CN1278825C - 用于切削工件的切削刀具 - Google Patents

Abstract

一种用于切削工件的切削刀具(10)，它包括一刀具体(12)，该刀具体具有位于其上的外表面和位于其内的中央轴线(CA)，并且在所述外表面上包括至少第一和第二螺旋排屑槽(22，24)，每条排屑槽(22，24)包括多个固定在其中的嵌入物(38)以限定一个轴向刀面角，其中所述嵌入物(38)的所述轴向刀面角(α_nm、β_nm和γ_nm)在排屑槽之间并且在每条排屑槽内是变化的。

Description

用于切削工件的切削刀具

技术领域

本发明大体上涉及金属切削工具，更具体地说涉及螺旋切削工具例如立铣刀和平面铣刀。详细地说，本发明涉及一种包括多条具有嵌入物的凹槽的铣刀，其中嵌入物的轴向刃面角在每个凹槽之间并且在每个凹槽内变化。

发明背景

螺旋立铣刀和平面铣刀在工业中是众所周知的。普通的螺旋立铣刀包括在Kennametal’s Milling Catalog No.5040，copyright 1995中的第182-216页上所示的那些铣刀。

多年来所使用的螺旋铣刀的一种形式是这样一种螺旋铣刀，其中每个嵌入物的切削刃与下一个相邻嵌入物的切削边缘轴向间隔开，并且其中每条螺旋线中的嵌入物如此重叠，从而需要两排或多排来形成一个完整的或“全效”的切割刃。如在上述作为参考的Milling Catalog的第188页上所示一样，这种设计由kennametal 0度Lead-Helical立铣刀所示。这种设计的其中一个缺点在于，在至少一条螺旋线中的前嵌入物必须具有不同的长度或向内偏置，因此不能是平面铣刀。这是由于必须在每条螺旋线中使这些嵌入物重叠的结果。因此，所有嵌入物通常不是相同的，因此不是可替换的，因此需要制造和存储多个嵌入物。

这些重叠的螺旋线和其他普通的铣刀对于它们所打算的目的和因此许多切削工艺而言是足够的；但是，仍然要求在螺旋铣刀的设计和有效性方面作出进一步的改进。

在美国专利No.5083887中披露了一种这样的解决方案。在该解决方案中，切削嵌入物以螺旋排列的方式设置，其中每个嵌入物的切削刃相对于切削工具沿着圆周方向与下一个相邻嵌入物的底座间隔开，并且沿着轴向方向与下一个相邻嵌入物的切削刃成重叠关系，并且每个嵌入物的径向延伸边缘与相邻嵌入物的径向延伸边缘成重叠关系，从而在任何一个凹槽中的所有嵌入物的切削刃形成一种阶梯形形态的连续不中断的切削线。这种解决方案被称为单槽“全效”铣刀。

虽然这种单槽“全效”铣刀提供了这样一种螺旋立铣刀，它只使用一种嵌入物并且只需要一条切削槽进行“全效”切削，但是本行业仍然在努力开发改进的“全效”铣刀，不论它是单槽或是双槽的“全效”。具体地说，本行业一直在寻求更好的表面光洁度；更平稳的切削动作；振动降低；冲击降低；颤振降低；更廉价的刀具；更耐久的刀具；使用寿命更长的刀具；并且设计更简化从而更容易且更快速地制造和更换刀具。

因此本发明的一个目的在于提供一种改进的螺旋铣刀，例如一种立铣刀或平面铣刀。本发明的又一个目的在于提供这样一种改进的螺旋铣刀，该铣刀能够进行“全效”切削。本发明还有一个目的在于提供这样一种改进的螺旋铣刀，该铣刀包括非一致的排屑槽和/或在这些排屑槽上的嵌入物底座，这些底座在排屑槽之间并且在沿着单条排屑槽的嵌入物之间具有不同的刀面角。

本发明的又一个目的在于提供与当前铣刀相比的以下所有或部分优点：更好的表面光洁度；更平稳的切削动作；振动降低；冲击降低；颤振降低；更廉价的刀具；更耐久的刀具；使用寿命更长的刀具；在切削期间能耗更低；并且设计更简化从而更容易且更快速地制造和更换刀具。

