CN101534989A - 轨道立铣刀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对固体材料进行加工的刀具，也就是特别适合于在铣削凹槽的轨道模式中使用的改进的立铣刀。轨道铣削刀具(10)用于在固体材料中切削开口(12)，其中开口(12)包括普通的圆柱通孔、盲孔、包括凹槽的孔、螺纹孔、锥孔和双锥孔，所述刀具(10)具有与切削部分(18)邻接的柄部分(16)，切削部分的轴线与机床的主轴线间隔开，柄保持在机床内。切削部分(18)具有多个粗切削刃(20、22)、依靠第一过渡段与粗切削刃(20、22)轴向间隔开的多个半精加工刃(24、26)以及依靠第二过渡段与半精加工刃轴向间隔开的多个精加工刃(28、30)。半精加工刃的最大直径大于所述粗切削刃而小于精加工刃。

Description

轨道立铣刀
技术领域
本发明涉及用于对固体材料进行加工的刀具。
具体地说，本发明提供特别适合于在铣削凹槽的轨道模式(orbitalmode)中使用的改进的立铣刀。
背景技术
由于其多方面的应用范围和刀具的适当原始成本，立铣刀广泛应用在铣削作业中。立铣刀常为圆柱形状，并且可获得直径达大约80mm的立铣刀。很多立铣刀具有平面的端面；然而，也使用其它形状，例如圆锥形和倒圆的端部。具代表性地，根据直径、尺寸和是否配置于粗切削或精加工，立铣刀具有2到10个齿。齿通常为螺旋形状，但也可以是平直的，与轴线平行。结构材料为高速钢、整体硬质合金、金属陶瓷或陶瓷，或上述材料的组合。
在下文中，词语“立铣刀”指由钢或硬瓷材料或它们的组合材料制成的刀具，而不论该刀具是否镀有硬质镀层。同样，在本文中使用的术语“铣床”被认为是包括其它合适的机床，例如车床、镗床和重型钻床。
一般地，保持在铣床中的立铣刀在走刀进入工件内的时候，会产生直径与所述立铣刀的切削齿的直径相对应的孔或凹槽。然而，通过以使得铣床主轴的轴线和立铣刀的轴线间隔开且相互平行的方式将立铣刀安装在刀架上，在所需的地方加工尺寸比该立铣刀的直径大的孔也是有可能的。然而这种固定轨道圆(fixed orbital circle)的使用是受限制的。使用现代CNC铣床，立铣刀可以正常安装并且可以得到可变轨道运动，例如，这种运动是锥孔的加工所需要的。已经发现，这种轨道布置对于盲孔的加工以及对于内螺纹的加工是特别有用的。
已知的是，用于粗加工的刀具切削角与用于精加工的最优齿形不同，粗加工需要最大金属切削率，精加工去除少量金属但需要良好的表面精度。显然，可以在粗加工完成时更换立铣刀，并再次交换立铣刀以加工下一个零件；或者对一批零件进行粗加工，随后再进行精加工。这两种选择都不尽如人意，因为大量时间浪费在刀具的更换上或者浪费在工件的重新夹持上。出于这个原因，研制了双重用途刀具(double-purpose tool)，其中立铣刀或其它刀具带有至少一个用于粗加工的齿和用于精加工的第二齿。
下列近来的美国专利会提供对现有技术的评估。
在5,727,910号美国专利中，Leeb揭示了包括具有多个切削刃的插件的切削刀具，切削刃为指向内部的V形几何形状。插件具有带圆角的内侧切削刃和外侧切削刃。切削刃被横刃分成粗切削部分和精切削部分。
关于螺纹安装的插件，两个已知的问题是：对插件进行定位需要高精度以避免尺寸过大的孔，以及由于使用中刀具的振动插件具有松动的趋势。关于使用两个插件的刀具还有一个问题是在设置两个插件时高精度是必不可少的，这两个插件需要是完全相同的。插件必须足够大以使其可以安装和夹持，由于插件的尺寸，不能加工较小和中等尺寸的孔。
