CN100404179C - 切削元件和装备有至少一个切削元件的刀具 - Google Patents

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Abstract

一种切削元件，其包括：a)一个第一上表面(20)；以及b)，至少一个侧面(23)；由此c)该侧面和第一上表面会合在一个边缘区域(24)；d)在该边缘区域形成至少一个切削刃(11-14)；e)各切削刃本质上相对于穿过所述切削元件的一个转动轴(A)凸起弯曲，以及；f)各切削刃的曲率在一个预先确定的围绕该转动轴的转动方向(D)上以一种严格单调的方式增加。

Description

切削元件和装备有至少一个切削元件的刀具
技术领域
本发明涉及一种切削元件，同时涉及一种带有至少一个切削元件的刀具。
背景技术
通常，参照下面将被简要说明的特定术语描述通过去除材料或碎屑而工作的刀具(tool)的切削部件或切削元件的几何形状是；本申请也使用依据下列定义的这些术语，其很大程度上是源自于A.Herbert Fritz and GünterSchulze的书《Fertigungstechnik》(5th Edition，2001，Springer Verlag/VDI.)。
该切削部件的“切面(face)”或“切削表面(chip surface)”或“切削面(cutting face)”是被去除的切屑在材料去除过程中从上经过的表面。“侧面(flanks)”或“自由表面(free surfaces)”是所述切削部件的表面，其朝向产生在工件(workpiece)上的切削表面转动。切削线，由所述切面和侧面的相交部分形成的一维结构，是所述刀具的“切削刃(cutting edge)”。“主切削刃(major cutting edge或main cutting edge)”对准所述刀具在操作平面内前进的方向，而“次切削刃(minor cuttingedge或secondary cutting edge)”则不是。在一个“转角(corner)”或“刀鼻(nose)”处，所述主切削刃和次切削刃与所述切面重合。在所述刀具的所述转角通常进行弧形倒角或斜面倒角。
相对于另一部件来说，所述切削部件的表面方向或位置决定“刀具角(tool angles)”，刀具角在所称的刀具基准***(tool reference system)内测量。所述刀具角因而表现了所述切削部件的几何形状特点，并对所述刀具的制造和保养有重要意义。为了表示切削或切屑去除过程，根据切削过程基准***中测量的“切削过程角(working angles)”来识别所述刀具角是重要的。所述刀具基准***不仅包括一个刀具基准面，该基准面通过切削刃尖，尽可能地垂直于假定的切削方向，并且依据所述刀具的一个平面、轴或刃被标定方向，其在端铣削刀具(end milling cutter)中是旋转轴；而且所述***还包括一个切削刃平面，其和所述切削刃的基准面一样包含切削刃。在工作基准***中，刀具基准面由被认为是与切削的工作方向或有效方向垂直的工作基准面所替换。在两种基准***中的任一种内，所述的三个平面是彼此垂直的。
在刀具基准***内，对切削过程最重要的角是对应于介于切面和刀具基准面之间的角度的倾斜角(rake angle)γ、对应于介于切面和侧面之间的角度的楔角(wedge angle)β、以及对应于介于刀具的侧面和切削刃面之间的角度的后角(clearance angle)或后向角(relief angle)α。所述三个角α、β和γ的总和是90°。其它重要的角是设置角或切削刃角κ，其所测量的是所述刀具的切削刃平面和在所述刀具基准面内的工作面之间的角度，还有坡口角度(included angle)ψ，其所测量的是与所述刀具基准面内的主要和次要切削刃相关的切削刃平面之间的角度。最后，在所述刀具切削刃平面内的切削刃倾角(inclination angle)λ，被定义为介于切削刃和刀具基准面之间的角度。
已知的切削技术，尤其铣加工技术使用带有许多不同几何形状和外形的切削部件。特别是，一些部件被设计为可替换的并且能被使用多次；这些切削元件(或切削板、切削刀片)包括两个或多个彼此大致相同或一致的切削区，并且依赖于现有相同的切削刃的数量，其能相对于承载元件转动或旋转，从而被多次使用。通常，在这种情况下，所述切削刃依据一个预先指定的n次旋转对称配置，所以因为此一对称配置，所述切削部件在被旋转通过一个预先指定的角度或该角度的整数倍时，与它自身先前所在的位置相一致。在两个切削刃的情况下，通常，选择一个180°的旋转角；对于三个切削刃，所述旋转角是120°，以及对于四个切削刃时，所述旋转角是90°，等等。就是说，通常旋转角是360°/n，其中n表示对称的整数次。被设计为以这种方式旋转的一种切削刀片，具有n次对称，在它必须最后被替换为其它刀片前，通过围绕旋转角转动n倍来使用它。依据应用的类型，这种旋转切削刀片的广泛的不同的形式是已知的。某些具有线性导向的切削刃，其相交在所指出的转角区域，然而，在其它情况下，所述刀具具有弯曲的切削刃，其对应于所述切面和侧面的一种扁平的或类似曲线的形状，例如，这已知于专利US 4,294,565A、EP 1 075 889 A1、DE 100 52 963 A1、DE 199 56 592 A1或EP 1 260 298 A1中。