发明概述

筒要地说，本发明涉及一种用于切削工件的切削刀具。该切削刀具包括一刀具体，它具有位于其上的外表面和位于其中的中央轴线，并且在所述外表面中包括有至少第一和第二螺旋排屑槽，每条排屑槽包括多个固定在其中的嵌入物以限定一个轴向刀面角，其中所述嵌入物的所述轴向刀面角在排屑槽之间并且在每条排屑槽内是变化的。

在优选的实施方案中，所述轴向刀面角在刀具体的圆周上选择地变化以形成交错序列重复的阵列。

附图的简要说明

通过研究结合几个附图来研究下面的详细说明可以了解本发明的上述以及其它特征和优点，其中：

图1为螺旋立铣刀的透视图，它具有多条在其中安装有嵌入物的排屑槽，其中在相邻排屑槽中的嵌入物处于不同的轴向刀面角；

图2为图1的螺旋立铣刀的侧视图；

图3为图1的螺旋立铣刀的端视图；

图4为从螺旋状的第一、第二和第三条排屑槽看到的嵌入物的顶面的二维投影图，显示出在排屑槽和嵌入物之间的不同轴向刀面角。

优选实施方案的详细说明

参照这些附图，其中相同的参考符号表示相同的元件，这些图显示出一种螺旋切削刀具10，例如一种立铣刀、平面铣刀或任意其它已知的铣刀。要理解的是，虽然本发明是针对一种多排屑槽的螺旋立铣刀进行描述的，但是沿着单条排屑槽和在两条或多条排屑槽之间具有不同刀面角的发明内容也适用于大多数适合的切削刀具上。

如在图1中所示一样，该螺旋立铣刀10包括刀具体12和刀柄14。如本领域所公知的一样，刀柄14构成为能够插入并且固定在铣床或其它切削机床(未示出)的主轴内。刀柄14可以具有任意形状或结构以便能够进行这种插入和固定。这些结构包括但不限于V形凸缘、锥形、圆筒铣刀装配件以及Weldon刀柄。显然，如果该铣刀是平面铣刀的话，则如本领域所公知的一样不存在任何刀柄。

刀具体12是一种具有中心轴线CA的基本圆柱体。该刀具体12从刀柄14轴向延伸至端面16，从而在它们之间形成了外表面18。该刀具体12的外表面18优选包括多条螺旋凹槽。要理解的是，大部分螺旋凹槽可以形成在刀具体12中。在图1中的整体透视图显示出螺旋凹槽20和22。每条凹槽20和22优选以从端面16延伸至基本上刀柄14的螺旋或盘旋方式切割形成在所述外表面18中。

每条螺旋凹槽20和22通常包括一对相对的表面，即前表面28和后表面30，从而如在图1和2中最清楚地所示一样形成切开的排屑槽区域。前表面28和后表面30可以在该排屑槽的径向最里面部分处相交(因此形成一种径向横断面大体上为V形的排屑槽)，或者底面可以连接前后表面(因此形成一种横断面大体上为U形的排屑槽)。该螺旋凹槽的更详细说明可以参照美国专利No.5913644，该文献在这里被引用作为参考。

每个前表面28从外表面18螺旋向内切割，从而当从任意给定的径向平面中看时该表面相对于如在图1中所示的基本上为圆柱形的刀柄14的中心轴线大致成辐射状。这种螺旋可以是顺时针的或是逆时针的。相反，每个后表面30实际上是多个阶梯形底座34。

嵌入物38安装在位于每条凹槽20和22中的每个底座34上。如在图1和2中所示一样，使用具有可以插入穿过在每个嵌入物中的相应锥形孔(未示出)的锥形磁头的螺钉39将每个嵌入物安装在每个底座上，然后将它们拧进在相应底座34中的螺纹孔中。在本发明的范围内可以使用任意已知的嵌入物固定方法和装置，包括不会改变本发明的所有本领域所公知的那些方法和装置。

