CN1484563A - 分度头铣削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多边形基本形状的分度头铣削刀片(13)，其包括四个周边侧，一方面，这些周边侧在两个锐角角落(15)处彼此成对相交，另一方面，在两个钝角角落(16)处彼此成对相交。在刀片顶侧上的切削面(17)和沿周边侧的侧表面(18)之间，形成切削刃(19)，这些切削刃中的每一个均包括一个主刀刃部分(20)，以及一个与一锐角角落(15)相连形成的圆形副刀刃部分(21)。本发明的特征在于：各个主刀刃部分(20)略微形成弧形弯曲以及至少一个连接面(4)形成在刀片的底侧的结合，所述至少一个连接面包括多个平行脊，其中，这些平行脊由具有横截面为锥形的槽分隔，所述至少一个连接面用于与带有刀片的铣削头中的切削槽相邻的相似连接面相配合。

Description

分度头铣削刀片
技术领域
本发明涉及一种具有多边形基本形状以及大致可靠切削几何形状的分度头铣削刀片，其包括一个顶侧，一个底侧以及四个周边侧，在两个锐角角落以及两个钝角角落处与第二对相对侧面相交的第一对相对的侧面，以及两个切削刃，这两个切削刃形成在刀片顶侧上的切屑面和沿周边侧的侧表面之间，这些切削刃中的每一个均包括一个主刀刃部分，以及一个与一锐角角落相连形成的圆形副刀刃部分，所述副刀刃部分在主刀刃部分的伸出部分中延伸。
背景技术
以上提到类型的刀片用于镂铣机的铣削工具，通常为了在工件中形成由较薄壁限定的腔或室。为了对铝进行加工以便确保减轻在飞机结构中使用的框架部件的重量，应特别及经常使用这种铣削工具。在这些情况下，对于铣削工具及其刀片存在许多不同的要求，其中最主要的是切屑的高去除能力以及限定槽的壁应具有适当的表面结构。
以前已知的用于镂铣刀具的刀片形成有平面状底侧以及平面状支承侧表面，因此，通过将各个刀片的底侧压靠在刀片基座中的平面底部，同时使一个或多个支承侧表面压靠在所述座中的支承侧壁上，将刀片固定在附属刀片基座中。这类刀片只要通过以适当的转动速度转动刀具而以适当的切削速度工作，它们便能在最佳情况下会形成可接受的表面光洁度。但是，在上述技术领域中，所作出的改进集中在更加快速进行切削操作的方向。因此，在对铝材的铣削中，如今已经可以以大约10000m/min或更快的切削或圆周速度进行加工，所以，铣刀的转动速度可以超过25000rpm。在这种条件下，已证明难以在限定铣削槽的壁上获得理想的表面。这些困难的起因在于刀片存在从其所处位置移动的趋势；一些情况本身会导致工作刀刃、更确切地说是其主刀刃不能保持其预计的理论位置。换句话说，各个刀片将会以不可控制的方式相对于附属铣削头移动。因此，会以不同的方式在由刀片的主刀刃部分加工的表面上呈现出不规则的结构。在某些情况下，会形成彼此呈一定角度延伸的平面状条纹或带状部分表面(以剖面观察，所述表面呈锯齿形状或呈现其它方面的不规则结构)。在另一些情况下，所述不规则结构可以是剖面为凸起弧形的较长狭窄部分表面，这些表面由细的向内的凹槽结构分隔。所述凹槽结构在壁材上会形成裂纹。
本发明的目的和特点
本发明的目的在于克服上述缺点并提供一种前面提到类型的改进的铣削刀片。因此，本发明的一个主要目的在于提供一种刀片，通过该刀片可以以可控制的精确方式确定由刀片的主刀刃部分加工的材料表面的形状。另一个目的在于这样一种铣削刀片，其与附属铣削头相配合，能够形成与铣削室或腔相连的薄壁和所谓底部，同时能保持快速铣削操作以及优良的制造公差。因此，即使在铣削头以高转速(例如25000r/min或更高速度)运转时，所述刀片也应能可靠地保持其外形轮廓和精确的定位。本发明的另一个目的在于提供这样的铣削刀片，其能够以动态稳定、可控制的方式进入并离开工件的材料，并且可将其用于所谓修正斜面。本发明的另一个目的在于提供一种能够以低能耗(即高效率)铣削材料的刀片。另外，刀片应能够有效地加工具有较低弹性模量的材料，例如铝这样的材料或类似物。
