铣刀、用于铣刀的刀片以及整体刀片

摘要

本发明涉及一种设计用于去屑加工的铣刀，其包括可绕几何中心轴线旋转的本体和多个在外周上间隔开的可拆卸的刀片，所述刀片分别固定在邻接在本体中形成的切屑通道的刀片座中，各个刀片具有至少一个刀刃(19)，所述刀刃(19)形成在刀片顶侧上的切屑表面与沿刀片外周侧的间隙表面之间，刀具几何形状明显为正的，以便使各个刀片座布置成将各个刀片固定在一位置上，在该位置，切屑表面相对于中心轴线倾斜，同时形成正的倾斜角。本发明的特征在于，组合有：切屑表面(17b)与中心轴线之间的倾斜角在25－28°的范围之内；切削刃(19)的横截面为弧形形状，该弧形形状具有的曲率半径(ER)在5－20μm的范围之内；刀片的间隙表面形成一间隙斜面(18a)，所述间隙斜面(18a)在刀片底侧的方向上从切削刃(19)延伸，并转变成主间隙部分(18b)；间隙斜面(18a)的间隙角(γ)大于0°，但小于3°；主间隙部分(18b)的间隙角(ω)大于间隙斜面(18a)的间隙角(γ)；间隙斜面(18a)从切削刃(19)到主间隙部分(18b)的延伸长度在0.05－0.30mm范围之内；切屑表面形成一加强斜面(17a)，所述加强斜面(17a)在刀片中心的方向上从切削刃(19)延伸，并转变成主切屑部分(17b)，加强斜面(17a)相对于中心轴线的倾斜角大于－5°，但小于+5°；以及加强斜面(17a)从切削刃(19)到主切屑部分(17b)的延伸长度在0.05－0.15mm范围之内。本发明还分别涉及铣削刀片以及整体铣刀。

说明书

技术领域

在第一个方面，本发明涉及一种设计用来去屑加工的铣刀，其包括可绕几何中心轴线旋转的本体和多个在外周上间隔开的可拆卸的刀片，所述刀片分别固定在邻接在本体中形成的切屑通道的刀片座中，各个刀片具有至少一个刀刃，所述刀刃形成在刀片顶侧上的切屑表面与沿刀片外周侧的间隙表面之间，刀具几何形状明显为正的(positive)，以便使各个刀片座布置成将各个刀片固定在一位置上，在该位置，切屑表面相对于中心轴线倾斜，同时形成正的倾斜角。

在第二个方面，本发明还涉及一种用于铣刀的刀片。

在第三个方面，本发明涉及一种整体铣刀。

背景技术

在切削或去屑加工领域中，已经出现了若干各种各样的铣刀，特别是，借助于这些铣刀，可以加工金属工件。以上提到类型的铣刀，即所谓的刳刨型铣刀通常用来在工件中形成由较薄壁界定的座或中空空间。为了对铝进行加工以确保减轻在飞行器构造中使用的框架部件的重量，尤其应当经常使用这样的铣刀。在这些情况下，对于铣刀及其刀片存在许多不同的要求，其中最重要的是高的去屑能力。

在所述的技术中，所作出的改进集中在越来越快的切削操作的方向上。在对铝的铣削中，如今已经可以以10 000m/min或以上的切削或圆周速度进行加工，其中铣刀的转数可以超出25 000rpm。通常，限制达到高切削速度以及高铣销速度的是安装铣刀的心轴上的可用功率。为了实现高切削速度，当铣销心轴上的可用功率存在限制时，过去众所周知的是，减少切削刃横截面的弧形形状的曲率半径以及增加切屑表面相对于铣刀的几何中心轴线的倾斜角，铣刀的几何中心轴线通常与铣刀的旋转轴线重合。但是，这两种方案对切削刃的强度带来不利影响，因此限制了铣刀的使用寿命。

发明内容

本发明旨在消除上述缺点，并提供一种前面所提到类型的改进的铣刀。因而，本发明的主要目的是提供一种铣刀，借助于该铣刀，与过去已知的刀具相比，能够实现对去屑能力的改善。另一个目的在于提供一种铣刀，其能够改进特别是在加工具有较低弹性模量的材料、例如诸如铝等的材料时的去屑能力。本发明的又一个目的是提供一种铣刀，其具有更加简易的(easy)切削几何形状，相对于过去已知的铣刀，能保持切削刃的强度。

