CN101678479A - 用于去屑加工的刀具及其基体和可转位切削刀片 - Google Patents

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Abstract

在第一方面，本发明涉及一种切削刀具，该切削刀具包括基体(1)和经由界面而安装在基体中的可转位切削刀片(2)，该界面包括相互机械接合的两个连接表面(11、12)。所述基体(1)的连接表面(11)包括升高部(12)，该升高部(12)从围绕的底部(13)突出并包括彼此成一定角度延伸的两个外侧支撑表面(15a、15b)。所述切削刀片的连接表面(22)包括凹陷部(28)，该凹陷部(28)比升高部(12)宽且深，并且由框架(29)包围，在框架(29)中一方面包括有内部肩台表面(30)且另一方面包括有下侧基部表面(31)，内部肩台表面(30)中的两个内部肩台表面压靠于升高部(12)的两个侧支撑表面(15a、15b)，下侧基部表面(31)位于共同的平面中且安靠于基体的连接表面(11)的三个部分表面(13a、13b、13c)。此外，本发明还涉及一种上述基体和切削刀片。

Description

用于去屑加工的刀具及其基体和可转位切削刀片
技术领域
在第一方面，本发明涉及一种意图用于去屑加工的刀具，所述刀具是包括基体和可转位切削刀片的类型，所述可转位切削刀片利用连接表面与包括在刀片座中的基体的连接表面机械接合而安装在基体中并由紧固元件固定。
此外，本发明还涉及一种用于这种刀具的基体和可转位切削刀片。
背景技术
在全部金属工件的去屑或切削加工领域内，最近已经开发了刀具基体和单个切削刀片之间的许多界面，更准确地说，对彼此机械接合的两个连接表面的不同形貌的形状进行了开发。这些现代界面的目的是允许使用直接压制即未研磨过的切削刀片，而没有相同的危及刀具加工精度的小形状缺陷。与利用在研磨过的切削刀片以及加工过的刀座中简单的平面底部与侧表面之间的表面接触的较早的刀具相比，更现代的切削刀具形成有包括多个成对相配合的阳性元件和阴性元件的界面。起初，这些元件由多个长而窄平行且楔形横截面的凸脊和凹槽构成，这些凸脊和凹槽一起形成所谓的锯齿状连接表面。后来，这些界面发展成使得某些对凸脊/凹槽关于其它对凸脊/凹槽成横向，从而以这样的方式将切削刀片在两个相互垂直的坐标方向上锁定。此外，已产生的界面的阳性元件和阴性元件不再是细长的，而是为没有任何明显长度延伸部的球突和座的形状。
与先前已知的界面所共同的是，无论阳性元件和阴性元件是细长的还是非细长的，(分别为轴向、径向和切向)切削力的吸收受到一方面阳性元件的会聚侧面与另一方面阴性元件的发散侧面之间接触的影响，侧面之间的这种接触通常被限于线和/或点接触，而不是表面接触。这样的界面实际上可能使力在两个坐标方向上，而没有同时在第三个坐标方向上进行可接受的传递。例如，在铣刀中，能以令人满意的方式承受作用在切削刀片上的轴向和径向力，而目的为将阳性元件和阴性元件彼此压入的切向力仅通过线或点接触来承受。其中，这涉及切削刀片从刀具基体中确切的空间位置离开的风险。一般来说，界面中相配合的接触表面越多，切削刀片中彼此增加并导致错误的、不稳定固定削刀片的可能形状缺陷的风险变得越大。
所述类型的刀具大量公开在现代专利文献中。例如，参见US6619892、US 5944456、US 6146061和US 6840716。
发明内容
发明目的和特征
本发明的目的是消除先前已知的切削刀具的上述缺陷，并且在刀具基体与切削刀片之间提供具有改进界面的切削刀具。因此，本发明的主要目的是提供一种具有这种界面的刀具，该界面包括最少数量的相配合的接触表面，并且尽管如此，仍能保证在所有三个坐标方向上良好地吸收切削力。本发明的另一目的是提供一种刀具界面，该刀具界面的两个相配合的连接表面能以简单且可靠的方式制造。因此，能够通过常规压制成型和烧结而生产出通常由硬质合金构成的切削刀片，而不必在使用之前进行精磨。此外，能够通过简单机加工，例如铣削和/或钻孔形成具有连接表面的基体。本发明的又一目的是提供一种切削刀具，对操作者来说，该切削刀具的切削刀片能以平滑的方式安装在基体的附属刀座中，即使切削刀片非常小也可以。
