专利名称：球头端铣刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球头端铣刀，特别涉及可转位式球头端铣刀，该铣刀用于高速、高精度加工一种均匀接头的球形槽及类似表面。
按传统方式，当需要高速、高精度加工球形槽时，使用一种整体球头端铣刀，该端铣刀的刀体与切削刃制成一体，或者使用一种镶片球头端铣刀，该端铣刀的切削刃例如是用火焰焊接固定在刀体上的。然而，这种球头端铣刀在提高切削速度以改善切削效率时，切削刃的磨损和碎裂就增加。因此，上述这种球头端铣刀磨损与碎裂增加时，必须更频繁地重磨切削刃或更换球头端铣刀，从而造成低的经济效益。
考虑到上述情况，一种可转位式球头端铣刀已逐渐广泛使用，这种端铣刀安装了一种可转位刀片，该刀片具有在可转位板形刀片上制成的切削刃。可转位式球头端铣刀的板形刀片插入刀体末端的槽中。板形刀片通过夹紧螺钉的夹紧力使槽闭合而将其安装在刀体上。更准确地说，板形刀片的一端面与槽的底面接触，而板形刀片的端面被压在刀体槽的端面上，于是板形刀片的转动受到约束，从而使板形刀片与刀体连成一体。
更准确地说，在上述可转位球头端铣刀中，板形刀片的中心部固定并用夹紧螺钉压在槽的底面上，于是槽的底面与板形刀片的一个端面彼此接触，将板形刀片夹紧。因此，为了确保夹紧板形刀片，即使在切削过程中切削力发生周期性的变化时也能确保，就需要提高夹紧螺钉的螺纹定位(Screw-fixing)精度。随着夹紧精度的提高，足以保证夹紧螺钉外螺纹与刀体上的内螺纹之间的摩擦力的夹紧力也得到保证。
为此目的，已提出各种涉及围绕夹紧螺钉各部分形状的建议。在日本专利公开号No.64-1248中，在槽的底面的中心设置了一切口。
图14为现有技术中根据一实例的球头端铣刀的剖面图，其中，刀体100的槽101是从一侧观察的。球头端铣刀的槽101的底面102的中心部具有切口103，球头端铣刀的结构将参考图14在下面给予说明。
在刀体100尖部槽101的底面102的中心部设置了一切口103。板形刀片104被插入槽101中。槽101的空间制成可通过夹紧螺钉105的夹紧力变窄，板形刀片104的后端面与槽101的底面102接触。因此，传统的球头端铣刀具有切口103，该切口设置在槽101的底面102的中心部，板形刀片104与刀体100的槽101的底面102被夹紧成牢固接触，从而抑制了刀片的机械转动。
在现有技术的这一实例中，由于切口103是设置在与槽101的与两侧面等距的位置，刀体尖部的一半部(One half)106和另一半部(Other half)107的弯曲相等。因此，板形刀片被牢固地夹紧，这是由于槽101的侧面整个面积，即刀体尖部的一半部106的内表面和另一半部107的内表面整个面积接触的缘故。
然而，现有技术存在下列问题。由于切口103的缘故，另一半部107相对于夹紧螺钉是倾斜的，因此，夹紧螺钉105的外螺纹与另一半部107上的内螺纹间精确的螺纹定位不能实现。此外，所用的夹紧方法中，其中夹紧螺钉105只是简单地通过刀片的通孔，在夹紧螺钉105与板形刀片104的通孔之间仍然存在空间，于是，板形刀片不能夹紧在槽101的底面102上。结果，在槽101的延伸方向和夹紧螺钉105的旋转方向的约束力不够。因此，在切削力变化大的情况下，板形刀片可能位移。
日本专利公开号No.8-252714公开了另外的球头端铣刀，该球头端铣刀具有一固定的板形刀片。在这一公开的专利申请中公开的两种形式的球头端铣刀，将参考图15和16给予说明。图15示出了一种形式的球头端铣刀的例子，该球头端铣刀具有后端制成圆弧形的板形刀片，而图16示出了另一种形式的球头端铣刀，该球头端铣刀具有后端制成V形的板形刀片。
首先，将说明图15所示球头端铣刀中固定板形刀片的技术思想。具有切削刃的板形刀片131被插入槽中，该槽横穿刀体130尖部的中心部如图15所示。板形刀片131是在槽的宽度被夹紧螺钉132使之变窄的情况下被夹紧的。
这时，当板形刀片131的后端面131a具有与槽的底面133底面相同的曲率半径，或后端面131a的曲率半径大于底面133的曲率半径时，板形刀片131可以自动对准，使其中心线移动至与刀体中心线重合的位置。这显著提高了切削过程的精加工精度。
