專(zhuān)利名稱(chēng)：用于高速進(jìn)給端面銑削的切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切削刀片(cutting insert)。該切削刀片表現(xiàn)出良好的切削刃強(qiáng)度與獨(dú)特的切削刃幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特點(diǎn)，因而能夠使銑削作業(yè)以相對(duì)高的進(jìn)給速度進(jìn)行，并且該切削刀片可適應(yīng)于端面銑削，槽銑，插銑和斜面銑削。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)加工方法是從工件上去除金屬材料的主要措施，它們包括切屑切削方法(例如銑削，鉆削，車(chē)削，拉削，鉸孔和攻絲)，以及包括研磨機(jī)加工方法(例如砂磨，磨削和拋光)。作為這些切屑切削加工方法其中之一的端面銑削，可用于在工件上生產(chǎn)出大致為平面的表面。端面銑削刀具或稱(chēng)“端銑刀”之所以如此稱(chēng)呼是因?yàn)槠降墓ぜ砻媸峭ㄟ^(guò)工具端面的切削作用而產(chǎn)生的，雖然刀具的外徑或錐形切削刃去除了大部分的坯料。在一種典型的應(yīng)用中，帶有多個(gè)切削刀片的銑削刀具可由一個(gè)主軸來(lái)驅(qū)動(dòng)，該主軸的軸線設(shè)置成垂直于被銑削的表面，參見(jiàn)ASM手冊(cè)，第16卷“機(jī)加工”(ASM內(nèi)部資料1989)，第311頁(yè)。
銑削切削刀具產(chǎn)生出厚度變化的切屑。切屑厚度可被用來(lái)計(jì)算出施加在銑削切削刀具的切削刃上的每單位長(zhǎng)度的最大載荷。在這種計(jì)算中通常使用平均切屑厚度。對(duì)于同樣的材料進(jìn)給速度，可計(jì)算出平均切屑厚度，并且它隨著切削刀片導(dǎo)前角的不同而變化。例如，對(duì)于一種具有四個(gè)相同切削刃的基本為正方形的刀片，較大的導(dǎo)前角在加工過(guò)程中產(chǎn)生出較大的平均切屑厚度，而較小的導(dǎo)前角產(chǎn)生出較小平均厚度的切屑。平均切屑厚度隨著刀片導(dǎo)前角變化的一個(gè)實(shí)施例表示在圖1中。圖1中表示了同一個(gè)正方形刀片以90°，75°和45°的導(dǎo)前角進(jìn)行加工時(shí)的情況對(duì)比。如圖1所示，隨著導(dǎo)前角從圖1A中的45°增加到圖1B中的75°，再到圖1C中的90°，平均切屑厚度(hm)從等于刀架的每齒進(jìn)給量(fz)的0.71倍增加到0.97×(fz)，再增加到等于fz。更一般地，對(duì)于正方形切削刀片，或者對(duì)于銑削切削刀具中使用的具有直線切削刃的任何其它的刀片，可以使用公式hm＝fz×sin(K)來(lái)計(jì)算切屑厚度，其中hm是平均切屑厚度，K是以圖1所示方式測(cè)定的導(dǎo)前角。
圖1還表示了當(dāng)使用90°的導(dǎo)前角時(shí)，其切削刃的嚙合長(zhǎng)度是圖1所示這些情況中最短的，而當(dāng)使用45°的導(dǎo)前角時(shí)，其切削刃的嚙合長(zhǎng)度是最長(zhǎng)的。這意味著，對(duì)于同樣的切削深度，與使用45°導(dǎo)前角的端面銑削相比，使用90°導(dǎo)前角的端面銑削在每單位長(zhǎng)度的切削刃上將產(chǎn)生更大的載荷，也就是產(chǎn)生更高的應(yīng)力。降低每單位長(zhǎng)度的切削刃上的載荷的優(yōu)點(diǎn)在于，載荷的降低就允許在銑削作業(yè)中使用較高的每齒進(jìn)給速度，并且延長(zhǎng)刀具的使用壽命。因此，為了降低在嚙合切削刃上的平均載荷應(yīng)力，顯然使用較小的導(dǎo)前角是有利的。
正方形切削刀片由于其堅(jiān)固、可換位(indexable)以及具有多個(gè)切削刃，因而被廣泛地用于端面銑削和插銑。例如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US 5,951,212；US5,454,670；美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朥S2002/0098049；日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)08174327；以及國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)WO96/35538中都披露了這種基本為正方形的、或具有四個(gè)切削刃的其它形狀的刀片。這些文獻(xiàn)中所公開(kāi)的刀片的一個(gè)共同特征是四個(gè)直線切削刃和在每個(gè)切削刃的下方的平面或錐形平面間隙表面(或稱(chēng)后角)的組合。
