CN1550278A - 硬质合金拉刀和拉床 - Google Patents

Abstract

一种拉刀，具有硬质合金材料的主体。在主体上整体形成有前控制部分、其后面的在其外圆周中装有多个导向器部分的圆柱形部分、圆柱形部分的端部后面的具有多个切削刃的拉刀切削刃部分、以及拉刀切削刃部分后面的具有达到使得拉刀不会妨碍待处理工件的这样一种程度的最大外圆周尺寸的圆柱形延伸部分。在圆柱形延伸部分的端表面，形成有负载接收台肩，所述负载接收台肩通向包括小直径部分的后控制部分，并且负载接收台肩垂直于拉刀轴或相对于拉刀轴倾斜。负载接收台肩具有用以承受切削负载的充足面积。在负载接收表面抵靠在拉刀的负载接收台肩上的情况下，拉床夹紧后控制部分。甚至在具有小直径的情况下，拉刀也不会有前控制部分的不足抗拉强度的问题。

Description

硬质合金拉刀和拉床

技术领域

本发明涉及用于花键孔、方孔、键槽、圆孔等的扩孔的推进式或压缩负载式的硬质合金拉刀和拉床。

背景技术

硬质合金内拉刀具有由硬质合金材料制成的切削刃，并且用于在硬化处理之后加工具有45到65HRC(洛氏硬度C标度)的高硬度的材料。在该硬质合金拉刀中，当将控制部分和切削刃制成为一体时，控制部分是用对于拉伸或牵拉负载具有低公差的硬质合金材料制成的，因此存在控制部分断裂的问题。

考虑到这一点，JP-A-2002-137118在其附图1中提出了一种组合拉刀，其中中空圆柱形的切削刃部分由硬质合金材料制成，控制部分由合金钢制成。然而，在这种组合结构下，当拉刀是用于具有较小孔尺寸的工件的小直径类型时，穿过中空圆柱形元件的轴形部分的直径变小，所述轴形部分在构成前控制部分的元件之中具有切削刃，因此恐怕抗拉强度会不足。

另一方面，JP-A-10-058226披露了一种拉床，其中推进或压缩负载(而不是牵拉或拉伸负载)被施加于拉刀上以执行切削。如从该公开文献的图5中看出的，该拉刀具有后控制部分(末端部分25)，所述后控制部分包括拉刀的切削刃之后的小直径部分。所述拉床的拉刀夹紧部分(存储体24)夹紧该后控制部分(末端部分25)，并且拉刀夹紧部分(存储体24)与拉刀被固定使其不能移动。工件被支撑在可竖直移动的工作台上。当使得工作台沿向上方向移动时，工件的待加工的孔被压在拉刀上以执行推进或压缩拉削。

然而，即使在这种结构下，当拉刀具有小直径时，拉刀也会遭遇与上述组合拉刀相似的问题。更具体地，在小直径拉刀中，由拉刀夹紧部分(存储体24)夹紧的包括小直径部分的后控制部分的轴直径较小，因此存在这样的可能性，即，在拉削期间克服压缩负载的强度将不足。

发明内容

本发明具有这样一个目的，即解决上述传统问题，并且提供一种硬质合金拉刀，即使在所述硬质合金拉刀具有小直径时，它也具有用以克服拉削期间被施加的切削负载的足够强度。

本发明的另一个目的是提供一种适合于使用上述硬质合金拉刀的拉床。

本发明所涉及的硬质合金拉刀包括具有多个拉刀切削刃的切削刃部分以及牢固地与切削刃部分的纵向相对端相连接的前后控制(夹紧)部分，所述拉刀切削刃由硬质合金材料制成并且沿拉刀的轴向布置。所述拉刀的特征在于，其外圆周大于后控制部分的外圆周的一部分被设在切削刃部分与后控制部分之间，并且负载接收台肩被形成在大外圆周部分的后控制部分侧上的端表面上。大外圆周部分具有达到使得拉刀不会妨碍工件这样一种程度的最大外圆周尺寸，使得负载接收台肩具有用于接收沿轴向作用在所述拉刀上的切削负载的面积。