依照本发明，至少主要目的是通过具有权利要求1的特征条款中限定的特征的铣刀达到。依照本发明的铣刀的优选实施例更进一步地限定在从属权利要求2-7中。

在第二个方面，本发明涉及一种具有权利要求8限定的特征的铣销刀片。依照本发明的铣销刀片的优选实施例更进一步地限定在从属权利要求9-16中。

在第三个方面，本发明还涉及一种具有如权利要求17所述的特征的整体铣刀。

近来获得的形成本发明基础的知识表明，一方面设置有具有依照权利要求1限定的倾斜度和延伸长度的加强斜面；另一方面设置有具有依照权利要求1限定的倾斜度和延伸长度的间隙斜面，这样的设置允许横截面为弧形的切削刃的构造具有5-20μm的曲率半径，以便保持切削刃的强度。换句话说，刀刃可以设计得更加尖锐，但不会削弱强度。同样，近来获得的也形成本发明基础的知识表明，结合上述特征，还设置有25-28°范围内的切屑表面与中心轴线之间的倾斜角，该设置使刀具的切削几何形状非常简易，并便利于加工具有较低弹性模量的材料，例如铝。因而，该更加简易的切削几何形状能够使用来安装铣刀的心轴的有限功率下的铣削速度更高。

加强斜面、间隙斜面、横截面为弧形的切削刃和切屑表面的倾斜角分别是去屑加工领域中过去已知的特征。因而，本发明基于这些特征的新的、独特的组合，相对于已知的铣刀，该组合一起为依照本发明的铣刀提供特别高的改善的去屑速度。

附图说明

附图中：

图1是依照本发明优选实施例的铣刀的透视图；

图2是从铣刀的端部看的包括在铣刀中的刀片的放大部分剖视端视图；

图3是从上面和从短端看的依照本发明优选实施例的铣销刀片的透视图；

图4是图3所示的刀片从长侧看的透视图；

图5是从该刀片的下面看的平面图；

图6是刀片的侧视图；

图7是从该刀片的上面看的平面图；

图8是刀片以及固定螺钉的横截面视图；

图9是图8细节的放大比例的横截面视图；

图10是刀片的端视图；和

图11是依照本发明优选实施例的整体铣刀的视图。

具体实施方式

在图1中，显示了依照本发明优选实施例的铣刀，其包括具有旋转对称基本形状的本体1，本体1具有前端表面44和后端表面45，后端表面45包括用于将本体1连接到驱动心轴的装置，即凹进部分46。本体可绕几何中心轴线C旋转。在本体1的包络面形成有两个切屑通道2。在其中一个切屑通道中，安装有依照本发明实施例的铣销刀片3。在图2中，可以看到，刀片3在底侧具有至少一个连接表面4，这种类型的连接表面4包括经由槽间隔开的多个平行隆起部，隆起部的横截面为锥形形状。该连接表面用于与隆起部提供的类似的连接表面5协作，连接表面5布置在本体1中，并形成切屑通道2中的刀片座5。在这里应当指出，这只是将刀片3固定在刀片座中的一个可行的方式。固定刀片也可选择其它方式，例如借助于夹具，这当然也在本发明的范围之内。

现在参考图3-10，这些图详细地显示了依照本发明优选实施例的铣销刀片构造。刀片具有多边形的基本形状，并具有标记为11的顶侧、底侧12以及四个周边侧13、14。这些外周侧中，第一对相对侧13与第二对相对侧14相交成两个锐角拐角15和两个钝角拐角16。在刀片顶侧上的切屑表面17与沿刀片外周侧的间隙表面18之间形成有标记为19的切削刃。在下文，这些切削刃命名为第一级切削刃。各个第一级切削刃19包括主刀刃部分20和邻近锐角拐角15形成的辅刀刃部分21，辅刀刃部分21具有明显的圆形，例如局部环形形状。主刀刃部分20从第一或前端点22延伸至后端点23。圆形辅刀刃部分21在主刀刃部分20的延伸长度上延伸，更确切地说从点22延伸至点24。

