CN216263705U - 超多刃刀具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超多刃刀具，包括刀杆及设于所述刀杆一端的刀头，所述刀具具有一穿过所述刀杆及所述刀头的中心轴线，所述刀头包括本体、多个长条形刀齿及多个刀槽；所述本体与所述刀杆相连接，所述本体包括顶面和内凹弧形环面，所述弧形环面自所述顶面向所述刀杆方向延伸；所述多个刀齿相对于所述中心轴线呈辐射状间隔设于所述弧形环面上，任一刀齿在其任一位置上的法平面相交所形成的刀齿截面的形状和尺寸均相同；每个所述刀槽均形成于相邻的两个所述刀齿之间。本申请中，刀齿能够与待铣削工件的表面均匀接触，从而提升所加工的工件的表面质量，能够延长刀具的使用寿命，降低制造成本；还能够实现高速进给加工，提高加工效率。

Description

超多刃刀具

技术领域

本申请涉及刀具加工技术领域，具体涉及一种用于加工脆性材料的超多刃刀具。

背景技术

在机械加工领域中，大多数刀具更多是用来加工硬质材料，甚至超硬的材料。但对于玻璃、陶瓷这种脆性材料，传统的成型刀具设计往往力不从心，尤其为实现对诸如钙钠玻璃这种脆性材料的高效、高精度铣削，需要使用超多刃刀具，将铣削过程中的脆性变形转变为塑性变形，经研究表明控制铣削过程中超多刃刀具的每齿进给量可实现钙钠玻璃的脆塑转变。在钙钠玻璃的成型铣削过程中，通常采用传统超多刃成型刀具进行铣削。

然而，在实际作业的过程中，传统超多刃成型刀具受加工限制只能设计为变前角结构，如图1所示，刀具的刀齿的前角沿成型轮廓线变化而变化，同一刀齿在不同位置上的刃口前角不同。或者，即使在其他应用场景中有现有技术将前角设计为等前角设计，其刀齿不同位置上的一后，二后，齿高，一后面宽也是随着轮廓线在不同位置上不断变化的。这些刀齿在不同位置上的结构都是不同的，沿轮廓线逐渐变化的，这导致在切削过程中，刀齿的不同位置与被铣削工件的表面接触并不均匀，切削力分布也不均匀，刀齿的不同位置受力状况也不均匀，导致不同位置的使用寿命也就不相同。因此，这些传统成型刀具在加工脆性材料时，加工出的工件表面品质不一、很难获得高质量表面、加工效率很低、无法达到加工要求。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提出一种超多刃刀具，以解决上述问题。

本申请一实施例提供一种用于加工脆性材料的超多刃刀具，包括刀杆及设于所述刀杆一端的刀头，所述刀具具有一穿过所述刀杆及所述刀头的中心轴线，所述刀头包括：

本体，与所述刀杆相连接，所述本体包括顶面和内凹弧形环面，所述弧形环面自所述顶面向所述刀杆方向延伸；

多个长条形刀齿，所述多个刀齿相对于所述中心轴线呈辐射状间隔设于所述弧形环面上，每个刀齿分别自所述顶面向所述刀杆方向延伸，每个刀齿在垂直于所述中心轴线的平面上的投影均为形状和尺寸相同的曲线，其中，任一所述刀齿与其任一位置上的法平面相交所形成的刀齿截面的形状和尺寸均相同，所述法平面为与所述刀齿的切线相垂直的平面；及

多个刀槽，设于所述弧形环面上，每个所述刀槽均形成于相邻的两个所述刀齿之间。

在一些实施例中，所述刀齿满足以下条件式：

Z＝a*D，a′＝F/(x*S*D)；

其中，Z为所述刀齿的数量，a为大于等于a′的整数，D为所述刀头的刃径，a′为所述刀齿的理论密度，a′与x呈负相关，a为在实际计算时的实际密度，F为所述刀具的进给速度(mm/min)，x为脆性材料铣削加工所述刀具的设计经验常数，S为所述刀具的转速(r/min)。

