具有螺旋排屑槽的螺纹铣削工具
阅读：541发布：2020-05-12
专利汇可以提供具有螺旋排屑槽的螺纹铣削工具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且螺纹 铣具(10)具有一个近端柄部(14)和一个远端切削部(12)。切削部(12)包括至少一个螺纹 铣削 齿(20)，和围绕工具(10)的转动轴线(22)螺旋或盘旋定向的至少一个排屑槽(16)。螺纹铣具(10)的 螺旋 角 (26)至少为20°。当切削部(12)相对于 工件 运动时，切削部在工件中形成 内螺纹 或 外螺纹 。，下面是具有螺旋排屑槽的螺纹铣削工具专利的具体信息内容。
1、一种螺纹铣具，包括：
一个近端柄部；
一个远端切削部，该切削部包括至少一个螺纹铣削齿；和
在所述切削部上确定的至少一个螺旋定向的排屑槽，其中：所述螺旋 排屑槽是由至少为20°的螺旋角限定的。
2、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中切削部的直径沿着螺纹铣 具的至少一部分上的轴向逐渐减小。
3、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述切削部包括多个轴向 间隔的螺纹铣削齿。
4、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中在所述切削部中确定的螺 旋排屑槽不超过六个。
5、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述螺旋排屑槽是由小于 40°的螺旋角确定的。
6、根据权利要求2所述的螺纹铣具，其中所述螺旋排屑槽是由小于 40°的螺旋角确定的。
7、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述螺旋排屑槽是由小于 30°的螺旋角确定的。
8、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述柄部包括一个Weldon 柄。
9、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述柄部包括一个定位槽。
10、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中所述柄部可附加在一个装 置上以传送螺纹铣具，从而在工件上形成螺纹。
11、根据权利要求10所述的螺纹铣具，其中所述装置是由计算机进行 数字化控制的设备。
12、根据权利要求1所述的螺纹铣具，其中还包括穿过所述柄部和所 述切削部的一个孔，以将冷却剂引入所述切削部。
13、根据权利要求10所述的螺纹铣具，其中在工件上制作的螺纹符合 国际管螺纹标准。
技术领域
本发明涉及在金属工件或由其他材料构造的工件中铣削内螺纹或外螺 纹所用的一种切削工具。更具体地说，本发明涉及这样一种螺纹铣削工具， 即在工具的切削部分上具有一个或多个螺旋排屑槽。本发明可结合在螺纹 铣削工具上以铣削如直的或楔形螺纹。
背景技术
在工件的预钻孔中切制内螺纹或在工件的外周上切削外螺纹所用的螺 纹切削工具是已知的。这些螺纹铣削工具典型地被称为“螺纹铣具”。典 型的螺纹铣具具有一个柄部和一个螺纹切削部。与其他用于车螺纹的工具 如丝锥相比，螺纹铣具通常可制造高质量的螺纹工件。
螺纹铣具的螺纹切削部分可包括螺纹铣削齿和排屑槽。典型的螺纹铣 具可包括2-4个排屑槽，但对于某些尺寸和铣削应用来说，螺纹铣具可包括 4个以上的排屑槽。排屑槽可布置在螺纹铣具上，以提供切削刃并将在铣削 过程中产生的碎屑排出所铣削的螺纹孔。在螺纹铣具中确定的排屑槽可以 是直的，或采用右旋或左旋方向的盘旋或螺旋样式。直排屑槽通常与螺纹 铣具的纵轴线平行布置，并从切削部的端部开始沿着切削部延伸。螺旋或 盘旋排屑槽可由一个螺旋角来确定，并围绕螺纹铣具的外表面。正如此处 所应用的，螺旋角为介于切削工具的中轴线或与中轴线相平行的任何直线 与排屑槽之间的恒定角。本领域的普通技术人员可理解并可容易地确定特 定切削工具的螺旋角。
在螺纹铣具的切削部分中确定的螺旋排屑槽可对在螺纹操作中产生的 碎屑起到提升作用。该提升作用迫使碎屑通过排屑槽而被排出切削出的孔。 例如，当切削的孔带有键槽或其他中断时螺旋排屑槽也具有优势。排屑槽 的螺旋结构可使切削齿逐步接触所述中断，这样就可更平顺地进行切削且 承受较小的振动。
螺纹铣具的螺纹切削齿可构造成由ISO或NPT标准限定的螺纹形式，或 可具有其他任何的螺纹形状。所述螺纹切削齿的结构与在孔的内表面或工 件的外表面上形成的螺纹的结构互补。切削齿的排列通过在螺纹铣具的切 削部中确定的排屑槽而相互分离。
螺纹铣具的柄部可安装在例如铣削设备、多工序自动数字控制机床或 由计算机进行数字化控制的铣削设备的轴上。螺纹铣具通常应用在可沿着 三条轴线运动的设备上，这样可使螺纹铣具在操作中所需的螺旋路径中运 动。螺纹铣具围绕其纵轴线转动、围绕将被切削螺纹的工件的外周进行转 动，并且也相对于工件轴向运动。
