专利名称：刀刃可换式刀片和刀刃可换式角铣刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刀刃可换式刀片。更具体地说，本发明涉及一种刀刃可换式刀片和使用该刀片的刀刃可换式角铣刀。这种角铣刀改善了切削角部的垂直度和切削角部的垂直壁的平面度。本发明中的角铣刀也包括刀刃可换式端铣刀。
背景技术：
在众所周知的角铣刀中，有一些铣刀的切削刃由刀刃可换式刀片形成(日本公开专利公告号2003-266232、日本公开专利公告号2004-291205等)。在日本公开专利公告号2003-266232所描述的刀刃可换式角铣刀中，平行四边形的负型刀片(negative insert)安装在位于主刀体端部外周的刀座上，该刀片的侧面形成前刀面，端面(上端面或下端面)形成外周后刀面(flank face)。在此类铣刀中，平行四边形或者梯形刀片的使用使得提供正的轴向前角成为可能。由于后刀面形成于外周后刀面，所以径向前角必须是负角。
然而，负径向前角会降低刀具的切削质量。为克服此问题，日本公开专利公告号2004-284010描述了其中基体绕两条轴线扭转的刀片。在日本公开专利公告号2004-284010描述的刀片中，在形成前刀面的顶面或底面上，形成有面向角部侧的高度差(height offset)，从而通过在外周后刀面上提供后角(flank angle)来提供正的径向前角。在WO2005/075135中，也披露了类似的刀片。
与使用菱形刀片的角铣刀相关的问题将参考图11(图11A～11D)进行描述。在图11所示的刀具中，菱形刀片20D安装在主刀体31的端部外周上，以便使轴向前角γp为正，径向前角γf为负，面角(副偏角)κ′为正，余偏角(approach angle)ψ为正。当刀片20D倾斜从而使形成主切削刃的棱线7的端点P2通过与端点P1的轨迹圆S相同的圆时，棱线7上除去其两端的部分则通过轨迹圆S以外的位置。如图11D所示，棱线7偏离轨迹圆S的偏移量朝向棱线的中心趋于增大。如图12所示，由棱线7(主切削刃)切削的工件A的壁面wf会形成向中间膨起的面，从而降低了切削角部的垂直度。
日本公开专利公告号2004-291205描述了一种允许刀片沿余偏角ψ为正角的方向倾斜的技术。如图11所示，通过使得余偏角ψ为正角，可以使棱线7的端点P2位于轨迹圆S上，并可以使主切削刃的轨迹接近平行于铣刀轴线的方向。
然而此方法仍无法克服前述的问题。
同样，日本公开专利公告号2004-284010和WO2005/075135似乎并未特别努力去提高工件壁面的平面度或切削角部的垂直度。日本公开专利公告号2003-266232的情况也是同样如此。如日本公开专利公告号2004-284010和WO2005/075135所述，刀具在前刀面上具有使面位置朝向角部侧变高的高度差，以及可以设定为正角的径向前角。在这种刀具中，工件壁面的平面度和切削角部的垂直度的恶化变得更加显著。
发明内容
本发明的目的在于改进刀刃可换式刀片的形状，以便提高由使用该刀片的角铣刀所切削的工件的切削壁面的平面度和切削角部的垂直度。
为了达到此目的，本发明提供了一种适用于角铣刀的刀刃可换式刀片，该刀片包括面向相反方向的第一面和第二面；第三面和第四面，所述第三面和第四面与所述第一面和所述第二面交叉连接；以及第五面和第六面，所述第五面和第六面与所述第一面、所述第二面、所述第三面和所述第四面交叉，其中，所述第一面用作前刀面，所述第三面用作外周后刀面，所述第五面用作副后刀面。此外，在所述第三面的一部分上形成有扭曲面，所述扭曲面与所述第一面交叉并与所述第一面形成用作主切削刃的棱线。所述扭曲面沿与所述第一面的交角增大的方向倾斜，并形成宽度W，所述宽度W随着距所述棱线的端部的距离增加而逐渐减小。
