CN1426336A - 切削刀具系统及对其精确定位的装置 - Google Patents
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Abstract
一种切削刀具系统，包括一切削刀具(1)和一刀具夹持装置(15)，其中该切削刀具(1)在前端(9)包括至少一个切削刃(7)，在上述前端后部包括一轴部(3)，其中该刀具夹持装置包括一具有小孔(23)的刀架，该轴部(3)将在刀具夹持装置(15)的小孔(23)中夹持到位。该系统的特征在于，以这样一种方式将至少一个弹簧加载装置(30)安装在刀具夹持装置(15)或切削刀具的轴部(3)的包络面中的其中一个上，使它能够与另一个上的一个或多个凹槽(29)相互作用，从而通过突然提高从一所需位置移动切削刀具所需的力，而在夹持之前提供对该所需位置的指示。
Description
发明领域
本发明涉及一种在用于产生切屑的金属加工刀具上快速和精确地建立操作切削刃的正确位置的系统，特别是用于内部车削刀具，如夹持在刀具夹持装置中的钻杆上的系统。上述切削刀具包括一轴和至少一个位于该轴的至少一端的切削刃。上述至少一个切削刃可以是例如用螺栓机械连接或者例如通过焊接而冶金连接到切削刀具上的切削刀片，切削刃也可以是一实心单件式刀具的整体部分。本发明的第一实施例涉及一具有操作切削刃的切削刀具，该操作切削刃偏离切削刀具纵轴线定位，且与上述轴线之间的距离大于与刀具任何其它部位之间的距离。切削刀具通过一刀具夹持装置在加工刀具中保持到位，其中在夹持到位之前它可以环绕其纵轴线旋转。对切削刀具的相对较小的角度调节对于刀片的操作切削刃相对于穿过切削刀具纵轴线延伸的一水平面的位置有很大影响。本发明确保了切削刃的快速和精确定位。本发明的其它实施例确保了切削刃与刀具夹持装置之间的精确距离，也就是外伸或者角度调节与外伸的结合。
背景技术
内部车削操作与外部车削操作有几点明显不同，如果要对内部车削操作进行优化，就必须考虑这些不同点。首先，工件内部空间有限。这影响了切削刀具的设计；在最大强度/刚度与最小体积之间取得最佳平衡是很重要的。实践中的解决方案是一截面为圆柱形的杆，实际上多数杆基本上是圆柱形的，虽然可结合一个或多个平行于杆纵轴线的纵向平面。上述表面用于将杆的旋转位置固定在刀具夹持装置中。因此需要能够精确固定杆的旋转位置，因而在这些情况下操作切削刃的高度的实现是以杆结构的略微变弱为代价的。
刀具必须在其中操作的工件的有限的内部空间还使切屑形成、切屑流动和切屑破碎远比外部车削操作中重要，因为这些步骤中任何一项的失误都会导致切屑堵塞，损坏刀具，加工表面上光洁度较差以及刀具振动。刀具制造商花费了相当大的努力来设计减少这些问题的用于内部车削操作的切削刀片和刀具保持架，但为了成功，切削刃相对于工件的位置如期望的精确是最重要的。
第二，内部车削操作与外部车削操作的不同之处在于，刀具总是存在振动，它对刀具寿命，表面光洁度以及生产率都有很大影响。切削刃的不正确定位会直接产生不同于刀具设计的切削力，对上面列出的切屑形成的负面效果也经常会导致振动。
SE500836教导了使用一与钻孔的平的上表面接触的水准仪，用于确保安装在切削刀具上的刀片的操作切削刃夹持在预定位置。该方案的缺点(已经提及)在于，平面减少了杆中的材料，因而降低了其强度。另外，由于现代加工刀具的有限空间以及较差的可接近性，加上由于冷却液和切屑造成的读取水准仪的难度，不期望使用水准仪。
WO95/35179教导了使用一部分圆柱形的钻杆，有两个平行于杆纵向轴线延伸的平面纵向表面。上述表面压靠刀架中“V”形沟槽的匹配表面。该方案还涉及如在前面例子中所述的杆强度的降低。
SE509421同样教导了使用一设定装置来确定切削刀具和切削刃的角位置。用一固定元件将切削刀具在装置中固定到位，该固定元件与切削刀具包络面中的圆柱形孔相互作用。然后将一带有角度标记的可旋转盘与一水平仪一起使用，以确定切削刃的角位置。该方案的使用很费时，且不适于加工刀具中的有限空间和较差的可接近性。
发明内容
本发明的目的是消除前面已知的用于确定操作切削刃的精确位置的方法的缺点。
第一个目的是制造一个系统，该系统可用在一基本上圆柱形的杆上，换句话说，不再需要降低了杆强度的一个或多个平参照表面或一深“V”形沟槽。
