工件切削加工用的刀头、刀具及方法
专利汇可以提供工件切削加工用的刀头、刀具及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为了在对 工件 进行切削加工时获得被加工的工件的高表面 质量 ，配置了一个至少六 角 形的刀头，依此，形成刀刃(16A、16B)的刃边交替地按一个小的角(α)和一个大的(β)相对地加以布置，并交替地作为粗 铣刀 刃(16A)和精铣刀刃(16B)加以设计。从而可达到下述目的：刀头8的跟着一个粗铣刀刃(16A)的精铣刀刃(16B)在一个较大的长度上是有效的。，下面是工件切削加工用的刀头、刀具及方法专利的具体信息内容。
1.用于工件切削加工的刀头(8)，具有一个以n≥6的n-角的基体， 该基体的限定n-角的基面的n-刃边设计成可交替地用作为工件精加工 的精铣刀刃(16B)和用作为工件粗加工的粗铣刀刃(16A)，其特征 在于：
分别有一个刀刃(16A、16B)以不同的角度(α，β)相对于它的 相邻的刀刃(16B、16A)加以布置，从而可使刀刃(16B、16A)交 替地不同长度地构成。
2.按权利要求1所述的刀头(8)，其特征在于：
n-刃边都处在一个平面中。
3.按权利要求1或2所述的刀头，其特征在于：
相邻的刀刃(16A、16B)是按一个大的角(β)和一个小的角(α) 彼此交替地布置的。
4.按权利要求3所述的刀头(8)，其特征在于：
大的角(β)比n-角的基体的角度之和的n分之一至少大5°。
5.按权利要求3或4所述的刀头(8)，其特征在于：
大的角(β)最大为140°。
6.按权利要求2至5中任一项所述的刀头(8)，其特征在于：
粗铣刀刃(16A)在刀具支承体(4)上的安装位置中按照一个确 定的调整角(κ)，相对于一个加工平面(14)定向加以布置，其中调 整角(κ)和大的角(β)的角度之和大约为180°。
7.按权利要求6所述的刀头(8)，其特征在于：
精铣刀刃(16B)具有一个相对于加工平面(14)的副刀刃-自由 行程(△)。
8.按以上权利要求中任一项所述的刀头(8)，其特征在于：
精铣刀刃(16B)是作为刮刀-刀刃设计的。
9.按以上权利要求中任一项所述的刀头(8)，其特征在于：
精铣刀刃(16B)沿着一条弧线延伸。
10.按权利要求9所述的刀头(8)，其特征在于：
弧线是一条具有一个半径(r3)的弧线，该半径在500mm和 3000mm之间的范围内。
11.按权利要求6至10中任一项所述的刀头(8)，其特征在于：
该刀头是为40°和55°之间的调整角(κ)，特别是为45°调整角 (κ)配置的。
12.按以上权利要求中任一项所述的刀头(8)，其特征在于：
该刀头是作为具有2n-刀刃(16A、16B)的双面转位式刀片设计 的。
13.用于工件切削加工的刀具(2)，特别是铣刀，配有一个刀具 支承体(4)，在此刀具支承体上至少固定一个按以上权利要求中任一 项所述的刀头(8)。
14.按权利要求13所述的刀具(2)，其中刀具支承体(4)具有 一个至少有两个端侧接触支承面(19)的刀座(10)，其中在各接触支 承面(19)之间配有一个形成自由室的容纳凹处(22)。
15.利用权利要求13或14所述的刀具(2)对工件进行切削加工 的方法，该刀具具有至少一个如权利要求1至12中任一项所述的刀头 (8)，其中粗铣刀刃(16A)中之一按一个确定的调整角(κ)相对 于工件的一个加工平面(14)加以定向，并且在工件的进给运动中与 工件相啮合，与此同时，与粗铣刀刃(16A)相邻接的精铣刀刃(16B) 与该工件相啮合。
技术领域
本发明涉及工件切削加工用的一种刀头、一种刀具以及一种方法， 依此，该刀头具有一个以n≥6的n-角的基体，该基体的限界出n-角的 基面的n-边设计成可交替地用作为工件精加工的精铣刀和用作为粗加 工的粗铣刀。
