CN113677463A - 用于切削加工工件的刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于加工工件(3)的刀具(1)，包括：纵轴线(L)，其中，刀具(1)具有第一加工区(5)和第二加工区(7)，其中，第一加工区(5)与第二加工区(7)沿纵轴线(L)间隔，且其中，第一加工区(5)与第二加工区(7)之间布置有切屑防护屏障(9)，该切屑防护屏障配置为防止从工件(3)上切除的切屑从选自第一加工区(5)和第二加工区(7)的一个加工区(5、7)进入到选自第二加工区(7)和第一加工区(5)的另一个加工区(7、5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于切削加工工件的刀具。
背景技术
这种刀具具有纵轴线以及第一加工区和沿纵轴线与第一加工区间隔的第二加工区。为了加工工件，刀具(又称组合刀具)与工件绕纵轴线彼此相对旋转，刀具优选地绕纵轴线进行旋转运动，并且加工区在同一时间或同时从工件的相互间隔的不同位置上切除切屑。例如，这样的刀具用于同时在电动机的定子壳中加工用于定子的容纳孔和用于支承转子的轴承孔。在这类应用中，希望在不同孔之间达成极高的同轴度，尤其是因为在定子壳的示例中，这定义了定子与转子之间的气隙恒定性，因此直接影响电动机的性能和/或效率。问题是在一个加工区中切除的切屑可能进入到另一个加工区，进而降低加工工件表面的质量-这会直接作用于工件表面或者损伤刀具的切削刃和/或导向条。尤其成问题的是，工件在一个加工位置的材料比另一个加工位置的材料更硬，硬质材料的切屑会对软质材料部位的表面质量产生负面影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种刀具，该刀具中不会出现上述缺陷。
上述目的的达成是通过提供本发明的技术教导，尤其是独立权利要求和从属权利要求以及说明书中揭示的实施方式中的教导。
本发明达成上述目的的解决方案尤其是改进上述类型的刀具，尤其是组合刀具，即第一加工区与第二加工区之间布置有切屑防护屏障。切屑防护屏障配置为在加工工件期间防止从一个加工区中的工件上切除的切屑进入到另一个加工区。以此方式，可以有效地防止工件在一个加工区所加工的一个位置处的表面质量受到来自另一个加工区所加工的另一个位置的切屑损伤。这样尤其可确保由不同加工区同时加工的两个孔之间极高的同轴度。尤其能够防止硬质材料的碎屑对其他位置的软质材料表面产生不利影响。
所述刀具的纵轴线尤其是刀具相对于工件的旋转所围绕的那条轴线。纵轴线优选为刀具的对称轴线。纵轴线优选为刀具最长延伸部的轴线。优选地，在加工工件期间，刀具相对于工件沿纵轴线进给。
轴向方向沿纵轴线延伸。径向方向垂直于纵轴线。圆周方向同心环绕纵轴线。
加工区尤其理解为刀具的这样一个区域：在该区域中，刀具局部配置为从工件上切除切屑，具体方式尤其是在加工区中布置切削刃，尤其是几何形状限定的切削刃。
切屑防护屏障尤其是配置为防止切屑从第一加工区进入到第二加工区中。
根据本发明的改进方案，第一加工区配置为加工第一硬质材料，其中第二加工区配置为加工第二软质(即不太硬的)材料。尤其是在此情况下，通过特殊方式实现上述优势。特别地，切屑防护屏障有效地防止第一种硬质材料的切屑侵入到第二种软质材料的区域中，从而降低加工工件的表面质量。第一硬质材料尤其是比第二软质材料更硬。相反，第二软质材料尤其是不太硬，即具有比第一硬质材料更低的硬度。
与第二加工区相比，第一加工区优选地配置为加工第一硬质材料，因为第一加工区具有与第二加工区不同的切削材料。特别地，第一加工区的切削刃优选地由与第二加工区的切削刃不同的切削材料(即切削刃区域中的材料)形成或形成于之中，由此各个加工区配置为加工各种硬度的材料。
