专利名称：带有补偿切削刃的螺旋切削刀片的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及旋转铣刀的切削刀片，具体说是一种带有螺旋状切削刃的、具有多个互相补偿切削部分的可换切削刀片，用来切削直的侧面。
铣刀一般由外表面带有多个凹槽的圆柱刀体组成，用来安装可换切削刀片。每个切削刀片至少有一个切削刃，作用在工件上进行铣削。当设计铣刀的切削刀片时，需要降低刀片切削刃承受的切削力。切削力降低就可以降低刀片的磨损和断裂，延长刀具寿命。切削力低也可以降低铣削操作需要的功率。此切削力的大小很大程度上取决于切削刀片的几何形状及相对于工件的取向。
对于大多数旋转铣刀，刀片具有直的切削刃。为了降低此直刃承受的切削力，一般安装刀片时要使它相对于旋转轴倾斜一定角度。该轴向倾斜称为轴向前角，相应于图7中的角A，此处，CL代表旋转轴。该轴向前角提高了刀片的切削效率，但是也造成了沿着切削刃的长度方向，切削刃相对于铣刀头旋转轴的距离变化，这样切削刃与工件的接触点不总是位于距旋转轴相等的半径距离上。这种变化导致刀具在切口的侧面产生不期望的凸面弯曲。轴向前角越大，切口侧面的弯曲就越大。此外，由于切削刃和被切削表面的轴向倾斜一个角的影响，对于有一定轴向前角的刀片而言，切削载荷及至切削所需的能量，与切削刃的长度呈正比。刀片的顶面对于切削效率来说也很重要。顶面的一个特征量是刀片的前刀面相对于工件的角度。该角度称为径向前角，在图9至
图11中分别用c1、c2、c3表示。当径向前角为正值时，刀片的刃以刨削的方式切削工件。当径向前角为负值时，刀片的刃以刮削的方式切削工件，通常比刨削作用的效率低。当切削刃的长度增加时，切削刃的大部分相对于工件呈负的径向前角，使得切削载荷增加。当需要尽可能降低刀具断裂的危险性，降低刀片的磨损，降低切削操作所需的能量，载荷增加与降低切削载荷的目的相违背。
众所周知，为了降低切削载荷，可采用多个切削刃相对短的切削刀片来代替单个长切削刃的单个镶刃。刀片设计为短的切削刃相互重叠。这样的设计可以有效地降低切削力，为了进行光滑切削，切削刀片彼此之间必须准确地校正。
显然，即便是在相当大的轴向前角下，切削刀片也要求能用光滑、平直的侧刃进行切削，而不期望在刀体上采用削弱结构的深凹槽。理想中，该刀片的切削刃基本在其全长上以正的径向前角作用在工件上，使得切削力和刀片磨损减小。最后，这样的刀片要求能够有效地切断由于切削作用而产生的金属屑，提高装有刀片的刀具的总效率。
本发明是用于旋转切削刀具如旋转铣刀和钻具的切削刀片。刀片由多边形刀片体组成，包括底平面、顶面、顶面和底面之间的多个侧面。切削刃由顶面与至少一个侧面相交形成，作用在工件上，从工件上移去切屑。切削刃包括至少两个补偿刃部，由过渡刃部相连。过渡刃部与补偿刃部呈钝角。
每个刃部的切削刃和过渡刃部都位于切削刃绕铣刀轴旋转形成的圆柱包络面上，使得每个切削刃成螺旋弯曲。切削刃的各部分螺旋确保在工件上形成相对光滑平直的侧面。
在加工过程中，切削刃的补偿刃部产生窄的、横向间隔的屑片，而过渡刃部将屑片展开，在屑片之间起到修磨屑片的作用。这样的修磨在屑片之间产生局部的硬化，使得切屑脆化，易于断屑。
本发明的另一个方面是，每个补偿部分的切削刃相对于刀片的基面倾斜。由于将每个切削刃相对于刀片的基面倾斜，就可以无需在铣刀刀片基座上开深的凹槽，就可获得大的轴向前角，反之在铣刀刀片基座上开深的凹槽，将过分削弱刀体的结构。
综上所述，本发明的目的是提供一种即使当刀片在铣刀刀体上以大的轴向前角倾斜时，也能切削工件直侧壁的刀具。
本发明的另一个目的是提供一种用于旋转铣刀上的切削刀片，提高断屑能力。
本发明的另一个目的是提供一种用于旋转铣刀上的切削刀片，切削刃在全长均以正的径向前角作用在工件上，降低刀片的切削力和磨损。
本发明的另一个目的是提供一种用于旋转铣刀上的切削刀片，与现有技术的切削刀片相比，能降低铣削所需要的功率。
通过下面的说明和本发明的示意性附图，本发明的其他目的和优点是显而易见的。
图1是一种使用本发明切削刀片的铣刀的透视图；图2是本发明切削刀片的透视图；图3是本发明切削刀片的侧视图；图4是本发明切削刀片的俯视图；图5A是本发明的切削刀片沿图4的V-V截面的剖视图；图5B是图5A中虚线部分的放大视图；图6是表示刀片的切削刃在切削刃沿旋转铣刀的轴旋转形成的圆柱包络面上的示意图；图7是切削刀片轮廓的侧视图；图8是安装有切削刀片的铣刀的侧视图；图9至图11分别是沿图8中IX-IX、X-X、和XI-XI线的局部剖视图；图12是铣削过程中切削刀片的俯视图，显示了工件切屑的形成过程。