多排屑槽式螺纹铣具的工作方式与车螺纹的丝锥的工作方式相似，但 是，在许多方面中它们的设计和操作不同。丝锥的操作基本上像一个钻孔 器一样，即它可被迅速插入工件中以形成螺纹。在丝锥的外侧直径上的螺 纹外形为螺旋形式，该螺旋形式的节距等于在工件上所需的螺纹的节距。 这样，当丝锥旋入工件中时，它实际上是被向前拉，因此，为将丝锥从一 个盲螺纹孔中撤出，通常必须改变丝锥的进给转动方向。典型的情况为， 必须利用两个或三个丝锥来产生一个完整的螺纹。但是，螺纹铣具是铣削 工具，当它们在工件中铣削螺纹时，它们可将材料以碎屑的形式除去。螺 纹铣具的直径通常小于将在工件中攻出的孔的直径。虽然螺纹的外形也是 根据螺纹铣具的外直径，这与丝锥相似，但是，螺纹相互呈线形布置而非 螺旋定向。因此，螺纹铣具必须被螺旋嵌入工件中以形成所需的螺旋螺纹。 在螺纹铣具的每个螺纹切削齿上均具有切削刃，在螺纹铣具的切削部上形 成有一个前倾角。
已知的螺纹铣具的例子包括在美国专利No.5,413,438和No.4,761,844中 披露的一种组合孔的制作和螺纹工具。组合孔的制作和螺纹工具布置有一 个较长的直基体，该直基体具有：在一端处的柄；一个钻孔部；沿着工具 的工作部的一个螺纹制作部分。工具的螺纹制作部分具有的最大直径等于 钻孔装置的最大直径，这样，在钻孔时螺纹制作部分可在不受干涉的情况 下进入孔中。工具的螺纹制作部可具有直的或螺旋布置的排屑槽。所述孔 由钻孔部形成，然后通过工具同时进行的转动、轴向运动和轨道运动的组 合而由螺纹制作部分制作螺纹。工具的轨道运动是工具的轴线围绕孔的中 心线进行的运动，即沿着一个圆进行运动，该圆的中心位于孔的中心线上。 组合工具的转动、轴向运动和轨道运动的组合在孔的内表面上制出内螺纹。
美国专利No.5,733,078提供了一种钻孔和螺纹铣具，其中，该工具的切 削部包括在外圆周表面上的螺纹铣削齿，还包括在工具的远端面上的一个 或多个端部切削刃。每个端部切削刃具有一个最大直径，该最大直径在长 度上介于同一工具上的螺纹铣削齿的较小直径和较大直径之间。该钻孔和 螺纹铣具可通过减小在产生的螺纹较大直径和工件边缘之间所需的最小壁 厚，来形成与工件的边缘接近的螺纹孔。
为使螺纹铣具有效运行，在工件中切削出一个孔时，必须有效地将在 铣削过程中产生的碎屑除去。碎屑截留或不能将碎屑有效除去，是动力消 耗增大、铣削螺纹的质量降低及工具磨损的一个主要原因。用于旋削盲孔 的螺纹铣具通常设计有排屑槽，这样就可将碎屑从孔中提升出去，或者， 如果在孔的底部布置有足够大的间隙，则可将碎屑推向切削工具的前部。 当切削工具的排屑槽的设计可通过排屑槽的提升作用将碎屑从孔中提升出 去时，将切削液引导入穿过工具内部通道的一个孔中也是很有用的。该液 流既可冷却工件和切削工具，又可帮助碎屑通过排屑槽而从孔中流出。通 过对常用螺纹铣具的排屑槽的设计进行改进，可增大铣削效率且提高螺纹 质量。
因此，为螺纹铣具提供一种改进的设计是很有利的，它可更有效地将 在铣削过程中产生的碎屑输送出去。通过这种方式，可提高铣削工作的效 率，且可提高所制作的螺纹的质量。
螺纹铣具的螺纹切削部分可包括螺纹铣削齿和排屑槽。典型的螺纹铣 具可包括2-4个排屑槽，但对于某些尺寸和铣削应用来说，螺纹铣具可包括 4个以上的排屑槽。排屑槽可布置在螺纹铣具上，以提供切削刃并将在铣削 过程中产生的碎屑排出所铣削的螺纹孔。在螺纹铣具中确定的排屑槽可以 是直的，或采用右旋或左旋方向的盘旋或螺旋样式。直排屑槽通常与螺纹 铣具的纵轴线平行布置，并从切削部的端部开始沿着切削部延伸。螺旋或 盘旋排屑槽可由一个螺旋角来确定，并围绕螺纹铣具的外表面。正如此处 所应用的，螺旋角为介于切削工具的中轴线或与中轴线相平行的任何直线 与排屑槽之间的恒定角。本领域的普通技术人员可理解并可容易地确定特 定切削工具的螺旋角。
在螺纹铣具的切削部分中确定的螺旋排屑槽可对在螺纹操作中产生的 碎屑起到提升作用。该提升作用迫使碎屑通过排屑槽而被排出切削出的孔。 例如，当切削的孔带有键槽或其他中断时螺旋排屑槽也具有优势。排屑槽 的螺旋结构可使切削齿逐步接触所述中断，这样就可更平顺地进行切削且 承受较小的振动。
螺纹铣具的螺纹切削齿可构造成由ISO或NPT标准限定的螺纹形式，或 可具有其他任何的螺纹形状。所述螺纹切削齿的结构与在孔的内表面或工 件的外表面上形成的螺纹的结构互补。切削齿的排列通过在螺纹铣具的切 削部中确定的排屑槽而相互分离。
螺纹铣具的柄部可安装在例如铣削设备、多工序自动数字控制机床或 由计算机进行数字化控制的铣削设备的轴上。螺纹铣具通常应用在可沿着 三条轴线运动的设备上，这样可使螺纹铣具在操作中所需的螺旋路径中运 动。螺纹铣具围绕其纵轴线转动、围绕将被切削螺纹的工件的外周进行转 动，并且也相对于工件轴向运动。
