去屑加工铣削刀具及用于该铣削刀具的切削体和基体

摘要

本发明涉及一种适用于滚削的铣削刀具，在一方面，其包括具有几何中心轴线(C1)的基体(1)，所述基体(1)能够围绕所述几何中心轴线(C1)旋转，并且，在另一方面，其包括多个可更换的切削体(2)，每一个所述切削体包括沿着切削体的侧面以均匀间隔(P)定位的一组齿(17)。在基体的槽(8)中形成的、用于各个切削体的支撑表面(9)相对于所述基体的所述中心轴线以至少0.5°的负轴向角度倾斜，从而沿着一公共假想螺旋线(X)定位所述切削体(2)的所述齿(17)，所述螺旋线(X)与所述基体的所述中心轴线同心并且具有与在齿之间的间隔一致的均匀螺距(P)。本发明还涉及用于该铣削刀具的切削体和基体。

说明书

技术领域

在第一方面，本发明涉及一种用于切削或者去屑加工的铣削刀具，该类型的铣削刀具包括：在一方面，具有包络面和两个相对端的基体，几何中心轴线在所述端之间延伸，所述基体能够沿着预定旋转方向围绕所述几何中心轴线旋转，以及在另一方面，包括：可更换的切削体，所述可更换的切削体具有一对相对的主表面，其中一个所述主表面在安装状态中形成下侧并且另一个所述主表面形成上侧；一对相对的侧面；以及一对相对的端表面，各个切削体包括一组齿，所述的一组齿沿着所述切削体的一侧面以均匀间隔定位并且各个包括邻近于切削刃形成的去屑表面，所述齿在一对齿侧面之间从所述去屑表面延伸并且具有与所述下侧成一定角度定向的一定长度的延伸部，并且所述切削体被固定于在所述基体的所述包络面中开口的槽中，所述槽具有面向基体的旋转方向的向前方向的支撑表面，所述切削体的所述下侧被安装在所述支撑表面上。

在另外的方面，本发明还分别涉及用于正被讨论的刀具的切削体和基体。

背景技术

在更加详细的描述本发明之前，应该述及的是，用于主要对金属工件进行去屑加工的技术正在快速地发展。当以前坯体或者工件被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，制造在多个步骤或者工位中执行，各个步骤或者状态要求对同一坯体分别进行设定。例如，第一加工可能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，则所述坯体被移动到具有新的设定的另个一工位，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工位进行转移。最近，研制出包括刀具库的机器，刀具库具有非常多的刀具，每一个刀具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。

为了使得制造更加有效并且减少加工次数以及加工成本，近来已经研制出具有被称为多任务机器的形式的通用机器，在其中包括非常多的程序控制刀具，所述刀具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移开或者在机器中对工件进行设定，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，而且到目前为止还关于刀具的可使用性方面，也就是各个刀具应该能够在有限空间中在复杂运动路径中移动，并且除此之外仍然能够与正被加工的坯体的难以到达的那些部分形成接触。这不是至少应用于例如具有用于铣削不同类型凹口的类型的铣削刀具。

现有技术

在SE0400385-1(公开号526.645)中描述了一种在前已知的刀具。这种已知刀具包括多个周向隔开的带有齿的切削体，所述的齿垂直于各个切削体的下侧定向，两个或者多个齿位于一公共平面中，所述平面垂直于基体的中心轴线延伸。这意味着轴向共同定位齿将在直凹口形式的同一凹口中操作，在确定的刀具旋转之后，所述齿交替地接合工件。对于多个不同的铣削操作而非滚削而言，这种刀具是有用的。

发明内容

本发明的目的和特征

本发明目的在于避免前已知的铣削刀具的上述缺点、并且提供一种铣削刀具，该铣削刀具特别在多任务机器中适用于滚削。因此，本发明的主要目的在于提供一种铣削刀具，该铣削刀具的设计方式使得该铣削刀具能够通过简单进给运动而被用于滚削，尤其用于产生具体地具有旋转对称的(通常为柱形)的形状的杆或者齿。

