專利名稱：有可更換的刀頭的旋轉(zhuǎn)切削刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的由一刀桿和一可更換的刀頭組成的旋轉(zhuǎn)切削刀具，尤其是鉆孔工具。
例如由EP0118806B1已知一種有可更換的刀頭的鉆孔工具。這種鉆孔工具有一個帶有一安裝孔的刀桿，可將所述刀頭的一固定銷柱插入到此安裝孔內(nèi)。在插裝刀頭時，將該刀頭相對于刀桿旋轉(zhuǎn)一個約45°的角度。不設(shè)其他附加的固定元件。所述刀頭和刀體可設(shè)計為，使刀片在桿一側(cè)的窄側(cè)壓靠到刀桿內(nèi)的槽在桿一側(cè)的棱邊上。在刀桿與刀頭之間的軸向力可這樣產(chǎn)生，即，使所述槽在桿一側(cè)的棱邊沿鉆孔方向略為升高，與此同時所述固定銷柱借助在桿側(cè)的展寬防止從刀桿中被拉出。由此當(dāng)?shù)额^鉆孔時在刀片支座內(nèi)產(chǎn)生張緊力，此張緊力在鉆孔時隨切削力的增大而增強。由此張緊力形成的軸向力將刀頭從刀體中拉開。從而限制了將刀頭固定在刀桿上的穩(wěn)定性和整個鉆孔工具的機械承載能力。
按照由EP 0118806B1已知的鉆孔工具的另一項設(shè)計，設(shè)在刀頭中央的固定銷柱具有沿鉆孔旋轉(zhuǎn)方向成螺線狀略微上升的支承面。通過固定銷柱上的與刀桿安裝座上相應(yīng)成形的支承面接觸的支承面的這種略微螺線狀的設(shè)計，將一軸向力朝刀體方向施加到刀頭上。此軸向力在整個高度上作用在與鉆頭直徑相比尺寸較小并因而能承受較小機械負(fù)荷的固定銷柱上。除此之外在固定銷柱上施加一扭矩，該扭矩進一步限制了刀桿與刀頭之間連接的機械承載能力。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種由一刀桿與一刀頭在無需其他緊固件的條件下組成的旋轉(zhuǎn)切削刀具，尤其是鉆頭，該旋轉(zhuǎn)切削刀具在刀桿與刀頭之間有特別穩(wěn)固和能承載的連接。
上述技術(shù)問題按照本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征得以解決。在這里，帶有可更換的刀頭的旋轉(zhuǎn)切削刀具的刀桿，在刀具圓周上有一優(yōu)選地總體上相對于刀具軸線傾斜設(shè)置的凸臂。在此凸臂或?qū)锨督铀龅额^的一個刀片上的相應(yīng)地傾斜設(shè)置的支承面。通過在刀具圓周上的這種傾斜設(shè)置的支承面，當(dāng)將刀頭旋入到刀桿內(nèi)時產(chǎn)生一將刀頭壓靠在刀桿上的作用力。這種軸向壓緊力在使用刀具時隨著切削力的增大而增大。刀頭及刀桿的外部直徑區(qū)域用于在刀頭與刀桿之間傳遞扭矩。通過將支承面布設(shè)在刀具圓周上，使為在刀桿與刀頭之間傳遞扭矩所需的力限制在盡可能小的程度上。
刀頭只部分地在刀桿的桿頂處覆蓋刀桿。尤其是刀桿的凸臂在桿頂未被刀頭覆蓋或只部分被其覆蓋。因此，刀頭的支承面除固定銷柱外可以幾乎沿其整個高度延伸。以此方式保證在刀頭與刀桿之間大面積的力和扭矩的傳遞。在刀桿圓周上的用于傳遞扭矩的凸臂優(yōu)選地幾乎沿刀頭的刀片的整個高度延伸，所以刀片在桿頂處只略微突出于凸臂。
刀體的直徑優(yōu)選地略大于刀桿直徑。從而以簡單的方式確保，在切削加工時只有刀頭加工工件表面。
刀頭在被置入到刀桿內(nèi)時首先以固定銷柱裝入到一安裝孔內(nèi)，接著類似于卡口連接地旋轉(zhuǎn)刀頭。為了在裝入刀頭后、在旋轉(zhuǎn)前保證刀頭相對于刀桿處于一規(guī)定的軸向位置，按一項優(yōu)選的擴展設(shè)計，在刀桿和刀頭上都設(shè)有導(dǎo)引臺階。
將刀頭朝刀桿方向拉的軸向力取決于支承角，該支承角是刀頭和刀桿的支承面相對于刀具軸線構(gòu)成的夾角。刀桿的凸臂和刀頭的刀片的足夠大的軸向力以及穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)選地采用最小15°和最大60°，最好為30°的支承角來實現(xiàn)。在出屑槽具有螺旋形構(gòu)造的情況下，所述支承角優(yōu)選地與該出屑槽的螺旋角一致。