第二，形成一系统，该系统简单且自身在有限的空间、较差的照明以及较脏的环境下易于使用。这对于盲人或视力较差的机器操作者来说也是一个有用的目的。
第三，形成一系统，当设置在新刀具上或作为旧设备转换工具时，该系统能够合理标价。
这些和其它目的通过如权利要求1的特征部分限定的切削刀具和夹持装置的组合而实现。
附图描述
附图中：
图1是现有技术切削刀具和刀具夹持装置组合的透视图。
图2是现有技术的透视图，示出切削刀具和刀具夹持装置的另一个组合。
图3是现有技术的透视图，示出切削刀具和刀具夹持装置的另一个组合。
图4是根据本发明的切削刀具和刀具夹持装置的透视图。
图4a是本发明一可替换应用的透视图。
图4b是本发明一可替换应用的透视图。
图4c是本发明一可替换应用的透视图。
图5a是本发明一可替换应用的透视图。
图5是本发明一可替换应用的透视图。
图5b是本发明一可替换应用的透视图。
图6是切削刀具、刀具夹持装置和弹簧加载装置的剖视图。
图7是弹簧加载装置的第一实施例的详细剖视图。
图8是弹簧加载装置的第一实施例的详细剖视图。
图9是定位装置的剖视图。
图10是刀具夹持装置中切削刀具的详细剖视图，示出测量刃高度的装置。
具体实施方式
图1示出一典型的现有技术组合，包括一切削刀具1如钻杆和一刀具夹持装置15。该切削刀具包括一带有前部9和后端11的基本上圆柱形的轴部3。该前端容纳至少一个切削刀片5。切削刀具1通过作用于杆上部的平面13的至少一个夹持螺栓17而定位和紧固在该刀具夹持装置15中。刀架中凹槽23底部是V形21。这种方案普遍使用但并不推荐，因为由于螺栓末端在表面上有限的接触面积以及杆的较差的定位因而切削刃高度的较差的可重复精度，它提供的夹持力有限。
图2示出另一种现有技术夹持方法，其中一基本上圆柱形的切削刀具1容纳在刀架15中一相应的基本为圆柱形的小孔23中。上述刀架沿一侧的整个长度具有一纵向切口19。一个或多个螺栓65垂直于该切口设置，穿过无螺纹孔从刀架上表面经过，穿过切口，进入切口下面刀架上的孔中。当上紧螺栓时，切口变窄，结果孔23的有效直径减小。通过这种方式，由孔23的内表面将一夹持力施加在基本为圆柱形的轴3的大接触面上。这种方案提供了一个良好的夹持力，但没有获得位置精度的手段。为了精确地将切削刃7的高度定位在切削刀片5上，需要一个参照面和测微仪。
图3中示出一方案，其与图2中所示的相似之处在于，圆柱形切削刀具1位于刀架中，但设置了一条合缝线25，杆的上侧沿纵向并平行于钻轴3的轴线延伸。在刀架前面还设置一合缝线27。当将切削刀具安装在刀架上时，操作者可用眼睛将切削刀具上的合缝线对准刀架前面上的合缝线，从而确保以一定的精度建立切削刃7的高度。然后如图2中所述将杆紧固在刀架中。如下面所述，在实际测试中，这种方法不能确保可接受的切削刃高度的可重复精度。
图4示出根据本发明的切削刀具和刀架。切削刀具1包括一基本为圆柱形的轴部3和一前部9。上述前部9包括至少一个切削刃7。轴的上包络面设有一凹槽21，该凹槽21是“U”形沟槽形式，且平行于杆的纵向中心轴线延伸。该沟槽具有对称的截面形状，且如剖面中所看到的，沟槽的两侧面具有相等的长度。切削刀具圆柱部分的外径表示为“d”。刀架15具有一小孔23，该小孔23在刀架的整个长度上延伸，且在前后表面53和55上设有开口。孔“D”的内径略大于切削刀具的外径“d”。一纵向切口19沿刀架的整个长度将孔与刀架的其中一个侧面57联接起来。设有一个或多个小孔从刀架的上表面垂直向下穿过切口19进入刀架的底部。上述小孔的底部带螺纹，使螺栓65能够穿过刀架59上部中的小孔拧入底部中。这个或这些螺栓的动作将紧靠刀架上方和下方的部分压迫在一起，从而减小有效直径“D”并夹持容纳在上述孔中的切削刀具。切齿夹持装置还有一孔45，该孔45从刀架上表面垂直向下延伸，并在容纳该杆的中心小孔中打开。上述孔位置靠近刀架上表面63与前表面53会合的前部边缘，其中心线切割刀架中小孔的中心线CL2。该孔装有一图6中更详细示出的弹簧加载装置30。凹槽，在这种情况下是一沟槽，与弹簧加载装置相互作用，当切削刀具经过交会点时，向切削刀具绕其中心纵向轴线旋转所需的力给出一微小但显著的增加。当这样建立了正确位置后，切削刀具被夹持在夹持装置中。
