专利名称：刀具连接和连接两刀具部件的方法
背景技术：
本发明涉及按独立权利要求序言所述的一种连接、一种刀具、一种刀头、一种刀架、一种垫片和一种方法。
现有技术DE-A1-3446455公开了上述类型的一种车削刀具，该刀具的切削镶刃的底面上有4个齿与刀架上的凹槽相配。各凹槽上的应变很大，磨损造成切削精度降低。DE-C2-3448086和DE-OS-1950718的包括径向突齿的刀具的情况也是如此。
CA-A-2,170,450公开了上述类型的另一种车削刀具，其中，一垫片底面上有成片细齿，车削时在刀架上直接压出相应细齿。但该压印过程不断进行，因此用来夹紧切削镶刃的螺丝会发生松动而需要一再上紧。此外，在更换垫片时精度降低，因为无法找到原来的位置而必须重新压印，从而每次更换垫片时垫片与刀架之间咬不紧。
此外，SE-A-9404266-0和SE-A-9501687-9所公开的刀具在一个方向上有相配的凹槽和齿。
本发明的目的本发明的一个目的是提供一种可在两个刀具部件之间传递很大转矩的通用连接。
本发明的另一个目的是提供一种始终呈刚性的刀具。
本发明的另一个目的是提供其切削精度良好的一种刀具。
本发明的另一个目的是提供易于装配在一起的一刀架和一刀头。
这些和其他目的用结合附图按后附权利要求所述的一种连接、一种刀具、一种刀头、一种刀架、一种垫片和一种方法实现。
附图的简要说明
图1A简示出一现有连接面；图1B简示出本发明一连接面；图1C示出两V形槽之间一区域；图1D简示出本发明连接面未加载时的偏置状态；图2A为本发明刀架的立体图；图2B为本发明刀头的立体图；图2C为本发明刀具的分解图；图2D为本发明刀具的立体图；图2E和2F为沿图2A中IIE-IIE和IIF-IIF线剖取的剖面图；图3为本发明刀头的另一些实施例的立体图；图4为本发明刀具另一实施例的立体图；图5A-C分别为本发明刀头另一实施例的两侧视图和仰视图；图6A-C分别为本发明刀架另一实施例的侧视图、俯视图和放大侧视图；图7A-B分别为本发明刀具另一实施例的分解图和立体图；图8A-B分别为本发明刀具另一实施例的分解图和立体图；图8C分别示出一垫片的仰视图、侧视图和俯视图；图8D为本发明刀头另一实施例的仰视图和侧视图；图9A-C分别为本发明刀具、刀架和刀头另一实施例的立体图。
用两连接面传递转矩的技术分析下面对本发明理论基础进行技术分析。如图1A所示，在一边长为a的正方形表面上铣制出N个其宽度或间隔为W的纵向平行凹槽。相对于一具有同样凹槽的正对表面，在一角度1内可得一凹槽的相对扭力。这可看成对一凹槽两表面之间的间隙的度量。当N个凹槽同时相互作用时，其配合使总相对扭力减小，该总扭力与凹槽数成反比＝1/N如同一表面上在一半边长、a/2上铣制出N/2个凹槽。如图1B所示，在另一半上铣制出形状和间隔与上述相同、但与其他凹槽成90°的N个凹槽。当其上有互成90°的N+N个凹槽的一正对表面与该表面作用时，可获得总数为N+N/2个凹槽之间的啮合。如一个凹槽的相对扭力为上述1，则总相对扭力为＝1/(N+N/2)＝21/3N即，该连接中的总扭力/位移比现有连接小33％。
图1C示出两凹槽之间的一齿的齿形。一侧面上的应变在倒圆处生成表征该连接所能承受的载荷的最大应力(即可传递的最大转矩)。由于该齿形向深度方向上伸展，因此该应力决定于单位长度上的应变，即一定载荷在其上分布的侧面距离越长、应力越小。载荷的分布转而决定于该连接的两部件之间的相对扭力。
理想的连接是所有凹槽沿整个凹槽接触。但实际上如图1D所示，接触只发生在受扭两表面的边缘处。因此载荷的分布直接决定于该连接的相对扭力。在一定转矩下，该齿形中的应力从而与该连接中的相对扭力成正比。如该齿形中的最大应力为σmax，则应变f(n/mm)为σmax＝f*c其中，函数c决定于材料和齿形。