固定銷柱與刀桿的對應(yīng)安裝孔優(yōu)選地這樣設(shè)計，即，使得該固定銷柱在旋入到所述刀桿中時被夾緊。為此，所述固定銷柱可具有橢圓形橫截面，而安裝孔具有圓形橫截面。僅僅將固定銷柱的橫截面設(shè)計為橢圓形而具有的優(yōu)點是，在制造刀具時也就是說只有在刀頭上的一個外形輪廓需構(gòu)造成橢圓形，而可以取消一種加工非常麻煩的孔的橢圓形構(gòu)造。作為一個基本上為圓柱形銷柱的替代形式，必要時可具有略成橢圓形的橫截面，刀頭也可以有一個圓錐形的銷柱。在這種情況下所述刀桿的圓錐形安裝孔，同樣以在加工技術(shù)方面有利的方式可以有一種與銷柱橫截面略有不同的圓形橫截面。銷柱可以向下，亦即朝刀桿方向圓錐形地變細，由此可以非常容易地將銷柱插入到刀桿內(nèi)，或者與之不同銷柱向下擴展，由此與橢圓形橫截面形狀相結(jié)合地增大刀頭在刀桿內(nèi)的夾緊度。因為刀桿的安裝孔在出屑槽處是敞開的，因此在任何情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)順利地將刀頭置入和夾緊在刀桿內(nèi)。
按一項優(yōu)選的擴展設(shè)計，所述刀桿的凸臂和刀頭的刀片分別除所述支承面外有一個與此支承面反向地相對于刀具軸線傾斜設(shè)置的附加支承面。這些附加支承面優(yōu)選地與所述支承面相鄰接，在這種情況下可以在這些表面之間設(shè)一個與所述支承面及附加支承面相比尺寸更小的過渡面。通過使支承面面朝刀頂以及附加支承面面朝刀桿，在按規(guī)定使用刀具時在刀桿的凸臂與相鄰區(qū)域之間的承受機械負(fù)荷大的過渡區(qū)相宜地得到增強?？傊?，所述支承面和附加支承面構(gòu)成一大面積的、用于在刀桿與刀頭之間傳力和扭矩的接觸面。在這里，不僅所述支承面而且還有附加支承面除了可能存在的在各表面上的倒角部段外都與刀具圓周鄰接，從而得到在扭矩傳遞方面特別有利的幾何比例。
與所述優(yōu)選地與刀具軸線構(gòu)成一個從15°至60°的支承角的支承面類似，附加支承面也優(yōu)選地設(shè)置為相對于刀具軸線傾斜一個-10°至-60°的附加支承角。優(yōu)選地將附加支承面傾斜地設(shè)置成其傾斜角在量值上比所述支承面的傾斜角略小。
通過支承面產(chǎn)生一個將刀頭朝刀桿方向拉的軸向力，而附加支承面引起一個沿反方向的軸向力。為保證一合力將刀頭擰緊在刀桿上，令凸臂的支承面關(guān)于刀具軸線方向延伸的所謂支承高度，優(yōu)選地大于該凸臂的附加支承面沿所述方向延伸的所謂相對支承高度。相應(yīng)地這一情況同樣適合于在刀頭的刀片上的支承面和附加支承面。因而在支承面方面和在附加支承面方面的不同的尺寸設(shè)計也與不同表面在量值上不同的傾斜設(shè)置一樣產(chǎn)生相同的效果，亦即使刀具運行時在刀桿與刀頭之間產(chǎn)生一合成的擰緊力。
下面借助附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。附圖中

圖1表示一個由一鉆桿和一刀頭組成的旋轉(zhuǎn)切削刀具；圖2表示圖1所示的旋轉(zhuǎn)切削刀具的刀桿；圖3表示圖1所示的旋轉(zhuǎn)切削刀具的刀頭；圖4用橫截面圖表示刀桿和刀頭的被松開的固定銷柱；圖5用橫截面圖表示刀桿和刀頭的已被夾緊的固定銷柱；圖6表示由一刀桿和一刀頭組成的旋轉(zhuǎn)切削刀具的另一種實施方式；圖7表示按照圖6所示的旋轉(zhuǎn)切削刀具的刀桿；圖8表示圖7所示刀桿的一局部詳圖9表示圖6所示旋轉(zhuǎn)切削刀具的刀頭；以及圖10表示按圖9所示刀頭的一局部詳圖。
在所有的附圖中互相對應(yīng)的構(gòu)件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注。
