用于去屑加工的铣削刀具及其切削本体 |
|||||||
| 申请号 | CN200810188407.6 | 申请日 | 2008-12-22 | 公开(公告)号 | CN101462183B | 公开(公告)日 | 2011-06-15 |
| 申请人 | 山特维克知识产权股份有限公司; | 发明人 | 斯图雷·舍; | ||||
| 摘要 | 在一个方面，本 发明 涉及一种切削本体，旨在用于 铣削 刀具，其具有一对相对的主表面(15a、15b)、一对相对的侧面(16a、16b)以及一对相对的端表面(17a、17b)，(NP)在所述端表面之间延伸有假想的轴向中性平面，该轴向中性平面位于所述两个主表面(15a、15b)之间的中间处，该切削本体包括一组齿(20)，所述齿沿着侧面(16a、16b)一个接一个地被布置成行，并且各自地包括邻近于切削刃(29)形成的去屑表面(21)，从该去屑表面处起，所述齿在一对齿侧面之间延伸并且具有间隙部分，该间隙部分具有一定的长度延伸部，所述长度延伸部与所述中性平面成一定 角 度地定向。根据本发明，所述角度是锐角并且等于至少85°。另外，本发明涉及一种完整的铣削刀具及其基体。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铣削刀具，在一方面包括具有包络面(5)和两个相对端部(3，4)的基体(1)，几何中心轴线(C1)在所述端部之间延伸，所述基体能够围绕所述轴线旋转，并且，在另一方面包括切削本体(2)，所述切削本体被固定于所述基体的底座(8)中并且具有一对相对的主表面(15a、15b)、一对相对的侧面(16a、16b)以及一对相对的端表面(17a、17b)，在所述端表面之间延伸有假想的轴向中性平面(NP)，所述轴向中性平面位于所述两个主表面(15a、15b)之间的中间处，所述切削本体包括一组去屑齿(20)，所述去屑齿从基体的包络面(5)凸出，并且所述去屑齿沿着切削本体的侧面(16a、16b)一个接一个地被布置成行，并且各自地包括邻近于切削刃(29)形成的去屑表面(21)，从所述去屑表面处起，所述齿在一对齿侧面(22，23)之间延伸，所述一对齿侧面(22、23)之间中间处的假想中心平面(CP)与中性平面(NP)成一定角度(β)地定向，其特征在于在切削本体的中性平面(NP)和各个齿(20)的假想中心平面(CP)之间的所述角度(β)是锐角并且等于至少85°。 |
||||||
| 说明书全文 | 用于去屑加工的铣削刀具及其切削本体技术领域[0001] 在第一方面，本发明涉及一种具有如下类型的、旨在用于切削或者去屑加工的铣削刀具，即，在一方面，它包括，具有包络面和两个相对端部的基体，几何中心轴线在所述端部之间延伸，基体能够围绕所述轴线旋转，并且，在另一方面，它包括切削本体，所述切削本体被固定于基体中的底座内并且具有一对相对的主表面、一对相对的侧表面，以及一对相对的端表面，假想的轴向中性平面在所述端表面之间延伸，该平面位于所述两个主表面之间的中间处，该切削本体包括一组去屑齿，所述去屑齿从基体的包络面凸出，沿着切削本体的侧表面一个接一个地被布置成行，并且各自地包括邻近于切削刃形成的去屑表面，从该去屑表面处起，所述齿在一对齿侧面之间延伸并且具有一定的长度延伸部，所述延伸部与中性平面成一定角度地定向。 [0002] 在另外的方面，本发明还涉及一种用于所讨论的工具的切削本体。 背景技术[0003] 在详细描述本发明之前，应该述及的是，首要地用于对金属工件进行去屑加工的技术正在快速地发展。当坯体或者工件被在先加工成具有一定复杂度的成品，例如发动机构件、车辆和航行器构件、机器部件等时，在各自地要求对同一坯体分开设定的多个步骤或者站中执行制造。