文件US 4,294,565A公开了一种用于精加工的随铣刀(milling tool)一起使用的切削刀片(cutting insert)；该刀片包括彼此平行的两个平面或斜面，并且包括在前斜面上的切削刃。在两个斜面之间，形成了梯形的刃面，其被配置为和垂直于所述精加工刀片斜面的一个平面之间的夹角为锐角。因为刃面倾向于此角度，在该刀片被配置在一个正的轴倾角(axialinclination)时，允许有一个后角，即，在所述切削板的放射状的外侧上的刀具旋转方向上倾斜。所述前斜面和后斜面的外形为一个具有相同长度侧边的多边形，尤其一个正方形，并且因此具有带四个主切削刃的四次轴对称。这些主切削刃具有圆弧形状，弧半径比所述精加工刀片前斜面的宽度大几倍。由于所述切削刃的这一圆形的凸曲率(convex curvature)，在所述切削板的转角处存在一个偏移量(转角下降x)，其值为所述切削刃的一个终点与相切于所述切削刃的中点(d)的一条线之间的距离。在此该已知的精加工刀片的侧面，设置有凸起弯曲的凹痕(indents)，使得在位于所述刀具的主体上的凹坑(pocket)内将刀片夹住。在根据专利US4,294,565A的这种已知的精加工刀具情况中，用于铣或切削的部件不是所述切削板的一个转角区域，而是环绕所述切削刃的中心点的正方形基本结构的边缘区域。
专利文献DE 100 52 963 A1中公开的端面铣和切削刀具带有几个可更换的切削板，其被可释放地固定在位于刀具的一个杆状主体上的切削板插座内。可更换的切削板是多边形板，其中各都在其中至少一部分内包括一个角部切削刃，在主刀具体的前端部分上的临近角部切削刃处设置的一个曲线切削刃，以及一个周缘的切削刃，其设置在主刀具体的一个外部侧面上的角部切削刃的另一侧，对其进行设置，使得曲线切削刃从转角主刀具体的前端部分向前伸出，并且该周缘切削刃在朝向主刀具体的一个轴的方向上向后延伸。该曲线切削刃具有一个固定的曲率半径，因此具有恒定的曲率。该角部切削刃同样具有一个固定的曲率半径，并因此具有恒定的曲率。该角部切削刃的曲率半径比曲线切削刃的曲率半径小。周缘切削刃为线性结构。
专利文献DE 199 56 592 A1中公开了一种用于球形铣刀的切削板，其具有一个在一个大致的径向平面内延伸并且设置于切削面上的主切削刀，一个大体上轴向、向后和部分径向向外延伸的次切削刃，及位于主次切削刃之间连接处的一个角部切削刃，如在切削板的上表面的俯视图中所示，其具有特定的倒角半径；次切削刃的半径明显大于角部切削刃的半径并且小于提供切削板的铣刀直径的两倍。切削刃的曲率半径以及相应的曲率在所有情况都是常数。
专利文献EP 1 075 889 A1公开了一种切削刀片，其具有两个彼此相对排列的主切削刃和连接主切削刃的两个次切削刃，这样，切削刃角是在3°到35°之间。主切削刃为拱形，而次切削刃被成形为一条弧线或一条直线并且相对于该切削刀片的中心轴向后倾斜。此已知的切削刀片包括带有拱形主切削刃的两个转角区域，从而表现出两次对称，能被使用两次。此外，此文件还公开了一个带有三次对称的切削刀片，即具有三个带有主切削刃的转角区域，因此其可被使用三次。
最接近本申请目的的现有技术认为是来自日立(Hitachi)的专利文献EP 1 260 298 A1中的技术。此EP 1 260 298 A1公开了一种用于通过去除材料来工作的旋转刀具的可更换的切削刀片。该切削刀片具有一个正方形的正面以及一个正方形的、平面的背面，还有在介于切削面和后侧面之间的侧面上的一个弧形侧面区域。此已知的切削刀片有一个所称的正类型的配置，其中一个向外的曲线刃边位于所述切削面和侧面区域之间，以作为切削刃。术语“正类型”被用于描述一种这样的切削刀片，其自身已经包括了一个位于切削刃上、用于切削过程的后角。这样，该刀片能被安装至旋转刀具主体上的相关凹槽内，在各侧面区域的中部有一个平面区域，其不接触切削刃而延伸至更低，或延伸至背面。一个由向外弯曲的刃边形成的主切削刃在一个圆形路线上从它的最低点延伸到刀具的***。该向外弯曲刃边的半径是在刀片内标记的圆周直径的0.6-1.6倍，并且总计在11mm和15mm之间。
根据文件EP 1 260 298 A1的记载，其中所描述的切削刀片减小了在切削过程中所施加的力并因此延长了该刀片的工作寿命。
发明内容
本发明的一个目的是公开一种切削元件，其中，相对于由专利EP 1260 298 A1所公开的刀片，切削力被更进一步的改善，本发明的目的还包括公开一种带有至少一个这样的切削元件的刀具。
根据本发明提供的一种的切削元件(或切削板，切削刀片)，包括一个第一表面，尤其是端面，以及至少一个侧面，该侧面和该第一表面相交(或会合，彼此邻接)在一个边缘区域(或周边区域)，并且在此边缘区域内至少形成一个切削刃。根据本发明，各切削刃相对于转动轴被大致地凸起弯曲，以此方式，它的曲率在一个预先指定的围绕所述转动轴的转动方向上严格地单调地增加。由于曲率上严格地单调地增加，在第二切削刃尖处的曲率在预先指定的转动方向上紧随在一个第一切削刃尖后，在第二切削刃尖处的曲率总是大于在第一切削刃尖处的曲率。
根据本发明的这些措施，具有如下优势，第一，在一个给定的预先指定的***或结合深度，所述深度在朝向工件的横向进给运动之前由该刀具的纵向进给决定，操作或切削刃的***或结合长度，即在切削过程中将与工件接触的切削刃的长度，比从专利EP 1 260 298 A1所知的对应切削元件短，这是因为在本发明中逐渐增加了切削刃的曲率。结果，相比于专利EP 1 260 298 A1，所施加的切削或屑片去除力，引入的热量和振荡的趋势都被减小，并且工作寿命进一步地增加。此外，在小结合深度地情况下，例如，在修平或精加工过程中，切削刃在一个小曲率或接近直线的区域内是有效的，其使得具有最小结合深度，能获得高质量和平滑的工件表面，或者通过纵向进给运动获得高质量的沟槽，即使在高速运动时也是如此。
然而，因为其增加了曲率，该切削刃在大***深度时进也能有效工件，比如应用在初级修平或粗加工中，使得带有给定外部尺寸的一个切削元件能有更大的***深度，或对于一个给定的***深度，该切削元件相比于从专利EP 1 260 298 A1中所知的切削元件来说能具有更小的外部尺寸。因而根据本发明的切削元件是非常适于最终或初始的修平工序。
通过阅读如下的本发明提供的技术方案，该切削元件的有利的实施例、进一步的改进和应用将变得显而易见：