在一些实施例中，每个所述刀齿均包括前刀面、第一后刀面及第二后刀面，所述前刀面与所述第二后刀面分别与所述本体相连接，所述第一后刀面连接于所述前刀面与所述第二后刀面之间，且所述第一后刀面位于所述刀齿背离所述本体的一侧。

在一些实施例中，所述前刀面的前角角度范围为-80°～60°，所述第一后刀面的后角角度范围为0°～45°，所述第二后刀面的后角角度范围为0°～80°。

在一些实施例中，所述第一后刀面在所述刀杆与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的面上的投影的宽度为0mm～0.15mm。

在一些实施例中，所述刀槽的槽深在任一位置均相同，所述刀槽的槽深范围为0.05mm～0.5mm，其中，所述槽深为所述刀齿在垂直于所述弧形环面的方向上的高度。

在一些实施例中，每个所述刀槽的槽宽自所述顶面朝向所述刀杆逐渐增大，其中，所述槽宽为相邻两个所述刀齿在所述弧形环面与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的任一圆形面上的弧形间距，且所述刀槽在所述任一圆形面上的槽宽均相等。

在一些实施例中，所述顶面为圆形平面，所述刀杆为圆柱形，所述刀杆与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的面的直径大于所述顶面的直径。

在一些实施例中，所述刀头的刃径范围为1mm～20mm。

在一些实施例中，每个所述刀齿的螺旋角角度范围为0°～90°。

上述刀具具有多个刀齿，通过设置任一刀齿与其任一位置上的法平面相交所形成的刀齿截面的形状和尺寸均相同，使得刀齿在任一位置均具有相同的前角，刀齿与待铣削工件的表面能够均匀接触，有利于均匀加工工件的表面，从而提升所加工的工件的表面质量，达到加工要求；刀齿的耐磨性好、稳定性强，刀齿在不同位置的寿命相似，能够延长刀具的使用寿命，降低刀具的制造成本；还能够实现高速进给加工，提高加工效率。

附图说明

图1是现有技术的传统成型刀具的立体示意图。

图2是本申请一实施例提供的刀具的立体示意图。

图3是图2所示刀具的侧视图。

图4是图2所示刀具的俯视图。

图5是图2所示刀具的刀齿与其法平面相交所形成的刀齿截面的示意图。

主要元件符号说明

刀具 100

刀杆 10

杆部 11

颈部 12

刀头 20

本体 21

顶面 211

端面中心 2111

弧形环面 212

刀齿 22

前刀面 221

第一后刀面 222

第二后刀面 223

刀槽 23

中心轴线 30

法平面 40

刀齿截面 50

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，需要说明的是，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

请参阅图2和图3，本申请一实施例提供一种用于加工脆性材料的超多刃刀具100，该刀具100用于铣削工件(图未示)的曲面。刀具100包括刀杆10及设于刀杆10一端的刀头20，刀具100具有一穿过刀杆10及刀头20的中心轴线30，中心轴线30为刀具100的旋转轴线。

需要说明的是，在本实施例中，工件可以为玻璃、石墨、陶瓷、碳纤维、玻纤、硬质合金、液态金属等超硬材料，也可以为其他硬质材料或普通金属材料。

刀杆10用于外接于一加工装置(图未示)，加工装置用以驱动刀具100移动或沿中心轴线30转动。刀杆10大致为圆柱体，相应地，刀杆10与垂直于中心轴线30的面相交所形成的面为圆形平面。

在本实施例中，刀杆10包括相互连接的杆部11和颈部12，颈部12与刀头20相连接，杆部11和颈部12均为圆柱状，且颈部12的直径大于杆部11的直径。可以理解地，在其他的实施例中，颈部12可以省略，相应地，刀杆10为直柄状。刀杆10的材质可以为硬质合金、高速钢等。

刀头20包括本体21、多个长条形刀齿22和多个刀槽23。

本体21的一端与刀杆10固定连接，或本体21的一端也可以与刀杆10的颈部12背离杆部11的一端连接。本体21包括顶面211和内凹弧形环面212，弧形环面212自顶面211向刀杆10方向延伸，且弧形环面212环绕顶面211设置，或弧形环面212自顶面211向颈部12方向延伸，弧形环面212同样环绕顶面211设置。其中，弧形环面212与垂直于中心轴线30的面相交所形成的面为圆形面。