根据本发明，通过在权利要求1的特征部分中限定的特征实现了至少所述主要目的。在从属权利要求2-10中进一步限定了根据本发明的铣削刀具的优选实施例。

在第二方面，本发明还涉及一种用于所述刀具的优选切削体。在权利要求11-14中限定了在不同实施例中的这种切削体的特征。

在第三方面，本发明涉及一种基体，该基体的特征在权利要求15-19中限定。

本发明总体思想简要概括

本发明所基于的思想是：以一定负轴向角度倾斜刀具的切削体或者多个切削体，从而沿着一公共的假想螺旋线定位所述切削体的齿，所述螺旋线与基体的中心轴线同心并且具有均匀螺距，所述螺距与在齿之间的间隔一致。以此方式，刀具能够以有利的方式被制成为带有可更换的、例如硬质合金制成的切削体，并且被用于滚削。

附图说明

在图中：

图1是根据本发明的完整铣削刀具的底部透视图；

图2是同一刀具的侧视图；

图3是在实例中被包括于刀具中的总共六个切削体中的一个切削体的放大透视图；

图4是根据图3的切削体的端视图；

图5是同一切削体的侧视图；

图6是在切削体中包括的一单独齿的放大透视图；

图7是不带有任何切削体的刀具的基体的局部侧视图；

图8是带有已被安装的切削体的同一基体的端视图；

图9是示出容屑槽的放大详细视图；

图10是在利用根据本发明的铣削刀具的加工期间的可旋转工件的端视图；

图11是同一工件的侧视图，其中铣削刀具被示为处于该工件的后面；以及

图12是从上方看到的工件以及铣削刀具的平面视图。

具体实施方式

图1和2所示的铣削刀具包括基体1和多个可更换的切削体，切削体在所示优选实施例中是相同的并且总体由2表示。为了单独区别在基体中安装的切削体，这些切削体由2a、2b、2c、2d、2e和2f表示(最后述及的一个切削体在图1中不可见)。切削体的材料比基体的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体。基体1分别包括前端3和后端4，几何中心轴线C1在前端3和后端4之间延伸，基体能够沿着由R1表示的预定旋转方向围绕几何中心轴线C1旋转。基体的由5表示的前部具有柱形包络面6，而用来被联结于机器中、用以旋转刀具的后部7可以具有非柱形横截面形状，例如，多边形形状。切削体被安装于总体由8表示并且利用后缀a-f而相互单独地区别开来的底座或者容屑槽中。在本实例中，基体的两个相对端3、4具有垂直于中心轴线C1延伸的平面表面的形式。各个容屑槽8(见图7-9)由支撑表面9以及在本实例中垂直于支撑表面9延伸的侧表面10界定。侧表面10是平的，而支撑表面9被形成为齿突状表面，即，其中包括多个直的平行凸脊9a的表面，所述凸脊通过凹槽9b而被相互隔开。两个轴向隔开的孔11在支撑表面9中开口，并且所述孔11具有内螺纹或者阴螺纹，以用于接纳螺钉12的阳螺纹(见图1和2)。

在本实例中，容屑槽8位于基体的前部中并且在前端表面3中开口。在支撑表面9的内端附近，布置有调节机构13以用于调节各个切削体沿着支撑表面9的轴向位置。例如，调节机构13可以以在US 6 655879 B2中披露的方式制成。

