紧面之间形成和延伸的斜面，以一定的角度倾斜地形成在上夹紧面到容屑槽表面之间。

9.如权利要求6所述的切削工具组件，其特征在于，在承压面与容屑槽表面相交的边缘区域的中部带有突起，容屑槽表面在靠近所述斜面处还带有另一个突起，在每个拐角承压面和相邻的横向承压面之间设有辅助突起。

Images