在本实施例中，本体21可通过焊接的方式固定连接于刀杆10的端面。顶面211为圆形平面，颈部12与垂直于中心轴线30的面相交形成的面也为圆形平面，颈部12与垂直于中心轴线30的面相交形成的面的直径d1大于顶面211的直径d2。

在本实施例中，弧形环面212自顶面211向颈部12方向延伸，弧形环面212大致为截顶喇叭状面型，弧形环面212自顶面211平滑过渡至颈部12。

多个刀齿22相对于中心轴线30呈辐射状间隔设于弧形环面212上。每个刀齿22分别自顶面211向颈部12方向延伸，且每个刀齿22在垂直于中心轴线30的平面上的投影均为形状和尺寸曲线。任一刀齿22与其任一位置上的法平面40相交所形成的刀齿截面50(参见图5)的形状和尺寸均相同，法平面40为与刀齿22的切线相垂直的平面。较佳地，每个刀齿22均呈螺旋形设于弧形环面212上。刀齿22可以为左旋、右旋或者部分左旋部分右旋相结合。

在本实施例中，每个刀齿22的螺旋角θ的范围为0°～90°。其中，螺旋角θ为刀齿22的切线与中心轴线30之间的锐角夹角。

在本实施例中，顶面211具有端面中心2111，中心轴线30穿过顶面211的端面中心2111，多个刀齿22靠近顶面211的一端大致指向顶面211的端面中心2111。多个刀齿22也可以理解为以顶面211的端面中心2111为中心呈辐射状排布于弧形环面212上。

上述刀具100中刀齿22的前角γ(参见图5)的角度在任一位置均相同，且刀齿22的前角角度为一个固定值，并没有随着待加工工件的轮廓变化而变化。

在本实施例中，刀齿22可由激光或放电工艺进行生产制作于本体21上。

刀槽23用于排出刀齿22在铣削工件时所产生的碎屑，在铣削工件时，刀齿22铣削工件所产生的碎屑进入刀槽23内，并在刀具100旋转铣削工件所产生的向心力的作用下经刀槽23排出刀具100。每个刀槽23均形成于相邻的两个刀齿22之间，且多个刀槽23均具有大小相等的槽深。在本实施例中，“槽深”是指刀齿22在垂直于弧形环面212的方向上的高度，即沿垂直于弧形环面212的方向上，刀齿22的最高点到刀槽23的槽底(刀齿22的最低点)之间的距离。可以理解的，刀槽23的底面可以为曲面也可以为平面，在本实施例中，刀槽23的底面近似为平面。槽深也可以理解为刀齿22的齿高。

在本实施例中，刀槽23的槽深L的范围为0.05mm～0.5mm，且刀槽23在任一位置的槽深L均相同。如此，刀槽23的槽深L通过满足上述数值范围，可以保证刀头20具有较好的排碎屑能力以及较高的结构强度。然而，当刀槽23的槽深L的数值小于0.05mm时，刀槽23的槽深偏小，刀头20的排碎屑能力降低，影响刀头20在铣削工件时排出碎屑。当刀槽23的槽深L的数值大于0.5mm时，刀槽23的槽深偏大，每个刀齿22的齿高偏大，刀头20的结构强度降低，影响刀头20的使用寿命。

每个刀槽23的槽宽W1自顶面211朝向颈部12逐渐增大，其中，槽宽W1为相邻两个刀齿22在弧形环面212与垂直于中心轴线30的面相交所形成的任一圆形面上的弧形间距，且刀槽23在任一圆形面上的槽宽W1(弧形间距)均相等。

刀头20的材质可以为金刚石、聚晶立方氮化硼(PCBN，Polycrystalline CubicBoron Nitride)、陶瓷或硬质合金等超硬材料。其中金刚石可以为聚晶金刚石(PCD，Polycrystalline Diamond)、化学气相沉积金刚石(CVD，Chemical Vapour Diamond)、单晶金刚石(MCD，Microcrystalline Diamond)等。

