增強排屑能力的切屑工具及其制造方法
【專利摘要】一種銑刀，包括一個刀柄和一個固定于所述刀柄的刀頭。所述刀頭具有多個螺旋齒，每個螺旋齒包括一個刀尖、一個前工作面和一個后工作面。一個布置在尾齒的所述前工作面與相鄰前齒的后工作面之間的出屑槽。所述出屑槽的出屑溝有一個出屑槽基底，其有一部分呈基本平面或者凸面輪廓，為高效排屑提供額外的空間。一種制造所述銑刀的方法，包括繞其縱軸旋轉(zhuǎn)圓筒形坯體，繞出屑槽輪的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)盤狀出屑槽砂輪，并沿縱向移動所述砂輪，與所述出屑溝形成螺旋出屑槽，其中出屑溝具有一個出屑槽基底，其中有一部分呈平面或凸面輪廓。
【專利說明】
増強排屑能力的切屑工具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及切削工具的領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及一種具有出肩槽的多出肩槽切削工具，所述出肩槽的橫截面呈W型，排肩能力出色(g卩，去除切肩)。
【背景技術(shù)】
[0002]附圖10-12示意了一種傳統(tǒng)銑刀100。所述銑刀100有一個刀頭102和一個同軸集成式刀柄103，用于固定在機床的夾頭或者刀桿上，繞X軸旋轉(zhuǎn)。
[0003]所述刀頭102有多個螺旋出肩槽105，從所述刀頭102的前端106伸入所述刀頭102的尾端107。每個出肩槽105有一個帶有前工作面109和后工作面110的螺旋齒108，如附圖12所示。所述前工作面109在工作時面向所述銑刀100的旋轉(zhuǎn)方向，且具有一個刀尖104。
[0004]如附圖10所示，每個螺旋齒108也有一個主前后刀面112，在圖示說明的示例中，該刀面呈平面。所述第一面112包括一個棱面，它從所述螺旋齒108的所述前緣109的所述刀尖104向后伸入跟面115。
[0005]尾齒108的所述前工作面109和相鄰前齒108的后工作面110，與出肩槽基底113—起，分開并界定一個出肩溝114。所述出肩溝114用于去除削肩(即切肩)，其工作時可將切削過程中產(chǎn)生的切肩帶走，不會造成銑刀堵塞。這通過控制齒間距、所述出肩溝114的深度和所述第一面112的棱面寬度來實現(xiàn)。
[0006]如上所述，旋轉(zhuǎn)刀片的幾何結(jié)構(gòu)具有許多特征且涉及到諸多元素，每一個特征或者元素在實現(xiàn)所需性能目標(biāo)中都起著重要的作用。最基本的幾何結(jié)構(gòu)元素就是出肩槽，也稱為出肩溝，多個出肩槽組成前刀刃、前刀面、螺旋齒，最終用作切肩(即削肩)形成和排出通道。工件銑削應(yīng)用的成敗關(guān)鍵就在于出肩槽幾何結(jié)構(gòu)或出肩槽形狀。按慣例，單一動作(即磨削軌跡)即可形成所述前刀面、出肩槽芯和出肩槽背面，其中基于出肩槽芯、前角、前角測量深度、齒寬(或攻角)、砂輪形狀和沿旋轉(zhuǎn)軸的出肩槽芯輪廓等輸入進行數(shù)學(xué)計算，得出出肩槽的橫截面形狀。
[0007]前述輸入嚴(yán)格界定了計算過程，造成某些出肩槽形狀無法通過數(shù)學(xué)方法實現(xiàn)。為此，多數(shù)出肩槽橫截面形狀有很多共同之處，即它們依賴于擁有盡可能大的出肩槽深度，同時維持所需的齒寬，以實現(xiàn)預(yù)期的排肩量。
[0008]從所述出肩槽105的后刀面110的最終形狀可以發(fā)現(xiàn)出肩槽形狀相同時存在的不足，其中基材出現(xiàn)凸起現(xiàn)象，在不增加較大強度的情況下會造成出肩槽105的體積減小。對于帶有六個(6)或六個以上出肩槽的多出肩槽銑刀，此不足變得更加明顯?？捎每臻g不足造成形狀相同的出肩槽無法提供足夠的排肩量，然而能夠提供足夠的齒寬。為此，許多傳統(tǒng)多出肩槽刀具存在不能充分排肩的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]通過為多出肩槽切削工具配設(shè)擁有出肩槽基底的出肩槽，其中所述出肩槽基底呈基本平面或者凸面輪廓，為高效排肩提供額外的空間，來解決多出肩槽切削工具的高效排肩問題。與傳統(tǒng)銑刀的明顯外觀區(qū)別在于，它使用砂輪去除出肩槽背面凸起的現(xiàn)象，相對于垂直于所述銑刀縱軸的平面，讓第一個磨削部分在第一角度上形成，讓第二個磨削部分在第二個角度上形成。