还应该指出：在本实例中被包括于基体中的所述六个容屑槽8沿着基体的周向等距离地隔开(即具有60°间隔)，并且，各个支撑表面9沿着基体旋转方向R1面向前方。

现在对图3-6进行参考，图中示意出各个切削体2的设计。在所示优选实施例中，切削体2具有六面体形状，具有一对相对的主表面14a、14b，一对相对的侧表面或者侧面15a、15b，以及一对相对的端表面16a、16b，在所述端表面之间延伸有假想轴向中性平面NP并且其位于两个主表面14a、14b之间的中间处。这两个主表面在本实例中相互平行并且每一个主表面形成有第二组齿突34，所述齿突呈V形横截面、直凸脊和凹槽的形式，从而分别地与基体1的支撑表面9中的凹槽和凸脊配合。沿着切削体的一个侧面15a形成有许多的齿，该齿总体由17表示，并且利用后缀a、b和c单独地相互区别。将在下面更加详细地描述这些齿。两个端表面16a、16b在此情形中是平的并且垂直于主表面以及所述两个侧面定向。进而，应该指出：两个通孔18在所述两个主表面14a、14b中开口并且使其中心轴线C2垂直于中性平面NP定向。

在现有技术中，容屑槽的支撑表面并且由此在容屑槽中安装的切削体平行于基体的中心轴线延伸，同时，在垂直于中心轴线的平面中成组地布置所述基体的齿；其目的均在于使得能够铣削出直凹口，其中同一平面的齿在同一凹口中彼此相跟随。这意味着刀具不能被用于滚削。

对图6进行参考，图中在透视图中示出各个齿17的设计。每一个这种齿包括两个相对的去屑表面19，两个齿侧面20以及后表面21，齿侧面在所述去屑表面之间延伸，该后表面21以被称为半径过渡的形式、经由拱形过渡表面22转换到齿侧面。整体由23表示的切削刃沿着去屑表面19延伸，所述切削刃包括多个刃，即，邻近于齿侧面20的两个齿侧面刃24a、24b，与后表面21连接的后刃25，以及邻近于过渡表面22的两个短的拱形角部刃26a、26b。齿侧面20在本实例中为平的并且相互平行延伸，中心平面CP在该齿侧面20之间的中间处延伸，所述中心平面限定了齿的长度延伸部。

如在图3和5中所看到的，齿17a、17b、17c具有梯形横截面并且通过间隙相互隔开，所述间隙单独地由两个相对的齿侧面20以及底部27界定，所述底部在此情形中具有平表面的形式，所述平表面平行于同样平的后表面21延伸。进而，如由中心平面CP表示的齿的长度延伸部垂直于中性平面NP、并且由此垂直于每一个主表面14a、14b定向。在所示优选实施例中，切削体2包括三个齿，所述齿相互之间具有均匀间隔P。通过具有等于切削体在端表面16a、16b之间的总长度L的至少10％的基本宽度W₁，齿相对比较结实。在各个齿侧面20和后表面21(还和间隙底部27)之间的钝角α在本实例中等于110°，这意味着在同一齿的齿侧面之间的前端角等于40°(2×20°)。有利地，间隙底部27具有与后表面21(测量度值W₃)基本相同的宽度W₂，由此齿和间隙实现了基本相同的梯形横截面形状。距离相邻端表面16a、16b以大小相等的距离L1定位两个螺钉孔18，同时在螺钉孔之间的相互距离L2大于距离L1。在本实例中，L1等于切削体的总长度L的26.5％，而L2等于47％。由于距离L1大小相等的事实，切削体变得可被倒转过来。在螺钉孔18中的一个附近，形成有孔或者底座28，操作员能够使用所述孔或者底座来跟踪切削体在刀具中的方向，并且可能与对切削体齿的再次研磨相关。

在图4中看到，与适当切削体的宽度W₄相比，齿17的高度H相当大。因此，在本实例中，H等于W₄的大致42％。去屑表面19朝向后表面21发散。各个齿侧面19分别与切削体的中性平面及主表面之间的角度β在本实例中等于15°。换言之，在去屑表面19之间的发散角度等于30°。当然，这个角度可以改变，但是应该在20-40°、适当地在25-35°的范围内。

