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CN1077473C - 切削加工用的刀具 - Google Patents

切削加工用的刀具 Download PDF

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Abstract

旋转切削加工工件的刀具，包括刀体、刀头和保持装置，刀体具有一个前表面，刀头具有一个端面，它们在安装位置上彼此相对，刀体具有刀柄部和转动轴线，刀头由注模硬质合金构成且包括中心盲孔和至少一个切削刃，盲孔和切削刃与刀头形成一体，切削刃从刀具的周边延伸到刀具的转动轴线区，前表面和端面包括相互作用的突起和凹槽，突起和凹槽在加工期间单独向刀柄部分传递切削力突起和凹槽设置在彼此成锐角的假想线上。

Description

切削加工用的刀具
发明背景
本发明涉及一种旋转切削加工用的刀具，其包括刀体、刀头和保持装置。刀体的前表面和刀头的端面设计成以可拆卸方式彼此相对的形式。刀体上具有刀柄部分。本发明还涉及一种可分离的刀头和刀体。
现有技术
在不同类型的切削加工刀具上使用可更换的切削刃是公知技术。然而由于绕纵轴转动的切削和钻孔刀具的强度原因使这种技术在实践中受到了限制。
DE-A1950718中公开了一种带有可拆卸刀头的刀具，所述刀头通过中心螺钉紧固在刀体中。在这种公知的刀具中通过刀头把在钻孔时产生的扭矩转递到刀具主体上。这种刀具存在很多缺点，例如由于螺钉占居了中部并迫使刀头包含少量硬质合金以便容纳螺钉，所以刀头不可能具有中心切削刃而且增加了出现裂缝的倾向。此外，由于在相互作用的刀刃和切槽之间必须留出切向间隙，从而在开始进行加工操作时刀头将相对于刀体产生稍许转动，所以公知的刀具存在与公差有关的问题。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种铣削和钻孔刀具的设计，所述刀具带有可更换的切削刃，所述设计消除了公知技术中的问题。
本发明的另一个目的是提供一种尤其适合于钻孔或铣削的刚性刀具，其中刀头与刀体以楔入方式结合，从而使夹紧力随着进给力的增加而增加。
本发明的另一个目的是提供一种尤其适合于钻孔或铣削的刚性刀具，该刀具能够容易地更换刀头。
本发明的另一个目的是提供一种用注模硬质合金制造的刀具和刀头。
本发明的再一个目的是提供一种刀具和刀头，其中即使在刀体磨损后刀头也不会相对于刀体产生运动。
通过权利要求并参照附图定义的刀具、刀体和刀头可以达到这些和其它目的。
附图简述
图1表示按照本发明所述钻孔刀具的侧视图。
图2表示按照本发明所述刀头的透视图。
图3A表示刀头的侧视图。
图3B表示图3A中所示刀头的局部放大图。
图4表示刀头的顶视图。
图5表示刀头的底视图。
图6表示沿图4中线VI-VI处得到的剖面图。
图7A表示按照本发明所述刀体的透视图。
图7B表示刀体的局部剖面图。
发明详述
图1中示出的按照本发明所述刀具的实施例是一个称之为螺旋钻头的刀具，其包括刀头10、拉杆(未示出)、钻头体12和螺母(未示出)。
刀头10在其远离钻头体12的一端上设有至少一个切削刃19，根据使用区域的不同，切削刃可以具有不同的设计。在这种方式下，当其为一端铣时，一个或多个切削刃可基本上呈直线状且平行于刀头的纵向中心轴线，而当其为一球端铣时，切削刃可以是圆形的。图中显示在刀头10的前端具有用于钻孔的切削刃。可以用多种方式来改变刀具的外观和使用区域。