上述刀具100具有多个刀齿22，使得刀具100形成微齿结构，通过设置任一刀齿22与其任一位置上的法平面40相交所形成的刀齿截面50的形状和尺寸均相同，使得刀齿22在任一位置均具有相同的前角，刀齿22与待铣削工件的表面能够均匀接触，有利于均匀加工工件的表面，从而提升所加工的工件的表面质量，刀具100所加工表面的面粗度为传统成型刀所加工表面的面粗度的1/3，能够达到加工要求；刀齿22的耐磨性好、稳定性强，刀齿22在不同位置的寿命相似，能够延长刀具100的使用寿命，刀具100的寿命大致是传统成型刀寿命的10倍，能够降低刀具100的制造成本；还能够实现高速进给加工，加工效率是传统成型刀加工效率的5倍，能够提高加工效率。上述刀具100可应用于超硬材料的中、精加工，可获得高质量的工件表面、高精度的工件尺寸、高加工效率及高使用寿命。

请一并参阅图4和图5，刀头20的刃径D的范围为1mm～20mm。其中，刃径为刀具100用于铣削工件的最大直径。

应当指出的是，本申请的刀具100为超多刃刀具，用于对脆性材料的切削加工。应当指出的是，超多刃刀具为本领域普通技术人员的公认惯常定义，业内通常认为，超多刃刃齿数至少在10个以上，多为十几，几十，甚至上百个，多用于脆性材料加工领域。

刀头20的刀齿22的数量可以通过以下条件式获得：

Z＝a*D，a′＝F/(x*S*D)；

其中，Z为刀头20上刀齿22的数量，a为大于等于a′的整数，a′为刀齿22的理论密度，D为刀头20的刃径，a′与x呈负相关，a为在实际计算时的实际密度，F为刀具100的进给速度(mm/min)，x为脆性材料铣削加工刀具100的设计经验常数，x通常取值为0.0006，S为刀具100的转速(r/min)。

在一实施方式中，D取值为10mm，F取值为400mm/min，S取值为30000r/min，由上述条件式计算可得刀头20上刀齿22的数量Z为30。

在本实施例中，每个刀齿22均包括依次连接的前刀面221、第一后刀面222及第二后刀面223，前刀面221与第二后刀面223分别与本体21的弧形环面212相连接，第一后刀面222位于刀齿22背离本体21的一侧。

较佳地，前刀面221与基面S1之间的夹角，即前刀面221的前角γ的范围为-80°～60°，其中，基面S1为通过刀齿22的端部且垂直于刀齿22的转动方向的平面。如此，前刀面221的前角γ通过满足上述数值范围，可以保证刀头20具有较高的强度以及较好的铣削能力。然而，当前刀面221的前角γ的数值大于60°时，刀齿22的结构强度降低，影响刀头20的使用寿命。当前刀面221的前角γ的数值小于-80°时，前刀面221对待铣削工件的挤压力太强，易损坏待铣削的工件，不利于加工由脆硬材料制成的工件。

较佳地，第一后刀面222与铣削平面S2之间的夹角，即第一后角α1的范围为0°～45°，其中，铣削平面S2为通过刀齿22的端部且垂直于基面S1的平面。如此，第一后角α1通过满足上述数值范围，有利于提高刀齿22的强度。然而，当第一后角α1的数值大于45°时，第一后刀面222与前刀面221相交所形成的刃偏薄，用于铣削工件的刃的强度降低，影响刀头20的使用寿命。

较佳地，第二后刀面223与铣削平面S2之间的夹角，即第二后角α2的范围为0°～80°。如此，第二后角α2通过满足上述数值范围，有利于提高刀齿22的强度。然而，当第二后角α2的数值大于90°时，第二后刀面223在本体21上的一端与前刀面221在本体21上的一端之间的宽度偏薄，刀齿22的强度降低，影响刀头20的使用寿命。

较佳地，第一后刀面222在颈部12与垂直于中心轴线30的面相交形成的面上的投影的宽度，即第一后刀面222的宽度W2的范围为0mm～0.15mm。如此，第一后刀面222的宽度W2通过满足上述数值范围，有利于提升刀齿22的结构强度，同时使刀头20具有足够的刀齿22用于铣削，提升所加工的工件的表面质量。然而，当第一后刀面222的宽度W2的数值大于0.15mm时，单个刀齿22的厚度偏厚，刀头20上刀齿22的数量降低，不利于提升所加工的工件的表面质量。

