专利名称：切削刀片和用于夹持该切削刀片的刀夹的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属加工操作的工具，以及特别是涉及切削刀片和用于在金属加工操作例如车削过程中夹持这种刀片的刀夹。
背景技术：
在车削操作中，用于选择合适的刀片的一个主要原则是所需的前端角。前端角定义为在刀片切削部分中的刀刃处由两条直线在那点相交形成的角。提到有80°菱形、55°菱形和35°菱形的车削刀片，其中这些数值确定了两侧和刀刃形成的角度。典型地，这些刀片的两个相对置的切削区域是对称的，这些刀片也可以是可转位的。
在过去，具有不同前端角的每一切削刀片将需要带有与该刀片的未占用的切削部分的形状相符的专用刀夹，由此需要用于每个不同刀片形状的刀夹。
美国专利6,152,658涉及一种模块化的切削工具组件，如在图2中所示，多个不同的刀片可以由单一刀夹的凹座接纳。然而，这种刀夹的凹座只适合于接纳多个不同的刀片，因为该凹座已经形成以容纳这些不同形状的刀片。其结果是，任一刀片不能够得到最佳的支承，因为刀夹凹座的各部分已经被凹进去并切成用于容纳其它形状的切削刀片。
发明内容
因此，本发明的一个目的是，提供一种具有带切削部分的标准芯部的切削刀片，以使多个具有相同的标准芯部但是不同的切削部分的其它切削刀片可以用于相同的刀夹，由此使得在库存中保存大量不同刀夹的需要最小化。
另一个目的是，提供一种能接纳这些不同形状的刀片的单一刀夹。
另外，在一些金属加工操作过程中，空间是有限的以及用于车削操作的专门的标准切削刀片的尖到尖的长度可以是过多的。尤其是，对于小的切削工具来说，例如那些具有1/4英寸或更小的IC(内切圆)的切削刀片，空间是有限的，并且如果可以的话理想的是，减少在切削刀片之间的尖到尖的长度，同时保持这些刀片的强度和完整性。
用于金属加工操作的切削刀片包括一个具有一顶面和一底面的刀片体，其中在顶面与底面之间限定出各侧面，以及一个具有两对芯部侧面的芯部。顶边定义为顶面与各侧面的交叉线，而底边定义为底面与各侧面的交叉线。每一对芯部侧面都有一第一芯部侧面和一第二芯部侧面，其中，这些芯部侧面的顶边彼此形成一个芯部角。当以俯视图观看时，一对第一芯部侧面的顶边与另一对第一芯部侧面的顶边平行，而一对第二芯部侧面的顶边与另一对第二芯部侧面的顶边平行。第一切削部分和第二切削部分从芯部伸出来。每一切削部分包括一对具有顶边的侧面，顶边以尖角汇聚以形成切削尖端并且平分线平分尖角。当以俯视图观看时，第一切削部分的平分线与第二切削部分的平分线偏离并平行，以及尖角小于芯部角。
另外，用于支撑切削刀片的刀夹具有带四个侧面的芯部，其中这个芯部限定出一种四边形形状并且具有径向对置的角部，后者带有一对切削部分，它们具有从两个相对置的角部延伸出来的切削尖端。刀夹包一个具有一前端的刀夹体和一个带有一基面的凹座，以及从刀夹体前端向后定位的壁，其中，该凹座具有一芯部区域，适合于与刀片芯部相符合并为其提供支撑。芯部区域的两个壁适合于与刀片芯部的两个侧面相符合并为其提供支撑，以及芯部区域的基面适合于与刀片芯部相符合并为其提供支撑。所述凹座还包括一个从芯部区域向后延伸的凹槽，并且该凹槽具有足够的区域以当刀片安装在凹座内时包围刀片的一个切削尖端。凹座的芯部区域终止于刀夹体前端，以便当刀片定位于凹座内时，一个切削尖端延伸到刀夹的前端之外，而另一个切削尖端由凹槽包围。
本发明的其它特点及由其得出的优点将由以下参考附图进行的详细说明变得很清楚。附图中