然而，为了获得加工过程的高精度，需要改进板形刀片131的通孔与夹紧螺钉132颈部直径的配合精度。此外，刀体130上螺纹孔的位置精度也必须提高。更准确地说，板形刀片131的后端面131a和槽133底面的圆弧接触表面必须整个地接触。虽然这也许是可能的，如果实际的零件在分选设备上精确测量的话，但在板形刀片104、刀体130和夹紧螺钉132是随机装配时，就难于获得希望的精度。
图16所示的球头端铣刀中固定板形刀片的技术思想，下面将给予说明。正如在图16中能看到的，一具有切削刃的板形刀片141被插入槽中，该槽以类似于图15所示之球头端铣刀所用的方式，横穿刀体140尖部的中心部，板形刀片是在槽的宽度被夹紧螺钉142使之变窄的情况下被夹紧的。板形刀片141的后端表面141a制成V形，与制成和后端表面141a面对的V形的槽底面143密贴。因此，板形刀片141的中心线自动移动至与刀体140中心线重合的位置，并与之对齐。
然而，如果板形刀片141的V形接触表面和槽底表面143的精度发生变化，板形刀片的跳动精度便不能保证。为了使在板形刀片141和刀体140随机组合时对跳动的影响减到最小，磨削板形刀片141的后端表面141a和槽底表面143的两V形接触表面是一种有效的方法。为了磨削槽的底表面，需要一种可容纳在槽内的直径很小的磨轮。然而，直径小的磨轮存在强度问题，因此难于高精度磨削。
在使用图14至16所示的传统球头端铣刀的切削过程中，由于被切削材料被加工区的振动或板形刀片切削刃轻微振动引起的切削力变化是不可避免的。在这种状态下如果板形刀片104、131、141、槽101、和夹紧螺钉105、132、142彼此不是牢固接触，用于夹紧的预定摩擦力就不能在外螺纹部与内螺纹部之间生成。板形刀片104、131、141、槽101和夹紧螺钉105、132、142将不能按适当的初始压力夹紧。结果，在外螺纹部与内螺纹部之间生成并由夹紧螺钉105、132、142沿轴向的拉应力所保持的夹紧用摩擦力，可能由于切削力变化而引起的振动所松弛。结果，夹紧螺钉可能松动。
为避免夹紧螺钉松动，在加工板形刀片的通孔104、131、141、加工刀体100、130、140的内螺纹以及类似的部位时，需要达到极高的位置精度。这些部分加工精度的提高要求很高的成本，因此是不现实的。为此，要求采用改进的板形刀片夹紧装置补偿这些部分的加工精度和定位精度。
本发明的目的在于提供一种球头端铣刀，该球头端铣刀具有一种夹紧装置，该夹紧装置可避免因作用在切削刃上的切削力变化而导致夹紧螺钉松动。
根据本发明的一个方面，球头端铣刀包括一刀体，该刀体具有被一槽区分的一半部和另一半部，该槽从刀体尖部中心部沿轴线方向延伸。此外，根据本发明的一个方面，球头端铣刀还包括板形刀片，该板形刀片具有一通孔，该通孔在接近刀片前后主表面中心部穿透，刀片插入槽中；和夹紧螺钉，该夹紧螺钉通过设置在上述一半部上的通孔和刀片的通孔，拧入设置在上述另一半部上的内螺纹部，于是，板形刀片以其前后主表面被夹紧在一半部的内侧表面与另一半部的内侧表面之间。此外，上述一半部包括一台阶孔，在该台阶孔中容纳了夹紧螺钉头，该台阶孔是作为设置在一半部上的一部分。此外，根据本发明的一个方面之球头端铣刀还包括圆锥弹簧，该弹簧安装在位于通孔中的夹紧螺钉的颈部，并插入设置在一半部上的通孔中；和圆锥垫圈，该圆锥垫圈设置在锥形弹簧之下，安装在刀片通孔内，圆锥垫圈具有对应于刀片通孔圆锥部形状的形状。
由于这种装置，当夹紧螺钉逐渐拧紧时，圆锥弹簧被压缩。借助于被压缩圆锥弹簧的恢复力，圆锥垫圈被推向板形刀片的通孔。这时，板形刀片通孔的圆锥部密贴在圆锥垫圈的圆锥面。因此板形刀片向使板形刀片后表面压向槽底部表面的方向运动。结果，板形刀片更加牢固地紧固在刀体上。
根据本发明的另一方面，球头端铣刀包括刀体，该刀体具有被一槽区分的一半部和另一半部，该槽从刀体尖部中心部沿轴线方向延伸；板形刀片，该板形刀片具有前后表面作为前面，和尖部表面作为后面，并具有在接近前面中心穿透刀片的通孔，刀片被插入槽中，以前面定位于刀体尖部；夹紧螺钉，该夹紧螺钉穿过设置在上述一半部上的通孔和刀片通孔，拧入设置在上述另一半部上的内螺纹部，用以夹紧板形刀片，使板形刀片的前后前面夹紧在一半部和另一半部的内侧表面之间。此外，板形刀片具有一刀片前表面凸起，在前前面上接近后面的侧端；和一刀片后表面凸起，在后前面上接近后面的另一侧端。刀片前表面凸起的一内侧表面和刀片后表面凸起的一内侧表面制成这样，以提供一锥形部，当从垂直于前面观察时，该锥形部从板形刀片的尖部向后端部展宽延伸。此外，刀体上的槽具有刀片接触部，与刀片前表面凸起的内侧表面和刀片后表面凸起的内侧表面相配合。
