面铣复合材料的切削刀具、面铣方法、刀片和刀具主体的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种用于面铣复合材料的切削刀具，相应的面铣方法，切削刀片和刀具主体，该切削刀具包括：刀片槽，其用于固定切削刀片；切削刀片，其能够被固定在所述刀片槽中，且所述切削刀片和刀片槽被设计成，当切削刀片被固定在相应的刀片槽中时，每个切削刀片都存在：主切削刃和辅助切削刃，一个切削刀片的所述主切削刃和辅助切削刃之间的交点相对于另一切削刀片的所述主切削刃和辅助切削刃之间的交点轴向向内且径向向外地偏离；和导程角，其被限定在所述主切削刃和辅助切削刃之间，并且其小于30°。
【专利说明】面铣复合材料的切削刀具、面铣方法、刀片和刀具主体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种切削刀具，和一种面铣工件、特别是复合材料工件的方法。本发明也涉及一种相应的适合的切削刀片和一种相应的适合的刀具主体。
【背景技术】
[0002]已知复合材料为非均质材料。实际上，复合材料最通常由两种不同的相组成。第一相由增强纤维，特别是碳纤维或玻璃纤维组成。这些纤维相对坚硬和易碎。此外，这些纤维由不同层的组合产生，每一层都关于其中的纤维具有其自身的单向性取向。图1示出组成已知复合材料20的层22、24、26和28的示意性分解图。如果采用层28的纤维取向作为基准取向(层28内的纤维取向等于0° )，则层22、24、26的纤维分别以45°、90°和135°的角度取向。
[0003]复合材料的第二相由聚合物树脂基体组成，该聚合物树脂基体粘合每一层中的纤维，并且将来自一层的纤维粘合至另一层。这种基体柔软并且易延展。重新参考图1，将粘合各层之后的复合材料20称为多轴向叠层，这是因为增强纤维能够根据需要来进行取向。
[0004]具体地，通过注塑工艺、铣削或钻削工艺制造复合材料部件。复合材料的多相性，这里指的是各向异性产生了关于加工的一些严峻挑战。加工这些复合材料期间可能发生的通常缺陷是脱层、树脂过热、未切纤维和纤维被拉出。
[0005]本领域技术人员常常经历下列两个主要问题之间的折衷:一方面，保持复合材料部件的完整性和质量；另一方面，降低切削刀具的磨损。
[0006]然而，特别是在航空【技术领域】中，加工所需的质量水平要求更高质量地切削所加工的部件。关于制备将用于夹紧金属部件的复合材料的表面，或者在复合材料之间进行粘合的工艺之前，尤其是这种情况。
[0007]因此，本发明的目标在于提供一种用于面铣的方法和切削刀具，当在复合材料叠层上使用时，其允许更高质量的面铣。
【发明内容】
[0008]通过一种切削刀具实现这一目标，该切削刀具用于与切削刀具的轴线垂直地面铣工件，该切削刀具包括:
[0009]-刀具主体，其包括第一和第二刀片槽，其每个都用于固定一个切削刀片；
[0010]-第一和第二切削刀片，其能够被分别固定在第一和第二刀片槽中，这样设计第一和第二切削刀片和刀片槽，即当第一和第二切削刀片被固定在相应的刀片槽中时，每个切削刀片均存在:
[0011]-主切削刃，其用于径向加工工件，
[0012]-辅助切削刃，其关联主切削刃，且辅助切削刃是用于轴向加工工件的擦拭刃，
[0013]第二切削刀片的主切削刃和辅助切削刃之间的交点相对于第一切削刀片的主切削刃和辅助切削刃之间的交点轴向向内且径向向外地偏离；和[0014]每个切削刃的被限定在主和辅助切削刃之间的导程角，其小于30°。
[0015]切削刀具的优选实施例在从属权利要求中限定。
[0016]本发明还提出:
[0017]-刀具主体，其包括:
[0018]-多个刀片槽，包括第一和第二刀片槽；
[0019]-多个切削刀片，包括第一和第二切削刀片，所述多个切削刀片中的每个切削刀片都能够被固定在所述多个刀片槽中的一个相应的刀片槽中，这样设计该多个切削刀片和多个刀片槽，即当将每个切削刀片固定在相应的刀片槽中时，每个切削刀片都存在:
[0020]-主切削刃，其用于径向加工工件，
[0021]-辅助切削刃，其关联主切削刃，且辅助切削刃是用于轴向加工工件的擦拭刃；
[0022]其中，通过沿绕切削刀具的轴线的锥形螺旋线布置，所述多个刀片槽的主切削刃和辅助切削刃之间的交点彼此偏离；
[0023]每个切削刃的在主和辅助切削刃之间的导程角，其都相同；
[0024]-所有的切削刀片尺寸和形状都相同，且刀片槽彼此轴向地且径向地偏离；
[0025]-在刀具主体上布置至少两个径向和轴向偏离的刀片槽，使得当被固定在这些刀片槽中时，切削刀片的主切削刃存在共同的轴向交迭；
[0026]-第一刀片槽是刀具主体的轴向最向外的刀片槽；第二刀片槽是在从第一刀片槽轴向偏离的刀具主体的刀片槽中的从第一刀片槽轴向偏离较小的刀片槽；第一和第二刀片槽之间的轴向偏离大于约0.06mm ；
[0027]-这样设计切削刀具的切削刀片和刀片槽，即当被固定在它们相应的刀片槽中时，切削刀片被以相同的轴向偏离布置在同一锥形螺旋线上，该轴向偏离大于或等于0.1mm，优选为约0.2mm,并且小于或等于0.5mm,最优选地,该同一轴向偏离约为0.26mm ；
