CN1318444A - 用于铣削的刀片和切削刀具 - Google Patents

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Abstract

对于切削刀具(2),尤其是球面铣刀,配备切削体(21),切削体由硬质合金制成并具有四个带有切削刃的翼片(41,42,43,44)。在端面视图上为十字形的切削体(21)具有切削刃,切削刃从切削刀具圆周边缘一直延伸到其旋转轴D或至少靠近旋转轴。为了将切削体(21)固定在刀具头部(28)上备有一个简单的夹紧装置。切削体起到将出现在一个或几个翼片上的力分配到所有翼片上的作用,以便很好地将力传递到刀具体上。

Description

用于铣削的刀片和切削刀具
本发明涉及一种刀片，尤其是转位式刀片以及带有两个刀片的切削刀具。
带有多个刀片的旋转切削刀具是众所周知的，其中刀片的切削刃从刀具圆周边缘一直延伸到旋转轴。例如，EP 0683002 B1公布了这种铣刀。该铣刀具有带有球形端部的刀具体。在这个球形端部构成切削刃并在切削刃之间配置切屑槽。切削刃直接成形于刀具体上。当切削刃磨损时必须整个更换刀具或者如果可能的话，进行再刃磨。
当这在某些情况下被看作是不适宜的而且对切削刃提出很高的材料要求以后，经常将由硬质合金或其它坚硬材料制成的刀片装在切削刀具上。这些刀片被固定在刀具体上。
在这方面由EP 0502543 B1一种球面铣刀为公众所知，在其刀具体上固定两个刀片。刀具体具有半球形倒圆的端部，在其上构成两个刀片座。两个分别具有圆弧状倒圆切削刃的刀片为了固定而装在这个刀片座上。切削刃从球面铣刀圆周边缘几乎一直延伸到旋转轴。
这个切削刀具与前面所述的在球形铣刀头上构成许多切削刃的技术现状相比仅仅具有两个切削刃。但是在提高切削效率的意义上希望有较多的切削刃数量。为此由DE 3922463所公知，在球面铣刀上在相应的刀具体端部配有四个刀片座。在每个刀片座上固定一个刀片，其中刀片被分个夹紧。
对于这种球头铣刀刀片的切削刃不能延伸至旋转轴。此外刀片座，至少对于较小直径，相对来说是华而不实的。由于刀片座直接位于出现大切削力的部位，即刀片座的部位而使刀具体明显地弱化。
由此本发明的任务是，提供一种可能性，即铣削刀具能够具有坚硬材料的切削刃而且在端部具有较多的切削刃数量。
这个任务通过如权利要求1的切削体而解决。
按照本发明的切削体是一个四翼片的，在正视图上为十字形的切削体，它具有四个切削刃。这是实现切削刃几何形状的基础，其中在铣刀端部呈现四个切削刃。刀具体不必延伸至刀具端部。在多个切削刃分别具有各自刀片座的情况下各刀片必须分别独立的将所产生的切削力传递到刀具体上，而对于四翼片刀具体在一个翼片上产生的切削力通过所有的翼片共同传递给刀具体。与单个刀片的解决方案相比，切削体在刀具体上得到明显更加刚性地定位支承。
此外从根本上减轻了维护。通过位置正确地将切削体装配在刀具体上所有切削刃以切削体固有精度相互有关地校准。相对于多个刀片和多个刀片座的解决方案按照本发明的解决方案-对于四个刀片只有一个硬质合金切削体并且只配有一个刀片座-能够实现更高的精确度。
切削体由两部分构成也是可以的。例如由两个相互间等同构成的片状部件组成，两个部件可以相互插接。为此它们分别具有一个相互匹配并容纳另一个刀片的空隙。为此两个刀片在空间是相互交叉并嵌连在一起。从这方面实现这种可能性，即刀片最大可能紧密地相互接触并因此而在铣刀端面实现较多切削刃数量，而前提仍然是简单而可靠地将刀片定位在刀具体上。例如，一个刀片可以通过固定措施直接被夹紧，而另一个刀片由刚才所说的那个刀片固定在刀片座上。因此可以实现用唯一的夹紧或固定措施将两个刀片可靠地定位在刀片座上。