然而，眾所周知的是圓形刀片具有最強(qiáng)的切削刃。此外，圓形刀片提供了最大的端角強(qiáng)度、良好的材料去除能力、機(jī)械沖擊阻力、熱分布等諸方面的良好的綜合性能。因此，圓形的端面銑削刀片常用于具有更高要求的機(jī)加工場(chǎng)合，例如包括難切削材料、硬材料、耐熱材料、鈦金屬材料等。在使用圓形切削刀片的端面銑削中，如圖2所示，導(dǎo)前角和切削刃的嚙合程度將隨著切削深度而變化。由圓形切削刀片所產(chǎn)生的平均切屑厚度可通過(guò)下述公式(I)近似地進(jìn)行計(jì)算hm=fz/R×R2-(R-doc)2---(I)]]>其中hm是平均切屑厚度，fz是銑削刀具每齒的進(jìn)給量，R是圓形切削刀片的半徑，以及doc是切削深度。上述公式表明，當(dāng)使用圓形刀片進(jìn)行切削時(shí)，切屑厚度隨著切削深度而改變。相反，當(dāng)使用正方形刀片或其它具有直線切削刃的刀片時(shí)，如果導(dǎo)前角保持不變，則切屑厚度不隨切削深度的改變而改變(見(jiàn)圖1)。
更進(jìn)一步，如圖3所示，對(duì)于同樣的切削深度，較大半徑的圓形刀片總是對(duì)應(yīng)著與工件相嚙合的切削刃的大部分，因而降低了切削刃上每單位長(zhǎng)度的平均應(yīng)力載荷。于是這就允許在端面銑削作業(yè)中使用較高的進(jìn)給速度而不損失質(zhì)量。然而，圓形切削刀片的局限性在于其半徑越大，則刀片的尺寸也越大。由于尺寸原因，在傳統(tǒng)的機(jī)加工應(yīng)用中難以充分地利用由增大了半徑的圓形刀片所提供的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
因此，為了克服在帶有大導(dǎo)前角的端面銑削中所遇到的切削刃載荷問(wèn)題，就需要改進(jìn)切削刀片的設(shè)計(jì)，使得在端面銑削作業(yè)中能夠顯著地提高進(jìn)給速度，同時(shí)保持相同的或更長(zhǎng)的切削刀片使用壽命。而且，需要一種新型的切削刀片，其類(lèi)似于圓形刀片的特點(diǎn)在于它表現(xiàn)出良好的切削刃強(qiáng)度；并且還類(lèi)似于正方形刀片的特點(diǎn)在于它包含了多個(gè)切削刃，因而是可換位的，還能夠用于高速進(jìn)給和具有良好的耐磨特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述要求，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種用于銑削作業(yè)的切削刀片，例如用于端面銑削，槽銑，插銑和斜面銑削作業(yè)。該切削刀片表現(xiàn)出良好的切削刃強(qiáng)度與獨(dú)特的切削刃幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特點(diǎn)，因而能夠使銑削作業(yè)以相對(duì)高的進(jìn)給速度進(jìn)行。該切削刀片包括至少四個(gè)凸形切削刃。正方形切削刀片的某些實(shí)施例可具有通過(guò)端角而連接的四個(gè)凸形切削刃。凸形切削刃可以包括以下所述的至少其中之一一圓弧，一橢圓的一部分，一拋物線的一部分，多段鍵槽曲線，一直線，或者上述的組合。凸形切削刃包括圓弧形狀的情形中，該圓弧的半徑可以是大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍。
本發(fā)明公開(kāi)的切削刀片的實(shí)施例例如可以制造成端面銑削刀片的形式。與具有直線切削刃的傳統(tǒng)的切削刀片相比，本發(fā)明切削刀片的實(shí)施例能夠顯著地增加進(jìn)給速度，降低徑向的切向力，提高材料的去除速度，以及延長(zhǎng)切削刀片的使用壽命。切削刀片的實(shí)施例可進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以用于其它的銑削作業(yè)，例如斜面銑削，插銑和槽銑。另外，這里所公開(kāi)的刀體的某些實(shí)施例被設(shè)計(jì)成包括刀片凹槽，它們能夠接納各種具有凸形切削刃的切削刀片。
在研究了下面描述的一些實(shí)施例的說(shuō)明之后，上述的這些以及其它的一些優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


