CN1913996A - 零中心线刀夹组件 - Google Patents

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Abstract

一种零中心线刀夹组件(10)，包括安装在刀夹(104)上的切削嵌入件(102)。切削嵌入件(102)的刀尖半径的中心RC与刀夹(104)的中心线LT对准或位于该中心线LT。刀夹(104)的中心线LT也可以与刀具主轴(106)的旋转轴CT2对准。刀具主轴(106)相对于基本垂直于工件的纵轴LW的轴线P倾斜一非零的角度。由于这种零中心线式结构，作用在刀夹(104)上的扭矩载荷的径向分量被实际上消除了。此外，该刀夹组件(10)还具有较短的刀具长度，从而减小了刀夹(104)上的偏转载荷。

Description

零中心线刀夹组件
技术领域
本发明涉及一种用于机械加工的刀具，特别是涉及一种零中心线刀夹组件，在机械加工过程中，该刀夹组件相对于工件的纵轴基本上以一非直角的角度定位。
背景技术
在现有技术中，刀夹组件如用来对工件进行机械加工的铣刀和车削刀具是众所周知的。通常，刀夹组件包括一个或多个安装在刀体外围的切削嵌入件，以用于在工件上产生一系列金属切削切口。
现在参照图2，一传统的刀夹组件100包括由刀夹104夹持着的切削刀具102，如切削嵌入件。利用一可在主轴马达(未示出)的作用下旋转的柄116能够将刀夹104可拆卸地固定到刀具主轴106中。所述刀具主轴106可以是美国专利US6415696中描述的快速调换型，该文献的全部内容并入本申请作为参考。举例来说，可以采用一种轴夹持装置(未示出)将刀夹104的柄116可拆卸地固定到刀具主轴106中。
刀夹104可具有一支承部分112，该支承部分带有用于接纳切削嵌入件102的槽114。可利用现有技术中众所周知的方式如夹持等方式将切削嵌入件102保持到槽114中。如图2所示，切削嵌入件102(以及支承部分112)的中心纵轴LC或中心线相对于刀夹104的中心纵轴LT或中心线成一非零的角度α。刀夹104还可以包括一主体部分118，当把刀夹104安装到刀架110中时，该主体部分可以从刀架110处延伸出去。
对于计算机数控(CNC)式机械加工来说，在预定的夹持状态下，刀具主轴106可以任意地固定和夹持刀夹104和其它刀具，并且可以绕旋转轴(轴的中心)CT2自由地旋转、驱动和定位。当把刀夹104安装到刀架110中时，刀夹104的中心纵轴LT或中心线将与刀架110的旋转轴CT2一致。此外，能够与工件102接合的切削嵌入件102的尖端从刀具主轴106处伸出大约为5.9英寸(150mm)的刀具长度L。
在机械加工的过程中，工件102通常由带有卡盘爪124的卡盘122夹持着，从而能够以现有技术中已知的方式在W方向上旋转。当把工件102安装到卡盘爪124中时，工件122具有沿其中心线方向的纵轴LW，这里所述中心线垂直于刀夹104的纵轴LT或中心线。还应当指出的是如箭头所示的切削方向是沿着Z轴方向的，即平行于工件122的纵轴LW或中心线，并且垂直于刀夹104的纵轴LT或中心线。此外，应当指出的是刀夹104的中心线LT和刀架110的旋转轴CT2都与垂直于工件102的中心线LW的轴线P对应。
本发明的发明人已经确定切削力的主要分量是作用在垂直于切削嵌入件102顶端方向上的切向力。其次，切削力的一个较高的分量是进刀力，它一般为切向力的一半(1/2)。该进刀力通常作用在与切削方向(即平行于图2中的Z轴或工件102的中心线LW)相对的方向上。接下来，切削力的一个较高的分量是径向力，它一般为切向力的四分之一(1/4)，作用在垂直于切点的方向上，其中在所述切点的位置处，切削嵌入件102的刀尖半径102a与工件122产生接触。在图2中，径向力是沿着与刀具长度L相同的方向，并且朝向着主轴机架108。因此，切向载荷对刀夹104和刀具主轴106之间的接合处上产生的扭矩负载具有最强的效力。在切向载荷和这一载荷的径向偏置(即从切削嵌入件102的刀尖半径102a到刀具中心线LT的径向距离)的作用下，该扭矩负载显现出来，并且垂直于刀具长度L的方向。在图2中，进刀力和径向力的结合在切削平面上形成了不希望出现的例如大约为26.6度的力分量，该力分量趋向于试图将刀夹104从刀具主轴106的夹持部件中拔出。此外，施加在刀夹104上的作用力可能会导致刀夹104偏转，这一偏转与刀具的长度L直接成比例关系。令人遗憾的是，任何与刀夹104和刀具主轴106之间的安装连接相关联的错误或刀夹104的偏转都有可能导致切削嵌入件102与工件102的对准出现误差。
因此，需要提供对切削刀具的定位以便能够在机械加工操作的过程中使作用在切削刀具上的扭矩最小或消除，以及降低或消除与刀夹和刀夹旋转轴的连接相关联的径向误差。
发明内容
为了解决传统刀夹组件的上述和其它问题，本发明的发明人研究出一种零中心线刀夹组件，在该刀夹组件中，通过使切削嵌入件的刀尖半径与刀夹的中心线排列在同一直线上，能够消除作用在刀夹和刀具主轴之间的连接处的扭矩载荷。特别地，该刀夹组件包括具有中心线LT的刀夹，以及具有刀尖半径的切削嵌入件，该刀尖半径具有中心RC，该切削嵌入件可安装在所述刀夹中。所述切削嵌入件的刀尖半径的中心RC位于刀夹的中心线LT上，或与其排列在同一直线上。刀夹的中心线LT相对于基本垂直于工件纵轴LW的轴线P以一非零的角度定位。
附图说明
本发明进一步的特征和由此得到的优点将从下面结合附图的详细描述中变得更加清晰，其中：
图1示出了按照本发明实施方案的零中心线刀夹组件的俯视图；以及
图2示出了传统刀夹组件的顶视平面图，其中切削嵌入件的中心线相对于刀夹的中心线形成一非零的角度。
具体实施方式
