CN103028770B - 铣刀及其切削刀片 - Google Patents

Abstract

一种可转位切削刀片和具有相同的可转位切削刀片的铣刀。可转位切削刀片具有上表面、相对的下表面以及周侧表面。主切削刃形成在上周刃上，相邻的主前刀面在上表面上。至少两个主切削刃在沿主切削刃的等同的转位点处具有不同的刀片轴向前角，至少两个主前刀面在与主切削刃垂直并包含刀片轴线的平剖面处具有不同的前刀面轮廓角。铣刀包括具有多个相同的刀片接收凹穴的铣刀刀体，相等数量的相同的可转位切削刀片可移除地安放在所述多个刀片接收凹穴处，使得工作主切削刃和工作主前刀面具有不同的轴向和/或径向前角。

Description

铣刀及其切削刀片

本申请是2011年1月28日提交的、名称为“铣刀及其切削刀片”、申请号为200980129725.8的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种可转位切削刀片（insert）及具有相同的多个可转位切削刀片的铣刀，大体上用于金属切削过程，具体地用于铣削过程。

背景技术

在一定的旋转切削工具操作条件下，会发生振动或颤动，导致工具磨损加速，表面光洁度水平下降，并且持续情况下造成主轴损害。为消除或减少这些振动而又不求助于替代工具，需要调整操作参数，包括切削深度、切削速度和进给率，这经常会导致生产率和效率下降。

以下现有技术的例子讨论替代工具的发明，其目的在于减少/消除颤动或振动的负面影响，同时保持足够高的机加工效率、精度和质量水平。

US4808044公开了一种面铣刀，其包括刀体及多个相同切削刀片，多个相同切削刀片可拆卸地安装在形成于刀体内的圆周间隔的凹穴（pocket）内。第一和第二凹部形成于交替的凹穴内，其中第一凹部具有大致面向旋转方向的底部，第二凹部具有关于第一凹部略微倾斜的底部。每个刀片为大致四边形，具有形成在前刀面与四个侧面的相交处上的四个主切削刃，以及经支撑部件与凹部底部联系并由楔部件可释放地固定的平后面。安装在具有第一凹部的凹穴内的刀片比安装在具有第二凹部的相邻凹穴内的刀片具有更小的轴向前角（rake angle）和更大的径向前角。由于轴向和径向前角不同，第一和第二凹部内的刀片在与工件接合时受到不同的冲击力，使得刀体不与机床共振，防止颤动。

US6619891公开了一种铣刀，其包括主体和可拆卸地安装在分离的座上的至少一组周向隔开的相同切削刀片，其中每组包括至少三个切削刀片。每个刀片有位于前刀面与后刀面之间的工作切削刃，其中前刀面大致面向旋转方向，后刀面大致面向径向向外。设置刀体上的座使得其中一个切削刀片的间隙角大于同一组中至少两个其它刀片的间隙角。这种组合使得在铣刀中，较大间隙角的刀片产生具有较高精度的更平滑的表面光洁度，而较小间隙角的刀片则倾向于抑制振动并提供更高的稳定性。

US6997651公开了一种端铣刀，其具有在硬质合金柱形体中形成的多个排屑槽，其中每个排屑槽具有相关联的外周切削刃和端切削刃。从柱形体的圆周方向上看时，第一和第二外周切削刃交替布置，相应的第一和第二端切削刃也如此。第一和第二外周切削刃具有第一和第二径向前角，第一和第二端切削刃具有第一和第二轴向前角。第一径向前角大于第二径向前角，第一轴向角小于第二轴向前角。该布置允许切削阻力均匀分布到端铣刀的所有切削刃上，从而防止颤动。

关于减少或防止颤动，以上讨论的每个现有技术发明通过采用具有单个几何构造的切削工具而提出了不同的解决方案。

本发明的一个目标是提供一种可转位切削刀片，其可用于旋转切削工具，尤其是铣刀，其中，通过在同一刀片接收凹穴内转位至少一个切削刀片实现多于一个几何构造，以提供替代解决方案减少振动和颤动，同时保持优化的操作参数。