如上所述构成的拉刀适合于用在包括负载接收表面的拉床中，所述负载接收表面用于与负载接收台肩相啮合以使得工件或拉刀以将推进或压缩负载施加于这些表面上的方式移动以便于执行切削。在这种情况下，与其中前控制部分被牵拉或后控制部分被推进的传统拉削不同，大负载不会作用在这些控制部分上。因此，甚至当控制部分是用硬质合金材料制成并且具有小直径时控制部分也不会断裂。此外，拉刀的负载接收台肩具有几乎等于切削刃部分的大面积，因此不会遭受由于切削负载所导致的塑性变形。负载接收台肩形成于其上的部分具有达到使得该部分不会妨碍工件这样一种程度的最大外圆周尺寸。因此，甚至当负载接收台肩抵靠在拉床的负载接收表面上，工件也不会妨碍拉床的负载接收表面，直到拉刀切削刃部分的最后的切削刃穿过工件。

负载接收台肩被设在其上的部分最好是从切削刃部分处延伸的柱状延伸部分，并且负载接收台肩最好垂直于拉刀轴或相对于拉刀轴倾斜。以环形形成负载接收台肩可确保最大面积。垂直于拉刀轴或相对于拉刀轴倾斜的负载接收台肩易于形成并适合于接收负载。

前控制部分和/或后控制部分最好独立于切削刃部分用硬质合金材料或合金钢制成。在这种情况下，通过冷缩配合、粘接和螺丝配合中的一种将独立形成的前控制部分固定于切削刃部分的前端，以及将独立形成的后控制部分固定于负载接收台肩。

或者，只是后控制部分独立于切削刃部分用硬质合金材料或合金钢制成，而可将大外圆周部分与后控制部分整体形成。

或者，可用合金钢整体制成后控制部分、大外圆周部分、前控制部分、以及大外圆周部分与前控制部分之间的小直径杆状轴部分。在这种情况中，切削刃部分最好由中空圆柱体或多个环状体构成，并且被装配并固定于小直径杆状轴部分上。

因此以独立于拉刀主体的方式用易于加工的便宜材料(诸如合金钢)制成前控制部分和/或后控制部分可显著地减小硬质合金拉刀的成本。

大外圆周部分沿垂直于拉刀轴的方向最好具有最大尺寸，所述最大尺寸几乎等于切削刃部分中相邻切削刃之间的刃槽的外径。在这种结构下，负载接收台肩可具有达到这样一种程度的最大面积，即所述台肩可穿过工件中待加工的内径部分，并且不会遭受由于切削负载所导致的塑性变形。

硬质合金拉刀可用于在40m/min到100m/min的高速下切削在硬化处理之后具有45到65HRC(洛氏硬度C标度)的硬度的工件。

如上所述的，在本发明的硬质合金拉刀中，加工所导致的轴向负载通过负载接收台肩被拉床的负载接收部分接收，并且与传统拉刀不同，前控制部分或后控制部分不会经受拉伸负载。因此，在加工期间施加于拉刀上的预加负载不会大大改变，不会再产生加工振动的问题，并且刃尖不会受到被削下的损害。因此，使用本发明的拉刀可在40m/min到100m/min的高速下有效地执行令人满意的加工。

本发明另一个方面所涉及的拉床具有用于夹持拉刀的后控制部分和前控制部分以控制所述拉刀的上部和下部拉刀接收头以及用于支撑工件的工件台。该拉床的特征在于，上部拉刀接收头和工件台中的至少一个是可移动的以便于将工件压在拉刀的切削刃部分上并且执行拉削，并且用于抵靠在拉刀的后控制部分与切削刃部分之间的负载接收台肩上的负载接收表面被设在上部拉刀接收头上。当拉刀被上部和下部拉刀接收头夹住时，负载接收表面通过拉刀的负载接收台肩承受加工期间作用在拉刀上的轴向负载。

