CN102101193A - 用于铣削材料的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铣削材料的装置，所述装置包括可连接到可旋转主轴或夹具且限定旋转轴线的铣刀主体，所述铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的切削刃或多个切向间隔的刀座，所述刀座用于具有至少一个切削刃的铣削刀片，且所述系列的切削刃布置为在工件上加工共同的表面，其中在所述系列内，至少一个切削刃距旋转轴线的径向距离不同于至少一个另外的切削刃距旋转轴线的径向距离，且距旋转轴线的径向距离处于径向平面内。本发明还涉及用于设定和/或形成这样的装置的方法。

Description

用于铣削材料的装置
技术领域
本发明涉及用于铣削材料的装置，例如铣削钛、钢、铝、铸件或其它材料的装置，该装置包括可连接到可旋转主轴或夹具且限定了旋转轴线的铣刀主体，铣刀主体设有至少一系列的多个切向间隔的切削刃或多个切向间隔的用于具有至少一个切削刃的铣削刀片的刀座，且所述系列的切削刃布置为在工件上加工出共同的表面，所述系列的切削刃或刀座布置为使得在所述系列内与第一切削刃相交的半径和与围绕旋转轴线的旋转方向上最靠近第一切削刃定位的另一个切削刃相交的半径之间的第一角度不同于与第一切削刃相交的半径和与所述旋转方向相反的方向上最靠近第一切削刃定位的另一个切削刃相交的半径之间的第二角度，所述第一角度和第二角度处于垂直于旋转轴线的径向平面内，且分别在第一角度和第二角度内不存在同一系列的任何其它切削刃。本发明另外涉及用于设置和/或形成此类型装置的方法。
背景技术
为增加例如钛、钢、铝或铸件的材料的铣削时的稳定性，特别是面铣或端铣时的稳定性，目前已知的是放置铣削刀片，如果铣刀主体的旋转轴线是竖直的，则所述铣削刀片在相同的径向平面内，即在相同的水平面内，且具有两个相邻的铣削刀片之间的不同的或不规则的角度，即围绕铣刀主体的周围在两个相邻的铣削刀片之间沿着旋转或外周方向存在不同的或不规则的距离。铣削刀片的这种角度位移或铣削刀片的这种不均匀的节距被称为不等节距。不等节距意味着铣削刀片的接合(engagement)频率可变化，且可降低自振和不稳定性的风险，并且获得增加的临界切削吃刀量(cutting engagement)。
US-A-5,876,155公开了用于横向进给铣削的方法，其中三个铣削刀片位于与旋转轴线略微不同的径向距离处，且其中铣削刀片意图于在工件内加工处于不同深度且具有不同角度的三个不同的表面。已示出三个铣削刀片能够以不等节距放置。
EP-B1-1276580公开了一种铣削刀具，其中在三个铣削刀片的径向系列中的铣削刀片相对于同一径向系列的另两个铣削刀片位于距铣刀主体的旋转轴线更大的径向距离处。对于系列、径向系列或径向组，这些铣削刀片意味着基本上处于相同的径向平面内，且径向平面垂直于铣削刀具的旋转轴线。
US-B2-7,399,146公开了具有不等节距的铣削刀具，其中铣削刀片相对于同一系列的另两个铣削刀片被有角度地放置，以此在铣削刀片之间建立了不同的角度。
WO-A1-2005/058534公开了具有重叠平面的铣削刀具，其中在槽内的第一铣削刀片具有与相同槽中其它铣削刀片不同的长度。
US-A1-2004/0170480和WO-A2-2007/077535公开了端铣刀或柄立铣刀，所述端铣刀或柄立铣刀分别具有各端铣刀的外周切削刃的不同的轴向间隙角度和径向间隙角度。
发明内容
本发明的目标是提供例如钛、钢、铝、铸件或另外材料的材料的改进的且更有效的铣削。另一个目标是提供例如钛、钢、铝、铸件或另外材料的材料的改进的且更有效的面铣或端铣。
以上所述的本发明的目标通过提供根据权利要求1所述的装置实现。因此，在所述系列内，至少一个切削刃到旋转轴线的径向距离与至少一个其它切削刃到旋转轴线的径向距离不同，所述距旋转轴线的径向距离位于所述径向平面内。
与特定切削刃相交的半径和与最靠近所述特定切削刃定位的另一个切削刃相交的半径之间形成的角度在下文中被称为角度θ，所述角度θ处于垂直于旋转轴线的径向平面内，且在所述角度θ内不存在同一系列的任何其它切削刃。特定切削刃和最靠近所述特定切削刃定位的另一个切削刃之间在铣刀主体的操作旋转方向上形成的角度θ在下文中被称为它“属于”所述特定切削刃，即“切削刃的角度θ”。因此，切削刃的角度θ影响了在旋转方向上处于前方的切削刃已完成切削后从工件上切削出的“碎屑”或切屑的大小。角度θ越大，则碎屑越大。
对于一系列切削刃或刀座，意图是切削刃或刀座一般地相对于铣刀主体的旋转轴线处于相同轴向高度处，或如果铣刀主体的旋转轴线竖直地延伸，则其一般地在相同的竖直高度处。对于多个切削刃或刀座，意图是两个或多个切削刃或刀座。对于切向间隔的切削刃或座，参考的是外周上间隔的或围绕旋转轴线间隔的切削刃或刀座。
齿进给量是指示每齿/切削刃/铣削刀片的进给量的术语或量。例如，如果工件相对于铣削刀具被进给1mm而铣削刀具旋转一整转，即旋转360度，且铣削刀具在相同的径向平面内具有十个切削刃，则齿进给量将为0.10mm/齿。通常的齿进给量为0.15mm/齿。齿进给量也可根据如下公式限定，其中fz是齿进给量，vf是进给速度，n是转数且z是铣刀中铣削刀片的数量：
f z = v f n × z
本发明的发明人已认识到以上所述的现有技术的不等节距存在问题。因为切削刃和铣削刀片围绕铣刀主体的旋转轴线不均匀地分布，所以它们在铣削操作期间受到不同的载荷，这导致受到较大载荷的铣削刀片和切削刃的使用寿命降低，这又导致整个铣刀和铣削***的有限的寿命，且因此导致降低的生产率，因为铣削刀片或铣刀主体必须更换，且因此导致铣削操作中的停机。
本发明的发明人已进一步认识到如果一个或多个切削刃到铣刀主体的旋转轴线的径向距离在具有不等节距的铣刀主体内执行设定，使得切削刃具有距旋转轴线不同的径向距离，则可获得更均匀的切屑厚度，这意味着在铣削刀片和切削刃上将有更均匀的载荷并且因此在切削刀具上将有降低的载荷和降低的磨损。通过本发明，铣削刀具和铣削***可操作更长时间而不停机，因为与现有技术相应的***相比铣削刀片或刀具不需要那么经常更换，因此从根本上提高了生产率。