现在参见附图，特别是图1，示意了一种旋转铣刀，整体用数码10表示。铣刀10绕着纵轴CL旋转。旋转铣刀10包括用来安装在机床(未显示)上的柄部12以及切削头部14。切削头部14在圆周上有互相间隔的多个凹槽16。每个凹槽16包括一个安装面18，切削刀片20安装在其上。
现在参见图2至图5，示意了一种根据本发明制作的切削刀片20。切削刀片20由大致呈多边形的刀体组成，它由硬度高、抗磨损的材料制成，如本领域熟知的多种难熔涂覆硬质合金材料的一种。
刀体有中部开孔50，紧固螺钉(图中未显示)通过该孔将刀片安装在铣刀12的安装面18上。刀片包括大致平直的底面22、顶面24、相对的边侧面26、及相对的端侧面28。边侧面26和端侧面28均呈平面状。边侧面26与顶面24相交，形成一对切削刃，整体上用数码30表示。端侧面28与顶面24相交，形成一对副刃32。
切削刃30呈阶梯状结构。每个切削刃30可分解成补偿刃部30a、30b和30c，以及过渡刃部30d和30e。补偿刃部30a、30b和30c相对于刀片20的底面22倾斜，平均角度约为5℃，这点可以从图3和图7中清楚地看到。调整补偿刃部30a、30b和30c相对于刀片20的基面的角度，就可以得到相对大的轴向前角“A”，如图7所示，而不需要在铣刀的头部14开深凹的刀片座。这样深凹的刀片座将导致刀体12的结构过度削弱。
补偿刃部30a、30b和30c通过过渡刃部30d和30e相连。过渡刃部30d和30e相对于刀片20的底面22倾斜，其相对于底面22的倾斜角比其相对于补偿刃部30a、30b和30c要大，如45°对5°。过渡刃部30d和30e与补偿刃部30a、30b和30c成钝角“a”(如图7所示)。也即，过渡刃部与其相邻的补偿刃部的夹角“a”大于90°。
图7示意性地显示了刀片20相对于铣刀10中心线CL和工件正常安装时的情形。沿着铣刀10的中心线CL测量，补偿刃部30a的尾部与补偿刃部30b的头部之间的间隔为“X”。补偿刃部30b和30c也有同样的间隔。这样，将刀片20安装在铣刀10上时，补偿刃部30a、30b和30c不互相重叠。与一个补偿刃部相交的垂直于中心线的平面，将不与其他的补偿刃部相交。所以，过渡刃部30d和30e在铣削过程中也参与切削工件W，如图12所示。在铣削操作中，补偿刃部30a、30b和30c产生三个不同的切屑段。过渡刃部30d和30e在三个切屑段之间产生沟槽，这会分裂切屑，使之脆化，因此，就使得易于断屑。
图6中可清楚地看到，为了保证沿着铣刀10切削的侧壁呈大致平的加工表面，补偿刃部30a、30b和30c以及过渡刃部30d和30e中的每一个都呈螺旋弯曲。整个切削刃30位于切削刃30绕着铣刀10的中心线CL旋转形成的圆柱形包络面上。补偿刃部30a、30b和30c的每一个形成一段大螺距螺旋，位于圆柱形包络面的表面上。对应于补偿刃部30a、30b和30c的三个螺旋全都互相平行。也就是说，每个补偿刃部30a、30b和30c形成的螺旋沿其全长均与其他等距。同样，过渡刃部30d和30e也形成二条平行的螺旋31a、31b(图中未示出)。由过渡刃部30d和30e形成的螺旋的螺距比补偿刃部30a、30b和30c形成的螺旋小。当切削刃30由这样的弯曲形成时，加工操作中形成的侧壁是平的。
现在来考虑刀片20的顶面24，最好见图4，可以看到棱34挨着并且平行于切削刃30。棱34分成五个棱面34a、34b、34c、34d和34e。棱面34a至34e的每一个都是随切削刃30的轮廓连续弯曲的面。这些面都呈螺旋轮廓。棱面34a、34b和34c分别以切削刃30的补偿刃部30a、30b和30c的一边为界，而棱面34d和34e则分别以过渡刃部30d和30e的一边为界。多个前倾面36a、36b、36c、36d和36e分别从棱面34a至34e向下倾斜。前倾面36a至36e弯曲与棱面34a至34e相接。这些面的每一个都呈螺旋轮廓。
刀片20的边侧面26，最好见图3，有大致呈平面状的下部38和沿着两个不同的轴向弯曲的上部40组成，这将留待后面予以解释。平面状下部38便于将刀片安装在刀体12上。上部40分成五个后面40a、40b、40c、40d和40e。后面40a至40e相应于环铣刀10中心线CL的圆柱面连续弯曲(如图6所示)，使得从平面状下部38到螺旋切削刃30之间平滑过渡。这些平面的每一个都呈螺旋轮廓。最好参见图5B，后面40a至40e也相应于下部38所在平面P(图中未示出)成圆弧状。在切削刃下方有这样一个圆弧面，增加了支承，增强了切削刃30a至30e。后面40a、40b和40c分别以补偿刃部30a、30b和30c的一边为界，而后面40d和40e分别以切削刃30的过渡刃部30d和30e为界。
