CN105108221A - 具有增强的排屑能力的切削工具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铣削刀具(1),其包括刀柄(3)和附接到所述刀柄(3)的切削头(2)。所述切削头(2)具有多个螺旋齿(8),每个齿包括切削尖端(4)、前面部(9)和后面部(10)。出屑槽(5)被限定在后一齿(8)的所述前面部(9)和紧邻的前一齿(8)的后面部(10)之间。所述出屑槽的导屑沟(14)横截面为大体上W形的,以提供有效的排屑。还公开了一种用于利用分路径磨削工艺制造具有所述出屑槽(5)的所述W形导屑沟(14)的所述铣削刀具(1)。
Description
技术领域
本发明涉及切削工具领域。更具体地讲,本发明涉及多出屑槽切削工具,其具有W形横截面的出屑槽以实现优异的排屑(即,切屑的移除)。
背景技术
常规的铣削刀具100在图8-10中示出。刀具100具有切削头102和用于固定在机床的夹头或心轴中以绕轴线X旋转的同轴的一体刀柄103。
切削头102具有多个螺旋出屑槽105,其从头102的前端106延伸至头102的后端107。每个出屑槽105具有齿108,齿108设有前面部(leadingface)109和后面部110,如图10所示。前面部109在使用时面向刀具100的旋转方向并且具有切削尖端(cuttingtip)104。
如图10所示,每个齿108还具有主离隙前倾切面(primaryreliefrakefacet)111,其在所示例子中为平的。主切面111包括刃带,该刃带从齿108的前刃109的尖端104向后延伸至刀根115。
后一齿108的前面部109和紧邻的前一齿108的后面部110发散并与槽基部113一起限定导屑沟114。导屑沟114提供为用于移除切屑目的,并且设计成使得在使用中在切削过程中生成的切屑被带走,而不堵塞刀具。这通过控制齿的间距、导屑沟114的深度和主切面111的刃带的宽度来实现。
如上所述,旋转刀具的几何形状包括许多结构和要素,它们中的每一个都在实现所需的性能目标过程中发挥作用。最基本的几何元素是出屑槽,也称为凹槽,多个出屑槽形成前倾面刃、前倾面、齿并且最终用作削屑(即,切屑)形成和排出通道。出屑槽几何结构或出屑槽形状在工件铣削应用中的成功与失败之间产生不同。常规地,前倾面、出屑槽芯和出屑槽背部由单次移动(即,磨削路径)形成,其中出屑槽的横截面形状作为基于包括下列的输入的数学计算的结果而形成:出屑槽芯、前角、前角测量值的深度、齿宽(或冲角)、磨轮形状和沿着旋转轴线的出屑槽芯轮廓。
上述输入为计算施加了严格的约束,导致某些出屑槽形状在数学上不可能实现。因此,大部分的出屑槽横截面形状有很大的共同点,即,依赖于具有尽可能深的出屑槽深度,同时保持所需的齿宽,以提供用于排屑的所需容积。
普通的出屑槽形状的缺点可以在出屑槽105的后面部110的所得形状中看出,其中保留了***的基材,从而减小了出屑槽105的容积而不增加很大的强度。当实施具有七(7)个或更多个出屑槽的多出屑槽铣削刀具时,该缺点变得更加明显。对于普通出屑槽来说,可用空间的缺乏提出了在提供足够的齿宽的同时提供用于排屑的足够的容积的不可能完成的任务。因此,许多常规的多出屑槽刀具在充分排屑方面存在问题。
发明内容
在多出屑槽切削工具中提供有效排屑的问题通过提供具有W形横截面的出屑槽的多出屑槽切削工具得到解决。明显的视觉差异在于消除了出屑槽背部***。所得的出屑槽形状不能使用常规的出屑槽计算来获得。相反,有必要在分路径磨削工艺中将前倾面和出屑槽芯的计算和磨削路径与出屑槽背部分开。