更详细地，在铣刀主体内的一系列切削刃内，存在第一切削刃；另一个第二切削刃，所述第二切削刃在与铣刀主体的旋转方向相反的方向上最靠近第一切削刃定位；和另一个第三切削刃，所述第三切削刃在铣刀主体的旋转方向上最靠近第一切削刃定位。第一切削刃和第二切削刃布置为具有不等节距，或换言之，第一切削刃的第一角度θ1与第二切削刃的第二角度θ2不同。
如上所述，第一切削刃的第一角度θ1可限定为与第一切削刃相交的半径和与第三切削刃相交的半径之间的角度。第二切削刃的第二角度θ2可限定为与第二切削刃相交的半径和与第一切削刃相交的半径之间的角度。
根据本发明，第一切削刃和第二切削刃除具有不同的节距外，或换言之除具有不同的角度θ外，还具有距铣刀主体的旋转轴线的不同的径向距离。更详细地，第一切削刃距旋转轴线的径向距离和第二切削刃距旋转轴线的径向距离分别相对于角度θ1、θ2而设定。第一切削刃的第一角度θ1小于第二切削刃的第二角度(θ2)，其中第二切削刃在与铣刀主体的旋转方向(R)相反的方向上最靠近第一切削刃定位，且其中角度θ如上所述限定。第一切削刃距旋转轴线的径向距离和第二切削刃距旋转轴线的径向距离被设定为这些特定的节距(角度θ)，使得第一切削刃的径向距离长于第二切削刃的径向距离。这个优势在于，由于第二切削刃的更大的角度θ导致的第二切削刃切削出比第一切削刃切削出的切屑厚度更大的切屑的趋向通过将第二切削刃设定为具有比第一切削刃更小的距旋转轴线的径向距离而得以抵消。另外，实现了在两个铣削刀片上的更均匀的载荷。换言之，由于本发明的切削刃的径向定位，与现有已知的刀具相关的切屑厚度的不利变化将被完全消除或至少基本上被降低。
通过将铣刀主体的切削刃的不等节距(即一个且相同系列内的不同角度θ)与该系列内的切削刃的距旋转轴线的径向距离的不同设定的创新组合，在铣削刀片和切削刃上实现降低的载荷和降低的磨损并且获得改善的生产率的同时，获得了以上所述的不等节距的正面效果，即降低了自振和不稳定性的风险，且可增加临界切削吃刀量。临界切削吃刀量通常包括临界轴向切削深度和临界径向切削深度的组合，其中大多数情况中，临界切削深度中的一个是主导的，且主要地限定了临界吃刀量。
对于铣削刀片或切削刃的径向设定，角度θ之间的差也可进一步增加而不会在铣削刀片上造成不均匀的载荷，这给出了铣刀主体对不同类型的铣削操作和不同材料的铣削的适应和设计中的增加的灵活性。以此，例如钛、钢、铝、铸件或其它材料的材料的铣削得以改进且做得更有效。
各切削刃距旋转轴线的径向距离的径向设定以有利的方式执行的示例在详细描述中更详细地描述。所述装置可包括一个系列或多个系列即两个或更多的系列，所述系列具有切削刃或刀座。
根据依据本发明的装置的有利实施例，在相同系列内的切削刃与所述径向平面相交。
根据依据本发明的装置的另外的有利实施例，各切削刃邻近间隙表面设置，且在相同的系列内，各间隙表面与旋转轴线形成了角度，所述角度基本上与同一系列内的其它切削刃的间隙表面的相应的角度一样大。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，一个且相同的系列中的铣削刀片具有基本上等大的轴向镶装角度，且有利地，一个且相同的系列中的铣削刀片具有基本上等大的径向镶装(tipping-in)角度。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，一个且相同的系列中的铣削刀片具有基本上类似的几何基本形状。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，一个且相同的系列中的铣削刀片基本上相同。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，在系列内，第一切削刃距旋转轴线的径向距离不同于该系列中其它切削刃中的在与所述旋转方向相反的方向上最靠近第一切削刃的一个切削刃距旋转轴线的径向距离。通过此实施例，降低了自振且进一步改进了稳定性，临界切削吃刀量可增加更多，且载荷也降低更多，以此材料的铣削变得更有效。
根据依据本发明的装置的再另一个有利实施例，第一角度不同于第二角度，至少差百分之一，且有利地至少差百分之二，且更有利地至少差百分之三。
根据依据本发明的装置的另外的有利实施例，铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的切削刃。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，其中铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的切削刃，切削刃与铣刀主体一体形成。通过将切削刃的不等节距与径向设定的创新组合应用于具有一体形成的切削刃的铣刀主体，获得了此类型的有效的铣刀主体，以此改进了铣刀主体的生产率，相应的原因如上所述。
根据依据本发明的装置的再另一个有利的实施例，其中切削刃与铣刀主体一体形成，铣刀主体具有第一端部和相对的第二端部，铣刀主体的旋转轴线在所述两个端部之间延伸，其中铣刀主体包括多个从第一端部向第二端部延伸的槽，且各切削刃布置在两个槽之间。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的刀座，所述刀座意图用于具有至少一个切削刃的铣削刀片。有利地，刀座布置用于安装可拆卸地安装的铣削刀片，所述铣削刀片具有至少一个切削刃。通过将切削刃的不等节距和径向设定的创新组合应用于具有可拆卸地安装的铣削刀片的铣刀主体，获得了此类型的特别地有效的铣刀主体，以此改进了铣刀主体的生产率，对应的原因如上所述。
各铣削刀片可有利地设有多个切削刃且相应地可转位到相应的多个不同的工作位置。各铣削刀片例如可设有两个切削刃且相应地可转位到两个不同的工作位置，或设有四个切削刃且相应地可转位到四个不同的工作位置，但各铣削刀片也可设有仅一个切削刃或设有另一个数量的切削刃。在各工作位置中，铣削刀片可具有主切削刃和副切削刃，所述主切削刃在基本上轴向方向上延伸，所述副切削刃在基本上径向方向上从主切削刃的唯一端部延伸。在铣削中，主切削刃和副切削刃可与工件接合，但主切削刃是铣削刀片的主要的工作切削刃，且其为负责铣削的主要部分。当在此申请中言及“切削刃”时，意图为主切削刃。切削刃和铣刀主体的旋转轴线之间的所述径向距离指的是从主切削刃到旋转轴线的径向距离。