切削刀片20的各端侧面28大致呈平面状。端侧面28与切削刀片20的顶面24相交，形成副刃32。副刃32包括大致水平的弧形部32a，和向下斜的部分32b(图4)。在刀片20的顶面24邻近副刃32处形成棱面42。棱面42包括42a和42b部分，分别位于副刃32的弧形部32a和下斜部32b上。前倾面44a和44b从棱面42a和42b向下斜。
现在参见图8至图11，显示了沿着切削刃30的选定点的径向前角和后角，如图8所示。图9是刀片沿图8中IX-IX线的剖视图。图10是刀片20沿图8中X-X线的剖视图，而图11是沿图8中XI-XI线的剖视图。在图9到图11中，沿着安装在沿中心线CL旋转的旋转铣刀的刀片上的切削刃30曲线路径，也显示在刀片20的不同剖视图上。
图9至图11介绍了下列角bx＝前倾面的径向前角；cx＝棱面的径向前角；dx＝后角。
前角bx是前倾面和参考面RP之间的夹角，参考面RP是垂直于中心轴CL并且沿着中心轴线CL与所测量的切削刃上的点之间延展的平面。前角cx是棱面和参考面RP之间的角。正象如下所述，前倾面和棱面是弯曲的。在这种情况下，一条正好与各曲面相切的直线就足以来确定径向前角。
后角dx定义为垂直于参考面RP的直线与从切削刃沿后面40向下延伸的直线的夹角。因为后面是弯曲的，测量后角时，从切削刃沿后面40向下的直线也就是与在切削刃处与后面相切的直线。
在图9至图11中可以清楚地看出，从图9所示的切削刃的头部到图11所示的切削刃的尾部，前前角bx和cx增加。在本优选实施例中，前前角bx从切削刃的头部到尾部增加了38％，而棱面角在两端之间增加了34％。后角dx从切削刃的头部到尾部有相同比例的增加。
图12是本发明的切削刀片用于从工件上移去切屑时的示意图。在该图中，为了进行切削，刀片安装在圆柱形的铣刀10上。刀片20的切削刃30作用在工件W上，从工件W上剪切材料形成切屑C。而且可以看到，切削刃30的补偿刃部30a、30b和30c产生由三个相对窄的切屑段组成的切屑。在切削过程中，切削刃30的过渡刃部30d和30e在切屑段之间将窄的切屑段展开并将切屑削薄或削弱。对于某些材料，切屑变细会导致切屑段完全分离，形成三个小切屑。
综上所述，可以明显地看出，本发明的切削刀片20可以在铣削操作中降低切削刃所承受的切削力，因而降低功率的需求。降低切削力也会导致刀具寿命延长，加工表面更光滑。
当然，本发明可以在不背离发明的精髓和实质特征下，用其他具体的方法来实现。因此，本实施例在各方面都可看作是示意性的，而非局限性的，在附属权利要求的内容和等价范围内的所有改变都应当是包括在其范畴之内的。
权利要求
1.一种用于旋转铣削刀具上的切削刀片具有(a)包括底面、顶面和顶面与底面之间的侧面的刀体；(b)上述顶面和侧面相交形成的阶梯状切削刃，用来作用在工件上切削工件，并将切屑移去，上述阶梯切削刃至少包括两个补偿刃部，其中每一个均产生切屑段，以及(c)作用在工件上、并在由所述补偿刃部产生的切屑段之间产生细切屑部分的装置，有利于上述切屑段断屑，它包括连接补偿刃部的过渡刃部。
2.根据权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部弯曲，使得补偿刃部位于由上述切削刃绕铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上。
3.根据权利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部呈螺旋状。
4.根据权利要求3所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部互相平行。
5.根据权利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述过渡刃部弯曲，使得过渡刃部位于由上述切削刃绕旋转铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上。
6.根据权利要求5所述的切削刀片，其特征在于，所述过渡刃部是螺旋状的。