此刀刃可换式刀片优选形态列举如下。(1)在所述第一面上形成有高度差，以使面位置朝向角部侧变高。所述高度差可以设定为这样即，四个角部都升高，或者只有第一对对角角部升高。(2)在所述第一面的外周部分形成有凸脊(positive land)。(3)在所述第三面上除了所述扭曲面之外的部分包括两个平面，当从正视图观察所述第一面时，所述两个平面以钝角交叉形成隆凸(hump)。(4)所述第五面和所述第三面的交叉处角部的角度不大于95度。(5)当刀片在水平面内旋转180度时，所述第三面和所述第四面之间以及所述第五面和所述第六面之间的轮廓形状保持不变。(6)当刀片绕二等分所述第一面的高度轴线的二等分线(L)翻转时，所述第一面和所述第二面之间的轮廓形状保持不变。
当这些刀刃可换式刀片中之一以如下姿势安装在位于主刀体端部外周的刀座上时即，所述第一面用作前刀面，包括所述扭曲面的所述第三面用作外周后刀面，所述第五面用作副后刀面，所述第一面和所述扭曲面之间的所述棱线用作主切削刃，所述第一面和所述第五面之间的棱线用作副切削刃，并且轴向前角(γp)为正或负，径向前角(γf)为负，余偏角(ψ)为0度，即完成刀刃可换式角铣刀。本发明也提供了此刀刃可换式角铣刀。
当前述扭曲面由用作外周后刀面的第三面的一部分形成时，在用作前刀面的第一面和所述扭曲面之间形成的棱线(用作主切削刃的棱线)成形为这样即，从正面直接观察所述第一面时，所述棱线在纵向中间位置向外侧延展。此外，扭曲面对刀刃的钝化作用提高了刀刃的强度。
当在所述第一面上形成有高度差以使朝向角部侧的面位置变高时，在所述第三面上形成外周后刀面，并且将正角的径向前角γf给予切削刃，从而提高切削刃的切削质量。当在所述第一面上形成的高度差仅仅使一组对角角部变高时，也将轴向前角γp设为正值，从而使切削质量进一步提高。当所述第一面的四个角部都变高时，可能无法将轴向前角γp设为正值。但是即使轴向前角γp不得不为负值，与所述第一面内无高度差的结构相比前角仍然较大，因此提高了切削质量。当在所述第一面的外周部分形成有凸脊时，切削刃可变得锐利，从而可以提高切削质量。
此外，在从正面直接观察所述第一面的状态下，在所述第三面上除了所述扭曲面之外的部分形成隆凸时，可以在余偏角为0度的状态下给予正的面角。
此外，当所述第五面和所述第三面交叉处角部的角度不大于95度时，易于提供正的面角(副偏角)。
另外，当刀片在水平面内旋转180度后，所述第三面和所述第四面之间以及所述第五面和所述第六面之间的轮廓形状保持不变。在这种结构中，所述第一面的两个对角角部或四个角部可以用作切削刃。此外，当刀片绕二等分所述第一面的高度轴线的二等分线(L)翻转时，所述第一面和所述第二面之间的轮廓形状保持不变。在这种结构中，两个对角角部或者四个角部可以用作切削刃，因此增加了经济优势。
图1为根据本发明的刀刃可换式刀片的实例，其中图1A为正视图，图1B为侧视图，图1C为底视图，图1D为沿图1A中I-I线的剖面图，图1E为沿图1A中II-II线的剖面图，图1F为示出具有隆凸的第五(六)面的示意图。
图2为示出图1所示使用中的刀片的主要部件的简要示意图。
图3为根据本发明的刀刃可换式刀片的第二实例，其中图3A为正视图，图3B为侧视图，图3C为沿图3A中III-III线的剖面图，图3D为示出具有隆凸的第五(六)面的示意图。
图4为根据本发明的刀刃可换式刀片的第三实例，其中图4A为正视图，图4B为侧视图，图4C为示出在使用中的结构的主要部件的简要示意图。
图5为根据本发明的刀刃可换式刀片的第四实例，图5A为正视图，图5B为侧视图，图5C为示出在使用中的结构的主要部件的简要示意图。
图6为示出根据本发明的角铣刀的实例的透视图。
图7为图6中铣刀的侧视图。
图8为图6中铣刀的正视图。
图9为图6中铣刀的刀片安装部分的细部透视图。
图10为根据本发明的角铣刀的另一实例的透视图。
图11为使用菱形刀片的角铣刀的简要示意图，其中图11A为正视图，图11B为剖面图，图11C为侧视图，图11D为正视图11A中圆框的细部图。
图12为用图11中的铣刀切削的角面放大的剖面图。
具体实施例方式