本发明提供的切削元件的各切削刃都被提供或使用作为一个主切削刃。
在所述边缘区域，有至少两个构造为彼此完全相同的切削刃，使得在所述切削元件被围绕它的转轴转动一个预先指定的转动角度时，各切削刃进入另一个切削刃先前的一个位置，并且与这一另一个切削刃重合。
所述切削刃通过所述边缘区域的中间区彼此相连，以使所述中间区并不是被提供作为主切削刃，和/或所述中间区域包括转角区域，此外，所述切削刃和所述相邻的中间区连续地彼此结合。
所述曲线部分以一种导数连续的方式彼此结合。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分被构造为平滑的或导数连续。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于一个整数或分数有理函数的一部分，或被配置成至少部分地对应于一条抛物线的一部分，或者被配置成至少部分地对应于一条双曲线的一部分。
各切削刃终止于所述抛物线的顶点，或者各切削刃终止于所述双曲线的顶点。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于下列各函数的一部分：一条摆线；或一个椭圆函数；或一个三角函数；或一个指数函数；或一个螺旋函数。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于下列各函数的一部分：一个正切或正弦函数；或一个对数螺旋函数、一个双曲螺旋函数或一个阿基米德螺旋函数。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分由单独的分段曲线组成，其以一种连续的方式彼此相互结合。
所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分以导数连续的方式彼此相互结合。
至少所述边缘区域参照一个包含所述转动轴的对称平面具有一个镜面对称的结构，或相对于所述转动轴轴向对称。
本发明提供的切削元件，还包括一个第二表面，其朝向远离所述第一表面的方向，并且在一个辅助的边缘区域与所述侧面邻接。
由所述第二表面和所述侧面形成的所述边缘区域包括至少一个切削刃或至少两个曲线部分，使得各切削刃或各曲线部分相对于通过所述切削元件的一个转动轴实质上凸起弯曲，并且各切削刃或各曲线部分的曲率在围绕该转动轴的预先指定的转动方向上严格地单调增加。
决定在由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域内所述切削刃或所述曲线部分的所述曲率的所述转动方向，与在由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域内的所述转动方向相同或相反。
由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域与由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域相同。尤其是由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域在数量、排列和配置上具有与由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域的相同的切削刃或者曲线部分。
相对于位于所述第一表面和所述第二表面之间并且与所述转动轴垂直的一个镜像对称面来说，由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域是所述边缘区域的一个镜像。
由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域，是通过如下方式设置或形成：相对于一个位于所述第一表面和所述第二表面之间并垂直于所述转动轴的第一镜像对称面对所述第一边缘区域进行镜像，随后相对于一个包含所述转动轴的第二镜像对称面进行辅助镜像，和/或随后绕垂直于所述转动轴的一个对称轴转动180°。
所述切削元件被构造成相对于所述第一表面和所述第二表面之间并垂直于所述转动轴的一个镜像对称面实质上镜像对称。
所述切削元件包括至少一个支撑面，优选地，包括对应于所述切削刃或曲线部分的数量的支撑面，经由所述至少一个支撑面与一个材料去除刀具的承载体相接触或与承载体中的一个基座相接触。
所述切削元件的至少一个或每一个支撑面被构建在介于所述两个边缘区域之间的所述侧面上，并空间上与所述两个边缘区域隔开，或者是其中至少一个或每一个支撑面被构建在所述侧面上，并且空间上与所述第一表面处的所述边缘区域隔开，同时延伸至或通向在所述第二表面上的所述边缘区域。
所述切削元件的至少一个或每一个支撑面由一个或更多个平面组成，和/或其中各支撑面位于所述侧面上的一个凹槽内，其向内偏离于所述侧面。
所述切削元件的所述侧面具有弯曲的形状，并且它的曲率至少实质上与位于所述第一表面和所述第二表面上的所述边缘区域的所述曲率相一致。
在所述第一表面上的所述边缘区域实质上在一个平面内延伸，或其中位于所述第一表面和/或所述第二表面上的所述边缘区域包括一个刃角或倒角。
所述切削元件包括一个通过所述转动轴的中心的通孔，作为一个固定装置的通道，通过该固定装置，尤其是一个固定螺钉，将所述切削元件固定在一个材料去除刀具的承载体上。
在临近所述边缘区域的一个区域内，所述第一表面和/或所述第二表面，在一个向内和/或向所述第一表面和/或所述第二表面的立体角范围内延伸，和/或被倾斜和/或被设置为在所述边缘区域内与所述侧面之间呈锐角和/或其中所述第一表面和/或所述第二表面包括一个环状的凹坑或凹槽以导出屑片。
依据设置在一个边缘区域内的切削刃的数量，通过将其围绕所述转动轴转动，所述切削元件能被多次使用。
