銑刀及其切削刀片的製作方法

2023-08-07 15:55:16 4

專利名稱：銑刀及其切削刀片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可轉位切削刀片(insert)及具有相同的多個可轉位切削刀片的 銑刀，大體上用於金屬切削過程，具體地用於銑削過程。
背景技術：
在一定的旋轉切削工具操作條件下，會發生振動或顫動，導致工具磨損加速，表面 光潔度水平下降，並且持續情況下造成主軸損害。為消除或減少這些振動而又不求助於替 代工具，需要調整操作參數，包括切削深度、切削速度和進給率，這經常會導致生產率和效 率下降。
以下現有技術的例子討論替代工具的發明，其目的在於減少/消除顫動或振動的 負面影響，同時保持足夠高的機加工效率、精度和質量水平。
US4808044公開了一種面銑刀，其包括刀體及多個相同切削刀片，多個相同切削刀 片可拆卸地安裝在形成於刀體內的圓周間隔的凹穴(pocket)內。第一和第二凹部形成於 交替的凹穴內，其中第一凹部具有大致面向旋轉方向的底部，第二凹部具有關於第一凹部 略微傾斜的底部。每個刀片為大致四邊形，具有形成在前刀面與四個側面的相交處上的四 個主切削刃，以及經支撐部件與凹部底部聯繫並由楔部件可釋放地固定的平後面。安裝在 具有第一凹部的凹穴內的刀片比安裝在具有第二凹部的相鄰凹穴內的刀片具有更小的軸 向前角(rake angle)和更大的徑向前角。由於軸向和徑向前角不同，第一和第二凹部內的 刀片在與工件接合時受到不同的衝擊力，使得刀體不與工具機共振，防止顫動。
US6619891公開了一種銑刀，其包括主體和可拆卸地安裝在分離的座上的至少一 組周向隔開的相同切削刀片，其中每組包括至少三個切削刀片。每個刀片有位於前刀面與 後刀面之間的工作切削刃，其中前刀面大致面向旋轉方向，後刀面大致面向徑向向外。設置 刀體上的座使得其中一個切削刀片的間隙角大於同一組中至少兩個其它刀片的間隙角。這 種組合使得在銑刀中，較大間隙角的刀片產生具有較高精度的更平滑的表面光潔度，而較 小間隙角的刀片則傾向於抑制振動並提供更高的穩定性。
US6997651公開了一種端銑刀，其具有在硬質合金柱形體中形成的多個排屑槽，其 中每個排屑槽具有相關聯的外周切削刃和端切削刃。從柱形體的圓周方向上看時，第一和 第二外周切削刃交替布置，相應的第一和第二端切削刃也如此。第一和第二外周切削刃具 有第一和第二徑向前角，第一和第二端切削刃具有第一和第二軸向前角。第一徑向前角大 於第二徑向前角，第一軸向角小於第二軸向前角。該布置允許切削阻力均勻分布到端銑刀 的所有切削刃上，從而防止顫動。
關於減少或防止顫動，以上討論的每個現有技術發明通過採用具有單個幾何構造 的切削工具而提出了不同的解決方案。
本發明的一個目標是提供一種可轉位切削刀片，其可用於旋轉切削工具，尤其是銑刀，其中，通過在同一刀片接收凹穴內轉位至少一個切削刀片實現多於一個幾何構造，以提供替代解決方案減少振動和顫動，同時保持優化的操作參數。
本發明的目標還在於提供一種可轉位切削刀片，其具有多一個主切削刃，其中可通過在銑刀體的同一刀片接收凹穴內轉位所述切削刀片而實現多於一個刀具軸向前角。
本發明的另一個目標在於提供一種可轉位切削刀片，其具有多於一個主前刀面， 其中通過在銑刀體的同一刀片接收凹穴內轉位所述切削刀片而實現多於一個刀具徑向前角。發明內容
根據本發明的優選實施例，提供一種可轉位切削刀片，包括上表面和相對的下表面,周側表面在其間延伸；在上表面與下表面之間延伸並張開到上表面與下表面的裝夾通孔，所述裝夾通孔具有刀片軸線，切削刀片繞所述刀片軸線可轉位；在上表面與周側表面的相交處形成在上周刃上的至少兩個主切削刃；形成在上表面上與所述至少兩個主切削刃的各自一個相鄰的至少兩個主前刀面，具有包含所述刀片軸線並垂直於所述至少兩個主切削刃的至少兩個中心平面；以及在線與由下表面限定的下平面之間的至少兩個前刀面輪廓角β 、β2，所述線至少在所述至少兩個主切削刃附近與通過所述至少兩個中心平面所取的所述至少兩個主前刀面的剖面輪廓共線，其中，所述至少兩個前刀面輪廓角β1、β2中的至少兩個是不同的。
