CN104994982B

CN104994982B - 切向倾斜的铣削镶件和使用此镶件的高速铣削工具

Info

Publication number: CN104994982B
Application number: CN201480009476.XA
Authority: CN
Inventors: O.阿塔; A.萨特兰
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: IL239933A0; ES2627230T3; EP2958696B1; CN104994982A; US9527142B2; WO2014128689A1; IL239933B; JP2016506878A; PL2958696T3; PT2958696T; EP2958696A1; JP6497781B2; KR20150118141A; US20140234036A1; KR101905254B1

Abstract

一种用于高速铣削的单侧切向倾斜的铣削镶件，该铣削镶件包括相对的镶件座部表面和镶件上表面（20，22）以及在镶件座部表面和镶件上表面之间延伸的周向表面（24）。铣削镶件（14）具有经过在座部表面和上表面之间的中间的整个周向表面（24）的参考平面（P）。周向表面（24）包括两个相对的侧表面（26）。各个侧表面（26）包括第一切削刃（40）、连接到第一切削刃（40）且横向地延伸至第一切削刃的第二切削刃（42）、连接第二切削刃（42）的且位于与第一切削刃（40）相对的位置的倾斜的切削刃（44）以及从第一切削刃（40）的至少一部分朝镶件座部表面（20）延伸的前刀面（38）。铣削镶件（14）包括两个倾斜的凸出表面（60），其每个从一个侧表面（26）的倾斜的切削刃（44）朝相对的侧表面（26）的第一切削刃（40）延伸。

Description

切向倾斜的铣削镶件和使用此镶件的高速铣削工具

技术领域

本申请的主题涉及高速铣削工具。例如，本技术领域的切削工具可以在超过33,000 RPM的转速下进行机械加工。具体地，本发明涉及构造成对软金属和斜道进行机械加工的铣削工具。

背景技术

本技术领域的铣削工具是已知的，并且在例如US7070363中公开。

发明内容

根据本申请的主题，提供一种用于高速铣削的单侧切向倾斜铣削镶件，其包括相对的镶件座部表面和镶件上表面以及在镶件座部表面与镶件上表面之间延伸的周向表面，所述铣削镶件具有经过在座部表面与上表面之间的中部的整个周向表面的参考平面（P）。周向表面包括两个相对的侧表面，其具有经过在这两个侧表面之间的中部且位于参考平面（P）中的第一轴线（X）。

各个侧表面包括：

第一切削刃，其形成于侧表面（26）与镶件上表面（22）的交汇处；

第二切削刃，其连接到第一切削刃且横向地延伸至所述第一切削刃；

倾斜切削刃，其连接到第二切削刃且位于与第一切削刃相对的位置，以及

前刀面，其从第一切削刃的至少一部分朝镶件座部表面延伸。该铣削镶件包括两个倾斜的凸出表面，每个倾斜的凸出表面从一个侧表面的倾斜切削刃朝相对的侧表面的第一切削刃延伸。

根据本申请的主题，还提供一种高速铣削工具，该铣削工具具有旋转轴线R并且包括工具主体及被固定在工具主体囊中的上述铣削镶件。囊包括囊座部表面以及横向地延伸至囊座部表面的和囊靠接表面和囊支撑表面。镶件座部表面靠接囊座部表面，前刀面的至少一部分靠接囊靠接表面，并且镶件支撑表面靠接囊支撑表面。