刀片简单而无背切的形状使其可以由硬质合金(烧结硬质合金)或者根据需要由其它坚硬材料制成。例如通过硬质合金粉末的压制或烧结实现制造。在此刀片在一个优选实施例中是这样构成的，使空隙设置成为能够容纳另一个全等的刀片。为此刀片空隙具有两个相互面对的、沿着插入方向延伸地定位面，当刀片插入时定位面构成相互的导向面。定位面或导向面在其形状上与另一个全等刀片的对应从属侧面一致，侧面被插进空隙。例如表面平面的构成；在刀片侧面上也可以构成筋或其它凸起，并与对应空隙的槽侧面相匹配。全等刀片通过定位面或导向面顶靠在与另一个刀片相关的那个侧面上而相互定位。
为了轴向定位，即确定刀片相互间在插入方向上的相对位置，最好在刀片上配备定位面，此定位面垂直于插入方向。这个定位面在一定程度上构成刀片插进另一个刀片空隙时的止挡。
在此作为止挡面的定位面最好位于刀片中心，使相互插接的刀片不存在轴向错置。插入方向在优选的应用情况下与旋转刀具的旋转轴一致，使外轮廓以及刀片的切削刃在切削刀具围绕其旋转轴旋转时位于一个共同的平面上。
刀片最好相对于第一对称线对称地构成，第一对称线垂直于插入方向因而也垂直于插入缝隙(即空隙)。由此可以在刀片相互插接时实现两个全等刀片构成一个切削体，这个切削体可以应用于刀具体的两个安装位置上。第一安装位置利用靠近空隙的第一刀片切削刃和远离空隙的第二刀片切削刃。在第二安装位置正好相反，这意味着由两个插接在一起的刀片组成的切削体可以翻转180°使用。
另外刀片最好对于第二对称线线对称地构成，第二对称线与第一对称线一样通过刀片中心并与插入方向一致。由此可以在每个刀片上实现两个有效的切削刃，总共仍保持四个切削刃，切削刃从切削刀具圆周边缘一直延伸到其旋转轴或至少延伸接近至旋转轴。切削刃数量z=4。切削刃最好不间断地从外圆周延伸到或接近到旋转轴。
切削体(整体或两体的)的制造例如可以通过金属压铸工艺实现，在此通过少量塑料添加剂成形加工的硬质合金粉末在压铸工艺里预成形，然后保持其形状地焙烧或烧结。
作用于一个翼片或一个切削刃上的切削力对于这种整体的切削体被分配到所有翼片上并由此均匀地传递给刀具体。这尤其可以通过带有夹紧钳的切削体固定而实现，夹紧钳并不夹紧所有的切削体翼片。对于优选的实施例各翼片的侧面(前面和后面)最好由平面构成。这将使粉末冶金的制造过程以及在刀具体上的夹紧容易实施。
相应的切削刀具仅需要给这些刀片提供一个简单结构的刀片座。这个刀片座这样构成，当刀片相互插接的时候，至少刀片中的一个能够将切削体的两个翼片固定在刀片座上。
当刀具体具有唯一的与刀片相匹配的夹紧钳，而且刀片的空隙背离刀具体尖部的时候，这对于分体式实施形式是足够的。通过夹紧这个刀片能够可靠地固定第二个刀片，第二个刀片在轴向以其止挡面固定在被夹紧刀片的相应定位面或止挡面上。第一刀片因此而形状连接地固定，而第二刀片在轴向上能够背离刀具体摩擦连接地固定而朝着刀具体形状连接地固定。但是对于刀片也可以通过其它固定来代替摩擦连接地夹紧。两个拼接在一起的切削体通过唯一的夹紧钳来夹紧的优点在于刀片座的简单性和简便的操作。唯一的固定螺栓就足够了并且刀片座可以非常刚性的构成。
相应的结构对于整体切削体同样是有效的。夹紧钳可以由与刀具体分开的部件或与刀具体整体的构成。这具有有助于夹紧钳更好地传递转矩的优点。