而且，现在应当指出，刀具几何形状明显为正的，以便使各个刀片座布置成将各个刀片3固定在一位置上，在该位置，切屑表面17相对于中心轴线C倾斜，同时形成正的倾斜角，即，在安装状态，刀片3具有相对于中心轴线显出的径向角。在图1-10所示的实施例中，在安装状态，刀片3还具有相对于中心轴线显出的轴向角。轴向角和径向角由刀片座或连接表面5相对于铣刀本体1的旋转轴线C的角确定。在优选实施例中，连接表面5的轴向角在10-15°范围之内，而径向角在10-25°范围之内。因而，在安装状态，切削刃19的主刀刃部分20大体上在与中心轴线C相同的纵向方向上延伸。

在所示的优选实施例中，刀片具有菱形的基本形状，两个主刀刃部分20沿刀片的长侧13延伸。在图5和图7中，所示的刀片插入一个具有第一坐标轴或X-轴和第二坐标轴或Y-轴的假想坐标系中。刀片的形状相对于所述两个坐标轴对称。

在图5中可以看到，在优选实施例中，刀片具有两个连接表面4，这两个连接表面4位于刀片中的一中心通孔25两侧。所述两个连接表面4中的每一个连接表面包括经由槽间隔开的多个相互平行的隆起部。所述隆起部和槽都平行于X-轴。两个连接表面从该孔间隔开，即从该孔以一定距离终止。

各个主刀刃部分20相对于X-轴基本上倾斜地延伸，以使前端点22距X-轴的距离大于后端点22距X-轴的距离。在该例子中，各个主刀刃部分20与X-轴之间的倾斜角α(见图7)为1.8°。

在图3-10所示的实施例中，切削刃19的主刀刃部分20为弧形。该弧形形状是通过以略微显出的凸形曲率形成与主刀刃部分20相连的部分间隙表面18而获得的。但是，该曲率很小，以致于在图3-10中无法用肉眼看到主刀刃部分20的弧形形状。

在图6中，由点划线显示了一个中性平面N，该平面平行于由包含在连接表面4中的隆起部顶部或顶表面表示的刀片的底侧。

现在参考图3和4，其中可以看到，切削刃19和切屑表面17形成于边界状外周材料部分上，一谷槽状表面26相对于边界状外周材料部分被加工出埋头孔。该谷槽表面为平面，且平行于中性平面N。在谷槽表面26的中心形成有升高材料部分27。在该例子中，在刀片形成一中心孔25的情况下，升高材料部分27具有环圈形状，其中可以以埋头孔和保护状态收容固定螺钉29的头部28(见图8)。因而，如图8所示，当紧固螺钉时，螺钉头部28的顶部位于比环圈27的环绕平面顶表面30低的水平位置上。侧表面31从环圈的平面顶侧30朝谷槽表面26向下/向外倾斜地延伸。该环状侧表面实际上用作借助于各个工作的切削刃19去除的切屑的断屑器。在刀片具有菱形基本形状的所示实施例中，环圈27具有长椭圆形形状，其大致在刀片的钝角拐角16之间的方向上对角延伸(还是参见图7)。

如可在图3和4中进一步看到的那样，各个间隙表面18从切削刃19向下延伸至标记为32的台肩，该台肩32限定了在其自身的间隙表面下方的狭窄的基底表面33。有利的是，该基底表面33的面积可以大于间隙表面18。换句话说，间隙表面比较狭窄。为此，可以以简单、有效的方式磨削间隙表面，因此，狭窄的基底表面为以所要求的形状加工间隙表面和切削刃提供了较大的自由度。

如前面已经提到的那样，两个切削刃19形成第一级切削刃。在这些第一级切削刃以及附属切屑表面17之间，在环绕谷槽表面26的边界状材料部分上加工埋头孔。更确切地说，相对于切屑表面17，在邻近两个第二级切削刃35的第二级切屑表面34上加工埋头孔。

最好、但不一定必须削尖各个第一级切削刃19，更确切地说，对切屑表面17以及间隙表面18进行磨削。在这方面，应当指出，各个切屑表面17整体为平面，并且相对于中性平面N沿两个不同的方向倾斜。