根据本发明，通过在权利要求1特征部分给出的特征至少可实现本发明的主要目的。另外，在从属权利要求中限定了本发明的最佳实施例。
本发明是以各个特征的独特组合为基础的，其中，每一个特征(即，一方面包括切削刃，弧形主刀刃部分；另一方面包括，形成在刀片底侧上的锯齿形连接面)以前在切屑去除加工的领域中均是已知的。由于切削刃的主刀刃部分(其能够实现主要的切屑去除工作)是弧形的，因此，可使刀片本身以及铣削头中的各个刀片基座具有明显可靠的外形轮廓。同时，设有脊且形成在刀片底侧上的连接面与铣削头的一个相应连接面相配合能够确保刀片稳定、精确地固定在理想的位置处。其意味着之间延伸有切削刃的弧形主刀刃部分的两个端点可位于边界分明的径向位置处并且可以长时间保持这些径向位置。
现有技术的进一步说明
US6 102 630披露了一种铣削刀片，这种刀片在其底侧上具有一个脊状连接面，该连接面用于与工具上的一个类似连接面配合。但是，在这种情况下，刀片的主刀刃部分是直线状的。
附图的简要说明
在附图中：
图1为一种铣削工具的透视图，根据本发明，该铣削工具包括一个铣削头以及一个包括在其中的刀片，
图2为放大局部剖面端视图，其从铣削头的一端显示了刀片，
图3为铣削工具的侧视图，如图所示，该铣削工具在工件中与一个铣削室相关，
图4为透视图，其显示了从上方以及从一个短端倾斜所示的本发明的刀片，
图5为透视图，其显示了从一个较长侧面所示的该刀片，
图6为从该刀片下方所示的平面视图，
图7为刀片的侧视图，
图8为从该刀片上方所示的平面图，
图9为通过所示刀片以及一个紧固螺钉的剖面图，
图10为刀片的端视图，
图11为示意性平面图，其中，利用放大的弧形形状说明了包括在刀片中的两个主刀刃部分，
图12为以非常大的比例示出的剖面图，其显示了刀片的脊状连接表面的最佳设计。
对本发明最佳实施例的详细说明
图1显示了一种铣削工具，其形式为具有转动对称基本形状的工作头1，在其包络面中形成两个切削槽2。在所述一个切削槽中，安装有一个本发明的刀片3。在图2中，可以看到在底侧上的刀片3具有至少一个连接面4，该连接面包括多个平行脊，这些脊由多个槽分隔且具有横截面为锥形的形状。所述连接面用于与一个相似的脊状连接面5配合，该连接面5在切削槽2中形成一个刀片基座。
在图3中，铣削工具如图所示，与一个工件相关，在该工件中，已铣削出一个腔或室6，该腔或室6由多个侧壁7和一块所谓底部9限定。侧壁7的内表面标号为9，而底部8的上表面标号为10。
现应指出的是，由于在固定状态下的刀片3具有相当大的轴向角和径向角，因此工具的形状是明显可靠的。所述轴向角和径向角由刀片基座或连接面5相对于铣削头的转动轴线的角度限定。在该最佳实施例中，接触面5的轴向角度在10-15°的范围内，而径向角度可以在10-25°的范围内。
参见图4-12，这些附图详细说明了本发明刀片的结构。刀片具有多边形基本形状以及一个通常由标号11标出的顶侧，一个底侧12，以及四个周边侧13，14。在所述周边侧中，一对第一相对侧13一方面在两个角落15处，另一方面，与两个钝角角落16处与第二对相对侧14相交。沿周边侧，在刀片顶侧的切削面17和侧表面18之间形成通常由标号19标出的切削刃。这些切削刃在下面被称为主切削刃。每个主切削刃19均包括一个主刀刃部分20以及一个副刀刃部分21，其具有明显的圆形、例如局部环形形状，且与一锐角角落15相连形成。主刀刃部分20从第一或前端点22延伸至一后端点23。圆形副刀刃部分21在主刀刃部分20的伸出部分延伸，更准确地说是从点22延伸至点24。
在所示的最佳实施例中，刀片具有平行四边形基本形状，因此，两个主刀刃部分20沿刀片的较长侧13延伸。在图6和8中，如图所示，将刀片插入一个具有第一坐标轴或x-轴以及第二坐标轴或y-轴的假想坐标系中。刀片的形状是相对于所述两个坐标轴对称的。
