CN102264499B - 切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具 - Google Patents

切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种切削用刀片，该切削用刀片以能够装卸的方式安装于刀片安装座(4)，该刀片安装座形成于呈围绕轴线(O)旋转的大致圆盘状的刀具本体(1)的外周部，该切削用刀片具备呈平板状的刀片本体(10)、设在该刀片本体(10)的上面的后刀面(11)、设在与该后刀面(11)交叉的刀片本体(10)的侧面的前刀面(12)以及设在该前刀面(12)和所述后刀面(11)的交叉棱线部的切削刃(13)，其中，该切削刃(13)形成为，在所述刀片本体(10)的侧面视图中呈大致渐开曲线状，所述前刀面(12)从所述刀片本体(10)的上面向着下面倾斜至内侧，并且，至少配置于所述刀具本体的外周侧的前端部(12a)形成为构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面状。

Description

切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具
技术领域
本发明涉及用于切削齿轮等的齿槽的切齿加工的切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具，尤其是，主要涉及与渐开线齿轮的切削相关的切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具。
背景技术
在利用根据与应该加工的齿轮的齿形相同的轮廓的刃形而削出齿轮的齿形的成形法来进行的切齿加工中，使用成形切齿刀具。一直以来已知的成形切齿刀具将不重磨刀片(throw away chip)机械地安装于刀片安装座，该刀片安装座在呈围绕轴线旋转的大致圆盘状的主体的外周部沿着周方向配设多个。
装配于该不重磨切齿刀具的不重磨刀片典型地是呈大致四边形平板状的负刀片。刀片在设于四边形面的后刀面和设于与该后刀面正交的侧面的前刀面的交叉棱线部具备切削刃。切削刃呈与用于绝大部分的齿轮的渐开线齿形相对应的渐开曲线状。
在将该不重磨刀片安装于刀片安装座的情况下，由于轴方向前刀角为负，因而锋利程度差，加工时的切削阻力变高。因此，存在着容易发生颤振并招致由于加工精度的劣化或切削刃的损伤而导致的刀具寿命的下降等的问题。
为了解决该问题，在专利文献1所公开的用于切齿刀的不重磨刀片中，如图10A～C所示，刀片本体104的侧面104c形成为随着从刀片本体104的上面104a向着下面104b而向刀片本体104的内侧逐渐倾斜，该刀片本体104的侧面104c和刀片本体104的上面104a的交叉棱线为切削渐开线齿轮的齿底和齿面部分的切削刃棱105a、105b。
在上述专利文献的发明中，成为前刀面的刀片本体104的侧面104c由以一定角度倾斜的平坦面构成。然而，如果过于增大该倾斜角度，那么，配置于从刀片本体104的下面104b至切削刃棱105的刃尖高度较低的位置的用于切削渐开线齿轮的齿底部分的切削刃棱105a有可能在从与刀片本体104的上面104a相对的方向观看时的平面视图中偏向至刀片本体104的内侧。另一方面，配置于刃尖高度较高的位置的用于切削渐开线齿轮的齿面部分的切削刃棱105b有可能在从与刀片本体104的上面104a相对的方向观看时的平面视图中向着刀片本体104的外侧鼓起。因此，在将刀片本体104安装于刀具本体的状态下，用于切削齿轮的齿底部分的切削刃棱105a的附近的径方向前刀角γf过于为负，与其他部分的切削刃棱105b相比，锋利程度变差。所以，在该现有的形式的刀片中，存在着能够对成为前刀面的刀片本体104的侧面104c赋予的倾斜角度被限制的不良情况。
本发明是鉴于上述的情况而做出的，其目的在于，提供能够抑制切削刃的各部分的径方向前刀角γf的差异的切削用刀片以及使用该切削用刀片的刃尖更换式切齿刀具。
专利文献1：日本特开2005-66780号公报
发明内容