现在参照图1，图中示出了按照本发明一实施方案的刀夹组件10。该刀夹组件10包括由刀夹104夹持的切削刀具102，如切削嵌入件。刀夹104安装在刀具主轴106中。刀具主轴106由主轴马达(未示出)固定在刀架110的主轴机架108内，并且可以转动。刀夹104还可以包括带有槽128的支承部分130，其中该槽用于将切削嵌入件102接收到其内。可利用现有技术中众所周知的方式，如夹持机构126等将切削嵌入件102保持到槽128中。
如图1所示，中心纵轴LT或中心线经过中心RC，从而形成了本发明的零中心线刀夹组件10。换言之，切削嵌入件102的刀尖半径120a的中心RC位于刀夹104的中心线LT上，从而形成了本发明中刀夹组件10的零中心线结构。
本发明中刀夹组件10的零中心线结构是通过使刀具主轴106和主轴机架108相对于轴线P倾斜一非零的角度δ而实现的。也就是说，通过使刀具主轴106和主轴机架108相对于工件120的纵轴LW倾斜成一非直角δ来实现刀夹组件10的零中心线结构。此外，刀架110的旋转轴CT2可以与切削嵌入件102的刀尖半径120a的中心RC和刀夹104的中心线LT排列成同一直线。相反，传统刀夹100中切削嵌入件102的刀尖半径102a的中心RC没有落在刀夹104的中心线LT上。此外，刀夹104的中心线LT还平行于(即位于)轴线P。由于本发明的刀夹组件10的零中心线结构，以及刀夹104和切削嵌入件102被构造成相对于轴线P成δ角，因此在机械加工的过程中，极大地降低了或者是实质上消除了作用在刀夹组件10上的扭矩和切削嵌入件102的偏转。
此外，刀夹104的中心线LT相对于基本垂直于工件102中心线LW的轴线P形成了大约为25.0度至大约45.0度的角度δ，与图2所示的传统刀夹组件100相比，图2所示的刀夹组件100相对于轴线P形成的角度δ等于零。
如上所述，图2所示传统刀具组件100的进刀力和径向力在切削平面上合并成一合力分量，该合力分量趋向于试图将刀夹104从刀具主轴106的夹紧装置中拔出。但是，在图1所示本发明的刀夹组件10中，这一组合或合力的大部分都直接返回到主轴的接合处，因此使将刀夹104从刀具主轴106的夹紧装置中拔出的趋势最小化。例如，在图2中，合力分量作用在从中心线LT离开切削方向大约63.4度的方向上，并且该合力出现在刀夹104的刀尖半径中心RC处。
相反，在图1所示本发明的刀夹组件10中，在刀具主轴106相对于轴线P(并且也相对于工件102的纵轴LW)倾斜成大约45.0度的角度δ时，合力分量作用在从中心线LT离开切削方向大约18.4度(45.0度减去26.6度)的方向上，并且该合力出现在刀夹104的刀尖半径中心RC处。此外，当把刀夹104安装到刀架110中时，刀夹104的中心纵轴LT或中心线与刀架110的旋转轴CT2基本排列在同一直线上。
如上所述，图2所示传统刀夹组件100的刀具长度L大约为5.9英寸(150mm)。在很多情形下，这一长度距离是必需的以便能够使主轴机架108不接触到工件固持装置(即卡盘122和卡盘爪124)。通过使刀夹主轴106相对于轴线P(并且也相对于工件120的纵轴LW)倾斜45.0度，能够缩短刀具的长度L，并且仍然使得主轴机架108与工件固持装置之间存在间隙。举例来说，同传统刀夹100的大约5.9英寸(150mm)相比，该刀具长度L大约为3.9英寸(100mm)。因为用来夹持刀夹组件10的主轴夹持机构具有基本恒定的夹持力，因此这种较短的刀具长度在载荷的作用下将产生较小的偏转，因而能够提供出更好的切削性能。
在图1所示本发明的实施方案中，刀夹组件10被图示为惯用左手构造的刀具，这是因为刀夹组件10相对于轴线P倾斜为δ角度，从而切削嵌入件102的刀尖半径102a是朝向着切削方向的(如箭头所示)。因此，重要的是切削嵌入件102应具有适当的斜度和几何形状以满足左手用刀具的需要。应当理解，相同的设计方案也能够应用于右手用刀具，其中所述右向用刀具被设计成沿着与图1所示相反的刀具方向进行切削。因此，必须采用适当的插入斜度和几何形状以配合右手用刀具的切削作用。
在本发明图示的实施方案中，切削嵌入件102为菱形结构，它被安装到嵌入套128内，从而该切削嵌入件102能够相对于刀夹104的中心线LT成镜面对称。当然，还应当理解的是能够采用任何合乎需要的切削嵌入件结构来实践本发明的原理，而且切削嵌入件102可以不仅仅是菱形结构。例如，该切削嵌入件102可以是三角形结构，并且可以安装到嵌入套128内，从而该切削嵌入件102不会相对于刀夹104的中心线LT对称，同时还仍然保持着本发明的刀夹组件10的零中心线结构，当然其中切削嵌入件102的刀尖半径102a的中心RC位于刀夹104的中心线LT上。
如上所述，本发明的刀夹组件10形成了零中心线刀夹结构，其中切削嵌入件102的刀尖半径102a的中心RC和刀夹104的中心线LT彼此排列在同一直线上(即中心RC位于中心线LT上)。此外，中心RC和中心线LT还同刀架110的旋转轴CT2排列在同一直线上。刀夹104的中心线LT相对于基本垂直于工件102中心线LW的轴线P成一非零的角度δ。通过把切削嵌入件102的刀尖半径102a的中心RC定位到刀夹104的中心线上，可以消除扭矩载荷的径向分量，并且可以使位于刀夹104和刀具主轴106之间接合处的扭矩负载最小化。此外，这种零中心线结构能够确保在机械加工的过程中切削嵌入件102的刀尖半径102a被适当地定位在切削平面上，并且可以保持与刀夹104中心线LT的正确对准。此外，在机械加工的过程中，本发明中刀夹组件10的较短的刀具长度L减小了刀夹104的偏转。更进一步地，在本发明的刀夹组件10的零中心线结构中，切削力的方向确保了刀夹104和刀具主轴106之间的接合或连接保持在一起。
这里所述的文献、专利和专利申请并入本文作为参考。
尽管结合某些特定实施方案对本发明进行了特定的说明，但应当理解的是这只是作为说明而不具有限定性，所附权利要求的范围应当被解释成在现有技术所允许的宽广范围内。