圖1至3以透視圖表示一設(shè)計為鉆頭的旋轉(zhuǎn)切削刀具3的刀體或刀頭1以及鉆桿或刀桿2。例如擴孔刀具、銑削刀具或研磨工具也可按類似的方式構(gòu)成。作為刀頭1用的材料尤其考慮使用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷和高速鋼(HSS)，它們分別有或沒有鍍層。刀頭1可以配備有PKD或CBN。刀頭1例如或按傳統(tǒng)的方式通過磨削完成加工，或借助所謂的“金屬注模法”(MIM)制造。刀體1可以在刀桿3的桿頂4處置入到該刀桿內(nèi)。為此以及為了從鉆桿2上拆卸刀頭1采用圖中未示出的板手。用D表示刀具旋轉(zhuǎn)方向，刀具軸線或鉆頭軸線用A表示。優(yōu)選地用鋼或硬質(zhì)合金制成的鉆桿2具有兩個螺線狀的、從一圖中未示出的鉆頭安裝座一直延伸到桿頂4的出屑槽5。作為兩個螺線狀出屑槽5的替代方式，鉆桿2也可以有數(shù)量與之不同的直線的或螺線狀出屑槽。在桿頂4處兩個與出屑槽5鄰接的凹槽6分別具有一個垂直于鉆頭軸線A延伸的棱邊7和一個傾斜于鉆頭軸線A延伸的支承面8。該支承面8分別構(gòu)成鉆桿2圓周上的一個凸臂9的邊界。
在組裝鉆頭3時，刀頭1的一個刀片11的支承面10貼靠在凸臂9的支承面8上。支承面8、10以這樣的方式相對于刀具軸線A傾斜，即，使得刀頭1在旋轉(zhuǎn)切削刀具3沿刀具旋轉(zhuǎn)方向D旋轉(zhuǎn)時擰緊在鉆桿2上。支承面8、10相對于刀具軸線A的傾斜位置與出屑槽5的螺旋角一致。因此，刀頭1的刀片11沿鉆頭軸線A有一個幾乎在其整個高度H上恒定的寬度B。
刀體1的刀片11在桿頂4處略伸出鉆桿2。凸臂9在桿頂4未被刀頭1遮蓋。刀頭1的刀體直徑Ds略大于刀桿直徑Dw。在鉆桿2的棱邊7與凸臂9上相鄰的支承面8之間過渡區(qū)設(shè)計為倒圓的，以避免出現(xiàn)機械的峰值負(fù)荷。刀頭1在桿一側(cè)的窄側(cè)12貼靠在棱邊7上。在將刀體1置入到鉆桿2中時，在旋緊前，支承面8沿未用于刀體1的定位。為了使刀體1在旋緊前能準(zhǔn)確地定位，在鉆桿2上與凸臂9鄰接處設(shè)一導(dǎo)引臺階13以及在刀頭1上設(shè)一對應(yīng)的導(dǎo)引臺階14。在刀頭1的導(dǎo)引臺階14處鄰接一用于安裝在刀桿2的安裝孔16內(nèi)的固定銷柱15。設(shè)在桿頂4以及鉆頭圓周上的凹槽6和與之鄰接的安裝孔16一起構(gòu)成一個用于將刀體1連同固定銷15插裝到刀桿2內(nèi)的空腔。固定銷柱15有一倒角斜邊17，通過該斜邊使得易于插入到安裝孔16內(nèi)。安裝孔16設(shè)置為與鉆頭軸線A同心并有一圓形橫截面，在這里此橫截面可以沿鉆頭軸線A改變。與圓柱形安裝孔16不同，它也可以設(shè)計為圓錐形，尤其向下、亦即從桿頂4出發(fā)向下收縮。在相反的情況下是一個向下呈錐形擴張的安裝孔16，由此達到更可靠地防止刀頭1從刀桿2中掉落或被拉出。安裝孔16朝出屑槽5的方向開口，所以肯定可以將刀頭1方便地置入刀桿2內(nèi)。在固定銷柱15和安裝孔16各種設(shè)計的情況下刀體1均可以用簡單的方式定心。
圖4和5用橫截面圖表示刀桿2與置入到安裝孔16內(nèi)的固定銷柱15處于松開或夾緊位置。按此優(yōu)選的實施形式，固定銷柱15有一種略成橢圓形的橫截面。采用橢圓形橫截面，固定銷柱15在置入到安裝孔16內(nèi)時有一些間隙。通過將刀頭1旋轉(zhuǎn)約45°，使固定銷柱15夾緊在安裝孔16內(nèi)。固定銷柱15以這樣的方式側(cè)向?qū)?zhǔn)，即，使得該固定銷柱在夾緊的狀態(tài)下與出屑槽5的形狀相匹配。作為橢圓形橫截面的替代形式，固定銷柱15和/或安裝孔16也可以有其他與圓形不同的橫截面，只要通過這種橫截面可以達到將固定銷柱15夾緊在鉆桿2安裝孔16內(nèi)的目的。這類的橫截面設(shè)計形狀例如在按照DE19945097A1所述的用于軸與輪轂的旋轉(zhuǎn)固定和滑移固定(dreh-und schubfest)地連接的夾緊裝置中是已知的。