在第一、大体上径向方向上，切屑表面17是倾斜的，以致于中性平面N与切屑表面离附属刀刃19最远的端部或离X-轴最近的端部之间的距离小于中性平面N与切屑表面其它部分之间的距离。该倾斜角由σ标记。依照近来获得的形成本发明基础的知识，在加工时，该刀面角在25和28°之间，可以获得最佳的加工性能。依照本发明，这是通过使刀片座5布置成将各个刀片3固定在一位置上来完成的，在该位置，切屑表面17相对于刀具中心轴线C的合成(resulting)倾斜角在25到28°之间。在图9中，该倾斜角由θ表示。应当明白，该角一方面是刀片座5相对于刀具中心轴线的倾斜或斜度的结果，另一方面是切屑表面17相对于平行于刀片底侧的中性平面N的倾斜的结果。因而，铣刀的合成刀面角可以分别由刀片座和切屑表面的倾斜的许多组合获得。

如前面已经指出的那样，在优选实施例中，连接表面/刀片座5的径向角在10-25°范围之内。为了获得25-28°范围内的最佳刀面角，在优选实施例中，所述角σ优选在3-15°范围之内。该角σ最好在8-12°之内，刀片座的径向角则最好在13-20°范围之内。在该例子中，该角σ为10°，刀片座的径向角为16°。

因而，在第二、大体上轴向方向上，切屑表面17是倾斜的，以致于邻近主刀刃部分21的前部分距离中性平面N比后部远。在图6中，该轴向倾斜角由β标记。该角β可以在1-10°范围内，最好在3-5°范围内，在该例子中为4°。

应当指出，第一级切屑表面17和第二级切屑表面34在内部转变成一过渡表面36，该过渡表面36朝谷槽表面26向下/向内倾斜延伸。有利的是，该过渡表面36可以是凹形弯曲的。无论第一级切削刃19是否被削尖，如果需要，第二级切削刃35可以保持不被磨削。但是，可以仅磨削第二级切削刃，更确切地说，仅磨削间隙表面37。有利的是，切屑表面34可以具有凹形弯曲形状，该形状直接由压模形成。

现在参考图8-10。在图9中，通过主刀刃部分20剖取的图8中的横截面环绕区域采用放大比例示意性显示(比例不一定一致(ture))，该图显示了与切削刃19紧密连接的区域。在图9中，可以清楚地看到，切削刃19横截面为弧形形状。该弧形形状的曲率半径越小，切削刃19越尖锐。依照本发明的切削刃19曲率半径在5-20μm范围之内，最好至少为8μm，至多为12μm。在该例子中，所属技术领域的专业人员通常命名刀刃修圆的该刀刃半径ER为10μm。

切屑表面17形成一加强斜面17a，加强斜面17a在刀片中心的方向上从切削刃19延伸，即，在图5和7中所示的X-轴方向上或在朝孔25向内的方向上延伸。加强斜面17a转变成一主切屑部分17b。依照本发明，加强斜面形成得非常狭窄。有利的是，加强斜面从切削刃19到主切屑部分17b的延伸长度在0.05-0.15mm范围之内。在该例子中，主切屑部分的延伸长度A为0.10mm。

在上述第一、大体上径向方向上，切屑表面的加强斜面17a也是倾斜的，以致于中性平面N与加强斜面离附属刀刃19最远的端部或离X-轴最近的端部之间的距离大于中性平面N与加强斜面其它部分之间的距离。该倾斜角由φ标记，见图8。依照近来获得的形成本发明基础的附加知识，在加工时，为了达到最佳的加工性能，加强斜面17a的倾斜角应当大于-5°且小于+5°。依照本发明，这是通过使刀片座5布置成将各个刀片3固定在一位置上来实现的，在该位置，加强斜面17a相对于刀具中心轴线C的合成倾斜角在-5到5°范围之内。在图9中，该倾斜角由Ψ表示。应当明白，同样，该角一方面是刀片座5相对于刀具中心轴线的倾斜或斜度的结果，另一方面是加强斜面17a相对于平行于刀片底侧的中性平面N的倾斜的结果。因而，铣刀加强斜面的合成倾斜角可以分别由刀片座和加强斜面的倾斜的许多组合获得。