以下任何特征，单独地或者组合地，可适用于本申请主题的上文任意方面：

各倾斜的凸出表面从一个侧表面的倾斜切削刃延伸，并且与相对侧表面的前刀面至少部分地相交。

倾斜的凸出表面可以是平面的。

倾斜切削刃的至少一部分可以是平直的。

倾斜的切削刃可以包括平直的第一倾斜刃和横向地连接到第一倾斜刃的第二倾斜刃。

第二倾斜刃连接到第二切削刃。

第二切削刃可以凸起高于第二倾斜刃。

在各个前刀面的平面图中，第一倾斜刃与参考平面（P）形成倾斜刃角（α）。

倾斜刃角可以在0°和45°之间。

倾斜刃角可以在7°和20°之间。

铣削镶件可以包括向外打开到镶件座部的夹持孔以及上表面，夹持孔具有垂直于参考平面（P）的第三轴线（Z），并且铣削镶件具有关于第三轴线（Z）的180°旋转对称性。

第一切削刃至少形成于镶件上表面与各自侧表面的交汇处。

第一切削刃的至少部分可以是螺旋状。

第一切削刃可以包括连接到角切削刃的主切削刃。

前刀面的至少一部分可以向内延伸。

前刀面可以包括向内延伸的第一前刀面和从第一前刀面横向地延伸的第二前刀面。

前刀面可以包括从倾斜的切削刃朝上表面延伸的倾斜的前刀面。

铣削镶件包括镶件支撑表面，两个镶件支撑表面的每个从上表面朝镶件座部表面延伸。

铣削镶件可以在旋转轴线R方向上从工具主体端突出一最大突出（M）。

最大突出（M）可以大于镶件长度（L）的四分之一。

可以利用穿过夹持孔的螺丝以及拧入向外打开到囊座部表面的带螺纹的螺孔中的螺丝，将铣削镶件固定在囊中。

附图说明

为了更好地理解本申请的主题且示出其在实际上如何实施，而参照附图，在附图中：

图1是组装的高速铣削工具的侧视图；

图2是图1的铣削工具的等距局部分解图；

图3是图1的铣削工具的轴向仰视图；

图4是切向铣削镶件的等轴侧视图；

图5是图1的铣削工具的切削部的详细平面图；

图6是沿第一轴线X的铣削镶件的侧视图；

图7是沿第二轴线Y的铣削镶件的侧视图；

图8是铣削镶件的上表面的平面图，以及

图9是对使用图4的切向切削镶件的铣削工具中的振动水平与工具速度进行比较的图表。

在考虑为适当的情况下，在附图中附图标记可被重复以表示相应的或类似的要素。

具体实施方式

在以下的描述中，将对本申请主题的各个方面进行描述。为了说明的目的，足够详细地陈述了具体的构型和细节，以便提供对本申请主题的彻底理解。然而，本领域技术人员也应理解的是，可以在没有本文中所给出具体构型和细节的情况下实施本申请的主题。

参照图1和图2。用于铣削软金属的高速铣削工具10具有旋转轴线R，该高速铣削工具10包括工具主体12并且可以包括被固定在位于工具主体端18处的囊16中的三个切向铣削镶件14。铣削镶件14在旋转轴线R方向上从工具主体端18中突出。

转到图4-图8。各铣削镶件14包括镶件座部表面20、相对的镶件上表面22以及在镶件座部表面与镶件上表面之间延伸的周向表面24。周向表面24包括两个相对的侧表面26。各铣削镶件14具有参考平面P，该参考平面P在镶件座部表面20与镶件上表面22之间的中间穿过整个周向表面24。座部表面20可以具有平行于参考平面P的至少一个平整部。

镶件具有第一轴线X，该第一轴线X在两个侧表面26之间的中间穿过周向表面24并且位于参考平面P中。铣削镶件14具有第二轴线Y，该第二轴线Y也位于参考平面P中并且与第一轴线X横向地相交。第二轴线Y可以垂直于第一轴线X。镶件可以具有夹持孔28，该夹持孔28仅向外打开至镶件座部表面20和镶件上表面22。夹持孔28具有至少一个圆柱形部，该圆柱形部限定第三轴线Z。第三轴线Z垂直于参考平面P并且与第一轴线X和第二轴线Y相交。镶件具有绕第三轴线Z的180°旋转对称性。在沿第三轴线Z的镶件上表面22的平面图中（图8），镶件具有垂直于第一轴线X地测量的第一宽度W1。第一宽度W1比镶件长度L更短。在沿第二轴线Y的任何侧表面26的平面图中（图7），在第一轴线X方向上测量在镶件最外部之间的镶件长度L。在相同的视图中，镶件具有在第三轴线Z方向上在镶件座部表面20与镶件上表面22之间测量的第二宽度W2。