第一加工区优选地配置为加工钢。替代地或附加地，第二加工区优选地配置为加工铝。特别地，加工区优选地具有适于加工相应材料的切削材料。
根据本发明的改进方案，切屑防护屏障构造为切屑防护片。这代表了切屑防护屏障的特别简单且易于制造的低成本设计方案。切屑防护片构造于加工区之间，优选地在圆周方向上环绕闭合。以此方式，能够特别可靠地避免切屑从一个加工区进入到另一个加工区中。切屑防护片优选地沿径向方向延伸至选自第一加工区和第二加工区的半径中的更大半径。切屑防护片优选地沿径向方向延伸至第二加工区的半径。
在本文中，加工区的半径尤应理解为加工区切削刃的圆轨迹(flight circle)半径，即相应加工区中限定加工直径的最大半径。
切屑防护片尤应理解为切屑防护屏障的平和/或薄构型。“薄”尤应理解为切屑防护屏障的材料在第一方向(尤其是笛卡尔方向)上具有伸展度或“厚度”，该伸展度或“厚度”远小于切屑防护屏障的材料在其他两个方向(尤其是笛卡尔方向)上的延伸度。
切屑防护片优选地具有金属材料或由这种材料组成。替代地，切屑防护片也可以具有有机片材或由有机片材形成。
根据本发明的改进方案，切屑防护屏障构造为朝向第一加工区开口的切屑防护空心锥。以此方式，切屑防护屏障可以特别有效地使第二加工区屏蔽第一加工区中切除的切屑。特别地，切屑防护屏障优选地构造为锥形切屑防护片。
切屑防护空心锥优选地在其底端处具有沿圆周方向环绕的边缘。边缘优选地呈弹性构造并以此方式适于补偿与已加工工件的内孔面相关的公差。在特别优选实施方案中，边缘具有弹性密封唇或构造为弹性密封唇。
根据本发明的改进方案，第一加工区具有第一加工直径，其中第二加工区具有第二加工直径，并且第一加工直径小于第二加工直径。以此方式，可以有利地通过不同的加工区加工不同尺寸的孔，例如一方面加工用于定子的容纳孔(尤其是通过第二加工区)，另一方面加工用于转子的轴承孔(尤其是通过第一加工区)。
加工区的加工直径优选地由加工区切削刃的圆轨迹的直径限定。
第二加工区的第二加工直径优选为至少200mm到至多350mm，更优选为至少250mm到至多300mm。在上述直径范围内，所述刀具特别适合于加工电动机的定子壳，尤其适合应用于汽车领域，尤其是适合于机动车(尤其是电动或混合动力乘用车)的电驱动电机。
根据本发明的改进方案，第一加工区和第二加工区各自具有至少一个几何形状限定的切削刃。几何形状限定的切削刃尤应理解为这样一种切削刃：该切削刃以本身已知的方式形成为前刀面与后刀面的相交线。后刀面可以紧邻切削刃具有圆弧倒角作为第一后刀面区域，其后接相对于加工方向倾斜的表面区域作为第二后刀面区域。刀具尤其是在第一加工区和第二加工区中皆配置为以几何形状限定的切削刃进行切削。
优选地，至少一个几何形状限定的切削刃构造于刀尖上，该刀尖在第一加工区或第二加工区中紧固至刀具的基体。第一加工区和第二加工区优选地具有多个这样的刀尖。
根据本发明的改进方案，第一加工区的至少一个几何形状限定的切削刃由金属陶瓷或硬质金属形成，其尤其是作为切削材料，其中第二加工区的至少一个几何形状限定的切削刃由聚晶金刚石(下文称为PCD)形成，其尤其是作为切削材料。几何形状限定的切削刃由一种材料或切削材料形成，这尤其意味着它是由具有该材料或由该材料组成的本体加工而成，尤其是通过在该本体上磨削产生。金属陶瓷和硬质金属特别适合于切割较硬的材料，尤其是钢，而PCD尤其适合于切割不太硬的材料，尤其是铝。
根据本发明的改进方案，从刀具的进给方向上观察，第一加工区领先于第二加工区。以此方式，可以利用第一加工区加工第一孔，同时利用第二加工区加工第二孔，第一孔在进给方向上位于第二孔之前。特别地，可以利用第一加工区加工定子壳上用于转子的轴承孔，同时利用第二加工区加工定子壳上用于定子的容纳孔。
