CN1689740A - 用于除切屑加工的可旋转刀具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优选用于钻探的切削刀具，包括：可旋转基体(4)以及可更换切削部或可拆卸顶部(5)，该切削部能够通过凸形/凹形接头与基体形成刚性连接，所述接头一方面包括形成在基体前端中的凹形凹槽(11)并且另一方面包括能够插入到凹槽中并且从可拆卸顶部(5)向后伸出的凸形部分(22)，所述凹槽由底表面(14)和两个侧表面(15)所限定，所述凸形部分包括端表面(23)和两个侧表面(24)。在基体(4)的前部中形成有向前开口的狭槽(12)，该狭槽将两个可弹性偏转的腿部(13)分开以便将凸形部分(22)夹在凹槽(11)中，并且在所述端表面和底表面(23、14)之一中形成有底座(28)以用于容纳第二表面上的突起(27)。

Description

用于除切屑加工的可旋转刀具

技术领域

本发明涉及一种用于除切屑或切屑形成加工的可旋转刀具，这种刀具包括基体以及可更换切削部，该切削部可以通过凸形/凹形接头与基体形成刚性连接，该接头一方面包括形成在基体前端中的凹形凹槽并且另一方面包括从切削部向后伸出的可以插入到凹槽中的凸形部分，所述凹槽由底表面和两个侧表面所限定，所述凸形部分包括端表面和两个侧表面，在基体的前部中形成有向前开口的狭槽，该狭槽将两个可弹性偏转的腿部分开以便将凸形部分夹在凹槽中，并且在所述端表面和底表面之一中形成有底座以用于容纳第二表面上的突起。

背景技术

具有基体以及单独的可更换切削部的这种切削刀具在实际中可以具有若干种不同的形式，并且例如包括钻孔刀具、铣刀例如立铣刀或开槽铣刀、螺纹铣刀等。基体通常由具有圆柱形基本形状的细长柄部构成。在现代机加工刀具中，基体如此复杂而昂贵，从而由于经济原因它们不能与切削部形成为一体，该切削部构成刀具的磨损部分并且具有有限的使用寿命。换句话说，优选将实际的切削部制作成单独可拆卸单元的形式，本领域普通技术人员通常将它称为“可拆卸顶部”，并且在磨损之后可以更换，而昂贵的基体可以在更长的时间(通常10至20次更换切削部的时间)内使用。实际上，可拆卸顶部完全或部分由硬质耐磨材料例如硬质合金等制成，而基体则由具有更大弹性的材料例如钢制成。应该指出的是，所述这种刀具主要但不是必定用于对金属工件进行机加工。

具有可拆卸顶部的刀具其发展在钻探领域尤为集中并且引人关注。简单钻床或者多功能机械均可用于钻探作业，在两种情况中均使用牢固并且刚性安装的机轴或者刀架，切削刀具的基体的后端部可固定于其内，同时所述可拆卸顶部可在该基体的前端部自由安装或拆卸，该可拆卸顶部在所切削的工件中执行切削或者除屑加工。在绝对理想的情况下，不仅基体的几何中心轴线，而且可拆卸顶部的几何中心轴线均应沿着机轴的几何中心轴线的精确延伸的直线定位，以便在工件内产生在形状以及位置方面均具有最佳精度的孔。然而，在实际中，却难以达到最佳精度，这首先是由于在可拆卸顶部和基体之间的界面中不可避免的存在的公差，众所周知，在不同的操作中并且使用不同的材料分别制造所述可拆卸顶部和基体，还由于在基体和可拆卸顶部中存在各种形式缺陷。因此，在实际中其结果通常是钻头在钻进工件时产生摆动，即，可拆卸顶部的端部非期望的偏离本应用于确定所钻孔几何位置的机轴几何中心轴线的延伸直线定位。因此，可拆卸顶部的端部并非如所期望的那样线性的钻入工件内，而是起初首先产生盘旋或者行星运动，以便最终稳定在一个线性运动轨迹上，而该线性运动轨迹会或多或少的偏离所期望的运动轨迹定位。