现在再次对图7-9进行参考，图中示意出容屑槽的支撑表面9相对于基体1的中心轴线C1以负轴向角度γ倾斜。为了解释概念“负轴向角度”，长而窄的所述支撑表面9的端部已被分别地给出参考标号9c和9d。在这些标号中，9c表示最靠近基体的前端表面3定位的前端，而9d表示后端。如在图7中所看到的，当基体沿着预定旋转方向R1旋转时，在基体的侧视图中，支撑表面的后端9d将由于轴向负倾斜而位于前端9c的前面。

如果支撑表面9已经被以正轴向角度倾斜，则当沿着旋转方向看时，前端9c将位于后端9d的前面。为了完整性起见，还应该述及的是，如果支撑表面平行于中心轴线C1延伸，则轴向角度将为0°或者中性角。

在一方面，负轴向角度γ应该等于至少0.5°，但是在另一方面，它应该不大于5°。在本实例中，γ等于3.2°(3°12’)。适当地，可以在2-4°的区间中选择γ。

如在图8和9中所看到的，各个支撑表面9还以一定的负径向角度δ倾斜，δ是由于用于凸脊9a的顶部33的公共平面E相对于半径Ra倾斜的事实而形成的角度，所述半径Ra从基体的中心轴线C1延伸到朝向周边位于最外侧位置处的凸脊的顶部。在本实例中，δ等于3.6°；该数值完全足够地给予齿17的后表面21距离所生成表面(见图8中的点划圆)的良好间隙。在实践中，δ应该在0.5-10°、适当地1-5°、并且优选地2-4°的区间中。

因为在切削体2的安装状态中，以切削体2的下侧(或者主表面14a、14b中的一个)将切削体2保持压向基体的支撑表面9，因而当然切削体也将变得以负轴向角度γ倾斜。如在图2中所示，切削体的倾斜要求该切削体的不同的齿17将沿着一公共的假想螺旋线或者螺旋X定位，齿的长度延伸部CP跟随着螺旋线。螺旋线具有与在每一个切削体的各个齿之间的间隔P一样大的螺距P。在所示优选实例中，所有的切削体都是相同的。因此，为了沿着螺旋线X定位齿，还有必要相对于彼此地、更加准确地说以1/n×Pmm的步长沿着轴向移位切削体，其中n是切削体的数目，并且P是在各个切削体的齿之间以毫米为单位的间隔，它们均基于以下假设：即切削体沿着基体的包络面等距离地隔开(即，在切削体之间的周向间隔是大小相等的)。在本实例中，当刀具包括六个切削体时，在切削体之间的间隔等于60°。如果在齿之间的间隔P等于10.7mm(例如在本实施例中的情形)，则切削体必须以测量度值1.8mm(即10.7/6)相对于彼此沿着轴向移位。由于不同容屑槽8被给予不同长度的事实，故而能够进行这种轴向移位。因此，容屑槽8a比容屑槽8b稍稍更短，而容屑槽8b则又比容屑槽8c更短，等等。安装于最短的容屑槽8a中的切削体2a被定位成使其前端表面紧邻基体的前端表面3。然而，相邻的切削体2b从端表面3被向后轴向移位(1.8mm)，切削体2c被从端表面3向后轴向移位3.6mm，等等。

为了获得良好加工结果，重要的是，基体沿着附属的所述支撑表面的位置能够被调节，从而使得齿准确地遵循螺旋线X。这可以通过调节机构13实现。当安装切削体时，螺钉12首先被初步地紧固，在这之后，在最终利用预定扭矩紧固螺钉12之前，利用调节机构13对基体的位置进行细调。

继续参考图2，应该指出，管道29在容屑槽的侧壁10中开口。经由该管道，液体可以流向切削体，从而对切削体进行冷却和/或润滑。并且，在图2中，短划圆线30表示在利用刀具加工期间的具有直径D的假想工件。从工件的中心轴线C3沿着水平方向示出参考平面RP。当在工件旋转期间，在工件的包络面或者周向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。

