CN1285434C - 用于铣削的切削刀头和铣削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于铣削的切削刀头，它包括一个上表面以及一个下部支承表面，其中，上表面和下表面通过一个边缘表面连接在一起，上表面大致为六边形，并且形成有切削刃，其中，边缘表面形成了至少六个表面部分，这些表面部分相互呈约60°的角。本发明还涉及一种具有切削刀头载体的铣削工具。由于切削刀头具有最大数量的切削刃，所以这种切削刀头是高效且低成本的，但它仅产生较低的反作用力，由此它可以低功率地用在高速机床中以在工件上产生平滑的表面结构，在主切削刃旁，上表面与边缘表面的相交至少了部分也形成了平行刃背，切削刀头具有接触面，这些接触面形成在每两个间隙面上，在两个间隙面之间至少有另一个间隙面并且夹角约为60°。

Description

用于铣削的切削刀头和铣削工具
技术领域
本发明涉及一种用于铣削的切削刀头，该刀头具有一上表面以及一下支承表面，上表面至少局部可用作前倾面，而下支承表面基本与上表面平行，其中上表面和下表面通过一个在外围延伸的边缘表面连接在一起，上表面大致为六边形周边的形状并且在与边缘表面相交处形成了诸切削刃，其中，至少在与切削刃相邻接的区域处，边缘表面至少形成有六个间隙面，这些间隙面相互间分别以约60°的角倾斜。
本发明还涉及一种具有可容纳相应的切削刀头的切削刀头载体的铣削工具。
背景技术
带有六边形基本形状的大致六边形切削刀头的原理是已知的，例如美国专利No.6,004,081中的实例，该专利除了揭示了六边形的切削刀头之外，还揭示了八边形的切削刀头以及四边形的切削刀头，这些切削刀头的角通过斜面而显著地被切成斜角。美国专利No.5,827,016也揭示了一种多边形的、特别是八边形的切削刀头，该切削刀头可特别用于铣削工具。
在铣削工具的实例中，特别是在表面或平面磨床中，切削刀头常常以这样一种方式沿着转动切削刀头载体的周边和端部设置，即，径向最外部的前切削刃部分形成有效的切削刃，在铣削操作中，这种有效切削刃可以将呈碎片状的材料从被加工的工件(一般为金属工件)上除去。在这种情况下，当工具围绕一对称轴线转动时，工具与该轴线垂直并且基本与工件表面平行活动，在这种情况下，切削刀头将穿过材料并随着切削动作将材料去除。
切削刀头一般可以由硬金属、金属陶瓷或硬陶瓷材料构成，特别可由硬质合金构成，但也可以由其它金属或陶瓷材料构成，这些材料能带有硬镀层。也可以使用多晶金刚石(PCD)或立方体氮化硼(CBN)作为切削材料。
相应地，切削刀头公认应是极端坚硬又耐磨的，但是为了达到最大的生产率，它们也将承受极大负荷，这样，尽管它们具有较佳的硬度和耐磨性，在高强度使用的情况下，它们仍会常常在数小时之后呈现出相当明显的磨损痕迹。由于这种切削刀头相对较复杂且生产成本高，因此，它们相应也较昂贵，这样，显然，人们尝试以最小的切削刀头损耗来处理给定的机加工量。为了达到这个目的，许多切削刀头采取所谓“可逆切削板”的形式，也就是说，它们每一个均具有多个切削刃，由于这些切削刃的设置，它们中仅有一个是在使用中起作用的，而其它的则在实践中不与工件接触。当这些切削刃中的一个磨损之后，切削刀头会适当的转动或“换挡”，这样，另一个未被使用过的切削刃设定到有效切削刃的位置上，而先前有效的切削刃转换到一个无效切削刃的位置中。这种状态一直持继到切削刀头上的所有切削刃都已磨损。