刀座布置用于安装铣削刀片，有利地安装可拆卸的铣削刀片。刀座通常是对应于铣削刀片的几何形状的凹座的形式。为将铣削刀片安装在刀座内，利用了安装构件。在现有技术中存在多个不同的安装构件，例如常规的固定螺钉，以意图于通过铣削刀片内的中心孔***，且被刀座内的螺纹孔接收且与之接合。安装构件的另一个示例是用于将铣削刀片固定在刀座内的刀夹。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，其中铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的刀座，各刀座具有肩表面，铣削刀片可压靠于所述肩表面以固定铣削刀片相对于铣刀主体的旋转轴线的径向位置，且在系列内至少一个肩表面距旋转轴线的径向距离与至少一个另外的肩表面距旋转轴线的径向距离不同。这是径向设定各切削刃的有效方式，以针对具有可拆卸地安装的铣削刀片的铣刀主体实现切削刃的不等节距和径向设定的创新组合。最初，根据一定技术要求形成铣刀主体，而操作者可无问题地更换铣削刀片。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，其中铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的刀座，各铣削刀片具有间隙表面且具有与所述间隙表面相对的第二表面，铣削刀片的切削刃连接到所述间隙表面，且在系列内，至少一个切削刀片在其间隙表面和其第二表面之间的距离与至少一个另外的铣削刀片的间隙表面和第二表面之间的距离不同。这是径向设定各切削刃的替代的且在许多情况中是有利的方式，以针对具有可拆卸地安装的铣削刀片的铣刀主体实现切削刃的不等节距和径向设定的创新组合。铣削刀片和刀座能够以多种方式被指示，以当操作者需要更换铣削刀片时便利其操作。此径向设定也提供了灵活性，使得切削刃的径向距离可事后设定。
根据依据本发明的装置的再另一个有利的实施例，各铣削刀片具有所述间隙表面和所述第二表面之间的切屑表面，和与切屑表面相对的下侧，且在系列中，至少一个切削刀片的切屑表面和下侧之间的距离与至少一个另外的铣削刀片的相应的距离不同。以此方式，获得了切削刃的径向设定以及不等节距的灵活设定，其中切削刃的径向设定和不等节距可改变，例如通过将薄的铣削刀片替换为更厚的铣削刀片，或将厚的替换为薄的。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，各刀座具有底表面，铣削刀片的下侧可压靠于所述底表面，其中底表面可在切向方向上被设定，以设定角度θ和不等节距，且因此也改变了切削刃的径向位置。根据依据本发明的装置的再另一个有利实施例，各刀座布置为接收被布置在刀座的底表面上的中间元件，铣削刀片的下侧可压靠于所述中间元件，然后被布置在中间元件上。通过在切向方向上设定此中间元件的厚度，或通过完全移除中间元件，也可设定和调整角度θ和不等节距，这也改变了切削刃的径向位置。
根据依据本发明的装置的另一个有利实施例，其中铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的刀座，所述刀座用于安装具有至少一个切削刃的铣削刀片，各刀座具有用于设定铣削刀片相对于铣刀主体的旋转轴线的径向位置的设定装置，和用于相对于铣刀主体设定铣削刀片的外周位置的设定装置。
根据依据本发明的装置的有利实施例，系列的切削刃布置为从工件切削出切屑，所述切屑具有与由同一系列内的其它切削刃切削出的切屑的切屑厚度基本相同的切屑厚度。通过相对于切削刃的角度θ以距旋转轴线的正确径向距离布置各切削刃，且有利地也考虑到所选择的齿进给量，而布置系列的切削刃。所选择的齿进给是装置关于其被最优化的齿进给量，但装置也可以在具有改进的功能的其它的齿进给量下使用。
根据依据本发明的装置的另一个有利的实施例，铣刀主体布置为用于材料的端铣和/或面铣。本发明的发明人已认识到切削刃的不等节距和径向设定的创新组合在材料的端铣和/或面铣中是特别有效的，以此材料的铣削变得更有效。
在以上所述的实施例中，铣刀主体或刀具主体有利地由比铣削刀片的材料软的材料制成。铣削刀片例如可由硬质合金制造，而铣刀主体由钢制造。在其中切削刃与铣刀主体一体形成的实施例中，铣刀主体以及切削刃可由硬质合金形成。
本发明的上述目标也通过提供用于设定和/或形成用于铣削材料的装置的方法而实现，所述装置如根据权利要求1至权利要求11中任一项所限定，或根据以上所述的实施例的任一个所限定，该方法的特征在于如下步骤：确定一个且相同系列内的切削刃的数量；在系列内设定在半径之间形成的各角度，所述半径的每一个与已确定的切削刃数量的切削刃的一个相交，角度处于垂直于铣刀主体的旋转轴线的一个且相同径向平面内；确定铣削操作的齿进给量；且在系列中基于确定的齿进给量和径向平面内切削刃之间设定的角度设定至少一个切削刃距旋转轴线的径向距离，距旋转轴线的所述径向距离(多个径向距离)处于所述径向平面内。设定或形成的装置对于确定的齿进给量被优化，但装置也可以在具有改进的功能的其它齿进给量下使用。
本发明也可应用于分离式的铣削刀具，其中铣削刀具包括设有切削刃的可拆卸刀片，所述刀片被连接到铣刀主体，即铣刀主体可包括可拆卸的铣刀主体部分，其包括可连接到铣刀主体的铣削刀片，或铣刀主体被连接到另一个单元或夹具，所述单元或夹具又被连接到主轴。
根据本发明的装置和方法对于例如钛、钢、铝和铸件的金属材料是特别地有利和有效的。
根据本发明的装置和方法的另外的有利实施例和本发明的其它优点在实施例的详细描述中可见。
附图说明
现在将为例证目的通过实施例且参考附图更彻底地描述本发明，其中：
图1是根据本发明的装置的第一实施例的示意性透视图，图为从下方倾斜观察而得到的，
图2是图1中的装置的示意性底视图，
图2a是根据本发明的装置的第二实施例的示意性底视图，
图3是根据本发明的装置的第三实施例的示意性透视图，图为从下方倾斜观察而得到的，且图示了铣削刀片的安装，
图4是具有安装构件的可拆卸铣削刀片的示意性透视图，