当一个工件被介于所述第一或第二表面和所述侧面间的所述边缘区域内的一个切削刃加工时，所述第一表面或所述第二表面作为切削面，而所述侧面则作为刀具侧面。
在切削面和刀具侧面之间设置一个后角，或所述切削元件是正类型的；或者是其中在切削面和刀具侧面之间不设置后角，或所述切削元件是负类型的。
为了得到用于多种用途一个切削元件，在一个特别有益的实施例中，至少两个切削刃被安置在边缘区域，并且它们具有完全相同的配置(或是彼此相互一致的)，使得在该切削元件被以一个预先指定的转动角绕它的转轴转动时，这些切削刃变成互相占据彼此的位置(或在所有情况下，位于另一切削刃先前所在的位置)，并且与在此位置的先前切削刃在形状上相适合或一致。根据示出在一个边缘区域的切削刃的数量，通过将其取下、绕着转动轴旋转并再次***该切削元件，一个切削元件能被使用多次，这是因为所述旋转导致先前的切削刃已经被另一个现在被用于材料去除的切削刃所替换。
彼此完全相同的切削刃通常提供作为主切削刃。
在一个实施例中，在所有情况下，切削刃之间的边缘区域包括中间区，其并不是作为(主)切削刃而设置和/或特别地其包括有或就是转角区域。该切削刃和相邻的中间区彼此连续的结合(或会合在一点)，优选地以一种导数连续的方式(或平滑的，或在会合点的两侧具有相同的斜率)。
在切削刃的一个可供选择的有益的实施例中，所述边缘区域包括至少两个曲线部分，其彼此完全相同、一个紧随另一个、并且连续地结合或会合，优选地是导数连续地彼此结合；各完全相同的曲线部分都相对于转动轴被大致地凸起弯曲，并且在一个共有的预先指定的围绕转动轴的转动方向上，各完全相同的曲线部分的曲率严格地单调增加。优选地，在这种情况中，一个完全相同的切削刃被安排在各曲线部分，或各曲线部分大体上对应一个切削刃。
切削刃或包括切削刃的曲线部分的凸起的单调增加的曲率，能至少应用在与转动轴垂直的一个坐标平面内，或投影在垂直于转动轴的一个投影平面上，所述曲率带有至少在一个特定的定义范围或数值范围内表现出这种特性的基本函数特性，或者其也能是以连续的方式，优选为导数连续的方式，由单独的分段曲线或函数组成，例如通过插值，从而获得一个带有所需变化曲率的整个曲线。
下面是此处所引用的作为基本函数的有益的实施例，但没有一般性的限制。
●整数有理函数或多项式，尤其是作为一个特例的一个抛物线函数，在此情况中，优选地每一切削刃结束于抛物线的顶点；
●分数有理函数或两个多项式的商，尤其是作为一个特例的一个双曲线函数，在此情况中，优选地各切削刃结束于双曲线的顶点；
●摆线函数
●椭圆函数
●三角函数，尤其是正切或类正切函数、或正弦或类正弦函数；
●指数函数
●螺旋函数，尤其是一个对数螺旋、一个双曲螺旋或一个阿基米德螺旋。
对于边缘区域和它的切削刃或曲线部分的形状的可用性来说，同样可能和相等的数值，是通过对先前的函数进行双映射或转动和/或对其函数图形进行转换而得到，例如反函数(比如，对数函数与指数函数、平方根函数与抛物线函数、反正切函数与正切函数)，或转换函数(比如余弦到正弦，等等)。
可在边缘区域内设置奇数n个完全相等的的切削刃或曲线部分，在此情况中，n等于或大于1，尤其是3或5。相应地，切削刃的对称性能随后通过一个绕着360°/n的转动角的转动来描述，即，在三次对称中该角是120°。
同样，在边缘区域内的完全相同的切削刃或曲线部分的数目也能是一个偶数，其等于或大于2，尤其是4或6。那么，根据转动对称，转动角360°/n在四次对称的情况下是90°，或在六次对称的情况下是60°。
在一个特别的实施例中，至少该边缘区域相对于一个包含转动轴的对称面是至少近似镜像对称，或相对于转动轴是至少轴对称的。这些额外的对称，尤其能与带有偶数个切削刃或曲线部分的实施例相结合，和/或与n是偶数的n次轴对称的实施例相结合。
在一个特别有益的实施例中的边缘区域的切削刃或曲线部分被构造成其是平滑的或是导数连续。单独切削刃或曲线部分的平滑形式，以及他们的至少连续和同样优选的平滑过渡，确保在切削刃上的磨损很少。
边缘区域的切削刃或曲线部分也能是多个单独的分段曲线的一个组合，这些单独的分段曲线彼此连续地结合并优选地以是导数连续的方式结合。
在一个特例中，该切削元件的有益的进一步发展是，通过第二表面与侧面的相交，一个边缘区域也可以形成在一个远离第一表面的第二表面上
此辅助的边缘区域，在一个有益的进一步发展中，同样包括至少一个切削刃或至少两个曲线部分，在此情况下，每一切削刃或曲线部分参照于穿过该切削元件的一个转动轴被大致地凸起弯曲。因此，在辅助的边缘区域内的切削刃也能被使用，并且该切削元件能被使用相应的更多的次数。
特别地，此辅助的边缘区域优选地是实质上完全相同于由第一表面和侧面形成的边缘区域；尤其，和第一边缘区域内一样，所述助的边缘区域所包括的相同的切削刃或曲线的数量、安排和配置和在第一边缘区域内的情况一样。总的切削刃的数目因而被加倍，这就是切削元件所能被使用的次数。
作为一个可选的或附加的特征，该辅助的边缘区域是第一边缘区域相对于位于第一表面和第二表面之间的一个镜像对称面的一个镜像，并且其垂直于转动轴。特别地，在由第二表面和侧面形成的辅助的边缘区域内，与切削刃或曲线部分的曲率相关的转动方向与在由第一表面和侧面形成的边缘区域内的转动方向是相同的。当切削元件被旋转的时候，通常带有该切削元件的刀具必须被改变成向右旋转，而不是向左旋转，或与之相反。
所以，带有切削元件的刀具的设计结构不需被改变，两个二者择一的特别有益的进一步开发方案被提出，其也能被组合应用。在这些进一步开发中的第一个情况中，由第二表面和侧面形成的该辅助的边缘区域，其形成过程如下，通过相对于位于第一表面和第二表面之间的一个第一镜像对称面对所述第一边缘区域进行镜面反射(或镜像)，所述镜像对称面垂直垂直于转动轴，随后相对于一个包含转动轴第二镜像对称面作镜面反射(或镜像)，和/或通过绕垂直垂直于转动轴的一个对称轴将第一边缘区域转动180°。在这些进一步开发的第二种情况中，决定由第二表面和侧面形成的辅助的边缘区域内的刀刃或曲线部分的曲率的转动方向，与由第一表面和侧面形成的边缘区域内的转动方向是相反的。
