具有带锥形内螺纹的工具保持器和带直外螺纹的可更换切削头的旋转式切削工具，以及所述工具保持器的制作方法

本申请的主题涉及如下类型的旋转式切削工具，即：其中，具有阳耦接构件的可更换切削头借助于螺纹耦接机构被可移除地保持在工具保持器的阴耦接构件中。

背景技术

旋转式切削工具可设有螺纹耦接机构或“工具接头”，用于将可更换切削头牢固地保持在工具保持器内。

可更换切削头可包括阳耦接构件，并且工具保持器可包括阴耦接构件。阳耦接构件可包括外螺纹。阴耦接构件可包括内螺纹，所述内螺纹对应于阳耦接构件上的外螺纹。

在一些这样的旋转式切削工具中，内螺纹和外螺纹二者都是直螺纹。例如，us6,485,220中公开了这样的旋转式切削工具的一个示例。

在其他这样的旋转式切削工具中，内螺纹和外螺纹二者都是锥螺纹。例如，us7,611,311和us7,713,004中公开了这样的旋转式切削工具的示例。

技术实现要素：

根据本申请的主题的第一方面，提供了一种旋转式切削工具，其具有纵向轴线，并且在前-后向上延伸，包括：

工具保持器，其具有保持器纵向轴线，并且包括阴耦接构件，所述阴耦接构件具有从保持器前表面向后延伸的内螺纹，所述保持器前表面相对于所述保持器纵向轴线横向延伸；以及

可更换切削头，其具有头部纵向轴线，并且包括：

形成切削部的前部；以及

形成安装部的后部，所述安装部包括阳耦接构件，所述阳耦接构件具有外螺纹并且从头部基表面向后突出，所述头部基表面相对于所述头部纵向轴线横向延伸，并且限定了所述切削部和所述安装部之间的边界；

其中：

所述阳耦接构件的外螺纹是直螺纹；

所述阴耦接构件的内螺纹是锥形螺纹；以及

所述旋转式切削工具在以下二者之间可调整，即：

释放位置，在所述释放位置，所述阳耦接构件位于所述阴耦接构件外，并且所述内螺纹和所述外螺纹未螺纹接合到彼此，以及

锁定位置，在所述锁定位置，所述阳耦接构件被可移除地保持在所述阴耦接构件中，其中，所述内螺纹和所述外螺纹螺纹接合到彼此。

根据本申请的主题的另一方面，提供了一种工具保持器，其具有在前-后向上延伸的保持器纵向轴线，所述工具保持器包括阴耦接构件，所述阴耦接构件具有从保持器前表面向后延伸的内螺纹，所述保持器前表面相对于所述保持器纵向轴线横向延伸，其中:

所述阴耦接构件的内螺纹是锥形螺纹；

所述内螺纹包括内螺纹脊，所述内螺纹脊绕内螺纹轴线螺旋地延伸，并且包括前内部侧表面和后内部侧表面；以及，在所述前内部侧表面和所述后内部侧表面之间延伸的内部顶表面；

所述前内部侧表面和所述后内部侧表面大致面向相反的轴向方向，并且界定了包括内部底表面的螺旋的内螺纹槽；

所述内螺纹脊和所述内螺纹槽中的至少一个绕具有一定锥角的相应的锥体延伸；以及

所述锥角在0.02°≤γ≤1.6°的范围中。

根据本申请的主题的又一方面，提供了一种旋转式切削工具，其具有纵向轴线，并且在前-后向上延伸，所述旋转式切削工具包括：

可更换切削头，其具有头部纵向轴线，并且包括：

形成切削部的前部；以及

形成安装部的后部，所述安装部包括阳耦接构件，所述阳耦接构件具有外螺纹并且从头部基表面向后突出，所述头部基表面相对于所述头部纵向轴线横向延伸，并且限定了所述切削部和所述安装部之间的边界；