图5是图3的装置的示意性底视图，
图6是根据本发明的装置的第四实施例的示意性透视图，图为从下方倾斜观察而得到的，
图7是图6中的装置的示意性底视图，以及
图8是图示了根据本发明的方法的方面的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的装置的第一实施例，所述实施例为用于金属的切屑移除加工的铣削刀具的形式，所述铣削刀具包括铣刀主体102，所述刀具主体102具有用于附接在可旋转的刀具夹具内的后部分104和前主部分106，所述前主部分106的***表面108在示出的示例中具有圆柱形基本形状，但也可能是另一个旋转对称的基本形状，例如圆锥形。铣刀主体102限定了旋转轴线x-x，所述旋转轴线x-x也是铣刀主体102的纵向中心轴线，且设有一系列两个切向间隔的刀座或凹座110、112以用于可拆卸地安装的铣削刀片114、116，即系列的刀座110、112围绕铣刀主体102的外周或在旋转方向上间隔。各铣削刀片114、116设有至少一个切削刃118、120，所述切削刃118、120在铣削操作中处于工作位置，且设有第二切削刃，在此实施例中，各铣削刀片114、116设有四个切削刃且相应地可转位到四个不同的工作位置，但铣削刀片也可以设有仅一个或设有另外的数量的切削刃。在此实施例中，所有铣削刀片114、116具有相同的尺寸。系列的刀座110、112一般地相对于铣刀主体102的旋转轴线x-x在相同的轴向高度处，且系列的切削刃118、120布置为例如在端铣或面铣中在工件内加工出共同的表面。在此实施例中，以及在图2a和图3至图5的实施例中，铣削刀片114、116在工作位置具有主切削刃118、120，所述主切削刃118、120在铣刀主体102的后部分104和铣刀主体102的前部分106的端部之间延伸，或换言之，在基本上轴向方向上延伸，且其具有在基本上径向方向上从主切削刃118、120的唯一端部延伸的副切削刃。副切削刃具有比主切削刃118、120明显更短的长度。主切削刃118、120是铣削刀片114、116的主要的工作切削刃，且当在此申请中使用术语“切削刃”时，意图为主切削刃。在下文中论述的切削刃和铣刀主体的旋转轴线之间的径向距离指的是从主切削刃到旋转轴线的径向距离。
参考图2，图2示出了图1中的装置的示意性底视图，且其中R示出了铣刀主体102的操作旋转方向，各铣削刀片114、116具有间隙表面122，124，铣削刀片114、116的切削刃118、120连接到所述间隙表面122，124，且具有与间隙表面122，124相对的第二表面126、128。各铣削刀片114、116也具有在所述间隙表面122，124和所述第二表面126、128之间的切屑表面130、132，和与所述切屑表面130、132相对的下侧134、136。各刀座110、112具有底表面138、140，铣削刀片114、116的下侧134、136可压靠于所述底表面138、140。各刀座110、112设有中间元件142、144，刀座110、112的底表面138、140布置在所述中间元件142、144上。刀座110、112已围绕旋转轴线x-x相对于彼此布置，使得在垂直于旋转轴线x-x的相同的径向平面内，第一切削刃118已获得了175°的角度θ，即θ1，且第二切削刃120已获得了185°的角度θ，即θ2，其中θ1与θ2不同。刀座110、112布置为使得同一系列内的铣削刀片114、116的切削刃118、120与切削刃114、116的角度θ，即θ1和θ2所位于内的径向平面相交。各铣削刀片114、116邻接基本上轴向延伸的槽146、148，所述槽146、148用作铣削刀片114、116的上游的区域内的切屑通道。
替代地，刀座110、112围绕旋转轴线x-x的位移可以已经通过铣削刀片的切向方向上的不同的厚度或中间元件的不同的厚度而建立。在以上所述的实施例中，例如第一切削刃118的中间元件142可在切向方向上比第二切削刃120的中间元件144更厚。
各刀座110、112具有肩表面150、152，铣削刀片114、116可以以其第二表面126、128压靠于所述肩表面150、152，以将铣削刀片114、116的径向位置相对于铣刀主体102的旋转轴线x-x固定，且因此也将切削刃118、120的径向位置相对于旋转轴线x-x固定。第一刀座110的肩表面150和旋转轴线x-x之间的径向距离为d11，且第二刀座112的肩表面152和旋转轴线x-x之间的径向距离为d22。根据本发明，为获得均匀的切屑厚度，径向距离d22小于径向距离d11，且通过此径向距离d11、d22的差异，第二切削刃120距旋转轴线x-x的径向距离d2小于第一切削刃118距旋转轴线x-x的径向距离d1。所述距旋转轴线x-x的径向距离d11、d22、d1、d2位于与切削刃118、120的角度θ的相同的径向平面内。
当第一切削刃118处于距旋转轴线x-x的名义径向距离d1时，d2可通过将d1减小所选择的齿进给量的大约2.8％而获得。对于0.30mm的通常的齿进给量和30mm的名义径向距离d1，d2可设定为29.993mm。对于所述选择的齿进给量，参考的是铣刀主体/装置针对其最优化的齿进给量，但铣刀主体/装置也可用于其它的齿进给量，且仍实现可接受的铣削。
连同图2中的角度θ，如果切削刃118、120距旋转轴线x-x的径向距离d1、d2已等大，则第二切削刃120将切削出具有比第一切削刃118明显更大的切屑厚度的切屑，这将导致第二铣削刀片116上的增加的载荷，即铣削刀片114、116上的不均匀的载荷。通过将第二切削刃120径向地向内朝向旋转轴线x-x移动，或替代地通过将第一切削刃118从旋转轴线x-x径向地向外移动，第二切削刃120切削出的切屑的厚度更好地与第一切削刃118切削出的切屑的厚度一致，且实现了两个铣削刀片114、116上的均匀的载荷。换言之，由于本发明的切削刃的径向定位，与现有的已知刀具相关的切屑厚度的不利的变化将完全被消除，或至少被基本降低。