在图6中可以看到，在该最佳实施例中的刀片具有两个连接面4，这两个连接面位于刀片中的一个中央通孔25的两侧。所述两个连接面4中的每一个连接面均包括多个由槽隔开的脊，这些脊相互平行(下面结合图12将对连接面4作进一步的说明)。所述脊和槽平行于X-轴线。使两个连接面与所述孔隔离，即从该处以一定间距结束。
各个主刀刃部分20相对于x-轴大致倾斜延伸，以使前端点22距x-轴的距离大于后端点23距x-轴的距离。在各个主刀刃部分20和x-轴之间的倾斜角度α(参见图8)应在0.5-3°的范围内，最好在0.5-2°的范围内。在该例子中，角度α为1.8°。
根据本发明的特征，切削刃19的主刀刃部分20为弧形。该弧形是通过以略微显出的凸形曲率形成与主刀刃部分20相连的部分侧表面18而获得的。但是，所述曲率较小，以致在图4～10中无法用肉眼看到主刀刃部分20的弧形形状。因此，在图11中，利用放大弧形形状示意性地显示了主刀刃部分。理论上，形成主刀刃部分20的弧线具有椭圆形基本形状，因此，椭圆弧的弦K在上述端点22，23之间延伸。根据本发明，弧的高度应在弦K的长度LK的0.05～1％的范围内。在一具体实施例中，弦的长度为20mm，因此，弧的高度B为0.02mm(＝0.1％)。
在图7中，由点划线显示了一个中性平面N，其平行于由包含在连接面4中的脊的顶点或顶面表示的刀片的底侧。
参见图4和5，在这些图中可以看到：切削刃19以及切削面17形成于相对于谷槽状表面26被加工出埋头孔的部分的边界状周边材料部分上。所述谷槽表面为平面且平行于中性平面N。在谷槽表面的中央形成一个升高材料部分27。在该实施例中，在刀片形成有一个中央孔25的情况下，升高材料部分27呈环圈状，其中，可以以埋头孔和保护状态安装一个固定螺钉29的头部28(参见图9)。因此，如图9所示，当紧固螺钉时，使螺钉头28的顶部位于低于环圈27的环绕平面顶部表面30的水平位置。侧表面31从环圈的平面状顶侧30朝谷槽表面26向下/向外延伸。环状所述侧表面在实际中用作由各个工作的切削刃19分离出的碎屑的断屑器。在刀片具有平行四边形基本形状的所示实施例中，环圈27具有长椭圆形并且大致以刀片的钝角角落1 6之间的方向对角延伸(也可参见图8)。
如另外可在图4和5中看到的那样，各个侧表面18从切削刃19向下延伸至一个由标号32标出的台肩，该台肩限定了在其自身的侧表面下方的狭窄的底座面33。所述底座面33的面积最好大于侧表面18。换句话说，侧表面比较狭窄。因此，可以以简单、有效的方式磨削侧表面，因此，狭窄的底座面为以理想形状加工侧表面和切削刃提供了较大的自由度。下面，将对在这一方面的一个特定程度的自由度加以说明。
如以前已指出的那样，刀片在装配状态下具有一个明显的轴向角(在10-15°的范围内)。通过以具有一定弧高B的椭圆弧状形成主刀刃部分20，可使刀片理论上在限定了铣削室6的壁7(参见图3)上形成一个完全平坦且光滑的内表面9。但是，在实际铣削期间，可能产生偏离切削刃的运动理论路径的偏差。为了避免加工面9的缺陷(例如呈凸形弯曲表面部分以及向内开孔的形式)，产生槽形结构的裂纹，可以以一定的弧形高度形成主刀刃部分20，该弧形高度略大于形成完全平面状表面9的理论弧形高度。在以此方式使主刀刃部分20具有加大的弧形高度的情况下，该主刀刃部分20将会在从壁7向外的顶点9”之间产生凹入弧形部分表面9’。在图3中，以放大比例显示了所述凹入弧形部分表面9’。具有这种非常浅地标示出的凹处的加工表面优于具有凸状弧形部分表面的加工表面。特别是在飞机工业中，在通过在实心工件中铣削出腔或槽制造铝制支承件的情况下，图3所示类型的局部凹入表面是理想的。