還根據本發明的優選實施例，提供一種銑刀，包括具有多個刀片接收凹穴的銑刀刀體及相等數量的相同的可轉位切削刀片，每個刀片接收凹穴具有關於中心縱軸線以相同凹穴角傾斜的大致平面凹穴座表面；以及每個相同的可轉位切削刀片可移除地安放在所述多個刀片接收凹穴之一內，並具有至少包括工作主切削刃的兩個主切削刃；以及包括工作主前刀面的兩個相關聯的主前刀面，其中在垂直於中心縱軸線的徑向平面中，相同的切削刀片中的至少兩個具有不同的刀具徑向前角S1、δ 2。



為了更好地理解，現將參照附圖通過示例的方式說明本發明，在附圖中虛線表示部件的部分視圖切去的邊界，其中圖1是根據本發明第一實施例的切削刀片的透視圖；圖2是圖1中示出的切削刀片的頂視圖；圖3是圖1中示出的切削刀片的第一側面的側視圖；圖4是圖1中示出的切削刀片的第二側面的側視 圖5是銑刀的側視圖，具有處於第一轉位位置的根據第一實施例的切削刀片；
圖6是銑刀的側視圖，具有處於第二轉位位置的根據第一實施例的切削刀片；
圖7是根據本發明第二實施例的切削刀片的透視 圖8是圖7中示出的切削刀片的頂視 圖9是圖8中示出的切削刀片沿線IX-1X所取的剖面 圖10是圖8中示出的切削刀片沿線X-X所取的剖面 圖11是銑刀的側視圖，具有處於第一轉位位置的根據第二實施例的切削刀片；
圖12是銑刀的側視圖，具有處於第二轉位位置的根據第二實施例的切削刀片；
圖13是圖11中示出的銑刀沿線XII1-XIII所取的剖視圖；以及 圖14是圖12中示出的銑刀沿線XIV-XIV所取的剖視圖。
具體實施例方式參見圖1，示出可轉位切削刀片20，該切削刀片20可通過衝壓和燒結硬質合金，例如碳化鎢而製造，並可具有塗層或沒有塗層。切削刀片20具有上表面22和限定下平面P的相対的下表面24，周側表面26在其間延伸。上、下周刃28和30分別形成在周側表面26與上表面22和下表面24的相交處。裝夾通孔32在上表面22與下表面24之間延伸並張開到上表面22和下表面24。切削刀片20可繞與裝夾通孔32共軸的刀片軸線A轉位。周側表面26具有相對的第一和第二側表面34和36,以及相對的第一和第二端表面38和40。相対的第一和第二側表面34和36每個可包括相同的側鄰接表面42，側鄰接表面42基本是平面。相對的第一和第二端表面38和40姆個可包括相同的端鄰接表面44,端鄰接表面44基本是平面。上周刃28具有與第一側表面34相鄰的第一主切削刃46以及與第二側表面36相鄰的第二主切削刃48。上周刃28可具有與相対的第一和第二端表面38和40的各自ー個相鄰的兩個相同的次切削刃50，以及將第一和第二主切削刃46和48的每個與各自的次切削刃50相接的兩個相同的角切削刃52。上表面22具有分別與第一和第二主切削刃46和48的各自一個相鄰的第一和第二主前刀面54和56。根據如圖2、圖3和圖4所不本發明的第一實施例,在第一前點E處相切於第一主切削刃46的線與下平面P之間存在第一刀片軸向前角a 1，在第二前點F處相切於第二主切削刃48的線與下平面P之間存在第二刀片軸向前角a 2，其中第一刀片軸向前角a I大於第二刀片軸向前角a 2。第一前點E在包含刀片軸線A的第一轉位平面Pl上，第二前點F在也包含刀片軸線A並與第一轉位平面Pl具有轉位角V的第二轉位平面P2上。轉位角￥等於360° /n，其中n表示主切削刃46、48的數目，對於本實施例，n=2意味著11/=180°，使得第一前點E和第二前點F在轉位180°時共享相對於刀片軸線的同一位置。第一和第ニ刀片軸向前角a I和a 2可分別沿第一和第二主切削刃46和48的長度大致恆定。以上「刀片軸向前角」的定義使得當切削刀片「在手中」時，能在等同的前點處比較可轉位切削刀片的主切削刃。 以下提及的「刀具軸向前角」 指的是在前點處相切於主切削刃的線與銑刀縱軸線之間測量的「真實」軸向前角。現參照圖5和圖6，示出具有分別處於第一和第二轉位位置的切削刀片20的銑刀58，所述切削刀片20可移除地安放在銑刀刀體62的給定刀片接收凹穴60內。