作为一个整体的该切削元件，还能相对于位于第一表面和第二表面之间并垂直于转动轴的一个对称面是实质上镜面对称的。
为了能被安装进一个刀具的承载体内，在一个有益地进一步开发方案中，该切削元件包括至少一个支撑面，优选地包括对应于切削刃或曲线部分数目的多个支撑面，利用此方式，在处于装载状态时，它被固定或置于该刀具的一个承载体上的一个基座内。在一个两个边缘区域或表面上都具有切削刃的实施例中，各支撑面被形成在介于两个边缘区的侧面上。在仅一个表面上有切削刃的实施例中，各支撑面能空间上与第一表面上的边缘区域分离，并且能延伸直到第二表面，或通向它的边缘区域。在一个实施例中，各支撑面由一个或多个平面的区域组成。如果侧面是曲面，并且它的曲率至少主要的与第一表面和第二表面上的边缘区域的曲率相一致，也可设置曲面状的支撑面。此外，各支撑面优选地形成在侧面上的一个凹槽内，即，从环绕的侧面向内偏离的一种结构。
通常，该边缘区域，尤其是它的切削刃，在第一表面上形成大致位于一个平面内的曲线。类似的，该辅助的边缘区域(如果有的话)在第二表面上是平面的。位于第一表面和/或第二表面上的各边缘区域，能包括一个刃角(bezel)或倒角，尤其用于增加楔角或减小在切削刃上的负荷。
为了将切削元件固定到一个切削刀具的一个承载体上，在进一步发展中的该切削元件，包括一个转动轴通过其中的中心开孔或贯穿通孔；此通孔优选地用于容纳一个固定装置，尤其是一个固定螺钉。然而，该切削元件也能额外地或可选地被从外侧通过一个或多个钳制楔夹持在其位置上。
第一表面和/或第二表面，在与边缘区域相邻的区域内，以一个固定角向内倾斜延伸，即分别朝向第二或第一表面，并且因而在边缘区域内相应地以一个锐角倾斜向侧面。结果，该边缘区域有一个尖角结构，相应的具有一个带尖锐角的切削刃。特别地，在边缘区域和支撑面之间，第一表面和/或第二表面包括，一个圆周的凹坑或凹槽以引导屑片离开或作为一个导屑刃。
通常，一个工件被利用一个第一表面和侧面之间的边缘区域内的切削刃进行机械加工时，第一表面是切削表面，而侧面是刀具侧面。相应地，对于利用一个第二表面和侧面之间的边缘区域内的切削刃对一个工件进行机械加工，通常，该第二表面是切削面，而侧面是刀具侧面。
此处，切削元件可以是正类型的，包括一个在切削面和侧面之间的后角，可选地，该切削元件能可以是负类型的，即，在切削面和侧面之间没有后角(0°)，在此情况中，通常在切削元件被安装在刀具内时设置一个后角。
根据本发明的切削元件能由各种切削或加工材料制成。用于切削元件的较佳的材料是高速钢材料或含有碳、钨、钼、钒和/或钴等类似合金元素的高合金刀具钢。这些高速刚或HSS钢的硬度通过在碳与碳化物形成合金金属之间形成碳化物而增加。此外，硬化材料比如碳化钛或氮化钛能作为涂层被应用于切削元件，以增加它的耐磨损性能。另一个能被使用的材料是硬质合金，其通常由包括用于获得硬度的包括金属碳化物的物质和决定韧性的粘合金属的物质的烧结体系组成。硬度通常由碳化钨、碳化钛和碳化钽以及碳化铌来提供。粘合金属可以是钴、镍、或钼。具有很少碳化钨的硬质合金也能被使用；这些所称的金属陶瓷基于钛碳氮化合物。即使当一个切削元件由硬质合金制成时，可以提供一个涂层以增加它的抗磨损性能。理论上切削板也可以由一种切削陶瓷制品、一种氮化硼，尤其立方体晶的氮化硼(CBN)或钻石(尤其是多晶线性钻石PCD)组成。多晶立方氮化硼或多晶钻石也能被用作一种涂层而用在由硬金属制成的基体上。
根据该发明的一个或多个切削元件通常被应用在一个刀具内，尤其一种材料去处的刀具，其带有一个能绕刀具轴旋转或被旋转的承载体，以及具有用于各切削元件的基座，使得该切削元件被优选为可释放地附在其上，尤其在倾向于多次使用各切削元件时，但其也能不可释放地固定在其上，例如，通过焊接。该刀具优选的是一种铣刀，尤其一种端铣刀。
附图说明
下面，参照示例性的实施例对本发明进行更详细地描述，该描述参照如下附图，其中：
图1是仅在一个表面上带有切削刃的切削元件的第一实施例的一个透视图；
图2是切削元件的一个边缘区域的一个示例性实施例的俯视图，所述切削元件带有四个椭圆形切削刃；
图3是切削元件的一个边缘区域的另一个示例性实施例的俯视图，，其中所述切削刃具有一个呈双曲线的形状；
图4是切削元件的一个边缘区域的另一个示例性实施例的俯视图，其中的曲线部分有一个呈抛物线的形状；
图5是切削元件的一个边缘区域的另一个示例性实施例的俯视图，其中切削刃具有一个呈螺旋形的形状；
图6是一个切削元件的透视图，其中，在两个表面上的切削刃设置为朝向相同的转动方向；
图7是另一个切削元件的透视图，其中在两个表面上的切削刃具有相同的转动方向；
图8是已装配了两个切削元件的一种材料去除刀具的透视图；
图9是根据图8的刀具在其被绕它的转动轴旋转90°后的一个透视图，
图10示出了根据图8和9的刀具从下面或从前面观察的透视图；
图11示出了一个带有五个切削刃的切削元件的透视图；以及
图12是一个切削元件的透视图，其在两个表面上的切削刃具有相反的转动方向。
图1-图12都是示意性的，并且它们中的相同附图标记被用于表示相对应的部件和数量。
具体实施方式
图1示出了一个切削元件2，其带有在图1中表现为上表面的一个第一表面20，以及位于相对侧即图1中的底面上的一个第二表面21，还包括环绕通过该元件的圆周的一个侧面23。在侧面23邻接第一表面20处，存在一个边缘区域24，其对应于表面20与侧面23的相交线。在这个边缘区域24，有一个近似的正方形基本形状，设置有四个主切削刃，主要是切削刃11、12、13、14，其中的各都通过中间区15、16、17和18与下一个分隔开来，中间区15、16、17和18组成了边缘区域24的转角区。切削刃11、12、13和14相对旋转轴A形成四次对称，旋转轴A穿过位于切削元件2中心的一个开口50，使得在切削元件2被旋转90°时，切削刃11与切削刃12重合，照例，切削刃12和切削刃13、切削刃13和切削刃14、以及切削刃14和切削刃11都分别重合。结果，切削元件2通过绕轴A旋转能被使用四次。