对于一定转矩和X个侧面〔图1A与图1B相同，分别为2n和2(n/2)+n〕来说，有f～即，图1B的连接所能传递的转矩比图1A的连接大1/(2/3)*100％＝50％。
对本发明优选实施例的详细说明所述理论推导构成了本发明若干实施例的基础，下面说明其中某些实施例。
图2A-2D所示铣刀10包括一圆柱形刀架11、一多刀刃刀头12和一螺丝13。
刀架11可用钢、硬质合金或高速钢制成。刀架11的一自由端紧固在铣床的一可转动芯轴(未示出)上，其另一自由端包括一前面14和一螺纹孔15。螺纹孔15的进口有一锥形倒角。前面14呈圆形，其上有两个凹槽部16A、16B。每一凹槽部占前面的一半，包括若干互相独立的相同凹槽17A、17B。两凹槽部中的凹槽的方向S1、S2互相垂直，第二凹槽部16A与第一凹槽部16B邻接。第一凹槽部16B中的每一凹槽17B在两个位置与刀架侧面相交，而第二凹槽部16A中的每一凹槽17A在一个位置与刀架侧面相交。凹槽17A、17B呈细长形，其横截面呈V形。每一凹槽有一最大间隔或宽度W和一深度。宽度W的大小为0.2-2mm，最好为1.5mm。每一凹槽的两侧面经一尖锐或弧形过渡部与一底面连接。两侧面相交成一锐角。该锐角为40°-80°，最好为55°-60°。每一齿顶面最好为平面，经一呈内钝角的尖锐或弧形过渡部与其侧面连接。每一凹槽部中的凹槽的数量决定于刀头支撑面，该凹槽数为5-20。该底面也可为约0.2-0.4mm的一个倒圆。凹槽部16A、16B的该设计使得其表面系数大大大于这两个表面为平面时的表面系数。凹槽部16A、16B占前面14有效面积的至少80％、最好90-100％。
在图2A-2D所示实施例中，以与方向S2平行的方向铣制或磨制出第一凹槽部16B。然后用同一刀具在与方向S1平行的方向上机加工出第二凹槽部16A。为了在第二凹槽部16A中获得全深度凹槽17A，刀具稍稍伸入第一凹槽部16B。然后所述刀具还切削第一凹槽部16B的材料，从而比方说如图2A所示在第一凹槽部16B中的第二凹槽部16A的端部处形成整体或局部的金字塔形突起。在所示实施例中，第二凹槽部16A的面积稍大于第一凹槽部16B的面积。因此第二凹槽部16A包括12个凹槽17A，而第一凹槽部16B包括6个凹槽。
图2B示出从底下看去的刀头12的立体图。该刀头可用硬质合金、陶瓷合金或高速钢制成，用来铣制燕尾槽。该刀头呈截头圆锥形，其圆锥头的圆周上分布有10个刀刃20。刀刃周围有常见的切屑、间隙面和排屑槽。该刀头的颈部21上有一支撑面22。支撑面22呈圆形，其上有两个凹槽部23A、23B。每一凹槽部覆盖整个支撑面22，包括若干相互独立的相同凹槽24A、24B。两凹槽部中的凹槽的方向S3、S4互相垂直。刀头12中的整个凹槽部23A、23B相互横交，即，除孔的部位它们伸展在整个支撑面上。两凹槽部23A、23B中的凹槽24A、24B都呈细长形，其横截面呈V形。每一凹槽有一最大宽度W和一深度。每一凹槽的两侧面经一尖锐或弧形过渡部与一底面连接。两侧面相交成一锐角。该锐角为40°-80°，最好为55°-60°。每一齿顶面最好为平面，经一呈内钝角的尖锐或弧形过渡部与其侧面连接。每一凹槽部中的凹槽的数量决定于刀架的前面的构成，该凹槽数为5-20。该底面也可为约0.2-0.4mm的一个倒圆。凹槽部23A、23B的该设计使得其表面系数大大大于这两个表面为平面时的表面系数。凹槽部23A、23B占支撑面22有效面积的至少80％、最好90-100％。凹槽部23A、23B相对刀具的转动轴线CL与刀架11的凹槽部16A、16B的方向S1、S2错开W/2。该刀头中有一供一螺丝或任何其他夹紧件穿过的孔25。该夹紧件也可使用一内拉杆，从而孔25中有与该拉杆的螺纹自由端配合的内螺纹。此时刀刃可朝向转动轴线而用来钻孔。在图2B所示实施例中，凹槽部23A、23B可直接冲压、烧结而成，也可磨制而成。