图4a示出本发明的第二实施例，其中该一个或多个凹槽是刀架的包络面中对称、倒置的锥形凹坑的形式，具有基本上“U”形的截面，而不考虑切削刀具的截面是沿切削刀具的长度还是与之成90度所取的。如果使用多个这种凹坑，则将它们设置在平行于切削刀具中心线的一条线上，并以固定的间距如10毫米彼此间隔开。弹簧加载装置的定位与图4中所述实施例相同，且弹簧加载装置与凹坑之间的相互作用也相似。因此在这种情况下该装置提供了切削刀具放置位置和纵向位置的两个指示。
图4b示出切削刀具的另一个实施例，在这种情况下，定位在轴部3的包络面中的“U”形沟槽21形状的凹槽在垂直于切削刀具纵向中心轴线的一平面中全部或部分环绕该轴延伸。在这种情况下与弹簧加载装置30的相互作用与先前描述的相似，不同之处在于，这里描述的方案只能用于切削刀具在夹持装置中的纵向位置。
图4c示出本发明另一实施例，与图4b中图示和描述的结构和功能非常相似。在这种情况下的不同之处在于，切削刀具的轴部以及夹持装置中匹配的小孔是棱柱形，而不是圆柱形。在垂直于切削刀具的纵向中心轴线的切削刀具的一个或多个平面中设有沟槽21形式的凹槽。与弹簧加载装置的相互作用可用于夹持装置中切削刀具的纵向位置。
图5、5a和5b示出特别适用于现代加工刀具的结构中的本发明。在这种情况下，在杆与刀架或刀具接头49之间引入一套管47。该套管设计成以与上面图4中所述完全相同的方式容纳一弹簧加载装置30，该接头也是这样。如前面所述，弹簧加载装置仅用于在夹持切削刀具之前给一个所需位置的指示。该方案中，夹持是借助于螺栓65完成的，该螺栓65通过与一振鸣槽口(whistle notch)相互作用而将套管锁定到位，同时在套管上施加一力，使切口19变窄，从而将切削刀具夹持在套管中。
图6和7示出穿过切削刀具1、夹持装置15和弹簧加载装置30的一剖面。弹簧加载装置中靠近刀具夹持装置的上部前缘安装在孔45中。对孔中装置的位置进行仔细调节，确保弹簧加载装置45与刀具夹持装置中的凹坑或沟槽21之间正确的相互作用。弹簧加载装置30包括一带有外螺纹的壳体25，及开放端面37上的一沟槽43，上述沟槽设计成容纳一当将弹簧加载装置拧入刀架中的位置时使用的螺丝刀。该圆柱形壳体在其底端具有一小孔，一卷簧31和球或圆柱体33安装在该小孔中。当壳体中的小孔与切削刀具外包络面中的“U”形沟槽或凹坑21成一条线时，球将被弹簧力部分推入上述沟槽中。仔细选择球的尺寸以及沟槽侧壁的深度和角度，以确保球不会固定在沟槽中。该组合简单地设计成给出一个机械的，有时是略微听得到的提示，表明弹簧加载装置与沟槽成一条线，因而操作切削刃的高度和/或纵向位置是正确的。该机械提示是当从沟槽/凹坑和弹簧加载装置成一条线的位置离开时环绕或平行于纵轴线稍稍旋转该杆所需的手动力的微小但明显增加的形式。可听到的弹簧加载装置是当球位于沟槽中时听到的“咔嗒”声。由于在加工刀具中很高的噪音水平，一般不是总能听到这种可听到的信号。
虽然这里所述的弹簧加载装置与沟槽21之间的接触是借助于一球33完成的，但也可以用一圆柱体代替球。上述圆柱体必须安装成使其中心轴线平行于钻杆的中心轴线。这种圆柱体的支承结构会与主实施例中的球或圆柱体略有不同，但其功能是相同的。
图8是与切削刀具圆周上的“U”形沟槽相互作用的弹簧加载装置第二实施例的详细剖视图，在这种特别情况下，弹簧加载装置的结构被简化，它只包括一球或圆柱体33和一弹性，例如橡胶的圆柱形盖51，该盖51用于将球或盖保持到位，且当从下面施加压力时允许球可圆柱体略微向上移动。小孔的直径在开放端减小，以确保球33保持在小孔中，同时仍允许球充分伸出，因而它能够与切削刀具包络面上的“U”形沟槽或凹坑相互作用。
图9是弹簧加载装置的球或圆柱体33及切削刀具1的剖视图，示出基本上按比例的球与凹槽21之间的相互作用。球或圆柱体的直径一般在2-5毫米范围内，推荐值是2.5毫米。“U”形凹槽的深度一般在0.01-0.2毫米范围内，推荐值是0.04-0.06毫米。“U”形凹槽的顶角在35-85度之间，优选地是55-65度之间，推荐值为约60度。