多排屑槽式螺纹铣具的工作方式与车螺纹的丝锥的工作方式相似，但 是，在许多方面中它们的设计和操作不同。丝锥的操作基本上像一个钻孔 器一样，即它可被迅速插入工件中以形成螺纹。在丝锥的外侧直径上的螺 纹外形为螺旋形式，该螺旋形式的节距等于在工件上所需的螺纹的节距。 这样，当丝锥旋入工件中时，它实际上是被向前拉，因此，为将丝锥从一 个盲螺纹孔中撤出，通常必须改变丝锥的进给转动方向。典型的情况为， 必须利用两个或三个丝锥来产生一个完整的螺纹。但是，螺纹铣具是铣削 工具，当它们在工件中铣削螺纹时，它们可将材料以碎屑的形式除去。螺 纹铣具的直径通常小于将在工件中攻出的孔的直径。虽然螺纹的外形也是 根据螺纹铣具的外直径，这与丝锥相似，但是，螺纹相互呈线形布置而非 螺旋定向。因此，螺纹铣具必须被螺旋嵌入工件中以形成所需的螺旋螺纹。 在螺纹铣具的每个螺纹切削齿上均具有切削刃，在螺纹铣具的切削部上形 成有一个前倾角。
已知的螺纹铣具的例子包括在美国专利No.5,413,438和No.4,761,844中 披露的一种组合孔的制作和螺纹工具。组合孔的制作和螺纹工具布置有一 个较长的直基体，该直基体具有：在一端处的柄；一个钻孔部；沿着工具 的工作部的一个螺纹制作部分。工具的螺纹制作部分具有的最大直径等于 钻孔装置的最大直径，这样，在钻孔时螺纹制作部分可在不受干涉的情况 下进入孔中。工具的螺纹制作部可具有直的或螺旋布置的排屑槽。所述孔 由钻孔部形成，然后通过工具同时进行的转动、轴向运动和轨道运动的组 合而由螺纹制作部分制作螺纹。工具的轨道运动是工具的轴线围绕孔的中 心线进行的运动，即沿着一个圆进行运动，该圆的中心位于孔的中心线上。 组合工具的转动、轴向运动和轨道运动的组合在孔的内表面上制出内螺纹。
美国专利No.5,733,078提供了一种钻孔和螺纹铣具，其中，该工具的切 削部包括在外圆周表面上的螺纹铣削齿，还包括在工具的远端面上的一个 或多个端部切削刃。每个端部切削刃具有一个最大直径，该最大直径在长 度上介于同一工具上的螺纹铣削齿的较小直径和较大直径之间。该钻孔和 螺纹铣具可通过减小在产生的螺纹较大直径和工件边缘之间所需的最小壁 厚，来形成与工件的边缘接近的螺纹孔。
为使螺纹铣具有效运行，在工件中切削出一个孔时，必须有效地将在 铣削过程中产生的碎屑除去。碎屑截留或不能将碎屑有效除去，是动力消 耗增大、铣削螺纹的质量降低及工具磨损的一个主要原因。用于旋削盲孔 的螺纹铣具通常设计有排屑槽，这样就可将碎屑从孔中提升出去，或者， 如果在孔的底部布置有足够大的间隙，则可将碎屑推向切削工具的前部。 当切削工具的排屑槽的设计可通过排屑槽的提升作用将碎屑从孔中提升出 去时，将切削液引导入穿过工具内部通道的一个孔中也是很有用的。该液 流既可冷却工件和切削工具，又可帮助碎屑通过排屑槽而从孔中流出。通 过对常用螺纹铣具的排屑槽的设计进行改进，可增大铣削效率且提高螺纹 质量。
因此，为螺纹铣具提供一种改进的设计是很有利的，它可更有效地将 在铣削过程中产生的碎屑输送出去。通过这种方式，可提高铣削工作的效 率，且可提高所制作的螺纹的质量。
发明内容
本发明提供了一种在工件中产生内螺纹和/或外螺纹的改进的螺纹铣 具。本发明的螺纹铣具包括一个近端的柄部和一个远端的切削部。螺纹铣 具的切削部包括至少一个螺纹铣削齿。在切削部中确定了至少一个螺旋方 位的排屑槽。在切削部中确定的排屑槽的螺旋角大于或等于20°。
根据本发明的螺纹铣具还可包括在切削部上确定的一个楔形区域，其 中，切削部的直径沿着螺纹铣具的至少一部分的轴向逐渐缩减。所述近端 柄部可附加在一个装置上，所述装置可为例如一个铣削设备、加工中心、 一个多工序自动数字控制机床或一个具有铣削能力而由计算机进行数字化 控制的车床，该装置可沿着一个螺旋插入路径传送工具以形成所需的螺纹。 当切削部相对于工件运动时，它可在工件中形成内螺纹或外螺纹。
相对于现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具来说，本发明的螺纹铣具在 螺纹形成过程中提高了铣削性能，现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具的排 屑槽具有较小的螺旋角。本发明的螺纹铣具形成了更精确的螺纹参数和螺 纹外形，因而可进行更平顺的铣削加工，包括产生更平滑的碎屑，该螺纹 铣具还可在螺纹孔上产生一般更平滑的表面。本发明的螺纹铣具的改进性 能，可减小所需的切削力及在螺纹铣削过程中产生的振动，因此，这样就 可延长工具的寿命，且增大了螺纹铣具在铣削过程中脱落碎屑的倾向。
附图说明
参照附图可对本发明的特征和优点进行更好的理解，其中：
图1为根据本发明构造的螺纹铣具的一个实施例的透视图；
图2为图1中显示的螺纹铣具的端部视图，该图中显示了由螺纹铣具的 切削部上的螺纹前缘形成的前倾角；
图3为图1中的区域III的总体放大视图，该图中显示了图1中所示的螺纹 铣具的螺纹的终端区域的楔形角；
图4a和4b为利用根据本发明构造的螺纹铣具在AISI型304不锈钢中铣削 孔的过程中产生的碎屑的照片，根据本发明构造的螺纹铣具的排屑槽具有 约为30°的螺旋角；