按照本发明的切削刀具尤其适合于作为精加工刀具。切削体各切削刃或翼片上可能出现的不同应力在此是没有副作用的。而切削刃的不间断结构起到积极作用。如果翼片以一致的例如120°或90°的角位移设置也是具有优点的。这将使刀具均匀地运转。整体刀具体具有优选在轴向上定向的翼片。而切削刃的轴向切屑角可以通过切削刃倾斜于翼片设置而实现。必要时整体刀具体的翼片也可以具有轴向角(如果必要时也可以是径向角)。
本发明具有优点的实施例细节由从属权利要求和例图以及附属的描述给出。在图例中表示出本发明的实施例。图示为：
图1按照本发明的刀片的轴侧简图，
图2图1中刀片的侧视图，
图3图1或2中的两个相同形式的刀片，相互扭转90°，处于非插接组装状态，
图4图3中的刀片组装在一起时的侧视图，
图5图4中的刀片从旋转轴方向看过去的视图，
图6由两个刀片组装而成的图5中的切削体和从属的刀具体的轴侧分解图，
图7带有两个如图1至5刀片的切削刀具，
图8一体构成的切削体1a从其旋转轴看过去的视图，
图9由图8中的切削体装备的切削刀具应用于切削过程。
在图1中画出了刀片1，该刀片用于配备切削刀具，例如图7中球面铣刀2。刀片1具有基本上片状构成的基体3。基体通过两个相互面对的平面4,5来界定，如图3上半部所示。平面相互平行地定位并基本上为圆形边界。但是其它的边界形状在满足偏差几何形状条件下同样是可以的。
在基体3上配有缝隙状的空隙6，空隙构成用于另一个刀片的容纳缝隙。空隙6向三侧开放并延伸，尤其如图2所示，从刀片1的边缘直至其刀片中心7。空隙6通过两个相互平行并相互间隔距离的定位面8,9和另一个定位面10来限定，此定位面垂直于定位面8,9并通过刀片中心7。支承面区域11接着定位面10越过刀片1的平面4,5延伸，定位面构成另一个被插接刀片1′的止挡或停止面(见图3)。基体3的厚度与空隙6的宽度一致。换句话说，平面4,5的两个支承面相互间的距离与定位面8,9相互间的距离一致。在此尺寸这样来确定，使刀片1′的基体3可以无需夹紧地插进刀片1的缝隙6而且没有间隙地位于缝隙里面。反过来也是同样。
刀片1双重对称地构成。第一对称线12通过刀片中心7延伸并平行于定位面10，即垂直于缝隙6。第二对称线14仍然通过刀片中心7延伸，但是平行于缝隙6，即平行于定位面8,9从而平行于刀片插入方向，该方向在图3中用箭头15表示。
在刀片1的边缘总共构成四个连续的切削刃16,17,18,19(z=4)。其中切削刃16,17从属于平面4而切削刃18,19从属于平面5。如图1和5所示，切削刃16,18直接连接到缝隙6。与此相反切削刃17,19设置在刀片1以及1′背离缝隙的一侧，以使切削刃在这里的延伸不会由于缝隙6而中断。切削刃分别成形于切屑面21与切削面22之间。当刀片1没有轴向和径向切屑角地固定在刀具体上的时候，切屑面21和切削面22例如这样设置和定位在刀片上，以得到正的切削刃几何形状，即正的切屑角和正的切削角。根据需要也可以以负切屑角或全部为负的切削刃几何形状工作(轴向切屑角也是负的)。切削刃16至19分别沿着基体3圆周的至少四分之一延伸。如图3所示，平面4上的切削刃16,17和对应平面5上的切削刃18，19相互间对角地对称设置。通过对于第一对称线12的线对称，切削刃16对称于图3中被覆盖的切削刃19而切削刃17对称于切削刃18。切削刃16和18以及17和19相对于第二对称线14线对称。
尤其如图4所示，刀片1,1′以其空隙6这样相互插接，以得到带有相互形状连接定位刀片1,1′的坚固切削体。在组装状态两个刀片1,1′的定位面10相互顶靠。两个刀片1,1′的切削刃16至19位于同一个假想旋转体或者说球体上。切削刃16,17,18,19相对于第二对称轴线14错置90°。当然通过相应的定位面8,9的倾斜和结构也可以调整成其它的分布形式。