最初所述的这种切削刀具在SE 0103752-2中已经公知。然而，该刀具的一个缺点在于可拆卸顶部的凸形部分形成为必须从其一侧插入基体中的接收凹槽内。为了克服此缺点，在SE 0400056-8中公开了一种刀具，使得能够沿着轴向将可拆卸顶部的凸形部分插入基体的凹槽内。在此刀具中，可拆卸顶部的凸形部分设有旋转对称成形的对中凸起，该对中凸起设置为与位于凹槽底表面中同样旋转对称成形的底座相接合。对中凸起的作用在于使得可拆卸顶部相对于基体对中，并且为此对中凸起具有成锥形的包络面，其最大和最小直径调整为使得在对中凸起与限定底座开口的基本为圆形的边缘之间形成线性接触。不仅在由硬质合金制造可拆卸顶部方面，而且还在制造由刚构成的基体方面，此结构均需要相当高的制造精度。而且，不能确保具有此加工精度，即使可拆卸顶部实际上相对于基体精确对中。因此，基体中即便很小的形式缺陷也会导致可拆卸顶部自身的中心轴线偏离机轴的中心轴线的延伸直线定位。

发明内容

本发明其目的在于消除根据现有技术的切削刀具的上述缺点，并且提供一种改进的切削刀具。因此，本发明的主要目的在于提供一种尤其用于钻探的切削刀具，其可拆卸顶部可以相对于机轴的中心轴线以非常精确的方式进行对中。本发明的另一个目的在于通过简单的并且成本低廉的装置实现改进的加工精度。本发明的再一个目的在于提供一种刀具，其中在可拆卸顶部与基体之间的界面具有如此特性，即使得使用者/操作者在安装可拆卸顶部时确信该可拆卸顶部被视为能够以一种不同的并且可靠的方式固定在基体的凹槽中。

根据本发明，至少所述主要目的通过权利要求1的特征部分所限定的技术特征而实现。在从属权利要求中进一步限定了根据本发明的刀具的优选实施方案。

附图的简要说明

在这些附图中：

图1为根据本发明的形式为钻头并且安装在可旋转机轴中的切削刀具的立体图，该刀具的基体以虚线表示；

图2为根据本发明的刀具的第一实施例的一部分基体以及与所述基体相分离的切削部或者可拆卸顶部的放大的分解立体图；

图3为根据图2的基体的端视图；

图4为根据图2的可拆卸顶部的端视图；

图5为刀具处于装配状态时沿着线A-A的纵向截面图；

图6为穿过可拆卸顶部与基体之间的界面的一部分的高度放大的截面图，更为精确的是位于容纳在底座中的凸起的区域中，该凸起示为相对于底座位于其中心；

图7为相应于图6的截面图，并且示出凸起在底座中处于沿横向移位的位置；

图8为相应于图2的分解视图，并且示出根据本发明的刀具的第二个可选的实施例；

图9示出根据本发明的第三个可选的实施例；

图10是基体的侧视图；

图11是同一基体的端视图；

图12为根据图10和11的与基体相配合的可拆卸顶部的端视图；以及

图13为可拆卸顶部的另一个实施例的端视图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1表示其形式为钻头的安装在刀架2中的切削刀具，而刀架2又安装在可旋转机轴3中。该钻头由以虚线表示的基体4以及可更换切削部或可拆卸顶部5构成。基体4在该情况中由相对窄的圆柱形的轴构成，所述轴在其后端部具有能够装配到刀架2中的加厚的部分6。所述刀架又能够安装在机轴3中的中空空间7内。在机轴3的前表面上设置有两个肩部9以便参与向钻头传递扭矩，所述肩部9接合在刀架2的凹槽中。在轴4中，形成有螺旋形的排屑槽10。如在图1中所明显看出的，可拆卸顶部5安装在轴4的自由前端上。