根据本发明，通过权利要求1的特征部分中限定的特征至少实现主要目的。在从属权利要求2-10中进一步限定了根据本发明的刀具的优选实施例。
在第二方面，本发明还涉及一种所述类型切削刀具的基体。根据本发明的基体的特征参见独立权利要求11。在从属权利要求12-16中进一步限定了根据本发明的所述基体的优选实施例。
另外，本发明涉及上述的可转位切削刀片。根据本发明的切削刀片的特征参见独立权利要求17。此外，在从属权利要求18和19中限定了根据本发明的可转位切削刀片的优选实施例。
对现有技术的进一步阐明
根据US 6203251，铣刀形式的切削刀具是先前已知的，该切削刀具的基体形成有包括升高部或头部的刀座，升高部或头部接合各个切削刀片底侧的凹陷部。但是，在此情况下，邻近压靠于升高部的侧支撑表面的凹陷部没有内部肩台表面。相反地，切削刀片的外部接触表面压靠于与升高部间隔开的侧支撑表面。这意味着切削刀片的可能的形状缺陷将一直穿过切削刀片传播并且以这样的方式损害刀具的机加工精度。
附图说明
附图中：
图1是示出根据本发明制成的铣刀形式的切削刀具的分解透视图，其中包括基体、多个可转位切削刀片以及用于切削刀片的紧固元件，
图2是示出包括在刀具基体中且具有第一连接表面的刀座的放大的顶部透视图，
图3是示出切削刀片的第二连接表面的底部透视图，
图4是从基体中的刀座上方看的平面图，
图5是以图4的截面A-A示出切削刀片和刀座的横截面形状的分解图，
图6是相应于图5的截面，示出安装在刀座中的切削刀片，
图7是穿过图4的截面B-B的切削刀片和基体的分解视图，并且
图8是相应于图7的截面，示出安装在刀座中的切削刀片。
具体实施方式
图1中示出了切削刀具，该切削刀具包括基体1和能通过紧固元件3固定在基体中切削刀片2，紧固元件3在此情形中为螺钉的形式。在该示例中，刀具是端铣刀形式的铣刀，该刀具包括多个容屑槽4，其中能安装同样数量切削刀片(图1仅示出其中的一个)。基体1能围绕C标注的中心轴线在旋转方向R上旋转。此外，基体1具有旋转对称的基本形状并包括包络表面5，该包络表面5经由边界线6转变成前端表面7。
各个容屑槽4由多个拱形部分表面8以及平坦肩台表面9界定，空间或刀座10相对于平坦肩台表面9埋头，通常标注为11的第一连接表面包括在空间或刀座10中。
紧固螺钉3包括阳螺纹和头部，头部在此情形中是锥形的。可使螺钉3穿过切削刀片2中的中心通孔14a，且将其紧固到安装在连接表面11中的孔14b的阴螺纹(未示出)中。所提到的孔14b的中心轴线标注为C1，而孔14a和紧固螺钉3的相应的中心轴线分别标注为C2和C3。
现参考图2，图2示出基体1的第一连接表面11包括单个多边形升高部或头部12，升高部或头部12从围绕于所有侧面的底部13突出，在此情形中，当切削刀片具有正方形的基本形状时，该底部包括四个长窄部分表面13a、13b、13c和13d。除了平面上侧12a以外，升高部12由四个侧表面界定，可在图2中看到四个侧表面中的两个侧表面。在此情形中，两个可见的侧表面15a、15b彼此成90°角延伸，并且在截头部或倒角表面16形式的边角中彼此相遇。边角16紧邻包括在基体中的边角17定位，而边角17存在于端表面7与包络表面5和底部13相遇的地方。如下面更详细描述那样，升高部12的两个表面15a、15b形成用于切削刀片的侧支撑表面。实际上，表面15a、15b可为平面，并与底部支撑表面13a、13b成钝角。
在一起形成包围升高部12的底部13的四个部分表面中，三个部分表面、即表面13a、13b、13c位于共同的平面中，而第四个部分表面13d相对于所述平面略微埋头。这意味着当刀片安装在刀片座中时，表面13d将不接触(clear)切削刀片。部分表面13b和13c可完全为平面，而部分表面13a可稍微成拱形，更准确地说，以如下方式稍微成拱形，即：所述表面具有适当位于所述表面的两端之间的某个升起部或最高点。实际上，此升起部非常小，例如在0.001-0.03mm的范围内。这意味着部分表面13a的拱形是肉眼不可见的。在本发明的范围内，三个承载部分表面的设计可能变化最大。例如，全部三个部分表面可具有拱形(或可选地具有平面)形状。