固定銷柱15的略成橢圓形的橫截面設(shè)計，不僅可以在固定銷柱15的圓柱形基本形狀中實現(xiàn)，而且可以在安裝孔16以及固定銷柱15的圓錐形結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。在向下錐形擴張的安裝孔16以及總體上同樣設(shè)計為錐形的固定銷柱15同時有橢圓形橫截面的情況下，當(dāng)將固定銷柱15旋入到安裝孔16中時產(chǎn)生一個軸向力，此軸向力將固定銷柱拉入到安裝孔16內(nèi)并因而支持了借助支承面8、10將刀頭1固定在刀桿2上的軸向力。
圖6至10表示作為旋轉(zhuǎn)切削刀具的一鉆頭3或該鉆頭3的刀桿2或刀頭1的另一種優(yōu)選的擴展設(shè)計。在這里，刀桿2的凸臂9除支承面8外有一附加支承面8a。類似地，刀頭1的刀片11有一個與刀桿2的附加支承面8a相對應(yīng)的附加支承面10a。除此之外，按此第二個實施例的旋轉(zhuǎn)切削刀具1的設(shè)計構(gòu)造基本上與按照第一個實施例的設(shè)計構(gòu)造一致。兩個附加支承面8a、10a與支承面8、10反方向地相對于刀具軸線A傾斜地定位。一個過渡面18在刀片11的支承面10與附加支承面10a之間大體平行于鉆頭軸線A地延伸。相反，凸臂9的支承面8與附加支承面8a僅通過一圓角19連接。因此，在將刀頭1置入到刀桿2內(nèi)時，過渡面18未貼靠在刀桿2上。在組合鉆頭3時刀頭1相對于刀桿2的旋轉(zhuǎn)因而不受過渡面18的限制，而是僅僅受支承面及附加支承面8、10、8a、10a的限制。
凸臂9的支承面8相對于鉆頭軸線A沿支承高度Ha延伸。附加支承面8a延伸的高度稱為相對支承高度Hg。支承高度Ha的量值超過相對支承高度Hg的量值約50％。支承面8a與鉆頭軸線A相交成一個支承角α1，而附加支承面8a與鉆頭軸線A相交成一附加支承角α2。附加支承角α2的量值小于支承角α1的量值。在圖示的實施例中，支承角α1為30°，以及附加支承角α2為20°。除了附加支承面8a的高度與支承面8相比較小外，此角度差也有助于使通過附加支承面8a和刀頭1對應(yīng)的附加支承面10a的傾斜定位將刀頭從刀桿2中拉開的軸向力小于因支承面8、10的傾斜定位造成的反向軸向力。因此在用鉆頭3加工工件時，保留一個將刀頭1擰緊在刀桿2上的合力。
通過凸臂9上的與支承面8反向傾斜設(shè)置的附加支承面8a，使得鉆孔時在刀桿2在刀桿2的凸臂9與相鄰區(qū)域之間的負(fù)荷特別大的過渡區(qū)得到增強。與此同時不因在刀頭1的刀片11上有附加支承面10a而損害刀頭的穩(wěn)定性。同理，將刀頭1方便地置入到刀桿2中和從刀桿2取出的可能性也不受附加支承面8a、10a的影響。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其由一個具有至少一個出屑槽(5)的刀桿(2)和一個可更換的刀頭(1)組成，在此刀具中，用于安裝所述刀頭(1)的一凹槽(6)處于所述刀桿桿頂(4)旁和所述出屑槽(5)的壁內(nèi)，該凹槽(6)在刀桿側(cè)以一棱邊(7)為界，刀頭(1)在刀桿一側(cè)的窄側(cè)面(12)貼靠在所述棱邊(7)上，以及在此刀具中，所述刀頭(1)具有一用于安裝在所述刀桿(2)的一個與刀具軸線(A)同心的安裝孔(16)內(nèi)的固定銷柱(15)，其特征為所述刀桿(2)在其圓周上具有一凸臂(9)，該凸臂有一個與刀桿(2)的圓周鄰接的支承面(8)，該支承面(8)相對于所述刀具軸線(A)傾斜地設(shè)置并與在所述刀頭(1)的一個刀片(11)上的同樣傾斜設(shè)置的支承面(10)相對應(yīng)，其中，所述支承面(8、10)的傾斜方向與刀具旋轉(zhuǎn)方向(D)一致，以及所述刀頭(1)只部分地覆蓋所述刀桿(2)的桿頂(4)。
2.按照權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述刀體直徑(Ds)大于所述刀桿直徑(Dw)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為在所述刀桿(2)上的一導(dǎo)引臺階(13)和在所述刀頭(1)上的一對應(yīng)的導(dǎo)引臺階(14)。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述支承面(8、10)相對于所述刀具軸線(A)構(gòu)成一個最小15°和最大60°的支承角(α1)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述出屑槽(5)的螺旋角與所述支承面(8、10)的支承角(α1)一致。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述固定銷柱(15)基本上是圓柱形的。