在根据上述方面的球头端铣刀中，设置在板形刀片表面的刀片前表面凸起的内侧表面和刀片后表面凸起的内侧表面，被强制与相应部位的刀体接触，于是板形刀片在槽的延伸方向的位移或偏转可以避免。因此，可更牢固地将板形刀片紧固。此外，由于刀片前表面凸起的内侧表面和刀片后表面凸起的内侧表面制成从切削刃尖部向面对槽底部表面的后端展宽，板形刀片的插入是顺畅的。
在根据本发明上述一方面和另一方面的球头端铣刀中，最好设置一切口，该切口沿平行于一半部的内侧表面，在槽的底部表面制出，其位置设置在从一半部的内侧表面与另一半部的内侧表面之间的中心线偏向一半部。
在这样的结构中，由于设置了偏向一半部的切口，在设置切口的部分，垂直于槽的方向上，另一半部的厚度较大。因此，在垂直于切口的剖面处，上述另一半部作为一悬臂，变得具有较大的第二惯性矩。于是，上述另一半部作为一悬臂，变得具有更高的抗弯刚度。因此，与切口设置在一半部和另一半部间中心处的传统球头端铣刀相应的另一半部比较起来，根据本发明的另一半部，作为一悬臂，在夹紧螺钉夹紧力作用下，也就是说在弯曲应力作用下的弯曲较小。因此，当用夹紧螺钉使槽的侧面接近而将板形刀片夹紧时，夹紧螺钉的外螺纹部的中心线与设置在上述另一半部上的内螺纹的中心线差不多是对齐的，由上述另一半部弯曲而导致的外螺纹中心线与内螺纹中心线的错位即对准不良可以抑制。结果，内螺纹部和外螺纹部以精确接近设计精度的状态螺纹定位，从而，在外螺纹部和内螺纹部之间生成螺纹精度相对应的摩擦力。因此，由切削力变动所反映的跳动所引起的螺钉松动可被抑制。
根据上述一方面和另一方面的球头端铣刀还可以包括一平垫圈，该垫圈安装在夹紧螺钉上，插在夹紧螺钉头的下表面与孔的上表面之间。
由于平垫圈是按照这种结构插入的，夹紧螺钉拧入刀体时是以刀体和颈导向，没有损害螺纹部的螺纹精度。
根据上述一方面和另一方面的球头端铣刀，刀体可设置一刀体盲孔，该刀体盲孔几乎平行于夹紧螺钉，从上述另一半部的外侧表面向槽的底部表面制成，板形刀片具有一刀片凹槽，该凹槽从将与上述另一半部相接触的表面延伸至将面对槽底的表面，而球头端铣刀还可具有一销，该销插入刀体盲孔直至接近槽的中心，与孔配合但不与刀片凹槽接触。
由于这种结构，当板形刀片偶然被上下颠倒地插入时，凹槽与销无法配合，从而使刀片不能完全插入。因此，用以容纳夹紧螺钉的孔、设置在上述一半部上的孔和设置在另一半部上的内螺纹部，它们的中心线彼此均大大错位，从而夹紧螺钉不能拧入。因此可以避免板形刀片被上下颠倒地错误紧固。
更准确地说，根据上述第一和第二方面的球头端铣刀具有切屑槽，用以容纳切屑，该切屑槽从槽的底面沿刀体的轴线方向在所述一半部的内侧表面延伸。于是，切削时没有切屑散布在周围。
本发明的上述目的和其它目的、特点、优点以及有关的各个方面，从下面的详细说明和附图将变得更为清楚。
图1为根据本发明第一实施例之球头端铣刀中槽部的剖面图。
图2为根据本发明第一实施例之球头端铣刀接近夹紧螺钉处的剖面图。
图3为表示根据本发明第一实施例之球头端铣刀中一种装置的结构的剖面图，该装置是用于避免夹紧螺钉头周围的局部密贴。
图4A为根据本发明第一实施例之球头端铣刀所用板形刀片的平面图。
图4B为根据本发明第一实施例之球头端铣刀所用板形刀片的剖面图。
图5为根据本发明第二实施例之球头端铣刀中邻近槽部的剖面图。
图6A为根据本发明第二实施例之球头端铣刀所用板形刀片的前视图。
图6B为根据本发明第二实施例之球头端铣刀所用板形刀片的平面图。
图7A为根据本发明第二实施例之球头端铣刀刀体的前视图。
图7B为根据本发明第二实施例之球头端铣刀刀体的侧视图。
图8表示对比用的板形刀片的形状和尺寸。
图9表示第二实施例所用板形刀片的形状和尺寸。
图10为一图表，该图表表明对比板形刀片与根据本发明第二实施例之板形刀片跳动精度的比较结果。
图11为用于检测跳动精度的装置的原理图。