图1是按照本发明安装在刀夹内的切削刀片的透视图；图2是图1中所示装置的分解透视图；图3A和3B分别示出了35°的菱形切削刀片的顶视图或俯视图，以及沿线“3B-3B”截取的剖视图；图4A和4B分别示出了55°的菱形切削刀片的顶视图或俯视图，以及沿线“4B-4B”截取的剖视图；图5A和5B分别示出了80°的菱形切削刀片的顶视图或俯视图，以及沿线“5B-5B”截取的剖视图；图6示出了带有多个想象地定位的刀片的刀夹的分解透视图，从而很容易想象出这些刀片如何被安装在刀夹的凹座内；图7A、B和C示出了带有安装在其中的切削刀片的刀夹的顶视图、侧视图和端视图；图8示出了一个包含凹槽的改进过的35°菱形刀片，以进一步减少尖到尖的长度；图9是按本发明的切削刀片的一种可选实施例的透视图；以及图10A和10B示出了图9中的切削刀片的顶视图或俯视图及侧视图。
具体实施例方式
图1示出了按照本发明的安装在刀夹(tool holder)100内的切削刀片(cutting insert)10的透视图。图2示出了这些相同部件的分解视图并且图1和2将同时论述。
切削刀片10的独特形状使得能够装入一个共同的刀夹中，它固定多个类似的切削刀片中的任何一个，如将会看出的那样，它们有一共同的芯部，但是不同的切削部分。
在图3A和3B中进一步示出切削刀片10。切削刀片10可以用于金属加工操作，并且具有一个带有顶面14和底面16的刀片体12，其中在顶面与底面之间限定出数个侧面18a-18f，它们包括尖端侧面和芯部侧面。
在顶面14与侧面18a-18f的相交处确定出顶边20a-20f。在底面16与侧面18a-18f的相交处确定出底边。在图3B中示出底边21a和21d。
刀片芯部22由两对芯部侧面A、B组成，其中一对A由第一芯部侧面18a与第二芯部侧面18c延伸部的交叉线限定，而另一对B具有第一芯部侧面18d和第二芯部侧面18f。芯部侧面18a、18c和18d、18f中的每一对A、B的顶边20a、20c和20d、20f构成芯部角，如在图3A中所示的角W和X。
当以俯视图观看时，直接向下看到刀片的顶面14，一对芯部侧面A的第一芯部侧面18a的顶边20a与另一对芯部侧面B的第一芯部侧面18d的顶边20d平行。此外，当以俯视图观看时，一对芯部侧面A的第二芯部侧面18c的顶边20c与另一对芯部侧面B的第二芯部侧面18f的顶边20f平行。
切削刀片10具有分别从芯部22延伸出来的第一切削部分24和第二切削部分26。
切削部分24包含一对侧面18a、18b，它们以第一尖角Y汇聚以形成切削尖端28。平分线30平分尖角Y。第二切削部分26具有一对侧面18d、18e，它们的顶边20d、20e以第二尖角Z汇聚以形成切削尖端34。平分线36平分第二尖角Z。第一切削部分24的平分线30与第二切削部分26的平分线36平行并且偏离一段距离d。此外，每一尖角Y、Z小于与这些尖端28、34相邻的各个芯部角X、W。
如图3A所示，切削尖端28的一个侧面与第二芯部侧面18a相同。此外，如图3A所示，第一尖角Y与第二尖角Z相等。然而需要指出的是，这样一种关系并不是必需的，并且它完全可能具有第一切割部分24和第二切割部分26，每个都有在5°和85°之间的不同尖角。应该指出的是，在图1-3中所示，切削刀片10具有35°的尖角。
在图2中所示，从切削刀片10的检查中，很明显的是，切削刀片10的切削尖端34可以定位成延伸超过刀夹100以便加工，或者刀片10可以换位(indexed)，以使切削尖端34可以凹进刀夹100内。
如图1和2中所示，切削刀片10有一在顶面14和底面16之间延伸的孔40，以便接纳定位销42，用于将刀片保持在刀夹100的凹座(pocket)102内。定位销42可以有螺纹43，以便与刀夹凹座102内的孔47的配合螺纹45相联锁。在可选择的方案中，虽然没有在图中示出，却很容易由本领域技术人员想象出，为刀片体12的顶面14和底面16设置表面，以接纳用于将切削刀片10固定在刀夹100的凹座102内的夹子。
贯穿本论述的剩余部分，在图3A-3B中示出的切削刀片10的类似部件由相同的附图标记来识别，但是以100的倍数增加，也就是说，切削刀片10表示为切削刀片110。