在图1中，C代表假想的几何中心线，其示为一条点划线的形式，从机轴3的后端延伸到可拆卸顶部5的前端。然而，在实践中，每个构件2、3、4、5均具有其各自的几何中心线。因此，机轴3具有一条中心轴线，用C3表示，而刀架2、基体4、以及可拆卸顶部5的各自的中心轴线则分别用C2、C4和C5表示。对刀具加工精度起实质性作用的是可拆卸顶部5的中心轴线C5与机轴3的中心轴线C3同心。因此，本发明的目的在于能够确保可拆卸顶部5的中心轴线C5定位在机轴3的中心轴线C3的精确延伸直线中，而偶尔中心轴线C2和C4与轴线C3和C5完全同心。

现在参考图2，其示出根据本发明的第一实施例的在钻头或者基体4与可拆卸顶部5之间的界面的一种设计。

在基体4的前端形成有凹槽11，狭槽12在其中开口，该狭槽12将两个可弹性偏转的腿部13分隔开。凹槽11由底表面14和两个侧表面15所限定并且后者形成颚部，该颚部的形状沿着向前的方向(在图中向上)以楔形方式变尖。在其中一个腿部13中形成有用于紧固螺栓(未示出)的孔16，通过该紧固螺栓可以使得两个腿部偏转为相距一定的距离。

可拆卸顶部5具有旋转对称的基本形状，其在邻近圆柱形或者向后稍呈锥形的包络面17处具有圆形的外部轮廓形状。可拆卸顶部上的前表面18(见图4和5)是锥形的并且终止于中心尖端19。通常，可拆卸顶部的外直径稍大于基体4的直径。在包络面17中，形成有两个凹形弯曲的限定表面20，这些限定表面与表面10相连并且形成了可拆卸顶部中的排屑槽。在可拆卸顶部的前部中，邻近排屑槽20形成有切削刃21，所述切削刃沿着直径方向相对，即，180°等间距的分开。换言之，该可拆卸顶部具有对称的基本几何形状。在其后端或内端处，该可拆卸顶部具有用来与凹槽11接合的其整体由22表示的凸形部分。所述凸形部分由端表面23和两个侧表面24所限定，所述侧表面形成为倾斜面以便与凹槽的楔形形状相应，该楔形形状由倾斜的侧表面15所限定。在凸形部分22的两侧均设有与位于凹槽11两侧的相同表面26相互配合的承受轴力的平表面25。

在凸形部分22的端表面23上，形成有凸起27，以用于接合凹槽11的底表面14中的底座28。

可拆卸顶部5完全或部分由硬质合金或其它耐磨材料制成，而基体4则由具有更大弹性的材料例如钢制成。钢由于其内在的弹性或柔性所以是优选的，这使得由狭槽12所隔开的腿部13可以弹性偏转。

就至此已描述的所示刀具而言，其所有本质特征均是已经公知的。现有技术中的刀具其特征在于凸起27能够用于将可拆卸顶部相对于基体对中为不可移动的状态，更为确切的是由于其所具有的形状使得在将可拆卸顶部插入底座28时能够与底座形成紧密接触。

根据本发明的刀具的特征在于，底座28比凸起27大，从而使得可拆卸顶部5的凸形部分22能够在凹槽11中往复移动，并且使得该可拆卸顶部能够自行对中。更为确切的，可拆卸顶部5应当能够定位在中心位置，其中其中心轴线C5与机轴3的中心轴线C的假想延伸线相一致，而无需基体4的中心轴线C4必须沿着其整个长度与轴线C3的延伸线相一致。

在根据图2-7的实施例中，凸起27以及底座28均具有四边形的基本形状。因此，凸起27由四个平的侧表面29以及下部的适于具有平面形状的端表面30所限定。如在图6和7中所明显看出的，侧表面29相对于凸形部分的端表面23倾斜，更准确的说是相互朝向的沿着向内的方向倾斜从而该凸起沿着远离表面23的方向基本变尖。底座28优选的具有与该凸起基本相同的形状，该底座由四个平的并且倾斜的侧表面31和平的底表面32所限定。然而，通常该底座比凸起大。在这方面，应当指出可拆卸顶部5与基体4之间的表面接触分别仅在端表面25、26之间以及凹槽的侧表面15和凸形部分的侧表面24之间形成。这意味着凸形部分的端表面23与凹槽的底表面14形成有间隔，如在图6和7中所明显看出的。而且，凸起27的高度相对于底座28的深度如此调整为使得表面30和32并不相互接触。换句话说，所述凸起并不接触底座的底部。