优选地，从刀具的进给方向上观察，第一加工区领先于第二加工区，同时第二加工区具有比第一加工区更大的加工直径。这样就能使第一加工区穿过较大的第二孔引入到较小的第一孔的区域中，然后同时加工这两个孔。
根据本发明的改进方案，所述刀具具有圆柱形基体。至少在第二加工区中从圆柱形基体上突出有肋。第二加工区的至少一个几何形状限定的切削刃布置于该肋上。所述刀具即可构造得极轻又同时稳定，尤其是它可以制造成轻型结构。至少一个刀尖优选地布置于肋上，尤其是紧固至肋上，特别是夹紧至肋上。第二加工区优选地具有从圆柱形基体突出的多个肋，其中每个肋上布置有至少一个几何形状限定的切削刃，尤其是至少一个刀尖。
不言而喻，圆柱形基体的直径小于第二加工区的第二加工直径。基体的直径与第二加工直径之间的距离由至少一个肋桥接。
基体和/或至少一个肋优选地由金属或金属合金制成。它们也可以具有不同的材料，既可是彼此不同的材料，又可是部件内含多种材料。此外，选自基体和肋的至少一个部件可以具有纤维增强塑料或由纤维增强塑料形成。
圆柱形基体优选地呈空心构造，尤其是呈空心体构造。这样刀具极轻，最终降低了加工工件的能源成本。
第一加工区优选地轴向布置于基体的端面上，即进给方向上的前面。
切屑防护屏障优选地轴向布置于基体的端面上，即进给方向上的前面，尤其是紧固于其上，尤其是旋拧到基体上。切屑防护屏障优选地在圆周方向上环扣第一加工区。优选地，从轴向方向上观察，构造为空心锥的切屑防护屏障局部容纳第一加工区。
根据本发明的改进方案，所述刀具具有用于将刀具夹紧到机床主轴中的接口。该接口优选地沿纵向方向与第一加工区相对(在进给方向上的后面)布置于基体上。该接口优选地构造为圆锥形接口，尤其是精密接口，或构造为圆柱形接口。
根据本发明的改进方案，所述刀具构造为精镗刀具。以此方式，所述刀具特别适用于加工容纳孔和/或轴承孔，尤其是定子壳或齿轮箱上的容纳孔和/或轴承孔。
根据本发明的改进方案，所述刀具配置为加工电机壳，尤其是电动机的电机壳，特别是具有用于定子的容纳孔和用于转子的轴承孔的定子壳。定子壳通常由铝制成，尤其是由铸铝制成，其中容纳孔直接形成于定子壳的铝体中，并且转子的轴承孔形成于钢托或钢衬中，而钢托或钢衬又嵌入铝体的衬座中。轴承孔和容纳孔即可用刀具同时(即同一时间)加工而成，不存在钢屑从轴承孔区域进入到容纳孔区域的风险。通过刀具的第一加工区加工轴承孔，而通过第二加工区加工容纳孔。借助于本发明提出的刀具，尤其能够确保改进轴承孔与容纳孔之间的同轴度，这对于所得电动机的定子与转子之间的气隙恒定性具有特别积极的作用，因此也直接影响其性能和/或效率。
所述刀具尤其配置为加工电动机的定子壳，应用于汽车领域，尤其是用于机动车(尤其是电动或混合动力乘用车)的电驱动电机。
替代地或附加地，所述刀具配置为加工齿轮箱。这里，也可能需要或有利地加工多个孔，尤其是轴承孔，优选地具有不同材料和/或不同直径的孔，这些孔具有非常精确限定的同轴度。
附图说明
下面结合附图对本发明予以详述。图中：
图1示出用于切削加工工件的刀具实施例的图示；以及
图2示出待用根据图1的刀具加工的工件示例的图示。
具体实施方式
图1示出用于加工图2所示的工件3的刀具1实施例的图示。刀具1具有纵轴线L以及第一加工区5和第二加工区7，其中第一加工区5与第二加工区7沿纵轴线L间隔。第一加工区5与第二加工区7之间布置有切屑防护屏障9。该切屑防护屏障9构造为有利地防止在加工区5、7之一中从工件3切除的切屑进入到加工区5、7的另一个加工区7、5。切屑防护屏障9尤其是防止从第一加工区5切除的切屑进入到第二加工区7的区域中。这样有效地避免了来自第一加工区5的切屑损伤通过第二加工区7加工的工件3的表面，反之亦然。