上文中已描述了具有两个、三个、四个或更多切削刃的切削刀头。可以理解的是，切削刀头的切削刃越多，则它们使用的方式越经济。然而，由于纯几何的情况以及例如在铣削过程中发生的反作用力，在这方面还有诸多限制。具体地说，切削刃不能以仅以较小的角度相对于工作平面(即，铣削工具在工件上产生的一个平面)倾斜，如果一方面仍需达到良好的材料去除率，但另一方面反作用力不应过度。严重的反作用力导致工具的振动和切削刃的冲击式的接合，并且这些反作用力会大大地加快切削刃的磨损率。出于这个原因，切削刃通常相对于产生的工件表面至少成45°，这也就意味着，相应的切削刀头最大可构成八边形的结构，如果允许这样一种情况，即，与有效切削刃最相邻切削刃已与由有效切削刃的角产生的工件表面接合，为轴向最突出的一个角。
更具体地说，人们常常希望由轴向最突出的切削角产生的表面从开端起尽可能的平坦，并且不具有任何特殊的粗糙度或凹槽，例如矩形或方形的切削刀头相对于进给方向或工作表面成一定角度(倾斜)设置并同时选择相对较快的进给速度，这种情况可能发生，这样，当下一个切削刀头的切削角与工件接合时，对于位于工件之前的切削刀头，切削角已经在进给方向中偏移了一定距离。出于这个原因，在相应的切削刀头的角区域中一般设有被称之为“平行刃背”的部分，也就是说，在两个相邻的主切削刃之间的直角(也可以稍稍钝圆)过渡段上有一个直线性的斜面，其中切削刀头在其工作位置中。这样设定：使斜面(bevel)设置在正好与进给平面相应的平面中，而邻接的切削刃相应地以约45°角设置，也就是说，在一种规则的四边形切削刀头的情况中，平行刃背倾斜45°。这样的一种切削刀头在平面图中会断然呈现出一种八边形，但仅有各个第二边缘用作切削刃，而介入的斜面用作平行刃背。因此，为了在一个主切削刃磨损之后引出下一个主切削刃，这样一种切削刀头最多可被转动四次，每次可转过90°，这样，未磨损的切削刃可进入工作。由于这种技术基本用到六边形的切削刀头，例如美国专利No.6,004,081中的实例，所以切削刃相对于工件的极微小的设定角小于45°，其不利之处的原因已在上文中指出，它将产生显著的、不规则的反作用力。
由这种铣削工具产生的表面质量很大程度上还特别取决于平行刃背的确切的结构和角度定向。如果平行刃背仍相对于产生工件的平面有一特定的倾斜角度，那将导致所产生的平面有更严重的残余粗糙度和/或工具有更严重的反作用力和振动。
发明内容
与现有技术的状况相比，本发明的目的在于提供一种切削刀头，该切削刀头的特征在说明书的公开部分进行了陈述，由于这种切削刀头具有最大数量可通过转动而进行交换的切削刃，所以这种切削刀头是高效的，由此也就低成本的，但与此同时，它仍仅产生较低的反作用力，由此它也可以以较低的功率用在高速转动的机床中，并且在如此的加工过程中，可以在工件上产生精确平滑的表面结构。
以上这个目的可以这样来实现，即，上表面与六边形的一侧部分别相联系的主切削刃旁的间隙面相交至少局部形成了平行刃背，这些平行刃背沿着六边形的侧部延伸，并且切削刀头具有若干对相应的有效的接触面，这些接触面形成在每两个间隙面上，在两个间隙面之间至少还有另外一个间隙面，并且两个间隙面之间夹角约为60°。
文中术语“与六边形的侧部相联系的主切削刃”指平行于或几乎平行于基本六边形形状的一个侧部延伸的主齿或主切削刃。这同样也适用于对于平行刃背，这些平行刃背也是平行或几乎平行于基本六边形形状的一个侧部延伸的。而基本的六边形形状例如可通过在切削刃连接切削角或相当的点而得到。