Claims (12)

1.一种零中心线刀夹组件，包括：
具有中心线LT的刀夹；以及
具有刀尖半径的切削嵌入件，该刀尖半径具有中心RC，所述切削嵌入件安装在所述刀夹上，
其中，所述切削嵌入件的刀尖半径的所述中心RC与所述刀夹的中心线LT对准，以及
所述刀夹的所述中心线LT相对于基本垂直于工件的纵轴LW的轴线P以一非零的角度定位。
2.如权利要求1所述的刀夹组件，其中，所述非零角度在大约25度至大约45度之间。
3.如权利要求1所述的刀夹组件，其中，所述刀夹组件具有大约为80至120mm的刀具长度。
4.如权利要求1所述的刀夹组件，其中，所述刀夹的所述中心线LT与所述刀夹组件的旋转轴CT2基本上对准。
5.一种零中心线刀夹组件，包括：
具有中心线LT的刀夹；以及
具有刀尖半径的切削嵌入件，该刀尖半径具有中心RC，所述切削嵌入件安装在所述刀夹的嵌入槽中，
其中，所述切削嵌入件的刀尖半径的所述中心RC位于所述刀夹的所述中心线LT上，以及
所述刀夹的所述中心线LT相对于基本垂直于工件的纵轴LW的轴线P以一非零的角度定位。
6.如权利要求5所述的切削刀具，其中，所述非零角度在大约25度至大约45度之间。
7.如权利要求5所述的切削刀具，其中，所述刀夹组件具有大约为80至120mm的刀具长度。
8.如权利要求5所述的刀夹组件，其中，所述刀夹的所述中心线LT与所述刀夹组件的旋转轴CT2基本上对准。
9.一种形成零中心线刀夹组件的方法，包括：
使切削嵌入件的刀尖半径的中心RC与刀夹的中心线LT对准；以及
使刀夹的中心线LT相对于基本垂直于工件的纵轴LW的轴线P以一非零的角度定位。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述非零角度在大约25度至大约45度之间。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述刀夹组件具有大约为80至120mm的刀具长度。
12.如权利要求9所述的方法，还包括使所述刀夹的所述中心线LT与所述刀夹组件的旋转轴CT2对准的步骤。
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