專利名稱：帶有補(bǔ)償切削刃的螺旋切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及旋轉(zhuǎn)銑刀的切削刀片，具體說是一種帶有螺旋狀切削刃的、具有多個互相補(bǔ)償切削部分的可換切削刀片，用來切削直的側(cè)面。
銑刀一般由外表面帶有多個凹槽的圓柱刀體組成，用來安裝可換切削刀片。每個切削刀片至少有一個切削刃，作用在工件上進(jìn)行銑削。當(dāng)設(shè)計銑刀的切削刀片時，需要降低刀片切削刃承受的切削力。切削力降低就可以降低刀片的磨損和斷裂，延長刀具壽命。切削力低也可以降低銑削操作需要的功率。此切削力的大小很大程度上取決于切削刀片的幾何形狀及相對于工件的取向。
對于大多數(shù)旋轉(zhuǎn)銑刀，刀片具有直的切削刃。為了降低此直刃承受的切削力，一般安裝刀片時要使它相對于旋轉(zhuǎn)軸傾斜一定角度。該軸向傾斜稱為軸向前角，相應(yīng)于圖7中的角A，此處，CL代表旋轉(zhuǎn)軸。該軸向前角提高了刀片的切削效率，但是也造成了沿著切削刃的長度方向，切削刃相對于銑刀頭旋轉(zhuǎn)軸的距離變化，這樣切削刃與工件的接觸點(diǎn)不總是位于距旋轉(zhuǎn)軸相等的半徑距離上。這種變化導(dǎo)致刀具在切口的側(cè)面產(chǎn)生不期望的凸面彎曲。軸向前角越大，切口側(cè)面的彎曲就越大。此外，由于切削刃和被切削表面的軸向傾斜一個角的影響，對于有一定軸向前角的刀片而言，切削載荷及至切削所需的能量，與切削刃的長度呈正比。刀片的頂面對于切削效率來說也很重要。頂面的一個特征量是刀片的前刀面相對于工件的角度。該角度稱為徑向前角，在圖9至

圖11中分別用c1、c2、c3表示。當(dāng)徑向前角為正值時，刀片的刃以刨削的方式切削工件。當(dāng)徑向前角為負(fù)值時，刀片的刃以刮削的方式切削工件，通常比刨削作用的效率低。當(dāng)切削刃的長度增加時，切削刃的大部分相對于工件呈負(fù)的徑向前角，使得切削載荷增加。當(dāng)需要盡可能降低刀具斷裂的危險性，降低刀片的磨損，降低切削操作所需的能量，載荷增加與降低切削載荷的目的相違背。
眾所周知，為了降低切削載荷，可采用多個切削刃相對短的切削刀片來代替單個長切削刃的單個鑲?cè)?。刀片設(shè)計為短的切削刃相互重疊。這樣的設(shè)計可以有效地降低切削力，為了進(jìn)行光滑切削，切削刀片彼此之間必須準(zhǔn)確地校正。
顯然，即便是在相當(dāng)大的軸向前角下，切削刀片也要求能用光滑、平直的側(cè)刃進(jìn)行切削，而不期望在刀體上采用削弱結(jié)構(gòu)的深凹槽。理想中，該刀片的切削刃基本在其全長上以正的徑向前角作用在工件上，使得切削力和刀片磨損減小。最后，這樣的刀片要求能夠有效地切斷由于切削作用而產(chǎn)生的金屬屑，提高裝有刀片的刀具的總效率。
本發(fā)明是用于旋轉(zhuǎn)切削刀具如旋轉(zhuǎn)銑刀和鉆具的切削刀片。刀片由多邊形刀片體組成，包括底平面、頂面、頂面和底面之間的多個側(cè)面。切削刃由頂面與至少一個側(cè)面相交形成，作用在工件上，從工件上移去切屑。切削刃包括至少兩個補(bǔ)償刃部，由過渡刃部相連。過渡刃部與補(bǔ)償刃部呈鈍角。
每個刃部的切削刃和過渡刃部都位于切削刃繞銑刀軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱包絡(luò)面上，使得每個切削刃成螺旋彎曲。切削刃的各部分螺旋確保在工件上形成相對光滑平直的側(cè)面。
在加工過程中，切削刃的補(bǔ)償刃部產(chǎn)生窄的、橫向間隔的屑片，而過渡刃部將屑片展開，在屑片之間起到修磨屑片的作用。這樣的修磨在屑片之間產(chǎn)生局部的硬化，使得切屑脆化，易于斷屑。