镶件上表面22可以具有凸起形状。镶件上表面22可以包括两个第一凸出表面30及在这两个凸出表面之间延伸的一个凹进表面32。为了精度的目的，将第一凸出表面30接地。在至少接近各个第一凸出表面30处，凹进表面32比各个第一凸出表面30更靠近参考平面P。对该设计进行选择以确保凹进表面32不参与第一凸出表面30的磨削过程，因此降低磨削成本。周向表面24还包括两个相对的第二凸出表面34，每个凸出表面从各自的侧表面26朝参考平面P延伸。在沿第一轴线X的视图中，各个第二凸出表面34位于侧表面26之间并且位于镶件座部表面20与镶件上表面22之间。

在本实例中，各个侧表面26包括位于其给定端的单个切削部36。各切削部36包括前刀面38、第一切削刃40、第二切削刃42、及倾斜的切削刃44。

各个前刀面38可以包括第一前刀面46和第二前刀面48。第二前刀面48可以是平面的。两个第二前刀面48可以是相互平行的。第二前刀面48可以垂直于参考平面P。各个第二前刀面48可以从第一前刀面46横向地延伸出，并且与镶件座部表面20相交。第二前刀面48可以构造成偏转、排出或者形成由切削刃所切削的碎屑。在本实例中，第二前刀面48还构造成用于靠接。前刀面38还包括倾斜的前刀面50，该前刀面50从倾斜的切削刃44朝铣削镶件上表面22延伸。根据本实例，第一前刀面46从镶件上表面22向内延伸，并且与镶件上表面22形成锐角（图6）。

第一切削刃40形成于前刀面38与镶件上表面22的交汇处。具体地，第一切削刃40形成于第一前刀面46与各自的相邻的第一凸出表面30的交汇处。第一切削刃40包括主切削刃52及连接至其的角切削刃54。主切削刃52大体上在第一轴线X方向上延伸。主切削刃52比角切削刃54长。主切削刃52可以是螺旋状的。角切削刃54的至少一部分可以是弯曲的。角切削刃54可以遵循圆形路径。主切削刃52经由角切削刃54连接到第二切削刃42。

第二切削刃42形成于前刀面38与第二凸出表面34的交汇处。第二切削刃42构造成用于擦除操作，即，使工件表面变得平滑。根据本实例，第二切削刃42可以是切削刃中最短的切削刃。在机械加工期间，当铣削工具10不在旋转轴线R的方向上行进时，第二切削刃42仅执行擦除操作。当铣削镶件14处于在铣削工具10的囊16中的组装位置时（图1和图5），在前刀面38的垂直于旋转轴线R的视图中，第二切削刃42可以显示为平直的（图1、图5 和图7）。在相同的位置和视图中，第二切削刃42可以显示为垂直于旋转轴线R。在相同的视图中，第二切削刃42可以显示为垂直于主切削刃52。第二切削刃42连接到倾斜的切削刃44。

倾斜的切削刃44可以包括第一倾斜刃56和横向地连接到第一倾斜刃的第二倾斜刃58。第一倾斜刃56经由第二倾斜刃58连接到第二切削刃42。第一倾斜刃56位于与第一切削刃40相对的位置，就该意义上来说，在沿第二轴线Y的侧视图中，第一切削刃40与第一倾斜刃56间隔开，并且可以看到平行于第三轴线Z的直线S穿过边缘40、56这两者（参见图7）。第一倾斜刃56可以是平直的。在沿第二轴线Y的前刀面38的平面图中（图7），第一倾斜刃56与参考平面P形成锐角的倾斜刃角α。以此，在沿第二轴线Y的侧视图中，第一切削刃40的主切削刃52部与倾斜切削刃44的第一倾斜刃56部相互间隔开，并且沿第一轴线X向外会聚。在相同的视图中，第一倾斜刃56具有第一倾斜刃长度F。取决于用途，倾斜刃角α可以在0度和45度之间。根据一些实施例，倾斜刃角在7和20度之间。在本实例中，倾斜刃角为15度。