如以前所提到的那样，两个切削刃19形成了主切削刃。在所述主切削刃之间以及附属切削面17之间，在环绕谷槽表面26的类似边界的材料部分上加工出埋头孔。更确切地说，相对于切削面17，在与两个辅助切削刃35相连的辅助切削面34上加工出埋头孔。
最好但不是必须地锋利磨削各个主切削刃19，更确切地说，对切削面17以及侧表面18进行锋利地磨削。在这里，应指出的是：各个切削面17整体为平面并且相对于中性平面N沿两个不同的方向倾斜。因此，在第一大致轴向方向，由于与副刀刃部分21相邻的切削面17的前部距中性平面N的距离大于切削面17的后部距中性平面N的距离，因而，切削面17是倾斜的。所述轴向倾斜角在图7中由β表示。角β可以在1～10°的范围内，最好在3～5°的范围内，并且在本实施例中为4°。
沿第二大致径向方向，由于中性平面和最靠近X-轴的端部(点24)之间的距离小于中性平面和切削面其它部分之间的距离，因此，切削面17是倾斜的。该倾斜角由σ表示。角σ可以在2～15°的范围内，最好在8～12°的范围内。在本实施例中，为10°。
应指出的是：主切削面17以及辅助切削面34在内部变换为一个过渡面34，该过渡面朝谷槽表面26向下/向内倾斜延伸。所述过渡面36最好是凹形弯曲的。无论主切削刃19是否被锋利磨削，如果希望，辅助切削刃35均可以保持不磨削。但是，可以仅磨削辅助切削刃，更确切地说，仅磨削侧表面37。切削面34最好采用凹入弧形形状，该形状直接由压模形成。
侧表面18的间隙角度Ω(参见图10)优选在15～30°的范围内，最好在20～25°的范围内。在本实施例中，间隙角度Ω为25°度。因此，如果角度σ为10°，那么与主刀刃部分19相邻的表面17，18之间的锐角为55°。换句话说，刀片具有非常可靠的切削结构。
参见图9，10和12，这些附图进一步说明了连接表面4，5的特征。位于刀片底侧上的两个分离的连接面中的每一个连接面均包括多个长而狭窄的相互平行的脊38，这些脊由槽39分隔开。各个脊均具有横截面为锥形的形状。更确切地说，各个脊均由一个顶部表面40(参见图12)以及两个侧表面41限定，所述侧表面彼此以60°的角度倾斜。以类似的方式，在铣削头中形成的连接面5包括多个平行脊42，这些脊由槽43分隔开并且由顶部表面44以及侧表面45限定。在这里，应指出的是：刀片3(其可以由常用的硬质合金或类似材料制成)中的材料通常远硬于铣削头(其可以钢，铝或类似材料制成)中的材料。此处应提出的是：也可以将刀片安装在具有脊状连接面的中间垫片上。
在图12中所示的连接面4和5的最佳实施例中，具有凸形弧形形状的表面部分46形成在脊38的侧表面41上，这些部分能够确保相应脊的配合侧面之间的良好限定的接触点。在实际中，所述弧形表面部分是非常小的。因此，弧高度可达到在所述表面的限制边缘之间的假想弦长度的0.5～5％，因此，以绝对测量结果表示的弧高度可以在0.0015～0.015mm的范围内变化。
在本申请人同时申请的名称为“Verktyg samt skrkropp forSp navskiljande bearbentning”的瑞典专利申请中详细描述了图12的连接面4，5的最佳实施例。因此，该平行专利申请的内容可在本申请中参考使用。
下面，就尺寸和角度而言，一个具体实施例可采纳本发明的铣削刀片。所述刀片的长度L(参见图8)可以为30mm，宽度W可以为16mm，因此，厚度T(参见图10)可以为5mm。在刀片的每一个锐角角落的各个副刀刃部分21的半径R为5mm。在这种情况下，各个辅助切削刃35(其为直线状)与Y-轴之间的倾斜角度τ为28°。如上所述，角度α为1.8°，角度β为4°，角度σ为10°，其角度Ω为25°度。中央转动对称形状的孔25沿从刀片的顶部侧朝底部侧的方向逐渐减小。孔的最大直径D1为8mm，而最小直径D2为5.7mm。在紧固时，使螺钉头28的锥形表面压靠在孔中的凸形弧形对接面47上。