本发明的目标还在于提供一种可转位切削刀片，其具有多一个主切削刃，其中可通过在铣刀体的同一刀片接收凹穴内转位所述切削刀片而实现多于一个刀具轴向前角。

本发明的另一个目标在于提供一种可转位切削刀片，其具有多于一个主前刀面，其中通过在铣刀体的同一刀片接收凹穴内转位所述切削刀片而实现多于一个刀具径向前角。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供一种可转位切削刀片，包括：

上表面和相对的下表面，周侧表面在其间延伸；

在上表面与下表面之间延伸并张开到上表面与下表面的装夹通孔，所述装夹通孔具有刀片轴线，切削刀片绕所述刀片轴线可转位；

在上表面与周侧表面的相交处形成在上周刃上的至少两个主切削刃；

形成在上表面上与所述至少两个主切削刃的各自一个相邻的至少两个主前刀面，

具有包含所述刀片轴线并垂直于所述至少两个主切削刃的至少两个中心平面；以及

在线与由下表面限定的下平面之间的至少两个前刀面轮廓角β1、β2，所述线至少在所述至少两个主切削刃附近与通过所述至少两个中心平面所取的所述至少两个主前刀面的剖面轮廓共线，

其中，所述至少两个前刀面轮廓角β1、β2中的至少两个是不同的。

还根据本发明的优选实施例，提供一种铣刀，包括：

具有多个刀片接收凹穴的铣刀刀体及相等数量的相同的可转位切削刀片，

每个刀片接收凹穴具有关于中心纵轴线以相同凹穴角倾斜的大致平面凹穴座表面；以及

每个相同的可转位切削刀片可移除地安放在所述多个刀片接收凹穴之一内，并具有至少：

包括工作主切削刃的两个主切削刃；以及

包括工作主前刀面的两个相关联的主前刀面，

其中：

在垂直于中心纵轴线的径向平面中，相同的切削刀片中的至少两个具有不同的刀具径向前角δ1、δ2。

附图说明

为了更好地理解，现将参照附图通过示例的方式说明本发明，在附图中虚线表示部件的部分视图切去的边界，其中：

图1是根据本发明第一实施例的切削刀片的透视图；

图2是图1中示出的切削刀片的顶视图；

图3是图1中示出的切削刀片的第一侧面的侧视图；

图4是图1中示出的切削刀片的第二侧面的侧视图；

图5是铣刀的侧视图，具有处于第一转位位置的根据第一实施例的切削刀片；

图6是铣刀的侧视图，具有处于第二转位位置的根据第一实施例的切削刀片；

图7是根据本发明第二实施例的切削刀片的透视图；

图8是图7中示出的切削刀片的顶视图；

图9是图8中示出的切削刀片沿线IX-IX所取的剖面图；

图10是图8中示出的切削刀片沿线X-X所取的剖面图；

图11是铣刀的侧视图，具有处于第一转位位置的根据第二实施例的切削刀片；

图12是铣刀的侧视图，具有处于第二转位位置的根据第二实施例的切削刀片；

图13是图11中示出的铣刀沿线XIII-XIII所取的剖视图；以及

图14是图12中示出的铣刀沿线XIV-XIV所取的剖视图。

具体实施方式

参见图1，示出可转位切削刀片20，该切削刀片20可通过冲压和烧结硬质合金，例如碳化钨而制造，并可具有涂层或没有涂层。

切削刀片20具有上表面22和限定下平面P的相对的下表面24，周侧表面26在其间延伸。上、下周刃28和30分别形成在周侧表面26与上表面22和下表面24的相交处。装夹通孔32在上表面22与下表面24之间延伸并张开到上表面22和下表面24。切削刀片20可绕与装夹通孔32共轴的刀片轴线A转位。

周侧表面26具有相对的第一和第二侧表面34和36，以及相对的第一和第二端表面38和40。相对的第一和第二侧表面34和36每个可包括相同的侧邻接表面42，侧邻接表面42基本是平面。相对的第一和第二端表面38和40每个可包括相同的端邻接表面44，端邻接表面44基本是平面。

上周刃28具有与第一侧表面34相邻的第一主切削刃46以及与第二侧表面36相邻的第二主切削刃48。上周刃28可具有与相对的第一和第二端表面38和40的各自一个相邻的两个相同的次切削刃50，以及将第一和第二主切削刃46和48的每个与各自的次切削刃50相接的两个相同的角切削刃52。上表面22具有分别与第一和第二主切削刃46和48的各自一个相邻的第一和第二主前刀面54和56。