注意到的是，在图1和图5中，由于铣削镶件14在工具主体12中的自定义定位，所以铣削镶件14被示出为与铣削镶件14的前刀面38（沿第二轴线Y）的视图有几度的倾斜或者发生偏移，如图7中所示。换句话说，在铣削工具10的组装位置处，铣削镶件14仅围绕第三轴线Z 略微旋转。因此，在图7中，倾斜刃角显示出与图1和图5中的相同。但是，仅在铣削镶件14上测量倾斜刃角α，而独立于工具主体12。

在铣削工具10的组装位置，在沿垂直于旋转轴线R的第二轴线Y的前刀面38的平面图中，第二切削刃42在第二倾斜刃58的上方升高一凸起距离T。与第一倾斜刃长度F相比，凸出距离T可能是非常短的。独立于铣削工具，第二倾斜刃58位于比第二切削刃42更加向内的位置。因此，在机械加工期间，当铣削工具10不在旋转轴线R的方向上进行时，第二倾斜刃58从工件中凸出，即，不与工件接触。仅在倾斜操作期间，铣削工具10至少沿旋转轴线R行进，并且第一切削刃40、第二切削刃42和倾斜的切削刃44都可以参与机械加工过程。第二倾斜刃58将第一倾斜刃56与第二切削刃42连接。这可以是部分地以便维持铣削镶件14的某些几何特征，例如，倾斜刃角α的值。此外，在本实例中，第二倾斜刃58可以助于（同时其它特征保持不变）扩大的第二宽度W2，这又可以提高铣削镶件14的稳健性及其耐破损性。

各个铣削镶件14包括两个倾斜的凸出表面60，每个凸出表面从一个侧表面26的倾斜切削刃44朝相对的侧表面26的第一切削刃40延伸。在本实例中，各倾斜的凸出表面60从一个侧表面26的前刀面38中延伸，并且与相对的侧表面26的前刀面38部分地相交。各个倾斜的凸出表面60可以是平面的。

各个铣削镶件14沿第一轴线X在其相对端上具有阶梯状的凹槽62。各个凹槽62包括镶件支撑表面64。该镶件支撑表面64可以是平面的。各个镶件支撑表面64可以大体上在第二轴线Y方向上延伸，并且大体上面对第一轴线X方向。根据本实例，各个镶件支撑表面64从镶件上表面22朝镶件座部表面20延伸，并且与各自的倾斜凸出表面60部分地相交，并且与各自的相邻的前刀面38部分地相交。在本实例中，对镶件支撑表面64的取向进行选择，以便抵抗在机械加工期间施加在铣削镶件14上的机械加工力并且防止铣削镶件14在囊16中的运动。

正如将要进一步说明的，倾斜刃角α和第一倾斜刃长度F间接地影响铣削工具10的最大倾斜角β，因此影响铣削工具10的倾斜能力。作为一般的定义，倾斜角β是指在倾斜的机械加工期间铣削工具10向内且侧向行进所具有的角度（参照垂直于旋转轴线R的工件的平面）。在铣削工具10的侧视图（图1）中，在铣削工具10的组装位置，倾斜角β可以由三个点（A、B和C）限定。在任何的铣削镶件14中，点A被定位为在旋转轴线R方向上的铣削工具10的最外点。在本实例中，点A位于切削镶件的一个的第二切削刃42上，这从其前刀面38的平面图（图1）看去。点A位于虚端平面E中并且限定该虚端平面E，虚端平面E垂直于旋转轴线R。在相同的视图中，点B位于相同的铣削镶件14的倾斜切削刃44上，并且点B是距在倾斜机械加工期间参与切削过程的端平面E相距最远的点。虚圆D是由点A所限定，虚圆D围绕旋转轴线R（示出于图3），其垂直于旋转轴线R而取向并且位于端平面E中。然而，应当理解的是虚圆D并不限定铣削工具10的切削直径。在相同的视图中，点C是距点A最远的点，点C位于虚圆D上（图1）。在线CB与线CA之间形成倾斜角β。根据一些实施例，最大倾斜角β可以为8°。在本技术领域中，这是非常大且不常见的、用于切向安装的铣削镶件的倾斜角β。