在图2a中示出了根据本发明的装置的第二实施例的底视图，所述装置为用于金属的切屑移除加工的铣削刀具的形式，所述铣削刀具大体上与图1中的铣削刀具一致，但其中从各刀座210、212中去除了中间元件。R示出了铣刀主体202的操作旋转方向。另外，刀座210、212具有另一个位移，且在此已围绕旋转轴线x-x相对于彼此布置，使得在垂直于旋转轴线x-x的相同径向平面内，第一切削刃218已获得了170°的角度θ，即θ1，且第二切削刃220已获得了的190°的角度θ，即θ2，其中θ1比θ2小20°。刀座210、212布置为使得在同一系列内的铣削刀片214、216的切削刃218、220与切削刃214、216的角度θ，即θ1、θ2所处的径向平面相交。
在此第二实施例中，第一刀座210的肩表面250和旋转轴线x-x之间的径向距离与第二刀座212的肩表面252和旋转轴线x-x之间的径向距离相同，且替代地，在系列内，第一铣削刀片214在其间隙表面222和其第二表面226之间的距离大于在第二铣削刀片216的间隙表面224和第二表面228之间的距离，即第一铣削刀片214在径向方向上具有比第二铣削刀片216更长的延伸。对于铣削刀片214、216的此差异，第一切削刃218距旋转轴线x-x的径向距离d1大于第二切削刃220距旋转轴线x-x的径向距离d2，所述第二切削刃220在与所述旋转方向R相反的方向上最靠近第一切削刃218定位。距旋转轴线x-x的所述径向距离d1、d2位于一个且与切削刃218、220的角度θ相同的径向平面内。当θ1为170°且θ2为190°且第一切削刃218处于距旋转轴线x-x的名义径向距离d1时，可通过将d1减小所选择的齿进给量的大约5.6％而获得d2。对于通常的0.15mm的齿进给量和30mm的名义径向距离d1，d2可设定为29.9916mm。由于本发明的切削刃的此径向定位，与现有已知刀具相关的不利的切屑厚度变化将完全消除或至少被基本上降低。
以上所述的各切削刃距旋转轴线的径向距离的百分比仅是示例，且其取决于铣刀主体使用的齿进给量或齿进给量的间隔，其它百分比可能是有利的。参考图8，给出了可以有利方式设定切削刃距旋转轴线的径向距离的示例的更详细的描述。
在图1至图2a中，铣削刀片114、116、214、216具有正的轴向镶装角度，即铣削刀片114、116、214、216的切屑表面130、132的下部分(即最靠近前主部分106、206的端部的部分)在铣刀主体102、202的操作旋转方向上位于铣削刀片114、116、214、216的切屑表面130、132的上部分(即最靠近后部分104的部分)前面。换言之，当在侧视图中观察时且相对于铣刀主体的操作旋转方向，铣削刀片向后/向上倾斜。在图1至图2a中，铣削刀片另外具有负的径向镶装角度。在此，对于系列的所有铣削刀片，轴向镶装角度基本上大小相等，且在此对于系列的所有铣削刀片，径向镶装角度基本上大小相等。
角度θ和径向距离在与各切削刃118、120、218、220的上部角部146(见图1)相交的径向平面内，其中上部角部146更靠近铣刀主体102、202的后部分104定位。
图3示出了根据本发明的装置的第三实施例，所述实施例为用于金属的切屑移除加工的铣削刀具的形式，其包括铣刀主体302，所述铣刀主体302具有用于附接在加工刀具(未示出)内的后部分304和前主部分306，所述前主部分306的***表面308在示出的示例中具有圆柱形的基本形状。铣刀主体302限定了旋转轴线y-y，所述旋转轴线y-y也是铣刀主体302的纵向中心轴线，且设有一系列四个切向间隔的刀座310、312、314、316，以用于安装可拆卸的铣削刀片318、320、322、324，所述铣削刀片318、320、322、324具有相同的几何形状。各铣削刀片318、320、322、324设有至少一个在铣削操作中处于工作位置的切削刃326、328、330、332，并设有第二切削刃，在此，各铣削刀片318、320、322、324设有四个切削刃，且相应地可转位到四个不同的工作位置。在此第三实施例中，所有铣削刀片318、320、322、324具有相同的尺寸。参考图3和图4，各铣削刀片318、320、322、324具有铣削刀片324的切削刃332所连接的间隙表面344和与所述间隙表面344相对的第二表面346。各铣削刀片324也具有在所述间隙表面344和所述第二表面346之间的切屑表面348，和与所述切屑表面348相对的下侧350。系列的切削刃326、328、330、332布置为例如在端铣或面铣中在工件内加工出共同的表面。各刀座310、312、314、316具有肩表面352，铣削刀片314以其第二表面346可压靠于所述肩表面352以将铣削刀片318的径向位置相对于铣刀主体302的旋转轴线y-y固定，且因此也将切削刃332的径向位置相对于铣刀主体302的旋转轴线y-y固定。在此，各刀座310、312、314、316每个设有中间元件354、356、358、360，且通过螺钉元件362将各铣削刀片318、320、322、324安装在其刀座310、312、314、316内，所述螺钉元件362接合铣削刀片318内的中心贯通凹陷364且通过中间元件360内的贯通的凹陷366接合被布置在刀座310内的螺纹凹陷368。
参考图5，图5示出了图3中的装置的示意性底视图，且其中R示出了铣刀主体302的操作旋转方向，刀座310、312、314、316已围绕旋转轴线y-y相对于彼此布置，使得在垂直于旋转轴线y-y的相同的径向平面内，第一切削刃326已获得了85°的角度θ，即θ1，第二切削刃328已获得了88°的角度θ，即θ2，第三切削刃330已获得了95°的角度θ，即θ3，且第四切削刃332已获得了92°的角度θ，即θ4。在此实施例中，刀座310、312、314、316围绕旋转轴线x-x的位移已通过铣刀主体302自身的设计而建立。中间元件354、356、358、360相对于彼此在切向方向上具有相同的厚度。替代地，围绕旋转轴线的角度位移可通过将铣削刀片在切向方向上赋予不同的厚度而获得。刀座310、312、314、316布置为使得同一系列内的切削刃326、328、330、332与切削刃326、328、330、332的角度θ，即θ1，θ2，θ3，θ4所处的径向平面相交。各铣削刀片318、320、322、324邻接基本上轴向延伸的槽368、370、372、374，所述槽368、370、372、374用作铣削刀片318、320、322、324的上游的区域内的切屑通道。