图12为一图表，该图表表明对比板形刀片与根据本发明第二实施例之板形刀片，在尖部经受重复装配的情况下，跳动精度的比较结果。
图13表示被加工件的形状和尺寸。
图14为传统球头端铣刀从槽侧面观察的局部剖视图。
图15为传统球头端铣刀的平面视图，该球头端铣刀具有一种后端表面制成圆弧形的板形刀片。
图16为传统球头端铣刀的平面视图，该球头端铣刀具有一种在接近后端部制成V形的板形刀片。
本发明的实施例，将参考附图予以说明根据本发明第一实施例的球头端铣刀，将参考图1至4予以说明。图1为一剖面视图，该图示出了根据本发明之球头端铣刀围绕刀体1的槽2部的放大图。从图1可见，根据本实施例的球头端铣刀具有如下结构。
刀体1具有被槽2分开的一半部3和另一半部7，该槽从刀体尖部的中心部沿轴向延伸。在半部3上具有台阶孔6，夹紧螺钉4的头部5位于其中。在另一半部7设置有内螺纹部8。在槽2的底面9处设置一切口10，该切口10沿半部3的内表面延伸，切口10的位置偏向半部3。插入槽2中的板形刀片11，当槽2在夹紧螺钉4夹紧力的作用下，沿使槽2宽度变窄的方向被夹紧，被紧固在刀体1上。
当夹紧力沿代表夹紧螺钉中心线的直线20-20作用时，半部3弯曲，使槽2宽度变窄，正如一悬臂，以切口10的底部A点作为基点。此外，切口10设置成偏向半部3。因此，在设置切口10的区域内，沿垂直于槽2的方向上，另一半部7的厚度变得大于相同方向上一半部3的厚度。
因此，另一半部7，作为一悬臂，其垂直于切口10的截面具有更大的第二惯性矩。于是，作为悬臂的另一半部7变得具有更高的抗弯刚度。因此，当夹紧螺钉4的夹紧力，即弯曲应力作用在悬臂时，与传统球头端铣刀的另一半部7比较，本实施例的另一半部7的弯曲较小，传统球头端铣刀的切口10设置在半部3与半部7之间的中心处。
因此，夹紧螺钉4使槽2变窄而将板形刀片11夹紧，而此时设置在夹紧螺钉4的外螺纹中心线20-20和设置在另一半部7上的内螺纹8中心线几乎对齐，此时，因另一半部7弯曲而引起的内螺纹8的中心线相对于外螺纹中心线20-20的偏移或位移可被抑制。结果，夹紧螺钉4的外螺纹和另一半部7上的内螺纹8均几乎准确地按设计精度螺纹定位，因此，根据螺纹精度用于夹紧的摩擦力在内外螺纹部之间得以生成。
通常，建立了这样一种理论，在外螺纹的倾斜表面和与之接触的内螺纹的倾斜表面之间产生的摩擦力减小的结果导致螺纹松动。假定这一理论是正确的，根据本实施例之球头端铣刀保证了反映螺纹精度的摩擦力，从而因切削力变动引起跳动而使夹紧螺钉松动的现象得以抑制。
根据本实施例之球头端铣刀的结构将结合图2详细说明，该图以进一步放大的形式示出了夹紧螺钉4周围的部分。正如从图2可见，根据本实施例之球头端铣刀具有如下结构。
在夹紧螺钉4的头部5的下方，可转动地安装一锥形弹簧12和一锥形垫圈13。锥形垫圈13由卡环14限定从而不致滑出。
夹紧螺钉4头部5的侧表面5a与设置在一半部3上孔6的内表面6a彼此配合，其配合精度按JIS(日本工业标准)的“尺寸公差与配合”BO401。更确切地说，其配合是属于间隙配合，孔的直径略大于最小容许尺寸，或轴的直径略小于最大容许尺寸，包括最小孔直径尺寸与最大轴直径尺寸之差为零。此外，在另一半部7，夹紧螺钉4的体部4a与供体部插入的导向部15彼此配合，其配合属于间隙配合，孔的直径略大于最小公差尺寸，或轴的直径略小于最大公差尺寸，包括最小孔直径尺寸与最大轴直径尺寸之差为零。
当夹紧螺钉4的外螺纹拧入另一半部7的内螺纹8，板形刀片11通孔16的锥部17与锥形垫圈13上面向槽2底面9一侧的锥面13a接触。
为了获得板形刀片11向槽2的底部移动的功能，通孔16的中心线与配合至通孔16内的锥形垫圈13的中心线更靠近切削刃的尖部一侧。相应地，如图2所示，可以将板形刀片11用夹紧螺钉4夹紧成这样的状态，其中，锥形垫圈13的锥面13a与板形刀片11通孔16的锥部17在切削刃尖部一侧并不接触，这就是说，在这种状态下存在空隙。因此，板形刀片11不受任何迫使刀片朝向切削刃尖部的力。另外，为了获得上述功能，板形刀片的通孔16可以制成长圆孔，如图4所示，沿刀体1的轴向朝切削刃的尖部一侧扩展，这一点将在下文说明。