如图5所示，切削刃17,19无中断无断开地延伸，其中切削刃位于一个公共平面上。公共平面穿过第二对称线14并大约在第一对称线12的高度上截切基体3的边缘。与对应的切削刀具(钻头或铣刀)的旋转轴全等的对称线14在一个点上截切相互延伸的切削刃17,19，在这个点上用于确定切削刃17,19的空隙23,24终结于钝角切削刃25,26。因此钝角切削刃25,26从旋转轴或第二对称线14开始延伸到平面4,5，在那里连接另一个刀片1,1′的切削刃16,18。
为了固定图6所示的刀具体28配备了这种切削体27。刀具体28具有一个基本上圆柱形的刀杆29，刀杆在其端部单侧削平并构成球面。刀具体28在其自由端具有一个刀片座31，平面32属于刀片座。刀杆侧的平面32过渡到圆弧状弯曲的侧向止挡面33，该止挡面用来作为刀具体27的轴向支承面。夹紧钳34配属于刀片座31，夹紧钳具有夹紧刀片1′的夹紧面35并在夹紧状态位于平面32对面。夹紧钳配有固定孔36，该孔与刀具体28上靠近侧边止挡面33设置的螺纹孔37相匹配。在螺纹孔旁边在刀具体28上设置支承面38，夹紧钳34在拉紧固定螺纹时支承在这个支承面上。垂直成形于夹紧面35与平面32之间的夹紧缝35a配有容纳缝隙39,40，该缝隙垂直于平面32地透穿刀片座31。容纳缝隙39,40用于形状连接地支承刀片1因而具有与基体3厚度一致的宽度。对于所示实施例也可以选择与刀具体28整体构成的夹紧钳。为此弹性连接用于支承面38处。
完整装配的切削刀具2在图7中单独表示。如图所示，通过夹紧钳34，刀片1′固定在刀片座31里面或上面。刀片1′与刀片1形状连接地连接。刀片1,1′以其空隙6相互嵌接并构成四翼的切削体27。刀片1′的定位通过轴向顶靠在侧面止挡面33上来实现。通过顶靠平面32的夹紧刀片1′垂直于平面32附加地定位在第一径向上。而垂直于径向的，即平行于平面32的定位由刀片1承担，刀片在容纳缝隙39里面固定在平行于平面32的方向上。
而刀片1相对第一径向，即垂直于平面32地通过刀片1′来固定。在轴向刀片1′通过夹紧钳34和固定螺栓40a夹紧，而刀片1在轴向通过刀片1′固定而在相反方向(朝着夹紧杆杆体)通过轴向顶靠在刀片座里面形状连接地固定。因此实现切削体27或者说其刀片1,1′的力连接与形状连接混合地支承。这将实现不仅精密而且可靠的切削体27的支承，切削体由两个相互间形状连接固定的刀片1,1′组装而成。刀片座简单且不复杂地构成，其中刀具体28只被很微小的削弱因而可以具有很高地刚性。刀片的更换特别简单，只需松开夹紧钳34就可以取出并更换切削体27。此外切削体27被翻转过来，使其目前埋在刀片座里面的切削刃继续工作。
对于刀片1′的摩擦连接地夹紧也可以选择形状连接地固定。对此例如在刀片1′上配置凹槽，与其对应的凸起设置在刀片座31和/或夹紧钳34上。这对于下面将要描述的图8中的实施例也是有效的。
四翼切削体由两个简单的片状刀片1，1′组成，刀片具有相应的空隙6，通过空隙刀片相互插接。根据需要例如为了更换切削体27可以通过相互拉开刀片1,1′而拆成单个的刀片。因此可以得到一个仅具有两个全等构成的片状刀片1的四刃切削刀具，刀片通过唯一的夹紧螺栓31固定在刀具体28上。