如图2-6所示，刀头10是用硬质材料制成的，优选的是硬质合金，而且最优选的是注模的硬质合金，刀头10包括两个上留隙表面15、端表面16以及把它们组合在一起的第一和第二弯曲表面17、18。所有这些表面和相关的刀刃都是用相同的材料制成的，即，优选为注模硬质合金。第二弯曲表面或切削槽18与留隙表面15之间的相交线优选通过加强的削角面形成主切削刃19。切削刃从刀具周边向刀具转动轴线22的区域延伸。第一弯曲表面17和切削槽18之间的相交线形成第二切削刃20。对钻头体来说切削槽还可以采用直的切削槽。优选的是刀头还可以包括去心表面21，如图6所示，其延伸到刀头的中心并与刀具的转动轴线22形成一定角度。第二切削刃20的径向极点之间的直径距离确定了刀具的最大直径。刀头的高度实际上与所述最大直径相等，由此可减小刀头和钻头体之间接点上的切屑磨损。优选使端面16的最大直径小于刀具的最大直径，以便在加工时形成间隙。与转动轴线22基本上平行的液孔23通过刀头从端表面16沿伸到每个上留隙表面15的孔中。把液孔23设置在直线L上，所述直线L穿过转动轴线22并在该轴线22的两侧。
端面16上设有多个彼此独立且大体上相同的凸唇30。如图5所示，凸唇30优选为4个而且两组凸唇30A和30B大致上构成X形，其中每一对凸唇分别设在与轴线22垂直的直线L1和L2上。假想的线L1和L2与轴线22相交且在线L的两侧延伸。线L1与线L形成锐角α而线L2与线L1形成锐角β。
每个凸唇30包括一个为平面的轴向外表面31，该表面与两个突起的侧面32A、32B相连。从图3B的剖面上看，每个侧面由半径R1确定，优选将其中心径向和轴向地设在凸唇之外。半径R1约为1-1.5mm。凸唇30A为长方形并且从第一弯曲表面或外表面17径向向内朝着中心凹槽或盲孔14延伸一定距离。侧面32A、32B之间的距离朝着轴向外表面31的方向逐渐减小。凸唇的高度为h而最大宽度为w。高度h的最大值是1mm而宽度w的值为0.6-2mm。凸唇30的数量间接取决于刀头的直径，所说数量在2-6个凸唇之间变化。
如图6所示，在朝向钻头体12的端面上，所述刀头设有端表面16，表面16上设有盲孔14，在图中所示的实施例中，盲孔中带有螺纹槽34以及入口表面35。
与刀头相结合的拉杆上带有螺纹部分36，其端面抵在刀头上，螺纹部分将与盲孔14相互作用。在工作位置上，螺纹槽34与拉杆上的螺纹部分36相结合。在拉杆的另一端上设置了另一个外螺纹部分，该部分与带有板手夹头的柱形螺母(未示出)相互作用。
按照图7A所示的钻头体设有液体通道23A，其在离转动轴线22基本上不变的距离处沿一螺旋路径随钻头的突起刃带而起伏。钻头体上带有螺旋形切削槽18A或是直线形切削槽而且这些切削槽沿着钻头整体或沿其局部伸展。
钻头体12在其朝向刀头10的端部上设有前表面24，在安装时该表面靠近刀头10的端面，但最好不与其接触。前表面的最大直径小于刀头的最大直径，但优选与刀头的最小直径相等。在钻头体12上设有中心通道37。通道37穿过钻头体的整体延伸并居中地终止在钻头体的前表面24上。
如图7B所示，前表面上设有多个彼此独立的相同凹槽或槽26A，26B，其截面大体上为V形或梯形的通路。这些槽为长方形而且除了与通道37相交之外，其基本上沿整个前表面延伸。每个槽均与一条穿过液孔23A中心的假想线形成锐角。槽26A、26B在前表面24上大体上形成X形，其中包含的最小锐角β约为50-70度。每个槽26A，26B分别与假想的线L1和L2相重合，且基本上垂直于轴线22。假想线L1和L2在轴线22上交叉并确定了锐角β。每个槽26具有两个侧面28A、28B，两侧面通过一个急剧或圆滑的过渡段与底部27相连。侧面间彼此形成锐角ε。角度ε处于40度-80度的间隔内。前表面24设置在槽26的每一侧上。前表面通过圆滑的内部缓变或剧变的过渡段与相关的侧面相连。与刀头端面形成方式有关的槽26的数量必然与端面上具有的凸唇对的数量相对应，因此可以按2-6个槽的间隔来选择该数量。槽的深度为d1而最大宽度为z。