本发明的一个方式是一种切削用刀片，该切削用刀片以能够装卸的方式安装于刀片安装座，该刀片安装座形成于呈围绕轴线旋转的大致圆盘状的刀具本体的外周部，该切削用刀片具备：在平面视图中呈大致四边形状的大致平板状的刀片本体；设在该刀片本体的上面的后刀面；设在与该后刀面交叉的刀片本体的侧面的前刀面；以及设在该前刀面和所述后刀面的交叉棱线部的切削刃，其中，该切削刃形成为，在所述刀片本体的侧面视图中呈大致渐开曲线状，所述前刀面从所述刀片本体的上面向着下面倾斜至内侧，并且，至少配置于所述刀具本体的外周侧的前端部形成为构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面状。
在上述发明中，所述前刀面也可以由构成大致圆锥的侧面的一部分的多个凹曲面构成。
另外，在上述发明中，所述切削刃也可以形成为，在所述平面视图中呈大致直线状。
本发明的另一方式是一种刃尖更换式切齿刀具，该刃尖更换式切齿刀具配置有根据权利要求1所述的切削用刀片，具备：呈围绕轴线旋转的大致圆盘状的刀具本体；以及在该刀具本体的外周部沿着周方向以交错状设置的多个刀片安装座，其中，所述切削用刀片以径方向前刀角为负的方式装卸自如地安装于所述刀片安装座。
附图说明
图1是显示本发明的一个实施方式的切齿刀的立体图。
图2是图1所示的切齿刀的正面图。
图3A是图1所示的切齿刀的侧面图。
图3B是说明图1所示的切齿刀的切削状况的概念图。
图4是图3A的部分放大图。
图5是图2的部分放大图。
图6A是显示安装于图1的切齿刀的切削用刀片的立体图。
图6B是显示安装于图1的切齿刀的切削用刀片的平面图。
图7A是显示图6的切削用刀片的左侧面图。
图7B是显示图6的切削用刀片的右侧面图。
图7C是显示图6的切削用刀片的正面图。
图7D是显示图6的切削用刀片的背面图。
图8A是说明图6的切削用刀片的形状的概念图。
图8B是说明图6的切削用刀片的前刀面的倾斜状态的概念图。
图9A是显示图1的切齿刀的变形例的侧面图。
图9B是说明图1的切齿刀的变形例的切削状况的概念图。
图10A是说明安装于现有的不重磨式切齿刀的不重磨刀片的形状的概念立体图。
图10B是说明安装于现有的不重磨式切齿刀的不重磨刀片的形状的概念平面图。
图10C是说明安装于现有的不重磨式切齿刀的不重磨刀片的形状的概念侧面图。
具体实施方式
以下，参照图1～图8，对本发明的切削用刀片和使用该切削用刀片的刃尖更换式切削刀具的一个实施方式进行说明。
如图1～图3所示，本实施方式的切齿刀由刀具本体1、刀片本体10以及安装螺丝20构成。刀具本体1呈围绕轴线旋转的大致圆盘状。刀片本体10以能够装卸的方式装配于刀具本体1的外周部，以作为刃部。安装螺丝20用于将刀片本体10安装于刀具本体1。
上述刀具本体1由钢材等构成，具备贯通孔2、多个切屑坑3以及多个刀片安装座4。贯通孔2在刀具本体1的中央部沿着轴线贯通形成，用于将刀具本体1安装于机床的主轴。多个切屑坑3在刀具本体1的外周部沿着周方向以交错状凹陷设置，使切削中的切屑的生成、容纳以及排出变得容易。多个刀片安装座4形成于向着各刀片坑3内的刀具旋转方向T的壁面，使刀片本体10就座。
如图4所示，上述刀片安装座4具备载置有刀片本体10的由平坦面构成的底面5、从该底面5立起的向着刀具旋转方向T的侧壁6以及向着刀具本体1的外轴侧的侧壁7。在上述底面5，贯穿设置有与安装螺丝20螺纹接合的阴螺纹状的螺纹孔8。如图5所示，该刀片安装座4形成为，在将刀片本体10安装于刀片安装座4时，径方向前刀角(径向前角)γf为负。这样地构成的刀片安装座4在刀具本体1的左右侧面沿着周方向以等间隔交互地配置，多个刀片安装座4以交错状配设。
上述刀片本体10由高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、超高压烧结体等构成，如图6和图7所示，呈大致长方形平板状，更详细而言，呈大致板蒸鱼糕形状。刀片本体10是所谓的正形状的刀片，具备后刀面11、一对前刀面12、12、一对切削刃13、13、就座面14以及安装孔15。后刀面11设在刀片本体10的上面。一对前刀面12、12设在与后刀面11以锐角交叉的长边侧的左右侧面。一对切削刃13、13设在前刀面12、12和后刀面11的交叉棱线部。就座面14设在与后刀面11相对的下面，由平坦面构成。安装孔15在中央部向着厚度方向贯通形成。