本发明的铣削刀片的优点
本发明的铣削刀片的具体优点在于：实际切削刃的主刀刃部分因其弧形形状而能够确保形成理想的表面(完全平面或具有图3的凹入部分表面)，同时由脊形成的连接面与铣削头的一个对应连接表面相配合能够确保主刀刃部分相对于铣削头的中心线或转动轴线的精确、良好限定的定位。由于通过连接面4，5获得的刀片的非弹性固定，因此，不仅最初就可以非常精确地确定主刀刃部分的两个相对端部22，23之间的径向距离，而且在操作期间还可以使该距离保持恒定。另一个具体优点在于：不仅由刀片自身的切削结构而且由可靠的工具结构(即，通过沿轴向以及沿径向使刀片基座倾斜)获得的明显可靠的结构意味着刀片以及铣削工具的切屑去除能力非常高，同时与铣削结合便能直接获得加工表面的理想结构。换句话说，无需对铣削表面进行后处理。在这里，应指出的是：实际切削刃的圆形副刀刃部分以传统的方式便能在铣削室底部形成平面10。另一个具体优点为：刀片易于设有非常锋利的切削刃，更确切地说，仅通过磨削固定在相应的切削刃上的切削表面和间隙表面即可。因此，在侧表面下方的狭窄的底座表面能够确保可以快速、容易且以最小的能量消耗实现磨削操作。还需提到的是通过边缘作用相互结合的配合连接面能够确保以非常可靠的方式使刀片固定在铣削头的刀片基座中。换句话说，即使施加了在以非常高的转动速度(例如10000r/min或更大)驱动铣削头时可能产生的离心力，刀片仍将保持固定就位。
对本发明的可行性改进
本发明不应完全局限于上面所述以及附图所示的实施例。因此，例如可以磨削或以另一种方式形成加强斜切表面，以及两个切削刃。另外，可以研磨与切削刃相邻的切削面。除了那些设有用于固定螺钉的孔的刀片以外，本发明还适用于其它的刀片。例如，可通过夹紧装置固定刀片。在这种情况下，刀片的谷槽表面上的增高材料部分可形成有一个埋头孔或座，其形状应适于夹紧凸起部的形状，虽然在刀片的连接面中具有凹入弧形侧面的脊是理想的，但是也可以形成传统类型的具有平面状侧面的脊。另外，代替平行四边形，刀片可采用菱形形状。虽然上面已经描述了以上本发明的刀片均用于加工如铝这样的软材料，但是所述刀片还可以与附带的铣削刀具一起，用于加工其它适当的金属材料，如钢，钛等。

Claims (19)

1.具有多边形基本形状以及大致可靠切削形状的分度头铣削刀片，其包括一个顶侧(11)，一个底侧(12)以及四个周边侧(13，14)，在两个锐角角落(15)以及两个钝角角落(16)处与第二对相对侧面(14)相交的第一对相对侧面(13)，以及两个材料切削刃(19)，这两个材料切削刃形成在刀片顶侧上的切削面(17)和沿周边侧的侧表面(18)之间，这些切削刃中的每一个均包括一个主刀刃部分(20)，以及一个与一锐角角落(15)相连形成的圆形副刀刃部分(21)，所述副刀刃部分在主刀刃部分(20)的伸出部分中延伸，其特征在于：各个主刀刃部分(20)至少部分形成弧形以及在所述底侧(12)、至少一个连接面(4)包括多个平行脊(38)的结合，其中，所述平行脊由横截面为锥形的槽(39)分隔，所述至少一个连接面(4)用于与一个相似的连接面(5)相配合，所述连接面(5)与带有刀片的铣削头(1)中的一个切削槽(2)相连。
2.根据权利要求1所述的铣削刀片，其特征在于：所述主刀刃部分(20)的弧高(B)为假想弦(K)的长度(LK)的0.05～1％，所述假想弦在主刀刃部分的相对端(22，23)之间延伸。
3.根据权利要求1或2所述的铣削刀片，刀片的形状相对于假想坐标系统中的两根坐标轴，即第一坐标轴或X-轴以及第二坐标轴或Y-轴对称，其中，所述第一坐标轴或X-轴平行于所述连接面(4)中的脊(38)以及槽(39)延伸并位于两个主刀刃部分之间的中途，所述第二坐标轴或Y-轴朝X-轴垂直延伸且位于刀片的锐角角落(15)之间的中途，其特征在于：由于最靠近副刀刃部分(21)的主刀刃部分(20)的前端(22)距X-轴的距离大于其后端(23)距X-轴的距离，因此，各个主刀刃部分(20)相对于X-轴倾斜延伸。