[0028]-切削刀片具有中心孔，用以通过基本轴向的螺钉而固定在刀具主体的相应的刀片槽中；
[0029]-导程角在3°至12°的范围内，优选为约5°；
[0030]-每个切削刀片都被固定在刀具主体的切削刀片的相应的刀片槽中，以便使得对于这些切削刀片中的每一切削刀片，用于径向加工工件的主切削刃和用于轴向加工工件的辅助切削刃之间的导程角都相同。
[0031]本发明还提出一种面铣工件的方法，该方法包括:
[0032]-利用上述切削刀具面铣工件的步骤，切削刀具相对于工件的每齿径向进给遵循下列不等式:
[0033]
【权利要求】
1.一种切削刀具，用于与所述切削刀具(80)的轴线(82)垂直地面铣工件，所述切削刀具(80)包括: -刀具主体(62)，所述刀具主体包括第一和第二刀片槽(62、64 ;64、66 ;66、68)，每个刀片槽均用于固定一个切削刀片(32、34、36、38)； -第一和第二切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)，所述第一和第二切削刀片能够被分别固定在第一和第二刀片槽(62、64 ;64、66 ;66、68)中，并且这样设计第一和第二切削刀片(32,34 ;34、36 ;36、38)和刀片槽(62、64 ;64、66 ;66、68)，即当第一和第二切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)被固定在相应的刀片槽(62、64、66、68)中时，每个切削刀片(32、34、36、38)都存在: -主切削刃(40 )，所述主切削刃用于径向加工所述工件(20 )， -辅助切削刃(44)，所述辅助切削刃关联所述主切削刃(40)，且所述辅助切削刃(44)是用于轴向加工所述工件(20)的擦拭刃， 所述第二切削刀片(34 ；36 ；38)的所述主切削刃(40)和所述辅助切削刃(44)之间的交点(42)相对于所述第一切削刀片(32 ；34 ；36)的所述主切削刃(40)和所述辅助切削刃(44 )之间的交点(42 )轴向向内且径向向外地偏离；和 每个切削刀片(32、34、36、38)的被限定在所述主切削刃(40)和所述辅助切削刃(44)之间的导程角(Kr)，其小于30°。
2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述刀具主体(60)包括: -包括所述第一和第二`刀片槽(62、64 ;64、66 ;66、68)的多个刀片槽(62、64、66、68)，； -包括所述第一和第二切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)的多个切削刀片(32、34、36、38)，所述多个切削刀片(32、34、36、38)中的每个切削刀片(32、34、36、38)都能够被固定在所述多个刀片槽(62、64、66、68)中的一个相应的刀片槽(62、64、66、68)中，并且这样设计所述多个切削刀片(32、34、36、38)和所述多个刀片槽(62、64、66、68)，即当将每个切削刀片(32、34、36、38)都固定在相应的刀片槽(62、64、66、68)中时，每个切削刀片(32、34、36、38)都存在: -主切削刃(40 )，所述主切削刃用于径向加工所述工件(20 )， -辅助切削刃(44)，所述辅助切削刃关联所述主切削刃(40)，且所述辅助切削刃是用于轴向加工所述工件(20)的擦拭刃； 其中，通过沿绕所述切削刀具(80)的轴线(82)的锥形螺旋线布置，所述多个刀片槽(62、64、66、68)的所述主切削刃(40)和所述辅助切削刃(40)之间的交点(42)彼此偏离； 每个切削刀片(32、34、36、38)的处在所述主和辅助切削刃(40、44)之间的导程角(Kr),其是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其中全部所述切削刀片(32、34、36、38)的尺寸和形状都相同，且所述刀片槽(62、64、66、68)彼此轴向地且径向地偏离。
4.根据权利要求3所述的切削刀具，其中在所述刀具主体(60)上布置至少两个径向和轴向偏离的刀片槽(62、64、66、68)，使得当被分别固定在这些刀片槽(62、64、66、68)中时，所述切削刀片(32、34、36、38 )的所述主切削刃(40 )存在共同的轴向交迭。