如图4所示，该刀片本体10以能够装卸的方式固定于刀片安装座4。将与后刀面11相对的下面作为就座面14而载置于刀片安装座4的底面5上，然后，使一对前刀面12、12中的一方的前刀面12抵接在刀片安装座4的侧壁6，并且，使设于短边侧的侧面的由平坦面构成的抵接面16抵接在刀片安装座4的侧壁7，在该状态下，使安装螺丝20通过安装孔15并拧入螺丝孔8，由此，固定刀片10。另外，该刀片本体10也能够装配于以交错状配设的刀片安装座4的左右任一侧。
如图8A所示，上述后刀面11由平面视图呈大致长方形状的以大致半圆形稍微凸起的凸曲面构成。
如图8A和图8B所示，上述前刀面12由从后刀面11向着就座面14倾斜至刀片本体10的内侧的构成大致圆锥的侧面的一部分的2个凹曲面构成。该2个凹曲面由设在配置于刀具本体1的外周侧的前端部12a的凹曲面和设在其他部分12b的凹曲面构成，各自的圆锥的顶点P1、P2错开，各圆锥的母线L1、L2以沿着切削刃13的方式形成。顶点P1、P2位于刀片本体10的上侧，即后刀面11侧。前端部12a的倾斜角度和其他部分12b的倾斜角度设定为相同的角度，2个凹曲面平滑地相连而构成1个前刀面12。该前刀面12的倾斜角度α、即前端部12a的凹曲面的圆锥轴M1(M2)和母线L1(L2)所构成的角优选设定在10°以上且20°以下的范围内，例如，为15°。
如图4所示，关于这样地构成的前刀面，在将刀片本体10安装于刀片安装座4时，至少在除了前端部12a以外的大部分，轴方向前刀角(轴向前角)γp为正。而且，越是向着刀具本体1的外周侧，该轴方向前刀角(轴向前角)γp就越小。前端部12a的圆锥的母线L1和轴线O所构成的轴方向前刀角(轴向前角)γp1优选设定在0°以上且10°以下的范围内，例如，设定在0.0°～6.6°。另外，除了前端部以外的部分12b的圆锥的母线L2和轴线O所构成的轴方向前刀角(轴向前角)γp2优选设定在大于0°且小于15°的范围内，例如，设定在6.6°～9.0°。
如图5所示，在将刀片本体10安装于刀片安装座4时，在从与后刀面11相对的方向观看时的刀具本体1的正面视图中，切削刃13和垂直于轴线O的直径线N所构成的角，即径方向前刀角(径向前角)γf为负。该径方向前刀角(径向前角)γf遍及切削刃13的全长而大致一定，优选设定在-10°以上且0°以下的范围内，例如，为-3.8°。
在将刀片本体10安装于刀片安装座4时，至少在除了前端部12a以外的大部分，垂直前刀角(orthogonal rake angle)γo为正，越是向着刀具本体1的外周侧，该垂直前刀角γo就越小。前端部12a的垂直前刀角γo1例如为5.5°～9.4°。另外，除了前端部以外的部分12b的垂直前刀角γo2例如为9.4°～9.6°。另外，切削刃倾斜角(cutting edgeinclination)λ为正，越是向着刀具本体1的外周侧，就越大。前端部12a的切削刃倾斜角λ1例如为7°～15°。另外，除了前端部以外的部分12b的切削刃倾斜角λ2例如为0°～7°。
如图7A和图7B所示，上述切削刃13形成为，在从与前刀面12相对的方向观看时的刀片本体10的侧面视图中呈凸状的大致渐开曲线状，切削刃13的旋转轨迹描绘渐开曲线。另外，如图6B所示，切削刃13形成为，在从与后刀面11相对的方向观看时的刀片本体10的平面视图中呈大致直线状。
该切削刃13设在一对前刀面12、12的各自的边棱部而构成一对切削刃13、13。如图3A所示，在将刀片本体10安装于刀具本体1的状态下，能够将切削刃13分成向着前刀面12而配置于右侧的右切削刃13a和向着前刀面12而配置于左侧的左切削刃13b而使用。即，通过将相同形状的刀片本体10安装于以交错状配设的多个刀片安装座4的各个，从而交互地设置右切削刃13a和左切削刃13b。如图3B所示，这些左右切削刃13a、13b通过使刀具本体1围绕轴线旋转而形成连续的一系列切削刃，该一系列切削刃所描绘的渐开曲线被转印至被加工物而切出渐开线齿形。