刀具10如下装配，用手以4个可能位置之一使刀头12的支撑面22抵靠刀架11的前面14。凹槽方向S3、S4分别与凹槽方向S1、S2对齐。螺丝13穿过插孔25后抵靠螺纹孔15。用扳手转动螺丝13而在支撑面上拧紧刀头如图2C所示。从而刀头12牢牢固定在刀架11上。
刀架与刀头之间在只有一个表面的整个表面呈华夫饼干状(或者说是网格状)时要比两个表面都呈华夫饼干状时咬得更紧。
更换刀头12时颠倒上述装配过程，然后把刀头12从刀架11上取下进行更换。图3示出可装在同一刀架上的若干种刀头。它们依次为分屑圆柱形立铣头或螺纹铣刀；比方说用于立铣或扩孔的非分屑圆柱形刀头；开槽刀头和用于立铣燕尾槽的截头圆锥形刀头，该截头圆锥形刀头的锥顶角朝向刀架。这些刀具的共同点是，在常常要求使用尺寸较小(直径为5-15mm)的高速钢立铣刀的情况下，它们可取代现有立铣刀。
图4示出例如上述的其刀架11和刀头12分别包括一前面和一支撑面的一开槽铣刀30。该刀具如用于铣削，只须使用相对两配合面的一个位置。该刀具如用于车削，则须使用该刀头的4个位置，以便所有刀刃转位到工作位置。转位时凹槽部23A与凹槽部16A或16B接触。凹槽部23B也如此。
图5A-6C所示本发明刀具实施例为一所谓的麻花钻，包括一刀头41、一钻杆42、一拉杆和一螺母(未示出)。
刀头41在不与钻杆42正对的一端上有至少一个钻孔刀刃。刀头用坚硬材料、最好为硬质合金注入成形而成，包括两间隙顶面、一支撑面22和连接它们的第一和第二弧形面。所有这些表面及其刀刃用相同材料即最好为注入成形硬质合金制成。第二弧形面或排屑槽与间隙面之间的交线最好经未示出的加固倒角构成主刀刃。第一弧形面与排屑槽之间的交线构成副刀刃。该排屑槽也可与钻杆相配而形成直线排屑槽。该刀头最好还包括一直达刀头中心的出芯表面。该刀头的最大直径等于副刀刃在直径方向上两径向最外点之间的距离。为了减小切屑在刀头与钻杆连接处造成的磨损，该刀头的高度最好等于所述距离。为了在钻孔时形成间隙，支撑面22的直径最好小于刀头的最大直径。与转动轴线平行的冲洗孔从支撑面22到两间隙面上的孔口穿过该刀头。这两个冲洗孔在一直线L上分列在转动轴线的两边。该钻孔刀具的功能还可见专利申请SE-A-9501687-9，其有关该刀具的外部几何形状以及刀头夹紧到钻杆上的内容包括在本说明书中。
该刀头的支撑面22的构成如上面结合图2B所述，只是该支撑面22在一中心螺纹孔周围有冲洗槽，且该支撑面有两排屑槽。方向S1与直线L平行，方向S2与直线L垂直。
图6A-6C所示钻杆42有与沿螺旋形路径与转动轴线相距一定距离的刃带相随的冲洗槽。该钻杆的排屑槽可呈螺旋形或直线形，它们可伸展在整个钻杆上，也可伸展在其一部分上。钻杆42与刀头41正对的一端上有一前面14，该前面如上面结合图2A-2D所述用来抵靠刀头41的支撑面22。与上述实施例的一个不同之处是，钻杆42和刀头41中的凹槽部必须使得这两个部件中的冲洗槽和排屑槽互相对齐。
图7A和7B示出本发明刀具另一实施例。该刀具为一比方说用来车螺纹或开槽的车削刀具50，包括一刀架51、一切削镶刃52和一螺丝53。刀架51为一方形刀杆，包括两切向装配切削镶刃的切削镶刃座。每一切削镶刃座包括如上面结合图2A所述两凹槽部16A、16B。但每一凹槽部16A、16B只在一个位置上与刀架的侧面相交。切削镶刃52呈多边形，包括一孔，其最大表面为如上面结合图2B所述支撑面。凹槽部中的凹槽可分别与工件的转动轴线平行和垂直，也可成一角度，以便在不止一个转角部用作刀刃时获得足够间隙。由于切削镶刃的两最大表面上都有伸展在整个表面上的凹槽部，因此该切削镶刃可装在左右两边切削镶刃座上。该刀具如下装配，用手以4个可能位置之一使切削镶刃52的支撑面抵靠刀架51的前面。凹槽方向S3、S4分别与凹槽方向S1、S2对齐。螺丝53穿过插孔25后抵靠刀架51的一螺纹孔。用扳手转动该螺丝而在该前面上拧紧该切削镶刃如图7B所示。