图5a和5b为利用Schmarje Tool Company的HTM490-14NPT型楔形螺旋 排屑槽螺纹铣具，在AISI型304不锈钢中铣削孔的过程中产生的碎屑的照 片，该铣削工具的排屑槽具有约为10°的螺旋角；
图6a和6b为利用Scientific Cutting Tools的TM430-14NPT-HC楔形螺旋排 屑槽螺纹铣削工具，在AISI型304不锈钢中旋削孔的过程中产生的碎屑的照 片，该铣削工具的排屑槽具有约为15°的螺旋角；
图7显示了利用现有技术中的螺纹铣具和根据本发明所构造的螺纹铣具 铣削的螺纹孔，相对于所需尺寸的螺纹孔的变化情况。
根据本发明的螺纹铣具还可包括在切削部上确定的一个楔形区域，其 中，切削部的直径沿着螺纹铣具的至少一部分的轴向逐渐缩减。所述近端 柄部可附加在一个装置上，所述装置可为例如一个铣削设备、加工中心、 一个多工序自动数字控制机床或一个具有铣削能力而由计算机进行数字化 控制的车床，该装置可沿着一个螺旋插入路径传送工具以形成所需的螺纹。 当切削部相对于工件运动时，它可在工件中形成内螺纹或外螺纹。
相对于现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具来说，本发明的螺纹铣具在 螺纹形成过程中提高了铣削性能，现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具的排 屑槽具有较小的螺旋角。本发明的螺纹铣具形成了更精确的螺纹参数和螺 纹外形，因而可进行更平顺的铣削加工，包括产生更平滑的碎屑，该螺纹 铣具还可在螺纹孔上产生一般更平滑的表面。本发明的螺纹铣具的改进性 能，可减小所需的切削力及在螺纹铣削过程中产生的振动，因此，这样就 可延长工具的寿命，且增大了螺纹铣具在铣削过程中脱落碎屑的倾向。
附图说明
参照附图可对本发明的特征和优点进行更好的理解，其中：
图1为根据本发明构造的螺纹铣具的一个实施例的透视图；
图2为图1中显示的螺纹铣具的端部视图，该图中显示了由螺纹铣具的 切削部上的螺纹前缘形成的前倾角；
图3为图1中的区域III的总体放大视图，该图中显示了图1中所示的螺纹 铣具的螺纹的终端区域的楔形角；
图4a和4b为利用根据本发明构造的螺纹铣具在AISI型304不锈钢中铣削 孔的过程中产生的碎屑的照片，根据本发明构造的螺纹铣具的排屑槽具有 约为30°的螺旋角；
图5a和5b为利用Schmarje Tool Company的HTM490-14NPT型楔形螺旋 排屑槽螺纹铣具，在AISI型304不锈钢中铣削孔的过程中产生的碎屑的照 片，该铣削工具的排屑槽具有约为10°的螺旋角；
图6a和6b为利用Scientific Cutting Tools的TM430-14NPT-HC楔形螺旋排 屑槽螺纹铣削工具，在AISI型304不锈钢中旋削孔的过程中产生的碎屑的照 片，该铣削工具的排屑槽具有约为15°的螺旋角；
图7显示了利用现有技术中的螺纹铣具和根据本发明所构造的螺纹铣具 铣削的螺纹孔，相对于所需尺寸的螺纹孔的变化情况。
具体实施方式
本发明涉及一种在金属工件或其他工件中制造内螺纹或外螺纹的螺纹 铣具或“螺纹铣刀”，该螺纹铣具对现有技术中的螺纹铣具的性能作了改 进。图1中显示了根据本发明构造的螺纹铣具的一个实施例，图中通常以参 考数字10来指示该螺纹铣具。螺纹铣具10适于在工件的孔中制作内螺纹， 将在下文中描述的工具的螺旋排屑槽同时对碎屑产生提升作用，从而将全 部碎屑或其一部分通过排屑槽从旋削的孔中强制排出。螺纹铣具10可利用 硬质合金材料制造或利用其他任何适当的材料制造。所述的其他任何适当 材料可包括例如高速钢、弹簧钢、具有钢芯的硬质合金材料、工具钢或烧 结钢。就如在本领域中所公知的那样，可用来构造螺纹铣具10的其他材料 对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，特殊材料的适用性至少部 分根据对螺纹铣具的应用。
螺纹铣具10包括一个切削部12和一个柄部14。切削部具有楔形的设计 形状且包括多个排屑槽16。就如本领域中所公知的那样，利用切削部的楔 形设计形状在工件的孔的至少一部分中制造楔形螺纹。切削部的具体楔形 参数可利用国际管螺纹(National Pipe Thread)或其他工业标准来确定。构造 的螺纹铣具10的柄部14可将螺纹铣具10适当地安装在加工工具如铣削设备 或多工序自动数字控制机床的轴上。在柄部14上可布置一个定位槽如定位 槽18，以保证螺纹铣具10是以正确的方位安装在加工工具的轴上。柄部14 可具有标准的设计形状如一个Weldon柄，以保证工具改变之后的铣削操作 的一致性。切削部12包括切削螺纹或齿20的多个翼坡，所述翼坡通过排屑 槽16相互分离。排屑槽16相对于螺纹铣具10的中间转动轴线22螺旋定位。 螺旋排屑槽16和切削齿20的结构可使齿的各个翼坡布置在从切削部12的终 端24朝着柄部14的方向中相对于螺纹铣具10的中间转动轴线螺旋定位。螺 旋排屑槽16形成一个螺旋角例如角26，该螺旋角是处于螺纹铣具10的中轴 线22或与中轴线相平行的一条直线和排屑槽16之间的夹角。