背景技术
这样一种称之为精铣刀头的刀头例如在WO 97/27967中做了介 绍。精铣刀头具有一个六角形的基体，该基体的边设计成可以交替地 用作为精铣刀和粗铣刀。在这里，粗铣刀称之为主刀刃，精铣刀称之 为副刀刃。多个刀头为了装配而配置在一个作为平面铣刀设计的刀具 上。于此，在围绕平面铣刀的端侧圆周面上分配安装多个粗铣刀头以 用于粗加工，并且在确定的位置上安装多个精铣刀头以用于精加工。
US 6,604,893 B2中介绍了一种具有八角形几何结构的刀头，依 此，八个侧边中的每一个边分别具有一个精铣刀刃和一个粗铣刀刃。 此外，各个刀刃被安置在不同的高度上，也就是说它们不处在一个共 同的平面中。一个分别依径向对准刀头的中轴线而连接到刀刃上的切 削面是下倾地设计的，所以可获得刀头的一种很复杂的表面形貌。
在对一个工件进行切削加工时，尤其是在采用平面铣刀的情况下， 在较高进给速度时特别会出现下述问题：被加工的表面只具有一种不 够的带有圆弧状突起的表面质量。
发明内容
依本发明，上述任务是通过以下措施加以解决的：即采用权利要 求1中所述刀头。该刀头具有一个n-角的基体，带有六个或六个以上 的边。这些限定其n-角的基面的边是设计成可以交替地用作为精铣刀 刃和粗铣刀刃。每个相关的刀刃在这里都针对其相邻的刀刃依不同角 度加以布置。因此，其基体具有一个不同于传统刀头的不均一的表面。 传统的六角或八角的刀头各自都只有一个均一的基面，所以各个形成 此基面的边彼此都是按同一角度加以布置的。
通过这种不均一的设计结构，也就是通过相邻的刀刃之间的不同 布置的角度，各个刀刃都设计得具有不同长度。采取这一措施可达到 下述目的：多个刀刃与均一的设计结构相比，稍微向外拉出，也就是 离刀头的中纵轴线较远。这些向外拉出的刀刃从使用目的而言都是精 铣刀刃。通过这一措施便可达到以下目的：在对工件进行切削加工时， 具有较大刀刃长度的精铣刀刃附加于先行的粗铣刀刃之外，也与工件 表面处于啮合之中。由于这些精铣刀刃在一个比较大的长度上与工件 表面相嵌接，所以可实现有效的精铣加工或精加工。由于粗铣刀刃在 工件高进给速度条件下所产生的带有周期性隔开的肋状凸起现象的表 面粗糙度，可通过精铣刀刃来有效地加以消除，所以即使在高进给速 度的条件下，只在一道工序中也能总体上获得具有很高表面质量的加 工表面。
考虑到刀头的尽可能简单的设计结构，形成刀刃的n-边都被布置 在一个共同的平面内。
在刀头上最好是将相邻的刀刃相互交替地按一个大的角度和一个 小的角度加以布置。通过这种周期地回复的角度对，总是有一个刀刃 对由一个粗铣刀刃和一个精铣刀刃所形成，于此，每个刀刃对都是相 同地构成的。总体上说，刀头因此具有一种对称性。按一种六角形的 基体，刀头因此是针对一个120°围绕中轴线的旋转而旋转对称地设计 的。这种对称性的设计结构具有特别的优点：刀头即使在现有的刀具 支承体上也能用来替代传统的、均一的刀头，而不须对刀具支承体上 的刀座做大的改变。
于此，大的角最好各自比n-角的基体的角度总数的n分之一至少 大5°。在一个六角的基体上，因此，大的角具有至少125°。随着角度 的不断增大，精铣刀刃也不断增大地向外拉，使得在工件加工时，精 铣刀刃有不断增大的长度与工件表面相啮合。
大的角最好具有一个大约为140°的上限值。按这一设计结构，就 一个通过工件表面所确定的加工平面来说，可以实现一个足够大的、 对加工更有利的粗铣刀刃调整角。所谓调整角在这里通常指的是这么 一个角，主刀刃或粗铣刀刃以该角朝向加工平面、即工件表面。