因此，根据本发明的切削刀头基本是六边形的。在这种情况中，限制语“基本的”不仅涉及这样一种情况，即，可能发生生产工艺不精确情况或者在基本的六边形的形状的角处通过小的圆形结构或斜面结构来避免尖角过渡，而且还有这样一种情况，即，切削刀头被认为接近而不完全是六边形，并且特别是切削刀头不是关于通过相对设置的角的对角线或基本关于含有切削刀头的轴线的镜像平面镜向对称的结构。需指出的是，切削刀头至少为三重轴对称，而最好为六重轴对称，也就是说，当转过120°，最好是转过60°时，切削刀头恰好可转换到其本身中。然而，六边形的单独侧部不恰好是笔直延伸的，而是具有少量弯曲，这种弯曲使主切削刃同上述六边形的侧部的剩余部分分离。平行刃背可以通过边缘表面和上侧之间的相交线的部分形成，它相对于主切削刃稍稍弯曲，或者如果希望具有一个特别长的平行刃背的话，也可以由六边形的一个完整的侧部形成。然而，分别起作用的切削刃和相应的起作用的平行刃背不是相互倾斜成60°，而是以一个小于60°的角相互倾斜，具体地说，该角度在50°到59°之间，而该角度范围最好在54°到59°之间，或者也可以在55°到58°之间。
本发明的一较佳实施例提出，与一有效的切削角相邻接的一方面是一个有效的切削刃，而另一方面是有效的平行刃背，有效的平行刃背相对于有效的主切削刃倾斜的角度小于60°，如上面已提出的，该角度特别可在50°到59°的范围内。
本发明的另一种结构，从有效的切削角开始沿基本六边形的形状的一侧部最初设有一有效的切削刃，该有效的切削刃通过一个(不起作用的)平行刃背邻接在下一个不起作用的切削角之前，该平行刃背相对于主切削刃倾斜的较小角度δ在1°到10°之间。该平行刃背后是下一个不起作用的切削角，而该切削角又通过一切削刃被邻接，以此类推。具体地说，这就意味着，随同沿六边形的一侧设置的一个有效的主切削刃，与六边形的相邻一侧的切削刃邻接的平行刃背是有效的，其中，(基本六边形的形状的)切削角设置在有效的切削刃和有效的平行刃背之间，而平行刃背以与工件表面平行的关系定向。在六边形的同一侧部处与有效平行刃背邻接的主切削刃相对于平行刃背倾斜角度为δ，并且该主切削刃在那种情况下是不起作用的。相反，以邻接关系位于平行刃背上的另一侧部的切削刃是有效的，其中插入有了切削角，而设定角Kr在50°到59°之间。
在本发明的另一种形式中，六边形的一个侧部基本沿其整个长度形成了一个平行刃背，这样，实际在六边形的该侧部中不再有主切削刃的空间。然而，与下一个切削角邻接的主切削刃相对于形成平行刃背的六边形的一侧部倾斜的角度不是60°，而是一个更小的角度，如上文中已提到的，该角度的范围在50°到59°之间。因此，可以保持整个六边形的六重对称性，然而，这样必须在主切削刃处沿着下一个不起作用的切削角的方向设置一个相应的过渡，也就是说，下一个(不起作用的)且又形成一平行刃背的三角形的侧部相对于在前的(起作用的)主切削刃倾斜的角度大于60°，更具体地说是在70°到61°范围内。
这种切削刀头仅具有三条有效的切削刃，但同时它具有一个极长的平行刃背，而这是针对特定的较高的进给速度设计的，在许多情况下，这弥补了这种可逆的切削板总的磨损速率较快的不利之处。
理想地，属于平行刃背的间隙面相对于属于主切削刃的间隙面稍稍倾斜。在一特定的较佳实施例中，这是以这样一种方式实现的，即，一个(有效的)平行刃背的轴向间隙角比与这邻接的(不起作用的)主切削刃的轴向间隙角大。