例如，第一加工能够是一个或者多个车削操作。如果细节还需要不同形式的凹部，例如键槽或者杆槽(bar groove)，则所述坯体被移动到具有新的设定的另一个站，在此处进行铣削。如果所述坯体还应该设有不同形式的孔或者管道，则向具有另外的设定的钻削机器或者钻削站执行转移。最近，研制出在其中包括刀具库的机器，刀具库具有多种刀具，其中的每一种刀具均能够被从刀具库取出并且被带至工作状态以便加工，并且在完成加工之后被放回刀具库从而被另一种刀具替代。 [0004] 为了使得制造更加有效并且减少用于加工的时间以及成本，近来已经研制出具有所谓的MultiTask(多任务)机器的形式的通用机器，在其中包括多种程序控制刀具，它们能够在空间中灵活地移动并且能够执行多种加工操作，例如车削、铣削、钻削、磨削等，而无需将工件从机器或者该机器中的设定移开，并且其中耗时的刀具更换需求被降至最低。在这种通用机器中，对于正被讨论的刀具部分地提出新的要求，这不仅在它们的执行传统的以及新的加工操作的能力方面，而且还关于以下一点在刀具的使用性方面，即各个刀具应该能够在有限空间中在复杂运动路径中移动，并且尽管如此，仍然能够与正被加工坯体的难以到达的那些部分形成接触。这点同样适用于例如具有用于铣削不同类型凹口的类型的铣削刀具。 [0005] 现有技术 [0006] 在SE 0400384-4(公开号526.644)中描述了一种在先已知的铣削刀具。这种已知刀具包括切削本体，它具有沿着直径方向相对的两组齿，所述齿垂直于切削本体的中性平面定向，并且在彼此正前面成对地定位。这意味着每一对齿将在直凹口形式的同一凹口中操作，所述成对的两个齿交替地在刀具每旋转半转之后与工件形成接合。对于多个不同铣削操作而非滚削而言，这种刀具是有用的。 发明内容[0007] 本发明旨在避免在先已知的铣削刀具的上述缺点并且在于特别地在多任务机器中提供一种适用于滚削的铣削刀具及其相关切削本体。因此，本发明的主要目的在于提供一种铣削刀具，其切削本体被以如此方式设计，即：使得该刀具能够通过简单进给运动被用于滚削，尤其用于在具有旋转对称、通常柱形形状的轴或轴管中形成杆槽或花键。另外的目的在于就以下方面提供一种具有高度可使用性的刀具，即，应该能够通过简单的几何运动进给刀具并且将刀具带至非常地靠近台肩等，尤其地用于优化被铣削杆槽的长度。另外，应该能够利用刀具的切削本体进行逆铣以及顺铣。 [0010] 本发明总体思想简要总结 [0011] 本发明是基于以下思想，即与切削本体的中性平面成锐角地倾斜切削本体的各组齿中的齿。在它的优选实施例中，切削本体形成有沿着直径方向相对的两组齿，其中一组中的齿相对于另一组中的齿轴向移位齿宽的一半，此外，在每一组齿中，齿被一致地倾斜。附图说明 [0012] 在附图中： [0013] 图1是根据本发明的完整铣削刀具的透视图； [0014] 图2是同一刀具的侧视图，刀具的切削本体被示为从其基体隔开； [0015] 图3仅仅是适当的切削本体的放大透视图； [0016] 图4是在切削本体中包括的各个齿的另外的放大透视图； [0017] 图5是切削本体的平面视图； [0018] 图6是图5中的侧视图VI-VI； [0019] 图7是图5中的侧视图VII-VII； [0020] 图8是在图5中从上方观察到的切削本体的端部视图； [0021] 图9是在切削本体的区域中通过刀具的放大截面； [0022] 图10是示出刀具的基体的端部的放大侧视图； [0023] 图11是通过同一端部的纵向截面； [0024] 图12是在利用根据本发明的铣削刀具加工期间形式为轴管的可旋转工件的端部视图； [0025] 图13是从一侧示出同一工件的侧视图；并且 [0026] 图14是从工件以及铣削刀具上方看到的平面视图。 