此外，当夹紧螺钉4完全拧紧时，夹紧螺钉4的头部5的颈部面5b紧靠在孔6的孔面6a。这时，为恢复弯曲变形的一半部3的恢复力和恢复弹性变形的锥形弹簧12的恢复力得以确定。于是，生成一合力，该合力由以一半部3和另一半部7作为悬臂以由切口10所形成的A点作为基点的恢复力，和锥形弹簧12沿轴向向上拉夹紧螺钉4的恢复力所合成。此合力生成夹紧螺钉4的外螺纹与另一半部7上内螺纹之间的预定摩擦力，由于预定的摩擦力得以保持，由切削力变化而引起的夹紧螺钉4的松动可以避免。于是，将板形刀片11牢固地紧固在刀体1上就成为可能。
此外，半部3的孔6和夹紧螺钉4头部的侧边5a，以及另一半部7的导向部15和夹紧螺钉4体部4a都是紧密配合，因此，可以通过夹紧螺钉4获得对应于螺纹精度的准确螺纹定位。
根据本实施例的另一球头端铣刀的结构将参考图3予以说明，该结构是为避免夹紧螺钉4与孔6全部接触而只局部接触而采用的。根据本实施例的这一方面，此球头端铣刀具有一平垫圈18，插入在夹紧螺钉4的颈部和锥形弹簧12之间。除此之外，其结构与图2所示的球头端铣刀相同。
在图3所示本实施例的球头端铣刀中，孔6和内螺纹孔8是用不同的切削工具加工的。因此，严格地说，这两个孔不是同心圆孔。因此，在图2所示结构中，当导向部15、螺纹部和夹紧螺钉4的体部4a被用作参考基准时，可能在螺纹定位的起始阶段，夹紧螺钉4、孔6和头部5的侧面5a的接触不是全部表面接触而是局部接触。
当发生偏向于刀体1柄部一侧的局部接触时，可能在导向部15和体部4a间的螺纹定位使夹紧螺钉4相对于内螺纹8的中心线倾斜。这将加剧头部5侧面5a的磨损。
这种现象可通过插入一平垫圈18来避免，该平垫圈的内外直径分别与夹紧螺钉4的颈部和孔6相配合，设置在夹紧螺钉4的头部与锥形弹簧12之间。通过插入平垫圈18，就可能由夹紧螺钉4的外螺纹部螺纹定位于内螺纹部8，由导向部4a和颈部导向，而不致伤害螺纹部的精度。这种结构对于根据第二实施例的球头端铣刀也是有用的，关于这一点将在后面说明。
板形刀片11的结构将参考图4A和4B说明。板形刀片11的二维轮廓如图4A所示。沿图4A中30-30直线截取的剖面结构如图4B所示，图4A和4B所示板形刀片11是用合金钢或硬质合金制成并具有均匀的厚度。通孔16在板形刀片11的中心制出。通孔16处具有制出的锥部17，该锥部对应于锥形垫圈13锥面13a。通孔可制成沿刀体1轴线方向伸长的长圆孔，于是当通孔16的锥部17被承受锥形弹簧12恢复力的锥形垫圈13的锥面13a加压时，板形刀片11可向槽2底部9移动，也是在这种情况下，板形刀片11后端面11a至通孔16圆周表面间的距离B是调整到一预定的尺寸。
此外，在后端面11a上的凹槽部11b最好制成能保证当板形刀片11移向槽底面9时实现稳定的接触部。一对切削刃11c构成一半圆形的一部分，最好应具有与切削刃部连接的硬合金或硬质烧结体，以便改善锋利性和耐磨性。
根据本发明第二实施例的球头端铣刀将参考图5至13给予说明。本实施例的球头端铣刀的结构类似于第一实施例的球头端铣刀，当在被切削材料组成成分中局部存在硬结构或因形状复杂而必然要求间断切削时，本实施例的球头端铣刀能更牢固地将板形刀片紧固在刀体上，这是通过限制板形刀片绕夹紧螺钉转动和限制刀片沿槽延伸方向移动来实现的。根据第二实施例球头端铣刀的剖面图如图5所示，该图对应于图1所示，放大示出了根据第一实施例的球头端铣刀围绕槽2的剖面结构。
在本实施例的球头端铣刀中，正如在图5中所看到的，孔6设置在一半部3上，夹紧螺钉4的头5与孔6配合。另一半部7具有内螺纹部8。在夹紧螺钉4的头5的颈部，可旋转地安装一锥形弹簧12和一锥形垫圈13，并用卡环14将其限定避免滑出。
此外，刀体20具有刀体盲孔23，该盲孔23大体平行于夹紧螺钉4制成，从另一半部7的外表面延伸至槽2底面的中心。板形刀片21具有一刀片凹槽21d，该凹槽21d从与另一半部7接触的表面延伸至位于槽2底面9的表面。销22插入刀体盲孔23从而与其配合，直至接近槽2的中心但不与刀片凹槽21d相接触。
在本实施例的球头端铣刀中，板形刀片21具有刀片前表面凸起21c，从刃尖延伸至主前面侧面；和刀片后表面凸起21f，从刃尖延伸至下前面侧面，当从刀具后面观察时如图6A所示。此外，刀片前表面凸起21c的内侧面21b和刀片后表面凸起21f的内侧面21e均制成具有锥形加宽部，该加宽部从切削刃的尖部至位于与槽2底部相面对的位置的后端表面21a加宽，当从刀片前面一侧观察时，如图6B所示。板形刀片21的后端表面21a和槽2的底部之间具有S形的空间。