5.根据权利要求3或4所述的切削刀具，其中: 所述第一刀片槽(62)是所述刀具主体(60)的轴向最向外的刀片槽(62、64、66、68)；所述第二刀片槽(64)是所述刀具主体(60)的从所述第一刀片槽(62)轴向偏离的所述刀片槽(64、66、68)中的从所述第一刀片槽(62)轴向偏离较小的刀片槽； 所述第一和第二刀片槽(62、64)之间的轴向偏离大于约0.06mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的切削刀具，其中这样设计所述切削刀具(80)的所述切削刀片(32、34、36、38)和所述刀片槽(62、64、66、68)，即当被固定在它们相应的刀片槽(62、64、66、68)中时,所述切削刀片(32、34、36、38)被以相同的轴向偏离(da)布置在同一锥形螺旋线上，所述轴向偏离大于或等于0.1mm,优选为约0.2mm,并且小于或等于0.5mm,最优选地是，所述同一轴向偏离(da)约为0.26mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的切削刀具，其中所述切削刀片(32、34、36、38)具有中心孔(46)，以通过基本轴向的螺钉固定在所述刀具主体(60)的相应的刀片槽(62、64、66,68)中。
8.根据权利要求1-7任一项所述的切削刀具，其中所述导程角(Kr)在3°至12°的范围内，优选为约5°。
9.根据权利要求1-8任一项所述的切削刀具，其中所述切削刀片(32、34、36、38)每个均被固定在所述刀具主体的所述切削刀片的相应的刀片槽(62、64、66、68)中，以便使得对于这些切削刀片(32、34、36、38)中的每个切削刀片，用于径向加工所述工件(20)的所述主切削刃(40)和用于轴向加工所述工件(20)的所述辅助切削刃(44)之间的所述导程角(Kr)都相同。
10.一种面铣工件(20)的方法，所述方法包括: -利用根据权利要求9所述的切削刀具(80)面铣所述工件(20)的步骤，所述切削刀具(80)相对于所述工件(20)`的每齿径向进给(Fz)都遵循下列不等式: Fz < dr--7~r
tan(Kr) 其中:Fz为每齿径向进给； dr为两个接连的偏离的切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)之间的径向偏离； da为两个接连的偏离的切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)之间的轴向偏离； Kr为所述切削刀片(32、34、36、38)的导程角。
11.根据权利要求10所述的方法，在所述面铣步骤之前包括: -选择将被面铣的工件(20)的步骤，所述工件被选择为由复合材料制成。
12.根据权利要求11所述的方法，在所述选择工件的步骤中，所述工件被选择为由包括多层(22、24、26、28)的复合材料制成，将在面铣所述工件(20)的所述步骤期间进行加工的至少一层的厚度(Pth)等于两个接连的偏离的切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)之间的轴向偏离(da)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中每齿径向进给(Fz)被选择为约等于但不超过根据下列等式的最佳进给(Fzmax): P7= ? — Pth
max r tan{Kr) 其中:Fzmax为最佳的每齿径向进给；dr为两个接连的偏离的切削刀片(32、34 ;34、36 ;36、38)之间的径向偏离； Pth为将进行加工的所述复合材料的层厚度； Kr为所述切削刀片(32、34、36、38)的导程角。
14.一种用于面铣工件(20)的切削刀片，所述切削刀片(30)具有用于固定在面铣刀具主体(60)的相应的刀片槽(62、64、66、68)中的中心孔(46)，这样设计所述切削刀片(30)，即当通过穿过所述孔(46)并且基本平行于所述刀具主体(60)的轴线(82)的螺钉而被固定在所述面铣刀具主体(60)的相应的刀片槽(62、64、66、68)内时，所述切削刀片(20)存在: -主切削刃(40 )，所述主切削刃用于径向加工所述工件(20 )， -辅助切削刃(44)，所述辅助切削刃关联所述主切削刃(40)，且所述辅助切削刃(44)是用于轴向加工所述工件(20)的擦拭刃， -所述主切削刃(40)和所述辅助切削刃(44)之间的导程角(Kr)小于约30°。
15.一种刀具主体，所述刀具主体用于与所述刀具主体(60)的轴线(82)垂直地面铣工件(20),所述刀具主体(60)包括: -第一刀片槽(62)，所述第一刀片槽用于容纳切削刀片(32)，且所述第一刀片槽(62)是所述刀具主体(60)的轴向最向外的刀片槽； -第二刀片槽(64)，所述第二刀片槽用于容纳切削刀片(34)，且所述第二刀片槽(64)是在所述刀具主体(60)的从所述第一刀片槽(62)轴向偏离的刀片槽(64、66、68)中的从所述第一刀片槽(62)轴向偏离较小的刀片槽，` -所述第二刀片槽(64)还从所述第一刀片槽(62)径向向外地偏离；并且 -所述第二刀片槽(64)相对于所述第一刀片槽(62)的轴向偏离大于约0.06mm。
【文档编号】B23C1/00GK103862092SQ201310655628
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】安东尼·莫兰多, 大卫·博努尔, 雷涅·勒罗伊 申请人:山特维克工具法国公司