切削刃11至14相对于旋转轴A都是凸形弯曲的，使得其曲率在围绕轴A的旋转方向上连续地或单调地增加，所述旋转方向如D所示。例如，切削刃11的曲率从中间区18到中间区15之间连续增加，切削刃12的曲率从中间区15到中间区16之间连续增加，等等。
在第一表面20上，紧邻边缘区24，设置有一个环行槽(annular groove)或凹槽(recess)25，其以一个锐角倾向所述边缘区24并因此能形成一个锋利的切削刃。开口50被一个环绕区域26所包围，该环绕区域26邻接于凹槽25并带有一个向上突出的平面。该开口50向内锥形地减小，使得它具有类似圆锥形或喇叭形的形状，并因此适于和一个固定螺钉的头部接触或将它压在其上，固定螺钉的头部是通过开口50引入，从而将切削元件2固定在一个刀具上。为了连接至所述刀具，该切削元件2额外地包括在侧面23上低于边缘区24的四个凹槽或锯齿状缺口，以形成位于各所述切削刃11-14之下的四个支撑面。这里所示出的视图中，仅支撑面33和34能够被看到。每一支撑面，尤其33和34，向下延伸直到所述第二表面21，使得该切削元件能被向下移动，即，在从第一表面20到第二表面21的方向上向下移动，从而被***进刀具主体上的一个底座内。所述支撑面，尤其33和34，是平面的，并优选地设置成平行于转动轴A。
切削刃11-14的突起的、单调增加的曲率是依据基本函数而制造的，这样的一些例子显示在图2-5中。
在图2中，边缘区域24是由四个曲线部分41-44组成，它们全部彼此完全一样并在过渡点P1-P4处彼此平稳地结合。在图2所示的例子中，曲线部分41-44中各都被制成椭圆形，而在图3中，各自的形状都是一个双曲线，在图4中，是一个抛物线，以及在图5中，是一个双曲螺旋线。
在根据图4的抛物线函数的一个例子中，过渡点P1-P4被较佳的定位于接近抛物线的顶点S1-S4，即，在每一曲线中曲率最小的点。
图6和7各都示出了一个改进的切削元件6的一个实施例，切削元件6同样在第一表面60和侧面63彼此相接的边缘区域64内具有四个切削刃71-74，但此外还在第二表面61具有另四个切削刃81-84。分别带有边缘区域64和67的该两个表面60和61的结构非常对称或类似，并且除切削刃以外，类似于图1所示的实施例，还分别包括一个凹槽65或68，还分别包括环绕开口90的临近于边缘区域的一个支撑面66或69。在两个表面60和61之间，近似的在侧面63的中间，为每一切削刃形成一个接触或支撑面，即，在这种情况下为四个这样的表面；在图6所示的例子中，每一接触面具有一个由两个倾斜开口面所形成的V形横截面(这里仅接触面93和94可见)，然而，在图7所示的实施例中，该构造采用凹槽嵌入侧面63的形式，其中各都在它的底部有一个平坦的向外开放并平行于切线方向的接触表面(在四个接触表面中，仅两个表面92和93在图7中可见)。
图8到图10示出了一种通过材料去除来工作的刀具，例如，一种端面铣削刀具，其带有根据图8所示结构的并且在前端固定于刀具头的两个切削元件6和8。切削元件6和8相对于刀具的转轴R彼此分开大约180°，通过相应的固定螺钉36和38，各切削元件各被分别固定在刀具的承载体3相应的基座5或7内。一个凸起物55或75分别地从承载体3延伸进入包含接触表面的凹槽内，从而辅助将一个切削元件固定和装配到基座5或7上固定和装配。
在图8中示出了安装角(setting angle)κ，在图9中示出了前角(rakeangle)γ和后角(clearance angle)α，并且在图10中示出了径向角(radialangle)ξ。
图11示出了一种切削元件9，其带有五个切削刃，此处为在一个不间断的平面100上的五个曲线部分95-99，，并且还带有与平面100相对的作为支撑面的面101，以及位于前两个表面之间的一个侧面102。根据图11的该切削元件9是正类型的，也就是说，它包括一个在带有切削刃95-99的表面100与该侧面102之间的一个后角α。在此实施例中，该切削元件9不包括用于一个螺钉的一个开口，这样，为了连接至刀具上的一个基座，它被一个或多个楔状物夹住，尤其是在表面100和表面101上。
在图12中示出了一个切削元件10，其包括通过一个侧面115相互连接的两个平坦表面110和120，以及用于固定螺钉的一个中心开口。在第一表面110和侧面115之间的边缘区域内，存在四个完全相同的切削刃111-114，它们的凸曲率顺时针方向增加，即，图中所示的转动方向D。在相对的边缘区域内，在第二表面110和侧面115之间，形成了另外四个完全相同的切削刃，这里，仅其中两个122和123是可见的；这些切削刃的凸曲率在转动方向D’上增加，转动方向D’与方向D相反，即是逆时针方向。带有切削刃111-114的边缘区域与带有切削刃122和123连同另两个切削刃(未示出)的边缘区域是连续的，在围绕与轴A垂直的转轴转动180°的情况下，即在彼此垂直的镜象面内两次反射，这样，对一个给定的刀具转动方向，尤其根据图8至图10的一个方向，围绕它的刀具轴，该切削元件10能通过转过180°而被使用四次。
根据图12的切削元件优选地被设计用于一个左旋的刀具，对于右旋的刀具，切削刃将会相对它们的曲率配置被反转，这样转动方向D和D’实际上被彼此交换。
List of reference numerals图例
2Cutting element切削元件
3Carrier body承载体
4Tool刀具
5Seating基座
6Cutting element切削元件
7Seating基座