具体实施方式[0027] 图1和2所示的铣削刀具包括基体1和可更换的切削本体2，切削本体的材料比基体材料更加坚硬并且更加耐磨。有利地，利用钢制造基体并且利用硬质合金制造切削本体。基体1包括两个相对端部3、4，几何中心轴线C1在所述端部之间延伸，基体能够围绕几何中心轴线C1，在此情形中是沿着旋转方向R1旋转。除了通过端部3、4，基体还通过经由锥形表面7相互隔开的两个柱形包络面5、6所界定。切削本体2被安装于在所示实施例中形式为切口的底座8中，该切口被界定在两个可偏转分支部9a、9b的内部之间并且终止于横向孔10中，横向孔10的直径大于切口8的宽度。在所述两个分支部9a、9b中，钻出通孔11a、11b(还见图11)，其中一个，即孔11b形成有用于接合螺钉13的阳螺纹12的阴螺纹，利用螺钉13，分支部9a、9b能够朝向彼此地向内偏转。在所述两个分支部的内部中，形成形式为多个长而窄、平行的凸脊的传统的齿状部14(还见图9)，所述凸脊具有楔状或者V状的截面形状，并且通过凹槽隔开。凸脊和凹槽轴向地(即平行于中心轴线C1)延伸。 [0028] 现在对图3-9进行参考，它们示意出切削本体2的设计。在所示实例中，切削本体具有六面体形状，它具有一对相对的主表面15a、15b；一对相对的侧表面或者侧面16a、16b；以及一对相对的端表面17a、17b，假想轴向中性平面NP在所述端表面之间延伸并且位于所述两个主表面15a、15b之间的中间处。所述两个主表面15a、15b相互平行并且每一个均形成有第二组齿状部18，所述齿状部具有V形截面凸脊和凹槽的形式，意在分别地与基体1的第一齿状部14中的凹槽和凸脊配合。沿着所述两个侧面16a、16b形成将在下面更加详细描述的多组切削齿。两个端表面17a、17b是平面的并且垂直于主表面以及所述两个侧面定向。在中性平面NP中包含的中心轴线C2位于侧面16a、16b之间的中间处并且在端表面17a、17b之间轴向地延伸。 [0029] 通孔19在所述两个主表面15a、15b中开口，其中心轴线C3垂直于中性平面NP延伸。 [0030] 如前所述，现有技术刀具形成有一种切削本体，它的齿垂直于切削本体的中性平面延伸；这使得将该刀具用于滚削是不可能的。 [0031] 根据本发明的切削本体2的两组齿中的各个齿在其切削几何形状方面是相同的，并且在其总体结构方面并非不同于已知刀具的切削本体的相应的齿。这在图4中示意出，其中各个齿20包括去屑表面21，两个齿侧面22、23，后表面24以及端表面25。当沿着在旋转期间齿的运动方向观察时，去屑表面21形成前表面并且端表面25形成后表面。表面26连接到齿侧面22、23，它形成将齿分离的间隙27的底部(见图5)。在后表面24和齿侧面22、23之间，存在形式为所谓的半径过渡的拱形过渡表面28。 [0032] 整体被标为29的切削刃沿着去屑表面21延伸，它包括多个部分刃，即，齿侧面22、23与之连接的两个齿侧面刃30a、30b，后表面24与之连接的后刃31，以及邻近于过渡表面 28的两个拱形角部刃32a、32b。假想中心平面CP在于该实例中为平面的并且平行于彼此地延伸的齿侧面22、23之间的中间处延伸，它限定齿的长度延伸部。 [0033] 在图9中，看到各个齿20就以下方面而言具有正切削几何形状，即：去屑表面21相对于切削本体的中性平面NP以角度α向前斜倾。这个角度α可以改变，但是在该实例中等于15°。此外，各个齿的后表面和端表面24、25就以下方面而言移开或者倾斜，即，它们以其整体位于在刀具旋转期间由齿的后刃31描绘的假想圆S的内部。换言之，表面24、25离开在工件中产生的那些表面。 [0034] 在图5-8中最清楚地示出本发明的新特征，其中图6示出如由中心平面CP代表的各个齿20的长度延伸部如何相对于切削本体的中性平面NP以锐角β倾斜。在所示实例中，角度β等于86.7°(86°42’)。此外，应该指出，在所述的两组齿中，在齿之间的间隔P是等大的。 [0035] 在所示的优选实施例中，其中切削本体具有沿着直径方向相对的两组齿，一个重大特征进一步在于以下的事实，即，就以下方面而言，其中一组中的齿相对于另一组中的齿轴向移位齿宽的一半，即，用于其中一组齿中的各个齿的中心平面CP位于第二组齿中的一对相对齿的中心平面之间的中间处。这意味着：其中一组中的齿与另一组的齿间隙相对地定位，并且反之亦然。还应该指出，在其中一组中的齿的数目为奇数，而在另一组中的齿的数目为偶数。从图3(其中不同的齿已被赋予各个参考标记)中因此明显的是，一组齿包括七个齿20a、20c、20e、20g、20i、20k和20m，而另一组包括六个齿20b、20d、20f、20h、20j和20l。除了其中一组中的最外的齿20a、20m，所有的这些齿均具有完整的尺寸。左边一组齿中的中间齿20g与孔19齐平地定位，即，位于在切削本体的端表面17a、17b之间的中间处的平面中。还应该注意到，在图5中，在齿之间的间隔被标为P。 [0036] 由于以下事实，即以上述方式，齿相对于切削本体的中性平面倾斜，以及相对于彼此地轴向移位，齿的后表面24(或者中心平面CP)将与图2所示类型的假想螺旋线SL相切。该假想螺旋线SL与切削本体的中心轴线C2同心并且具有对应于在同一组齿中的相邻齿之间的间隔P的螺距。 [0037] 现在对图9-11进行参考，它们示意出切削本体2与基体1的联接。如在图9中看到地，在基体1中钻出中心轴向孔33，其直径大致为基体在包络面5的区域中的直径的一半大。孔33的内端(见图11)经由台肩34而转换成更加细长的孔33a，限位元件35被压靠于台肩34。更加准确地，这种限位元件具有管件的形式，它的一个环形端表面被压靠于台肩34，而另一个端表面36形成用于切削本体2的限位表面。在限位表面36和孔11a、11b的公共中心轴线C4之间的距离La与在切削本体2的中心孔19和切削本体的所述两个端表面17a、17b中的每一个之间的距离La一样大(见图5)。然而，在孔11a、11b和基体的自由端表面3之间的距离Lb小于La，并且因此切削本体将轴向地从基体凸出一段短距离。 [0038] 在所示优选实施例中，当所述分支部处于无张紧状态时(在安装切削本体之前)，切口8就以下方面而言朝向基体的自由前端3分开，即：在切口内部中的宽度Wa稍稍小于在自由端部处的宽度Wb。在Wa和Wb之间的差异可以在实践中等于十分之几个mm，这包括分开角度γ变得非常适度，例如，在0.1-0.3°的范围中。利用这种有限的分开角度，非常方便地将切削本体插入切口8中。 [0039] 为了避免切削本体的侧向错误安装的风险，可以采取特定的措施。在所示实例中，孔11b和19以及螺钉13的阳螺纹12具有大致等大的直径，这意味着，如果切削本体被不正确地安装，则不能使得螺钉通过切削本体的孔19。为了保证这种效果，切削本体的孔19应该具有一定内径，所述内径至少与螺钉外径一样大，然而，却不会以大于在齿状部14、18的相邻凸脊之间的距离的量超出螺钉外径。 [0040] 确保切削本体的安全安装的另一种方式是，在一个齿状部中形成至少一个凸脊并且在另一个中形成配合凹槽，所述凸脊和凹槽具有一定的宽度，所述宽度分别地异于其它凸脊和凹槽的宽度。 [0041] 当切削本体已被带入切口8中时，利用螺钉13固定所述切削本体，在夹持切削本体期间，当螺钉13紧固时，朝向彼此地向内偏转回弹性分支部9a、9b。