这些嵌入物通常具有任意已知的结构、尺寸、形状或形态，只要这些嵌入物能够以所期望的方式牢固且正确地配合底座34。这些嵌入物的实施例包括在上述作为参考的Kennametal Milling catalog中的第7-132页上所描述的那些嵌入物。具体的实施例包括在这里所述的ADKT或LFEW型嵌入物。

底座34和其上的嵌入物38如此设置并且成阶梯状，从而这些嵌入物不一定在圆周上重叠。在所示的实施方案中，这些嵌入物确实稍微重叠。但是，在本发明范围内可以清楚看出，这些物体的装配件使这些嵌入物在圆周上分开。

每个嵌入物38包括如在图1中所示的至少一个切削刃40。由于本发明的特性和如在下面所详细描述的一样提供“全效”切削的可变轴向刀面，所以相邻嵌入物的切削刃40不必重叠，但是实际的嵌入则不一定。但是由本发明可以想到，实际的切削刃也可以重叠，这同样是本发明的一部分。

每个底座34都包括有径向刀面角和轴向刀面角。径向刀面角是底座表面36和工作面之间的角度。它是在从外部切削刃看时底座34或安装在其上的嵌入物与内部边缘和中心轴线投影的径向倾角。对于本发明而言，本发明的特征与径向刀面的角度无关。

如在图4中所示一样，轴向刀面角是底座34和/或以头尾相连的方式安装在其上的嵌入物的轴向倾角。更具体地说，轴向刀面角是刀具体10的中心轴线和与安装在底座面36中的嵌入物的切削刃平行的任意平面之间的夹角。

参照图4，该图显示出这样一个实施例，其中三个角度α_nm、β_nm和γ_nm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)规则地形成在具有三排屑槽的刀具上。虽然使用在具有三排屑槽的刀具上的三个角度α_nm、β_nm和γ_nm来描述本发明，但是要理解的是，根据本发明排屑槽的角度、数量以及这些角度和排屑槽的图案可以按要求进行变化。另外，切削方向可以右旋或左旋，并且螺旋线不必以连续的角度，而是可以随着螺旋线前进而从刀具表面变化至切割的最大轴向深度。

如在图4中所示一样，在螺旋凹槽20中的轴向刀面角α_nm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)与在螺旋凹槽22中的轴向刀面角β_nm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)不同，并且与在螺旋凹槽24中的轴向刀面角γ_nm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)不同。轴向刀面角α_nm、β_nm和γ_nm对于在每个排屑槽列m例如22、24和26内的每个嵌入物行而言是不同的。通过改变嵌入物的刀面角α_nm、β_nm和γ_nm来在每个单独的凹槽和/或每个排屑槽中给出大致的导入角，从而在这些嵌入物作用在工件上时切削刃现出更一致的效果。要理解的是，这个一致性趋向于使切削刃在工件上施加的冲击更规则地分布，从而防止了谐振。除了在谐振上的作用之外，本发明还允许通过改变倾斜角来改变各个嵌入物切削长度和有效的刀面角。这里，嵌入物前缘的中点位于与这些排屑槽等距离间隔的位置上。但是，由于嵌入物角度的变化，所以在嵌入物前缘上的所有点之间的圆周距离不是相等的，除了上述中点之间的距离之外。

这些嵌入物可以布置成有或没有使这些嵌入物的前缘在一条排屑槽中重叠，对于紧随的排屑槽而言，嵌入物的布置可以如此，从而从前面排屑槽的切削中没有任何显著的未切削材料量。

要理解的是，因此这些嵌入物的有效轴向长度Z1、Z2、Z3也与轴向刀面角相反地在凹槽之间变化。更具体地说，如在图4行1中所示一样，在凹槽24中的嵌入物的有效轴向长度Z3长于在凹槽22中的嵌入物的有效轴向长度Z2，而该Z2长于在凹槽20中的嵌入物的有效轴向长度Z1，但是包括整体长度L在内的嵌入物尺寸是相同的。参照行2，在凹槽22中的嵌入物的有效轴向长度Z2长于在凹槽24中的嵌入物的有效轴向长度Z1，而Z1长于在凹槽20中的嵌入物的有效轴向长度Z3。这个有效轴向长度的计算是一种几何计算，其中嵌入物的有效轴向长度是三角形的一条边，并且实际插入物长度是该三角形的最长边，并且轴向刀面角是它们之间的内含夹角。