可以理解地，在其他的实施例中，当第一后刀面222的宽度W2为0mm时，此时，每个刀齿22均仅包括相连接的前刀面221及第二后刀面223。

上述实施例及附图展示了本申请所提供的刀具100的多种实施方式及扩展可能性，上述刀具100具有多个刀齿22，通过设置每个刀齿22与其法平面40相交所形成的刀齿截面50在刀齿22的任一位置均相同，使得刀齿22在任一位置均具有相同的前角，刀齿22与待铣削工件的表面能够均匀接触，有利于均匀加工工件的表面，从而提升所加工的工件的表面质量，达到加工要求；刀齿22的耐磨性好、稳定性强，刀齿22在不同位置的寿命相似，能够延长刀具100的使用寿命，降低刀具100的制造成本；还能够实现高速进给加工，提高加工效率。

将该朝多刃刀具应用于钙钠玻璃加工，经测试表明：本申请的刀具100耐磨性好，其使用寿命可达到传统成型刀寿命的10倍。本申请的刀具100加工出的玻璃表面质量高，面粗度为传统成型刀加工面粗度的1/3。本申请的刀具100可实现高速、高进给加工，加工效率可以达到传统成型刀的5倍。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。

最后应说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于加工脆性材料的超多刃刀具，包括刀杆及设于所述刀杆一端的刀头，所述刀具具有一穿过所述刀杆及所述刀头的中心轴线，其特征在于，所述刀头包括：

本体，与所述刀杆相连接，所述本体包括顶面和内凹弧形环面，所述弧形环面自所述顶面向所述刀杆方向延伸；

多个长条形刀齿，所述多个刀齿相对于所述中心轴线呈辐射状间隔设于所述弧形环面上，每个刀齿分别自所述顶面向所述刀杆方向延伸，每个刀齿在垂直于所述中心轴线的平面上的投影均为形状和尺寸相同的曲线，其中，任一所述刀齿与其任一位置上的法平面相交所形成的刀齿截面的形状和尺寸均相同，所述法平面为与所述刀齿的切线相垂直的平面；及

多个刀槽，设于所述弧形环面上，每个所述刀槽均形成于相邻的两个所述刀齿之间。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀齿满足以下条件式：

Z＝a*D，a′＝F/(x*S*D)；

其中，Z为所述刀齿的数量，a为大于等于a′的整数，D为所述刀头的刃径，a′为所述刀齿的理论密度，a′与x呈负相关，a为在实际计算时的实际密度，F为所述刀具的进给速度(mm/min)，x为脆性材料铣削加工所述刀具的设计经验常数，S为所述刀具的转速(r/min)。

3.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，每个所述刀齿均包括前刀面、第一后刀面及第二后刀面，所述前刀面与所述第二后刀面分别与所述本体相连接，所述第一后刀面连接于所述前刀面与所述第二后刀面之间，且所述第一后刀面位于所述刀齿背离所述本体的一侧。

4.如权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述前刀面的前角角度范围为-80°～60°，所述第一后刀面的后角角度范围为0°～45°，所述第二后刀面的后角角度范围为0°～80°。

5.如权利要求4所述的刀具，其特征在于，所述第一后刀面在所述刀杆与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的面上的投影的宽度为0mm～0.15mm。

6.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀槽的槽深在任一位置均相同，所述刀槽的槽深范围为0.05mm～0.5mm，其中，所述槽深为所述刀齿在垂直于所述弧形环面的方向上的高度。

7.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，每个所述刀槽的槽宽自所述顶面朝向所述刀杆逐渐增大，其中，所述槽宽为相邻两个所述刀齿在所述弧形环面与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的任一圆形面上的弧形间距，且所述刀槽在所述任一圆形面上的槽宽均相等。

8.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述顶面为圆形平面，所述刀杆为圆柱形，所述刀杆与垂直于所述中心轴线的面相交所形成的面的直径大于所述顶面的直径。

9.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀头的刃径范围为1mm～20mm。

10.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，每个所述刀齿的螺旋角角度范围为0°～90°。

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