部分表面13a、13b和13c共同形成用于切削刀片的三点支撑。
在图2中，进一步能看到凹拱形限制表面18a、18b形成在一方面连接表面11与另一方面界定容屑槽4的表面8、9之间。靠近表面18a、18b的上部形成有引导表面19、20，该引导表面19、20相对于连接表面11成钝角。引导表面19、20的目的是当切削刀片下落到刀座内以便随后由紧固螺钉3固定时，将切削刀片引导到关于升高部12的正确位置。
在两个凹形限制表面18a、18b之间的内侧边角中还形成有间隙空间21。
在所示示例中，连接表面11以正的轴向倾斜(tipping-in)角(未标注)和负的径向倾斜角定位在基体中。
如前面已经提到的，切削刀片2具有正方形基本形状并包括形成其底侧的第二连接表面22。间隙表面23以成钝角方式延伸到该底侧并经由切削刃25转变成切削刀片的上侧24(参见图1)，切削刃25在此情形中包括去屑主刃26以及表面擦拭刃27。
连接表面22包括单个或单独的凹陷部28，该凹陷部28比基体的连接表面11的升高部12宽且深。该凹陷部28由四边形框架或堤部29包围，此四边形框架或堤部29包括四个单独的大致直的堤部29a、29b、29c、29d。每个这样的堤部包括内部肩台表面30以及下侧基部表面31，此内部肩台表面30可压靠于升高部12的任一个侧支撑表面15a、15b。在优选实施例中，四个基部表面31为平面并位于共同的平面中。在此示例中，四个堤部29a、29b、29c、29d成对会聚在四个边角部分32，以便一起形成环形框架。因此，堤部的平面底侧31一起形成环形的平面表面。
有利地是，堤部内侧的肩台表面30的横截面为凸形。例如，凸形形状可由渐开线曲线界定。四个肩台表面30由位于对角方向的间隙空间33相互间隔开。在此示例中，形成凹陷部28中的“天花板”的最内侧表面34为平面并平行于下侧框架表面31以及垂直于切削刀片的中心轴线C2延伸。
当切削刀片2由硬质合金或其它硬且耐磨的材料制成时，不仅基体1而且紧固螺钉3适当地由钢等材料制成。通过在螺钉中使用钢，螺钉实现某种固有弹性，此固有弹性能用于轴向以及侧向地对切削刀片施加紧固力。
现参考图5-8，其更详细地示出切削刀片与基体相配合。在图5和图7中，示出切削刀片2与基体的刀座间隔开，而图6和图8示出处于安装状态的切削刀片，但是没有示出用于固定的紧固螺钉。当要安装切削刀片时，操作者保持切削刀片的间隙侧面23与引导表面19、20接触，并且随后使切削刀片下落到刀座内。当进行此过程时，将紧固螺钉3应用并紧固到附属的阴螺纹中。就此而论，使框架29内侧的四个肩台表面30中的两个肩台表面压靠于在升高部的边角16中彼此相遇的两个侧支撑表面15a、15b。同时，四个基部表面31中的三个压靠于一起形成刀座的底部的四个部分表面中的三个，即部分表面13a、13b和13c。然而，切削刀片的第四基部表面31不接触径向内侧的部分表面13d(参见图8)，这是因为部分表面13d关于其它底部部分表面埋头。通过紧固螺钉中的弹性作用实现使切削刀片的框架压靠于两个侧支撑表面15a、15b。更准确地说，以如下方式形成升高部12，即：中心轴线C1和各个侧支撑表面15a、15b之间的距离比中心轴线C2与压靠于附属侧支撑表面15a、15b的各个肩台表面30之间的距离稍大(约0.01-0.2mm程度)。因而，在最后紧固紧固螺钉时，使表面31压靠于部分表面13a、13b、13c的轴向紧固力以及使两个肩台表面30压靠于升高部12的两个侧支撑表面15a、15b的相配合的侧向力将施加到切削刀片上。换句话说，升高部12与其边角16一起楔入切削刀片的连接表面的内侧边角。如在图5-8中清楚看到那样，切削刀片中的凹陷部比基体的升高部深的事实意味着：凹陷部28中的天花板表面34不接触升高部的上侧12a。通过使凹陷部进一步比升高部宽，凹陷部的四个肩台表面30中的两个肩台表面将不接触升高部的向内面向的两个侧表面，并且这两个侧表面不形成用于切削刀片的支撑。