请注意图4A，切削刀片110有一芯部22，典型的称作为55°菱形。切削刀片110有许多与图3A中示出的切削刀片10相同的特点。然而，切削刀片110有第一切削部分124，它包括一对侧面118a、118b，它们具有顶边120a、120b，后者以尖角Y1汇聚以形成切削尖端128。平分线130平分尖角Y1。第二切削部分126包括一对侧面118d、118e，它们具有顶边120d、120e，后者以尖角Z1汇聚以形成切削尖端134。平分线136平分尖角Z1。在俯视图中，第一切削部分124的平分线130与第二切削部分126的平分线136平行并且偏离一定距离d1。此外，每一尖角Y1、Z1小于相应的芯部角X、W。
请注意图5，示出切削刀片210，典型的称作为80°菱形。切削刀片210有顶面214和底面216。
这是标准的刀片设计，然而，需要指出的是，与切削刀片10和110相关联的芯部22具有在图5中所示的80°菱形切削刀片210的一般外形。正是80°菱形切削刀片210的这种外形，为切削刀片10和切削刀片110限定出芯部22的形状。切削刀片210有四个侧面218a、218c、218d和218f，他们有确定芯部角X和Y的顶边220a、220c、220d和220f。这些芯部角X和W与上述确定的与切削刀片10和110相关联的芯部角相一致。这是有意义的，因为它允许具有凹座的刀夹适合于接纳80°菱形切削刀片210，加以较小的修改，也同样适合于接纳其它的菱形切削刀片，如在图3A中所示的35°菱形切削刀片10和在图4A中所示的55°菱形切削刀片110。
一个单独的刀夹100(图1)接纳带有相同芯部22的多个不同的切削刀片的可能性在图6的分解视图中示出。现在来描述与刀夹100的独特特点相结合的这些刀片中的每一个与共同芯部22的独特组合，以突出一个单独的刀夹用来容纳多种不同的刀片，它们各自共用一种相同的芯部形状。
请注意图2，示出一个刀夹100，用于支撑具有带四个侧面18a、18c、18d、18e的芯部22的切削刀片10，其中这些侧面具有确定一种四边形形状的顶边20a、20c、20d和20e。芯部22具有带一对切削部分24、26径向对置的角部44、46，切削部分24、26具有从两个径向对置的角部44、46延伸的切削尖端28、34。
刀夹100具有包括前端106和凹座102的刀夹体104。凹座102带有基面108和内壁112a、112b、112c，它们从刀夹体104的前端106起定位在后面。凹座102具有一个与刀片芯部22相一致并为其提供支撑的芯部区域113。也在图1中示出的垫片300为切削刀片10提供支承。垫片300具有不同的厚度，这样可以将切削刀片10或高或低地安置在凹座102中。图2中的垫片300被部分地切掉以示出垫片孔302。
芯部区域113的两个壁112a、112c适合于与切削刀片10芯部22的两个侧面18a、18c相一致并为其提供支承。在芯部区域113中的凹座的基面108适合于与刀片芯部22相符并为其提供支承，无论这种支承是通过在基面108上的垫片300来提供，还是通过直接靠在基面108上的切削刀片10来提供。
凹座102还包含从芯部区域113向后延伸的凹槽114。凹槽114具有一个足够的区域以包围切削尖端28，例如，当切削刀片10安装在凹座102内时。切削尖端34从刀夹110延伸出来。凹槽114主要是用于提供一个区域，在这个区域中，未占用的切削尖端可以停止并且也可以受到保护以免受工作环境的影响。
凹座102的芯部区域113终止于刀夹体104的前端106，以使当切削刀片10位于凹座102内，一个切削尖端34延伸到刀夹100的凹座的基面108之外，而另一个切削尖端28由凹槽114包围。凹座102的孔40可以包含在其中延伸的螺纹45，以适应在定位销42上的螺纹43，从而将切削刀片10固定在凹座102内。
凹槽114具有足够的区域，以容纳具有小于80°但大于或等于35°的尖角的解坯刀。通常，凹座102的尺寸设置成能充分地支承用于想要的刀夹110的最大刀片10。