本發(fā)明的另一個方面是，每個補(bǔ)償部分的切削刃相對于刀片的基面傾斜。由于將每個切削刃相對于刀片的基面傾斜，就可以無需在銑刀刀片基座上開深的凹槽，就可獲得大的軸向前角，反之在銑刀刀片基座上開深的凹槽，將過分削弱刀體的結(jié)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明的目的是提供一種即使當(dāng)?shù)镀阢姷兜扼w上以大的軸向前角傾斜時，也能切削工件直側(cè)壁的刀具。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于旋轉(zhuǎn)銑刀上的切削刀片，提高斷屑能力。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于旋轉(zhuǎn)銑刀上的切削刀片，切削刃在全長均以正的徑向前角作用在工件上，降低刀片的切削力和磨損。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于旋轉(zhuǎn)銑刀上的切削刀片，與現(xiàn)有技術(shù)的切削刀片相比，能降低銑削所需要的功率。
通過下面的說明和本發(fā)明的示意性附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
圖1是一種使用本發(fā)明切削刀片的銑刀的透視圖；圖2是本發(fā)明切削刀片的透視圖；圖3是本發(fā)明切削刀片的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明切削刀片的俯視圖；圖5A是本發(fā)明的切削刀片沿圖4的V-V截面的剖視圖；圖5B是圖5A中虛線部分的放大視圖；圖6是表示刀片的切削刃在切削刃沿旋轉(zhuǎn)銑刀的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱包絡(luò)面上的示意圖；圖7是切削刀片輪廓的側(cè)視圖；圖8是安裝有切削刀片的銑刀的側(cè)視圖；圖9至圖11分別是沿圖8中IX-IX、X-X、和XI-XI線的局部剖視圖；圖12是銑削過程中切削刀片的俯視圖，顯示了工件切屑的形成過程。
現(xiàn)在參見附圖，特別是圖1，示意了一種旋轉(zhuǎn)銑刀，整體用數(shù)碼10表示。銑刀10繞著縱軸CL旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)銑刀10包括用來安裝在機(jī)床(未顯示)上的柄部12以及切削頭部14。切削頭部14在圓周上有互相間隔的多個凹槽16。每個凹槽16包括一個安裝面18，切削刀片20安裝在其上。
現(xiàn)在參見圖2至圖5，示意了一種根據(jù)本發(fā)明制作的切削刀片20。切削刀片20由大致呈多邊形的刀體組成，它由硬度高、抗磨損的材料制成，如本領(lǐng)域熟知的多種難熔涂覆硬質(zhì)合金材料的一種。
刀體有中部開孔50，緊固螺釘(圖中未顯示)通過該孔將刀片安裝在銑刀12的安裝面18上。刀片包括大致平直的底面22、頂面24、相對的邊側(cè)面26、及相對的端側(cè)面28。邊側(cè)面26和端側(cè)面28均呈平面狀。邊側(cè)面26與頂面24相交，形成一對切削刃，整體上用數(shù)碼30表示。端側(cè)面28與頂面24相交，形成一對副刃32。
切削刃30呈階梯狀結(jié)構(gòu)。每個切削刃30可分解成補(bǔ)償刃部30a、30b和30c，以及過渡刃部30d和30e。補(bǔ)償刃部30a、30b和30c相對于刀片20的底面22傾斜，平均角度約為5℃，這點(diǎn)可以從圖3和圖7中清楚地看到。調(diào)整補(bǔ)償刃部30a、30b和30c相對于刀片20的基面的角度，就可以得到相對大的軸向前角“A”，如圖7所示，而不需要在銑刀的頭部14開深凹的刀片座。這樣深凹的刀片座將導(dǎo)致刀體12的結(jié)構(gòu)過度削弱。
補(bǔ)償刃部30a、30b和30c通過過渡刃部30d和30e相連。過渡刃部30d和30e相對于刀片20的底面22傾斜，其相對于底面22的傾斜角比其相對于補(bǔ)償刃部30a、30b和30c要大，如45°對5°。過渡刃部30d和30e與補(bǔ)償刃部30a、30b和30c成鈍角“a”(如圖7所示)。也即，過渡刃部與其相鄰的補(bǔ)償刃部的夾角“a”大于90°。