在所示的示例中，其中基体的升高部12以及切削刀片的凹陷部28是正方形的，升高部的两个侧支撑表面15a、15b可彼此成90°角延伸，同时切削刀片的凹陷部中的相邻肩台表面30也彼此成90°角延伸。但是，在本发明的范围内，还可以形成具有某些微小角偏差的表面对。例如，由钢构成的升高部的侧支撑表面15a、15b之间的角度可能比硬质合金刀片的肩台表面30之间的角度稍微小一点，且表面接触通过由较软的材料制成钢升高部而建立，更准确地说，在从边角16起的方向上建立。
根据本发明的界面的优势是该界面保证了切削刀片的稳定固定，并且不仅能够承受大的轴向和径向力而且还能承受相当大的切向力。因为只有两个相配合的连接表面中互相成角度延伸的一对表面分别承受轴向和径向切削力，所以能将切削刀片中可能的形状缺陷的负面影响减至最小。即，如果切削刀片相对于其标称尺寸增大或收缩，则这将对切削刀片的最关键部分的位置(即有效主刃和有效擦拭刃之间的边角的位置)产生较小的或可忽略的影响。
本发明的可行修改
本发明不仅仅限于上文所描述的和附图所示的实施例。因此，本发明也适用于除了铣刀外的其它切削刀具、例如钻孔刀具和车削刀具，以及适用于除了具有四个切削刃的方形切削刀片外的其它可转位切削刀片。而且，该界面可应用于所有刀具，所述刀具的切削刀片具有多边形的基本形状并包括两个或多个可用的切削刃。将本发明应用于可部分地用在两个或多个转位位置上的具有圆形切削刃的圆形切削刀具甚至也是可行的。而且，可通过除了螺钉之外的其它紧固元件，例如夹具、楔形件等来固定切削刀片。就此而论，基体的连接表面可形成在例如硬质合金做的垫板中，该垫板则可拆卸地连接到上述基体。另外，包围切削刀片底侧中的凹陷部的框架不必是连续的。因而，一起形成框架的堤部可被位于边角中的或深或浅的凹槽相互间隔开。

Claims (19)

1.一种用于去屑加工的刀具，包括基体(1)和可转位切削刀片(2)，所述可转位切削刀片(2)利用连接表面(22)与包括在刀座中的所述基体的连接表面(11)机械接合而安装在所述基体中并通过紧固元件(3)固定，其特征在于，所述基体(1)的所述连接表面(11)包括单独的多边形升高部(12)，所述升高部(12)从围绕于所有侧面的底部(13)突出并包括彼此成一定角度定向的两个外侧支撑表面(15a、15b)；并且所述切削刀片(2)的所述连接表面(22)包括单独的凹陷部(28)，所述凹陷部(28)比所述升高部(12)宽且深，并且由框架(29)包围，在所述框架(29)中包括有至少三个堤部(29a、29b、29c)，所述堤部(29a、29b、29c)彼此成一定角度延伸，并且一方面包括内部肩台表面(30)且另一方面包括下侧基部表面(31)，所述内部肩台表面(30)中的两个内部肩台表面压靠于所述升高部(12)的两个侧支撑表面(15a、15b)，所述下侧基部表面(31)位于共同的平面中，且所述下侧基部表面(31)中的三个下侧基部表面安靠于所述底部(13)。
2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，围绕所述升高部(12)的所述底部(13)包括与所述升高部的边角的数量同样多的细长部分表面(13a、13b、13c、13d)；并且用作底部支撑表面的三个部分表面(13a、13b、13c)位于共同的平面中，以对所述切削刀片(2)提供三点支撑。
3.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，在所述三个底部支撑表面中，至少两个底部支撑表面(13a、13b)为平面。
4.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述三个底部支撑表面(13a、13b、13c)中的一个底部支撑表面(13a)通过具有位于该一个底部支撑表面的两个相反端之间的最高点而成拱形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，一个或多个引导表面(19、20)形成在所述基体(1)上并相对于所述升高部(12)向下/向内倾斜，并且与所述切削刀片(2)间隔开，且所述引导表面的目的是在安装所述切削刀片时，朝所述升高部(12)引导所述切削刀片的底侧中的所述凹陷部(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，所述升高部(12)的所述两个侧支撑表面(15a、15b)为平面且与围绕的所述底部(13)形成钝角。