在图8中画出了切削体1a，它从外观上可能基本上与图6所示的，由刀片1,1′组装而成的切削体27相象，但是是整体构成的。切削体1a具有四个在径向上离开旋转轴D延伸的翼片41,42,43,44。旋转轴D是切削体1a的对称线。基本上片状的翼片分别成对的相互间排成直线(41-43；42-44)。它们分别具有两个相互平行的平侧面45,46以及47,48，这些平侧面可以用来作为将切削体1a支承在刀具体28里面的顶靠面或夹紧面。切削体1a在上述情况下具有四个切削刃16,17,18,19，它们分别从切削体1a的最大直径外圆处一直延伸到旋转轴D。切削体1a可以根据需要可翻转地构成，在此它从侧视图上基本对应于图4所示的、由两个相互插接的刀片1，1′构成的切削体27。从而构成翻转切削体。由于双倍的可应用性一但不是绝对的-而具有优越性。
切削体21可以通过首先由硬质合金粉末压成毛坯然后烧结而粉末冶金地制造。然而更具有优点的是切削体1a以金属压铸工艺制造。对此例如将配有少量塑料添加剂的硬质合金粉末在注塑工艺中压制成形，然后烧结已成形的毛坯。由此产生刚性的四翼或多翼切削体1a，切削体可以被夹紧在其一些翼片上。这一点例如在图9中表示。在这里切削体1a如图6被夹紧在刀具体28上。夹紧钳34以夹紧力FK通过平侧面或平面47,48夹紧顶靠在平止挡面32上，FK对应于由止挡面32所构成的支座上的对应力FW。由此切削体1a的翼片42,44通过夹紧面47,48可靠夹紧。而翼片43,45基本上不受力地由容纳缝隙39,40所容纳。在这里不存在夹紧力。旋转轴D的定心最终通过刀片座的止挡面32和透穿刀片座的容纳缝隙39而起作用。容纳缝隙39,40与顶靠面32之间的过渡可以配有倒角、倒圆或空隙，以容纳翼片41,42,43,44之间的圆角。这种位于切削体翼片之间拐角处的圆角将改善切削体的稳定性。如果所有四个翼片都被夹紧，可以进一步改善力传递。
在运行中刀具围绕旋转轴D旋转，如图9中箭头51所示。由此当切削切屑52时在那个有效切削刃(这里为切削刃18)上产生切削力FS，这个力由切削体1a传递到刀具体28上。驱动转矩传递到切削体1a的所有翼片41,42,43,44上。因此切削力FS大体均匀地作为分切削力FS1,FS2,FS3,FS4分布到四个翼片41至44。在此力传递通过翼片的弯曲应力产生在旋转轴D附近。而在这个部位切削体1a具有其最大的轴向长度和最大截面，使得即使由相对易折断材料制造的切削体1a也具有足够的强度。通过将出现在一个切削刃上的力分布到所有四个翼片上并由此在刀具体上的大面积力分布尤其是对于断续切削(铣削)将达到很高地切削定位精度和很高地切削体支承刚度。
对于切削刀具2，尤其是球面铣刀配备切削体21，该切削体由硬质合金制造并具有四个带有切削刃的翼片41,42,43,44。从端面看十字状的切削体21具有切削刃，切削刃从切削刀具圆周边缘一直延伸到刀具的旋转轴D或至少延伸到靠近旋转轴。为了将切削体21固定在刀具头部上，一个简单的夹紧装置，例如夹紧钳34就足够了。尤其是对于断续切削，当切削体27的所有切削刃不同时接触工件的时候，切削体起到将出现在一个或几个翼片上的力分配到所有翼片上的作用，以实现很好地将力传递到刀具体上。
切削体27可以由两个单独的相互拼接的刀片1,1′组装而成。

Claims (23)

1．用于旋转切削刀具、尤其是铣削刀具，特别是球头铣刀的切削体，带有四个从旋转轴(D)延伸开去的片状翼片(41,42,43,44)，各翼片具有至少一个成形于切削面(22)与切屑面(21)之间的切削刃(16,17,18,19)，其中切削刃(16,17,18,19)确定一个公共的、与旋转轴(D)同心的旋转体，其中切削体(1)由硬质合金制成。
2．如权利要求1的切削体，其特征为，切削体(1a)的翼片(41,42,43,44)相互间以一致的角度位移设置。
3．如权利要求1的切削体，其特征为，配置在切削体(1a)的翼片(41,42,43,44)上的夹紧面(45,46,47,48)平面地构成。