切削齿20的翼坡的构造用于描绘几个螺纹形式28，所述螺纹形式可具 有通过ISO或其它标准限定的不同构造。每个螺纹形式28均限定了一个前倾 角，在图2中为角30，且限定了一个楔形角，在图3中为角32。参考图3，螺 纹铣具10的楔形角32通过连续减小工具10的中轴线22和各个切削齿20的齿 顶之间的距离来确定的，逐渐接近螺纹铣具10的终端24。
因此，螺纹铣具10是由硬质合金材料制成的且具有楔形构造，并且具 有围绕螺纹铣具的切削部而确定的螺旋排屑槽。就如将在下文中进一步描 述的那样，螺纹铣具10包括一个新颖的螺旋角，相对于具有直排屑槽(即排 屑槽与工具的中轴线基本平行或具有0°的螺旋角)的螺纹铣具，和包括限定 一常用螺旋角的螺旋排屑槽的螺纹铣具来说，该新颖的螺旋角产生了明显 的改进。特别地，本发明的螺纹铣具10的螺旋角大于已知的螺旋排屑式螺 纹铣具的螺旋角，已知的螺旋排屑式螺纹铣具的螺旋角小于20°。本发明的 增大的螺旋角在螺纹被铣削入工件时产生了提高的加工性能。提高的加工 性能是通过对碎屑的良好控制、对碎屑进行较好清除、更平顺的铣削、更 长的工具使用寿命、动力消耗的降低和在铣削工件上产生的提高质量的螺 纹来体现的。与以工业标准确定的“理想”螺纹作对照，与利用现有的螺 纹铣具制作的螺纹相比，利用本发明的螺纹铣具制作的螺纹的变化更小。
在根据本发明构造的螺纹铣具上布置的螺旋定向的排屑槽的数目，可 为任何适当的数目，优选2-6个。设置的排屑槽的实际数目主要根据螺纹 铣具的直径和其应用而定。如上所述，本发明的螺纹铣具的楔形角可从0°(不 倾斜)增大至任何适当的锥度。优选的情况为：根据本发明构造的螺纹铣具 具有楔形构造且所具有的楔形角不超过5°。当然，适当的楔形角根据将被 制作的螺纹的规格而定，这种规格对于螺纹铣削领域的普通技术人员来说 是公知的。如上所述，顶部前倾角可具有本领域中已知的任何适当的前倾 角度，优选从10°至35°。所述螺纹形式可为任何适当的设计形状，这些设计 形状中的许多形状是在工业规格中确定的，包括BSPT、NPT、NPTF规格， 所有这些设计形状均为ISO标准。
根据本发明构造的螺纹铣具的螺旋角可具有大于或等于20°的任何适当 角度。优选的情况为：螺旋角在20°-40°的范围之内。
在切削过程中，螺纹铣具围绕其中轴线同时转动，并从被铣削的工件 朝着铣削碎屑轴向移动。利用螺纹铣具形成螺纹的过程对于本领域的技术 人员来说是已知的，为此原因，在此不再对其进行详细描述。作为一个例 子，本发明的螺纹铣具可如在美国专利No.5,098,232中所述的那样操作以在 工件中形成螺纹。美国专利No.5,098,232所披露的全部内容在此作为参考而 结合使用。现有技术中的螺纹铣具的设计将楔形角与螺旋定向的排屑槽组 合在一起。现有技术中的这种设计包括Schmarje Tool Company，Muscatine， Iowa和Scientfic Cutting Tools，Inc.，Simi Valley，Califormia生产的市场上的 螺纹铣具。但是，现有技术中的这种螺纹铣具的设计将螺旋排屑槽与一个 小于20°的相对较小的螺旋角结合在一起。迄今为止还没有制造出所具有的 螺旋角大于20°的螺纹铣具。这种工具还没有被制造出来的一个原因是：人 们通常认为这种工具不能制作成具有精确的螺纹形状构造。但是，就如本 文中所显示的那样，本发明的螺纹铣具可出乎意料地制作成高质量的螺纹， 该工具的使用寿命超过现有技术中的螺纹铣具的使用寿命。
本发明人通过分析和试验已发现：根据本发明构造的螺纹铣具在提高 对碎屑的控制和清除、延长工具的使用寿命、降低切削的动力损耗和改进 螺纹质量等方面提供了良好的加工性能，该螺纹铣具结合了由一个螺旋角 限定的排屑槽，所述的螺旋角大于现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具的螺 旋角。由根据本发明构造的螺纹铣具所产生的优点，是通过将现有技术中 的螺纹铣具的性能特征与根据本发明构造的楔形螺旋排屑槽式螺纹铣具的 性能特征进行对比而实验性证明的。在本发明中检测过的螺纹铣具的螺纹 形式具有约为30°的螺旋角，制成14个NPT螺纹。被检测的螺纹铣具与图1- 3中通常显示的螺纹铣具是一致的。这种比较是通过与Schmarje Tool Company的HTM490-14NPT楔形螺旋排屑槽硬质合金螺纹铣具，和与 Scientific Cutting Tools公司的TM430-14NPT-HC楔形螺旋排屑槽硬质合 金螺纹铣具进行对比进行的。检测的三种螺纹铣具具有相同ISO标准的 14NPT螺旋形式。通过在20马力下采用Fadal Mill Model 906-1铣具而在AISI 型304不锈钢工件的孔中形成内螺纹，从而对三种工具进行检测，铣削条件 如下：切削速度266.1英尺/分钟；轴转速1637转/分钟；工件的线性移动速 度20.05英寸/分钟；进给速率0.0031英寸/转。