该切齿刀安装于机床的主轴，一边使刀具本体1围绕其轴线O旋转，一边沿与轴线O交叉的方向进给，使刀具本体1一边与被加工物接触一边移动而使用。而且，如图3B所示，将齿轮的齿槽逐个地加工，从而使切削刃13的旋转轨迹所构成的渐开曲线转印至被加工物。即，主要用作利用成形法来切削渐开线齿轮的齿槽的成形切齿刀具，例如，正好用于在建设机械等大型产业机械中使用的大模块的内齿轮的切齿。
另外，装配于该切齿刀的刀片本体10，例如在伴随着切削而损伤右切削刃13a的情况下，将向刀片安装座4安装的安装位置进行左右更换而用作左切削刃13b。即，能够将1个刀片本体10使用2次。另外，通过再次研削前刀面12，从而能够进一步增加使用次数，由于通常能够进行2～3次的再次研削，因而能够将1个刀片本体使用6～8次。
以下，对这样地构成的本实施方式的切齿刀的作用进行说明。
依照本实施方式的切齿刀，由于前刀面12形成为从后刀面11向着就座面14倾斜至刀片本体10的内侧，因而能够使将刀片本体10安装于刀具本体1时的轴方向前刀角(轴向前角)γp变化为正方向。
在这种情况下，由于配置于刀具本体1的外周侧的前刀面12的前端部12a由构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面构成，因而在使前刀面12倾斜的情况下，能够防止与渐开线齿轮的齿底的圆角相对应的部分的切削刃13所构成的渐开曲线变形。另外，由于除了前端部以外的部分12b也由构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面构成，因而在增大前刀面12的倾斜角度α的情况下，能够防止与渐开线齿轮的齿面相对应的部分的切削刃13所构成的渐开曲线变形。所以，能够将前刀面12的倾斜角度α设定为期望的角度，通过对前刀面12赋予大的倾斜角度α，从而能够使将刀片本体10安装于刀具本体1时的轴方向前刀角(轴向前角)γp为正。由于即使刀片本体10配置成径方向前刀角(径向前角)γf为负，通过增大轴方向前刀角γp，也使得垂直前刀角γo和切削刃倾斜角λ变化为正方向，因而锋利程度变佳，切削阻力降低。结果，由于抑制颤振并降低切削热，因而能够得到优异的加工精度，并且，能够防止切削刃的损伤等而谋求刀具寿命的延长。
另外，由于切削刃13形成为在从与后刀面11相对的方向观看时的平面视图中呈大致直线状，因而将刀片本体10安装于刀具本体1时的径方向前刀角(径向前角)γf遍及切削刃13的全长而大致一定。结果，能够抑制切削刃13的长度方向上的锋利程度的偏差。另外，由于被削材料和切削刃13的接触开始点从刀片本体10的中心方向向着外周方向单调地变化，因而能够防止切削刃13的錾平或缺损的发生。另外，由于越是向着刀具本体1的外周侧，轴方向前刀角(轴向前角)γp就越小，前端部12a的垂直前刀角γo1比其他部分13b的垂直前刀角γo2更小，因而能够防止最容易损伤的切削渐开线齿轮的齿底的部分的切削刃13的损伤。
而且，由于前刀面12由凹曲面构成，因而由于加工而排出的切屑的排出方向向着刀具本体1的中心方向。由此，能够防止切屑擦过加工面而使加工面品质下降。
此外，在本实施方式中，前刀面12由构成大致圆锥的侧面的一部分的2个凹曲面构成，但也可以代之，例如，前端部12a由构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面构成，其他部分12b由倾斜面构成，该倾斜面由平坦面构成。另外，前刀面12也可以由构成大致圆锥的侧面的一部分的3个以上的凹曲面构成。
另外，在本实施方式中，前刀面12的倾斜角度α在前端部12a和其他部分12b并非不同，而是一定，但也可以代之而设定为因位置而不同的倾斜角度。
另外，在本实施方式中，前刀面12的倾斜角度α为15°，但倾斜角度α不限定于此，能够为其他任意的角度。如果考虑到锋利程度的提高和切削阻力的降低的方面，那么，前刀面12的倾斜角度α优选设定在10°以上且20°以下的范围内，有利地优选设定在12°以上且18°以下的范围内。如果前刀面12的倾斜角度α不足10°，那么，由于刀片安装座4形成为，安装刀片本体10时的径方向前刀角(径向前角)γf为负，因而在将刀片本体10安装于该刀片安装座4时，在除了前端部以外的部分12b，有可能轴方向前刀角γp也为负而未得到期待的效果。另外，如果倾斜角度α超过20°，那么，刃尖强度有可能下降，另外，有可能产生由于就座面14变小而必须增大刀片本体10的尺寸的问题。