能够设置一个垫片300以及与垫片300的形状相配，以匹配于它所支承的切削刀片10的形状，从而对切削刀片10的尖端34提供附加的支撑，它延伸超出刀夹100的前端106。这种垫片的外观及详细情况对于切削工具设计技术领域中的那些人员是公知的。另外，可以完全除去垫片300以使刀片10直接靠在凹座102内。例如，图7A、B和C中示出支撑切削刀片10的刀夹100，此刀片是35°菱形刀片。当安装在刀夹100的凹座102内时，切削刀片10的切削尖端34是不受支承的。在某些情况下，切削刀片10上的载荷是低的，这种构造可以完全被接纳。然而，如果需要为基本上是悬臂的切削刀片10提供附加的支撑，应该考虑的是，当在图7中示出的垫片300仅仅部分地延伸到刀夹100的前端106之外，完全能够包括一个垫片38，它延伸到刀夹100的前端106之外更远，由此为切削刀片10的切削尖端34提供附加的支承。可选择的是，当切割刀片10仅仅受到轻载荷时，完全可以将切削刀片10安置在刀夹100的凹座102内，而无须垫片或任何附加的超过已经由刀夹100提供的附加支撑。
在此讨论的刀夹可以适于任何一种应用，例如，在图1和8中所示的刀夹可以有一后端125，适合用于快速更换加工刀具。可选择的是，完全可以使刀夹100具有一个标准的刀柄，它手工安装在典型机床的刀夹100内。
到目前为止所讨论的是切削刀片10、110、210，它们具有一个允许将它们安装一个在共同的刀夹100内的共同芯部22，根据本发明由刀片提供有附加的好处。通过装入一个具有比各自刀片的尖角大更的芯部角的芯部22，仅仅具有由与每一切削尖端相关联的侧面对的四个侧面的标准的切削刀片的尖到尖的长度是可以减少的。尤其是，再次注意图3A，芯部22的装入和平分线30、36的偏移，35°的菱形切削刀片10的整个尖到尖的长度，相对于具有相同IC的传统35°菱形尖到尖的长度降低了接近28％。在某些加工环境中，尤其是在那些空间非常小的区域中，尖到尖长度的降低为机床工人提供了更多的通用性，并且允许在难以接近标准刀片的完全尖到尖的长度的领域中进行加工。这还允许使用具有较小凹座的刀夹并由此允许刀夹更小。
请注意图8，还可以更多地降低这种尖到尖的长度。尤其是，切削刀片310与上述切削刀片10类似，然而，现在引入缺口315，以使第一切削部分324的侧面318a的顶边320a与芯部22在从点P2凹进的点P1处相交，其中，点P2由刀片侧面318c顶边320c的延长部330与切削部分324的交叉点确定。由此，芯部22仍是完整的，然而，在刀片310的第一切削尖端328和第二切削尖端334之间的尖到尖长度仍然相对于以图3A中35°菱形刀片示出的平的尖到尖见效还进一步减少。
应该注意的是，到目前为止所讨论的切削刀片已经具有带平面构形的平的顶面。本发明涉及具有平面构形和非平面构形的切削刀片。请注意图9、10A和10B，切削刀片410具有带顶面414和底面416的刀片体412，其中在顶面414和底面416之间限定出侧面418a-418f。
顶边420a-420f由顶面414与侧面418a-418f的交叉线确定。底边由底面416与侧面418a-418f的交叉线确定。在图10B中示出了底边421a和421d。
刀片芯部433由两对芯部侧面A、B组成，其中一对A由第一芯部侧面418a的交叉线和第二芯部侧面418c的延伸部限定，而另一对B具有第一芯部侧面418d和第二芯部侧面418f。芯部侧面418a、418c、418d和418f的每一对芯部测面A、B的顶边420a、420c和420d、420f形成芯部角，如在图10A中所示的角W和X。
当以俯视图观看时，直接向下看到切削刀片410的顶面414，一对芯部侧面A的第一芯部侧面418a的顶边420a与另一对B芯部侧面的第一芯部侧面418d的顶边420d平行。此外，当以俯视图观看时，一对芯部侧面A的第二芯部侧面418c的顶边420c与另一对芯部侧面B的第二芯部侧面418f的顶边420f平行。
切削刀片410具有分别从芯部422延伸的第一切削部分424和第二切削部分426。