本发明的较佳实施例在平行刃背的间隙面处具有若干接触面，更具体地说，在这些边缘表面部分处有成对的接触面，例如相互间基本约60°夹角的平行刃背的间隙面。尽管这种边缘结构有些不对称，但间隙面或主切削刃和平行刃背的相互对应的部分总是呈恰好六边形的对称性，而对于连续的侧面则相互以60°角倾斜，也就是说，它们之间的夹角为120°。因此，边缘表面部分相互间的夹角为60°，并且在本实例中，它们相应地形成了一对接触面，而边缘表面部分总是由六边形的另一个插入的(类似的)边缘表面而间隔的边缘表面。
特别地，在平行刃背的间隙面处设置的接触面最好是突出于间隙面的平面一定程度的表面部分。由于那些由间隙面的自由工作产生的表面尺寸较小，因此，这些表面的产生比将整个间隙面用作接触面更容易且更精确。那样，就可以更好的确定切削刀头的位置，这还可使工具在使用中能更加均匀和平滑的操作。
相应的铣削工具其特点在于，它具有接纳装置，该接纳装置被设计用来容纳根据本发明的切削刀头，并且它特别还具有V形的接触面，这些接触面能与切削刀头的接触面接触。
在那个方面，铣削工具的较佳实施例提出，用于切削刀头的接纳装置具有这样一种配置和结构，即，切削刀头具有一个正的轴向及一个负的径向的前角。换言之，有效的切削刃以负的径向前角工作(其中由于上表面的结构，此处有效的前角最初可以忽视，特别是碎片成形装置等)，与此同时，有效的平行刃背以一个正的前角进行切削。那样可减小平行刃背处的切削力，并由此产生一个更加平滑、成形更佳的表面。
此外，铣削工具上的接纳装置可为这样一种结构，即，主切削刃的设定角在50°到59°的范围内，而同时，有效的平行刃背的设定角为0°，换言之，平行刃背与铣削切削件的进给方向平行延伸，也就是说，在与铣削工具转动轴线垂直的平面中，在此方面，铣削工具偶而也会执行轻微的轴向进给运动的可能性不应被排除在外。
附图说明
本发明其它的优点、特征和可能的用途可以从下文中对较佳实施例和附图的描述中清晰地得出，其中附图分别为：
图1为根据本发明的一种切削刀头的立体示图，
图2为从下方观察到的刀头的示图，其中示出了圆角，以及
图3a和图3b分别示出了带有短和长的平行刃背的切削刀头的轮廓。
具体实施方式
参照图1，其中示出了切削刀头1的面向上的下部支承表面3，但该示图中未示出上表面。下部支承表面3为一种完全的六边形，该六边形有六条侧边9，而其中心具有一固定孔，该固定孔垂直于表面3延伸，它延伸通过整个切削刀头1并且通过紧固螺丝(未图示)起到了固定作用。在周边延伸的边缘表面4、4’不完全跟随支承表面3的六边形结构。相反，与支承表面3邻接的是平行刃背的梯形后角或间隙面4’，而主切削刃5的三角形间隙面稍稍相对于平行刃背的间隙面倾斜，而该间隙面属于六边形的同一侧，并且仅在角点13处与下部支承表面接触。在与上表面2相交处，其中上表面2在本示图中是面向下的，间隙面4、4’的成一定角度在属于六边形的一侧9的(或基本平行延伸的)主切削刃5和相应的平行刃背7之间的点11处产生微小的弯曲。然而在操作中，与六边形的同一侧面9相联的主切削刃5和平行刃背7不同时起作用，但在有效的主切削刃5旁的平行刃背7是有效的，该平行刃背与邻接主切削刃5的同一个切削角6相邻接。由于平行刃背7相对于属于六边形同一侧面9的主切削刃5成一定角度的结构，所以当上述平行刃背7起作用而在铣削操作产生一个平面表面时，上述主切削刃5也不与工件接触。