在这种结构下，拉床切削工件，同时向拉刀施加推进或压缩负载(而不是牵拉或拉伸负载)。此时，作用在拉刀上的轴向负载不是通过前控制部分和后控制部分被承受而是通过独立设置在拉刀上的大面积负载接收台肩被承受。使用该拉床，甚至在其中孔尺寸或工件的待处理表面的尺寸较小的拉削并且相应地使用小直径拉刀的情况中，拉刀的控制部分也不会受到大负载并且不会变得强度不足。

从以下结合附图所作出的本发明实施例的详细描述中，将更明白本发明的其他目的、特征和优点。

附图说明

图1a和图1b示出了本发明一个实施例所涉及的整体型硬质合金拉刀，其中图1a是示意性顶部平面图，图1b是示意性侧视图；

图1c是示出了本发明另一个实施例所涉及的组合型硬质合金拉刀的示意性侧视图；

图2a和图2b分别是示出了图1的拉刀的两种变体的局部截面侧视图；以及

图3是示出了本发明另一个方面的实施例所涉及的拉床的示意性前视图，其中局部地切掉了拉床。

具体实施方式

图1a和图1b示出了本发明第一实施例所涉及的硬质合金拉刀。该拉刀具有由硬质合金材料构成的细长主体1。在主体1上，沿其纵向或轴向整体形成有前控制部分5、前控制部分5后面的圆柱形部分34、圆柱形部分的端部35后面的拉刀切削刃部分36、拉刀切削刃部分36后面的圆柱形延伸部分12以及圆柱形延伸部分12后面的后控制部分11。

圆柱形部分34在其外圆周中形成有多个导向器部分33。拉刀切削刃部分36装有多个切削刃2。圆柱形延伸部分12具有达到这样一种程度的最大外圆周尺寸，即，使得拉刀不会妨碍待处理的工件，并且圆柱形延伸部分12是其外圆周大于后控制部分的外圆周的部分。后控制部分11包括小直径部分。

负载接收台肩3被设在圆柱形延伸部分12的后控制部分11侧上的端部上。负载接收台肩3具有用以承受作用在拉刀上的切削负载的足够面积。负载接收台肩3是垂直于拉刀轴形成的。然而，负载接收台肩可相对于拉刀轴倾斜。更具体地，负载接收台肩可为图1b中所示的环形锥形面。

圆柱形部分34可采用在其外圆周中装有多个导向器部分33并且被联合地紧固于拉刀切削刃部分36的前端的形式。虽然在图1a、1b中示为圆孔拉刀，但是硬质合金拉刀可为方孔拉刀或键槽拉刀。此外，前控制部分5和后控制部分11可具有小直径部分、大直径部分或畸形部分。这可适用于下面将描述的实施例。

图1c示出了本发明第二实施例所涉及的硬质合金拉刀。该拉刀具有由合金钢制成的细长主体10。合金钢制成的细长主体10与前控制部分5、前控制部分5后面的小直径杆状轴部分6、小直径杆状轴部分6后面的圆柱形延伸部分12a以及后控制部分11整体形成。

在小直径杆状轴部分6上，装配有中空圆柱形部分7和中空圆柱形或环形组件8。中空圆柱形部分7具有形成于其外圆周中的多个导向器部分37。在组件8上装有多个硬质合金材料的切削刃。该组件可被分成为两部分或多部分。圆柱形延伸部分12a具有达到这样一种程度的最大外圆周部分，即，使得拉刀不会妨碍待处理的工件。在圆柱形延伸部分12a的组件8的一端上，形成有用于与组件的后端表面38紧密接触的竖直接收表面9。

另一方面，负载接收台肩3被设在圆柱形延伸部分12的后控制部分11侧上的端部上。负载接收台肩3具有用以承受作用在拉刀上的切削负载的充足面积。负载接收台肩3是垂直于拉刀轴形成的。然而，负载接收台肩可相对于拉刀轴倾斜。也就是说，在图1c中，负载接收台肩3可为环形锥形面。