图8A-8D示出本发明刀具另一实施例。该刀具为一纵向车削刀具60，包括一刀架61、一圆形切削镶刃62、一螺丝63、一垫片64和一夹具65。刀架61为一方形刀杆，包括一垫片装配座。该座包括如上面结合图2A所述两凹槽部16A、16B。切削镶刃62呈圆形，因此有圆形刀刃和稍成角度的间隙面。切削镶刃的底面为如上面结合图2B所述支撑面，该支撑面从图8D可看得最清楚。凹槽部16A、16B中的凹槽可分别与工件的转动轴线平行和垂直，也可成一角度，以便多边形切削镶刃进行纵向车削时获得足够间隙。该切削镶刃和垫片64最好用注入成形硬质合金制成。垫片64呈圆形，其底面与切削镶刃62的底面一样包括多排凹槽或金字塔形突起。垫片64的顶面上有与刀架61的切削镶刃座相同的凹槽部16A、16B。该垫片中还有一非螺纹穿孔。装配该刀具时用手以4个可能位置之一使垫片的底面抵靠刀架61。然后凹槽方向S3和S4分别与凹槽方向S1和S2对齐。螺丝63穿过插孔后抵靠刀架61的一螺纹孔。用扳手转动该螺丝而在该前面上拧紧该垫片。切削镶刃62的装配与此相同，即以4个可能位置之一使该切削镶刃的底面抵靠该垫片。然后凹槽方向S3和S4分别与凹槽方向S1和S2对齐。然后夹具65借助刀架中一螺纹孔把切削镶刃夹紧在图8B所示位置上。在另一实施例中垫片的顶面相对底面转动45°，从而这一垫片可使用切削镶刃的另4个刀刃。当然，在双面实施例中切削镶刃的顶面还可包括一如图8D切削镶刃62底面所示表面，从而所述表面位于两面上的刀刃的径向稍靠里位置上。
图9A-9C示出本发明刀具另一实施例。该刀具为一开槽或切割刀具70，包括一刀架71、一割刀72、一切削镶刃(未示出)和螺丝73。刀架71为一方形刀杆，其上有割刀72装配座。该座包括如上面结合图2B所述两凹槽部，这从图9B可看得最清楚，即在方向S3和S4上的多排互相垂直的凹槽或金字塔形突起。割刀72的内表面上如结合图2A所述包括两个与凹槽部16A邻接的凹槽部16B。凹槽部16A、16B中的凹槽分别与该刀具的正常进刀方向平行和垂直。割刀72中还有4个非螺纹穿孔。该刀具装配时，如图9A所示用手使割刀的内表面抵靠刀架71的该座。然后凹槽方向S3和S4分别与凹槽方向S1和S2对齐。螺丝73穿过割刀中的孔后抵靠刀架71的螺纹孔。上紧螺丝即可把割刀紧固在刀架71的该座上。然后把一切削镶刃推入所示切削镶刃座中，该刀具即可用来车削。该刀具的一个优点是，割刀和刀架互相正对的两表面可用同一刀具、例如一滚刀加工。
因此本发明涉及一种可使进行切削加工的两部件咬得更紧、从而提高传递转矩的连接，同时该连接比现有连接容易制造。该连接用于铣削时，小尺寸的刀具也可很稳固，并且便于更换刀头。该连接用于车削时，可转位成至少4个刀刃或刀刃部并紧紧固定。
权利要求
1.一种用于切削加工的第一部件(11；42；51；61；71)与第二部件(12；41；52；64、62；72)之间的连接，所述连接包括两配合表面(14、22)和使这两个表面紧靠在一起的装置(13；53；63、65；73)，所述两表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形状使它们互相咬紧，其特征在于，该两配合表面(14、22)可有至少4个相互独立的位置；凹槽(17A、17B、24A、24B)的数量大于位置数；每一表面(14、22)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，这两个凹槽部最好互相垂直；第一部件(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)与另一凹槽部(16A)邻接。