另外，在本实施方式中，前端部12a的轴方向前刀角(轴向前角)γp1为0.0°～6.6°，其他部分12b的轴方向前刀角(轴向前角)γp2为6.6°～9.0°，但轴方向前刀角(轴向前角)γp不限定于此，能够为其他任意的角度。如果考虑到谋求锋利程度的提高和切削阻力的降低并同时维持刃尖强度的方面，那么，前端部12a的轴方向前刀角(轴向前角)γp1优选设定在0°以上且10°以下的范围内，有利地优选设定在0°且8°以下的范围内。另外，除了前端部以外的部分12b的轴方向前刀角(轴向前角)γp2优选设定在大于0°且小于15°的范围内，有利地优选设定在比大于0°且小于10°的范围内。如果是0°以下，那么，有可能成为所谓的负切削而无法预料切削阻力的降低效果，如果是15°以上，那么，有可能刃尖角成为锐角而变得容易发生加工中的錾平或缺损。
另外，在本实施方式中，径方向前刀角(径向前角)γf为-3.8°，但径方向前刀角(径向前角)γf不限定于此，能够为其他任意的角度。如果考虑到在被削材料和切削刃13的接触开始时发生的錾平或缺损发生的抑制效果的方面，那么，径方向前刀角(径向前角)γf优选设定在-10°以上且0°以下的范围内，有利地优选设定在-8°以上且-3°以下的范围内。如果小于-10°，那么，切削阻力变大，因而有可能由于颤振的发生等而导致加工精度的下降和刀具损失的扩大等，如果大于0°，那么，在被削材料和切削刃13的接触开始时，有可能发生錾平或缺损。
另外，在本实施方式中，前端部12a的垂直前刀角γo1为5.5°～9.4°，其他部分12b的垂直前刀角γo2为9.4°～9.6°，但垂直前刀角γo不限定于此，能够为其他任意的角度。前端部12a的垂直前刀角γo1优选设定在-5°以上且20°以下的范围内，另外，除了前端部以外的部分12b的前刀角γo2优选设定在大于0°且小于15°的范围内。
另外，在本实施方式中，前端部12a的切削刃倾斜角λ1为7°～15°，其他部分12b的切削刃倾斜角λ2为0°～7°，但切削刃倾斜角λ不限定于此，能够为其他任意的角度。前端部12a的切削刃倾斜角λ1优选设定在-5°以上且20°以下的范围内，另外，除了前端部以外的部分12b的切削刃倾斜角λ2优选设定在0°以上且10°以下的范围内。
另外，在本实施方式中，使用图1～图5来举例说明了由逐个地切削内齿轮的齿槽的单型的刀具本体1构成的切齿刀，但本发明的刃尖更换式切齿刀具不限定于此，也可以代之，例如，如图9A和9B所示，采用由同时地切削2个齿轮的齿槽的双型的刀具本体30构成的切齿刀。另外，不限于内齿轮，也能够用于切削外齿轮等其他齿轮的齿槽的滚铣用刀具等切齿刀具。
另外，在本实施方式中，刀片本体10为大致长方形平板状，更详细而言，为大致板蒸鱼糕形状，但刀片的形状不限定于此，也可以采用三角形平板状等其他任意的形状。

Claims (4)

1.一种切削用刀片，以能够装卸的方式安装于刀片安装座，该刀片安装座形成于呈围绕轴线旋转的大致圆盘状的刀具本体的外周部，该切削用刀片具备：
大致平板状的刀片本体；
设在该刀片本体的上面的后刀面；
设在与该后刀面交叉的刀片本体的侧面的前刀面；以及
设在该前刀面和所述后刀面的交叉棱线部的切削刃，
其中，
该切削刃形成为，在所述刀片本体的侧面视图中呈大致渐开曲线状，
所述前刀面从所述刀片本体的上面向着下面倾斜至内侧，并且，至少配置于所述刀具本体的外周侧的所述前刀面的前端部形成为构成大致圆锥的侧面的一部分的凹曲面状。
2.根据权利要求1所述的切削用刀片，其特征在于，所述前刀面由构成大致圆锥的侧面的一部分的多个凹曲面构成。
3.根据权利要求1所述的切削用刀片，其特征在于，所述切削刃形成为，在所述刀片本体的平面视图中呈大致直线状。
4.一种刃尖更换式切齿刀具，配置有根据权利要求1所述的切削用刀片，具备：
呈围绕轴线旋转的大致圆盘状的刀具本体；以及
在该刀具本体的外周部沿着周方向以交错状设置的多个刀片安装座，
其中，
所述切削用刀片以径方向前刀角为负的方式装卸自如地安装于所述刀片安装座。
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