凸唇的高度是槽26深度的50％-95％而凸唇的最大宽度w大于槽的最大宽度z。这意味着在安装过程中当把刀头安装到刀体中时在外表面31和底部27之间会出现间隙。该间隙能确保侧面间相互配合而且底部不支承切削头，这样便可以避免产生倾斜。在上述前表面24上同样会出现相应的间隙。安装时，切削刃和槽以多个楔形连接的形式形成连接，这种连接形成随进给力的增加而增大的摩擦力。采用所说楔形作用的另一个优点是在开始安装时允许凸唇和槽之间在位置上存在一定的倾斜，随后这些倾斜将在连续压缩的过程中通过它们的几何形状得以修正。设计这种连接方式主要是为了在钻孔期间使刀具保持在钻孔中。切削刃对或槽的端部应相距得尽可能远以便能最好地传递扭矩。
把刀头10安装到钻头体12上的过程如下。把拉杆放入钻头体12的中心孔37中并使其穿过中心孔一直到达与拉杆后端轴向连接的螺母并靠在接触面上。由此使拉杆的前部从前表面24上对中地伸出。然后把螺旋部分36放到盲孔14中并转动刀头将其拧到拉杆上。随后用手操作刀头的凸唇30A，30B使之与前表面24的槽相接触。在转动螺母期间，把刀头10相对于前表面用力地拉出，即达到图1所示的位置。在此位置上，由于在两个面之间形成间隙L3所以端面16将不靠在前表面24上。使间隙L3的尺寸为1/100-10/100mm以防止刀头相对于刀体倾斜。至此，便可以用令人满意的方式把刀头10紧固在钻头体12中。在这个位置上拉杆的主要作用是在把刀具从加工的孔中拔出的过程中用于保持刀头，而凸唇和槽接受切削加工时产生的力和扭矩作用。然而，来自拉杆的力要大到足以防止拔出时在刀头和刀体之间接点处产生配合松动。凸唇和槽不与切削槽18、18A相交。
与此相关，应注意到凸唇/槽的结合和刀头与拉杆之间的螺旋连接起到三个作用，即，在安装时使刀头10在钻头体中处于居中的位置(真实尺寸的误差小于0.02mm)；传递扭矩和确保在使用切削刀具时使刀头10总是保持在其固定的位置上。
按照本发明所述的钻头可包含很多硬质合金而且可以在径向和轴向上卸下拉杆。
凸唇30和槽26装好之后将形成直线形的接触表面。凸唇和槽的接触表面大体上位于同一平面内。外形的高度最大为刀头高度的20％。由于前表面24和端面16的主要部分基本上是平面，所以它们的安装位置彼此相隔距离L3。可以把刀头10可拆卸地连接到前表面24上或是当不旋紧拉杆的端部36，即当使端部从第一轴向向前的位置移向第二轴向向后的位置时，使刀头10与前表面24脱离。
当要更换刀头10时，其程序与安装过程相反，由此，可把刀头10从钻头体12上卸下并进行更换。
就上述实施例而言，其采用了使刀头与刀体形成楔形结合的方式从而使夹紧力或摩擦力即防止该部件相对于刀体产生径向运动的阻力随进给力的增加而增大。此外还设置了保持装置以便在与钻孔期间的进给力相同的方向上对刀头施加影响，即，拉杆在与进给力作用方向基本相同的方向上径向向后拉动刀头。
很显然，在不脱离权利要求范围的情况下，可以在本发明的构思范围内改变凸唇和槽相互作用的几何形状。而且可以假设所述几何形状大多数为传统的螺旋形截面(然而覆盖范围最大为95％)，例如两个相互作用的表面为梯形。本发明还适用于铣刀。优选用例如AL2O3，TiN和/或TiCN层涂覆刀头。在某些情况下，还需要用超硬材料例如PCD来涂覆切削刃。
还可以采用除中心拉杆之外的其它夹紧装置。例如，可以通过能垂直于转动轴线运动的楔形物来保持刀头和对拉杆施加影响。
此外，应该注意到，上述实施例涉及能相对于其纵向轴线或工件的中心轴线转动的刀具以及保持刀具转动的装置。还可以用该实施例作为静止件但其与转动的工件相结合。
本发明并不受上述实施例的限制而是可以在权利要求的范围内自由更改。