其中：

所述阳耦接构件的外螺纹是直螺纹；以及

所述旋转式切削工具可在以下二者之间调整，即：

释放位置，在所述释放位置，所述阳耦接构件位于所述阴耦接构件外，并且所述内螺纹和所述外螺纹未螺纹接合到彼此，以及

锁定位置，在所述锁定位置，所述阳耦接构件被可移除地保持在所述阴耦接构件中，其中，所述内螺纹和所述外螺纹螺纹接合到彼此。

要理解的是，上述内容是概述，并且下文中描述的特征可以按任何组合适用于本申请的主题，例如，以下特征中的任何特征都可以适用于旋转式切削工具和/或工具保持器：

所述内螺纹包括内螺纹脊，所述内螺纹脊绕内螺纹轴线螺旋地延伸，并且包括前内部侧表面和后内部侧表面以及在所述前内部侧表面和所述后内部侧表面之间延伸的内部顶表面，所述前内部侧表面和所述后内部侧表面大致面向相反的轴向方向，并且界定了包括内部底表面的螺旋的内螺纹槽；以及

在所述释放位置：

所述内螺纹脊和所述内螺纹槽中的至少一个绕具有一定锥角的相应的锥体延伸；以及

所述锥角可以在0.02°≤γ≤1.6°的范围中。

所述锥角可以正好等于0.8°。

仅所述内螺纹槽可绕相应的锥体延伸。

在沿包含内螺纹轴线的轴向平面截取的剖视图中，内部顶表面形成多个内螺纹牙顶，所述多个内螺纹牙顶可以平行于所述内螺纹轴线并且彼此共线，并且内部底表面形成多个内螺纹根部，所述多个内螺纹根部平行于所述内螺纹轴线，并且遵循沿所述后向减小与所述内螺纹轴线的距离的形式。

所述前内部侧表面和所述后内部侧表面与所述内螺纹轴线偏置一定距离，所述距离可以随着内脊沿所述后向绕所述内螺纹轴线螺旋地延伸而减小。

所述外螺纹包括外螺纹脊，所述外螺纹脊绕外螺纹轴线螺旋地延伸，并且包括前外部侧表面和后外部侧表面以及在所述前外部侧表面和所述后外部侧表面之间延伸的外部顶表面，所述前外部侧表面和所述后外部侧表面大致面向相反的轴向方向，并且界定了包括外部底表面的螺旋的外螺纹槽；

所述前外部侧表面和所述前内部侧表面面向所述前向，并且所述后外部侧表面和所述后内部侧表面面向所述后向；并且在所述锁定位置：

所述后内部侧表面可以邻接所述前外部侧表面。

在所述锁定位置，所述前内部侧表面可以与所述后外部侧表面隔开。所述内部顶表面可以与所述外部底表面隔开。所述内部底表面可以与所述外部顶表面隔开。

在沿包含所述外螺纹轴线的轴向平面截取的剖视图中，所述外部顶表面形成多个外螺纹牙顶，所述多个外螺纹牙顶可以平行于所述外螺纹轴线并且彼此共线，并且所述外部底表面形成多个外螺纹根部，所述多个外螺纹根部平行于所述外螺纹轴线并且彼此共线。