在图6中，将凸起27示为在底座28中处于中间位置状态，即，凸起上的两个侧表面29与底座中的相应侧表面31具有一定的间隔。从此由参考线R所限定的中间位置处，凸起27在由凹槽11所限定的平面内，即平行于凹槽的侧表面15内，能够往复移动。然而，该凸起不能垂直于所述平面移动，因为可偏转腿部13紧压凸形部分22的侧表面24并且线性的引导该凸形部分。在这方面，应当强调的是，凸起27在凹槽11中的可移动性并不意味着该凸起能够自由的移动。相反，在安装时，对处于任意位置的凸起以及可拆卸顶部，可偏转腿部13可确保该凸起产生预应力。因此，当可拆卸顶部已经切入工件并且受到相当大的切削力时，可拆卸顶部首先产生横向位移。换言之，只要钻头旋转而无需已经切入工件中，所述的腿部均能够将位于任何给定的位置的凸起夹紧。

在图7中示出凸起27在经受切削力之后向右发生移位至端位置，其中右侧表面29抵靠底座的右侧表面31。该凸起从图6所示的位置向图7所示的位置所移动的距离d构成底座与凸起之间的尺寸差异的量度。换言之，量度d可视为限定可拆卸顶部沿半径方向的可移动性(沿直径方向的可移动性＝2d)。

在实践中，沿着凹槽的纵向延伸方向，底座28的宽度与凸起的宽度之间的差异根据钻头的直径而有所不同，更为准确的说，在具有小直径的钻头中，该差异较小，而在具有大直径的钻头中，该差异则较大。然而，在各种情况中，底座的宽度与凸起的宽度之间的差异应当达到0.02mm(d＝0.01mm)。在另一方面，底座的宽度至多应比凸起的宽度大0.20mm(d＝0.10mm)。在实践中，底座的宽度与凸起的宽度之间的差异优选在0.04-0.16mm的范围内，更适当的在0.07-0.13mm的范围内。

基于所述可拆卸顶部在由量度2d所确定的范围内能够沿径向移动的事实，在切入工件时，其能够自行对中。因此，如果由于某种原因或者其它原因，例如，在界面中的公差和/或基体和/或刀架2中的微小形式缺陷等，而使得位于朝向可拆卸顶部的界面区域内的基体4的中心轴线C4未能与机轴3的中心轴线C3同心，则可拆卸顶部将会朝向中心移动，所述中心由机轴的中心轴线C3的延伸直线所限定。当可拆卸顶部已经切入工件中并且受到显著强于由腿部13朝着该可拆卸顶部的凸形部分22所施加的预应力的切削力作用时，将会发生这种情况。

在根据图2-7的刀具中，底座28整体上定位于底表面14的位于狭槽12一侧的半个部分内，而且凸起27亦设置在相应的一侧。

现在参考图8，其示出一种可选的实施例，其中细长的底座28在狭槽12之上桥接。更确切的，在这种情况下，该底座形成为向上打开并且在狭槽12内开口的两个一致的部分凹槽。可拆卸顶部5的凸起27具有与底座28相同的细长形基本形状，虽然在两个侧表面29之间测量的凸起宽度小于底座在两个侧表面31之间的宽度。基于该细长凸起与底座一起垂直于可拆卸顶部5的径向运动方向定向的事实，在可拆卸顶部的两个外部位置中形成止挡件的接触表面29、31被扩大。

在前述的实施例与根据图8的实施例之间的另一个差异在于后者不具备用于腿部13偏转的紧固螺栓。相反，在靠近狭槽12处形成有横截面为椭圆形的键槽33，以用于插入横截面同样为椭圆形的键，通过该键可将腿部偏转。