根据如图2、图3和图4所示本发明的第一实施例，在第一前点E处相切于第一主切削刃46的线与下平面P之间存在第一刀片轴向前角α1，在第二前点F处相切于第二主切削刃48的线与下平面P之间存在第二刀片轴向前角α2，其中第一刀片轴向前角α1大于第二刀片轴向前角α2。第一前点E在包含刀片轴线A的第一转位平面P1上，第二前点F在也包含刀片轴线A并与第一转位平面P1具有转位角ψ的第二转位平面P2上。转位角ψ等于360°/n，其中n表示主切削刃46、48的数目，对于本实施例，n=2意味着ψ=180°，使得第一前点E和第二前点F在转位180°时共享相对于刀片轴线的同一位置。第一和第二刀片轴向前角α1和α2可分别沿第一和第二主切削刃46和48的长度大致恒定。

以上“刀片轴向前角”的定义使得当切削刀片“在手中”时，能在等同的前点处比较可转位切削刀片的主切削刃。

以下提及的“刀具轴向前角”指的是在前点处相切于主切削刃的线与铣刀纵轴线之间测量的“真实”轴向前角。

现参照图5和图6，示出具有分别处于第一和第二转位位置的切削刀片20的铣刀58，所述切削刀片20可移除地安放在铣刀刀体62的给定刀片接收凹穴60内。铣刀刀体62具有三个相同的刀片接收凹穴60，所述三个相同的刀片接收凹穴60紧邻铣刀刀体62的面向前的端表面，每个刀片接收凹穴60具有以关于中心纵轴线C成同一凹穴角θ倾斜的大致平面凹穴座表面64。在图5中，第一主切削刃46处于工作位置，并具有第一刀具轴向前角α1’，而在图6中第二主切削刃48处于工作位置，并具有第二刀具轴向前角α2’，其中第一刀具轴向前角α1’大于第二刀具轴向前角α2’。第一和第二刀具轴向前角α1’和α2’分别在第一和第二主切削刃46和48上的前点测量，共享垂直于铣刀刀体62的纵轴线C的同一径向平面P3，并可沿第一和第二主切削刃46和48的长度大致恒定。

铣刀58可具有例如带有三个相同刀片接收凹穴60的铣刀刀体62，其中三个相同的切削刀片20可被保持在两个转位位置之一，以提供以下可能的切削工具构造：（i）三个切削刀片20的具有第一轴向前角α1’的第一主切削刃46是工作的；（ii）三个切削刀片20的具有第二轴向前角α2’的第二主切削刃48是工作的；（iii）两个切削刀片20的具有第一轴向前角α1’的第一主切削刃46以及一个切削刀片20的具有第二轴向前角α2’的第二主切削刃48是工作的；以及（iv）一个切削刀片20的具有第一轴向前角α1’的第一主切削刃46以及两个切削刀片20的具有第二轴向前角α2’的第二主切削刃48是工作的。如此，可用一组相同的切削刀片20选择关于刀具轴向前角的不同组合的最适当的切削工具构造。具体地，构造（iii）和（iv）可用于减少/消除颤动，同时提供优化的操作参数。

现参照图7和图8，示出可转位切削刀片120，切削刀片120具有上表面122和限定下平面P’的相对的下表面124以及在其间延伸的周侧表面126。上、下周刃128和130分别形成在周侧表面126与上表面122和下表面124的相交处。装夹通孔132在上表面122与下表面124之间延伸并张开到上表面122和下表面124。切削刀片120可绕与装夹通孔132共轴的刀片轴线B转位。

周侧表面126具有相对的第一和第二侧表面134和136，以及相对的第一和第二端表面138和140。相对的第一和第二侧表面134和136每个可包括相同的侧邻接表面142，侧邻接表面142基本是平面。相对的第一和第二端表面138和140每个可包括相同的端邻接表面144，端邻接表面144基本是平面。

上周刃128具有与第一侧表面134相邻的第一主切削刃146以及与第二侧表面136相邻的第二主切削刃148。上周刃128可具有与相对的第一和第二端表面138和140的各自一个相邻的两个相同的次切削刃150，以及将第一和第二主切削刃146和148的每个与各自的次切削刃150相接的两个相同的角切削刃152。上表面122包括分别与第一和第二主切削刃146和148的各自一个相邻的第一和第二主前刀面154和156。