第一切削刃326距旋转轴线y-y的径向距离为d1，第二切削刃328距旋转轴线y-y的径向距离为d2，第三切削刃330距旋转轴线y-y的径向距离为d3，和第四切削刃332距旋转轴线y-y的径向距离为d4。径向距离d4选择为名义径向距离，且保持不被调节。根据本发明，为获得均匀的切屑厚度，d1可通过将d4增加所选择的齿进给量的大约5.6％而获得，d2可通过将d4增加所选择的齿进给量的大约7.8％而获得，且d3可通过将d4增加所选择的齿进给量的大约2.2％而获得。对于0.15mm的所选择的齿进给量和30mm的名义径向距离d4，d1可以设定为30.0084mm，d2可以设定为30.0117mm，且d3可以设定为30.0033mm。由于本发明的切削刃的此径向定位，与现有已知刀具相关联的切屑厚度的不利变化将完全被消除或至少基本上被降低。
在此实施例中，在系列内切削刃326、328、330、332距旋转轴线y-y的径向距离d1、d2、d3、d4的以上所述的差异通过将刀座310、312、314、316的肩表面352布置为具有不同的径向距离d11、d22、d33、d44来获得。径向距离d11、d22、d33、d44对以上所述的径向距离d1、d2、d3、d4所提供的由本领域一般技术人员基于铣削刀片的尺寸认识到。参考图8，图中给出了可以有利方式设定切削刃距旋转轴线的径向距离的示例的更加详细的描述。
在图3和图5中，铣削刀片318、320、322、324具有正的轴向镶装角度和负的径向镶装角度。在此，对于系列的所有铣削刀片，轴向镶装角度基本上等大小，且在此对于系列的所有铣削刀片，径向镶装角度基本上等大小。
在此，角度θ和径向距离处于与各切削刃326、328、330、332的上部角部376(见图3)相交的径向平面内，其中上部角部376更靠近铣刀主体302的后部分304定位。
图6示出了根据本发明的装置的第四实施例的示意性透视图，图为从下方倾斜观察而得到的，所述装置为用于金属的切屑移除加工的柄立铣削的形式，所示装置包括具有用于附接在可旋转刀具夹具内的后部分704和前主部分706的铣刀主体702，在示出的示例中前主部分706的周围表面708具有圆柱形基本形状。铣刀主体702限定了旋转轴线z-z，所述旋转轴线z-z也作为铣刀主体702的纵向中心轴线，且设有四个外周切削刃710、712、714、716，所述外周切削刃710、712、714、716与铣刀主体702一体形成且布置为在工件内加工出共同的表面。铣刀主体702包括四个槽718、720，所述槽718、720的每个沿螺旋形状从主部分706的端部向后部分704延伸，各切削刃710、712、714、716布置在两个槽718、720之间，且也从主部分706的端部向后部分704延伸。参考图7，其中R示出了铣刀主体702的操作旋转方向，且根据本发明，切削刃710、712、714、716已围绕旋转轴线z-z相对于彼此布置，使得在垂直于旋转轴线z-z的一个且相同的径向平面内，第一外周切削刃710已获得了85°的角度θ，即θ1，第二外周切削刃712已获得了88°的角度θ，即θ2，第三外周切削刃714已获得了95°的角度θ，即θ3，且第四外周切削刃716已获得了92°的角度θ，即θ4，切削刃710、712、714、716与切削刃710、712、714、716的角度θ所处的径向平面相交。
第一外周切削刃710距旋转轴线z-z的径向距离为d1，第二外周切削刃712距旋转轴线z-z的径向距离为d2，第三外周切削刃714距旋转轴线z-z的径向距离为d3，且第四外周切削刃716距旋转轴线z-z的径向距离为d4。径向距离d4选择为名义径向距离，且保持不被调节。因为角度θ在此实施例中与图3至图5的第三实施例中的角度θ一致，所以径向距离d1、d2、d3可设定为对于相同的0.15mm的齿进给量且对于相同的30mm的名义径向距离d4相一致的距离，从而d1可以设定为30.0084mm，d2可以设定为30.0117mm，且d3可以设定为30.0033mm。由于本发明的切削刃的此径向定位，与现有已知刀具相关联的切屑厚度的不利变化将完全被消除或至少基本上被降低。
在以上所述的实施例中，铣刀主体有利地从比铣削刀片的材料软的材料制造。铣削刀片例如可由硬质合金制造，而铣刀主体由钢制造。在以上所述的实施例中各铣刀主体102、202、302、702布置为用于材料的端铣和/或面铣。
图8示出了流程图，所述流程图图示了根据本发明的用于设定和/或形成铣削材料的铣削刀具的方法的各个方面，其中铣削刀具可以是根据以上所述的类型的铣削刀具中的任一种。首先，在步骤901中确定位于同一系列内的切削刃的数量z。然后，在步骤902中，在系列内为切削刃设定不同的角度θ。角度θ的设定可根据数个不同的方案或技术要求来完成，且可以取决于铣削刀具使用在何种类型的铣削操作中，例如铣削何种材料，且铣削刀具应以多大的切削吃刀量操作，例如由铣削刀具铣削多大的轴向深度等。在现有技术中，存在用于设定不等节距，即设定角度θ的数个方法。在步骤903中确定针对其进行铣削刀具最优化的齿进给量fz或齿进给量fz的间隔。确定名义径向距离d，且将切削刃选择为参考，并将其距铣刀主体的旋转轴线的径向距离设定为确定的名义径向距离。在系列中，然后相对于名义径向距离且基于确定的齿进给量fz和设定的角度θ在步骤904中设定其它切削刃距铣刀主体的旋转轴线的径向距离。选择为参考的切削刃保持不被调节。各切削刃距旋转轴线的径向距离的精确设定可基于完成的测试而进行。
特定的切削刃的径向距离dn的设定也可从如下公式以及和名义径向直径d的关系而得到，其中参考切削刃在位置n＝0处具有距旋转轴线的名义径向距离d，且参考切削刃保持不被调节：
Figure BSA00000396296000201
其中z是系列中的切削刃的数量，fz是确定的齿进给量，n指示切削刃的排位(position)，且Vn是径向平面内在位置n处的切削刃和在n＝0处的参考切削刃之间的角度。切削刃在位置n处的径向距离dn然后从名义径向距离d和Δdn根据如下式子得到：dn＝d+Δdn
参考图5，根据此公式，第一切削刃326具有排位n＝1，第二切削刃328具有排位n＝2，第三切削刃330具有排位n＝3，且第四切削刃332具有排位n＝0。对于第一切削刃326，V1＝θ1，对于第二切削刃328，V2＝θ1+θ2，且对于第三切削刃330，V3＝θ1+θ2+θ3。对于第三切削刃，根据图5，则：