用以插入板形刀片21的刀体20上的槽2的形状如图7A和7B所示。图7A为刀体20的前视图，图7B为刀体20的侧视图。接触部2a、2b面对板形刀片21主前面和下前面的凸起21c和21f的内侧面21b和21e，在槽2的内侧面制出。板形刀片21的运动被接触部2a和2b所约束。此外，容屑槽24设置在一半部3上，从槽2的底部9沿刀体20轴线方向在一半部3的侧表面制出，用以容纳切削产生的切屑。
参看图5，夹紧螺钉4是螺纹定位于另一半部7的内螺纹部8，板形刀片21具有的圆锥部17，该圆锥部17在槽2底面9的一侧与锥形垫圈13的锥面13a接触。板形刀片21被迫趋向槽2的底面9。借助于板形刀片21的这一运动，板形刀片21之主前面和下前面凸起21c和21f的侧面21b和21e变得与槽2上与其相面对的接触部2a和2b牢固接触。
于是，板形刀片11绕夹紧螺钉的转动和沿槽2延伸方向的移动均被约束。因此，即使在间断切削时经受切削力的变动，夹紧螺钉4的摩擦力仍稳定保持，从而由板形刀片21轻微振动而引起的切削表面的颤振或类似现象所导致的切削力的下降可以避免。结果，与第一实施例的球头端铣刀相比，板形刀片21是更牢固地紧固在第二实施例球头端铣刀的刀体20上，因此开口10可能就没有必要设置。
在根据本实施例的球头端铣刀中，板形刀片21主前面和下前面凸起21c和21f的内侧面21b和21e，以及槽2的接触部2a和2b均制成平面，该平面可暴露在外。因此，与深V形槽143比较，本实施例可使用具有高精度的磨削加工。
此外，如图5所示，刀体20具有刀体盲孔23，该盲孔从另一半部7的外表面沿大体平行于夹紧螺钉4的方向到达槽2底面9的中心。板形刀片21具有一刀片凹槽21d，该刀片凹槽从与另一半部7接触的表面延伸至与槽2的底面9相面对的表面。此外，销22从刀体盲孔23插入至接近槽2的中心。销22嵌入刀片凹槽21d中使板形刀片21定位。这样，通过使用销22，可以避免板形刀片21因粗心而造成插入错误。更准确地说，在上述结构中，在将板形刀片21插入刀体时上下面颠倒，即与图5所示方向相反时，不可能用夹紧螺钉4夹紧。因此，可以避免将板形刀片21上下面颠倒地错误插入。
为了避免这种错误，可以在刀体盲孔23的外端设置一内螺纹，拧入一螺旋塞以取代销22。此种结构也可用于第一实施例的球头端铣刀。
现有技术中使用图8所示板形刀片104的一种球头端铣刀，如图14所示，作为比较例子，将与根据本实施例的球头端铣刀进行比较，注意防松装置和元件，例如板形刀片和刀体的尺寸精度。
板形刀片104，作为对比例子，厚度为3.0mm，将与宽度为3mm的槽101配合，如图8所示。板形刀片104的材料是含有立方氮化硼(CBN)的硬质合金，这是一种高温烧结体，这种材料是燃烧并与精确的切削刃部集成一体的。
根据本实施例所用板形刀片21的厚度与材料，与作为对比的例子所用刀片相同。准备了五个根据本实施例的板形刀片样件，和五个对比板形刀片样件，每一刀片的曲率半径、厚度以及类似尺寸，均精加工至满足根据JIS0401的7级精度要求。镍铬锰钢SNCM630被选作刀体100和刀体20的材料，每一样件制出了外径为20mm的柄部。
用于检测球头端铣刀板形刀片跳动精度的装置将给予简要说明。在平台200上放置V形块201。在V形块201的V形槽中，从侧面相继放入刀体20和200。在V形块201的后面，用螺栓安装一挡块202。刀体20和200被推住，通过嵌入中心孔a的钢球204与挡块202实现点接触。测微仪205安装在磁性座206上，该磁性座被吸住在平台200上。测微仪205的触头与板形刀片21和104的精确切削刃接触。
在检测跳动精度时，首先，将刀体20和100推向挡块202，钢球204位于其间，并将测微仪205设置为零。然后，将刀体20或100绕刀体20或100的中心线旋转180°，于是板形刀片21或104的另一圆弧切削刃与测微仪205接触。这样，一切削刃与测微仪205触头接触所得数值与另一切削刃与测微仪205触头接触所得数值之差值被记录为“跳动”。