根据如图9和图10所示本发明的第二实施例，在第一线L1与下平面P’之间有第一前刀面轮廓角β1，所述第一线L1至少在第一主切削刃146附近与第一主前刀面154的剖面轮廓共线；在第二线L2与下平面P’之间有第二前刀面轮廓角β2，所述第二线L2至少在第一主切削刃148附近与第二主前刀面156的剖面轮廓共线。第一线L1和第二线L2位于包含刀片轴线B并分别垂直于第一和第二主切削刃146和148的第一和第二中心平面P4和P5上。

以上“前刀面轮廓角”的定义使得当切削刀片“在手中”时，能在等同的剖面处比较可转位切削刀片的前刀面。应理解“前刀面轮廓角”的定义也可应用于紧邻被称为“刃带（land）”的切削刃的前刀面。

以下提及的“刀具径向前角”指的是在通过沿主切削刃一点的剖面上测量的“真实”径向前角，作为其相关联前刀面与关于铣刀轴线的半径之间的角度。

图11、13和图12、14示出具有分别处于第一和第二转位位置的切削刀片120的铣刀158，所述切削刀片120可移除地安放在铣刀刀体162的给定刀片接收凹穴160内。铣刀刀体162具有三个相同的刀片接收凹穴160，所述三个相同的刀片接收凹穴160紧邻铣刀刀体162的面向前的端表面，每个刀片接收凹穴160具有以与中心纵轴线D成同一凹穴角θ1倾斜的大致平面凹穴座表面164。在图13中，第一主前刀面154处于工作位置，并具有沿第一主切削刃146大致恒定的第一刀具径向前角δ1，而在图14中，第二主前刀面156处于工作位置，并具有沿第二主切削刃148大致恒定的第二刀具径向前角δ2，其中第一刀具径向前角δ1大于第二刀具径向前角δ2。

铣刀158可具有例如带有三个相同刀片接收凹穴160的铣刀刀体162，其中，三个相同的切削刀片120可被保持在两个转位位置之一，以提供以下可能的切削工具构造：（i）三个切削刀片120的具有第一径向前角δ1的第一主前刀面154是工作的；（ii）三个切削刀片20的具有第二径向前角δ2的第二主前刀面156的工作的；（iii）两个切削刀片20的具有第一径向前角δ1的第一主前刀面154以及一个切削刀片20的具有第二径向前角δ2的第二主前刀面156是工作的；以及（iv）一个切削刀片20的具有第一径向前角δ1的第一主前刀面154以及两个切削刀片20的具有第二径向前角δ2的第二主前刀面156是工作的。如此，可用一组相同的切削刀片120选择关于刀具径向前角的不同组合的最适当的切削工具构造。具体地，构造（iii）和（iv）可用于减少/消除颤动，同时提供优化的操作参数。

尽管已在一定程度上具体说明了本发明，应理解在不背离所要求保护的本发明精神或范围的情况下可做各种替换和修改。

Claims (14)

1.一种可转位切削刀片（20，120），包括：

上表面（22，122）和相对的下表面（24，124），周侧表面（26，126）在其间延伸；

在所述上表面（22，122）与下表面（24，124）之间延伸并张开到所述上表面（22，122）与所述下表面（24，124）的装夹通孔（32，132），所述装夹通孔（32，132）具有刀片轴线（A，B），所述切削刀片（20，120）绕所述刀片轴线（A，B）可转位；

在所述上表面（22，122）与所述周侧表面（26，126）的相交处形成在上周刃（28，128）上的至少两个主切削刃（46，146；48，148）；以及

形成在所述上表面（22，122）上与所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）的各自一个相邻的至少两个主前刀面（54，154；56，156）；

具有包含所述刀片轴线（A，B）并垂直于所述至少两个主切削刃（46，146，48，148）的至少两个中心平面（P4，P5）；

其特征在于

所述至少两个主前刀面（54，154；56，156）具有在线（L1，L2）与由所述下表面（24，124）限定的下平面（P，P’）之间的至少两个前刀面轮廓角（β1，β2），所述线（L1，L2）至少在所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）附近与通过所述至少两个中心平面（P4，P5）所取的所述至少两个主前刀面（54，154；56，156）的剖面轮廓共线，