在沿包含所述头部纵向轴线的轴向平面截取的剖视图中，所述外螺纹限定了可以是梯形的外螺纹形状。

在沿包含所述保持器纵向轴线的轴向平面截取的剖视图中，所述内螺纹限定了可以是梯形的内螺纹形状。

所述外螺纹包括外螺纹脊，所述外螺纹脊绕外螺纹轴线螺旋地延伸，并且包括前外部侧表面和后外部侧表面以及在所述前外部侧表面和所述后外部侧表面之间延伸的外部顶表面；

所述前外部侧表面和所述后外部侧表面大致面向相反的轴向方向，并且界定了包括外部底表面的螺旋的外螺纹槽；

所述前外部侧表面和所述前内部侧表面面向所述前向；

所述后外部侧表面和所述后内部侧表面面向所述后向；

在所述锁定位置：

所述后内部侧表面可以邻接所述前外部侧表面；

所述前内部侧表面可以与所述后外部侧表面隔开；

所述内部顶表面可以与所述外部底表面隔开；以及

所述内部底表面可以与所述外部顶表面隔开；以及

所述外螺纹和所述内螺纹之间的摩擦接合可以沿着从所述外螺纹的最前圈朝向所述外螺纹的最后圈的方向增加。

附图说明

为了更好地理解本申请，并且为了示出如何可以在实践中实施本申请，现在将参照附图，附图中：

图1是旋转式切削工具的透视纵向剖视图；

图2是图1中所示的旋转式切削工具的分解透视纵向剖视图；

图3是图1和图2中所示的可更换切削头的侧视图；

图4是图3的细节图；

图5是图1和图2中所示的工具保持器的透视图；

图6是图5中所示的阴耦接构件的纵向剖视图；

图7是当旋转式切削工具处于锁定位置时的图1中所示的旋转式切削工具的纵向剖视图的细节图；

图8是锥形内螺纹的内螺纹形状的示意图，所述锥形内螺纹的内螺纹形状具有叠加在其上的直内螺纹的内螺纹形状和直外螺纹的外螺纹形状；以及

图9为四个示图，它们示出了当旋转式切削工具被组装和在工作时，分别与直内螺纹和锥形内螺纹螺纹接合的直外螺纹上的接触力分布。

将会理解的是，为了图示的简化和清楚，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被扩大，或者若干个物理部件可被包含在一个功能块或元件中。在认为适当的情况下，附图标记可在附图之间重复，以指示相对应或类似的元件。

具体实施方式

在下面的描述中，将描述本申请的主题的各个方面。出于解释的目的，足够详细地阐述了具体的构造和细节以提供对本申请的主题的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说也将明显的是，本申请的主题可以在没有本文给出的具体的构造和细节的情况下实践。

首先关注图1和图2，其示出了根据本申请的主题的实施例的用于铣削操作、特别是快速面铣削的类型的旋转式切削工具20。旋转式切削工具20具有工具纵向轴线l，该工具围绕所述工具纵向轴线l沿旋转方向r旋转。

旋转式切削工具20包括可更换切削头22，其具有头部纵向轴线a，可更换切削头22围绕所述头部纵向轴线a沿旋转方向r旋转。头部纵向轴线a在前df-后向dr上延伸。可更换切削头22通常可由硬质合金制成。

旋转式切削工具20还包括具有保持器纵向轴线c的工具保持器24。工具保持器24通常可以由钢制成。可更换切削头22可借助于螺纹耦接机构被可移除地保持在工具保持器24中。对于除上文所述的旋转切削操作之外的其他类型的旋转切削操作而言，例如铰削或钻削，这样的螺纹耦接机构可能是有利的。

应当理解的是，在整个说明书和权利要求书中术语“前”和“后”的使用是指组装后的旋转式切削工具20的可更换切削头22对于工具保持器24的相对位置，如图1中所见。还可以在图3和图4中沿头部纵向轴线a的方向向左和向右来相应地应用术语“前”和“后”，并且也可以在图5和图6中沿保持器纵向轴线c的方向向左和向右来相应地应用术语“前”和“后”。

现在参照图3和图4。可更换切削头22具有形成切削部26的前部和形成安装部28的后部。根据本申请的主题的一些实施例，可更换切削头22可由单一的整体单件构造形成。这提供了如下优点，即：可更换切削头22没有可拆卸的切削镶刀（未示出）。

参照图3，切削部26包括至少一个外围切削刃30。在附图中所示的该非限制性示例中，可以正好有两个外围切削刃。每个外围切削刃30都形成在外围后刀面32和外围前刀面34的相交处。外围后刀面32旋转地定位在外围切削刃30后面，并且外围前刀面34旋转地定位在外围切削刃30前面，二者都相对于旋转方向r。外围切削刃30的定向允许执行金属切削操作。

根据本申请的主题的一些实施例，切削部26可包括至少一个槽36，用于排出在切削操作期间产生的切屑（未示出）。为每个外围切削刃30关联一个槽36。可更换切削头22可包括处于切削部26的端面37处的一个或多个端部切削刃30b。在附图中所示的该非限制性示例中，可更换切削头22可包括正好两个端部切削刃30b。这两个端部切削刃30b中的每一个都可具有相关联的侧切削刃30a。

