专利名称：制造铣刀的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造铣刀的方法，所述铣刀用于铣削
众所周知难以机加工的所称的特种材料，例如钛合金、不锈钢、尼莫 尼克合金，等等，本发明还涉及铣刀本身。
背景技术：
航空产业广泛使用钛合金等，并且与其它产业相同的是， 也一直试图通过更经济实惠的外购或更高的生产力来降低成本。诸如钛、不锈钢和尼莫尼克合金之类的材料在铣削能力方 面处于非主流地位并对现有技术能力提出挑战以提高生产率。虽然已 经开发出显著提高生产率(即使是特种材料)的磨制工艺，不过在一 些部件中仍不可避免地存在无法通过磨制轮实现并由此不能通过磨 制成形的特征，因而这些特征不得不通过机加工实现。在其它的金属处理的轻载范围内，细齿斜刀是已知的，但 其主要用于除毛刺应用中，这样的刀经常是一次性的。这些刀通常是 公差宽松的刀具，用于毛刺的齿样式是单一棘齿的形式。虽然这形成 固有薄弱的齿形式(具有大约50°楔角)，但在除毛刺操作中几乎没有 影响，然而，这些通常很细的斜刀将不能经受实现所需能力和稳定性 的精密的机加工操作，例如铣削，特别是特种材料的铣削，也不能使 其重新磨利以重复使用。虽然公知的是，金属去除速率随刀上的齿数 而增加，不过显然存在的限制在于，在给定切削刀具直径时可形成多 少齿，以及使用传统的磨制技术磨利这些齿。
发明内容
本发明的基本目的在于，提供一种改进的铣刀制造方法， 并且提供一种改进的铣刀。根据本发明的第一方面，提供一种制造铣刀的方法，铣刀 具有切削头和用于安装在机床的卡盘或刀架中的同轴整体式刀杆，所 述方法包括以下步骤(i) 在第一磨制操作中，使用第一磨制轮的具有大致截锥廓形并 能够围绕大致横向于铣刀轴线的轴线旋转的周边区域，在刀坯体的外 周边中从刀坯体的远离所述刀杆的导端朝向刀杆磨制出多个螺旋凹 槽，周边区域同时形成以下三个特征
后一齿的导面； 相邻前一齿的背面；和
排屑槽，其廓形对应于所述第一磨制轮的周边区域的廓形，排屑 槽具有被限定在后一齿的导面与相邻前一齿的背面之间的分离的侧；
(ii) 在第二磨制操作中，使用第二磨制轮的具有方形廓形并能 够围绕大致横向于铣刀轴线的轴线旋转的的周边边缘，磨制出从齿尖 端的导端向后延伸的退切面，使得在齿的导面至该齿的退切面之间测 得的齿楔角最小大约为60°;和
(iii) 在第三磨制操作中，使用第三磨制轮的周边边缘，通过沿 每个凹槽从每个凹槽的导端朝向刀的刀杆磨制而在每个凹槽的端部
上磨制出圆角。根据本发明的第二方面，同样重要的是，提供一种铣刀， 包括刀杆和切削头，切削头具有少于500个的多个螺旋凹槽，每个凹 槽的导端设置圓角，每个齿的在齿的导面与该齿的退切面之间测得的 齿楔角最小大约为60°。根据本发明第 一 方面制成的铣刀的圆角的退切的多齿多 凹槽形式形成比例如现有技术的除毛刺刀具显著更强的齿，而且已经 发现，与传统的铣刀相比，其在铣削相同的特种材料时具有显著更高 的切削能力，导致部件制造成本减少和机床投资要求降低，并同样可 用于4且加工和4青力口工。通过第二磨制操作所形成的退切面包括第 一 退切斜面和 第二退切斜面，第二退切斜面从第一退切斜面的远离齿尖端的端部延 伸，从而形成圓角的双棘齿样式以允许关键特征的优化。不同于传统磨制技术，所述第一方面/方法允许形成圓角 的双棘齿的实施例，而传统的单齿圓角磨制难以处理连续齿，由此限 制齿数增加范围。第一面和第二面是平面，第一退切斜面以 一角度被磨 制，而第二退切斜面以大于第 一角度的第二角度被磨制。
通过第二磨制操作所形成的退切面具有偏心的或凸形的 廓形，从而形成比平面廓形更高的强度。每个凹槽具有双棘齿的形式，双棘齿的形式包括第一退切 斜面和邻接的第二退切斜面。第一面和第二面是平面，第一退切斜面以第一角度被磨 制，而第二退切斜面以大于第一角度的第二角度被磨制。第一退切斜面具有大约5°至7。的后角。第二退切斜面具 有大约10°至15°的后角。每个凹槽具有偏心的或凸形的退切斜面，以提供比平面廓 形更高的强度。每个齿的导面具有正的径向前角。成品铣刀具有少于60个凹槽。例如，直径16mm的铣刀 具有8-20个半径lmm的凹槽，不过，可能形成的最大凹槽数显然 取决于所需的铣刀直径。每个齿的楔角优选地大于大约60。但小于大约90°。在双棘齿实施例中，每个齿的楔角为90°,并小于第一退 切倾角且小于第二退切倾角。每个齿的楔角大约为76°。