第一加工区5优选地配置为加工第一硬质材料，尤其是加工钢，其中第二加工区7配置为加工第二软质材料，尤其是加工铝。
切屑防护屏障9优选地构造为切屑防护片11。切屑防护片11构造于加工区5、7之间，优选地在环绕纵轴线L的圆周方向上闭合。切屑防护片11优选地沿径向方向延伸至第二加工区7的最大半径。
切屑防护屏障9优选地构造为朝向第一加工区5开口的切屑防护空心锥13。切屑防护片11尤其优选地呈圆锥形构造，进而形成切屑防护空心锥13。
切屑防护空心锥13优选地在其底端15处具有沿圆周方向环绕的边缘17。在一优选实施方案中，边缘17呈弹性构造并以此方式尤其适于补偿与图2所示的已加工工件3的内孔面19相关的公差。在特别优选实施方案中，边缘17具有弹性密封唇21或构造为弹性密封唇21。
第一加工区5具有第一加工直径，第二加工区7具有第二加工直径。在此，第一加工直径小于第二加工直径。
第二加工直径优选为至少200mm到至多350mm，更优选为至少250mm到至多300mm。
第一加工区5和第二加工区7优选地各自具有至少一个几何形状限定的切削刃23，为了清楚起见，第一加工区5中仅示出一个几何形状限定的切削刃23，第二加工区7中仅示出两个几何形状限定的切削刃23，均标有相应的附图标记。几何形状限定的切削刃23分别构造于刀尖25上，这些刀尖25尤其紧固地布置于加工区5、7中，优选地夹紧于加工区5、7中。关于刀尖25，为了清楚起见，第一加工区5中仅示出一个刀尖25，第二加工区7中仅示出两个刀尖25，均标有相应的附图标记。
第一加工区5的几何形状限定的切削刃23优选地由金属陶瓷或硬金属形成。第二加工区7的几何形状限定的切削刃23优选地由聚晶金刚石(PCD)形成。
从刀具1的进给方向观察，第一加工区5优选地领先于第二加工区7。在图4中，由箭头P指示进给方向。
刀具1优选地具有圆柱形基体27，在第二加工区7中从该基体27突出肋29，尤其是多个肋29。第二加工区7的几何形状限定的切削刃23、尤其是刀尖25布置于肋29上。
圆柱形基体27优选地呈空心构造，尤其是呈空心体构造。第一加工区5优选地轴向布置于基体27的端面上，即进给方向上的前面。
切屑防护屏障9优选地轴向布置于基体27的端面上，即进给方向上的前面，尤其是紧固于其上；它尤其是借助轴向螺丝31在端面旋拧到基体27上。在此，切屑防护屏障9沿圆周方向环扣第一加工区5。就此，从轴向方向上观察，切屑防护空心锥13局部容纳第一加工区5。
在此，刀具1在基体27上具有沿纵向方向与第一加工区5相反的接口33(在进给方向上的后面)，用于将刀具1夹紧到机床主轴(未示出)中。在优选实施方案中，接口33构造为圆锥形接口，尤其是精密接口。但它也可以构造为圆柱形接口。
本图所示的刀具1实施例构造为精镗刀具。
刀具1尤其是配置为加工电机壳，尤其是具有用于定子的容纳孔和用于转子的轴承孔的定子壳。替代地，它可以配置为加工齿轮箱。
图2示出待用刀具1加工的工件3示例的图示。在优选实施方案中，工件3是用于电动机的定子壳35，尤其是应用于汽车领域，尤其是用于机动车(尤其是电动或混合动力乘用车)的电驱动电机。
图2中还示出纵轴线L和箭头P，刀具1围绕纵轴线L在刀具1与工件3之间发生相对旋转，以便加工工件3，箭头P指示刀具1在加工工件3期间沿着纵轴线L的进给方向。
定子壳35优选地由铝制成，尤其是铸铝，其中用于定子的容纳孔37优选地直接形成于定子壳35的铝体39中。用于电动机转子的轴承孔41形成于钢托或钢衬43中，该钢托或钢衬43又嵌入铝体39的衬座45中。