7.根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，所述框架(29)内侧的所述肩台表面(30)的横截面为凸形形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其为铣刀形式，所述刀具的所述基体(1)能够围绕中心轴线(C)旋转并包括容屑槽(4)，所述容屑槽(4)在所述基体的包络表面(5)以及端表面中开口，所述刀座具有形成在所述容屑槽(4)中的所述连接表面(11)，其特征在于，所述升高部(12)设置有边角(16)，所述边角(16)存在于所述两个侧支撑表面(15a、15b)之间，且所述边角(16)在所述基体的所述包络表面(5)与所述端表面(7)之间的边角(17)附近定位。
9.根据权利要求8所述的刀具，其特征在于，所述切削刀片(2)呈四边形且具有正方形的基本形状，所述凹陷部(28)呈正方形，并且所述升高部(12)的两个侧支撑表面相互垂直延伸且基本上平行于所述基体的所述端表面(7)以及平行于所述基体的所述包络表面(5)定向。
10.根据权利要求8或9所述的刀具，其特征在于，围绕所述升高部(12)且共同形成所述底部(13)的四个部分表面(13a、13b、13c、13d)中的一个部分表面(13d)相对于其它三个部分表面(13a、13b、13c)埋头，以不接触所述切削刀片。
11.一种用于去屑加工的刀具的基体，其包括连接表面(11)，所述连接表面(11)用于与可转位切削刀片上的连接表面相配合，其特征在于，所述基体的所述连接表面(11)包括单独的升高部(12)，所述升高部(12)从围绕于所有侧面的底部(13)突出并包括彼此成一定角度定向的两个外侧支撑表面(15a、15b)。
12.根据权利要求11所述的基体，其特征在于，围绕所述升高部(12)的所述底部(13)包括与所述升高部的边角的数量同样多的细长部分表面(13a、13b、13c、13d)；并且用作底部支撑表面的三个部分表面(13a、13b、13c)位于共同的平面中，以对所述切削刀片提供三点支撑。
13.根据权利要求12所述的基体，其特征在于，在所述三个底部支撑表面中，至少两个底部支撑表面(13a、13b)为平面。
14.根据权利要求12所述的基体，其特征在于，所述三个底部支撑表面(13a、13b、13c)中的一个底部支撑表面(13a)通过具有位于该表面的两个相反端之间的最高点而成拱形。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的基体，其特征在于，一个或多个引导表面(19、20)形成在所述基体(1)中并朝所述升高部(12)向下/向内倾斜，并且所述引导表面的目的是在安装所述切削刀片时，引导所述切削刀片中的凹陷部抵靠所述升高部。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的基体，其特征在于，所述升高部(12)的所述两个侧支撑表面(15a、15b)为平面且与所述底部(13)形成钝角。
17.一种用于去屑加工的刀具的可转位切削刀片，其包括连接表面(22)，其特征在于，所述连接表面(22)包括单独的凹陷部(28)，所述凹陷部(28)由框架(29)包围，在所述框架(29)中包括有至少三个堤部(29a、29b、29c、29d)，所述堤部(29a、29b、29c、29d)彼此成一定角度延伸并包括内部肩台表面(30)和位于共同的平面中的下侧基部表面(31)。
18.根据权利要求17所述的切削刀片，其特征在于，各个所述肩台表面(30)的横截面为凸拱形。
19.根据权利要求17或18所述的切削刀片，其特征在于，各个所述基部表面(31)为平面。
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