现在参照图3和图4，安装部28包括从头部基表面40向后突出的阳耦接构件38。头部基表面40相对于头部纵向轴线a横向延伸，并且限定了切削部26和安装部28之间的边界。也就是说，切削部26形成在头部基表面40前方，并且安装部28形成在头部基表面40后方。根据本申请的主题的一些实施例，阳耦接构件38可以是刚性的。头部基表面40可以垂直于头部纵向轴线a。当旋转式切削工具20处于锁定位置时，头部基表面40旨在邻接工具保持器24上的对应表面，如下文中将描述的。

阳耦接构件38包括外螺纹42。参照图4，外螺纹42包括外螺纹脊44，所述外螺纹脊44绕外螺纹轴线b螺旋地延伸。外螺纹轴线b与头部纵向轴线a重合。因此，外螺纹部42和可更换切削头22是同轴的。外螺纹脊44包括前外部侧表面46和后外部侧表面48以及在它们之间延伸的外部顶表面50。前外部侧表面46和后外部侧表面48面向相反的轴向方向df、dr，其中，前外部侧表面46面向前向df，并且后外部侧表面48面向后向dr。前外部侧表面46和后外部侧表面48界定了外螺纹槽52。外螺纹槽52绕外螺纹轴线b螺旋地延伸，并且包括外部底表面54。

在沿轴向平面（即，包含外螺纹轴线b的平面）截取的剖视图中，外部顶表面50形成多个外螺纹牙顶56，并且外部底表面54形成多个外螺纹根部58。根据本申请的主题的一些实施例，所述多个外螺纹牙顶56可以平行于外螺纹轴线b，并且彼此共线。所述多个外螺纹根部58可以平行于外螺纹轴线b，并且彼此共线。

在沿包含外螺纹轴线b的轴向平面截取的剖视图中，前外部侧表面46和后外部侧表面48可相对于垂直于外螺纹轴线b的径向平面以外部侧角α倾斜。优选地，外部侧角α可以是大约17°。外螺纹42限定了可以为梯形的外螺纹形状60。外部顶表面50和外部底表面54可以分别平滑过渡到前外部侧表面46和后外部侧表面48中，从而限定了半径。替代性地，外螺纹形状60可以是三角形的。

外部顶表面50和外部底表面54可以形成边缘。相应地，多个外螺纹牙顶56限定了外螺纹42的大直径，并且多个外螺纹根部58限定了外螺纹42的小直径。所述大直径减去所述小直径，再除以2，等于外螺纹42的外螺纹高度he。外螺纹高度he可以是恒定的。根据本申请的主题的一些实施例，外螺纹42可以具有大约三圈。

外螺纹42是直螺纹。应当理解的是，在整个说明书和权利要求书中的术语“直螺纹”涉及如下螺纹，即：其中，螺纹脊绕圆柱延伸，并且因此，螺纹牙顶与螺纹轴线距离相等。类似地，应当理解的是，在整个说明书和权利要求书中的术语“锥螺纹”涉及如下螺纹，即：其中，螺纹脊绕锥体延伸，所述锥体的表面沿后向朝向螺纹轴线径向向内逐渐变细，并且因此，螺纹牙顶沿后向与螺纹轴线在距离上减小。

如图3和图4中所示，阳耦接构件38包括前支承部62。前支承部50位于外螺纹42的前侧上。前支承部62包括前头部邻接表面64，所述前头部邻接表面64沿后向dr朝向头部纵向轴线a径向向内逐渐变细。也就是说，前头部邻接表面64具有径向向外朝向的锥形形状。要注意的是，当旋转式切削工具20处于锁定位置时，前头部邻接表面64旨在邻接工具保持器24上的对应表面，如下文中将描述的。

应当理解的是，在整个说明书和权利要求书中术语“径向向内/向内地”和“径向向外/向外地”的使用是指在图3至图4以及图6中相对于头部纵向轴线a和/或保持器纵向轴线c在垂直方向上朝向和远离相应轴线的相对位置。