使用如图11所示的检测装置，测出根据本实施例球头端铣刀和对比球头端铣刀的跳动精度。五个对比球头端铣刀的板形刀片104样件的跳动精度和五个根据本实施例球头端铣刀的板形刀片21的跳动精度所呈现的数值分别如图10的上下两部所示。
此外，对于装配中的精度再现性，即将板形刀片多次反复装卸的装配精度进行了评估，评估的结果如图12所示。图的上部表示每次用对比用球头端铣刀的跳动精度，在装配时，指定配合元件为刀体100和刀片104，将板形刀片反复装卸十次。图的下部表示每次用根据本发明球头端铣刀的跳动精度，指定配合元件为刀体20和板形刀片21，将板形刀片反复装卸十次。
正如可从图10和图12中图形所表示的结果看出的那样，本发明的跳动精度优于对比例子。其基本原理如下。
在对比例中，当板形刀片104和槽101的底面102不是令人满意地全部接触时，在切削力的作用下，板形刀片绕夹紧螺钉转动，并沿槽的延伸方向移动，而这种接触状态取决于夹紧螺钉105颈部与板形刀片104通孔的配合精度，和刀体100上螺纹孔的位置精度。然而，在本实施例中，相对于刀体的定位主要是由板形刀片21上下前面的凸起21c和21f的内侧表面21b和21e与槽2的接触部2a和2b完成。因此，板形刀片绕夹紧螺钉转动和沿槽延伸方向移动均被约束。此外，由于使用一种锥形弹簧12与锥形垫圈13相结合的夹紧装置，板形刀片21被牢固地压靠在槽2的底面9。结果，本实施例的球头端铣刀，即使由于螺纹部尺寸精度不够而不能充分保证螺纹面的接触或存在类似原因，板形刀片21也能更牢固地紧固在刀体20上。
以上所述为对于统计装配精度的评价。关于板形刀片在切削力作用下对精加工表面粗糙度的影响的评价将给予说明。作为对比例子的样件，使用了为评价跳动精度而准备的一个刀体100和两个板形刀片104。作为本实施例的样件，使用了为评价跳动精度而准备的一个刀体20和两个板形刀片21。被切削材料为用铬锰钢SCM415制成的毛坯300如图13所示，材料硬质化至洛氏硬度HRC60。在下列切削条件下，刀体20和200在干切削环境沿图13所示45°对角线方向作进给运动刀具转速N＝10000rpm，切削速度V＝650m/mm，进给率F＝650mm/min，切削深度d＝0.2mm。这时，样件经过10次往复走刀，每次走刀从α到B，精加工后的表面粗糙度如表1所示。表1<
>从表1所示结果可以了解，根据本实施例的球头端铣刀保证了稳定的被加工材料的加工表面粗糙度，与对比例相比较，即使在相同的切削条件下，由于本实施例中，用于避免夹紧螺钉4松动而设置的锥形弹簧12所生成的锥形垫圈13的压力起到在槽2接触部2a和2b与板形刀片上下前面的凸起21c和21f的内侧表面21b和21c之间的推力作用，于是板形刀片21即使在切削过程中也紧固在刀体20上。
虽然对本发明已经详细说明和图解说明了，应当理解这仅仅是通过图解和例子进行说明，而并非限制，本发明的精神和范围只是由所附权利要求所限定。
权利要求
1.一种球头端铣刀，包括刀体(1)，该刀体具有一半部(3)和另一半部(7)，由槽(2)所区分，该槽从刀体的尖部中心部沿轴线方向延伸；板形刀片(11)，该板形刀片具有通孔(16)，该通孔从接近前后主表面中心处穿透，该板形刀片插入所述槽(2)；夹紧螺钉(4)，该夹紧螺钉穿过设置在所述一半部(3)的孔和所述通孔(16)，拧入设置在所述另一半部(7)的内螺纹部(8)，用于夹紧所述板形刀片(11)，这是通过夹紧所述一半部(3)的内表面和所述另一半部(7)的内表面，而将刀片的所述前后主表面夹紧的；孔(6)，在该孔内所述夹紧螺钉(4)的头部(5)容纳于其中，该孔是作为设置在所述一半部(3)上的孔的一部分；圆锥部(17)，该圆锥部具有向所述一半部(3)一侧扩大的直径，作为所述板形刀片(11)的所述通孔(16)的一部分；圆锥弹簧(12)，安装在设置于所述孔(6)中的所述夹紧螺钉(4)的颈部，并插入设置在所述一半部(3)的孔中；圆锥垫圈(13)，设置在所述圆锥弹簧(12)下面，并安装在所述通孔(16)中，具有对应于所述通孔(16)的所述圆锥部(17)形状的圆锥部。
2.如权利要求1所述的球头端铣刀，其中，切口(10)沿平行于所述一半部(3)的所述内侧表面方向延伸，设置在所述槽(2)的根部表面(9)处，位于从所述一半部(3)的内表面与所述另一半部(7)的内表面之间的中心部偏向所述一半部(3)处。