在本发明的一个方面,一种实心铣削刀具包括:刀柄;附接到刀柄的切削头,该切削头具有多个螺旋齿,每个齿包括切削尖端、前面部和后面部;以及出屑槽,其限定在后一齿的前面部和紧邻的前一齿的后面部之间,其中出屑槽的导屑沟横截面为W形,以提供有效的排屑。
在本发明的另一个方面,一种制造具有切削头、刀柄和具有W形横截面的出屑槽的铣削刀具的方法,该方法包括:
在第一磨削操作中利用磨轮的周边区域将多个螺旋出屑槽磨削进入刀坯的外周中,磨轮具有轮廓并且可绕横向于铣削刀具的轴线X的轴线旋转,周边区域同时在后一齿的前面部上产生正的或负的径向前角,以及第一出屑槽基部;
使磨轮朝前一齿移动;和
在第二磨削操作中磨削第二出屑槽基部,从而形成横截面为W形的出屑槽。
附图说明
虽然示出了本发明的多个实施例,但不应将所示出的具体实施例解释为限制权利要求。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行多种改变和修改。
图1是根据本发明的实施例的具有W形导屑沟的铣削刀具的等轴视图;
图2是图1的铣削刀具的侧视图;
图3是图1的铣削刀具的端视图;
图4是沿图2的线4-4截取的铣削刀具的剖视图;
图5是图4所示齿中的一个的放大剖视图;
图6示出根据本发明的方法在用于形成出屑槽和W形导屑沟的分路径磨削工艺中的第一磨削操作;
图7是放大剖视图,示出了根据本发明的方法在用于形成W形导屑沟的分路径磨削工艺中的第二磨削操作;
图8是常规铣削刀具的等轴视图;
图9是图8的铣削刀具的侧视图;和
图10是沿图9的线10-10截取的常规铣削刀具的剖视图。
具体实施方式
在图1-5中示出了根据本发明的实施例的切削工具1,例如铣削刀具。虽然在图示实施例中示出了铣削刀具1,但以下描述的本发明的原理也可应用于其它旋转切削工具,例如实心钻、丝锥、铰刀等。铣削刀具1具有切削头2和用于固定在机床的夹头或心轴中以绕轴线X旋转的同轴的一体刀柄3。
切削头2具有多个螺旋出屑槽5,其从头2的前端6延伸至头2的后端7。在图示实施例中,切削头2具有总共十五(15)个出屑槽5。然而,应当理解,根据铣削刀具1的尺寸,本发明可实施为具有任何所期望数目的出屑槽5。例如,具有相对大的切削直径D的铣削刀具1有能力具有比具有相对小的切削直径D的铣削刀具更多数量的出屑槽,反之亦然。因此,铣削刀具1可具有少至六(6)个出屑槽5(和齿8)至多达三十(30)个出屑槽5(和齿8),以及在约6mm和约35mm之间的切削直径D。
每个出屑槽5具有齿8,齿8设有前面部9和后面部10,如图4所示。前面部9在使用时面向刀具1的旋转方向并且具有切削尖端4。齿8中的每一个的切削尖端4位于具有直径D的节圆的圆周上。前面部9具有正的径向前角21。径向前角21是倾斜的前面部9与从工具轴线X延伸至齿8的尖端4的径向线Y形成的角度,如图5所示。在一个实施例中,该角21在约-15度至约+15度的范围内,这取决于被切削的材料,并且对于一些材料来说,可能需要零度的径向前角21。
如图5所示,每个齿8还具有主离隙前倾切面11,其在所示例子中为平的。主切面11包括刃带,该刃带从齿8的前刃9的尖端向后延伸。主切面11相对于切线Z成一角度倾斜,切线Z在齿尖端4处从节圆延伸。该角度被称为主隙角(primaryclearanceangle)22,并且具有大约5度至大约10度的量级。然而,作为另一种选择,主离隙前倾切面不是平的,而是偏心的或凸形的,其为每个齿8提供更多材料并因而提供更大强度。
主隙角22用来限定双棘轮齿形式的几何形状。通过控制该角22,可在制造过程中限定齿的几何形状。