8，9，10Cutting element切削元件
11to 14Cutting edge切削刃
15to18 Intervening region中间区域
20，21Surface表面
23Lateral surface侧面
24Marginal region边缘区域
25Recess凹槽
26Bearing surface支撑面
27Marginal region边缘区域
31to34 Bearing region支撑区
36，38 Screw螺钉
41to44 Curve section曲线部分
50 Opening开口
55 Projection凸起
60，61 Surface表面
63 Lateral surface侧面
64 Marginal region边缘区域
65 Recess凹槽
66 Bearing surface支撑面
67 Marginal region边缘区域
68 Recess凹槽
69 Bearing surface支撑面
71to74 Cutting edge切削刃
75 Projection凸起
81to84 Cutting edge切削刃
90 Opening开口
91to94 Contact surface接触面
95to99 Cutting edges切削刃
100，101 Surface表面
102 Lateral surface侧面
110 Surface表面
111to114 Cutting edge切削刃
115 Lateral surface侧面
120 Surface表面
122，123 Cutting edge切削刃
190 Opening开口
A Axis of rotation转动轴
D，D’Direction of rotation转动方向
α，κ，γ，ξ Angles角度

Claims (40)

1.切削元件，包括：
a)一个第一表面，以及
b)至少一个侧面，
c)其中所述侧面和所述第一表面在一个边缘区域彼此邻接，
d)以及其中所述边缘区域由至少两个曲线部分组成，所述曲线部分被设置成彼此连续并完全相同，
e)其中，各所述完全相同的曲线部分相对于一个穿过所述切削元件的转动轴实质上凸起地弯曲，以及
f)其中，各曲线部分的曲率都在一个预先指定的围绕所述转动轴的转动方向上严格单调地增加，
g)其中所述曲线部分连续地彼此相互结合，
h)其中在各曲线部分上设置有一个切削刃，或各曲线部分实质上对应于一个切削刃。
2.根据权利要求1所述的切削元件，其中各切削刃都被提供或使用作为一个主切削刃。
3.根据权利要求1所述的切削元件，其中在所述边缘区域，有至少两个构造为彼此完全相同的切削刃，使得在所述切削元件被围绕它的转轴转动一个预先指定的转动角度时，各切削刃进入另一个切削刃先前的一个位置，并且与所述另一个切削刃重合。
4.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述切削刃通过所述边缘区域的中间区彼此相连，以使所述中间区并不是被提供作为主切削刃，和/或所述中间区包括转角区域，此外，所述切削刃和所述相邻的中间区连续地彼此结合。
5.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述曲线部分以一种导数连续的方式彼此结合。
6.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分被构造为平滑的或导数连续。
7.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于一个整数或分数有理函数的一部分，或被配置成至少部分地对应于一条抛物线的一部分，或者被配置成至少部分地对应于一条双曲线的一部分。
8.根据权利要求7所述的切削元件，其中各切削刃终止于所述抛物线的顶点，或者各切削刃终止于所述双曲线的顶点。
9.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于下列各函数的一部分：一条摆线；或一个椭圆函数；或一个三角函数；或一个指数函数；或一个螺旋函数。
10.根据权利要求9所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分，至少在一个位于垂直于所述转动轴的一个投影面上的正交投影内，其被配置成至少部分地对应于下列各函数的一部分：一个正切或正弦函数；或一个对数螺旋函数、一个双曲螺旋函数或一个阿基米德螺旋函数。
11.根据权利要求1所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分由单独的分段曲线组成，其以一种连续的方式彼此相互结合。
12.根据权利要求11所述的切削元件，其中所述边缘区域的所述切削刃或所述曲线部分以导数连续的方式彼此相互结合。
13.根据权利要求1所述的切削元件，其中至少所述边缘区域参照一个包含所述转动轴的对称平面具有一个镜面对称的结构，或相对于所述转动轴轴向对称。
14.根据权利要求1所述的切削元件，包括一个第二表面，其朝向远离所述第一表面的方向，并且在一个辅助的边缘区域与所述侧面邻接。
15.根据权利要求14所述的切削元件，其中由所述第二表面和所述侧面形成的所述边缘区域包括至少一个切削刃或至少两个曲线部分，使得各切削刃或各曲线部分相对于通过所述切削元件的一个转动轴实质上凸起弯曲，并且各切削刃或各曲线部分的曲率在围绕该转动轴的预先指定的转动方向上严格地单调增加。
16.根据权利要求15所述的切削元件，其中决定在由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域内所述切削刃或所述曲线部分的所述曲率的所述转动方向，与在由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域内的所述转动方向相同或相反。