如果将大致为每个嵌入的实际切削长度的这些有效轴向长度Z投影成一个二维视图，则它们如在图4中所示一样。不同的轴向刀面等同于如由40a和40b之间的差值所示一样的不同圆周切削长度。使用具有设置在不同轴向刀面处的嵌入物的多条排屑槽是一种“全效”切削，这是因为由没有重叠的相邻嵌入物的切削刃产生的脊部、顶点或其它起伏处被相邻排屑槽中的嵌入物铣去，其中，该嵌入物由于轴向刀面不同而在横断面上没有对准。

α、β、γ的实际角度可以是在0度和90度之间的任意角度。只要在相邻排屑槽中的嵌入物不是终止在相同的横断面中。这在图4中由直线50和52最清楚地显示出，由此只要直线50和52没有重叠就可以实现本发明的益处。

或者，在排屑槽20和24中以及在排屑槽22和26中的嵌入物可以进行不同的设计，从而在铣刀上的底座36相同，而嵌入物具有不同的轴向刀面角。本发明只需要在切削刃处具有不同的轴向刀面，因此该轴向刀面的提供可以基于底座角度、嵌入物结构或两者。如果它由嵌入物提供，则该嵌入物在一个端部较厚，并且平滑地过渡到较薄的端部。

总之，该多排屑槽立铣刀10提供了“全效”铣削而与在给定排屑槽中的切削刃或实际嵌入物体的重叠无关。一个发明特征是改变在排屑槽之间并且在相同排屑槽内的轴向刀面角，这实际上改变了这些嵌入物的有效轴向长度。通过为排屑槽提供位于其上的具有不同轴向长度的嵌入物，从而这些嵌入物重叠并且能够进行“全效”切削。

如前面所述一样，在这些排屑槽中的不同刀面角的本发明特征不仅可以适用于如在这些图中所示的螺旋立铣刀，而且还可以适用于平面铣刀和其它铣刀。它还可以适用于圆柱形刀具体之外的刀具体，例如锥形刀具体。

在这里所给出的文献因此被引用作为参考。

在不脱离本发明的精神和必要特征的情况下，本发明当然也可以以在这里所述方式之外的其它特定方式进行。因此，这些实施方案在各方面中都被认为是示例性的而不是限制性的，并且在所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变将被涵盖在其中。

Claims (7)

1.一种用于切削工件的全效切削刀具，它包括：

刀具体，它具有一位于其上的外表面和一位于其内的中央轴线，并且在所述外表面上包括至少第一和第二螺旋排屑槽，每条排屑槽包括多个固定在其中的嵌入物以限定一个轴向刀面角，其中，所述嵌入物的所述轴向刀面角在排屑槽之间并且在每条排屑槽内是变化的，以提供单排屑槽的全效切削，在每个排屑槽内的至少三个相邻嵌入物的轴向刀面角渐进地减小然后增加，或者渐进地增加然后减小。

2.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：在整个所述刀具体上的所有嵌入物是相同的。

3.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：每条螺旋排屑槽具有第一、第二和第三轴向刀面角。

4.如权利要求3所述的切削刀具，其特征在于：在整个所述刀具体上的所有嵌入物是相同的。

5.如权利要求4所述的切削刀具，其特征在于：每个嵌入物的实际长度大于切削刃，并且在任一条单排屑槽中的相邻嵌入物的实际长度在圆周上没有重叠。

6.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：所述每一个嵌入物都具有切削刃，并且在任一条单排屑槽中的相邻嵌入物上的切削刃在圆周上没有重叠。

7.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：所述每一个嵌入物都具有切削刃，并且在具有不同轴向刀面角的嵌入物上的这些切削刃具有不同的切削刃长度。