3.如权利要求1所述的球头端铣刀，其中还包括，平垫圈(18)，该平垫圈安装在所述夹紧螺钉(4)上，设置在所述夹紧螺钉(4)头的下表面与所述孔(6)的上端面之间。
4.如权利要求1所述的球头端铣刀，其中，所述刀体(20)具有一刀体盲孔(23)，该刀体盲孔几乎平行于所述夹紧螺钉(4)，从所述另一半部(7)的所述外侧表面至所述槽(2)的底部表面(9)制出；所述板形刀片(21)具有一刀片凹槽(21d)，该刀片凹槽制成从与所述另一半部(7)相接触的表面延伸至与所述槽(2)底部表面(9)相面对的表面；所述球头端铣刀还包括销(22)，该销插入所述刀体盲孔(23)，直插至接近所述槽(2)的中心处，与孔相配合，但不与所述刀片凹槽(21d)接触。
5.如权利要求1所述的球头端铣刀，其中包括容屑槽(24)，该容屑槽用以容纳切屑，在所述刀体(20)上沿轴线方向制成，从所述槽(2)的底部表面(9)开始沿所述一半部(3)的内侧表面延伸。
6.一种球头端铣刀，包括刀体(20)，该刀体具有一半部(3)和另一半部(7)，由槽(2)所区分，该槽从刀体的尖部中心部沿轴线方向延伸；板形刀片(21)，该板形刀片呈板形，具有前后主表面作为前面和尖部表面作为后面，具有通孔(16)，该通孔从接近所述前面中心处穿透，该板形刀片插入所述槽(2)，于是所述后面位于所述刀体(20)的尖部；和夹紧螺钉(4)，该夹紧螺钉穿过设置在所述一半部(3)的孔和所述通孔(16)，拧入设置在所述另一半部(7)的内螺纹部(8)，用于夹紧所述板形刀片(11)，这是通过夹紧所述一半部(3)的内表面和所述另一半部(7)的内表面而将刀片的所述前后主表面夹紧的；其中，所述板形刀片(21)具有一前表面凸起(21c)，其设置在所述前前面上邻近所述后面的一侧处；并具有一后表面凸起(21f)，其设置在所述后前面上邻近所述后面的另外一侧处；所述刀片前表面凸起(21c)的内侧表面(21b)和所述刀片后表面凸起(21f)的内侧表面(21e)制成彼此倾斜的扩展部，当从垂直于所述前面的方向观察时，该倾斜扩展部从所述板形刀片(21)的尖部向其后端扩展；和所述刀体(20)的所述槽(2)内具有刀片接触部(2a，2b)，用于与所述刀片前表面凸起(21c)的所述内侧表面(21b)和所述刀片后表面凸起(21f)的内侧表面(21e)相配合。
7.如权利要求6所述的球头端铣刀，其中，切口(10)沿平行于所述一半部(3)的所述内侧表面方向延伸，设置在所述槽(2)的根部表面(9)处，位于从所述一半部(3)的内表面与所述另一半部(7)的内表面之间的中心部偏向所述一半部(3)处。
8.如权利要求6所述的球头端铣刀，其中还包括，平垫圈(18)，该平垫圈安装在所述夹紧螺钉(4)上，设置在所述夹紧螺钉(4)头的下表面与所述孔(6)的上端面之间。
9.如权利要求6所述的球头端铣刀，其中，所述刀体(20)具有一刀体盲孔(23)，该刀体盲孔几乎平行于所述夹紧螺钉(4)，从所述另一半部(7)的所述外侧表面至所述槽(2)的底部表面(9)制出；所述板形刀片(21)具有一刀片凹槽(21d)，该刀片凹槽制成从与所述另一半部(7)相接触的表面延伸至与所述槽(2)底部表面(9)相面对的表面；所述球头端铣刀还包括销(22)，该销插入所述刀体盲孔，直插至接近所述槽(2)的中心处，与孔相配合，但不与所述刀片凹槽(21d)接触。
10.如权利要求6所述的球头端铣刀，其中还包括容屑槽(24)，用以容纳切屑，在所述刀体(20)上沿轴线方向制成，从所述槽(2)的底部表面(9)开始沿所述一半部(3)的内侧表面延伸。
全文摘要
一种球头端铣刀,板形刀片的通孔设有圆锥部,该圆锥部的直径向一半部方向扩大。圆锥弹簧被插入一半部的孔中,安装在夹紧螺钉颈部,该夹紧螺钉设置在一孔中。安装在通孔中的圆锥垫圈设置在圆锥弹簧下面,该圆锥垫圈具有对应于通孔的圆锥表面。借助于圆锥弹簧和另一半部的恢复力,锥形垫圈将板形刀片压向槽的底部表面,夹紧螺钉的外螺纹部和另一半部的内螺纹部之间的摩擦力得到保持。夹紧螺钉松动可以避免。
文档编号B23C5/10GK1250704SQ9911883
公开日2000年4月19日 申请日期1999年9月10日 优先权日1998年9月11日
发明者国森永年, 中村直宏 申请人:住友电气工业株式会社