后一齿8的前面部9和紧邻的前一齿8的后面部10限定在两者间的出屑槽基部13和导屑沟14。导屑沟14提供用于移除切屑目的,并且设计成使得在使用中在切削过程中生成的切屑被带走,而不堵塞刀具1。这通过控制齿的间距、导屑沟14的深度和主切面11的刃带的宽度来实现。
本发明的一个方面在于,出屑槽5的导屑沟14的横截面为大体上W形的,如图5所示。通过比较图5和图11显而易见的是,出屑槽5的W形导屑沟14在视觉上不同于出屑槽105的导屑沟114。具体而言,本发明的切削工具1的W形出屑槽5具有两个出屑槽基部13a、13b,它们可通过利用分路径磨削工艺由小的脊13c分开。因此,相比常规的导屑沟114,出屑槽5的W形导屑沟14具有附加的容积(即,更大的横截面积)。该附加的容积对于多出屑槽切削工具,尤其是具有不相等的分度(即,在齿之间的不相等间距)的多出屑槽切削工具来说特别有价值。在另一个实施例中,小脊13c是非常平滑的或被消除。这种明显的视觉差异来自移除图11所示常规出屑槽105的导屑沟114中的后面部110中的***125。通过这样做,在常规切削工具100中的次间隙表面112基本上被从本发明的铣削刀具1移除,导致导屑沟14具有相比常规导屑沟114附加的容积。本发明人已经证明,相比常规铣削刀具100的出屑槽105,本发明的出屑槽5的W形导屑沟14提供了优异的排屑。
现在将描述本发明的形成W形出屑槽5的方法。如图6所示,W形出屑槽5基本上利用分路径磨削工艺形成。
在分路径磨削工艺中,磨轮15具有轮廓周边区域16并且绕大体上横向于铣削刀具1的轴线X延伸的轴线18旋转,轮廓周边区域16具有形成出屑槽基部13a所需的拐角半径17。如图6中可见,在第一磨削操作中,磨轮15的拐角半径17将各个出屑槽5从前端6朝刀柄3磨削进入刀坯的外周中。此外,在(后一齿8的)前面部9上形成正的前角,同时形成出屑槽基部13b。作为另一种选择,磨轮15的周边区域16可将各个出屑槽5从刀柄3朝头2的前端6磨削进入刀坯的外周中。
如图7所示,磨轮15接着朝前一齿8移动,并且进行第二磨削操作。具体而言,磨轮15关于至少三(3)个轴线和至多五(5)个轴线同时地移动,以磨削出屑槽基部13a并产生具有大体上W形的横截面的导屑沟14。结果是,本发明的导屑沟14相比常规导屑沟114具有附加的容积。可选地,取决于磨轮15的移动,使出屑槽基部13a、13b分开的小脊13c(图4)可通过出屑槽基部13a的磨削而生成。
总体来讲,本发明的方法具有若干明显的特征:
1)出屑槽5可从头2的前端6朝头2的刀柄3或者从头2的刀柄3向前端6磨削。
2)磨轮15可具有多种轮廓形状,并不限于截头圆锥体轮廓形状。
3)前倾面或前面部9和出屑槽5的基部13a、13b由磨轮15的拐角半径17而不是由磨轮15的周边部分16产生。
4)出屑槽背部或后面部10由磨轮15的拐角半径17产生。
5)磨轮15的周边部分16无助于前倾面或前面部9和出屑槽基部13a、13b的形成。
6)径向前角21可以在约+15度至约-15度之间的范围内为正的或负的。
7)前倾面或前面部9可具有正的或负的径向前角。
8)出屑槽5的导屑沟14通过实施分路径磨削工艺产生,在该过程中,第一路径产生出屑槽前倾面或前面部9,并且随后的路径(第二、第三等)产生用于出屑槽背部或后面部10的轮廓。
9)由于本发明的分路径磨削工艺,具有W形横截面的导屑沟14可以是平滑的或者具有在出屑槽基部13a、13b或后面部10处的某些过渡标记。
10)本发明的分路径磨削工艺是出屑槽分开计算的结果,其中前倾面和出屑槽背部利用产生不同的磨轮路径的不同输入值来计算。应当指出,磨轮15的轮廓是输入的一部分。然而,计算十分复杂并且涉及磨轮15多数情况下使用磨轮15的拐角半径17绕至少三个轴线(至多五个轴线)同时移动,而不像使用磨轮的周边部分的常规磨削工艺那样。