为了使精铣刀刃尽可能大地与工件表面相啮合，所以根据一个有 利的改进做出如下设定：调整角和大的角的角度之和补全到大约180°。 通过这一措施可以达到下述目的：精铣刀刃基本上大致平行于加工平 面延伸。因此，根据调整角，经过上述关系式而确定出大的角。在调 整角为45°时，大的角即为135°。基于对称的设计结构，大的角和小 的角为n-角的基面的角度之和的n分之一的双倍，因此同时可确定小 的角的值。因此，在一个六角的基本几何构形和一个为45°的调整角 的条件下，该值为105°。
为了能够利用作为副刀刃设计的精铣刀刃实现一种精细的切削加 工，该精铣刀刃对加工平面最好具有一个微小的副刀刃-自由行程。在 副刀刃-自由行程条件下，精铣刀刃离加工平面有一个距离，这当然是 在精铣刀刃的后部位上，该部位离作为主刀刃设计的粗铣刀刃有一定 距离。
为了形成上述副刀刃-自由行程，原则上可以设计得使副刀刃在一 个小的角度例如1°至2°条件下斜对着加工平面行进。在此情况下，精 铣刀刃恐怕会不再平行于加工平面延伸，调整角和大的角的角度之和 将减去上述角度，而低于180°。
为了形成副刀刃-自由行程，精铣刀刃当然最好设计成所谓的刮刀 (Wiper)-刀刃。于此，最好如此设定：精铣刀刃略微倒圆地设计， 并沿着一条弧线延伸。这条弧线特别是一条具有一个很大半径的圆弧 线，该半径最好在500mm和3000mm范围内。由于精铣刀刃设计成 弯曲的刀刃，而有别于一种直线延伸的刀刃，所以精铣刀刃在角部区 域内相对于前行的粗铣刀刃具有一个最高点，从而使得精铣刀刃确定 地与工件表面相啮合。由于精铣刀刃的弧形设计结构，离加工平面的 距离，从而离副刀刃-自由行程的距离随着精铣刀刃的继续延伸而不断 增大。
刀头最好是为一个40°和55°之间的调整角、特别是为一个45°的 调整角而配置。由于是根据调整角来确定对大的角和小的角所用的值， 所以为每一个调整角都配置一个特定的刀头。于此，刀头最好从一个 六角的基本几何构形出发，而具有一种六角的基本几何形状。
为了使刀头达到一个尽可能长的使用寿命，它最好设计为具有2n- 刀刃的双侧转位式刀片刀头，也就是说，既在其上侧也在其下侧设计 刀刃。由于选择的特定设计结构，在加工过程中总有一个刀刃对，即 由粗铣刀刃和精铣刀刃组成的刀刃对，与加工件相啮合，所以刀头每 边只可变换n/2次。在一个六角的基本几何构形情况下，刀头每边只 可变换3次，并且总共变换6次，直到它完全磨损。
此外，本发明的任务还是通过具有权利要求13或14所述特征的 一种刀具及通过具有权利15所述特征的一种方法加以解决的。针对刀 头所述的优点和优选的设计结构，其意义亦可联系到刀具和方法上去。
根据一种有利的设计结构，刀具包含一个刀具支承体，其配有一 个刀座，该刀座至少具有两个端侧支承面，刀头在安装后的位置上以 它的两个端侧平面地贴靠在上述两端侧支承面上。于此，在所述支承 面之间设置一个形成一个自由空间的容纳凹处。刀座可以直接地设在 刀具支承体上，或者在一个可更换的刀片座上。在安装后的位置中， 刀头的刀刃角伸入到自由空间中，而不会在这个区域中贴靠在刀座中。 通过上述措施，刀具支承体也适合于容纳具有等边n-角的例如六角的 几何构形的传统刀头，因而可以有选择地装配传统的刀头或这里所介 绍的刀头。此外，两个支承面沿着一个等边的n-角的边定位，于此， 相邻的刀刃分别在它们之间构成相等的角度。按一个六角的基本几何 构形，因此两个接触支承面(接触支承面在容纳凹处内假想的延长部) 构成一个60°的角，使得即使一个传统的六角的刀头也能以其端侧平 面地贴靠在上述接触支承面上。
附图说明
下面将参照附图对本发明的一些实施例做详细说明。在局部示意 图中表示的是：
图1作为平面铣刀设计的刀具的透视正视图；
图2图1所示平面铣刀的一个断面正视图；
图3安装在一个刀具支承体的刀座上的安装位置中的一个刀头 放大、局部、简化示意图；
图4一个刀头的简化示意图，该刀头是为一个40°的调整角设计 的；
图5一个刀头的简化示意图，该刀头是为一个55°调整角设计 的；