图10示出如何进行实际测试，不来评价用根据本发明的弹簧加载装置和合缝线方法获得的可重复定位精度。该图示出与根据本发明的系统一起使用的方法。切削刀具1安装在刀具夹持装置15中，通过将切削刀具旋转到位而将切削刀具带入所需位置，其中需要略微增加力而在两个方向上进一步对其旋转。然后用测微仪67测量刀片5上切削刃7的高度。在替换方法，将切削刀具包络面上的合缝线与刀具夹持装置前表面上的缝结成一条线，从而获得所需同的切削刃的位置。
根据图10中所示的方法完成实际测试，用一组非常熟练的机构将用合缝线对准切削刀具的结果与用本发明的球或圆柱体或沟槽方法获得的结果进行比较。
钻杆分度实验室测试结果
套管131-2006-A中使用的杆是A06F-STFCR 06-R.
用测微仪测量的以1/100毫米测量的操作切削刃的高度与正确值之间的偏差。
测试人 线与线的分度 用本发明的分度
1 -19 0
2 +3 -1
3 0 0
4 +10 -2
5 -10 -1
6 +16 -1
7 +2 -1
8 +6 -2
9 +14 -2
10 +6 -2
总偏差 ∑0.86毫米 ∑0.11毫米
平均偏差 0.86/10＝0.086 0.11/10＝0.011
tanα＝0.086/4.5＝0.0191 tana＝0.011/4.5＝0.0024
＝1°5′ ＝0°8′
如可从表中看到的，合缝线方法在切削刃高度上的平均偏差是0.086毫米，而根据本发明的方法，平均偏差是0.011毫米。这些值分别对应于1°5′和0°8′的角度偏差。换句话说，使用弹簧加载装置的精度比合缝线方法的精度高8倍多。
本发明的可行性修改
本发明不仅局限于附图中描述和图示的实施例。因此本发明还可应用于凹槽和弹簧加载装置的位置倒置的方案中。也就是说，安装在切削刀具包络面上的一个或多个装置与小孔23内表面上的凹槽。类似地，图4至4c中所示的沟槽与凹坑的其它组合也是可能的，例如图4和图4b的组合。
尽管本发明是结合其优选实施例进行描述的，本领域技术人员将明白，在不脱离由附属权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行没有特别描述的各种增加、删除、修改和替换。
附图标记列表
1)切削刀具
3)轴
5)切削刀片
7)切削刃
9)切削刀具的前端
11)切削刀具的后端
13)平面
15)刀具夹持装置
17)夹持螺栓
19)纵向切口
21)“U”形凹槽
23)小孔
25)杆上的合缝线
27)刀架前面的合缝线
30)弹簧加载装置
31)卷簧
33)球或圆柱体
35)带螺纹的壳体
37)壳体上端
43)沟槽
45)带内螺纹的孔
47)套管
49)接头
51)圆柱形弹性盖
53)刀架前面
55)刀架后面
57)刀架侧表面
59)切口上方的刀架上部
61)切口下方的刀架底部
63)刀架上表面
65)螺栓
67)测微仪
Claims (10)
1.一种切削刀具系统，包括一切削刀具(1)和一刀具夹持装置(15)，其中该切削刀具(1)在前端(9)包括至少一个切削刃(7)，在上述前端后部包括一轴部(3)，其中该刀具夹持装置包括一具有小孔(23)的刀架，该轴部(3)将在刀具夹持装置(15)的小孔(23)中夹持到位，上述轴和上述小孔具有中心线(CL1，CL2)，其特征在于，以这样一种方式将至少一个弹簧加载装置(30)安装在刀具夹持装置(15)或切削刀具的轴部(3)的包络面中的其中一个上，使它能够与另一个上的一个或多个凹槽(29)相互作用，从而通过突然提高从一所需位置移动切削刀具所需的力，而在夹持之前提供该所需位置的指示。
2.根据权利要求1所述的切削刀具系统，其特征在于，切削刀具的该轴部基本上是圆柱形，该凹槽包括一沿轴部(3)包络面或小孔(23)内表面的整个长度或部分长度延伸的沟槽(21)，上述沟槽平行于轴部或刀具夹持装置的中心线(CL)。
3.根据权利要求1所述的切削刀具系统，其特征在于，切削刀具(1)的该轴部(3)基本上是圆柱形，该凹槽(21)包括一个或多个沿切削刀具轴部包络面或小孔(23)内表面的整个长度或部分长度成一条线延伸的凹坑，上述凹坑线平行于轴部或刀具夹持装置(15)的中心线(CL)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的切削系统，其特征在于，切削刀具的轴部(3)基本上是圆柱形，该凹槽(21)包括至少一个沟槽，该至少一个沟槽环绕该轴包络面的全部或部分圆周延伸且平行于一与轴部或小孔(23)内表面的中心线(CL)成直角的平面，这些沟槽以例如10毫米的固定间距间隔开。