圖7示意性地顯示了刀片20相對于銑刀10中心線CL和工件正常安裝時的情形。沿著銑刀10的中心線CL測量，補(bǔ)償刃部30a的尾部與補(bǔ)償刃部30b的頭部之間的間隔為“X”。補(bǔ)償刃部30b和30c也有同樣的間隔。這樣，將刀片20安裝在銑刀10上時，補(bǔ)償刃部30a、30b和30c不互相重疊。與一個補(bǔ)償刃部相交的垂直于中心線的平面，將不與其他的補(bǔ)償刃部相交。所以，過渡刃部30d和30e在銑削過程中也參與切削工件W，如圖12所示。在銑削操作中，補(bǔ)償刃部30a、30b和30c產(chǎn)生三個不同的切屑段。過渡刃部30d和30e在三個切屑段之間產(chǎn)生溝槽，這會分裂切屑，使之脆化，因此，就使得易于斷屑。
圖6中可清楚地看到，為了保證沿著銑刀10切削的側(cè)壁呈大致平的加工表面，補(bǔ)償刃部30a、30b和30c以及過渡刃部30d和30e中的每一個都呈螺旋彎曲。整個切削刃30位于切削刃30繞著銑刀10的中心線CL旋轉(zhuǎn)形成的圓柱形包絡(luò)面上。補(bǔ)償刃部30a、30b和30c的每一個形成一段大螺距螺旋，位于圓柱形包絡(luò)面的表面上。對應(yīng)于補(bǔ)償刃部30a、30b和30c的三個螺旋全都互相平行。也就是說，每個補(bǔ)償刃部30a、30b和30c形成的螺旋沿其全長均與其他等距。同樣，過渡刃部30d和30e也形成二條平行的螺旋31a、31b(圖中未示出)。由過渡刃部30d和30e形成的螺旋的螺距比補(bǔ)償刃部30a、30b和30c形成的螺旋小。當(dāng)切削刃30由這樣的彎曲形成時，加工操作中形成的側(cè)壁是平的。
現(xiàn)在來考慮刀片20的頂面24，最好見圖4，可以看到棱34挨著并且平行于切削刃30。棱34分成五個棱面34a、34b、34c、34d和34e。棱面34a至34e的每一個都是隨切削刃30的輪廓連續(xù)彎曲的面。這些面都呈螺旋輪廓。棱面34a、34b和34c分別以切削刃30的補(bǔ)償刃部30a、30b和30c的一邊為界，而棱面34d和34e則分別以過渡刃部30d和30e的一邊為界。多個前傾面36a、36b、36c、36d和36e分別從棱面34a至34e向下傾斜。前傾面36a至36e彎曲與棱面34a至34e相接。這些面的每一個都呈螺旋輪廓。
刀片20的邊側(cè)面26，最好見圖3，有大致呈平面狀的下部38和沿著兩個不同的軸向彎曲的上部40組成，這將留待后面予以解釋。平面狀下部38便于將刀片安裝在刀體12上。上部40分成五個后面40a、40b、40c、40d和40e。后面40a至40e相應(yīng)于環(huán)銑刀10中心線CL的圓柱面連續(xù)彎曲(如圖6所示)，使得從平面狀下部38到螺旋切削刃30之間平滑過渡。這些平面的每一個都呈螺旋輪廓。最好參見圖5B，后面40a至40e也相應(yīng)于下部38所在平面P(圖中未示出)成圓弧狀。在切削刃下方有這樣一個圓弧面，增加了支承，增強(qiáng)了切削刃30a至30e。后面40a、40b和40c分別以補(bǔ)償刃部30a、30b和30c的一邊為界，而后面40d和40e分別以切削刃30的過渡刃部30d和30e為界。
切削刀片20的各端側(cè)面28大致呈平面狀。端側(cè)面28與切削刀片20的頂面24相交，形成副刃32。副刃32包括大致水平的弧形部32a，和向下斜的部分32b(圖4)。在刀片20的頂面24鄰近副刃32處形成棱面42。棱面42包括42a和42b部分，分別位于副刃32的弧形部32a和下斜部32b上。前傾面44a和44b從棱面42a和42b向下斜。
現(xiàn)在參見圖8至圖11，顯示了沿著切削刃30的選定點(diǎn)的徑向前角和后角，如圖8所示。圖9是刀片沿圖8中IX-IX線的剖視圖。圖10是刀片20沿圖8中X-X線的剖視圖，而圖11是沿圖8中XI-XI線的剖視圖。在圖9到圖11中，沿著安裝在沿中心線CL旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)銑刀的刀片上的切削刃30曲線路徑，也顯示在刀片20的不同剖視圖上。
圖9至圖11介紹了下列角bx＝前傾面的徑向前角；cx＝棱面的徑向前角；dx＝后角。
前角bx是前傾面和參考面RP之間的夾角，參考面RP是垂直于中心軸CL并且沿著中心軸線CL與所測量的切削刃上的點(diǎn)之間延展的平面。前角cx是棱面和參考面RP之間的角。正象如下所述，前傾面和棱面是彎曲的。在這種情況下，一條正好與各曲面相切的直線就足以來確定徑向前角。