11)在用于产生具有W形横截面的导屑沟14的磨削工艺的较不灵活的实施中,可使用具有特殊轮廓的磨轮15,其中可用单一路径产生导屑沟14,并且磨轮15的轮廓的所有要素都有助于W形导屑沟14的形成。
本发明的W形出屑槽5的若干明显的优点包括但不限于:
1)对于给定的切削直径来说,提供比常规切削工具更多的出屑槽;
2)提供具有足够容积的出屑槽形状,以实现有效的削屑形成和排出,同时保持工具强度;
3)提供具有不相等的分度以抑制颤振的多个出屑槽(对于1英寸的切削直径来说,多达25个出屑槽);
4)提供使用相对较大的芯直径的能力,从而增加工具强度;
5)提供使用相对较大的芯直径的能力,以便在保持工具强度的同时容纳内部冷却剂通道;
6)利用分路径磨削工艺的可靠的工具批量生产;和
7)减小切屑(即,削屑)对出屑槽表面的摩擦。
本文引用的专利和出版物据此以引用方式并入。
现在已经描述了优选的实施例,但本发明可在所附权利要求书的范围内以其他方式呈现。
Claims (12)
1.一种铣削刀具(1),包括:
刀柄(3);
切削头(2),所述切削头(2)附接到所述刀柄(3),所述切削头(2)具有多个螺旋齿(8),每个齿包括切削尖端(4)、前面部(9)和后面部(10);和
出屑槽(5),所述出屑槽(5)被限定在后一齿(8)的前面部(9)和紧邻的前一齿(8)的后面部(10)之间,
其中,所述出屑槽(5)的导屑沟(14)的横截面为W形,以提供附加的容积用于有效的排屑。
2.根据权利要求1所述的铣削刀具,其中所述导屑沟(14)包括两个出屑槽基部(13a、13b),所述两个出屑槽基部(13a、13b)由通过利用分路径磨削工艺形成的脊(13c)分开。
3.根据权利要求1所述的铣削刀具,其中所述前面部(9)具有正的或负的径向前角(21)。
4.根据权利要求1所述的铣削刀具,其中每个齿(8)还包括平的主离隙前倾切面(11)。
5.根据权利要求4所述的铣削刀具,其中所述主离隙前倾切面(11)具有5-10度的主隙角(22)。
6.根据权利要求1所述的铣削刀具,其具有在5个和50个之间的齿(8)。
7.根据权利要求1所述的铣削刀具,其中每个齿的楔角W在60度至90度之间。
8.根据权利要求1所述的铣削刀具,其具有在10mm和25mm之间的切削直径D。
9.一种制造铣削刀具(1)的方法,所述铣削刀具(1)具有切削头(2)、刀柄(3)和横截面为W形的出屑槽(5),所述方法包括:
在第一磨削操作中利用磨轮(15)的周边区域(16)将多个螺旋出屑槽(5)磨削进入刀坯的外周中,所述磨轮(15)具有轮廓并且能够绕横向于所述铣削刀具(1)的轴线X的轴线(18)旋转,所述周边区域同时在后一齿(8)的前面部(9)上产生正的或负的径向前角(21),以及第一出屑槽基部(13b);
使所述磨轮(15)朝前一齿(8)移动;和
在第二磨削操作中磨削第二出屑槽基部(13a),从而形成横截面为W形的出屑槽(5)。
10.根据权利要求9所述的方法,其中磨削所述第二出屑槽基部(13a)的步骤产生将所述第一和第二出屑槽基部(13a、13b)分开的脊(13c)。
11.根据权利要求9所述的方法,其中所述第一磨削操作通过从远离所述刀柄(3)的所述刀坯的前端(6)朝所述刀柄(3)磨削所述多个出屑槽(5)来进行。
12.根据权利要求9所述的方法,其中所述第一磨削操作通过从远离所述前端(6)的所述刀坯的刀柄(3)朝所述前端(6)磨削所述多个出屑槽(5)来进行。
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