在图1中，可以看到的是倾斜角β主要由在旋转轴线R方向上铣削镶件14的最大突出 M的影响，或者倾斜角β的值由其确定。换句话说，最大突出M是点B与端平面E之间的最短距离。最大突出M的近似数学表示可以是例如M=cos（α）*F+ T。在组装位置，最大突出M是镶件在旋转轴线R方向上突出超过工具主体端18并且能够进行倾斜机械加工的部分的长度（图1）。最大突出M可以满足以下的与镶件长度L的关系：M≥L/4。这是有利的，因为可以用上述相对极端的取向来设计倾斜的凸出表面60，以用于提高倾斜转速和倾斜机械加工性能。换句话说，最大突出M的量可以很大程度地有助于倾斜凸出表面60的取向，因为它允许本领域技术人员在设计倾斜的凸出表面60的取向时具有某些自由度。

铣削镶件14在铣削工具10中的切向取向是有利的，因为其几乎消除了在螺丝上的撕裂力。

与切向取向和稳健性有关的另一个优点是：铣削镶件14不需要在切削刃后面的工具支撑件（在铣削镶件14的后面，从工具突出）。

根据本实例，工具主体12具有圆柱形形状和位于工具主体端18的三个囊16。各个囊16包括囊座部表面66，该囊座部表面66相对于旋转轴线R切向地取向。各个囊16可以包括向外打开至囊座部表面66的囊孔68。各个囊16还包括横向地延伸到囊座部表面的囊靠接表面70。囊靠接表面70可以具有两个靠接子表面。各个囊16还包括垂直于囊座部表面66和囊靠接表面70而取向的囊支撑表面72。

在组装位置，镶件座部表面20靠接囊座部表面66。第二前刀面38靠接囊靠接表面70并且镶件支撑表面64靠接囊支撑表面72。在本实例中，囊16包括位于夹持孔28中的螺丝和被拧入囊孔68中的螺丝。

除了相对较高的倾斜角β外，铣削镶件14的切向取向与其稳健性的组合导致出人意料地高转速结果。由达姆施塔特（Darmstadt）技术大学所进行的对本发明铣削镶件14的高转速测试证明了铣削镶件14在破损之前可以经受大约94,000 RPM的转速。当考虑为2的安全因子时，在高速机械加工期间，转速可以达到47,000 RPM，该转速被认为是目前可以达到的最高机械加工转速。图9中所示图表中示出了转速测试结果（RPM相对于时间）。如图9的图表中所见，甚至当每分钟转数增加超过80,000 RPM时，振动水平仍然保持相对恒定。

较高速度的优点可导致较短的机械加工时间，因此降低机械加工成本。

上面的描述包括用于实现（如有需要）要求保护的主题的示例性实施例和细节，并且不排除在本申请的权利要求书范围内的非示例性的实施例和细节。

Claims

1.一种用于高速铣削的单侧切向倾斜的铣削镶件（14），所述铣削镶件（14）包括相对的镶件座部表面和镶件上表面（20、22）以及在所述镶件座部表面与所述镶件上表面之间延伸的周向表面（24），所述铣削镶件（14）具有穿过在所述座部表面和所述上表面（20、22）之间的中间的整个周向表面（24）的参考平面（P），

所述周向表面（24）包括具有第一轴线（X）的两个相对的侧表面（26），所述第一轴线（X）在所述两个相对的侧表面（26）之间的中间穿过并且位于所述参考平面（P）中，