现在将通过仅参照附图的示例描述本发明的两个方面，其
中
图1显示出根据本发明第一和第二阀帽的铣刀的第一实施例的一
部分；
图2是图1中所示齿之一的放大图2A对应于图2，但显示出铣刀的第二实施例；
图3显示出形成第一实施例的凹槽的第一磨制操作；
图4是图3中所示圈定部分的放大图4 A显示出第二实施例的偏心退切面的磨制；
图5是图3的放大图，其中显示出如何实现第一和第二磨制操作；
图6、 7、 8和9逐步显示出如何实现第三磨制操作以形成圓角；
图IO是根据第一实施例的成品铣刀的侧视图；和
图11是图10的刀的立体图。
具体实施例方式根据第一实施例的成品铣刀l例示在图6和7中。刀l具 有切削头2和用于紧固在机床的卡盘或刀架中以围绕轴线X旋转的同 轴整体式刀杆3。切削头2具有从头2的导端6延伸到头2的尾端7的多个 (例如30个)螺旋凹槽5。每个凹槽5具有包含导面9和背面10的 齿8,见图1。导面9面向刀l在使用时的旋转方向，并具有切削尖 端4。每个齿8的切削尖端4位于具有直径D的节距圓的圓周上，见 图3。导面9具有正的径向前角0。径向前角0是倾斜导面9与径向 线Y所成的角，见图2,径向线Y从刀具轴线X延伸到齿8的尖端4。 在本发明优选实施例中，角0最大至大约12。，这取决于被切削的材 料，对于某些材料可能需要零前角。如图2中所示，每个齿8还具有第一退切斜面11,第一退 切斜面11在所示的示例中是平面。第一面11包括从齿8的导边缘9 的尖端向后延伸的棱带。第一面11倾斜而相对于从齿尖端4处的节 距圓延伸的切线Z成一角度。这一角度被称为主后角e，并且量级在 大约5°至大约7°。第二退切斜面12在所示的示例中也是平面，并从第一面 ll延伸到背面10。第二面12倾斜而相对于从齿尖端4处的节距圓延 伸的切线Z成副后角a。在本发明的优选实施例中，副后角a的量级 在大约10。至大约15°。不过，可替代地，第一退切斜面和/或第二退切斜面不是 平面，而是偏心的或凸形的，从而为每一凹槽提高更多种材料以及更 大强度。每个齿8可具有第三后角cj，如图2中所示，第三后角cj 在背面10与从齿尖端4处的节距圓延伸的切线Z之间形成。主后角、副后角和第三后角用于限定双棘齿形式的几何形 状。通过控制这些角度，可在制造过程中限定齿的几何形状。通过控制径向前角0和主后角、副后角及第三后角，强化 的齿形成有最终楔角W，最终楔角W可^皮优化以适应众所周知难以 切削的材料。
7
楔角W如图1中所示并通过以下公式限定
<formula>formula see original document page 8</formula>这样，在本发明的优选实施例中，每个齿8具有^C限定在 导面9与第一退切斜面11之间的大约为76°的楔角W。后一齿8的导 面和相邻前一齿8的背面IO分离并一起限定凹槽基底13和排屑槽14。 排屑槽14被设置用于排屑目的，并被设计而使其在使用时使在切削 过程中产生的屑被运离，而不阻塞所述刀。这通过控制齿的节距、排 屑槽14的深度和第一面11的棱带的宽度得以实现。齿8之间的距离被测量为沿节距圆的圆周的弧长CP。齿8 之间的弧长CP通过以下公式限定
<formula>formula see original document page 8</formula> D是节距圆的直径，N是齿数。棱带的宽度保持在0.05CP 0.25CP的范围内，排屑槽14 的深度保持在0.2CP 0.5CP的范围内，其中，CP = ttD/N。根据本发明的第一方面，根据第二方面的刀1的制造方法 例示在图2至4中，并基本上是使用不同周边廓形的三个磨制轮的三 步骤磨制操作。在第一磨制操作中，第一磨制轮15具有大致截锥廓形的 周边区域16,周边区域16包含具有凹槽基底所需廓形的边缘17,第 一磨制轮15能够围绕大致横向于铣刀1的轴线4而延伸的轴线18旋 转。最佳如图4中所示，第一磨制轮15的周边区域16在刀坯体的外 周边中从导端6朝向刀杆3磨制出各凹槽5,具体磨制