在这种状态中，由于不同的凸脊被楔入配合凹槽中(然而，凸脊并不在凹槽中触底)并且使得切削本体的侧向位移成为不可能的事实，切削本体被保持稳定地固定到位，利用限位元件35以准确的方式确定切削本体的轴向位置。在该位置中，相对于基体，切削本体既不能够沿着轴向也不能够沿着径向地移动。 [0042] 在更加详细地描述刀具的功能之前，应该述及的是，齿20的倾斜角度β可以从86.7°的示例数值向上以及向下地改变。然而，在任何情形中，β均应该等于至少85°，适当地至少86°。在另一方面，β应该不大于89.5°。有利地，β可以在86-88°的区间中。 [0043] 还应该指出，在根据图1和2的实例中，切削本体2被安装用于向右旋转并且用于逆铣，即，使得沿着应该线性进给刀具的方向向前地抛出所被释放的切屑。 [0044] 根据本发明的刀具的功能和优点 [0045] 为了示意刀具的功能，对图12-14进行参考，其中示出工件37，在该工件中包括轴管38，以及所述轴管从其凸出的台肩39。在实践中，工件可以被加工成轴，例如，驱动轴或者机轴。在该实例中，刀具的目的在于在轴管38中铣削出凹口40从而形成所谓的花键联接器的杆41，利用所述花键联接器，完成加工的轴能够被联接到驱动源。在此情形中，杆和杆槽的数目等于28。为了简洁起见，在图13和14中，这些凹口被以完成加工的状态示出，即，具有完整长度。 [0046] 在该实例中，工件37被设为轴向固定状态中，其中该工件仅仅能够被旋转，更加准确地说，是围绕工件中心轴线C5沿着旋转方向R2旋转。 [0047] 在下面的说明中，将使用以下概念，分别地，例如“竖直”、“水平”、“上”和“下”，然而它们仅仅与附图12-14相关。换言之，可以在空间中任意地安置工件以及刀具，只要它们相互间采取图中所示的那些位置即可。 [0048] 在图12中，示出从工件的中心轴线C5朝向刀具水平地延伸的参考平面RP。当在工件旋转期间，在轴管38的周边上的任意点经过参考平面RP时，这个点位于距刀具最短的可能距离处。 [0049] 沿着坐标方向(见图13)，刀具的基体1相对于竖直平面倾斜，即，以与切削本体2的齿相对于切削本体的中性平面倾斜相同的角度β倾斜(见图6)。然而，如在图12中观察到的一样，基体的中心轴线C1位于竖直平面中。 [0050] 为了阐明根据本发明的刀具的特殊优点，即，所述刀具能够被用于向右旋转以及向左旋转，图12-14中的切削本体被示为翻转180°，从而例如齿201现在位于正前处而不是位于根据图1-3的正后处。同时地，刀具被示为具有被反向的旋转方向R3。如在水平面中观察到的，刀具能够沿着单箭头方向F1线性移动。换言之，在图13中应该沿着从右朝左的方向纵向地进给刀具。另外，能够沿着双箭头方向F2可调节地移动刀具，从而使得刀具接合和脱离工件成为可能。还值得指出的是，切削本体2的所有的齿20以如此方式旋转，即：使得去屑表面21(见图4)以及连接部分刃中的特定刃将在其它表面例如齿侧面22、23和后表面24达到同一点之前在任意坐标点中接触工件。这样，最后述及的表面从工件的由部分刃产生的表面移开。在此情形中，所被移除的切屑将相对于进给方向F1被向前地抛出(即逆铣)。 [0051] 正被讨论的铣削操作(它是所谓的滚削)是基于仔细地调节并且使得刀具的和工件的旋转速度以及刀具的线性进给速度(F1)同步化。通常，刀具的旋转速度应该如所期杆槽的数目那样地大于工件的旋转速度。如果所述杆槽的数目等于28，则刀具的旋转速度应该是工件旋转速度的28倍大。此外，可以说，刀具的纵向进给(F1)如工件的旋转速度那样是适度的。 [0052] 当在工件沿着箭头方向R2旋转期间(当进入时或者以后在加工期间)沿着轴管38的包络面的任意点(无参考标注)接近旋转切削本体2时，在任意一组齿中位于低处的齿，例如，在具有奇数个齿的一组齿中的齿20k将首先接触该任意点，如在图12中所示(参考图3)。