[0010]在本發(fā)明的一個方面，一種整體式銑刀包括一個刀柄；一個固定于所述刀柄的刀頭，所述刀頭具有多個螺旋齒，每個螺旋齒包括一個刀尖、一個前工作面和一個后工作面；以及一個界定在尾齒的所述前工作面與相鄰前齒的后工作面之間的出肩槽，其中出肩槽的出肩溝有一個出肩槽基底，其有一部分呈基本平面或者凸面輪廓，為高效排肩提供額外的空間。
[0011 ]在本發(fā)明的另一個方面，一種制造具有一個刀頭、一個刀柄和一個出肩槽的銑刀的方法，所述方法包括:
[0012](a)繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)圓筒形坯體；
[0013](b)繞出肩槽輪的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)盤狀出肩槽砂輪，所述砂輪具有第一磨削部分和第二磨削部分；
[0014](C)以線性速度將所述砂輪縱向移到所述圓筒形坯體中，同時旋轉(zhuǎn)所述圓筒形坯體，以在所述圓筒形坯體的壁面上形成一個螺旋出肩槽;和
[0015](d)重復(fù)步驟(b)和(C)，重復(fù)次數(shù)等于所需額外出肩槽的數(shù)量，
[0016]通過上述操作，所述砂輪形成所述螺旋出肩槽，所述出肩槽帶有一個具有出肩槽基底的出肩溝，肩槽基底有一部分呈平面或者凸面輪廓，為高效排肩提供額外的空間。
【附圖說明】
[0017]盡管圖解了本發(fā)明的許多實施案例，但是圖示的特定實施案例不應(yīng)被解釋為對所附權(quán)利要求的限制。未來可能會在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下作出各種改動和修改。
[0018]附圖1示意了一個帶有出肩槽基底的銑刀的等距視圖，根據(jù)本發(fā)明的實施案例，所述出肩槽基底有一部分呈基本平面或者凸面輪廓；
[0019]附圖2示意了附圖1所示銑刀的側(cè)視圖；
[0020]附圖3示意了附圖1所示銑刀的端視圖；
[0021]附圖4示意了沿附圖2所示線4-4所拍攝的銑刀的橫截面視圖；
[0022]附圖5示意了傳統(tǒng)銑刀和沿附圖2所示線4-4所拍攝的本發(fā)明的銑刀的另一個橫截面視圖；
[0023]附圖6示意了附圖1所示銑刀的另一個端視圖；
[0024]附圖7顯示了單軌跡磨削工藝中形成出肩槽的磨削操作以及根據(jù)本發(fā)明的制造方法，有一部分呈基本平面或凸面輪廓的出肩槽；
[0025]附圖8為放大透視圖，示意了形成出肩溝的單軌跡磨削操作以及根據(jù)本發(fā)明的制造方法，有一部分呈基本平面或凸面輪廓的出肩槽；
[0026]附圖9示意了所述砂輪的放大視圖，根據(jù)本發(fā)明的實施案例，其中第一個磨削部分在第一角度上形成，第二個磨削部分在第二個角度上形成；附圖10示意了傳統(tǒng)銑刀的等距視圖；
[0027]附圖11示意了附圖9所示傳統(tǒng)銑刀的側(cè)視圖；和
[0028]附圖12示意了沿附圖10所示線11-11所拍攝的傳統(tǒng)銑刀的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0029]附圖1-6顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施案例的一種切削工具10，例如銑刀。雖然機關(guān)圖示說明的實施案例顯示了一種銑刀10，但是下述本發(fā)明的原理可以適用于其他回轉(zhuǎn)切削工具，例如整體式鉆頭、抽頭、鉸刀等。所述銑刀10有一個刀頭12和一個同軸集成式刀柄13，用于固定在機床的夾頭或者刀桿上，繞X軸旋轉(zhuǎn)。