在图9中，示出根据本发明的另一个可选实施例。在此情况中，在可拆卸顶部5的凸形部分22中形成有底座28。更准确的，该底座28的形状为细长的横截面呈V形的凹槽，该凹槽埋头形成在表面23中并且沿着凸形部分的整个宽度延伸。凸起27则形成在基体4的凹槽中。更准确的，该凸起其形状为横截面呈V形的隆起或者脊，其从凹槽14的底表面上突起。优选的，所述脊沿着凹槽的整个宽度延伸，虽然其被狭槽12所截断。以上述方式，凹槽28的宽度大于脊27的宽度，以使得凸形部分22在凹槽中能够往复移动一个较短的距离。

现在参考图10-13，其示出基体4中的凹槽11如何在平面P中定向。在图13中，示出对称的可拆卸顶部，其两个等间距隔开的即沿着直径方向相对的切削刃21定位在由EP所表示的径向平面中。理想的是将可拆卸顶部的凸形部分22定向在平面EP中，但是由于几何/结构的原因，这是困难的或者不可能的(取决于排屑槽10、20的成形)。因此，该凸形部分通常只能定向为与径向平面EP成一定的角度α。所述角度α，在根据图12的实施例中约为15°，应当尽可能的小，并且在任何情况下均不超过30°。优选的，角度α应当小于20°至25°。

图13示出可拆卸顶部的另一个实施例。在此情况中，凸形部分22相对于图12所示的凸形部分沿着顺时针方向旋转。同样此时角度α不应超过30°。

本发明并不仅限于上述的并且在附图中示出的实施例。因此，在所附的权利要求的范围内，凸起的几何形状以及与其相配合的底座可以变化为具有各种不同的形式。例如，凸起和底座可分别具有旋转对称的基本形状，例如圆柱形或者稍呈圆锥的基本形状。

Claims (8)

1.一种用于除切屑加工的可旋转刀具，包括：基体(4)以及可更换切削部(5)，该切削部能够通过凸形/凹形接头与基体形成刚性连接，所述接头一方面包括形成在基体前端中的凹形凹槽(11)并且另一方面包括能够插入到凹槽中并且从切削部向后伸出的凸形部分(22)，所述凹槽由底表面(14)和两个侧表面(15)所限定，所述凸形部分包括端表面(23)和两个侧表面(24)，在基体的前部中形成有向前开口的狭槽(12)，该狭槽将两个可弹性偏转的腿部(13)分开以便将凸形部分(22)夹在凹槽(11)中，并且在所述端表面和底表面(23、14)之一中形成有底座(28)以用于容纳第二表面上的突起(27)，其特征在于，底座(28)比凸起(27)大，从而使得可拆卸顶部(5)的凸形部分(22)能够在凹槽(11)中往复移动，并且由此使得该可拆卸顶部(5)能够自行对中。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，沿着凹槽(11)的纵向延伸方向，底座(28)的宽度至少比凸起(27)的宽度大0.02mm。

3.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，沿着凹槽(11)的纵向延伸方向，底座(28)的宽度至多比凸起(27)的宽度大0.20mm。

4.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，所述切削部(5)具有对称的几何形状，其包括中心尖端(19)以及从所述中心尖端基本沿着径向延伸的多个刃(21)，所述刃(21)相互间等间距分隔。

5.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，所述凸起(27)形成在凸形部分(22)的端表面(23)上，而底座(28)则形成在凹槽(11)的底表面(14)中。

6.如权利要求5所述的刀具，其特征在于，底座(28)整体定位在狭槽(12)的一侧，所述狭槽(12)将两个可偏转的腿部(13)分开。

7.如权利要求5所述的刀具，其特征在于，由位于狭槽(12)两侧的部分凹槽所形成底座(28)，由此使得底座(28)在狭槽(12)之上桥接。

8.如前面任一权利要求所述的刀具，其特征在于，所述底座和凸起具有细长形的基本形状并且分别垂直于凹槽(11)和凸形部分(22)的纵向延伸部延伸。

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