如前面已经指出的那样，在优选实施例中，连接表面/刀片座5的径向角在10-25°范围之内。为了获得-5°到5°范围内的最佳加强斜面倾斜角，在优选实施例中，所述的角φ优选在-30°到-5°范围之内。该角φ最好在-25°到-8°范围之内，刀片座的径向角则最好在13-20°范围之内。在该例子中，该角φ为-16°，正如上面已经提到的，刀片座的径向角为16°。因此，在该例子中，合成角Ψ为0°。

在图9中，还可以看到，各个间隙表面18形成一间隙斜面18a，间隙斜面18a在刀片底侧12的方向上从切削刃19延伸，并转变成主间隙部分18b。依照本发明，间隙斜面也形成得非常狭窄。有利的是，间隙斜面从切削刃19到主间隙部分18b的延伸长度B在0.05-0.30mm范围之内，最好至少为0.10mm。在该例子中，该延伸长度为0.20mm。

依照近来获得的形成本发明基础的附加知识，在加工时，为了达到最佳的加工性能，间隙斜面18a的间隙角应当大于0°且小于3°。依照本发明，这是通过使刀片座5布置成将各个刀片3固定在一位置上来完成的，在该位置，间隙斜面18a相对于平行于刀具中心轴线C并且触及刀具外周的参考平面P具有在0-3°范围内的倾斜角。在图9中，该倾斜角由γ表示。应当明白，同样，该角一方面是刀片座5相对于刀具中心轴线的倾斜或斜度的结果，另一方面是间隙斜面18a相对于与平行于刀片底侧的中性平面N平行的参考平面P2(见图10)的倾斜的结果。因而，铣刀间隙斜面的合成间隙角可以分别由刀片座和间隙斜面的倾斜的许多组合获得。

如前面已经指出的那样，在优选实施例中，连接表面/刀片座5的径向角在10-25°范围之内。为了获得0-3°范围内的最佳间隙斜面间隙角，在优选实施例中，间隙斜面18a相对于参考平面P2的倾斜角∈优选在10°到28°范围之内。该角∈最好在13°到23°之内，刀片座的径向角则最好在13-20°范围之内。在该例子中，该角∈为17°，正如上面已经提到的，刀片座的径向角为16°，这使间隙斜面18a的合成间隙角γ设定为1°。

而且，依照本发明，主间隙部分的间隙角应当大于间隙斜面的间隙角。有利的是，主间隙部分18b相对于垂直于中性平面N的参考平面P2的间隙角Ω(见图10)可以大于15°，最好大于20°。在该例子中，该间隙角Ω为25°，这使主间隙部分18b的合成间隙角ω设定为9°。

如果角σ为10°，那么邻近主刀刃部分19的表面17、18之间(即，主切屑部分17b和主间隙部分18b之间)的锐角变成55°。换句话说，刀片具有非常正的切削几何形状。

现在参考图2和10，这些图进一步说明了连接表面4、5的性质。位于刀片底侧的两个间隔开的连接表面4中的每一个连接表面均包括多个长且狭窄、相互平行的隆起部38，这些隆起部38由槽39间隔开。各个隆起部具有横截面为锥形的形状。更确切地说，各个隆起部均由一个冠状表面40和两个侧面41限定，所述侧面41彼此倾斜60°。以类似的方式，在本体1形成的连接表面5包括多个平行隆起部42，这些隆起部42由槽43间隔开，并且相应地由冠状表面和侧面限定。在这方面，应当指出，刀片3(其可以由传统的硬质合金等制成)的材料通常远硬于铣刀本体(其可以由钢、铝等制成)的材料。这里应当提出的是，刀片也可以安装在具有设置隆起部的连接表面的中间垫板上。

下面是设置具体尺寸和角度数据的依照本发明的铣销刀片的一个实施例。刀片的长度L(见图7)可以为30mm，宽度W为16mm，厚度T(见图10)为5mm。在刀片每一个锐角拐角的各个辅刀刃部分21的半径R为5mm。在这种情况下，各个第二级切削刃35(其为直的)与Y-轴之间的倾斜角τ为28°。正如上面已经提到的，角α为1.8°，角β为4°，角δ为10°，角Ω为25°。中心旋转对称形状的孔25在从刀片顶侧朝底侧的方向上逐渐减小。孔的最大直径D1为8mm，而最小直径D2为5.7mm。在紧固时，螺钉头部28的锥形表面压靠在孔中的凸形弯曲台肩表面47上。