用形成于主体10的小直径杆状轴部分6上的螺丝和与所述螺丝相接合的螺母4将中空圆柱形部分7和组件8固定于主体10。当螺母4被牢固地拧紧时，作为预负载，拉伸负载被施加于小直径杆状轴部分6上同时压缩负载被施加于组件8上。这样将硬质合金材料的组件8和合金钢的拉刀主体10结合在一起。或者，这可为这样的结构，即，在其外圆周中具有多个硬质合金材料的导向器部分37的中空圆柱形部分7被设置并联合地紧固于形成有多个硬质合金材料的切削刃2的切削刃部分36的前端。

在图1a、1b的实施例中，圆柱形延伸部分12的外圆周的外径d2基本等于沿轴向相邻的切削刃2之间所限定的刃槽40的外圆周的外径d1。同样地，在图1c的实施例中，圆柱形延伸部分12a的直径d4基本等于沿轴向相邻的切削刃2之间的刃槽41的外径d3。通过如此设定，每个实施例的负载接收台肩3可具有这样一个范围内的最大面积，即，工件的内径可从中穿过，并且不会遭受由于切削负载所导致的塑性变形。

图2a和2b示出了图1的硬质合金拉刀的两种变体。除了修改的部分之外，这些示例的组成元件可与第一实施例中的相似。相似的元件将用相同的附图标记来表示，并且将省略对其的描述。

在图2a的拉刀中，前控制部分51是用硬质合金材料或合金钢制成的并且通过整体形成在前端上的圆柱形部分34被附于拉刀切削刃部分36的前端。通过螺丝装配55的固定装置联合地固定前控制部分51。后控制部分52是用硬质合金材料或合金钢制成的并且通过螺丝装配56的固定装置被联合地固定于负载接收台肩3。

或者，只有前控制部分51和后控制部分52中的一个通过相似的螺丝装配装置被联合地固定。此外，使用如图2a中的点划线所示的冷缩配合或粘合剂61、62的固定装置联合地固定前控制部分51和/或后控制部分52。

在图2b的变体中，前控制部分51是用硬质合金材料或合金钢制成的并且使用冷缩配合或粘合剂57通过整体形成在前端上的圆柱形部分34将其联合地固定于拉刀切削刃部分36的前端。后控制部分54同样是用硬质合金材料或合金钢制成的并且通过冷缩配合或粘合剂58的固定装置将其联合地固定于圆柱形延伸部分12。负载接收台肩3被形成在使用冷缩配合或粘合剂58联合地固定的后控制部分54上。

或者，只有前控制部分53和后控制部分54中的一个通过相似的装置被联合地固定。此外，以与图2a的示例中相同的方式使用如图2b的点划线所示的螺丝配合59、60的固定装置联合地固定前控制部分53和/或后控制部分54。

此外，尽管图2a和2b是图1拉刀的变体，但是图2a或2b的固定装置可适用于图1c的后控制部分11和圆柱形延伸部分12a。

以这种方式，通过以独立于切削刃部分的方式用易于加工的便宜材料(诸如合金钢)制成前控制部分和/或后控制部分并且通过将它们联合地固定于切削刃部分，可显著地降低硬质合金拉刀的成本。

在使用图1和图2中所示的每个拉刀的拉削中，稍后将描述的拉床夹紧并保持前控制部分5(或51或53)和后控制部分11(或52或54)以确保拉刀的平直度。在这种状态下，拉床的负载接收台肩3进入到抵靠在拉床的负载接收部分22的负载接收表面15上的状态，并且拉刀的切削负载由该负载接收表面15承受以执行拉削。此时，甚至当工件的孔尺寸较小并且拉刀相应地具有小直径时，前控制部分5、杆状轴部分6(图1b的实施例)、以及后控制部分11都不会受到拉伸负载，因此不会断裂。

图3示出了本发明另一个方面的一个实施例所涉及的用于使用本发明的硬质合金拉刀的工件移动类型拉床。这里，将参照其中拉床被用在硬化处理之后具有相当于45到65HRC(洛氏硬度C标度)的高硬度的材料的拉削的情况描述该拉床。