图2为视角向下表面的一平面图，其更好地示出了六边形切削刀头的上表面(该上表面基本确定了前倾面)的外轮廓，该轮廓与的完全六边形的形状稍有不同。此处，切削角6是稍稍钝圆的，上表面的平面中六边形的每一条边均由主切削刃5和与之稍成角度的平行刃背7形成。由于这种成角度的结构以及间隙面4、4’的特定结构，可以理解，主切削刃5的轴向间隙角度必须比相应的平行刃背的轴向间隙角度小，然而，由于主切削刃5不会轴向地与工件配合而是径向地与工件配合，平行刃背在该连接中对于主切削刃的切削特性不是重要的。然而，关于径向方向起作用的切削刃5，无论如何切削刀具都具有一个无效的安装位置，也就是说具有一个无效的前角(未图示)。
从图2中可以进一步看出，接触面8是沿着两间隙面4’形成的，其中相应的接触面还被设置在所有其它的间隙面4’处，但此处未示出。这可以清楚地说明这样一种实际情况，即，有所有情况下，均只有两个这样的接触面起作用，它们相关的平行刃背包括相互间的一个(在本例中恰好为)60°的角。上述侧部的主切削刃5分别恰巧包括相互间那样一个角度，但是在各种情况下，有效的平行刃背和与同一个切削角相交的下一个有效切削刃之间的角度总是小于60°，通常为55°的量级。
需理解的是，沿主切削刃5和平等刃背7之间的六边形的一侧的弯曲角度δ分别与有效的平行刃背7和有效的主切削刃5之间的角度与60°之间的差值相应。当平行刃背设置在与工具轴线垂直的平面中时，邻接主切削刃的设定角度Kr正好是主切削刃和平行刃背相互之间的夹角，因此，该角度的量级为55°。这就意味着，Kr＝60°-δ。
参照图3，将另一实施例与上面所讨论的实施例相比。图3a再次示出了上述切削刀头的上表面12的平面图，更具体地说，该示图是以这样一个位置示出的，即，水平平面14与进给平面或与铣削工具的轴线垂直的平面相应，这样水平锻7恰好可水平延伸。这样，有效主切削刃5以约55°的设定角度Kr设置。因此，切削刀头显得稍稍倾斜。
图3b示出了一种切削刀头，在该切削刀头中，平行刃背7’明显延长，这样实际它涉及了基本六边形形状的整个侧部。以这种结构，由于主切削刃也设置在那里，故沿着六边形的一侧不再存在任何空间，但在这种情况中，同样的，有效的切削刃以小于60°的角度与有效的平行刃背7’相交。这样仍然相互相应的部分，因此具体地说，设置在六边形各第二侧部的平行刃背以及相应的设置在六边形各第二侧部的主切削刃相互间也夹一个约60°的角(对称的三重轴)，可以看到的是，在过渡到下一个平行刃背之前，在下一个角的前面的右侧，主切削刃的上端示出了一个小的弯部。当在平行刃背可以(且必须)也相对于主切削刃弯曲超过60°的区域中，该弯部基本上不是必须的，但这种稍带弯曲的部分15的形状有这样一个优点，即切削刀头可以更容易地用来装配到相同的切削刀头接纳装置，如图3a左侧示出的切削刀头。
由于长的平行刃背为高进给率的平坦的工件表面创造了条件，所以图3b中示出的这种切削刀头(‘宽的平滑的精加工板’)适用于以特别高的速度进行的铣削作业。

Claims (15)

1.一种用于铣削的切削刀头，该刀头包括一个至少可局部地用作前倾面的平的上表面(2)以及一个与之平行的下部支承表面(3)，其中，上表面(2)和下表面(3)通过一个周边延伸的边缘表面(4，4’)连接在一起，上表面(2)为大致六边形的周边形状，并且在与边缘表面(4，4’)相交处形成了切削刃(5)，其中，边缘表面(4，4’)至少在它与切削刃(5)邻接的区域中形成了至少六个表面部分，这些表面部分相互间呈60°角，其特征在于，在与六边形的一侧部相关的主切削刃(5)旁边，上表面(2)与边缘表面(4，4’)相交处还至少局部形成了与六边形的侧部相联的平行刃背(7)，切削刀头(1)具有若干对相应的有效接触面(8)，这些接触面(8)形成在每两个间隙面(4’)上，在两个间隙面(4’)之间至少有另一个间隙面并且它们相互的夹角为60°。