(i) (后一齿8的)导面9上的正的前角，同时磨制
(ii) 相邻前一齿8上的背面10，同时磨制
(iii) 基底13。在第二磨制操作中，方形廓形的第二磨制轮20的周边边 缘19也能够围绕大致横向于铣刀轴线4的轴线18旋转，并用于首先 磨制第一退切斜面11并然后在改变磨制角之后磨制第二退切斜面12， 从而在两步骤的磨制操作中形成具有多个螺旋凹槽5的铣刀1，其中 每个螺旋凹槽5具有双棘齿形式。在第三磨制操作中，第三磨制轮22的周边边缘21用于在 每个凹槽5的端部上磨制出圓角23，这一磨制操作始于每个凹槽5的导端24并背离此端朝向刀7的刀杆3进给。铣刀的双棘齿形式的实施例使得切削刀具具有所需的强 度和耐用性。可替代的退切面12A例示在铣刀的第二实施例1A中， 如图2A中所示，其中，第一实施例(见图2)中的第一和第二平面 退切面11和12被替代为单一的偏心的或凸形的退切面12A，退切面 12A以在大约2。至大约15。之间的平均偏心退切形貌^皮磨制。偏心退 切面12A的磨制方式例示在图4A中，其中，使用磨制轮20A的周边 边缘19A并从每个凹槽5A的背部向每个凹槽5A的导端进给。试验 已经显示，对于根据本发明的刀而言，金属去除速率的增加不是无足 轻重的，而是增加最多至20倍。这不仅导致机加工时间的显著减少， 而且导致所需机床数量的显著减少，从而进一步节省了资金成本和工 厂占地。当机加工特种材料时，所述刀能够使切削屑被运离并阻止热 退化效应。根据本发明的铣刀设计所产生的切削屑是短粗碎片的形 式，这不同于如传统切削刀具所产生的连续螺旋形。始终为短粗的碎 片也是清洁的，这是因为切削不会达到导致显著氧化的高温。规则的 屑碎片尺寸使其可适于包封在罐中并通过热等静压HIP形成坚实块 体。碎片由于机加工处理而显著变形的事实还意味着，细晶均匀压实 结构可通过使用优化的HIP时间和温度实现，这有利于形成高强度和 坚韧的机械性能。这样提供的进一步优点在于，来自根据本发明的多 凹槽刀的规则清洁碎片可以被循环利用，形成坚实块体用来制成当前 的部件。
权利要求
1、一种制造铣刀(1，1A)的方法，所述铣刀具有切削头(2)和用于安装在机床的卡盘或刀架中的同轴整体式刀杆(3)，所述方法包括以下步骤(i)在第一磨制操作中，使用第一磨制轮(15)的具有大致截锥廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线(4)的轴线(18)旋转的周边区域(16)，在刀坯体的外周边中从该刀坯体的远离所述刀杆(3)的导端(6)朝向所述刀杆(3)磨制出多个螺旋凹槽(5，5A)，所述周边区域(16)同时形成以下三个特征后一齿(8)的导面(9)；相邻前一齿(8)的背面(10)；和排屑槽(14)，其廓形对应于所述第一磨制轮(15)的周边区域(16)的廓形，所述排屑槽(14)具有被限定在后一齿(8)的导面(9)与相邻前一齿(8)的背面(10)之间的分离的侧；(ii)在第二磨制操作中，使用第二磨制轮(20，20A)的具有方形廓形并能够围绕大致横向于所述铣刀轴线(4)的轴线(18)旋转的的周边边缘(19，19A)，磨制出从齿尖端(4)的导端向后延伸的退切面(11，12或12A)，使得在齿(8)的导面(9)至该齿(8)的退切面(11，12或12A)之间测得的齿楔角(W)最小大约为60°；和(iii)在第三磨制操作中，使用第三磨制轮(22)的周边边缘(21)，通过沿每个凹槽从每个凹槽(5，5A)的导端(24)朝向所述刀(1，1A)的刀杆(3)磨制而在每个凹槽(5，5A)的端部上磨制出圆角(23)。