用于加工的拉刀19与上述实施例或变体的拉刀相似。将使用相同的附图标记表示相应的部件，并且将省略对其的描述。

硬质合金拉刀19具有切削刃部分36(或8)、圆柱形延伸部分12(和12a)以及圆柱形延伸部分后面的包括小直径部分的后控制部分11。圆柱形延伸部分12(或12a)被设定得具有基本等于切削刃部分36(或8)的相邻切削刃2之间的刃槽40(或41)的外径d1(或d3)的外径d2(或d4)，并且圆柱形延伸部分12(或12a)具有这样一个范围内的最大外径，即，在所述范围内它不会妨碍工件17。拉刀19在圆柱形延伸部分12(或12a)一端上具有负载接收台肩3，所述负载接收台肩3延伸到后控制部分11。负载接收台肩3垂直于拉刀轴。

拉床具有上部负载接收头31，在上部负载接收头31上形成有包括负载接收表面15的负载接收部分22。在负载接收表面15抵靠在拉刀19的负载接收台肩3上的情况下，上部负载接收头31夹紧拉刀的后控制部分11。在拉床中，工件17被放置在工件接收台16上，并且工件17被压在拉刀19上以执行拉削，因此压缩负载通过拉刀的负载接收台肩3作用在负载接收表面15上。

下面将描述由该拉床执行的拉削。首先，将硬质合金拉刀19连接在如上所述的拉床上。在硬化处理之后具有相当于45到65HRC(洛氏硬度C标度)的高硬度材料的工件17被放置于工件接收台16上。

拉床的机器主体包括机床39、柱状体30、以及上部负载接收头31。用于引导工件台16的竖直移动的滑动导轨18被连接在柱状体30上。伺服马达和滚珠螺杆(ball screw)(未示出)使得工件台16可竖直移动。用于夹紧拉刀19的前控制部分5的拉刀接收头20被布置在滑动导轨18上以便于可竖直移动。

可与前控制部分5以及拉刀19的小直径部分和后控制部分11相配的以同轴的方式构成的基准孔14、13分别被形成在上部负载接收头31和拉刀接收头20中。拉刀19的负载接收台肩3抵靠在拉床的上部负载接收头31的负载接收表面15上。在这种状态下，拉刀的前控制部分5和后控制部分11被装配在基准孔14、13中并由基准孔14、13保持，并且由具有已知夹紧锁扣(未示出)的拉刀夹紧装置夹紧。因此拉刀处于用于加工的备用状态。

当开始加工时，工件台16上升，并且工件17被压制得与拉刀19的切削刃相接触并被加工。在该示例中，在40m/min到100m/min的加工速度下执行拉削。加工所导致的轴向负载通过拉床19的负载接收台肩3被拉床的上部负载接收头31的负载接收表面15承受。与传统的拉刀不同，加工所导致的拉伸负载未被施加于前控制部分5和后控制部分11上。因此，在加工期间施加于拉刀19上的预负载不会较大地改变，不会再产生任何加工振动的问题，并且刃尖不会受到被削下的损害。因此，可在40m/min到100m/min的高处理速度下有效地执行令人满意的拉削。

或者，可使得拉刀相对于固定的工件移动。在这种情况中，如在图3的上部中以点划线示出的，设置了用于竖直地驱动上部负载接收头31的移动装置40。另一方面，用于布置工件17的工件接收台16被固定。在拉削期间，连接在上部负载接收头31的拉刀19被移动装置40向下驱动并且被压在工件17上以执行拉削。

依照该拉床，甚至在使用硬质合金组合拉刀的加工中，设在拉刀后部上的负载接收台肩3承受由于切削所导致的压缩负载以执行拉削。这样，任何拉伸负载都不会被施加于拉刀的前控制部分5、后控制部分11以及杆状轴部分6上，并且可防止由于没有预负载而导致刚度的降低。因此，可防止加工振动的产生，并且可获得令人满意的拉削质量。

特别地，在45到65HRC的高硬度材料的加工中，尽管切削负载增加了，但是在拉削期间施加在拉刀19上的预负载不会较大地改变。不会再产生加工振动的问题，并且刃尖不会削掉。因此，可在例如40m/min到100m/min的高速下有效地执行令人满意的加工。而且，可防止硬质合金切削刃被削掉，因此可大大地延长拉刀工具的使用寿命。