切削部分424由一对侧面418a、418b组成，它们以第一尖角Y汇聚以形成切削尖端428。平分线430平分尖角Y。第二切削部分426有一对侧面418d、418e，它们的顶边420d、420e以第二尖角Z汇聚以形成切削尖端434。平分线436平分第二尖角Z。当以俯视图观看时，第一切削部分424的平分线430与第二切削部分426的平分线436平行并与其偏离一个距离d。此外，每一尖角Y、Z都小于与这些尖端428、434相邻的各芯部角X、W。
如图10A所示，切削尖端428的一个侧面与第二芯部侧面418a共同。此外，如图10A所示，第一尖角Y与第二尖角Z相等。然而，应该注意的是，这种关系并不是必要的，并且完全可能具有第一切削部分424和第二切削部分426，它们各有在5°和85°之间的不同尖角。应该注意的是，图9和10A中所示的切削刀片410具有一个55°的尖角。此外，刀片410具有从其中穿过的孔440，以便接纳定位销或螺钉，用于将刀片410安装在刀夹的凹座内。
最后，需要说明的是，根据本发明的刀片可以是可逆的，并且对顶面与各侧面的交叉处的截切边的讨论，连同它们的几何关系，将能够适用于在底面和各侧面的交叉线处形成的切削刃。
上述提到的文献、专利和专利申请在此组合作为参考。
当已经详细描述了本发明的具体实施例，本领域技术人员将认识到，对这些细节的各种修改和改变可以根据所公开的全部教导得到发展。在此描述的优选实施例仅仅是示例性的，并且不会限制本发明的范围，后者由从属权利要求和任何其等同物的整个宽度给出。
权利要求
1.一种用于金属加工操作的切削刀片，它包含刀片体，该刀片体具有a)一顶面和一底面；b)在顶面和底面之间的各侧面，其中所述侧面由芯部侧面和尖端侧面组成；c)在顶面与侧面的交叉处的顶边；d)在底面与侧面的交叉处的底边；e)一个由两对芯部侧面限定的芯部，其中，每一对芯部侧面具有一第一芯部侧面和一第二芯部侧面，并且每一对芯部侧面的顶边彼此形成一个芯部角，其中1)在俯视图中，一对芯部侧面中的第一芯部侧面的顶边与另一对芯部侧面中的第一芯部侧面的顶边平行；2)在俯视图中，一对芯部侧面中的第二芯部侧面的顶边与另一对芯部侧面中的第二芯部侧面的顶边平行；f)一第一切削部分和第二切削部分，它们各自从芯部伸出来，其中每一个切削部分由下列的组成1)一对具有顶边的尖端侧面，所述顶边以一尖角汇聚以形成一切削尖端；以及2)一平分尖角的平分线；g)在俯视图中，第一切削部分的平分线与第二切削部分的平分线偏离并且与其平行，以及h)尖角小于芯部角。
2.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，各切削尖端的一个尖端侧面与没对芯部侧面的第二芯部侧面共同。
3.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，尖角在15°和85°之间。
4.如权利要求3所述的切削刀片，其特征在于，每个尖角都为35°。
5.如权利要求4所述的切削刀片，其特征在于，每个尖角都是55°。
6.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，第一尖角与第二尖角相等。
7.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，第一尖角与第二尖角不相等。
8.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，每个切削部分在一点与芯部相交叉，这点从一个点凹进，后面这个点由芯部侧面的一延伸部分别与切削部分的交叉点来确定。
9.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，刀片是可转位的。
10.如权利要求1所述的切削刀片，还包括一个在顶面和底面之间延伸的孔，以接纳一个定位销，用于将刀片固定在刀夹的一个凹座内。