根据本发明的刀具的功能和优点

为了说明刀具的功能，对图10-12进行参考，其中现在利用实线示出工件30。在实践中，工件可以是轴，例如，驱动轴或者机轴，所述的轴应该形成有长而窄直杆31的形式的花键联接器，直杆31通过应该由所述刀具提供的凹口32隔开。在此情形中，杆和杆凹口的数目等于38。为了简洁起见，在图11和12中，这些杆和凹口以加工完成的状态示出，即，具有完整长度。在本实例中，工件30被设在轴向固定状态中，其中该工件仅仅能够被旋转，更加准确地，围绕工件中心轴线C3沿着旋转方向R2旋转。

在下面的说明中，将分别使用例如“竖直”、“水平”、“上”和“下”的概念，然而它们仅仅与附图10-12相关。换言之，可以在空间中任意地安置工件以及刀具，只要工件以及刀具相互之间采取图中所示的那些位置即可。

沿着当在图11中观察时的坐标方向，刀具的基体1相对于竖直平面倾斜，即，以与切削体2相对于基体的中心轴线C1倾斜或者倾斜相同的角度γ倾斜。然而，如在图10中所看到的，基体的中心轴线C1位于竖直平面中。除了能够沿着旋转方向R1旋转，刀具还能够线性地移动或者纵向地进给，即，沿着图12中的箭头方向F₁线性地移动或者纵向地进给。另外，沿着双箭头方向F₂(见图10)，刀具能够以可被调节的方式横向地移动，从而使刀具接合和脱离工件成为可能。还值得指出的是，基体2的齿17的旋转方式使得在其它表面(即齿侧面20和后表面21)达到相同点之前，所述两个相对的去屑表面19中的一个以及连接部分刃中的某些刃将在任意坐标点中接触工件。这样，上述其它表面从沿着去屑表面由部分刃产生的工件表面移开。在本实例中，当通过逆铣进行铣削时，将沿着进给方向F₁向前抛出所被去除的切屑。

正被讨论的铣削操作被称为滚削，它是基于刀具的和工件的旋转速度以及刀具沿着纵向进给方向F₁的速度的仔细调节和同步化。通常，根据所期望的杆槽的数目，刀具的旋转速度应该大于工件的旋转速度。如果所述杆槽的数目等于38，则刀具的旋转速度应该相应地是工件旋转速度的38倍。进而，可以说，刀具的纵向进给速度如工件的旋转速度那样是适度的。

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)沿着工件30的包络面的任意点(无参考标号)从下面接近参考平面RP时，在切削体2的一个中位于低处的齿，例如，切削体2d的齿17a将首先侵入该任意点，比如在图10中所示(也见图3)。这样，齿17a将去除薄的并且位于表面处的切屑，更加准确地，这是利用位于齿的顶部处的角部刃26a(见图6)以及相邻部分刃24a、25的一些部分。此后，所述的齿离开该工件。当工件已经另外地旋转大约1.57°(360/38×6)时，刀具已经同时地旋转了1/6转，即60°，在沿着方向F₁的有限纵向进给期间，在受到后端切削体2e的齿17a撞击的点上开始形成凹口。这样，最后述及的齿将去除另外的切屑，该另外的切屑比首先被去除的切屑更宽，这是因为齿的上角部刃26a以及部分刃24a和25的连接部分现在将自身更深地钻入工件中。在工件另外地旋转1.57°并且刀具旋转60°之后，下一切削体2f的齿17a与工件形成接合并且去除甚至也比第一切屑稍稍更宽的切屑。重复这些部分操作，直至工件包络面的旋转点或者开始形成的凹口达到参考平面RP。

这里，应该注意到，通过位于参考平面RP下面的那些齿的上部的切削刃专门地对开始形成的杆槽的进行加工，而切削刃23的其它部分，即，后刃25的下半部、角部刃26b以及齿侧面刃24b不与工件接触。