其中，所述至少两个前刀面轮廓角（β1，β2）中的至少两个是不同的。

2.如权利要求1所述的切削刀片（20，120），具有包含所述刀片轴线（A，B）并且与所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）相交的至少两个转位平面（P1，P2）；

至少两个前点（E，F），在所述至少两个前点（E，F）处，所述至少两个转位平面（P1，P2）与所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）相交；以及

位于在所述至少两个前点（E，F）处相切于所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）的线与所述下平面（P，P’）之间的至少两个刀片轴向前角（α1，α2），

其中，在所述至少两个转位平面（P1，P2）之间存在转位角（ψ），所述转位角（ψ）等于360°/n，其中，n是主切削刃（46，146；48，148）的数目，以及

其中，所述至少两个刀片轴向前角（α1，α2）中的至少两个是不同的。

3.如权利要求1所述的切削刀片（20，120），其中，所述周侧表面（26，126）包括相对的第一和第二侧表面（34，134；36，136）以及相对的第一和第二端表面（38，40；138，140）。

4.如权利要求3所述的切削刀片（20，120），其中，所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）沿相邻于所述第一和第二侧表面（34，134；36，136）的所述上周刃（28，128）的部分形成。

5.如权利要求1所述的切削刀片（20，120），包括：

两个主切削刃（46，146；48，148）；

其中：

所述两个主切削刃（46，146；48，148）的每一个具有形成在所述上周刃（28，128）上的相关联的次切削刃（50，150）。

6.如权利要求5所述的切削刀片（20，120），其中，所述两个主切削刃（46，146；48，148）的每一个与所述两个次切削刃（50，150）共享角切削刃（52，152）。

7.如权利要求6所述的切削刀片（20，120），其中，所述两个次切削刃（50，150）以及所述两个角切削刃（52，152）是相同的。

8.如权利要求2所述的切削刀片（20，120），其中，所述至少两个刀片轴向前角（α1，α2）沿所述至少两个主切削刃（46，146；48，148）的长度大致恒定。

9.一种铣刀（58，158），包括：

具有多个刀片接收凹穴（60，160）的铣刀刀体（62，162）及相等数量的相同的可转位切削刀片（20，120），

每个刀片接收凹穴（60，160）具有关于中心纵轴线（C，D）以相同凹穴角（θ，θ’）倾斜的大致平面凹穴座表面（64，164）；以及

每个相同的可转位切削刀片（20，120）可移除地安放在所述多个刀片接收凹穴（60，160）之一内，并具有至少：

包括工作主切削刃（46，146；48，148）的两个主切削刃（46，146；48，148）；以及

包括工作主前刀面（54，154；56，156）的两个相关联的主前刀面（54，154；56，156），

其特征在于

在垂直于所述中心纵轴线（C，D）的径向平面（P3）中，所述相同的切削刀片（20，120）中的至少两个具有不同大小的刀具径向前角（δ1，δ2），

其中，每个刀具径向前角（δ1，δ2）是沿工作主切削刃（46，146；48，148）的任何位置测量的，作为其相关联的工作前刀面（54，154；56，156）与关于中心纵轴线（C，D）的半径之间的角度。

10.如权利要求9所述的铣刀（58，158），其中，所述铣刀刀体（62，162）具有多个相同的刀片接收凹穴（60，160）。

11.如权利要求9所述的铣刀（58，158），其中，与所述至少两个相同的切削刀片（20，120）相关联的刀片径向前角（δ1，δ2）沿所述至少两个工作主切削刃（46，146；48，148）的长度大致恒定。

12.如权利要求9所述的铣刀（58，158），其中，所述至少两个相同的切削刀片（20，120）具有不同大小的刀具轴向前角（α1’，α2’），并且

其中，每个刀具轴向前角（α1’，α2’）是在前点处相切于所述工作主切削刃（46，146；48，148）的线与中心纵轴线（C，D）之间测量的。

13.如权利要求12所述的铣刀（58，158），其中，与所述至少两个相同的切削刀片（20，120）相关联的刀片轴向前角（α1’，α2’）沿所述至少两个工作主切削刃（46，146；48，148）的长度大致恒定。

14.如权利要求9所述的铣刀（58，158），其中，所述多个刀片接收凹穴（60，160）的每一个紧邻所述铣刀刀体（62，162）的面向前的端表面。