在6,193,446 B1号美国专利中，Astrom等揭示了有些类似的插件。在侧表面上，一间隙表面形成于一突出部分上，通过一阶梯(step)间隙延伸进入第二螺旋缠绕间隙表面，其切屑角度随切削深度的增大而增大。该插件包括断屑器。
在美国专利6,439,811 B1中，Wardell要求保护一种立铣刀，其中至少一个槽限定出小角度切削表面，而第二槽具有大角度切削表面。两个槽相交以形成复合切削表面。
在6,846,135 B2号美国专利中，Kuroda等人揭示了具有圆角的平底立铣刀。描述的角部配置方式据称可以增强对立铣刀碎裂和断裂的抵抗。
用于立铣刀的大量齿形式是已知的，包括本发明人在先前的以色列和美国专利中所揭示的齿形式。为了决定哪种形式是最好的，需要对根据文献中揭示的内容制成的刀具进行比较性的和广泛性的加工测试。由于较高的相关费用，这种测试没有进行。现在大部分发明人在车间中测试他们选择的形式，但即使加工测试结果公开，加工条件(材料硬度、切削直径和材料、齿数、加工刚度、加工速度和走刀、冷却剂成分、表面精加工质量、是否用氮化物覆盖立铣刀以及更多因素)不是标准化的，不能进行比较。缺乏具有比较性的测试结构，就不可能对现有技术揭示的内容的价值进行评估。
然而，根据本说明书的立铣刀已经过广泛的测试，并已发现在使用在实际的工件上时，与对于这种应用以前所使用的标准立铣刀比较，所述立铣刀具有改善的加工结果。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供特别适合于轨道铣削的新的立铣刀结构。
本发明的另一目的是通过提供至少一个半精加工切削段来改进加工圆弧形截面凹槽的表面精度。
本发明的又一目标是提供能够对3至5mm和更大直径的孔进行轨道加工的立铣刀。
本发明通过提供用于在固体材料中切削开口的轨道铣削刀具来实现上述目的，其中所述开口包括普通的圆柱通孔、盲孔、包括凹槽的孔、螺纹孔、锥孔和双锥孔，辅助刀具具有与切削部分邻接的柄部分，所述切削部分的轴线与机床的主轴线间隔开，所述柄保持在机床内，所述切削部分具有多个粗切削刃、依靠第一过渡段与所述粗切削刃轴向间隔开的多个半精加工刃以及依靠第二过渡段与所述半精加工刃轴向间隔开的多个精加工刃，所述半精加工刃的最大直径大于所述粗切削刃而小于所述精加工刃。
在本发明的优选实施方案中，提供一刀具，其中所述过渡段是直的。
在本发明的更加优选的实施方案中，提供一刀具，其中所述过渡段是弯曲的。
在本发明的最优选的实施方案中，提供一刀具，其中所述第二过渡段的长度为零。
应该认识到，本发明的立铣刀的新颖形状使得使用CNC铣床来加工复杂的腔成为可能。此外，由于加工压力沿一延长的线分配，在具有良好金属切削率的同时还可以实现良好的表面精度。
由于在本发明中避免了使用插件，可以加工小至3到5mm的开口，这种情况在使用螺纹安装的插件时是不可能的。
附图说明
现在以附图为参考，对本发明进行进一步的描述，其中附图通过例子来表现本发明的优选实施方案。结构细节仅显示到本发明的基础理解所需要的程度。描述的例子和附图一起，将会使得本领域技术人员明白如何实现本发明的更多的形式。
在附图中：
图1是根据本发明的立铣刀刀具的第一优选实施方案的部分剖视图，图示为铣削圆柱凹槽；
图2是立铣刀刀具的第二优选实施方案的部分剖视图，图示为铣削圆弧形截面的锥；
图3是立铣刀刀具的第三优选实施方案的部分剖视图，显示为铣削圆弧形截面的双锥沟槽；
图4是立铣刀刀具的实施方案的部分剖视图，显示为铣削沟槽并同时在其中切削内螺纹。
具体实施方式
图1中所示为用于在以金属、木材和塑料为例的固体材料14中或者在由这些材料制成的零件中对圆弧形截面开口12的侧面进行加工的轨道铣削刀具10。图中所示的开口12是普通圆柱通孔，通过刀具10加工。在图中很明显，如果孔的较深部分具有大致为锥形的端部，也可以产生盲孔。