通過(guò)參考下面的附圖，將能夠理解本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1A，1B和1C表示了對(duì)于導(dǎo)前角分別為45°，75°和90°的具有直線切削刃的基本為正方形的切削刀片，在典型的銑削作業(yè)中平均切屑厚度的變化情況，其中導(dǎo)前角是從刀片的行進(jìn)方向到刀片的切削刃來(lái)測(cè)定的；圖2表示了在使用基本為圓形的切削刀片的典型的銑削作業(yè)中，對(duì)于不同切削深度時(shí)的平均導(dǎo)前角的變化情況；圖3表示了在5mm切削深度的銑削作業(yè)中，在基本為圓形的80mm直徑的切削刀片和基本為圓形的20mm直徑的切削刀片之間的切削刃嚙合長(zhǎng)度的不同情況；圖4A-4C表示了按照本發(fā)明的一個(gè)具有凸形切削刃的切削刀片實(shí)施例的不同方向的視圖；圖5A-5D表示了本發(fā)明切削刀片的幾種可能的凸形切削刃的設(shè)計(jì)方案；圖6A-6D表示了本發(fā)明方法的各個(gè)步驟，該方法用于預(yù)制本發(fā)明的一個(gè)包括至少四個(gè)凸形切削刃的切削刀片實(shí)施例；圖7是銑削刀具的立體圖，刀具包括固定著多個(gè)切削刀片的刀體；圖8是包括裝有切削刀片的刀體一個(gè)凹槽的放大圖，并且表示了本發(fā)明切削刀片實(shí)施例中的切削刃與刀體軸線之間的關(guān)系；還表示了用于端面銑削、插銑、槽銑、或斜面銑削時(shí)，切削刀片相對(duì)于工件的直線運(yùn)動(dòng)；圖9A是本發(fā)明切削刀片實(shí)施例的頂平面視圖和側(cè)視圖，該刀片包括以22.5mm半徑的由圓弧所局部確定的凸形切削刃；以及圖9B是本發(fā)明切削刀片實(shí)施例的頂平面視圖和側(cè)視圖，該刀片包括以55mm半徑的由圓弧所局部確定的凸形切削刃；以及圖10是本發(fā)明切削刀片的另一個(gè)實(shí)施例的頂視圖和側(cè)視圖，該切削刀片具有位于頂面上的斷屑幾何結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)當(dāng)理解，這里對(duì)本發(fā)明的某些說(shuō)明是簡(jiǎn)化了的，只描述了對(duì)于清楚地理解本發(fā)明有關(guān)的那些元件和界定，而為了清楚起見(jiàn)省略了其它的一些元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研究本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)時(shí)，將能夠認(rèn)識(shí)到為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而所需的其它的元件和/或界定。然而，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研究本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)時(shí)，將很容易認(rèn)識(shí)到這些其它的元件和/或界定，這些其它的元件和/或界定對(duì)于完整地理解本發(fā)明并非是必要的，因而這里省略了對(duì)于這些元件和界定的論述。例如，如本說(shuō)明書(shū)所述，本發(fā)明公開(kāi)的切削刀片的實(shí)施例可以被制造成端面銑削刀片的形式和用于材料切削的其它刀片形式。切削刀片的這些制造方式是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠想到的，因而這里不作詳細(xì)描述。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這里所有的幾何形狀都由術(shù)語(yǔ)“大致上”予以改變，而術(shù)語(yǔ)“大致上”意味著這些切割刀片是在典型的設(shè)計(jì)和制造公差內(nèi)成形的。
另外，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明的某些實(shí)施例被披露為端面銑削刀片的形式。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還能夠以不同于這里所述特定形式的其它形式實(shí)施并以此提供給用戶(hù)。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以制造成以其它方法從工件上去除金屬材料的切削刀片。