Figure BSA00000396296000202
且d3＝30+0.0033mm。
这仅是设定切削刃的径向距离的一个示例，且其它公式和方法也可在本发明的范围内使用。Δdn有利地是确定的齿进给量fz的至少百分之一。设定或形成的铣削刀具对于确定的齿进给量被最优化，但铣削刀具也可以用于其它齿进给量并且仍实现改进的功能。
本发明不应考虑为限制于以上所图示的实施例，而是可以在所附的权利要求的范围内以许多方式修改和改变。切削刃的数量例如可以比以上所述的数量更多。

Claims (12)

1.一种用于铣削材料的装置，所述装置包括能够连接到能够旋转的主轴或夹具且限定了旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的铣刀主体(102；302；702)，所述铣刀主体(102；302；702)设有至少一个系列的多个切向间隔的切削刃(118、120；326、328、330、332；710、712、714、716)或多个切向间隔的刀座(110、112；310、312、314、316)，所述刀座(110、112；310、312、314、316)意图于用于具有至少一个切削刃(118、120；326、328、330、332；710、712、714、716)的铣削刀片，且所述系列的切削刃(118、120；326、328、330、332；710、712、714、716)布置为在工件内加工出共同的表面，所述系列的所述切削刃(118、120；326、328、330、332；710、712、714、716)或刀座(110、112；310、312、314、316)布置为：在所述系列内，在与第一切削刃(118；326、330；710、714)相交的半径和与在围绕所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的旋转方向(R)上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的另一个切削刃(120；332、328；716、712)相交的半径之间的第一角度(θ1；θ1、θ3)小于与所述第一切削刃(118；326、330；710、714)相交的半径和与在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的另一个切削刃(120；328、332；712、716)相交的半径之间的第二角度(θ2；θ2、θ4)，所述第一角度(θ1；θ1、θ3)和第二角度(θ2；θ2、θ4)处于垂直于所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向平面内，且分别在所述第一角度(θ1；θ1、θ3)和第二角度(θ2；θ2、θ4)内不存在同一系列的任何其它切削刃(118、120；218、220；326、328、330、332；710、712、714、716)，其特征在于，在所述系列内，所述第一切削刃(118；326、330；710、714)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向距离(d1；d1、d3)大于在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的另一个切削刃(120；328、332；712、716)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向距离(d2；d2、d4)，且距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的所述径向距离处于所述径向平面内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述系列内，所述第一切削(118；326、330；710、714)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的所述径向距离(d1；d1、d3)和在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削(118；326、330；710、714)定位的所述另一个切削刃(120；328、332；712、716)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的所述径向距离(d2；d2、d4)相对于各自的角度(θ1、θ2；θ1、θ2、θ3、θ4)而设定，使得所述第一切削刃(118、120；326、328，330、332；710、712、714、716)和在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的所述另一个切削刃(120；328、332；712、716)从工件上切削出具有基本上相同切屑厚度的切屑，且距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的所述径向距离位于所述径向平面内。
3.根据权利要求1或权利要求2的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一角度(θ1；θ1、θ3)与所述第二角度(θ2；θ2、θ4)不同，至少差百分之一。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的装置，其特征在于，所述铣刀主体设有至少一个系列的多个切向间隔的切削刃(118、120；218、220；326、328、330、332；710、712、714、716)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述切削刃(710、712、714、716)与所述铣刀主体(702)一体形成。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述铣刀主体(702)具有第一端部(706)和相对的第二端部(704)，所述铣刀主体(702)的旋转轴线(z-z)在两个所述端部(704、706)之间延伸，所述铣刀主体(702)包括从所述第一端部(706)向所述第二端部(704)延伸的多个槽(718、720)，且各切削(710、712、714、716)布置在两个槽(718、720)之间。