当在沿着箭头方向R2旋转期间开始形成的杆槽经过参考平面RP时，上述现象被倒过来，从而仅仅齿的切削刃23的下部的刃(后刃25的下半部、角部刃26b和齿侧面刃24b)切入工件中，而在中心平面CP上方的上部的刃(见图6)进入自由状态或者从工件离开。

通过以适当的方式相对于工件30的旋转速度(R2)调整刀具的纵向进给速度，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。由于切削体2以及刀具整体以上述方式以角度γ倾斜的事实，齿的齿侧面刃24a、24b将产生平行于工件的中心轴线C3的表面，尽管在刀具纵向进给和旋转的同时工件旋转。因此，在每一个齿接合期间产生的小的部分表面将一起形成杆侧形式的连续的长而窄表面，该表面平行于工件的中心轴线。

能够用以对例如花键联接器执行滚削的速度在实践中可能受到多个因素的限制，比如振动风险、所期望的表面平滑度、可用机器设备等。即便形成花键联接器能够使用一分钟或者几分钟，然而本发明提供的重大优点是：旋转工件，例如，在其它方面仅仅要求车削的工件，能够被制成有具有所述种类的直的轴向延伸凹口。甚至能够在对同一工件的其它部分进行其它加工时执行滚削。

应该述及的是，可以通过逆铣以及顺铣执行铣削。在逆铣或者顺铣之间的选择仅包括选择刀具所应该沿着操作的工件的那一侧。

本发明的可行修改

在本发明的范围内，比如这在所附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，能够将刀具设计为具有仅仅一个切削体而不是多个周向隔开的切削体。当使用几个切削体时，不同的齿相对于彼此的轴向移位还可以通过其它方式提供，而不是通过在相对于基体端表面的不同轴向位置中设置相同的切削体。因此，在等长的容屑槽中，可以设置长度不同的切削体，所述切削体的齿的设置方式使得所述齿在安装状态中沿着具有均匀螺距的柱形螺旋线定位。而且，可以在无翻转可能性的情况下形成切削体，齿被制造成仅仅具有一个有用的切削刃，而不是两个，例如已在优选实施例中示出的那样。这样，切削体可以仅在下侧上形成有齿突，而可以使上侧是平的和平滑的(例如，为了抑制切屑附着)。然后，上侧和下侧并不需要相互平行。各个切削体的齿的数目也可以改变。在本实例中，每一个切削体包括三个齿，刀具被用于加工具有小直径或者中度直径的工件。为了加工具有较大直径的工件，可以增加齿的数目。然而，对于大多数应用，最多六个齿是足够的。还能够改变齿的轮廓形状并且由此改变切削刃的轮廓形状，从而提供具有不同轮廓形状的凹口和杆。然而，对于大多数应用，所示的梯形轮廓形状是优选的，该轮廓形状产生具有渐开线轮廓形状的杆。还应该述及的是，各个切削体的齿并不是必须垂直于中性平面或者切削体的下侧延伸。如果期望降低用于基体的支撑表面的轴向斜倾角度，则齿相对于切削体的中性平面的一定倾斜能够补偿所述降低。假设支撑表面的斜倾角度γ会需要从上述3.2°降低到2.2°。为了在刀具中保持3.2°的相同的有效作用角度，可以通过与中性平面成角度89°而不是成90°来定向齿而进行补偿。然而，在实践中，具有垂直齿的以上实施例是优选的。另外，能够将切削体固定到垫板上，垫板又相对于支撑表面被固定。更进一步，能够以不同于螺钉以及仅仅直的平行凸脊形式的齿突的另一方式锁定切削体。因此，在切削体和基体之间的交界面能够包括若干连接表面，该连接表面能够不仅沿着径向而且还沿着轴向锁定切削体，其中消除了对具体调节机构的需要。