銑刀刀體62具有三個相同的刀片接收凹穴60，所述三個相同的刀片接收凹穴60緊鄰銑刀刀體62的面向前的端表面，每個刀片接收凹穴60具有以關於中心縱軸線C成同一凹穴角0傾斜的大致平面凹穴座表面64。在圖5中，第一主切削刃46處於工作位置，並具有第一刀具軸向前角a 1』，而在圖6中第二主切削刃48處於工作位置，並具有第二刀具軸向前角a 2』，其中第一刀具軸向前角a I』大於第二刀具軸向前角a 2』。第一和第二刀具軸向前角al』和a 2』分別在第一和第二主切削刃46和48上的前點測量，共享垂直於銑刀刀體62的縱軸線C的同一徑向平面P3，並可沿第一和第二主切削刃46和48的長度大致恆定。銑刀58可具有例如帶有三個相同刀片接收凹穴60的銑刀刀體62，其中三個相同的切削刀片20可被保持在兩個轉位位置之一，以提供以下可能的切削工具構造(i)三個切削刀片20的具有第一軸向前角a I』的第一主切削刃46是工作的；(ii)三個切削刀片20的具有第二軸向前角a 2』的第二主切削刃48是工作的；(iii)兩個切削刀片20的具有第一軸向前角a I』的第一主切削刃46以及ー個切削刀片20的具有第二軸向前角a 2』的第二主切削刃48是工作的；以及(1パー個切削刀片20的具有第一軸向前角a I』的第一主切削刃46以及兩個切削刀片20的具有第二軸向前角a 2』的第二主切削刃48是工作的。如此，可用一組相同的切削刀片20選擇關於刀具軸向前角的不同組合的最適當的切削工具構造。具體地，構造(iii)和(iv)可用於減少/消除顫動，同時提供優化的操作參數。現參照圖7和圖8，示出可轉位切削刀片120，切削刀片120具有上表面122和限定下平面P』的相対的下表面124以及在其間延伸的周側表面126。上、下周刃128和130分別形成在周側表面126與上表面122和下表面124的相交處。裝夾通孔132在上表面122與下表面124之間延伸並張開到上表面122和下表面124。切削刀片120可繞與裝夾通孔132共軸的刀片軸線B轉位。周側表面126具有相對的第一和第二側表面134和136,以及相對的第一和第二端表面138和140。相対的第一和第二側表面134和136每個可包括相同的側鄰接表面142，側鄰接表面142基本是平面。相対的第一和第二端表面138和140每個可包括相同的端鄰接表面144，端鄰接表面144基本是平面。上周刃128具有與第一側表面134相鄰的第一主切削刃146以及與第二側表面136相鄰的第二主切削刃148。上周刃128可具有與相対的第一和第二端表面138和140的各自一個相鄰的兩個相同的次切削刃150，以及將第一和第二主切削刃146和148的每個與各自的次切削刃150相接的兩個相同的角切削刃152。上表面122包括分別與第一和第ニ主切削刃146和148的各自一個相鄰的第一和第二主前刀面154和156。根據如圖9和圖10所示本發明的第二實施例，在第一線LI與下平面P』之間有第一前刀面輪廓角P I，所述第一線LI至少在第一主切削刃146附近與第一主前刀面154的剖面輪廓共線；在第二線L2與下平面P』之間有第二前刀面輪廓角￠2，所述第二線L2至少在第一主切削刃148附近與第二主前刀面156的剖面輪廓共線。第一線LI和第二線L2位於包含刀片軸線B並分別垂直於 第一和第二主切削刃146和148的第一和第二中心平面P4和P5上。
以上「前刀面輪廓角」的定義使得當切削刀片「在手中」時，能在等同的剖面處比較可轉位切削刀片的前刀面。應理解「前刀面輪廓角」的定義也可應用於緊鄰被稱為「刃帶(land)」的切削刃的前刀面。以下提及的「刀具徑向前角」指的是在通過沿主切削刃一點的剖面上測量的「真實」徑向前角，作為其相關聯前刀面與關於銑刀軸線的半徑之間的角度。圖11、13和圖12、14示出具有分別處於第一和第二轉位位置的切削刀片120的銑刀158，所述切削刀片120可移除地安放在銑刀刀體162的給定刀片接收凹穴160內。銑刀刀體162具有三個相同的刀片接收凹穴160，所述三個相同的刀片接收凹穴160緊鄰銑刀刀體162的面向前的端表面，每個刀片接收凹穴160具有以與中心縱軸線D成同一凹穴角9 I傾斜的大致平面凹穴座表面164。