4.根据权利要求3所述的铣削刀片，其特征在于：在主刀刃部分(20)和X-轴之间的倾斜角度(α)在0.5-3°的范围内，最好为1.5-2°。
5.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：其具有平行四边形基本形状，因此，弧形主刀刃部分(20)沿刀片的较长侧(13)延伸。
6.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：通过磨削连接的切削面和侧表面(17，18)，将各个切削刃(19)磨削锋利。
7.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：与各个切削刃(19)相邻的切削面(17)整体为平面状。
8.根据权利要求7所述的铣削刀片，其特征在于：平面状切削面(17)沿相对于与刀片的底侧(17)平行的中性平面(N)的第一方向倾斜，以便与副刀刃部分(21)相邻的切削面的前部距中性平面的距离大于其后端距中性平面的距离。
9.根据权利要求8所述的铣削刀片，其特征在于：相对于中性平面(N)的切削面(17)的倾斜角度(β)在1-10°的范围内，最好为3-5°。
10.根据权利要求7～9中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：平面状切削面(17)沿相对于中性平面(N)的第二方向倾斜，以便中性平面与最靠近X-轴的切削面端部之间的距离小于中性平面与切削面其它部分之间的距离。
11.根据权利要求10所述的铣削刀片，其特征在于：在相对于中性平面(N)的第二方向上的切削面(17)的倾斜角度(σ)在2～15°的范围内，最好为8～12°。
12.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：侧表面(18)从切削刃(19)延伸至限定了一个狭窄底座表面(33)的台肩(32)。
13.根据权利要求12所述的铣削刀片，其特征在于：侧表面(18)的面积小于底座表面(33)的面积。
14.根据权利要求5～13中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：所述两个切削刃(19)形成在相对于谷槽表面(26)被加工出埋头孔的部分的刀片顶侧上的边界状周边材料部分上。
15.根据权利要求14所述的铣削刀片，其特征在于：升高材料部分(27)形成在谷槽表面(26)的中央。
16.根据权利要求15所述的铣削刀片，其中，刀片具有一个中央孔(25)，其特征在于：所述升高材料部分(27)由一个绕孔(25)形成的环圈(27)构成，在其中可以以埋头和保护状态安装一个螺钉头(28)。
17.根据权利要求5和16中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：环圈(27)具有椭圆形状并且实质上沿刀片的钝角角落(16)之间的方向对角延伸。
18.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：在刀片的一个中央孔(25)的两侧，更确切地说彼此隔离并且离开所述孔，形成两个设有脊的连接面(4)。
19.根据在前权利要求中任意一项所述的铣削刀片，其特征在于：所述主刀刃部分(20)的弧高(B)大于主刀刃部分形成一个平面所需的假想名义弧高，因此，加大的弧高能够确保主刀刃部分形成一个凹入的弧形表面。
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