2.如权利要求1所述的切削刀头，其特征在于，一方面连接一有效切削角(6)的是一有效主切削刃(5)，而另一方面是一有效平行刃背(7)，有效的平行刃背(7)相对于有效的主切削刃的角度小于60°。
3.如权利要求2所述的切削刀头，其特征在于，有效平行刃背(7)相对于有效主切削刃(5)的角度在50°到59°之间。
4.如权利要求2所述的切削刀头，其特征在于，有效平行刃背(7)相对于有效主切削刃(5)的角度在53°到58°之间。
5.如权利要求1到4中的任何一项所述的切削刀头，其特征在于，从有效切削角(6)开始，沿着大致六边形的形状的一个侧部，首先设有一个有效切削刃(5)，该切削刃在下一个、不起作用的切削角(6)之前与一个短的平行刃背(7)邻接，而短平行刃背(7)相对于邻接的主切削刃(5)的倾斜的角度δ在1°到10°之间，该差值与60°-Kr相应，其中Kr为有效主切削刃的设定角。
6.如权利要求1到4中的任何一项所述的切削刀头，其特征在于，从有效切削角(6)开始，沿着大致六边形的形状的一个侧部，首先设有一个有效切削刃(5)，该切削刃在下一个、不起作用的切削角(6)之前与一个短的平行刃背(7)邻接，而短平行刃背(7)相对于邻接的主切削刃(5)的倾斜的角度δ在2°到7°之间，该差值与60°-Kr相应，其中Kr为有效主切削刃的设定角。
7.如权利要求1到4中的任何一项所述的切削刀头，其特征在于，沿着大致六边形上表面(2)的周边或沿着六个侧部中的一个，实质仅设有一个延长的平行刃背(7’)，而六边形与之相邻的一侧设有一个与下一个切削角(6)过渡相交的主切削刃(5)。
8.如权利要求1所述的切削刀头，其特征在于，有效的接触面(8)分别设置在属于平行刃背(7，7’)的间隙面(4’)处。
9.如权利要求1所述的切削刀头，其特征在于，平行刃背(7，7’)的轴向间隙角大于与之相邻接的无效切削刃(5)的轴向间隙角。
10.如权利要求1所述的切削刀头，其特征在于，每个切削位置具有两个相应的接触面(8)，这些接触面相互以60°的角度呈V形设置。
11.一种包括切削刀头载体的铣削工具，其特征在于，切削刀头载体具有一个或多个接纳装置，这些接纳装置用于接纳如权利要求1到8中的任何一顶所述的切削刀头。
12.如权利要求11所述的铣削工具，其特征在于，接纳装置应具有这样的配置和结构，即，切削刀头(1)有一正的轴向和负的径向前角。
13.如权利要求11或12所述的铣削工具，其特征在于，有效主切削刃的设定角度(Kr)在50°到59°之间，其中，有效平行刃背的设定角为0°。
14.如权利要求11或12所述的铣削工具，其特征在于，有效主切削刃的设定角度(Kr)在53°到59°之间，其中，有效平行刃背的设定角为0°。
15.如权利要求11或12所述的铣削工具，其特征在于，有效主切削刃的设定角度(Kr)在55°到58°之间，其中，有效平行刃背的设定角为0°。
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