图6一个刀头的简化透视图；
图7一个刀头的端侧视图；
图8在图2中以一个圆标记的在一个粗铣刀刃和一个精铣刀刃 之间倒圆的过渡区域中的局部的放大示意图。
具体实施方式
在实施例中作为平面铣刀2设计的刀具包含一个刀具支承体4， 该支承体具有一个端侧加工边6。围绕加工边6的圆周，安置分布着 若干个刀头8。这些刀头各自安置在一个直接在刀具支承体4上加工 出来的刀座10中(参看图2和3)。此外，还有一个可能性，就是将 这些刀头8都安置在也是保持在刀具支承体4上的刀座中。刀头8均 是利用螺钉12固定保持在刀具支承体4上的一个确定位置中。
为了加工一个工件表面，平面铣刀以它的加工刃边6与工件表面 相啮合。于此，该工件表面确定一个加工平面14，如特别可以从图2 中看出的。加工平面则是由平面铣刀2的各个刀头8所形成的。
刀刃16A、16B是作为主刀刃和副刀刃设计的，而且经过一个倒 圆设计的刀刃角17而相互衔接。刀头8最好是设计为双侧的转位式刀 片，其刀刃是分别设计成刀刃16A、16B。刀刃之一，即粗铣刀刃16， 是针对加工平面14在一个调整角K的条件下安置的，在实施例中该 调整角为45°。
刀头8的基本几何构形，即其垂直于其中轴线18的横断面，及其 在刀座10上的安装位置，现在参照图3加以说明。在本实施例中，刀 头8具有一个六角的基本几何构形，从一个均匀的六角的横断面几何 构形为出发点。刀座10具有两个接触支承面19，刀头8的两个端面 20A、B(参看图6)支承在该两个支承面上。两个支承面19相互构 成一个60°的角。因此，刀座10的设计也特别适用于容纳一个传统的 六角形刀头。这样一种传统的刀头的横断面几何构形以图3中形成一 个六角21的虚线表示。刀座10在其后侧具有一个容纳凹处22，刀头 8的一个部位嵌入到该容纳凹处中。
与六角的横断面有所不同的是，刀头8具有一个不均一的设计结 构，也就是刀头8的形成各个刀刃16A、16B的刃边可以彼此交替地 而按一个小的角α和一个大的角β加以布置。在图3中，调整角κ为45°， 小的角α各自为105°，大的角β各自为135°。通过这种不均一的设计结 构，设计出成对交替地一个较长的刀刃16A和一个较短的刀刃16B。 较长的刀刃16A在这里作为粗铣刀刃设计的；较短的刀刃16B设计成 刮刀-刀刃形式的精铣刀刃。
如通过与以虚线绘示的六角几何构形的比较可以直接看出的，通 过不均一的设计结构，精铣刀刃16B从中轴线18略微向外朝加工平 面14拉出。在本实施例中，角α、β及调整角κ是如此选择的，使得 精铣刀刃16B基本上平行于加工平面14延伸。
在图3中仍以虚线示出一个内圆24。同样以虚线示出的六角形21 的各个边构成这一内圆的正切。与此同时，接触支承面19形成对内圆 24的正切。刀头8依其不均一的设计结构是如此加以设计的，使得每 第二个刃边，亦即粗铣刀刃16A可交替地也依正切贴靠在内圆14上。 通过这种设计结构便可保证：具有不均一几何构形的刀头8也可用在 传统六角形刀头的刀座10上。仅在刀座的基座上需要容纳凹处22， 以便可容纳精铣刀刃16B。
在图3中，依然示意地和大大简化地，在邻接各个刀刃16A、16B 之处示出断屑器28，这些断屑器在本实施例中是按照一种直线地延伸 的沟槽加以设计的。断屑器28的用途在于：按一定目的和定义地处理 由刀刃16A、16B所排的切屑，也就是有目的地实现切屑导引、切屑 成形以及有目的地断裂切屑。断屑器也可以按其它几何构形设计。
在图4和5中分别示出刀头8，这些刀头是为一种40°的调整角κ (图4)以及为一种55°的调整角κ(图5)而设计的。
按图4所示的刀头8和按40°调整角κ，大的角β为140°，小的角 α为100°。
按图5所示的为55°调整角κ所设计的刀头8，相对地大的角β为 125°，小的角α为115°。这两个角的角度之和为240°，也就是说，为 一个均匀的六角形21的相邻两个边之间的角120°的两倍。