后角dx定義為垂直于參考面RP的直線與從切削刃沿后面40向下延伸的直線的夾角。因為后面是彎曲的，測量后角時，從切削刃沿后面40向下的直線也就是與在切削刃處與后面相切的直線。
在圖9至圖11中可以清楚地看出，從圖9所示的切削刃的頭部到圖11所示的切削刃的尾部，前前角bx和cx增加。在本優(yōu)選實(shí)施例中，前前角bx從切削刃的頭部到尾部增加了38％，而棱面角在兩端之間增加了34％。后角dx從切削刃的頭部到尾部有相同比例的增加。
圖12是本發(fā)明的切削刀片用于從工件上移去切屑時的示意圖。在該圖中，為了進(jìn)行切削，刀片安裝在圓柱形的銑刀10上。刀片20的切削刃30作用在工件W上，從工件W上剪切材料形成切屑C。而且可以看到，切削刃30的補(bǔ)償刃部30a、30b和30c產(chǎn)生由三個相對窄的切屑段組成的切屑。在切削過程中，切削刃30的過渡刃部30d和30e在切屑段之間將窄的切屑段展開并將切屑削薄或削弱。對于某些材料，切屑變細(xì)會導(dǎo)致切屑段完全分離，形成三個小切屑。
綜上所述，可以明顯地看出，本發(fā)明的切削刀片20可以在銑削操作中降低切削刃所承受的切削力，因而降低功率的需求。降低切削力也會導(dǎo)致刀具壽命延長，加工表面更光滑。
當(dāng)然，本發(fā)明可以在不背離發(fā)明的精髓和實(shí)質(zhì)特征下，用其他具體的方法來實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)施例在各方面都可看作是示意性的，而非局限性的，在附屬權(quán)利要求的內(nèi)容和等價范圍內(nèi)的所有改變都應(yīng)當(dāng)是包括在其范疇之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)銑削刀具上的切削刀片具有(a)包括底面、頂面和頂面與底面之間的側(cè)面的刀體；(b)上述頂面和側(cè)面相交形成的階梯狀切削刃，用來作用在工件上切削工件，并將切屑移去，上述階梯切削刃至少包括兩個補(bǔ)償刃部，其中每一個均產(chǎn)生切屑段，以及(c)作用在工件上、并在由所述補(bǔ)償刃部產(chǎn)生的切屑段之間產(chǎn)生細(xì)切屑部分的裝置，有利于上述切屑段斷屑，它包括連接補(bǔ)償刃部的過渡刃部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部彎曲，使得補(bǔ)償刃部位于由上述切削刃繞銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部呈螺旋狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部互相平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述過渡刃部彎曲，使得過渡刃部位于由上述切削刃繞旋轉(zhuǎn)銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的切削刀片，其特征在于，所述過渡刃部是螺旋狀的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述刀片鄰接切削刃的側(cè)面由鄰接各補(bǔ)償刃部的連續(xù)彎曲的后面組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述頂面由鄰接各補(bǔ)償刃部的連續(xù)彎曲的前傾面組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述切削刃的補(bǔ)償刃部相對于所述刀片的底面呈一定角度，用來增大補(bǔ)償刃部相對于旋轉(zhuǎn)軸的軸向前角。