收集碎屑样品以评定利用三种不同的铣具形成的碎屑的质量。图4a和 图4b为利用根据本发明构造的螺纹铣具在不锈钢工件中铣削孔时所收集的 碎屑的照片。图5a-b和图6a-b分别为利用Schmarje Tool Company螺纹铣 具和Scientfic Cutting Tools的螺纹铣具在不锈钢工件中铣削孔时所收集的碎 屑的照片。图4至图6中的所有这些照片均以47X的倍率放大。利用本发明的 螺纹铣具产生的碎屑明显比利用现有技术的螺纹铣具产生的碎屑要平滑。 碎屑的更平滑的形式显示出：本发明的螺纹铣具可更平顺地进行铣削操作 从而降低了动力消耗、使铣削变得更稳定、延长了工具的使用寿命并改善 了螺纹的形式。
图7显示了利用三种螺纹铣具产生的螺纹的质量变化情况。在AISI型304 不锈钢工件中制作了系列的三组孔，每组10个孔。利用三种螺纹铣具中的 每一种来铣削出不同的一组共10个孔。利用每种类型的一个螺纹铣具来螺 旋切削每一组中的所有10个孔，而不对三个螺纹铣具中的任一个进行工具 补偿。换句话说，对于每种工具均利用同样的设置和铣削参数。然后将标 准的14-NPT塞杆旋入每个螺纹孔中，对从塞杆的顶部至工件的顶表面的 高度进行测量。塞杆不能被完全旋入螺纹孔中，以便与孔顶平齐，指示出 在螺纹孔的尺寸中具有不希望的变化。
对由塞杆的检测过程所指示的相对于所需要的螺纹形式的变化进行比 较。图7中所示的曲线代表了在利用每个螺纹铣具所铣削的10个孔的每一个 孔中所经历的尺寸变化。铣削10个螺纹孔的过程是由图中的水平轴线来指 示的，即利用每种工具铣削从第一至第十个螺旋孔。塞杆在螺旋孔中的最 终的深度变化是在图中的垂直轴线上指示出来的。从图7中可看到：螺纹孔 的尺寸变化程度通常随着所铣削的孔的增多而增大，这可显示出工具的磨 损或螺纹表面变粗糙。图7中示意性地显示出根据本发明构造的螺纹铣具在 螺纹孔中产生了非常小的尺寸变化，实际上在前面的6个孔中产生了非常微 小的尺寸变化或几乎没有尺寸变化。相反，Schmarje Tool Company的螺纹 铣具和Scientific Cutting Tools的螺纹铣具在铣削的孔中产生了非常大的尺寸 变化。从图中可看到：利用现有技术中的工具仅在第一孔之后在所铣削的 孔中产生的不希望有的尺寸变化就变得很明显。应认识到：与现有技术中 的认识相反，根据本发明构造的工具的较大的螺旋角改进了碎屑的形成和 排除，且普遍地改进了螺旋铣削性能，如降低了刀具的磨损、工件的螺纹 表面变得更平滑，并极大地提高了所制作的螺纹的质量。
在加工检测过程中，已发现：相对于根据本发明构造的工具来说，利 用现有技术中的螺纹铣具在铣削过程中产生了声调很高的响声。就如在铣 削领域中所公知的那样，声调很高的响声就代表着切削加工粗糙、工具产 生偏差及螺纹变形，因此，利用本发明的螺纹铣具可以较低的功量消耗而 更有效地从铣削的孔中铣出材料。
还可观察到：相对于利用现有技术的工具制作的铣削孔来说，可以更 容易且更平顺的将塞杆移动旋入利用本发明的工具制作的铣削孔中。这就 显示出利用本发明的工具制作的螺纹比利用现有技术中的工具制作的螺纹 更良好。还应认识到：根据本发明构造的工具排屑槽的较大螺旋角可进行 更有效的碎屑清除，且在不与被滞留在工件孔中的碎屑发生干涉的情况下 形成螺纹。
图7中所示的铣削的孔尺寸变化显示出：本发明的螺纹铣具设计的几何 形状可产生更好的铣削性能，其包括：更一致的螺纹尺寸和更精确的螺纹 构形，并且还使铣削加工变得更平顺而产生形状更平滑的碎屑，以及在铣 削孔上产生更平滑的表面。由根据本发明构造的工具所产生的良好的铣削 性能将提高螺纹连接的质量、降低在螺纹铣削过程中所需的切削力、延长 工具的寿命以及减小在铣削加工过程中在工具上进行边缘碎屑的倾向。在 对比的结果中显示的本发明的工具的优越性是没有预料到的且是显著的。
应认识到：上述内容显示的本发明的那些方面是为使人们对本发明进 行清楚的理解。因此，为了简化对本发明的描述，本申请中没有提供对本 领域的普通技术人员来说是明显的但不利于对本发明进行较好理解的一些 方面。虽然上文中结合一些实施例对本发明进行了描述，但应认识到本领 域的普通技术人员在前述内容的基础上可对本发明进行多种变更和改变。 对本发明所作的所有这些变更和改变均被上述的内容和附加的权利要求所 覆盖。具体地说，虽然本申请中只提供了本发明的一个螺旋角约为30度的 实施例，但应认识到：本发明中的螺纹铣具包括大于20度的任何适当的螺 旋角，这些适当的螺旋角均由下面的权利要求书提供并包含在权利要求书 中。
螺纹铣具10包括一个切削部12和一个柄部14。切削部具有楔形的设计 形状且包括多个排屑槽16。就如本领域中所公知的那样，利用切削部的楔 形设计形状在工件的孔的至少一部分中制造楔形螺纹。切削部的具体楔形 参数可利用国际管螺纹(National Pipe Thread)或其他工业标准来确定。构造 的螺纹铣具10的柄部14可将螺纹铣具10适当地安装在加工工具如铣削设备 或多工序自动数字控制机床的轴上。在柄部14上可布置一个定位槽如定位 槽18，以保证螺纹铣具10是以正确的方位安装在加工工具的轴上。柄部14 可具有标准的设计形状如一个Weldon柄，以保证工具改变之后的铣削操作 的一致性。切削部12包括切削螺纹或齿20的多个翼坡，所述翼坡通过排屑 槽16相互分离。排屑槽16相对于螺纹铣具10的中间转动轴线22螺旋定位。 螺旋排屑槽16和切削齿20的结构可使齿的各个翼坡布置在从切削部12的终 端24朝着柄部14的方向中相对于螺纹铣具10的中间转动轴线螺旋定位。螺 旋排屑槽16形成一个螺旋角例如角26，该螺旋角是处于螺纹铣具10的中轴 线22或与中轴线相平行的一条直线和排屑槽16之间的夹角。