在圖13中，第一主前刀面154處於工作位置，並具有沿第一主切削刃146大致恆定的第一刀具徑向前角5 1，而在圖14中，第二主前刀面156處於工作位置，並具有沿第二主切削刃148大致恆定的第二刀具徑向前角S 2，其中第一刀具徑向前角S I大於第二刀具徑向前角6 2。銑刀158可具有例如帶有三個相同刀片接收凹穴160的銑刀刀體162，其中，三個相同的切削刀片120可被保持在兩個轉位位置之一，以提供以下可能的切削工具構造(i)三個切削刀片120的具有第一徑向前角5 I的第一主前刀面154是工作的；(ii)三個切削刀片20的具有第二徑向前角5 2的第二主前刀面156的工作的；(iii)兩個切削刀片20的具有第一徑向前角S I的第一主前刀面154以及ー個切削刀片20的具有第二徑向前角6 2的第二主前刀面156是工作的；以及(^)ー個切削刀片20的具有第一徑向前角5 I的第一主前刀面154以及兩個切削刀片20的具有第二徑向前角5 2的第二主前刀面156是工作的。如此，可用一組相同的切削刀片120選擇關於刀具徑向前角的不同組合的最適當的切削工具構造。具體地，構造(iii)和(iv)可用於減少/消除顫動，同時提供優化的操作參數。
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儘管已在一定程度上具體說明了本發明，應理解在不背離所要求保護的本發明精神或範圍的情況下可做各種替換和修改。
權利要求
1.一種可轉位切削刀片(20，120)，包括 上表面(22，122)和相對的下表面(24，124)，周側表面(26，126)在其間延伸； 在所述上表面(22，122)與下表面(24，124)之間延伸並張開到所述上表面(22，122)與所述下表面(24，124)的裝夾通孔(32，132)，所述裝夾通孔(32，132)具有刀片軸線(A，B)，所述切削刀片(20，120)繞所述刀片軸線(A，B)可轉位； 在所述上表面(22，122)與所述周側表面(26，126)的相交處形成在上周刃(28，128)上的至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)； 形成在所述上表面(22，122)上與所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)的各自一個相鄰的至少兩個主前刀面(54，154 ;56，156)； 具有包含所述刀片軸線(A，B)並垂直於所述至少兩個主切削刃(46，146，48，148)的至少兩個中心平面(P4，P5);以及 在線(LI，L2)與由所述下表面(24，124)限定的下平面(P，P』 )之間的至少兩個前刀面輪廓角(β 1，β 2)，所述線(L1，L2)至少在所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)附近與通過所述至少兩個中心平面(P4，P5)所取的所述至少兩個主前刀面(54，154 ;56，156)的剖面輪廓共線， 其中，所述至少兩個前刀面輪廓角(β 1，β2)中的至少兩個是不同的。
2.如權利要求1所述的切削刀片(20，120)，具有包含所述刀片軸線(Α，Β)並且與所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)相交的至少兩個轉位平面(Pl，Ρ2)； 至少兩個前點(Ε，F)，在所述至少兩個前點(E，F)處，所述至少兩個轉位平面(Pl，Ρ2)與所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)相交；以及 位於在所述至少兩個前點(E，F)處相切於所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)的線與所述下平面(P，P』 )之間的至少兩個刀片軸向前角(α 1，α 2)， 其中，在所述至少兩個轉位平面(Pl，P2)之間存在轉位角(Ψ )，所述轉位角(Ψ )等於360° /n，其中，η是主切削刃(46，146 ;48，148)的數目，以及 其中，所述至少兩個刀片軸向前角(α 1，α 2)中的至少兩個是不同的。