[0030]所述刀頭12有多個螺旋出肩槽15，從所述刀頭12的前端16伸入所述刀頭12的尾端17。在圖示說明的實施案例中，所述刀頭12總共具有六個(6)出肩槽15。但是，須認(rèn)識到，本發(fā)明可以根據(jù)所述銑刀10的尺寸采用任何符合要求的出肩槽15數(shù)量。例如，切削直徑D相對較大的銑刀10能夠擁有的出肩槽數(shù)量要比切削直徑相對較小的銑刀多，反之亦然。因此，所述銑刀10配設(shè)的出肩槽數(shù)量可少至六個(6)出肩槽15(和螺旋齒18)或者多至三十個(30)出肩槽15(和螺旋齒18)，切削直徑D介于約6mm與約35mm之間。
[0031]如附圖4所示，每個出肩槽15都有一個具有前工作面19和后工作面20的螺旋齒18。每個出肩槽15布置在尾齒18的所述前工作面19與相鄰前齒18的所述后工作面20之間。所述前工作面19在工作時面向所述銑刀10的旋轉(zhuǎn)方向R，且具有一個刀尖14。每個螺旋齒18的所述刀尖14位于直徑為D(附圖3)的齒節(jié)圓的周邊上。所述前工作面19有一個正徑向前角，RA。所述正徑向前角RA指的是所述傾斜前工作面19與徑向線Y所成的角，如附圖6所示，它從所述刀具軸X伸入螺旋齒18的所述刀尖14。在一個實施案例中，根據(jù)待切削材料，所述徑向前角RA介于約-15度與約+15度之間，一些材料可能要求徑向前角RA為零。
[0032]如附圖6所示，每個螺旋齒18也有一個主前后刀面21，在圖示說明的示例中，該刀面呈平面。所述第一面21包括一個棱面，它從所述螺旋齒18的所述前緣19的所述刀尖14向后延伸。所述第一面21傾斜，與切線Z形成一定角度，從所述齒尖14上的齒節(jié)圓延伸。這個角度指的是第一后角，CA，介于約五(5)度與約十(10)度之間。然后，還有一種情況，即所述第一面21可能不是平面，而是偏心或者凸面，提供更多材料，從而增強每個螺旋齒18的強度。所述第一后角CA用于定義雙棘輪齒型的幾何特征。通過控制所述第一后角CA，能夠在制造過程中確定所述螺旋齒18的幾何形狀。除此之外，每個螺旋齒18定義一個楔角，WA，該角度介于所述前工作面19與所述第一面21之間。在一個實施案例中，所述楔角(WA)介于約60與90度之間。
[0033]由尾齒18的所述前工作面19和所述相鄰前齒18的后工作面20界定的出肩槽18定義一個帶出肩槽基底23的出肩溝24。所述出肩溝24的深度D為從所述刀尖14到所示出肩槽基底23的距離。所述出肩溝24用于去除削肩(即切肩)，其工作時可將切削過程中產(chǎn)生的切肩帶走，不會造成銑刀10堵塞。這通過控制齒間距、所述出肩溝24的深度和所述第一面21的棱面寬度來實現(xiàn)。
[0034]本發(fā)明的一個方面在于所述出肩溝24的所述出肩槽基底23的部分23a呈基本平面或者稍微凸面輪廓，如附圖6所示。附圖5顯示了本發(fā)明(實線)的所述出肩槽15的所述出肩溝24的輪廓與傳統(tǒng)銑刀(虛線)的所述出肩槽105的所述出肩溝114的輪廓的對比圖。顯而易見，在本發(fā)明的所述出肩溝24的輪廓中，所述出肩溝24的所述出肩槽基底23的部分23a呈基本平面或者稍微凸面輪廓，外觀上不同于所述傳統(tǒng)銑刀的所述出肩槽105的所述出肩溝114的連續(xù)圓形或徑向輪廓。明顯的外觀區(qū)別在于附圖12所示的傳統(tǒng)出肩槽105的出肩溝114的后工作面110中無凸面125。在這情況下，本發(fā)明的所述銑刀10實質(zhì)上移除了傳統(tǒng)切削工具100中的第二凈空面112，為此，相比傳統(tǒng)出肩溝114，所述出肩溝24的容積較大。容積加大對于多出肩槽切削工具特別有用，尤其是分度不相等的多出肩槽切削工具(即，螺旋齒之間的間距不等)。這些發(fā)明家證明，與所述傳統(tǒng)銑刀100的所述出肩槽105相比，即使本發(fā)明的所述銑刀10與所述傳統(tǒng)銑刀100具有基本相同的芯直徑CD，本發(fā)明的所述肩槽15的所述出肩溝24也具有更出色的排肩能力。