本發(fā)明的某些實(shí)施例是針對(duì)這樣的切削刀片，它們呈現(xiàn)具有很大半徑的圓形刀片和適合用于各種機(jī)加工場(chǎng)合的通常尺寸的正方形刀片的優(yōu)點(diǎn)的組合。本發(fā)明的某些其它實(shí)施例是針對(duì)包括本發(fā)明特定切削刀片的實(shí)施例的銑削刀具。
這些特征由本發(fā)明一實(shí)施例的一種切削刀片所提供，它具有由曲率半徑的弧線所確定的很大的切削刃。該切削刀片所具有的總體尺寸以其內(nèi)接圓的直徑來(lái)測(cè)量。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括切削刀片，它們具有任何的帶有四個(gè)或更多側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)切削刀片的通常形狀，例如方形、菱形，或其它的切削刀片形狀。凸形切削刃的最簡(jiǎn)單的形式是圓弧形式，它具有與刀片頂面中的內(nèi)接圓半徑相比較而具有更大的半徑。如果該圓弧的半徑大于或等于切削刀片頂面中最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍，該圓弧就被認(rèn)為是相當(dāng)大的。在某些實(shí)施例中，該圓弧半徑可以大于或等于切削刀片頂面中最大內(nèi)接圓的半徑的五倍；對(duì)于另一些應(yīng)用，如果該圓弧半徑大于或等于切削刀片頂面中最大內(nèi)接圓的半徑的十倍，其結(jié)果將得到改善。凸形切削刃最初的描述為包括一圓弧，然而，凸形切削刃也可以包括一橢圓的一部分、一拋物線的一部分、多段曲線、直線，以及它們的組合。
結(jié)果，本發(fā)明切削刀片的實(shí)施例可以具有凸形切削刃，例如相對(duì)大曲率半徑的凸形切削刃，并且能夠進(jìn)行很平穩(wěn)的切削和產(chǎn)生很薄的切屑。在相同切削深度的情況下，與具有直線切削刃的類(lèi)似的傳統(tǒng)切削刀片相比，具有凸形切削刃的切削刀片能夠具有更長(zhǎng)的切削刃嚙合長(zhǎng)度。這就降低了切削刃上的單位長(zhǎng)度的應(yīng)力，因而與端面銑削作業(yè)中所使用的傳統(tǒng)切削刀片相比，就可以采用更高的進(jìn)給速度，或者延長(zhǎng)刀片的使用壽命。凸形切削刃可以形成在切削刀片的一個(gè)或多個(gè)切削刃上。優(yōu)選是所有的切削表面都具有凸形切削刃，因而該刀具是可以全換位的。
由本發(fā)明切削刀片的某些實(shí)施例所提供的另一些優(yōu)點(diǎn)是基于方形刀片的特征上形成，它們通常被強(qiáng)化設(shè)計(jì)，除高速進(jìn)給端面銑削外，因而相同切削刀片能夠被用于插銑、槽銑、斜面銑削。而且，本發(fā)明某些實(shí)施例中的刀體被設(shè)計(jì)成相同刀片凹槽能夠接納具有不同凸形切削刃的切削刀片。因此，本說(shuō)明中的切削刀片的實(shí)施例以類(lèi)似于具有較大半徑的圓形刀片的方式運(yùn)行，但它們具有更廣泛的通用性。
本發(fā)明的實(shí)施例包括通常為正方形的具有四個(gè)凸形切削刃的切削刀片。這四個(gè)切削刃可以是相同的，也可以互不相同。此外，每個(gè)凸形切削刃都可以包括幾段。例如，其第一區(qū)城可包括具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃部分。當(dāng)從切削刀片的頂部觀察時(shí)，每個(gè)凸形切削刃的一個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域可以包括基本為直的或直線的切削刃。切削刀片的凸形切削刃部分中的第一區(qū)域可在切削刀片的一個(gè)側(cè)面上形成通常為圓錐形的間隙表面(或后角)。在結(jié)合了相對(duì)大半徑的圓形刀片和通常尺寸的正方形刀片兩者特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可以發(fā)展出如下所述的一種方法，它可用來(lái)引導(dǎo)本發(fā)明切削刀片的某些實(shí)施例的切削刃的設(shè)計(jì)。
某些加工應(yīng)用需要非常強(qiáng)勁的切削作用。因此，切屑的斷屑器特性也可以選擇性地包括在本發(fā)明的切削刀片的實(shí)施例中。斷屑器典型是結(jié)合在銑削刀片頂部上的固有特性。斷屑器通常以某些基本參數(shù)為特征，例如斷屑槽深度、前角、后壁棱面、以及斷屑槽寬度等，以便在端面銑削作用中以較小的切削功率提供強(qiáng)勁的切削作用。
在圖4中表示了一個(gè)標(biāo)注為10的切削刀片的實(shí)施例。該切削刀片10可由任何的適合于切削作業(yè)的各種材料制成。這些材料包括耐磨材料，例如鋼、金屬碳化物、諸如鋁氧化物和金屬碳化物的復(fù)合物、鎢碳化物、陶瓷、陶瓷合金、以及現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它材料。這些材料還可以附有鍍層，以改善在某些應(yīng)用情況下的刀片性能。如圖4A所示，切削刀片10的該實(shí)施例確定了中心孔13，頂面15，底面17，以及圍繞著頂面15的周邊所形成的四個(gè)相同的切削刃12。圖4B是從頂面15向下觀察的該切削刀片10的俯視圖，圖中包括以虛線所示的底緣21和在每個(gè)側(cè)面19上形成的幾個(gè)邊緣。圖4C是切削刀片10的沿著圖4A中箭頭A-A方向的側(cè)面正視圖。如圖4A和圖4C中清楚所示，刀片10的每個(gè)側(cè)面19包括幾個(gè)成形在切削刃12和底緣21之間的、并且圍繞著底面17周邊的間隙表面。在該實(shí)施例中，四個(gè)凸形切削刃12每個(gè)都由幾個(gè)區(qū)域構(gòu)成，它們包括切削刃的具有大曲率半徑的曲線區(qū)域25，兩個(gè)基本為直線的(即，線性的)直線區(qū)域27，29。切削刀片10的四個(gè)凸形切削刃12分別由端角部23相互連接。
雖然上述切削刀片10的切削刃12包含幾個(gè)區(qū)域，但本發(fā)明的切削刀片的一些替換實(shí)施例可以包括四個(gè)相同的切削刃，這些切削刃只包含端角半徑和具有大曲率半徑的曲線切削刃部分，例如只包含切削刀片10的切削刃區(qū)域23，25，其中大的曲率半徑的弧線部分25從端角23延伸到相鄰的另一個(gè)端角23。因此，這些實(shí)施例不包括如上述切削刀片10中所含的切削刃區(qū)域27，29那樣的、一個(gè)或多個(gè)基本為直線的(即線性的)切削刃區(qū)域。
再回到圖4所示的切削刀片10，刀片10的切削刃12上的每個(gè)區(qū)域切削刃都在刀片10的側(cè)面19上形成不同的間隙表面。每個(gè)這樣的間隙表面都從刀片10的切削刃12向下延伸到底緣21。例如，如圖4A和圖4C清楚所示，圓錐形的間隙表面26從端角半徑23處向下延伸，圓錐形的間隙表面28從曲線切削刃25向下延伸，平面的間隙表面31從直線切削刃27向下延伸，以及平面的間隙表面33從直線切削刃29向下延伸。切削刀片10還包括平面的輔助間隙表面35，其從間隙表面28，31和33延伸至刀片10的底緣21。
根據(jù)圖4的實(shí)施例，一基本上是正方形的切削刀片10包括四個(gè)凸形切削刃12，在從刀片10的頂面15觀察時(shí)，切削刃12的曲線切削刃區(qū)域25具有相對(duì)大的曲率半徑。該大的曲率半徑最好顯著地大于刀片的內(nèi)接圓的標(biāo)定半徑。于是曲線切削刃區(qū)域25在刀片10的側(cè)面19上形成了圓錐形的間隙表面28。
因此應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的切削刀片的不同的實(shí)施例可以包括不同的切削刃區(qū)域的各種組合。例如，圖5表示了本發(fā)明刀片的切削刃的不同設(shè)計(jì)。圖5A描繪了具有四個(gè)相同切削刃112的基本為正方形的切削刀片110，該刀片110包括端角半徑區(qū)域114和凸形的切削刃區(qū)域116。刀片110的切削刃112沒(méi)有直線區(qū)域。圖5B描繪了具有四個(gè)相同凸形切削刃122的基本為正方形的切削刀片120，該刀片120包括端角半徑區(qū)域124，基本為直線的切削刃區(qū)域126，以及具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域128。圖5C描繪了具有四個(gè)相同切削刃132的基本為正方形的切削刀片130，該刀片130包括端角半徑區(qū)域134，兩個(gè)相鄰的基本為直線的切削刃區(qū)域135和136，以及具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域138。圖5D描繪了具有四個(gè)相同切削刃142的基本為正方形的切削刀片140，該刀片140包括端角半徑區(qū)域143，三個(gè)相鄰的基本為直線的切削刃區(qū)域144，145和146，以及具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域148。
本發(fā)明的切削刀片的某些實(shí)施例可以概括地進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。例如參見(jiàn)圖6，如現(xiàn)有技術(shù)中所知，內(nèi)接圓A(即配合刀片表面周邊中的最大半徑的圓)的直徑通常代表切削刀片的尺寸。參見(jiàn)圖6A，假定直角坐標(biāo)系X-Y的原點(diǎn)(即點(diǎn)(0，0))位于由正方形210所示的切削刀片的內(nèi)接圓A的中心CP，則內(nèi)接圓A的方程式可由下式(II)表示x2+y2＝R2(II)其中R是內(nèi)接圓A的半徑。根據(jù)本發(fā)明的切削刀片的某些實(shí)施例，其獨(dú)特的特征在于，它結(jié)合了相對(duì)大尺寸的圓形刀片的某些優(yōu)點(diǎn)和通常尺寸的正方形刀片的某些優(yōu)點(diǎn)?；緸檎叫蔚牡镀乃膫€(gè)切削刃212的每個(gè)在它們的四個(gè)接觸點(diǎn)P1，P2，P3，P4處分別與由上述方程式所確定的內(nèi)接圓A相切，并且可以將內(nèi)接圓的一組切線方程式表示如下Pixx+Piyy＝R2(III)其中，Pix和Piy是切點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)，以及i＝1，…，4。正方形刀片設(shè)有導(dǎo)前角α，其與采用圓形刀片時(shí)所用的最大切削深度M直接相關(guān)。假定圖6A中的正方形210的底邊與內(nèi)接圓A在P1(P1x，P1y)點(diǎn)相切。在這種情況下，P1x＝R×(sinα)，以及P1y＝-R×(cosα)。通過(guò)將點(diǎn)(P1x，P1y)代入上述切線方程，我們獲得圖6中的正方形210底邊的下述方程式(IV)(sinα)·x-(cosα)·y＝R2(IV)其中α的是導(dǎo)前角。
確定了圖6中的正方形210的其余三條邊的方程式可以通過(guò)類(lèi)似的方法來(lái)獲得，結(jié)果是得到下述的一組方程式(V)-(VIII)，它們各自代表正方形的一個(gè)邊
(sinα)·x-(cosα)·y=R2(cosα)·x+(sinα)·y=R2-(sinα)·x+(cosα)·y=R2-(cosα)·x-(sinα)·y=R2]]>上述這組方程式是建立在與最大切削深度相應(yīng)的導(dǎo)前角的基礎(chǔ)之上的。刀片的包含了具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域的四個(gè)切削刃的每個(gè)，將被限定在由上述方程式(V)-(VIII)所形成的正方形210的范圍內(nèi)。
一旦產(chǎn)生了上述的方程式(V)-(VIII)，在正方形210的每條邊上將提供相同長(zhǎng)度的其半徑大于內(nèi)接圓A半徑的、并且分別在每個(gè)點(diǎn)P1至P4與正方形210相切的弧線。這四個(gè)相同定位的弧線在圖6A中以弧線B1至B4表示。在切削刀片的某些實(shí)施例中，每個(gè)弧線B1-B4的與正方形210相鄰的邊相平行的弦線確定了曲線切削刃區(qū)域。因此，參見(jiàn)圖6A，弧線B1具有大于內(nèi)接圓A半徑的曲率半徑。虛線Z平行于正方形210的與弧線B1相切的邊，并且與弧線B1相交于點(diǎn)z′，z″?；【€B1的弦線C1中點(diǎn)z′，z″確定了切削刀片的曲線切削刃區(qū)域220。曲線切削刃區(qū)域220的相對(duì)大的曲率半徑由虛線段R1，R2表示，它們從曲線切削刃區(qū)域220朝著弧線B1的曲率半徑的中心點(diǎn)延伸。如果將弧線B1的曲率半徑的長(zhǎng)度延伸，線段R1，R2將相交于超過(guò)內(nèi)接圓A的中心點(diǎn)CP的一點(diǎn)。
在這個(gè)實(shí)施例中，由于弧線B1的弦線C1平行于正方形210的相鄰邊，因而所確定的具有大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域具有與上述那組方程式相同的導(dǎo)前角。當(dāng)本發(fā)明中提供的切削刀片主要用于端面銑削的情況下，弧線B1的左下端點(diǎn)z′處的切線垂直于刀體的軸線，因而可以保證在與刀體軸線相垂直的已加工表面上的良好的表面光潔度。然后根據(jù)圖6所示的幾何關(guān)系，可將弦線C1的長(zhǎng)度表示為最大切削深度和導(dǎo)前角α的函數(shù)，如下述方程式(IX)所示Lb＝docmax/sinα (IX)在這種情況下，曲線切削刃區(qū)域的曲率半徑Rb由下式確定Rb＝Lb/(2·sin(θ/2))＝Lb/2·sinα (X)其中θ是弧線的中心角。
本發(fā)明的切削刀片的某些實(shí)施例的設(shè)計(jì)過(guò)程中的第二步驟可以是為切削刃添加第二區(qū)域切削刃，例如在本實(shí)施例中，一直線的切削刃區(qū)域與切削刀片的軸線相垂直，并且與形成切削刀片的曲線切削刃區(qū)域的弧線的左下端點(diǎn)相切。該第二步驟由圖6B所示，其中相同長(zhǎng)度的第一直線切削刃區(qū)域214添加在每一曲線切削刃區(qū)域220的端部。下一個(gè)步驟可以是在每個(gè)切削刃上將第二直線切削刃區(qū)域添加到第一直線切削刃區(qū)域214的端部。第二直線切削刃區(qū)域216可以設(shè)置成相對(duì)于第一直線切削刃區(qū)域呈相對(duì)小的角度。該步驟如圖6C所示，其中第二直線切削刃區(qū)域216被添加到每個(gè)切削刃上的第一直線切削刃區(qū)域214的端部。再一個(gè)附加的步驟可以是將端角添加到切削刀片上。在該實(shí)施例中，每個(gè)端角218都具有相同的半徑，每個(gè)端角218與同它相連接的第二直線切削刃部分216和曲線切削刃部分220分別相切并且平滑地連接。該步驟表示在圖6D中，其中四個(gè)相同的端角218完成了切削刀片的完整輪廓220。
一旦圖6D中的完整凸形切削刃214，216和220被確定，在切削刀片的側(cè)面上的所有間隙表面(即斜面)也隨之形成。在圖4所示的實(shí)施例中，圓錐形的間隙表面(或稱(chēng)后面)28可以成形在具有相對(duì)大曲率半徑的曲線切削刃25的下方，然后它與平面的間隙表面35相連接，表面35延伸至切削刀片10的底緣21。上述刀片的每個(gè)曲線切削刃部分的大的曲率半徑比刀片的每個(gè)端角23的半徑大許多，例如，相對(duì)于刀片端角上的0.8mm的端角半徑，凸形切削刃的曲線切削刃部分上的曲率半徑為55mm。平斜面33成形在直線切削刃部分29的下方，平斜面31成形在直線切削刃部分27的下方，切削刀片10的四個(gè)側(cè)面上都成形有上述這兩個(gè)平斜面。斜面33作為切削面用以產(chǎn)生與切削軸線相垂直的已加工表面，而斜面31是作為插銑法中沿著切削方向的接近角。最后，圓錐形的間隙表面26成形在端角23的下方。
多個(gè)切削刀片，例如像切削刀片10的實(shí)施例那樣的刀片，可以如圖7所示安裝到刀體上，并且借助于穿過(guò)刀片10的中心孔13的螺釘43而牢固地定位在凹槽42中。刀具還可以包括有助于排出加工過(guò)程中所產(chǎn)生的切屑的排屑槽44。
在圖8所示的某些端面銑削情形中，直線切削刃29可以垂直于切削軸線46，以保證已加工表面上的良好的表面光潔度。刀體41被設(shè)計(jì)成相同凹槽能夠接納尺寸相同但凸形切削刃不同的切削刀片，并且能夠保持刀片10的直線切削刃29與刀具軸線46之間的垂直關(guān)系。圖9的實(shí)施例表示了相同尺寸的切削刀片，它們具有12.7mm直徑(或6.35mm半徑)的內(nèi)接圓，在凸形切削刃上具有兩個(gè)不同的大曲率半徑，即切削刀片48的凸形切削刃具有半徑為22.5mm的曲線切削刃部分；而切削刀片49的凸形切削刃具有半徑為55mm的曲線切削刃部分。
正如圖8中已經(jīng)示出的那樣，圖8所示的刀具41還可設(shè)計(jì)成允許使用座落在同一凹槽中的相同的刀片可進(jìn)行多種的銑削作業(yè)(端銑，槽銑，斜面銑和插銑)。這就意味著，如果切削作業(yè)的方向是沿著與刀具軸線46相垂直的已加工表面的方向，那么刀片就是在進(jìn)行端面銑削或者槽銑作業(yè)；如果切削作業(yè)的方向平行于刀具軸線46，那么刀片就是在進(jìn)行插銑作業(yè)；進(jìn)一步地，如果切削作業(yè)的方向是如圖8所示沿著待加工的工件表面的一個(gè)小角度，那么刀片就是在進(jìn)行斜面銑削作業(yè)。
本發(fā)明的切削刀片并不限于帶平頂面的刀片，而是包括刀片表面的頂面上帶有斷屑器的切削刀片。圖10中所示的是其頂面上具有斷屑器的本發(fā)明切削刀片61的設(shè)計(jì)。這種斷屑器以至少五個(gè)基本參數(shù)為特征，如槽深62，斜角63，后壁64，棱面65和槽寬66，以及現(xiàn)有技術(shù)中其它已知的斷屑器特征。斷屑器的功能可以結(jié)合到各個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的切削刀片能夠使得該刀片和相關(guān)聯(lián)的刀具適合用于各種材料的工件的機(jī)加工。
應(yīng)當(dāng)理解，本說(shuō)明書(shū)僅對(duì)于與清楚地理解本發(fā)明有關(guān)的一些方面進(jìn)行了描述。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明的那些對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的方面，以及那些無(wú)助于更好地理解本發(fā)明的方面，都沒(méi)有在這里呈現(xiàn)。盡管只是描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在研究了上述的說(shuō)明書(shū)之后，將能夠認(rèn)識(shí)到可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多的改進(jìn)和變化。所有的這些改進(jìn)和變化都由前面的說(shuō)明書(shū)和后面的權(quán)利要求書(shū)所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種切削刀片，包括一頂面；一底面，以及至少四個(gè)凸形切削刃。
2.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中所述切削刀片具有四個(gè)凸形切削刃。
3.如權(quán)利要求2所述的切削刀片，其中所述切削刀片還包括連接四個(gè)凸形切削刃的四個(gè)端角。
4.如權(quán)利要求3所述的切削刀片，其中每個(gè)所述端角包括一圓弧，一系列圓弧，以及多段鍵槽曲線的至少其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中所述凸形切削刃包括一圓弧。
6.如權(quán)利要求2所述的切削刀片，其中至少一個(gè)凸形切削刃包括其半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍的一圓弧。
7.如權(quán)利要求2所述的切削刀片，其中至少一個(gè)凸形切削刃包括其半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的五倍的一圓弧。
8.如權(quán)利要求2所述的切削刀片，其中所述凸形切削刃包括其半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的十倍的一圓弧。
9.如權(quán)利要求5所述的切削刀片，其中所述凸形切削刃還包括至少一段大致的直線。
10.如權(quán)利要求6所述的切削刀片，其中所述凸形切削刃包括兩段大致的直線。
11.如權(quán)利要求6所述的切削刀片，其中所述凸形切削刃包括三段大致的直線。
12.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中所述的凸形切削刃包括一圓弧，一橢圓的一部分，一拋物線的一部分，多段鍵槽曲線，一直線的至少其中之一。
13.如權(quán)利要求12所述的切削刀片，其中還包括連接凸形切削刃的端角。
14.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中還包括在頂面和底面之間的圓錐形間隙表面。
15.如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中還包括在頂面上的斷屑幾何結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于銑削作業(yè)的切削刀片(10)，例如用于端面銑削，槽銑，插銑和斜面銑削作業(yè)。該切削刀片(10)表現(xiàn)出良好的切削刃強(qiáng)度與獨(dú)特的切削刃幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特點(diǎn)，因而能夠使銑削作業(yè)以相對(duì)高的進(jìn)給速度進(jìn)行。切削刀片(10)包括至少四個(gè)切削刃(12)，其中至少一個(gè)切削刃是凸形切削刃。正方形切削刀片的某些實(shí)施例可具有通過(guò)端角(23)而連接的四個(gè)凸形切削刃。凸形切削刃可以包括以下所述的一圓弧，一橢圓的一部分，一拋物線的一部分，多段鍵槽曲線，一直線的至少其中之一，或者上述的組合。在圓弧形狀的凸形切削刃的情形中，圓弧的半徑可以是大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍。
文檔編號(hào)B23C5/20GK1890044SQ200480035676
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者吉勒斯·費(fèi)斯蒂厄, 讓-盧克·達(dá)福爾, 丹尼爾·X·方, 戴維·J·威爾斯 申請(qǐng)人:Tdy工業(yè)公司