切削齿20的翼坡的构造用于描绘几个螺纹形式28，所述螺纹形式可具 有通过ISO或其它标准限定的不同构造。每个螺纹形式28均限定了一个前倾 角，在图2中为角30，且限定了一个楔形角，在图3中为角32。参考图3，螺 纹铣具10的楔形角32通过连续减小工具10的中轴线22和各个切削齿20的齿 顶之间的距离来确定的，逐渐接近螺纹铣具10的终端24。
因此，螺纹铣具10是由硬质合金材料制成的且具有楔形构造，并且具 有围绕螺纹铣具的切削部而确定的螺旋排屑槽。就如将在下文中进一步描 述的那样，螺纹铣具10包括一个新颖的螺旋角，相对于具有直排屑槽(即排 屑槽与工具的中轴线基本平行或具有0°的螺旋角)的螺纹铣具，和包括限定 一常用螺旋角的螺旋排屑槽的螺纹铣具来说，该新颖的螺旋角产生了明显 的改进。特别地，本发明的螺纹铣具10的螺旋角大于已知的螺旋排屑式螺 纹铣具的螺旋角，已知的螺旋排屑式螺纹铣具的螺旋角小于20°。本发明的 增大的螺旋角在螺纹被铣削入工件时产生了提高的加工性能。提高的加工 性能是通过对碎屑的良好控制、对碎屑进行较好清除、更平顺的铣削、更 长的工具使用寿命、动力消耗的降低和在铣削工件上产生的提高质量的螺 纹来体现的。与以工业标准确定的“理想”螺纹作对照，与利用现有的螺 纹铣具制作的螺纹相比，利用本发明的螺纹铣具制作的螺纹的变化更小。
在根据本发明构造的螺纹铣具上布置的螺旋定向的排屑槽的数目，可 为任何适当的数目，优选2-6个。设置的排屑槽的实际数目主要根据螺纹 铣具的直径和其应用而定。如上所述，本发明的螺纹铣具的楔形角可从0°(不 倾斜)增大至任何适当的锥度。优选的情况为：根据本发明构造的螺纹铣具 具有楔形构造且所具有的楔形角不超过5°。当然，适当的楔形角根据将被 制作的螺纹的规格而定，这种规格对于螺纹铣削领域的普通技术人员来说 是公知的。如上所述，顶部前倾角可具有本领域中已知的任何适当的前倾 角度，优选从10°至35°。所述螺纹形式可为任何适当的设计形状，这些设计 形状中的许多形状是在工业规格中确定的，包括BSPT、NPT、NPTF规格， 所有这些设计形状均为ISO标准。
根据本发明构造的螺纹铣具的螺旋角可具有大于或等于20°的任何适当 角度。优选的情况为：螺旋角在20°-40°的范围之内。
在切削过程中，螺纹铣具围绕其中轴线同时转动，并从被铣削的工件 朝着铣削碎屑轴向移动。利用螺纹铣具形成螺纹的过程对于本领域的技术 人员来说是已知的，为此原因，在此不再对其进行详细描述。作为一个例 子，本发明的螺纹铣具可如在美国专利No.5,098,232中所述的那样操作以在 工件中形成螺纹。美国专利No.5,098,232所披露的全部内容在此作为参考而 结合使用。现有技术中的螺纹铣具的设计将楔形角与螺旋定向的排屑槽组 合在一起。现有技术中的这种设计包括Schmarje Tool Company，Muscatine， Iowa和Scientfic Cutting Tools，Inc.，Simi Valley，Califormia生产的市场上的 螺纹铣具。但是，现有技术中的这种螺纹铣具的设计将螺旋排屑槽与一个 小于20°的相对较小的螺旋角结合在一起。迄今为止还没有制造出所具有的 螺旋角大于20°的螺纹铣具。这种工具还没有被制造出来的一个原因是：人 们通常认为这种工具不能制作成具有精确的螺纹形状构造。但是，就如本 文中所显示的那样，本发明的螺纹铣具可出乎意料地制作成高质量的螺纹， 该工具的使用寿命超过现有技术中的螺纹铣具的使用寿命。
本发明人通过分析和试验已发现：根据本发明构造的螺纹铣具在提高 对碎屑的控制和清除、延长工具的使用寿命、降低切削的动力损耗和改进 螺纹质量等方面提供了良好的加工性能，该螺纹铣具结合了由一个螺旋角 限定的排屑槽，所述的螺旋角大于现有技术中的螺旋排屑式螺纹铣具的螺 旋角。由根据本发明构造的螺纹铣具所产生的优点，是通过将现有技术中 的螺纹铣具的性能特征与根据本发明构造的楔形螺旋排屑槽式螺纹铣具的 性能特征进行对比而实验性证明的。在本发明中检测过的螺纹铣具的螺纹 形式具有约为30°的螺旋角，制成14个NPT螺纹。被检测的螺纹铣具与图1- 3中通常显示的螺纹铣具是一致的。这种比较是通过与Schmarje Tool Company的HTM490-14NPT楔形螺旋排屑槽硬质合金螺纹铣具，和与 Scientific Cutting Tools公司的TM430-14NPT-HC楔形螺旋排屑槽硬质合 金螺纹铣具进行对比进行的。检测的三种螺纹铣具具有相同ISO标准的 14NPT螺旋形式。通过在20马力下采用Fadal Mill Model 906-1铣具而在AISI 型304不锈钢工件的孔中形成内螺纹，从而对三种工具进行检测，铣削条件 如下：切削速度266.1英尺/分钟；轴转速1637转/分钟；工件的线性移动速 度20.05英寸/分钟；进给速率0.0031英寸/转。