7.根据权利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述刀片邻接切削刃的侧面由邻接各补偿刃部的连续弯曲的后面组成。
8.根据权利要求2所述的切削刀片，其特征在于，所述顶面由邻接各补偿刃部的连续弯曲的前倾面组成。
9.根据权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，所述切削刃的补偿刃部相对于所述刀片的底面呈一定角度，用来增大补偿刃部相对于旋转轴的轴向前角。
10.一种用于绕着轴旋转的铣削刀具的切削刀片，具有(a)包括底面、顶面和顶面与底面之间的侧面的刀体；(b)上述顶面和侧面相交形成的阶梯状切削刃，作用在切削工件，并将切屑移去，上述阶梯切削刃至少包括两个补偿刃部，互相隔开，在切削操作中产生不同的径向相互间隔的切屑段，所述补偿刃部纵向上互相间隔，以防止在铣削操作中相互重叠；(c)作用在工件上、并在由所述补偿刃部产生的切屑段之间产生细切屑部分的装置，有利于上述切屑段断屑，它包括连接补偿刃部的过渡刃部，该过渡刃部的轴向前角小于90°，使得在铣削操作中沿上述切削刃的全长连续切削。
11.根据权利要求10所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部弯曲，使得补偿刃部位于由上述切削刃绕铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上。
12.根据权利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部呈螺旋状。
13.根据权利要求12所述的切削刀片，其特征在于，所述补偿刃部互相平行。
14.根据权利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述过渡刃部弯曲，使得过渡刃部位于由上述切削刃绕旋转铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上。
15.根据权利要求14所述的切削刀片，其特征在于，所述过渡刃部是螺旋状的。
16.根据权利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述刀片邻接上述切削刃的侧面由邻接各补偿刃部的连续弯曲的后面组成，所述切削刃和所述侧面之间的至少部分后面是圆形的，增加上述切削刃的强度。
17.根据权利要求11所述的切削刀片，其特征在于，所述顶面由邻接各补偿刃部的连续弯曲的前倾面组成。
18.根据权利要求10所述的上述刀片，其特征在于，所述切削刃的补偿刃部相对于所述刀片的底面呈一定角度，用来增大上述补偿刃部相对于上述旋转轴的轴向前角。
19.根据权利要求11所述的切削刀具，其特征在于，所述切削刃的前倾面的径向前角和后角从所述切削刃的头部到尾部显著增加。
20.一种用于绕着轴旋转的铣削刀具的切削刀片，具有(a)包括底面、顶面和顶面与底面之间的侧面的刀体；(b)上述顶面和侧面相交形成的阶梯状切削刃，作用在工件上并切削工件，它由至少两个补偿刃部组成，每一个均产生切屑段，而且每一个均呈凸面弯曲，使得所述补偿刃部位于由上述切削刃绕铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上；(c)作用在工件上、并在由所述补偿刃部产生的切屑段之间产生分离的、细切屑段的装置，有利于上述切屑段断屑，它由大致直的过渡刃部组成，该过渡刃部与上述补偿刃部呈钝角。
全文摘要
本发明提供了一种旋转铣削刀具(10)用的切削刀片(20)。切削刀片(20)包括带有底面(22)、顶面(24)和侧面(26)的刀体。在顶面(24)和侧面(26)相交形成阶梯状切削刃(20),用来作用于工件,并将切屑移去。阶梯状切削刃由至少两个补偿刃部(30a－c)组成,在切削操作中产生不同的、径向互相分开的切屑段。补偿刃部(30a－c)由过渡刃部(30d－e)相连,过渡刃部相对于补偿刃部呈钝角。在切削操作中,过渡刃部的角将各切屑段展开,在切屑段之间将切屑变细。整个切削刃呈螺旋状弯曲,使得切削刃位于由切削刃绕铣削刀具的轴旋转形成的圆柱面上。
文档编号B23C5/22GK1179122SQ96192627
公开日1998年4月15日 申请日期1996年2月5日 优先权日1996年2月5日
发明者斯科特·威廉姆·沃格尔, 肯尼斯·G·德罗什, 厄尔·李·格里芬 申请人:钴碳化钨硬质合金公司