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述第二磨制操作 所形成的所述退切面包括第一退切斜面(ll)和第二退切斜面(12), 所述第二退切斜面(12)从所述第一退切斜面(11)的远离所述齿尖 端(4)的端部延4申。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一面(11)和第 二面(12)是平面，所述第一退切斜面(11 )以第一角度被磨制，所 述第二退切斜面(12)以大于所述第一角度的第二角度被磨制。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述第二磨制操作所形成的所述退切面(12A)具有偏心的或凸形的廓形。
5、 一种铣刀(1， 1A),包括刀杆(3)和切削头(2),所述切削 头(2)具有少于500个的多个螺旋凹槽(5,5A),每个凹槽的导端设 置圆角，每个齿的在齿(8)的导面(9)与该齿(8)的退切面(11, 12 或12A)之间测得的齿楔角最小大约为60°。
6、 根据权利要求5所述的铣刀(I,IA)，其中，每个凹槽具有双 棘齿的形式，所述双棘齿的形式包括第一退切斜面(ll)和邻接的第 二退切斜面(12)。
7、 根据权利要求6所述的铣刀(I,IA),其中，所述第一面(11) 和第二面(12)是平面，所述第一退切斜面(11 )以第一角度被磨制， 所述第二退切斜面(12)以大于所述第一角度的第二角度被磨制。
8、 根据权利要求6或7所述的铣刀(I，IA)，其中，所述第一退 切斜面(11 )具有大约5°至7°的后角。
9、 根据权利要求6-8中任一项所述的铣刀(1， 1A),其中，所 述第二退切斜面(12)具有大约10°至15。的后角。
10、 根据权利要求5所述的铣刀(1, 1A)，其中，每个凹槽(5, 5A) 具有偏心的或凸形的退切面(12A)。
11、 根据权利要求5 - 10中任一项所述的铣刀(1， 1A),其中， 每个齿(8)包括具有正的径向前角的导面(9)。
12、 根据权利要求5 - 11中任一项所述的铣刀(1, 1A)，其具有 少于60个凹槽(5, 5A)。
13、 根据权利要求5- 12中任一项所述的铣刀(1， 1A),其中， 每个齿(8)的楔角大于大约60。但小于大约90。。
14、 根据权利要求13所述的铣刀(1, 1A),其中，当权利要求 13引用权利要求6时，每个齿(8)的楔角为90°，并小于所述第一退 切倾角且小于所述第二退切倾角。
15、 根据权利要求5 - 14中任一项所述的铣刀(1, 1A)，其中， 每个齿(8)的楔角大约为76°。
16、 根据权利要求5- 15中任一项所述的铣刀(1, 1A)，其中， 所述刀(1， 1A)具有16mm的直径，具有8-20个凹槽(5, 5A),并 在每个凹槽(5,5A)的导端上具有lmm的半径。
全文摘要
一种制造铣刀的方法，所述铣刀具有切削头和同轴整体式刀杆，所述方法包括以下磨制步骤在第一磨制操作中，使用第一磨制轮(15)的具有大致截锥廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线(1)的轴线(18)旋转的周边区域(16)，在刀坯体的外周边中从导端(24)磨制出多个螺旋凹槽(5)，所述周边区域(16)同时形成以下三个特征后一齿的导面(9)、相邻前一齿(8)的背面(10)、和具有分离的侧的排屑槽(13)；在第二磨制操作中，使用第二磨制轮(20)的周边边缘(19)，磨制出从齿尖端的导端向后延伸的退切面(11)，使得齿楔角最小大约为60°；和在第三磨制操作中，在每个凹槽的端部上磨制出圆角(23)。
文档编号B24B3/06GK101622097SQ200780050345
公开日2010年1月6日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年1月23日
发明者C·P·R·希尔, M·柯比 申请人:劳斯莱斯有限公司