4．如权利要求1的切削体，其特征为，切削体(1a)对于旋转轴(D)线对称地构成。
5．如权利要求1的切削体，其特征为，切削体由两个刀片(1,1′)构成，它们分别具有缝隙状空隙(6)用于容纳另一个刀片(1′)。
6．如权利要求5的切削体，其特征为，刀片(1)的空隙(6)具有三个开放的侧面，它们确定另一个刀片(1′)的插入方向(15)，而该方向被调整为用于容纳至少一个作为另一个刀片(1′)的全等刀片(1′)。
7．如权利要求5的切削体，其特征为，空隙(6)具有至少一个定位面(10)，该定位面配属于空隙(6)所容纳的刀片(1′)的同一定位面。
8．如权利要求7的切削体，其特征为，空隙(6)由多个定位面(8,9,10)所限定。
9．如权利要求7或8的切削体，其特征为，定位面(8,9,10)为平面。
10．如权利要求5的切削体，其特征为，空隙(6)为长形缝隙，缝隙从刀片(1)的边缘向其对面一侧方向延伸。
11．如权利要求10的切削体，其特征为，缝隙延伸到刀片(10)的中心(7)。
12．如权利要求7和11的切削体，其特征为，定位面(10)为端面，该端面在刀片中心(7)结束缝隙。
13．如权利要求7的切削体，其特征为，定位面(8,9,10)的两个定位面(8,9)相互平行地定位在各刀片(1,1′)上。
14．如权利要求5的切削体，其特征为，刀片(1)具有一个基体(3)，除空隙(6)以外基体相对于第一对称线(12)线对称地构成，第一对称线垂直于插入方向(15)。
15．如权利要求5的切削体，其特征为，刀片(1)具有一个基体(3)，基体相对于第二对称线(14)线对称地构成，第二对称线穿过刀片中心(7)并与插入方向(15)一致。
16．如权利要求14和15的切削体，其特征为，刀片具有一个带有两个相互平行平面(4,5)的片状基体(3)，其中刀片(1)的空隙(6)这样构成，使两个全等刀片(1,1′)可以围绕第一对称线(12)错置180°角而围绕第二对称线(14)另外错置180°角地以其空隙(6)相互容纳地拼接。
17．如权利要求5的切削体，其特征为，位于拼接状态的刀片(1,1′)在围绕第二对称线(14)旋转时在外轮廓的各个位置上都位于公共的飞行圆弧上。
18．如权利要求16的切削体，其特征为，刀片(1,1′)这样构成，使刀片在拼接状态形状连接地相互固定并在插入方向(15)上形状连接地相互顶靠。
19．如权利要求5的切削体，其特征为，各刀片(1,1′)分别具有四个切削刃(16,17,18,19)。
20．切削刀具，带有如上述权利要求1至4之一的两个刀片(1,1′)或一个切削体(1a)，其中刀片(1,1′)以其空隙(6)相互容纳。
21．如权利要求20的切削刀具，其特征为，切削刀具具有带有刀片座(31)的刀具体(28)，刀片座配有一个单独的夹紧钳或者也可与剩余刀具体构成整体的夹紧钳(34)。
22．如权利要求20的切削刀具，其特征为，带有夹紧钳(34)的刀片座(31)确定用于一个刀片(1′)或切削体(1a)的至少一个翼片(42)的夹紧缝隙(35a)，而垂直于夹紧缝隙(35a)构成容纳缝隙(39,40)，容纳缝隙截切刀片座(31)和夹紧钳(34)并用于容纳另一个刀片(1)或切削体(1a)的另一个翼片(43)。
23．如权利要求22的切削刀具，其特征为，由容纳缝隙(39,40)所容纳的刀片(1)在切削刀具(2)的轴向(15)上通过优选摩擦连接地固定在夹紧缝隙(35a)里的刀片(1′)和刀片座形状连接地固定。
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