本领域普通技术人员应该理解的是，已经在本发明实施例的基础上进行了前述描述，并且在不脱离本发明精神和所附权利要求的保护范围的情况下可在本发明中进行各种改变和修正。

Claims (8)

1.一种硬质合金拉刀，所述拉刀包括具有多个沿拉刀的轴向布置的硬质合金材料的拉刀切削刃(2)的切削刃部分(8；36)，以及分别牢固地与切削刃部分的纵向相对端相连接的前控制部分(5；51；53)和后控制部分(11；52；54)，其特征在于，

其外圆周大于后控制部分(11；52；54)的外圆周的一部分被设在切削刃部分与后控制部分之间，并且负载接收台肩(3)被形成在大外圆周部分的所述部分的后控制部分侧的端表面上，所述大外圆周部分具有达到使得所述拉刀不会妨碍待处理的工件这样一种程度的最大外圆周尺寸(d2；d4)，使得所述负载接收台肩(3)具有用于接收沿轴向作用在所述拉刀上的切削负载的面积。

2.如权利要求1中所述的硬质合金拉刀，其特征在于，所述大外圆周部分包括从切削刃部分(8；36)处延伸的柱状延伸部分(12；12a)，并且所述负载接收台肩(3)垂直于拉刀轴线或相对于拉刀轴线倾斜。

3.如权利要求1中所述的硬质合金拉刀，其特征在于，所述前控制部分(51；53)和/或后控制部分(52)独立于切削刃部分(36)用硬质合金材料或合金钢制成，并且通过冷缩配合、粘接和螺丝配合固定手段中的一种将所述独立形成的前控制部分(51；53)固定于切削刃部分(36)的前端，以及将独立形成的后控制部分(52)固定于负载接收台肩(3)上。

4.如权利要求1中所述的硬质合金拉刀，其特征在于，所述后控制部分(54)独立于切削刃部分(36)用硬质合金材料或合金钢制成，并且通过冷缩配合、粘接和螺丝配合固定手段中的一种使得所述大外圆周部分与所述后控制部分(54)整体形成并使其固定于切削刃部分(36)上。

5.如权利要求1或2中所述的硬质合金拉刀，其特征在于，用合金钢整体制成所述后控制部分(11)、所述大外圆周部分、所述前控制部分(5)、以及大外圆周部分与前控制部分之间的小直径杆状轴部分(10)，并且所述切削刃部分(8)包括中空圆柱体或多个环状体，并且被装配并固定于小直径杆状轴部分(10)上。

6.如权利要求1到5中任何一项所述的硬质合金拉刀，其特征在于，所述大外圆周部分沿垂直于拉刀轴线的方向的最大尺寸(d2；d4)基本等于切削刃部分(8；36)中相邻切削刃(2)之间的刃槽(41)的外径(d1；d3)。

7.如权利要求1到6中任何一项所述的硬质合金拉刀，其特征在于，所述拉刀用于在40m/min到100m/min的速度下处理在硬化处理之后具有约45到65HRC(洛氏硬度C标度)的硬度的工件。

8.一种拉床，所述拉床包括用于在夹持拉刀的后控制部分和前控制部分(11、5)时控制所述拉刀的上部和下部拉刀接收头(31；20)以及用于支撑工件(17)的工件台(16)，其特征在于，

所述上部拉刀接收头(31)和所述工件台(16)中的至少一个是可移动的以便于将所述工件压在拉刀的切削刃部分(36)上并且执行拉削，并且

负载接收表面(15)被设在所述上部拉刀接收头(31)上以便于当拉刀被上部和下部拉刀接收头(31；20)夹住时，抵靠在拉刀的后控制部分(11)与切削刃部分(36)之间的负载接收台肩(3)上，以使得所述负载接收表面(15)通过拉刀的负载接收台肩(3)承受拉削期间作用在拉刀上的轴向负载。

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