[0035]如附圖7-9所示，此部分將介紹本發(fā)明的銑刀10的的所述出肩槽15的制造方法。出肩槽輪，一般指定為26，包括一個盤狀出肩槽砂輪28。所述出肩槽輪26繞旋轉(zhuǎn)軸34旋轉(zhuǎn)，所示旋轉(zhuǎn)軸一般橫向于所述銑刀10的軸X。如附圖8所示，所述砂輪28由第一磨削部分30和第二磨削部分32組成。所述第一磨削部分30基本呈平面輪廓，第一長度為LI，所述第二磨削部分基本呈平面輪廓，第二長度為L2。所示第一長度LI小于所述第二長度L2。所述第一磨削部分30在第一個角形成，Al，它相對于垂直于所述出肩槽輪28的旋轉(zhuǎn)軸34的所述砂輪28的平面36，所示第二磨削部分32在第二個角A2上形成，它相對于所述砂輪28的軸34。所述角度Al大于所示角度A2。例如，所述角度Al可能大約110度，而所述角度A2可能大約45度。但是，須認(rèn)識到，本發(fā)明并不受角度A1、A2的相對大小的限制，而且，只要所述角度Al的大小大于所述角度A2，本發(fā)明的角度A1、A2可以是任何符合要求的角度。
[0036]本發(fā)明的銑刀10的的所述出肩槽15基本上使用單軌跡磨削工藝形成。在所述單軌跡磨削工藝中，圓筒形坯體繞其自身的軸X旋轉(zhuǎn)，同時由所述圓形砂輪28進行磨削。盡管所述砂輪28以約3500rpm到約5000rpm的相對高度繞所述出肩槽輪26的所述旋轉(zhuǎn)軸34旋轉(zhuǎn)，但是所述砂輪28也會以約每分鐘1-2英寸的線性速度沿著平行于所述圓筒形坯體的軸X直線運動。所述砂輪15在所述刀頭12的前端16上開始作線性運動，并推進到所述刀頭12的尾端17?；蛘撸錾拜?5可以在所述刀頭的尾端17上開始運動，并推進到所述刀頭12的前端16。所述砂輪28平行于所述圓筒形坯體的縱軸X作線性運動，加上所述圓筒形坯體繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)，即可得到在圓筒形坯體上形成一個螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋槽或者出肩槽15。選擇所述圓筒形坯體繞其軸X的角轉(zhuǎn)速與所述砂輪28相對于所述圓筒形坯體的線性速度之比，SP可得出所需的螺旋角。一般而言，在兩個獨立的切削步驟中，會在所述圓筒形坯體的圓通壁面上切削出兩個截然相反的螺旋出肩槽。
[0037]如上所述，所述砂輪28平行于所述圓筒形坯體的縱軸X作線性運動，加上所述圓筒形坯體繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)，即可得到在圓筒形坯體上形成一個螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋槽或者出肩槽15。具體而言，所述第一磨削部分30產(chǎn)生所述前工作面19以及每個出肩槽15的出肩槽基底23的基本平面或凸面部分23a，而在所述砂輪28平行于所述圓筒形坯體的縱軸X作線性運行期間，所述第二磨削部分32產(chǎn)生每個出肩槽15的所述后工作面20，加上所述圓筒形坯體繞其縱軸X選擇。為此，即使本發(fā)明的所述銑刀10的芯直徑CD與所述傳統(tǒng)銑刀基本相同，配設(shè)所述出肩槽基底23的所述出肩槽15，具有一個基本平面或者稍微凸面的部分23a，其容積也要比所述傳統(tǒng)銑刀大。
[0038]本發(fā)明的出肩槽15的一些明顯優(yōu)點包括但不僅限于:
[0039]I)在給定切削直徑下，相比所述傳統(tǒng)切削工具，提供更多的出肩槽；
[0040]2)提供容積足夠大的出肩槽形狀，實現(xiàn)高效的切肩形成和排肩，同時維持工具強度；
[0041]3)提供不同分度的多出肩槽(I英寸切削直徑最多25個出肩槽)，以抑制抖動；