7.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的装置，其特征在于，所述铣刀主体(102；202；302)设有至少一个系列的多个切向间隔的刀座(110、112；210、211；310、312、314、316)，所述刀座(110、112；210、211；310、312、314、316)意图于用于具有至少一个切削(118、120；218、220；326、328、330、332)的铣削刀片(114、116；214、216；318、320、322、324)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各刀座(110、112；310、312、314、316)具有肩表面(150、152；352)，铣削刀片能够压靠于所述肩表面(150，152；352)以固定铣削刀片(114、116；318、320、322、324)相对于铣刀主体(102；302)的旋转轴线(x-x；y-y)的径向位置，且在所述系列内，供带有第一切削(118；326、330)的第一铣削刀片(114；318、322)能够压靠的至少第一肩表面(150；352)距所述旋转轴线(x-x；y-y)的径向距离(d11；d11，d33)大于供带有另一个切削(120；328、332)的另一个铣削刀片(116；320、324)能够压靠的至少一个另外的肩表面(152；352)距所述旋转轴线(x-x；y-y)的径向距离(d22；d22、d44)，其中所述另一个切削(120；328、332)在与所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削(118；326、330)定位。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的装置，其特征在于，各铣削刀片(214、216)具有与所述铣削刀片(214、216)的切削刃(218、220)连接的间隙表面(222、224)和与所述间隙表面(222、224)相对的第二表面(226、228)，且在所述系列内，带有所述第一切削刃(218)的至少第一铣削刀片(214)在其间隙表面(222)和其第二表面(226)之间的距离大于带有在与所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(218)定位的另一个切削(220)的至少另一个铣削刀片(216)在其间隙表面(224)和其第二表面(228)之间的距离。
10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的装置，其特征在于，所述系列的切削刃(118、120；218、220；326、328、330、332；710、712、714、716)布置为从工件上切削出的切屑的切屑厚度基本上与由同一系列内的其它切削刃(118、120；218、220；326、328、330、332；710、712、714、716)从工件上切削出的切屑的切屑厚度相同。
11.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的装置，其特征在于，所述铣刀主体(102；202；302；702)布置为用于材料的端铣和/或面铣。
12.一种用于设定和/或形成根据权利要求1至权利要求11中任一项所限定的用于铣削材料的装置的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
确定(901)一个且相同的系列内的切削刃的数量，
在所述系列内，将与第一切削刃(118；326、330；710、714)相交的半径和与在围绕旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的旋转方向(R)上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的另一个切削刃(120；332、328；716、712)相交的半径之间的第一角度(θ1；θ1、θ3)设定(902)为小于与第一切削刃(118；326、330；710、714)相交的半径和与在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的另一个切削刃(120；328、332；712、716)相交的半径之间的第二角度(θ2；θ2、θ4)，所述第一角度(θ1；θ1、θ3)和第二角度(θ2；θ2、θ4)处于垂直于所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向平面内，且分别在所述第一角度(θ1；θ1、θ3)和第二角度(θ2；θ2、θ4)内不存在同一系列的任何其它切削刃(118、120；218、220；326、328、330、332；710、712、714、716)，
确定(903)铣削操作的齿进给量，以及
在所述系列内，基于所确定的齿进给量和在径向平面内所述切削刃之间设定的角度，将所述第一切削刃(118；326、330；710、714)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向距离(d1；d1、d3)设定(904)为大于在所述旋转方向(R)相反的方向上最靠近所述第一切削刃(118；326、330；710、714)定位的所述另一个切削(120；328、332；712、716)距所述旋转轴线(x-x；y-y；z-z)的径向距离(d2；d2、d4)，且距所述旋转轴线的所述径向距离位于所述径向平面内。
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