11.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于，刀片体的顶面和底面具有用来接纳用于把刀片保持在刀夹的凹座内的夹子的表面。
12.一种用于支承切削刀片的刀夹，该刀片具有一个带四个侧面的芯部，这四个侧面限定出一种四边形形状，以及具有带一对切削部分的径向对置的角部，该对切削部分具有从两个径向对置的角部延伸的切削尖端，其中，所述刀夹包括a)一个有一前端的刀夹体；b)一个带有一基面和从刀夹体前端向后定位的壁的凹座，其中，该凹座具有一芯部区域，它适合于与刀片芯部相符并为其提供支承；c)芯部区域中的两个壁适合于与刀片芯部的两个侧面相符并为其提供支承；d)芯部区域中的基面适合于与刀片芯部相符并为其提供支承；e)所述凹座还包含一个从芯部区域向后延伸的凹槽，并且凹槽具有足够的区域来在刀片安装在凹座内时包围刀片的一个切削尖端；f)所述凹座的芯部区域终止于刀夹体前端，使得当刀片安置于凹座内时，一个切削尖端延伸到刀夹的前端之外，而另一个切削尖端由凹座凹槽包围。
13.如权利要求12所述的刀夹，其特征在于，所述凹座还包括一个在其中延伸的带螺纹的孔，以容纳一螺栓，以将切削刀片固定在凹座内。
14.一种刀夹组件，包括I)一个带有一刀片体的切削刀片，该刀片体具有a)一顶面和一底面；b)在顶面和底面之间的各侧面，其中所述侧面由芯部侧面和尖端侧面组成；c)在顶面与侧面的交叉处的顶边；d)在底面与侧面的交叉处的底边；e)一个由两对芯部侧面限定的芯部，其中，每一对芯部侧面具有一第一芯部侧面和一第二芯部侧面，并且每一对芯部侧面的顶边彼此形成一个芯部角，其中1)在俯视图中，一对芯部侧面中的第一芯部侧面的顶边与另一对芯部侧面中的第一芯部侧面的顶边平行；2)在俯视图中，一对芯部侧面中的第二芯部侧面的顶边与另一对芯部侧面中的第二芯部侧面的顶边平行；f)一第一切削部分和第二切削部分，它们各自从芯部伸出来，其中每一个切削部分包括1)一对具有顶边的尖端侧面，所述顶边以一尖角汇聚以形成一切削尖端；以及2)一平分尖角的平分线；g)在俯视图中，第一切削部分的平分线与第二切削部分的平分线偏离并且与其平行，以及h)尖角小于芯部角，以及II)一用于支承切削刀片的刀夹，其中所述刀夹包括a)一个有一前端的刀夹体；b)一个有一基面和从刀夹体前端向后定位的壁的凹座，其中，该凹座具有一芯部区域，它适合于与刀片芯部相符并为其提供支承；c)芯部区域中的两个壁与刀片芯部的两个侧面相符并为其提供支承；d)芯部区域中的基面与刀片芯部相符并为其提供支承；e)所述凹座还包含一个从芯部区域向后延伸的凹槽，并且该凹槽具有足够的区域来在刀片安装在凹座内时包围刀片的一个切削尖端；f)所述凹座的芯部区域终止于刀夹体前端，使得当刀片安置于凹座内时，一个切削尖端延伸到刀夹的前端之外，而另一个切削尖端由凹槽包围。
15.如权利要求14所述的刀夹组件，其特征在于，所述凹槽容纳从85°菱形到35°菱形的刀片。
16.如权利要求14所述的刀夹组件，其特征在于，所述凹座的尺寸设置成完全支承将要配合在凹座内的最小的刀片。
17.如权利要求16所述的刀夹组件，还包括一安装在刀夹凹座内的与每个比最小刀片更大的刀片相关联的垫片。
全文摘要
一种用于金属加工操作的切削刀片具有一刀片芯部，它带有一对切削部分，后者具有从其延伸的切削尖端，以使具有接纳芯部的凹座的刀夹适合于接纳具有相同的芯部加上不同的切削部分的切削刀片。其结果是，例如80°菱形、55°菱形和35°菱形的切削刀片全都可以在一相同的刀夹内使用。本发明也涉及一种接纳各种切削刀片的刀夹。
文档编号B23B27/16GK1575893SQ20041005491
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月21日 优先权日2003年7月21日
发明者罗伯特·A·埃里克森, 威廉·M·亚历山大四世 申请人:钴碳化钨硬质合金公司