2.按权利要求1所述的连接，其特征在于，第二部件(12；41；52；64、62；72)中的两凹槽部(23A、23B)整个互相横交。
3.按权利要求1或2所述的连接，其特征在于，两凹槽部(16A、16B、23A、23B)中的凹槽(17A、17B、24A、24B)的形状相同而呈V形，装配后在一平面中互相错开；这些凹槽有一宽度(W)，在所述平面中错开一半宽度(W/2)。
4.按权利要求1、2或3所述的连接，其特征在于，凹槽部(16A、16B、23A、23B)占相应表面(14、22)的有效面积的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有两个互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)；该连接用于转动和/或固定刀具。
5.刀具，包括一刀头(12；41；52；62；72)或一垫片(64)与一刀架(11；42；51；61；71)之间的按权利要求1所述的一种连接；其中该刀头/垫片和该刀架包括两配合表面(14、22)和使这两个表面紧靠在一起的装置(13；53；63、65；73)，所述两表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形状使两它们互相咬紧，其特征在于，该两配合表面(14、22)可有至少4个相互独立的位置；凹槽(17A、17B、24A、24B)的数量大于位置数；每一表面(14、22)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，这两个凹槽部最好互相垂直；第一部件(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)与另一凹槽部(16A)邻接。
6.按权利要求5所述的刀具，其特征在于，第二部件(12；41；52；64、62；72)中的两凹槽部(23A、23B)整个互相横交。
7.按权利要求5或6所述的刀具，其特征在于，两凹槽部(16A、16B、23A、23B)中的凹槽(17A、17B、24A、24B)的形状相同而呈V形，装配后在一平面中互相错开；这些凹槽有一宽度(W)，在所述平面中错开一半宽度(W/2)。
8.按权利要求5、6或7所述的刀具，其特征在于，凹槽部(16A、16B、23A、23B)占相应表面(14、22)的有效面积的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有两个互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)；该连接用于转动和/或固定刀具。
9.用于按权利要求5所述的刀具中、与一刀架连接的刀头，该刀头(12；41；52；62；72)和该刀架包括配合表面(14)和使这两个支撑面紧靠在一起的装置，两表面上有凹槽(24A、24B)，其形状使它们互相咬紧，其特征在于，刀头(12；41；52；62；72)的该表面(14)包括至少4个独立位置；凹槽数大于位置数；所述表面(14)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(23A、23B)，这些凹槽部最好互相垂直；该刀头(12；41；52；62；72)中的凹槽部(23A、23B)整个互相横交。
10.按权利要求9所述的刀头，其特征在于，两凹槽部(23A、23B)中的凹槽(24A、24B)相同而呈V形；这些凹槽有一宽度(W)。