现在参照图5和图6，工具保持器24具有在前df-后向dr上延伸的保持器纵向轴线c。工具保持器24包括从保持器前表面70向后延伸的阴耦接构件68。保持器前表面70相对于保持器纵向轴线c横向延伸。根据本申请的主题的一些实施例，保持器前表面70可垂直于保持器纵向轴线c。

阴耦接构件68包括内螺纹72。如包含内螺纹轴线d的阴耦接构件68的纵向剖视图（即，图6）中所示，内螺纹72包括绕内螺纹轴线d螺旋地延伸的内螺纹脊74。内螺纹轴线d与保持器纵向轴线c重合。因此，内螺纹部72与工具保持器24是同轴的。内螺纹脊74包括前内部侧表面76和后内部侧表面78以及在它们之间延伸的内部顶表面80。前内部侧表面76和后内部侧表面78面向相反的轴向方向df、dr，其中，前内部侧表面76面向前向df，并且后内部侧表面78面向后向dr。前内部侧表面76和后内部侧表面78界定了内螺纹槽82。

内螺纹槽82绕内螺纹轴线d螺旋地延伸，并且包括内部底表面84。在沿轴向平面（即，包含内螺纹轴线d的平面）截取的剖视图中，内部顶表面80形成多个内螺纹牙顶88，并且内部底表面84形成多个内螺纹根部90。根据本申请的主题的一些实施例，所述多个内螺纹牙顶88可以平行于内螺纹轴线d，并且彼此共线。所述多个内螺纹根部90可以平行于内螺纹轴线d，并且遵循沿后向dr减小与所述内螺纹轴线d的距离的形式。

在沿包含内螺纹轴线（d）的轴向平面截取的剖视图中，前内部侧表面76和后内部侧表面78可相对于垂直于内螺纹轴线d的径向平面以内部侧角β倾斜。优选地，内部侧角β可以是大约17°。内螺纹72限定了可以为梯形的内螺纹形状86。现在参照图8，梯形的侧边在长度上可以不相等。内部顶表面80和内部底表面84可以分别平滑过渡到前内部侧表面76和后内部侧表面78中，从而限定了半径。替代性地，内螺纹形状86可以是三角形的。

内部顶表面80和内部底表面84可以形成边缘。相应地，所述多个内螺纹牙顶88限定了内螺纹72的小直径，并且所述多个内螺纹根部90限定了内螺纹72的大直径。所述大直径减去所述小直径，再除以2，等于内螺纹72的内螺纹高度hi。内螺纹高度hi可以是恒定的，或者沿后向dr增大或减小，这取决于内螺纹脊74和内螺纹槽82中的哪一个绕相应的锥体k延伸。在附图中所示的该非限制性示例中，内螺纹高度hi沿后向减小。根据本申请的主题的一些实施例，内螺纹72可以具有大约三圈。

内螺纹72是锥形螺纹（conicalthread）。应当理解的是，在整个说明书和权利要求书中的术语“锥形螺纹”涉及如下螺纹，即：其中，螺纹脊和螺纹槽中的至少一者绕相应的锥体延伸，所述锥体的表面沿后向朝向螺纹轴线径向向内逐渐变细，并且因此，螺纹牙顶和螺纹根部中的至少一者沿后向与螺纹轴线在距离上减小。这样的锥形螺纹可以通过利用内车削镶刀对圆柱形钢杆的中空前端车螺纹来形成。当钢杆旋转并沿轴向方向移动以形成内螺纹时，它也径向地远离“静态”切削镶刀移动，使得螺纹具有锥形构造。锥体和螺纹是同轴的。在图8中所示的该非限制性示例中，所述锥体通过内部底表面84过渡到后内部侧表面78中的点来限定。