10.一種用于繞著軸旋轉(zhuǎn)的銑削刀具的切削刀片，具有(a)包括底面、頂面和頂面與底面之間的側(cè)面的刀體；(b)上述頂面和側(cè)面相交形成的階梯狀切削刃，作用在切削工件，并將切屑移去，上述階梯切削刃至少包括兩個補(bǔ)償刃部，互相隔開，在切削操作中產(chǎn)生不同的徑向相互間隔的切屑段，所述補(bǔ)償刃部縱向上互相間隔，以防止在銑削操作中相互重疊；(c)作用在工件上、并在由所述補(bǔ)償刃部產(chǎn)生的切屑段之間產(chǎn)生細(xì)切屑部分的裝置，有利于上述切屑段斷屑，它包括連接補(bǔ)償刃部的過渡刃部，該過渡刃部的軸向前角小于90°，使得在銑削操作中沿上述切削刃的全長連續(xù)切削。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部彎曲，使得補(bǔ)償刃部位于由上述切削刃繞銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部呈螺旋狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的切削刀片，其特征在于，所述補(bǔ)償刃部互相平行。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述過渡刃部彎曲，使得過渡刃部位于由上述切削刃繞旋轉(zhuǎn)銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的切削刀片，其特征在于，所述過渡刃部是螺旋狀的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述刀片鄰接上述切削刃的側(cè)面由鄰接各補(bǔ)償刃部的連續(xù)彎曲的后面組成，所述切削刃和所述側(cè)面之間的至少部分后面是圓形的，增加上述切削刃的強(qiáng)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述頂面由鄰接各補(bǔ)償刃部的連續(xù)彎曲的前傾面組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的上述刀片，其特征在于，所述切削刃的補(bǔ)償刃部相對于所述刀片的底面呈一定角度，用來增大上述補(bǔ)償刃部相對于上述旋轉(zhuǎn)軸的軸向前角。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的切削刀具，其特征在于，所述切削刃的前傾面的徑向前角和后角從所述切削刃的頭部到尾部顯著增加。
20.一種用于繞著軸旋轉(zhuǎn)的銑削刀具的切削刀片，具有(a)包括底面、頂面和頂面與底面之間的側(cè)面的刀體；(b)上述頂面和側(cè)面相交形成的階梯狀切削刃，作用在工件上并切削工件，它由至少兩個補(bǔ)償刃部組成，每一個均產(chǎn)生切屑段，而且每一個均呈凸面彎曲，使得所述補(bǔ)償刃部位于由上述切削刃繞銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上；(c)作用在工件上、并在由所述補(bǔ)償刃部產(chǎn)生的切屑段之間產(chǎn)生分離的、細(xì)切屑段的裝置，有利于上述切屑段斷屑，它由大致直的過渡刃部組成，該過渡刃部與上述補(bǔ)償刃部呈鈍角。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)銑削刀具(10)用的切削刀片(20)。切削刀片(20)包括帶有底面(22)、頂面(24)和側(cè)面(26)的刀體。在頂面(24)和側(cè)面(26)相交形成階梯狀切削刃(20),用來作用于工件,并將切屑移去。階梯狀切削刃由至少兩個補(bǔ)償刃部(30a－c)組成,在切削操作中產(chǎn)生不同的、徑向互相分開的切屑段。補(bǔ)償刃部(30a－c)由過渡刃部(30d－e)相連,過渡刃部相對于補(bǔ)償刃部呈鈍角。在切削操作中,過渡刃部的角將各切屑段展開,在切屑段之間將切屑變細(xì)。整個切削刃呈螺旋狀彎曲,使得切削刃位于由切削刃繞銑削刀具的軸旋轉(zhuǎn)形成的圓柱面上。
文檔編號B23C5/22GK1179122SQ96192627
公開日1998年4月15日 申請日期1996年2月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月5日
發(fā)明者斯科特·威廉姆·沃格爾, 肯尼斯·G·德羅什, 厄爾·李·格里芬 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司