3.如權利要求1所述的切削刀片(20，120)，其中，所述周側表面(26，126)包括相對的第一和第二側表面(34，134 ;36，136)以及相對的第一和第二端表面(38，40 ;138，140)。
4.如權利要求3所述的切削刀片(2O，12 O )，其中，所述至少兩個主切削刃(4 6，14 6 ;48，148)沿相鄰於所述第一和第二側表面(34，134 ;36，136)的所述上周刃(28，128)的部分形成。
5.如權利要求1所述的切削刀片(20，120)，包括 兩個主切削刃(46，146 ;48，148)； 其中 所述兩個主切削刃(46，146 ;48，148)的每一個具有形成在所述上周刃(28，128)上的相關聯的次切削刃(50，150)。
6.如權利要求5所述的切削刀片(20，120)，其中，所述兩個主切削刃(46，146;48，148)的每一個與所述兩個次切削刃(50，150)共享角切削刃(52，152)。
7.如權利要求6所述的切削刀片(20，120)，其中，所述兩個次切削刃(50，150)以及所述兩個角切削刃(52，152 )是相同的。
8.如權利要求2所述的切削刀片(20，120)，其中，所述至少兩個刀片軸向前角(α1，α 2)沿所述至少兩個主切削刃(46，146 ;48，148)的長度大致恆定。
9.一種統刀(58,158),包括 具有多個刀片接收凹穴(60，160)的銑刀刀體(62，162)及相等數量的相同的可轉位切削刀片(20，120)， 每個刀片接收凹穴(60，160)具有關於中心縱軸線(C，D)以相同凹穴角(θ，Θ 』)傾斜的大致平面凹穴座表面(64，164)；以及 每個相同的可轉位切削刀片(20，120)可移除地安放在所述多個刀片接收凹穴(60，160)之一內，並具有至少 包括工作主切削刃(46，146 ;48，148)的兩個主切削刃(46，146 ;48，148);以及 包括工作主前刀面(54，154 ;56，156)的兩個相關聯的主前刀面(54，154 ;56，156)， 其中 在垂直於所述中心縱軸線(C，D)的徑向平面(Ρ3)中，所述相同的切削刀片(20，120)中的至少兩個具有不同大小的刀具徑向前角(S 1，δ2)。
10.如權利要求9所述的銑刀(58，158)，其中，所述銑刀刀體(62，162)具有多個相同的刀片接收凹穴(60，160)。
11.如權利要求9所述的銑刀(58，158)，其中，與所述至少兩個相同的切削刀片(20，120)相關聯的刀片徑向前角(δ 1，δ 2)沿所述至少兩個工作主切削刃(46，146 ;48，148)的長度大致恆定。
12.如權利要求9所述的銑刀(58，158)，其中，所述至少兩個相同的切削刀片(20，120)具有不同大小的刀具軸向前角(α I』，α2』)。
13.如權利要求12所述的銑刀(58，158)，其中，與所述至少兩個相同的切削刀片(20，120)相關聯的刀片軸向前角(α 1』，α 2』)沿所述至少兩個工作主切削刃(46，146 ;48，148)的長度大致恆定。
14.如權利要求9所述的銑刀(58，158)，其中，所述多個刀片接收凹穴(60，160)的每一個緊鄰所述銑刀刀體(62，162)的面向前的端表面。
全文摘要
一種可轉位切削刀片和具有相同的可轉位切削刀片的銑刀。可轉位切削刀片具有上表面、相對的下表面以及周側表面。主切削刃形成在上周刃上，相鄰的主前刀面在上表面上。至少兩個主切削刃在沿主切削刃的等同的轉位點處具有不同的刀片軸向前角，至少兩個主前刀面在與主切削刃垂直並包含刀片軸線的平剖面處具有不同的前刀面輪廓角。銑刀包括具有多個相同的刀片接收凹穴的銑刀刀體，相等數量的相同的可轉位切削刀片可移除地安放在所述多個刀片接收凹穴處，使得工作主切削刃和工作主前刀面具有不同的軸向和/或徑向前角。
文檔編號B23C5/20GK103028770SQ20121058214
公開日2013年4月10日 申請日期2009年6月28日 優先權日2008年8月6日
發明者A.巴拉斯 申請人:伊斯卡有限公司