根据本申请的主题的一些实施例，内螺纹脊74和内螺纹槽82中的至少一个可以绕具有锥角γ的相应的锥体k延伸。锥角γ可以在0.02°≤γ≤1.6°的范围中。有利地，锥角γ可以正好等于0.8°。仅内螺纹槽82可绕相应的锥体k延伸。此外，内螺纹脊74可以绕圆柱y延伸。还应当理解的是，在整个说明书中术语“锥角”的使用是指在纵向剖面中锥体的锥形表面所形成的角。要注意的是，术语“纵向剖面”是指沿包含纵向轴线的平面所取的剖面。这样的纵向剖面产生包含纵向轴线的轴向平面。

如图5和图6中所示，阴耦接构件68包括前支撑部92。前支撑部80位于内螺纹72的前侧上。前支撑部92包括前保持器邻接表面94，所述前保持器邻接表面94沿后向dr朝向保持器纵向轴线c径向向内逐渐变细。也就是说，前保持器邻接表面94具有径向向内朝向的锥形形状。

旋转式切削工具20的组装例如由us6,485,220b2是已知的，上述专利申请通过引用整体地结合于本文中。要注意的是，旋转式切削工具20可在释放位置和锁定（或组装）位置之间调整。

在释放位置，阳耦接构件38位于阴耦接构件68外。

在锁定位置，阳耦接构件38被可移除地保持在阴耦接构件68中。此外，外螺纹42和内螺纹72也彼此螺纹接合。现在参照图7，前头部邻接表面64邻接前保持器邻接表面94。根据本申请的主题的一些实施例，面向后的头部基表面40可以邻接面向前的保持器前表面70。后内部侧表面78可以邻接前外部侧表面46。前内部侧表面76可以与后外部侧表面48隔开。内部顶表面80可以与外部底表面54隔开。内部底表面84可以与外部顶表面50隔开。

现在关注图8，其示出了锥形内螺纹72的内螺纹形状86的示意图。借助于虚线，在其上叠加了直内螺纹的假想的内螺纹形状96和直外螺纹的假想的外螺纹形状98，它们彼此螺纹接合。要注意的是，形成内螺纹形状86的内螺纹72的锥角γ被扩大，以便相对于彼此清楚地示出内螺纹形状86、96，并且因此，距离不代表真实的值。

内螺纹形状86的每一圈与螺纹轴线d偏置一定距离，借助于为锥形的内螺纹72，所述距离随着内螺纹72沿后向dr绕螺纹轴线螺旋地延伸而减小。因此，内螺纹形状86的每个脊部均延伸超出（或者换种说法，具有“突出”的部分）假想的内螺纹形状96的对应的脊部，使得每个后内部侧表面78与相应的假想的后内部侧表面100相距侧面距离e。此外，侧面距离e的大小沿后向dr增加。也就是说，对于在后向dr上的相继的螺纹圈而言，侧面距离e的大小增加。类似地，内螺纹形状86的每个脊部延伸超出以部分地覆盖（即，重叠）假想的外螺纹形状98的对应脊部，使得每个后内部侧表面78与相应的假想的前外部侧表面102相距相同的侧面距离e。因此，清楚地，当组装（即，螺纹接合）时，外螺纹42和内螺纹72之间的摩擦接合沿着从外螺纹42的最前圈朝向最后圈的方向增加。

现在参照图9，其示出了四个示图，它们示出了当旋转式切削工具被组装和在工作时，施加在分别与直内螺纹和锥形内螺纹螺纹接合的直外螺纹上的接触力的分布。箭头的长度表示接触力的大小。可以看到，当旋转式切削工具20被组装和在工作时，和与直内螺纹（左侧的两个图）螺纹接合的直内螺纹相比，与锥形内螺纹（右侧的两个图）螺纹耦接的直外螺纹上的接触力的分布沿后向dr定位更远。特别地，可以看到，当具有锥形内螺纹的旋转式切削工具20被组装时，几乎没有任何接触力位于直外螺纹的前部区域a1处。此外，当所述旋转式切削工具20在工作时，在直外螺纹的后部区域a2处存在接触力。借助于前述的螺纹接合，旋转式切削工具20具有改善的抗侧向切削力的稳定性。

尽管已在一定程度上具体地描述了本申请的主题，但应当理解的是，能够作出各种变更和修改，而不脱离如以下所要求保护的本发明的精神或范围。