7.按照權(quán)利要求1至5中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述固定銷柱(15)基本上是圓錐形的。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述固定銷柱(15)具有橢圓形的橫截面。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為在所述凸臂(9)上的一個相對于所述刀具軸線(A)與該凸臂(9)的支承面(8)反方向傾斜設(shè)置的附加支承面(8a)，該附加支承面與在所述刀頭(1)的刀片(11)上的一附加支承面(10a)相對應(yīng)。
10.按照權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為在所述刀頭(1)的刀片(11)上的支承面(10)面朝著所述桿頂(4)，以及在該刀頭(1)的刀片(11)上的附加支承面(10a)面朝著所述固定銷柱(15)。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述附加支承面(8a、10a)相對于所述刀具軸線(A)構(gòu)成一個在-10°至-60°范圍內(nèi)的附加支承角(α2)。
12.按照權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其特征為所述支承面(8、10)的支承角(α1)量值超過所述附加支承面(8a、10a)的附加支承角(α1)的量值。
13.按照權(quán)利要求9至12中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具，其特征為所述凸臂(9)的支承面(8)相對于所述刀具軸線(A)方向延伸的支承高度(Ha)大于該凸臂(9)的附加支承面(8a)相對于刀具軸線(A)方向延伸的相對支承高度(Hg)。
14.用于按照權(quán)利要求1至13中任一項所述的旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)的刀頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)切削刀具(3)，其由一個具有至少一個出屑槽(5)的刀桿(2)和一個可更換的刀頭(1)組成，其中，用于安裝所述刀頭(1)的一凹槽(6)處于所述刀桿桿頂(4)旁和所述出屑槽(5)的壁內(nèi)，該凹槽(6)在刀桿側(cè)以一棱邊(7)為界，刀頭(1)在刀桿一側(cè)的窄側(cè)面(12)貼靠在所述棱邊(7)上。所述刀頭(1)具有一用于安裝在所述刀桿(2)的一個與刀具軸線(A)同心的安裝孔(16)內(nèi)的固定銷柱(15)。所述刀桿(2)在其圓周上具有一個帶有一支承面(8)的凸臂(9)，該支承面(8)相對于所述刀具軸線(A)傾斜地設(shè)置并與在所述刀頭(1)的一個刀片(11)上的同樣傾斜設(shè)置的支承面(10)相對應(yīng)，其中，所述支承面(8、10)的傾斜方向與刀具旋轉(zhuǎn)方向(D)一致。通過所述支承面(8、10)的傾斜設(shè)置產(chǎn)生一個將刀頭(1)保持固定在刀桿(2)上的軸向力。
文檔編號B23B51/02GK1630569SQ03803587
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月21日
發(fā)明者伯恩哈德·博謝特, 迪特爾·米爾弗里德爾, 于爾根·施瓦格爾, 菲爾霍·魯伊弗羅塔德索扎, 邁克爾·D·舒爾茨, 邁克爾·R·麥科米克, 羅伯特·A·埃里克森 申請人:肯納梅泰爾公司