利用刀具1同时加工轴承孔41和容纳孔37。由于切屑防护屏障9，不存在钢屑从轴承孔41区域进入到容纳孔37区域的风险。
通过刀具1的第一加工区5加工轴承孔41。同时通过第二加工区7加工容纳孔37。
借助于本发明提出的刀具1，尤其能够确保改进轴承孔41与容纳孔37之间的同轴度，这对于所得电动机的定子与转子之间的气隙恒定性具有特别积极的作用，因此也直接影响其性能和/或效率。
Claims (12)
1.一种用于切削加工工件(3)的刀具(1)，包括：
-纵轴线(L)，其中，
-所述刀具(1)具有第一加工区(5)和第二加工区(7)，其中，
-所述第一加工区(5)与所述第二加工区(7)沿所述纵轴线(L)间隔，
其特征在于，
-所述第一加工区(5)与所述第二加工区(7)之间布置有切屑防护屏障(9)，所述切屑防护屏障(9)配置为防止从所述工件(3)上切除的切屑从选自所述第一加工区(5)和所述第二加工区(7)的一个加工区(5、7)进入到选自所述第二加工区(7)和所述第一加工区(5)的另一个加工区(7、5)。
2.根据权利要求1所述的刀具(1)，其特征在于，所述第一加工区(5)配置为加工第一硬质材料，其中，所述第二加工区(7)配置为加工第二软质材料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述切屑防护屏障(9)构造为切屑防护片(11)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述切屑防护屏障(9)构造为朝向所述第一加工区(5)开口的切屑防护空心锥(13)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述第一加工区(5)具有第一加工直径，其中，所述第二加工区(7)具有第二加工直径，且其中，所述第一加工直径小于所述第二加工直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述第一加工区(5)和所述第二加工区(7)各自具有至少一个几何形状限定的切削刃(23)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述第一加工区(5)的至少一个几何形状限定的切削刃(23)由金属陶瓷或硬金属形成，其中，所述第二加工区(7)的至少一个几何形状限定的切削刃(23)由聚晶金刚石形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，从所述刀具(1)的进给方向观察，所述第一加工区(5)领先于所述第二加工区(7)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述刀具(1)具有圆柱形基体(27)，至少在所述第二加工区(7)中从所述基体(27)突出至少一个肋(29)，所述第二加工区(7)的至少一个几何形状限定的切削刃(23)布置于所述至少一个肋(29)上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于接口(33)，用于将所述刀具(1)夹紧到机床主轴中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述刀具(1)构造为精镗刀具。
12.根据前述权利要求中任一项所述的刀具(1)，其特征在于，所述刀具(1)配置为加工电机壳，尤其是具有用于定子的容纳孔和用于转子的轴承孔的定子壳，或配置为加工齿轮箱。
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