收集碎屑样品以评定利用三种不同的铣具形成的碎屑的质量。图4a和 图4b为利用根据本发明构造的螺纹铣具在不锈钢工件中铣削孔时所收集的 碎屑的照片。图5a-b和图6a-b分别为利用Schmarje Tool Company螺纹铣 具和Scientfic Cutting Tools的螺纹铣具在不锈钢工件中铣削孔时所收集的碎 屑的照片。图4至图6中的所有这些照片均以47X的倍率放大。利用本发明的 螺纹铣具产生的碎屑明显比利用现有技术的螺纹铣具产生的碎屑要平滑。 碎屑的更平滑的形式显示出：本发明的螺纹铣具可更平顺地进行铣削操作 从而降低了动力消耗、使铣削变得更稳定、延长了工具的使用寿命并改善 了螺纹的形式。
图7显示了利用三种螺纹铣具产生的螺纹的质量变化情况。在AISI型304 不锈钢工件中制作了系列的三组孔，每组10个孔。利用三种螺纹铣具中的 每一种来铣削出不同的一组共10个孔。利用每种类型的一个螺纹铣具来螺 旋切削每一组中的所有10个孔，而不对三个螺纹铣具中的任一个进行工具 补偿。换句话说，对于每种工具均利用同样的设置和铣削参数。然后将标 准的14-NPT塞杆旋入每个螺纹孔中，对从塞杆的顶部至工件的顶表面的 高度进行测量。塞杆不能被完全旋入螺纹孔中，以便与孔顶平齐，指示出 在螺纹孔的尺寸中具有不希望的变化。
对由塞杆的检测过程所指示的相对于所需要的螺纹形式的变化进行比 较。图7中所示的曲线代表了在利用每个螺纹铣具所铣削的10个孔的每一个 孔中所经历的尺寸变化。铣削10个螺纹孔的过程是由图中的水平轴线来指 示的，即利用每种工具铣削从第一至第十个螺旋孔。塞杆在螺旋孔中的最 终的深度变化是在图中的垂直轴线上指示出来的。从图7中可看到：螺纹孔 的尺寸变化程度通常随着所铣削的孔的增多而增大，这可显示出工具的磨 损或螺纹表面变粗糙。图7中示意性地显示出根据本发明构造的螺纹铣具在 螺纹孔中产生了非常小的尺寸变化，实际上在前面的6个孔中产生了非常微 小的尺寸变化或几乎没有尺寸变化。相反，Schmarje Tool Company的螺纹 铣具和Scientific Cutting Tools的螺纹铣具在铣削的孔中产生了非常大的尺寸 变化。从图中可看到：利用现有技术中的工具仅在第一孔之后在所铣削的 孔中产生的不希望有的尺寸变化就变得很明显。应认识到：与现有技术中 的认识相反，根据本发明构造的工具的较大的螺旋角改进了碎屑的形成和 排除，且普遍地改进了螺旋铣削性能，如降低了刀具的磨损、工件的螺纹 表面变得更平滑，并极大地提高了所制作的螺纹的质量。
在加工检测过程中，已发现：相对于根据本发明构造的工具来说，利 用现有技术中的螺纹铣具在铣削过程中产生了声调很高的响声。就如在铣 削领域中所公知的那样，声调很高的响声就代表着切削加工粗糙、工具产 生偏差及螺纹变形，因此，利用本发明的螺纹铣具可以较低的功量消耗而 更有效地从铣削的孔中铣出材料。
还可观察到：相对于利用现有技术的工具制作的铣削孔来说，可以更 容易且更平顺的将塞杆移动旋入利用本发明的工具制作的铣削孔中。这就 显示出利用本发明的工具制作的螺纹比利用现有技术中的工具制作的螺纹 更良好。还应认识到：根据本发明构造的工具排屑槽的较大螺旋角可进行 更有效的碎屑清除，且在不与被滞留在工件孔中的碎屑发生干涉的情况下 形成螺纹。
图7中所示的铣削的孔尺寸变化显示出：本发明的螺纹铣具设计的几何 形状可产生更好的铣削性能，其包括：更一致的螺纹尺寸和更精确的螺纹 构形，并且还使铣削加工变得更平顺而产生形状更平滑的碎屑，以及在铣 削孔上产生更平滑的表面。由根据本发明构造的工具所产生的良好的铣削 性能将提高螺纹连接的质量、降低在螺纹铣削过程中所需的切削力、延长 工具的寿命以及减小在铣削加工过程中在工具上进行边缘碎屑的倾向。在 对比的结果中显示的本发明的工具的优越性是没有预料到的且是显著的。
应认识到：上述内容显示的本发明的那些方面是为使人们对本发明进 行清楚的理解。因此，为了简化对本发明的描述，本申请中没有提供对本 领域的普通技术人员来说是明显的但不利于对本发明进行较好理解的一些 方面。虽然上文中结合一些实施例对本发明进行了描述，但应认识到本领 域的普通技术人员在前述内容的基础上可对本发明进行多种变更和改变。 对本发明所作的所有这些变更和改变均被上述的内容和附加的权利要求所 覆盖。具体地说，虽然本申请中只提供了本发明的一个螺旋角约为30度的 实施例，但应认识到：本发明中的螺纹铣具包括大于20度的任何适当的螺 旋角，这些适当的螺旋角均由下面的权利要求书提供并包含在权利要求书 中。
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