这样，切削齿将移除薄的并且位于表面处的切屑，更加准确地，这是利用位于切削齿的顶部处的角部刃32b(见图4)以及相邻部分刃30b、31的一些部分。然后，齿被从工件移开。当工件已经另外地旋转7.2°(360°/28×2)时，刀具已经同时地旋转了半转(在有限纵向进给F1期间)，在被相对的一组齿中的后齿20j接触的点中开始形成凹口。这样，这个齿20j将移除另外的切屑，它比首先被移除的切屑更宽，这是因为切削齿的上角部刃32b以及部分刃30b、31的连接部分现在将其自身更深地钻进工件中。在工件另外地旋转7.2°并且刀具旋转180°之后，在首先被述及的一组齿中的下一个齿20i与工件形成接合并且移除也比第一切屑稍稍更宽的切屑。重复这些部分操作，直至轴管包络面的旋转点达到参考平面RP。 [0053] 这里，应该注意到，对开始形成的杆槽的加工首先专门地通过位于参考平面RP下面的那些切削齿的切削刃的上部进行，而切削刃29的其它部分，即，部分刃31的下半部、角部刃32a以及齿侧面刃30a不与工件接触。 [0054] 当在沿着箭头方向R2旋转期间开始形成的杆槽已经经过参考平面RP时，上述现象被反过来，从而使得仅仅切削齿的切削刃29的下部31、32a、30a切入工件中，而上部30b、32b和部分刃31的上半部被从工件移开。 [0055] 通过以适当的方式相对于工件的旋转R2改变刀具的纵向进给速度F1，对每一个开始形成的杆槽的加工将在工件旋转一转之后准确地始于在前一转期间的加工完成之处。由于切削本体的齿以及刀具以其整体以上述方式以角度β倾斜的事实，切削齿的齿侧面刃30a、30b将产生平行于工件的中心轴线C4伸展的表面，尽管在纵向地进给和旋转刀具的同时旋转工件。因此，在每一个切削齿接合期间产生的小的部分表面将一起形成呈杆侧面形式的连续的长而窄表面，该表面平行于工件的中心轴线延伸。 [0056] 在这方面，应该指出，能够用以对例如花键联接器执行铣削的速度在实践中受到多个因素的限制，例如振动风险、所期望的表面平滑度、可用的机器设备等。即便形成花键联接器能够占用一分钟或者几分钟，然而，本发明提供了以下重大优点，即旋转工件，例如，在其它方面仅仅要求车削的工件，能够被制成具有所述种类的直的轴向延伸凹口。甚至能够与以另一种方式加工工件同时地执行铣削操作。在图14中清楚地示出另一重要优点，它示意出刀具由于其有限直径而如何能够非常地靠近台肩39。以此方式，保证了沿着轴管38的可用包络面能够给予杆槽40最佳长度。另外，通过仅仅翻转切削本体180°的简单措施，使得能够向右旋转以及向左旋转。以此方式，操作员能够分别地独立于刀具而相对于工件的位置和纵向进给方向在逆铣或者顺铣之间选择。 [0058] 在本发明的范围内，例如，这在随后的独立权利要求中予以阐明，能够以各种方式修改所示刀具。因此，能够将刀具的切削本体设计为仅仅具有一组齿，但是在实践中两组齿是优选的。此外，切削本体的基本形状可以是除了六边形之外的其它形状。例如，切削本体可以是八边形并且形成有两对沿着直径方向相对的齿组。此外，能够如此形成刀具的基体，使其能够装备有两个或者更多切削本体，其中可以以不同于在基体前端中的其它方式安置用于切削本体的底座，只要基体的齿相互间将以前述方式与螺旋线相切即可。另外，例如，通过使得齿的齿侧面沿着向后方向会聚以便给出更好的间隙，可以改变各个切削齿的设计。而且，齿的去屑表面并不需要准确地与齿的纵向轴线或者中心平面成精确90°角度地延伸。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