11.按权利要求9或10所述的刀头，其特征在于，凹槽部(23A、23B)占相应表面(14、22)的有效面积的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有两个互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)。
12.用于按权利要求5所述的刀具中、与一刀头或一垫片连接的刀架，该刀头/垫片和该刀架(11；42；51；61；71)包括两配合表面(14)和使这两个表面紧靠的装置，所述表面上有凹槽，其形状使它们互相咬紧，其特征在于，该刀架的表面(14)包括至少4个独立位置；凹槽(17A、17B)的数量大于位置数；该表面(14)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(16A、16B)，这些凹槽部最好互相垂直；该刀架(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)与另一凹槽部(16A)邻接。
13.按权利要求12所述的刀架，其特征在于，两凹槽部(16A、16B)中的凹槽(17A、17B)的形状相同而呈V形；这些凹槽有一宽度(W)。
14.权利要求12或13所述的刀架，其特征在于，凹槽部(16A、16B)占相应表面(14)的有效面积的至少80％、最好90-100％；每一表面(14)中的凹槽有两个互相垂直的方向(S1、S2)。
15.用于按权利要求5所述的刀具中、与一刀架连接的垫片，该垫片(64)和该刀架包括两配合表面(14)和使这两个表面紧靠的装置，所述表面上有凹槽，其形状使它们咬紧，所述垫片有一底面(22)和一顶面(14)，其特征在于，该垫片(64)的底面(22)包括至少4个独立位置；凹槽数大于位置数；所述底面(22)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(23A、23B)，这些凹槽部最好互相垂直。
16.按权利要求15所述的垫片，其特征在于，该垫片(64)的顶面(14)包括至少4个独立位置；凹槽数大于位置数；所述顶面(14)包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(16A、16B)，这些凹槽部最好互相垂直。
17.在一界面上把两个刀具部件连接在一起的方法，该界面包括两配合表面(14、22)和使这两个表面紧靠的装置，这两个表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形状使它们互相咬紧，其特征在于，该方法包括下列步骤-提供两配合表面，每一表面至少有4个相对独立的可能位置，-提供若干凹槽(17A、17B、24A、24B)，它们的数量大于位置数，-提供两表面(14、22)，每一表面包括至少两个由所述凹槽构成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，这些凹槽部最好互相垂直，-使一表面中的凹槽部之一(16B)与同一表面中的另一凹槽部(16A)邻接，-把两刀具部件置于4个可能位置之一上，以及-用装置使两表面(14、22)紧靠，以便支撑面靠其形状互相咬紧而固定。
全文摘要
本发明涉及切削加工所使用的一种连接、一种刀具、一种刀头、一种刀架、一种垫片和一种方法。该刀具包括一刀头(12)和一刀架(11),该刀头和该刀架包括两配合表面和一使这两个表面紧靠的螺丝(13)。这两个表面上有凹槽,其形状使它们互相咬紧。这两个配合表面(14、22)呈华夫饼干状,从而可有至少4个互相独立的位置。
文档编号B23B31/00GK1229375SQ98800868
公开日1999年9月22日 申请日期1998年6月15日 优先权日1997年6月30日
发明者克里斯特·吕德贝里, 约尔马·科斯基宁 申请人:塞科机床公司