5.根据权利要求1所述的切削刀具系统，其特征在于，切削刀具(1)的轴部(3)基本上是棱柱形截面，该凹槽(21)包括至少一个沟槽，该至少一个沟槽沿轴部包络面的其中一个棱柱形表面的全部宽度或部分宽度延伸，且平行于一与轴部的中心线成直角的平面，或者上述沟槽/多个沟槽位于小孔(23)的内表面上，这些沟槽以例如10毫米的固定间距间隔开。
6.根据权利要求1所述的切削刀具系统，其特征在于，弹簧加载装置(30)在一端包括一个由该弹簧压缩到截面基本上为“U”形的凹槽(21)中的球或圆柱体(33)，上述弹簧是一由杨氏模量远低于钢的材料，如橡胶制成的卷簧(31)或盖(51)的形式。
7.根据权利要求1所述的切削刀具系统，其特征在于，凹槽(21)可以是一倒置的锥形或沟槽的形式并且对称，凹槽的尺寸及其侧面的角度选择成使得当球或圆柱体(33)对称地座靠在凹槽中时，与小孔(23)的中心线平行的球或圆柱体的中心线到凹槽顶点之间的距离大于到上述中心线与一代表切削刀具或小孔(23)的圆周的延伸部的弧形的交会点之间的距离。
8.根据权利要求7所述的切削刀具系统，其特征在于，凹槽的顶角在35-85度之间，优选地是55-65度之间，推荐值为约60度。
9.一种切削刀具(1)，在前端(9)包括至少一个切削刃(7)，在上述前端后部包括一轴部(3)，该轴部(3)将在刀具夹持装置(15)的小孔(23)中夹持到位，上述轴和上述小孔具有中心线(CL1，CL2)，其特征在于，在切削刀具的包络面上设有至少一个凹槽(29)，用于接收一弹簧加载装置(30)，当刀具处于一所需位置时，该弹簧加载装置通过突然提高从上述位置移动切削刀具所需的力而提供刀具位置的指示。
10.一种刀具夹持装置，包括一具有一小孔(23)的刀架，一切削刀具的轴部可在该小孔(23)中夹持到位，上述小孔具有中心线(CL2)，其特征在于，以这样一种方式将至少一个弹簧加载装置(30)安装在刀具夹持装置(15)上，使它能够与切削刀具上的一个或多个凹槽(29)相互作用，从而当刀具处于一所需位置时，通过突然提高从上述位置移动切削刀具所需的力而提供刀具位置的指示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SANDVIK INTELLECTUAL PROPERTY STOCK CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SANDVIK AB Effective date: 20050923 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20050923 Address after: Sandviken Patentee after: Sandvik AB Address before: Sandviken Patentee before: Sandvik AB |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SANDVIK INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SANDVIK INTELLECTUAL PROPERTY STOCK CO., LTD. Effective date: 20051223 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20051223 Address after: Sandviken Patentee after: Sandvik Aktiebolag Address before: Sandviken Patentee before: Sandvik AB |
|
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20050202 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |