專利名稱：高速銑刀和刀片的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及高速銑刀和刀片。更特別地，本發(fā)明涉及用于銑削金屬工件例如鋁等的高速銑刀和刀片。
相關(guān)技術(shù)的說(shuō)明用于在金屬工件上執(zhí)行加工操作的銑刀在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。這種刀具通常包括圓柱形或盤形的主體，該主體能夠可分離地連接至旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸。多個(gè)切削刀片繞著刀具主體的外圓周安裝，用于在工件上產(chǎn)生一系列刮削金屬的切削。在操作中，這種銑刀通常以每分鐘幾千轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)金屬工件與刀具主體中的刀片接合。
近來(lái)，對(duì)于能夠在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)每分鐘幾千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下操作的銑刀的需求加劇。與這種高速銑削有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)包括能夠在工件上產(chǎn)生金屬去除率較高的更快的切削操作，還包括工件施加到切削刀片上的切削力的減小以及更光滑的最終切削。這種減小的切削力延長(zhǎng)了刀片的操作壽命，不僅減少了與替換刀片有關(guān)的成本，而且還使用于可轉(zhuǎn)位的刀片重新定向所需的停機(jī)時(shí)間量減小。夾緊的成本和時(shí)間也減小了，原因是較高的切削力需要更精細(xì)并且更具有剛性的夾緊從而實(shí)現(xiàn)期望的精度。
由于這些優(yōu)點(diǎn)，高速銑刀不僅能夠在提高產(chǎn)率的同時(shí)降低加工成本，而且由于切削操作更光滑，還提高了最終加工的工件的質(zhì)量，并且可以獲得更好的精加工。應(yīng)當(dāng)理解，為了獲得所有上述的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)所需旋轉(zhuǎn)速度的相當(dāng)大的提高還導(dǎo)致刀具主體中產(chǎn)生的離心力有相當(dāng)大的提高。一般來(lái)說(shuō)，離心力FC取決于支撐切削刀片的刀具主體的質(zhì)量(m)、刀具主體的半徑長(zhǎng)度(r)和主體的角速度(Ω)的平方。
這些參數(shù)之間的關(guān)系可以由等式FC＝(mΩ2)(r)來(lái)表示。直到現(xiàn)在，刀具主體上的離心力(以及因此張應(yīng)力)隨著角速度的平方而增大的事實(shí)對(duì)于能夠在高于每分鐘幾千轉(zhuǎn)的速度下操作的銑刀的開發(fā)設(shè)置了相當(dāng)大的障礙。以10000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的銑刀沿著它的周邊具有比以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的銑刀高25倍的離心感應(yīng)張應(yīng)力。如果相同的刀具在20000rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，那么它將具有超過(guò)100倍的離心感應(yīng)張應(yīng)力。
另外，為了獲得所有上述的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)所需旋轉(zhuǎn)速度的相當(dāng)大的提高還導(dǎo)致刀具的刀片上產(chǎn)生的離心力有相當(dāng)大的提高。特別地，在高速銑削操作期間，離心力趨于使刀片變成離開刀片槽。因此，就需要能夠在高速例如大約20000rpm下操作的能夠?qū)⑶邢鞯镀喂滩⑶抑鲃?dòng)地保持在刀具主體的刀片槽中的高速銑刀。理想的是，這種高速銑刀和切削刀片制造起來(lái)應(yīng)該相對(duì)便宜，并且使用起來(lái)也應(yīng)該便宜，切削刀片易于替換從而減小制造成本和裝置的操作。
最后，加工材料例如鋁的技術(shù)揭示的趨勢(shì)是結(jié)合真空系統(tǒng)來(lái)使工作區(qū)在緊鄰工具的區(qū)域中不出現(xiàn)切削材料(切屑)。如果切屑的形狀和/或尺寸不控制在可控的水平上，這些系統(tǒng)很快就會(huì)發(fā)生堵塞。因此，成功的刀具是它的刀片表面形狀能夠產(chǎn)生受控制的切屑的刀具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明者認(rèn)識(shí)到了與高速銑刀和相關(guān)的切削刀片有關(guān)的這些和其它問題。簡(jiǎn)要地說(shuō)，依照本發(fā)明，提供了一種高速銑刀，它包括具有帶有凸出軸套的刀片槽的柄，和具有頂面、底面和端面的至少一個(gè)切削刀片。切削刀片具有在頂面和端面之一之間的交點(diǎn)處形成的主切削刃。切削刀片包括底面中的凹部，能夠接收凸出軸套從而用于在高速銑削操作期間將切削刀片牢固地保持在刀片槽中。切削刀片包括幾何尺寸適合于控制切削的工件材料的尺寸/形狀的前刀面。


通過(guò)如下參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，由此得出的本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更清楚，其中圖1顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施例的研磨刀具的透視圖。
圖2顯示了當(dāng)切削刀片移走時(shí)圖1的銑刀的放大透視圖。
圖3顯示了圖1的銑刀的正視圖。
圖4顯示了圖1的銑刀的頂視圖。
圖5顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施例的切削刀片的透視圖。
圖6顯示了圖5的切削刀片的頂視圖。
圖7顯示了圖5的切削刀片的正視圖。
圖8顯示了圖5的切削刀片的底視圖。
圖9顯示了依照本發(fā)明的可選實(shí)施例的銑刀。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，其中類似的參考符號(hào)表示類似的元件，其中顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施例的銑刀10。如圖1所示，銑刀10包括柄12、前部14和柄12與前部14之間的過(guò)渡表面16。刀具10優(yōu)選由熱處理的鋼例如H13工具鋼或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它材料制成。使用的具體材料可以隨著刀具10的期望設(shè)計(jì)特征而改變。刀具10界定了旋轉(zhuǎn)軸18，如圖3所示。刀具10還包括刀片槽，總體上在20處顯示，形成在刀具10的前端處前部14中。
如圖2所示，刀片槽20包括底面22和一對(duì)端面24、26。本發(fā)明的一個(gè)方面是底面22包括凸起的軸套28，該軸套28的尺寸可以設(shè)計(jì)成任何希望的形狀并且定位成可以接收和支撐切削刀片，總體顯示在30處，并且在下面將進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在所示實(shí)施例中，凸起的軸套28的形狀有倒圓角。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，凸起的軸套28可以具有任何希望的形狀從而抑制切削刀片30的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。例如，凸起的軸套28的形狀可以是正方形、矩形等。另外，可以代替如所示實(shí)施例中所示的單個(gè)凸起的軸套28，刀片槽20可以包括多個(gè)凸起的軸套28。
刀片30優(yōu)選由硬質(zhì)合金或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的用于銑削金屬工件(未顯示)例如鋁等的其他材料制成。參見圖3和4，切削刀片30安裝在刀片槽20中，其軸向前角A大約在十五(15)至二十五(25)度之間，其徑向前角B足以允許在第二切削刃46下方具有適當(dāng)?shù)拈g隙，且基于刀具直徑而在正十(10)至負(fù)二十(20)度之間。
參見圖5-8，切削刀片30總體上包括頂面32、底面34和端面36、38、40、42。倒圓角的主切削刃44、52分別界定在第三切削刃48、52和倒圓角的第二切削刃46、54的交點(diǎn)處。倒圓角的第二切削刃46、54大體上分別界定在頂面32和端面36、40之間的交點(diǎn)處。第三切削刃48、56大體上界定在頂面32和端面38、42之間的交點(diǎn)處。更具體地，倒圓角的第二切削刃46、54由倒圓角的上部刃70、72和第三切削刃48、56的交點(diǎn)形成。當(dāng)切削刀片30執(zhí)行向下修整斜坡的操作時(shí)，即定義為隨著刀具沿著工件(未顯示)行進(jìn)而增大的軸向切削深度，就使用第三切削刃48最接近倒圓角的主切削刃44的一部分。然而，第三切削刃48、56遠(yuǎn)離主切削刃44、52的剩余部分是不參與切割工件的后刃部。第三切削刃48與第二切削刃46形成小于九十(90)度的角度，例如，在大約四十五(45)度至大約八十五(85)度的范圍內(nèi)。切削刀片30的剩余刃定義為過(guò)渡刃49、57，過(guò)渡刃在本說(shuō)明中是圓角的，但是也可以是類似地符合概念的能夠制造的所希望的形狀例如倒角、尖角等，注意應(yīng)包含徑向后刀面50、前刀面58。總體上，過(guò)渡刃49、57分別界定在頂面32和端面40、42之間的拐角交點(diǎn)處。徑向后刀面50、前刀面58用于有效地排空在銑削操作期間形成的切屑，如下面關(guān)于頂面32所討論的一樣。
如圖5-8所示，切削刀片30在對(duì)角處優(yōu)選而不是必須地包括上述切削刃、徑向后刀面和其它特征。因此，切削刀片30沿著經(jīng)過(guò)主切削刃44、52的線或者經(jīng)過(guò)徑向后刀面50、前刀面58的線呈鏡面對(duì)稱。切削刀片30的鏡面對(duì)稱允許切削刀片30在被處置之前可以使用兩次。例如，當(dāng)主切削刃44在一個(gè)角落處無(wú)法使用時(shí)，就從刀片槽20中移走切削刀片30，旋轉(zhuǎn)180度并且重新放置在刀片槽20中使用第二主切削刃52來(lái)執(zhí)行銑削操作。
參見圖5和6，為了便于在刀片槽20中插入和移走切削刀片30，在切削刀片30中設(shè)置了埋頭孔60。凸起的軸套28包括與刀片槽20連通的螺紋孔62(圖2)。當(dāng)切削刀片30適當(dāng)?shù)匕惭b在刀片槽20中時(shí)候，螺紋孔62大體上與切削刀片30的埋頭孔60對(duì)齊。螺紋孔62尺寸和位置設(shè)計(jì)成通過(guò)螺紋接收帶螺紋的緊固件64例如置于埋頭孔60中的保持螺釘?shù)龋宕说镀?0可以牢固地但是可松開地安裝在刀片槽20中。因?yàn)橥蛊鸬妮S套28從刀片槽20的底面22向外延伸，所以與傳統(tǒng)的刀片槽相比，保持螺釘64的長(zhǎng)度可以通過(guò)凸起的軸套28的高度而縮短。由于凸出高度縮短，所以與傳統(tǒng)的銑刀相比，在高速銑削操作期間保持螺釘64可以在更小的彎矩下操作。
如圖5和6所示，切削刀片30的頂面32包括凹入的表面形狀，這種設(shè)計(jì)適合于對(duì)金屬工件例如鋁等進(jìn)行高速銑削操作。當(dāng)安裝在刀片槽20中時(shí)，頂面32的表面形狀能夠使切削刀片30提供有效的正的徑向前角，大約在十五(15)度和三十五(35)度之間。特別地，切削刀片30的頂面或者傾斜表面32包括向下傾斜的主傾斜表面32a，它自主切削刃44、第二切削刃46和第三切削刃48延伸。主傾斜表面32a與過(guò)渡至向上傾斜的第二傾斜表面32c的較大的半徑過(guò)渡接合部32b相交。半徑過(guò)渡接合部32d過(guò)渡到與底面34總體上平行的第三傾斜表面32e。(原文語(yǔ)法不通？)工件材料的去除效果根據(jù)由切削刃44、46、48約束的傾斜表面32a、32c、32e和過(guò)渡接合部32b、32d的相對(duì)位置而變化。例如，在較淺的切割(較淺的軸向切削深度)中，切屑載荷往往較高，并且更深程度的主傾斜表面32a易于連續(xù)的剪切操作。隨著切割深度的增加，切屑載荷的趨勢(shì)減少。主傾斜表面32a的減小的深度使材料繼續(xù)受到正剪力，并且第二傾斜表面32c和第三傾斜表面32e使切割材料從刀片槽20的區(qū)域中退出。因此，對(duì)于較深的切割(較高的軸向切削深度)，在降低的進(jìn)給速度(每個(gè)齒的切屑載荷)下，幾何尺寸對(duì)于切屑流是足夠的，但是刀片的橫截面厚度卻并不會(huì)不利地減小。徑向后刀面50與主傾斜面32a類似之處在于它也是向下傾斜的。然而，因?yàn)轫斆?2的組合設(shè)計(jì)，需要后刀面50在由第二倒圓角切削刃46、過(guò)渡刃49和第三切削刃48形成的邊界的過(guò)渡很大。？由于從工件上去除的材料在極端的縱向切削深度的狀態(tài)下經(jīng)過(guò)主傾斜面32a，所以認(rèn)為材料會(huì)趨于聚集在所述區(qū)域中并且生成不可接受的工件切屑形式，和/或迫使第三切削刃48和過(guò)渡刃49的非切削段產(chǎn)生災(zāi)難性變形。因?yàn)榍邢鞯镀?0的底面34大體上為平面，所以切削刀片30在倒圓角的主切削刃44和倒圓角的第二切削刃46處具有最大的厚度(和最高的高度)，而這最適合于抵抗高速銑削操作期間切削刀片30上的誘導(dǎo)應(yīng)力。
優(yōu)選而不是必需地，端面36、40分別包括由底面34延伸的傾斜平面66、68，如圖7和圖8中所見的一樣。每個(gè)傾斜平面66、68都分別包括倒圓角的上部刃70、72。平面66、68充當(dāng)分別通過(guò)沿著槽端面26、24的第二觸點(diǎn)和第三觸點(diǎn)使刀片30坐在槽20中的主刀面。倒圓角的上部刃70、72便于在工件上形成九十(90)度的圓柱形壁，這一點(diǎn)在本領(lǐng)域中是通用的。
如圖8所示，與埋頭孔60相對(duì)的是由底面34伸進(jìn)切削刀片30中的孔76，并且在邊緣上具有比凸出的軸套28(圖2)的埋頭孔60大的直徑。孔76優(yōu)選具有的深度略微大于凸出軸套28的高度。這樣，切削刀片30能夠安裝在刀片槽20中，以便凸出軸套28布置在切削刀片30的孔76內(nèi)，同時(shí)切削刀片30的底面34與刀片槽20的底面22接合。另外，切削刀片30的端面38、68分別與刀片槽20的端面24、26接合，從而當(dāng)在銑削操作期間使用切削刃44、46、48時(shí)緊密地將切削刀片30固定在刀片槽20中。類似地，切削刀片30的端面42、66分別與刀片槽20的端面24、26接合，從而當(dāng)在銑削操作期間使用切削刃52、54、56時(shí)緊密地將切削刀片30固定在刀片槽20中。
在圖1-8顯示的銑刀10的所示實(shí)施例中，銑刀10能夠?qū)⑾鄬?duì)于彼此定向成大約180度的兩個(gè)切削刀片30安裝在各自的刀片槽20中。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的銑刀并不限于可以安裝在刀片槽20中的切削刀片30的數(shù)目，而且本發(fā)明可以使用任何期望數(shù)目的切削刀片來(lái)實(shí)行，其中僅僅受到銑刀的材料性能的物理局限的限制。如圖9所示，例如，銑刀100包括前部114和過(guò)渡表面116，與銑刀10類似。然而，不同于銑刀10，銑刀100設(shè)計(jì)成用于在各自的刀片槽120中安裝三個(gè)(3)切削刀片130。
如上所述，本發(fā)明的銑刀10、100提供的輔助安全特征包括與切削刀片30的孔76結(jié)合的凸出軸套28，這樣就能夠使切削刀片30用于高速銑削操作。另外，與傳統(tǒng)的銑刀相比，本發(fā)明的銑刀10、100提供的保持螺釘64具有與其它材料(即軸套28)不接合的并且不由它包住的較短的凸出長(zhǎng)度，這樣就能夠使保持螺釘64在高速銑削操作期間使用更小的彎矩來(lái)操作。
在此引用的文獻(xiàn)、專利和專利申請(qǐng)包含在此作為參考。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合它的不同實(shí)施例進(jìn)行了特別的描述，但是應(yīng)當(dāng)理解這只是用于說(shuō)明而非限制，并且所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)該廣義地解釋為現(xiàn)有技術(shù)所允許的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高速銑刀，包括具有帶有凸出軸套的刀片槽的柄；以及至少一個(gè)切削刀片，它具有頂面、底面和端面，所述至少一個(gè)切削刀片包括在能夠接收所述凸出軸套的所述底面中的凹部，用于將所述至少一個(gè)切削刀片安裝在所述刀片槽中。
2.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，所述至少一個(gè)切削刀片還包括在所述頂面和兩個(gè)所述端面之間的交點(diǎn)處形成的倒圓角的主切削刃。
3.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，所述至少一個(gè)切削刀片還包括在所述頂面和所述端面之一之間的交點(diǎn)處形成的倒圓角的第二切削刃。
4.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，所述至少一個(gè)切削刀片還包括在所述頂面和所述端面之一之間的交點(diǎn)處形成的第三切削刃。
5.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，所述凸出軸套還包括能夠接收保持螺釘?shù)穆菁y孔，其中，在高速銑削操作期間，所述凸出軸套減小了所述帶螺紋的保持螺釘上的彎矩。
6.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，當(dāng)安裝在所述刀片槽中時(shí)，所述至少一個(gè)切削刀片形成了大約十五和二十五度之間的軸向前角。
7.如權(quán)利要求1所述的銑刀，其特征在于，當(dāng)安裝在所述刀片槽中時(shí)，所述至少一個(gè)切削刀片形成了大約十五和大約三十五度之間的有效的徑向前角。
8.一種用于具有柄的高速銑刀的切削刀片，帶有用于接收所述切削刀片的刀片槽，所述切削刀片包括頂面、底面和端面；界定在頂面和兩個(gè)端面之間的交點(diǎn)處的倒圓角的主切削刃；界定在頂面和端面之一之間的交點(diǎn)處的倒圓角的第二切削刃；以及界定在頂面和所述的另一個(gè)端面之間的交點(diǎn)處的第三切削刃。
9.如權(quán)利要求8所述的銑刀，其特征在于，當(dāng)安裝在所述刀片槽中時(shí)，所述頂面使所述切削刀片能夠提供一個(gè)大約十五和大約三十五度之間的正的徑向前角。
10.如權(quán)利要求9所述的切削刀片，其特征在于，所述頂面包括從所述倒圓角的主切削刃、所述倒圓角的第二切削刃和所述第三切削刃延伸的向下傾斜的主傾斜面。
11.如權(quán)利要求10所述的切削刀片，其特征在于，所述頂面包括從與所述倒圓角的主切削刃鄰接的半徑過(guò)渡接合部延伸的向上傾斜的第二傾斜面。
12.如權(quán)利要求10所述的切削刀片，其特征在于，所述向下傾斜的主傾斜面便于進(jìn)行剪切操作，并且便于從所述刀片槽移走切屑。
13.如權(quán)利要求9所述的切削刀片，其特征在于，所述第三傾斜面大體上平行于所述底面。
14.如權(quán)利要求9所述的切削刀片，其特征在于，所述端面包括傾斜平面，該傾斜平面包括倒圓角的上部刃。
15.如權(quán)利要求9所述的切削刀片，還包括所述頂面中的埋頭孔以及所述底面中與所述埋頭孔相對(duì)的相對(duì)更大的孔。
16.如權(quán)利要求14所述的切削刀片，其特征在于，所述孔能夠接收位于所述刀片槽上的凸出軸套。
全文摘要
高速銑刀(10)包括柄(12)、前部(14)以及柄(12)與前部(14)之間的過(guò)渡表面(16)。刀具(10)還包括具有底面(22)以及端面(24，26)的刀片槽(20)。底面(22)包括用于支撐切削刀片(30)的凸出軸套(28)。切削刀片(30)具有頂面(32)、底面(34)和端面(36，38，40，42)。切削刀片(30)包括在頂面(32)和兩個(gè)端面(36，38，40，42)之間的交點(diǎn)處形成的主切削刃(44，46)。切削刀片(30)的頂面(32)包括設(shè)計(jì)用于金屬工件的高速銑削操作的凹的或者盤形的表面形狀。切削刀片(30)還包括底面(34)中的能夠接收凸出軸套(28)的孔(76)，用于將切削刀片(30)牢固地保持在刀片槽(20)中，并且減少了高速銑削操作期間保持螺釘64上的彎矩。
文檔編號(hào)B23C5/10GK1902033SQ200480040052
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者K·G·德羅什, M·A·弗朗西斯, B·D·霍夫勒, K·A·克雷格 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司