刀具10具有与切削部分18邻接的柄部分16。切削部分18的轴线AA与机床的主轴线BB间隔开，机床在图中未示出，柄16夹持在机床中。为了对具有平行边的开口12进行加工，AA和BB之间的距离可以被设置并锁定。当机床以绕轴线BB的圆形轨道驱动刀具而同时使刀具向下进给的时候，进行加工。
切削部分18的轮廓显示出两个或更多粗切削刃20、22，两个或更多半精加工刃24、26相互180°间隔开并依靠弯曲的第一过渡段32与精加工刃28、30间隔开。
第二弯曲过渡段34将精加工刃28、30结合至半精加工切削刃24、26。
每段20至30具有针对其任务的最优齿形。
在图中很明显，半精加工刃的最大直径大于粗切削刃并且小于精加工刃。
可以看出精加工段28、30的曲率半径的焦点(locus)36在立铣刀轮廓之外。
然而半精加工段24、26的曲率半径的焦点38位于立铣刀轮廓之内。
在本实施方案中过渡段32、34是弯曲的。
可以选择性地提供断屑器(未示出)，在加工以铜、低碳钢和铝为例的韧性材料的过程中，该断屑器是有用的。
参考其余的图，同样的附图标记用来标识同样的部件。
现在以图2为参考，可见的立铣刀刀具40通常与图1中可见的刀具10相似。刀具40具有直的过渡段42、44。
可以看见刀具40在加工锥孔46。在被加工的锥孔46的窄端处，可能的最小直径与刀具40的精加工段48的最大直径相对应。
在图中所示的加工过程中，CNC铣床(未示出)逐渐驱动刀架(未示出)，从而将更加靠近机床主轴线BB的刀具40的轴线AA引至图1中可见的刀具10。可以看见使用刀具50来切削具有顶锥52和底锥54的凹槽。
在本实施方案中，第二过渡段42的长度为零。这是通过半径焦点36、38的细微调节来实现的。
图4中所见为配置来进行螺纹铣削的具有特殊目的的立铣刀刀具56。
刀具56的较低部分60与图1中所见的类似。V形齿62从切削部分的较高部分66突出，并通过粗齿72、74和刀具的半精加工部分64在加工凹槽58的同时切削出内螺纹68。
在螺纹68的槽沿螺旋路径前进时，CNC铣床的头部相对工件70倾斜。这种倾斜由于其方向是在Z轴方向上，因而在图中不可见。
所揭示的发明的范围包括来自所附权利要求的含义中的所有实施方案。前述例子描述了本发明的有用的形式，但并不被认为限制其范围，本领域技术人员会意识到，不背离所附权利要求的含义，可以轻易地构思出本发明的其它的变化形式和修改形式。

Claims (8)

1.一种用于在固体材料中切削开口的轨道铣削刀具，其中，所述开口包括普通的圆柱通孔、盲孔、包括凹槽的孔、螺纹孔和锥孔，所述刀具具有与切削部分邻接的柄部分，所述切削部分的轴线与机床的主轴线间隔开，所述柄保持在机床内，所述切削部分具有至少一个粗切削刃、依靠第一过渡段与所述粗切削刃轴向间隔开的多个半精加工刃以及依靠第二过渡段与所述半精加工刃轴向间隔开的多个精加工刃，所述半精加工刃的最大直径大于所述粗切削刃而小于所述精加工刃。
2.如权利要求1所述的刀具，其中，所述过渡段是直的。
3.如权利要求1所述的刀具，其中，所述过渡段是弯曲的。
4.如权利要求1所述的刀具，其中，所述第二过渡段的长度为零。
5.如权利要求1所述的刀具，包括断屑器。
6.如权利要求1所述的刀具，其中，所述切削部分具有单个槽。
7.如权利要求1所述的刀具，其中，所述切削部分具有多个槽。
8.一种轨道铣削刀具，基本如上文所描述，并且以附图为参考。
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