[0042]4)能夠使用相對較大的芯直徑，從而增加工具強度；
[0043]5)能夠使用相對較大的芯直徑，從而容納內(nèi)部冷卻劑通道，同時維持工具強度；
[0044]6)利用單軌跡磨削工藝實現(xiàn)工具的可靠量產(chǎn);和
[0045]7)降低削肩(切削)與出肩槽表面的摩擦。
[0046]本文所述的專利和其他出版物特此列入本文內(nèi)作參照。
[0047]除了已介紹的目前首選的實施案例，在隨附的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明還可能有其他實施案例。
【主權(quán)項】
1.一種銑刀，包括: 一個刀柄； 一個固定于所述刀柄的刀頭，所述刀頭具有多個螺旋齒，每個螺旋齒包括一個刀尖、一個前工作面和一個后工作面;和 一個布置在尾齒的所述前工作面與相鄰前齒的所述后工作面之間的出肩槽， 其中所述出肩槽的出肩溝有一個出肩槽基底，其有一部分呈基本平面或者凸面輪廓，為高效排肩提供額外的空間。2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述銑刀，其中所述出肩溝在單軌跡磨削工藝中使用砂輪形成，所述砂輪具有第一磨削部分和第二磨削部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述銑刀，其中所述第一磨削部分呈平面狀，在相對于垂直于所述銑刀縱軸的平面的第一角度上形成，其中，所述第二磨削部分呈平面狀，在相對于所述平面的第二個角度上形成，所述第二個角度不同于所述第一個角度。4.根據(jù)權(quán)利要求3的所述銑刀，其中所述第一個角度大于所述第二個角度。5.根據(jù)權(quán)利要求2的所述銑刀，其中所述第一磨削部分具有第一個長度，其中所述第二磨削部分具有第二個長度，所述第二個長度不同于所述第一個長度。6.根據(jù)權(quán)利要求1的所述銑刀，其中所述前工作面有一個正或負(fù)徑向前角。7.根據(jù)權(quán)利要求1的所述銑刀，其中每個螺旋齒還包括一個平面狀主前后刀面。8.根據(jù)權(quán)利要求4的所述銑刀，其中所述主前后刀面有一個5-10度的第一后角。9.根據(jù)權(quán)利要求1的所述銑刀，其中每個螺旋齒的楔角介于60-90度。10.—種制造具有一個刀頭、一個刀柄和一個出肩槽的銑刀的方法，所述方法包括: (a)繞其自身的縱軸旋轉(zhuǎn)圓筒形坯體； (b)繞出肩槽輪的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)盤狀出肩槽砂輪，所述砂輪具有第一磨削部分和第二磨削部分； (C)以線性速度將所述砂輪縱向移到所述圓筒形坯體中，同時旋轉(zhuǎn)所述圓筒形坯體，以在所述圓筒形坯體的壁面上形成一個螺旋出肩槽;和 (d)重復(fù)步驟(b)和(C)，重復(fù)次數(shù)等于所需額外出肩槽的數(shù)量， 通過上述操作，所述砂輪形成所述螺旋出肩槽，所述出肩槽帶有一個具有出肩槽基底的溝槽，肩槽基底有一部分呈平面或者凸面輪廓，為高效排肩提供額外的空間。11.根據(jù)權(quán)利要求10的所述銑刀，其中所述第一磨削部分在相對于垂直于所述圓筒形坯體縱軸的平面的第一角度上形成，其中，所述第二磨削部分在相對于所述平面的第二個角度上形成。
【文檔編號】B24B19/02GK106064250SQ201610248499
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月20日 公開號201610248499.7, CN 106064250 A, CN 106064250A, CN 201610248499, CN-A-106064250, CN106064250 A, CN106064250A, CN201610248499, CN201610248499.7
【發(fā)明人】D.戴維斯
【申請人】肯納金屬公司