17.根据权利要求14所述的切削元件，其中由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域与由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域相同。
18.根据权利要求17所述的切削元件，其中由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域在数量、排列和配置上具有与由所述第一表面和所述侧面形成的所述边缘区域的相同的切削刃或者曲线部分。
19.根据权利要求14所述的切削元件，其中相对于位于所述第一表面和所述第二表面之间并且与所述转动轴垂直的一个镜像对称面来说，由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域是所述边缘区域的一个镜像。
20.根据权利要求14所述的切削元件，其中由所述第二表面和所述侧面形成的所述辅助的边缘区域，是通过如下方式设置或形成：相对于一个位于所述第一表面和所述第二表面之间并垂直于所述转动轴的第一镜像对称面对所述第一边缘区域进行镜像，随后相对于一个包含所述转动轴的第二镜像对称面进行辅助镜像，和/或随后绕垂直于所述转动轴的一个对称轴转动180°。
21.根据权利要求14所述的切削元件，其被构造成相对于所述第一表面和所述第二表面之间并垂直于所述转动轴的一个镜像对称面实质上镜像对称。
22.根据权利要求1所述的切削元件，其包括至少一个支撑面，经由所述至少一个支撑面与一个材料去除刀具的承载体相接触或与承载体中的一个基座相接触。
23.根据权利要求22所述的切削元件，其中所述切削元件包括对应于所述切削刃或曲线部分的数量的支撑面。
24.根据权利要求14所述的切削元件，其中包括至少一个支撑面，经由所述至少一个支撑面与一个材料去除刀具的承载体相接触或与承载体中的一个基座相接触，且至少一个或每一个支撑面被构建在介于所述两个边缘区域之间的所述侧面上，并空间上与所述两个边缘区域隔开，或者是其中至少一个或每一个支撑面被构建在所述侧面上，并且空间上与所述第一表面处的所述边缘区域隔开，同时延伸至或通向在所述第二表面上的所述边缘区域。
25.根据权利要求22、23或24所述的切削元件，其中至少一个或每一个支撑面由一个或更多个平面组成，和/或其中各支撑面位于所述侧面上的一个凹槽内，其向内偏离于所述侧面。
26.根据权利要求1所述的切削元件，其中，所述侧面具有弯曲的形状，并且它的曲率至少实质上与位于所述第一表面上的所述边缘区域的所述曲率相一致。
27.根据权利要求14所述的切削元件，其中，所述侧面具有弯曲的形状，并且它的曲率至少实质上与位于所述第二表面上的所述辅助的边缘区域的所述曲率相一致。
28.根据权利要求1所述的切削元件，其中在所述第一表面上的所述边缘区域实质上在一个平面内延伸，或其中位于所述第一表面上的所述边缘区域包括一个刃角或倒角。
29.根据权利要求14所述的切削元件，其中在所述第一表面上的所述边缘区域实质上在一个平面内延伸，或其中位于所述第二表面上的所述辅助的边缘区域包括一个刃角或倒角。
30.根据权利要求14所述的切削元件，其中在所述第一表面上的所述边缘区域实质上在一个平面内延伸，或其中位于所述第一表面上的所述边缘区域和所述第二表面上的所述辅助的边缘区域包括一个刃角或倒角。
31.根据权利要求1所述的切削元件，包括一个通过所述转动轴的中心的通孔，作为一个固定装置的通道，通过该固定装置将所述切削元件固定在一个材料去除刀具的承载体上。
32.根据权利要求1所述的切削元件，其中在临近所述边缘区域的一个区域内，所述第一表面，在一个向内和/或向所述第一表面的立体角范围内延伸，和/或被倾斜和/或被设置为在所述边缘区域内与所述侧面之间呈锐角和/或其中所述第一表面包括一个环状的凹坑或凹槽以导出屑片。
33.根据权利要求14所述的切削元件，其中在临近所述边缘区域的一个区域内，所述第二表面，在一个向内和/或向所述第二表面的立体角范围内延伸，和/或被倾斜和/或被设置为在所述边缘区域内与所述侧面之间呈锐角和/或其中所述第二表面包括一个环状的凹坑或凹槽以导出屑片。
34.根据权利要求14所述的切削元件，其中在临近所述边缘区域的一个区域内，所述第一表面和所述第二表面，在一个向内和/或向所述第一和所述第二表面的立体角范围内延伸，和/或被倾斜和/或被设置为在所述边缘区域内与所述侧面之间呈锐角和/或其中所述第一表面和所述第二表面包括一个环状的凹坑或凹槽以导出屑片。
35.根据权利要求1所述的切削元件，依据设置在一个边缘区域内的切削刃的数量，通过将其围绕所述转动轴转动，所述切削元件能被多次使用。
36.根据权利要求1所述的切削元件，其中当一个工件被介于所述第一表面和所述侧面间的所述边缘区域内的一个切削刃加工时，所述第一表面作为切削面，而所述侧面则作为刀具侧面。
37.根据权利要求14所述的切削元件，其中当一个工件被介于所述第二表面和所述侧面间的所述边缘区域内的一个切削刃加工时，所述第二表面作为切削面，而所述侧面则作为刀具侧面。
38.根据权利要求36或37所述的切削元件，其中在切削面和刀具侧面之间设置一个后角，或所述切削元件是正类型的；或者是其中在切削面和刀具侧面之间不设置后角，或所述切削元件是负类型的。
39.材料去除刀具，包括：
a)一个承载体，其带有至少一个用于至少一个切削元件的基座，能围绕一个刀具轴旋转或被旋转，以及
b)根据权利要求1-38中任一所述的切削元件，其被固定在所述基座上。
40.根据权利要求39所述的材料去除刀具，其中所述切削元件以可释放方式固定在所述基座上。
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