各个侧表面（26）包括：

第一切削刃（40），所述第一切削刃（40）形成于所述侧表面（26）与所述镶件上表面（22）的交汇处，

第二切削刃（42），所述第二切削刃（42）连接到所述第一切削刃（40）并且横向地延伸到所述第一切削刃（40），

倾斜的切削刃（44），所述倾斜的切削刃（44）连接到所述第二切削刃（42）并且位于与所述第一切削刃（40）相对的位置，以及

前刀面（38），所述前刀面（38）从所述第一切削刃（40）的至少一部分朝所述镶件座部表面（20）延伸，

其中，

所述铣削镶件（14）包括两个倾斜的凸出表面（60），所述两个倾斜的凸出表面（60）的每个从一个侧表面（26）的所述倾斜的切削刃（44）朝相对的所述侧表面（26）的所述第一切削刃（40）延伸。

2.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，各个倾斜的凸出表面（60）从一个侧表面（26）的倾斜的切削刃（44）中延伸，并且与相对的所述侧表面（26）的所述前刀面（38）至少部分地相交。

3.如权利要求1或2所述的铣削镶件（14），其中，所述倾斜的凸出表面（60）是平面的。

4.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述倾斜的切削刃（44）的至少一部分是平直的。

5.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述倾斜的切削刃（44）包括平直的第一倾斜刃（56）和横向地连接到所述第一倾斜刃（56）的第二倾斜刃（58）；并且其中所述第二倾斜刃（58）连接到所述第二切削刃（42）。

6.如权利要求5所述的铣削镶件（14），其中，所述第二切削刃（42）凸起超过所述第二倾斜刃（58）。

7.如权利要求5所述的铣削镶件（14），其中，在各个前刀面（38）的平面图中，所述第一倾斜刃（56）与所述参考平面（P）形成倾斜刃角（α）。

8.如权利要求7所述的铣削镶件（14），其中，所述倾斜刃角在0°和45°之间。

9.如权利要求7所述的铣削镶件（14），其中，所述倾斜刃角在7°和20°之间。

10.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述铣削镶件（14）包括向外打开到所述镶件座部表面和所述镶件上表面（20、22）的夹持孔（28），所述夹持孔（28）具有垂直于所述参考平面（P）的第三轴线（Z），并且其中所述铣削镶件（14）具有绕所述第三轴线（Z）的180°旋转对称性。

11.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述第一切削刃（40）至少形成于所述镶件上表面（22）与各自的侧表面（26）的交汇处。

12.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述第一切削刃（40）的至少部分是螺旋状的。

13.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述第一切削刃（40）包括连接到角切削刃（54）的主切削刃（52）。

14.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述前刀面（38）的至少一部分向内延伸。

15.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述前刀面（38）包括向内延伸的第一前刀面（46）和从所述第一前刀面横向地延伸出的第二前刀面（48）。

16.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述前刀面（38）包括从所述倾斜的切削刃（44）朝所述镶件上表面（22）延伸的倾斜的前刀面（50）。

17.如权利要求1所述的铣削镶件（14），其中，所述铣削镶件（14）包括两个镶件支撑表面（64），所述两个镶件支撑表面（64）的每个从所述镶件上表面（22）朝所述镶件座部表面（20）延伸。

18.一种具有旋转轴线（R）的高速铣削工具（10），所述高速铣削工具包括：

工具主体（12），其具有囊（16）；以及

固定在所述囊（16）中的如权利要求1所述的切向铣削镶件（14）。

19.如权利要求18所述的高速铣削工具（10），其中：

所述囊（16）包括切向取向的囊座部表面（66）以及横向地延伸至所述囊座部表面（66）的囊靠接表面和囊支撑表面（70、72），其中

所述镶件座部表面（20）靠接所述囊座部表面（66），

所述前刀面（38）的至少一部分靠接所述囊靠接表面（70），以及

所述镶件支撑表面（64）靠接所述囊支撑表面（72）。

20.如权利要求19所述的铣削工具（10），其中，

所述铣削镶件（14）在所述旋转轴线（R）方向上从工具主体端（18）突出一最大突出（M）；以及

所述最大突出（M）大于镶件长度（L）的四分之一。

21.如权利要求19或20所述的铣削工具（10），其中，利用穿过镶件夹持孔（28）的螺丝和被拧入向外打开到所述囊座部表面（66）的带螺纹的囊孔（68）中的螺丝，将所述铣削镶件（14）固定在所述囊（16）中。