参照图6所示刀头8的透视图可以看出：刀刃16A、16B都处在 一个共同的平面中。刀头8具有一个上边30和一个与此上边相对置的 且与上边30平面平行地定向的下边32。无论是上边30的边棱或是下 边32的边棱都是设计为刀刃16A、16B。上边30和下边32的相对置 的刀刃16A、16B分别是经过刀头8的端侧20A、B相连的。相对置 的刀刃16A、16B处在一个共同的平面中，该平面是与由上边30和下 边32所构成的平面成直角地加以布置的。连接两个对置的粗铣刀刃 16A的端侧以附图标记20A表示；连接两个相对置的精铣刀刃16B的 端侧以附图标记20B表示。
按图6所示的实施例，刀头8是作为双侧转位式刀片设计的，将 对置的精铣刀刃16B相互连接起来的端侧20B具有两个部分端侧。这 两个部分端侧以一个角γ(参看图7)向内下降地彼此相倾斜地设置。 这种倾斜的布置也特别可以从图7所示看出，此中只作为单侧转位式 刀片设计的刀头8按侧视图针对端侧20A、B加以绘示的。这里整体 的端侧20B是按角γ相对于垂直线而言朝向上侧30而倾斜的。在本 实施例中角γ为2°，最好在0.5°和5°之间的范围内。角γ总体上按一 个后角的性质设计的，端侧20B形成一个对于精铣刀刃16B的切削表 面。按图6所示的双侧转位工刀片，因此两个部分端侧从相对置的精 铣刀刃16B出发分别按角γ向内倾斜地加以布置，并在一个共同的中 线36上相遇。
精铣刀刃16B为了获得尽可能良好的切削效果，是作为刮刀-刀刃 设计的。在图2的放大示意图中，用一个圆所标示的局部在倒圆的刀 刃角17的范围内，从这个放大的图中可以看出：从精铣刀刃16A到 精铣刀刃16B的倒圆的过渡是由多个半径r1、r2组合而成的。于此， 朝着粗铣刀刃16A定向的半径r1比朝着精铣刀刃16B定向的半径r2 具有一个较小的值。通过这种措施，在加工工件时就能获得更好的表 面质量。
此外，如图8所示，与第二个半径r2相衔接的还有另一个很大的 半径r3。由大的直径r3所定义的弧线限定精铣刀刃16B的走向。这 就是说，精铣刀刃16B总体上说是弯曲或弧形延伸地构成。于此，视 用途之不同，半径r3处于500mm～300mm的范围内。由于这个很大 直径，即使在图8所示的放大示意图中，精铣刀刃16B也是作为一条 直线出现的。通过这种倒圆的设计结构，精铣刀刃16B的最高点针对 加工平面14而直接衔接到刀刃角17。随着离刀刃角17越来越远，精 铣刀刃16B离加工平面14亦越来越远，从而形成一个副刀刃-自由行 程△。因此，副刀刃-自由行程△便确定精铣刀刃16B和加工平面14 之间的一个距离。在本实施例中，副刀刃-自由行程△完全是由精铣刀 刃16B的弯曲走向所形成的。
刀头8原本在各附图中是结合作为刀具的平面铣刀2和结合一个 六角形基面加以描述的。原则上说，这样一种刀头也可用于其它刀具 类型，也可具有其它基本几何构形，例如8角形、10角形或12角形 的基面。
在加工一个工件的表面时，平面铣刀2一方面围绕其纵轴线和旋 转轴线旋转。针对图3所示，纸平面中的旋转轴线是处于一个水平线 之中的，也就是垂直于加工面14。与此同时，平面铣2沿着以箭头表 示的进给方向34(参看图2和3)平行于加工平面14地行进。在这一 运动过程中，经过粗铣刀刃16A连接地从工件的上侧切除材料。经过 粗铣刀刃16A粗加工过的工件表面直接地由同一个刀头8的相邻的精 铣刀刃16B进行精加工，在本实施例中通过其平行于加工平面14所 定位的取向在其总长度上都是有效的。这样就能实现一种非常有效率 的精加工，并达到被加工的工件的一种甚高的表面质量。
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