Claims (10)

1.对一工件进行旋转切削加工用的刀具，包括刀体(12)、刀头(10)和保持装置(36)，所说刀体具有一个前表面(24)而刀头具有一个端面(16)，所说表面在安装位置上彼此相对，所说刀体具有刀柄部分(40)和转动轴线(22)，其特征在于，
刀头(10)由注模硬质合金构成并且包括与保持装置(36)相结合的中心盲孔(14)，和至少一个切削刃(19)，所说盲孔和所说切削刃与刀头(10)形成一体，所说切削刃从刀具的周边延伸到刀具的转动轴线区(22)，而且其中前表面(24)和端面(16)包括相互作用的突起(30)和凹槽(26)，所设置的突起和凹槽在加工期间单独向刀柄部分传递切削力，而且突起(30)和凹槽(26)设置在彼此成锐角(β)的假想线(L1，L2)上。
2.按照权利要求1所述的刀具，其特征在于，
相互作用的突起(30)和凹槽(26)包括至少两对凸唇(30A，30B)和至少两对槽(26A，26B)，它们径向设置在转动轴线(22)的外侧以便进行多重楔形结合。
3.按照权利要求2所述的刀具，其特征在于，
凸唇(30A，30B)和槽(26A，26B)形成直线形接触表面而且其中前表面(24)和端面(16)的主要部分为平面，并在安装位置上彼此相隔一定距离(L3)。
4.按照权利要求1所述的刀具，其特征在于，
刀具是细长的而且刀头(10)设计成可拆卸地与前表面(24)相连或者当该保持装置从第一轴向位置转入第二轴向位置时，刀头(10)从前表面(24)上拆下。
5.按照权利要求4所述的刀具，其特征在于，
该突起通过沿端面(16)上的部分直径延伸的楔形凸唇(30)形成，该凹槽由沿刀体整个横向延伸的楔形槽(26)构成，而且在中心孔(14，37)的径向外侧设有液体通道(23，23A)。
6.按照权利要求2所述的刀具，其特征在于，
在凸唇的外表面(31)和槽底部(27)之间形成一间隙(p)，而且每个凸唇的截面呈截头的弹道形，而槽的截面为一梯形通路，并且凸唇的高度(h)是槽深度(d)的50％-95％，且相互作用的槽和凸唇对的数量相等，即为2-6个。
7.旋转切削加工用的刀头，其中刀头(10)具有圆形基本形状并具有至少一个与刀头(10)形成一体的切削刃(19)，所说刀头具有转动轴线(22)，其特征在于，
刀头由注模硬质合金构成并且包括与一保持装置相互作用的中心盲孔(14)，所说盲孔与刀头(10)形成一体，所说切削刃从刀具的周边延伸到刀具的转动轴线区(22)，而且在刀头远离切削刃的端面(16)上包括突起(30)，该突起的侧面(32A，32B)用来构成刀头下部抵靠表面，把突起(30)设置在彼此成锐角(β)的假想线(L1，L2)上。
8.根据权利要求7所述的刀头，其特征在于，
该突起加工成凸唇(30)的形式，该突起的侧面(32A，32B)为凸面，所说凸唇沿一部分端面延伸并且将其布置成与盲孔(14)相距一定距离，盲孔与刀具的转动轴线同心，而且盲孔包括一螺纹区(34)。
9.用于旋转切削加工刀具的刀体，包括刀柄部分(40)、冲洗切屑的通道(23，23A)、前表面(24)以及保持装置，所说刀体具有中心轴线(22)，其特征在于，
前表面(24)具有凹槽(26A，26B)，所说凹槽设置成构成刀体的唯一抵靠装置，前表面(24)具有中心凹槽，在此保持装置的自由端设置成呈突起状，而且保持装置的自由突起端面具有螺纹，凹槽(26)设置在彼此成锐角(β)的假想线(L1，L2)上。
10.根据权利要求9所述的刀体，其特征在于，
凹槽包括槽(26A，26B)，其截面呈V形或梯形通路。
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