上面已经参考图1-10，描述了包括多个可拆卸的刀片的铣刀形式的本发明的实施例，刀片上布置有切削刃。在图11中，说明书了整体铣刀形式的本发明的另一个实施例。整体刀具与图1-10所示的实施例的主要不同之处在于，切削刃作为一个整体部分直接形成在本体上，而不是可释放地固定在本体中的刀片。因此，整体铣刀整体由同一个毛坯制造，优选由传统的硬质合金制成。因而，依照本发明的整体铣刀包括具有旋转对称的基本形状的本体101，本体101具有前端表面144和后端表面145，后端表面145包括用于将本体101连接到驱动心轴的装置，即凹进部分146。本体可绕几何中心轴线C旋转。在本体101的包络面形成有两个切屑通道102。

邻近所述切屑通道布置有标记为119的切削刃，这些切削刃119作为一个整体部分直接结合到本体中。这些切削刃形成在切削部分顶侧上的切屑表面117与沿外周侧的间隙表面118之间。在下文，这些刀刃119命名为第一级切削刃。各个第一级切削刃119包括基本上在中心轴线同一方向上延伸的主刀刃部分和邻近锐角拐角115形成的辅刀刃部分，辅刀刃部分具有明显的圆形，例如局部环形形状。

刀具几何形状明显为正的，以便使切屑表面117相对于中心轴线C倾斜，同时形成正的倾斜角，该倾斜角优选为25到28°之间。在该例子中，在图9中标记为θ的倾斜角为26°。

切削刃119在横截面的构造以及邻近切削刃119的切屑表面117和间隙侧118的构造类似于图9中所示的切削刃19的构造。(为清楚起见，对应于图11实施例的参考标记插入到了图9中)。因此，切削刃119的横截面为弧形形状。该弧形形状的曲率半径越小，切削刃119越尖锐。依照本发明的切削刃119曲率半径在5-20μm范围之内，最好至少为8μm，至多为12μm。在该例子中，所属技术领域的专业人员通常命名刀刃修圆的该刀刃半径ER为10μm。

切屑表面117形成一加强斜面117a，加强斜面117a在刀具中心的方向上从切削刃119延伸。加强斜面117a转变成一主切屑部分117b。依照本发明，加强斜面形成得非常狭窄。有利的是，加强斜面从切削刃19到主切屑部分17b的延伸长度在0.05-0.15mm范围之内。在该例子中，主切屑部分的延伸长度A为0.10mm。

切屑表面的加强斜面117a相对于中心轴线C倾斜。该倾斜角由Ψ标记，见图9，该倾斜角最好大于-5°且小于+5°。在该例子中，角Ψ为0°。

在图9中，还可以看到，各个间隙表面118形成一间隙斜面118a，间隙斜面118a在刀具外周方向上从切削刃119延伸，并转变成主间隙部分118b。依照本发明，间隙斜面也形成得非常狭窄。有利的是，间隙斜面从切削刃119到主间隙部分118b的延伸长度B在0.05-0.30mm范围之内，最好至少为0.10mm。在该例子中，该延伸长度为0.20mm。

有利的是，间隙斜面118a相对于平行于刀具中心轴线C并且触及刀具外周的参考平面P的倾斜角在0-3°范围内。在图9中，该倾斜角由γ表示，在该例子中为1°。

而且，主间隙部分的间隙角应当大于间隙斜面的间隙角。有利的是，主间隙部分118b相对于参考平面P的间隙角ω(见图9)可以大于5°。在该例子中，间隙角ω为9°。因而，邻近切削刃的表面117b、118b之间的锐角变成55°。换句话说，整体铣刀具有非常正的几何形状。

本发明的可行性改进

本发明不完全局限于上面所述以及附图所示的实施例。虽然上面已经描述了以上本发明的铣刀、刀片以及整体铣刀都是用于加工如铝这样的软质材料，但是它们还可以用于加工其它合适的金属材料，例如钢、钛等等。