图1至图5示出了根据本发明的刀刃可换式刀片的具体实例。在图1(图1A～1F)中，形成刀片的刀刃可换式刀片20包括面向相反方向的长形的第一面1和第二面2；第三面3和第四面4，它们与第一面1和第二面2的第一侧边和第二侧边交叉连接；以及第五面5和第六面6，它们与第一面1和第二面2的第一端边和第二端边交叉连接。第五面5和第六面6还通过角部曲面9与第三面3和第四面4的第一端边和第二端边相连接。
第一面1和第二面2是具有相同形状的面，这些面可以交替用作前刀面。在第一面1和第二面2的外周形成凸脊11以便使切削刃的前角为正，而中央部分1a和2a则形成低面。从角部C2、C4到角部C1，同样地从角部C2、C4到角部C3，面位置逐渐升高。四个角部C1到C4中的一组对角角部C1、C3形成为这样即，从第三面3(或第四面4)的正视图(见图1B)观察时，C1、C3位于最外端。凸脊是优选的11但并非是必需的。
棱线7是这样的棱线即，在扭曲面10和第一面1的交叉处以及扭曲面10和第二面2的交叉处各自形成的曲线的棱线，并且此棱线7用作主切削刃。棱线8是这样的棱线即，在第一面1和第五和第六面5、6之间，以及第二面2和第五和第六面5、6之间形成的棱线，它用作副切削刃。
第三面3和第四面4同样是具有相同形状的面，它们用作外周后刀面。第五面5和第六面6也同样是具有相同形状的面，它们用作副后刀面。
第三面3和第四面4的一部分(即沿着面1、2的部分)形成扭曲面10。该扭曲面10在第三面3和第四面4上形成为四个面。扭曲面10是这样倾斜的即，在第一面1和第二面2上形成的凸脊11与扭曲面10的交角增加。此外，扭曲面10形成为这样即，宽度W(见图1B)随着到第三面3和第四面4角部的距离增加而逐渐减小。优选的是将扭曲面10相对于第三面3和第四面4的倾斜角α(见图1E)大约设定在3到15度。如果α为3度或者更小，则所获得的提高切削刃强度的效果小。此外，如果α为15度或者更大，则工件壁面的平面度变得难以获得。
如图1A所示，当从正面直接观察第一面1时，扭曲面10的存在导致棱线7在纵向中间位置向外侧延展。如图2所示，使刀片20这样倾斜即，轴向前角γp为正，径向前角γf为负，这样在余偏角ψ大约为0度的情况下，棱线7形成的主切削刃的旋转轨迹可以形成垂直线。从而提高了切削角面的垂直度和切削壁面的平面度。
此外，与没有形成所述扭曲面10的情况相比，扭曲面10的使用导致了其与凸脊11之间更加钝的交角(见图1E)。这样提高了主切削刃的强度。
图1所示的刀刃可换式刀片20中，在第一面1(或第二面2)的四个角部C1到C4中，一对对角角部C1、C3用作切削刃。通过在第一面1上形成较大的高度差以及增加对角角部C1和C3的高度，当刀片如图1B所示直立时，在远离第三面的横向中心线C的方向(即前角增加的方向)，对角角部C1、C3显著地凸出，并且棱线7相对于中心线C的斜率增加(第二面2侧的情况也同样如此)。因此，增加了切削刃的轴向前角，并且提高了切削质量。当所述刀片如图1B所示直立时，可以增加轴向前角，例如达到大约+5度，从而使提供“大前角”角铣刀成为可能。
优选的是第五面5和第六面6与第三面3和第四面4以不大于95度的角度交叉。如图1F所示，当第五面5和第六面6在两侧以几度的角度β(或者此角度可以是1度或更小)突出，以形成倾斜的拱面时，可以在余偏角ψ为0度的情况下对刀片应用正的面角κ′(图2)。
在第三面3和第四面4上除了扭曲面10之外的部分可以由多个平面和曲面形成。同样可以使得用作主切削刃的棱线7由直棱线形成，用作副切削刃的棱线8由曲棱线形成。此外，在图1所示的刀刃可换式刀片20中，面1、2的对角角部C1、C3形成为高于其它部分，并且角部C1、C3用作切削刃，角部C1、C3和角部C2、C4按不同形状形成。然而，也可以使得刀片的四个角部都按相同形状形成。
图3(图3A～3D)示出了根据第二实例的刀片。此刀刃可换式刀片20A是基于长方体形的刀片。第一面1和第二面2的四个角部C1到C4按相同的形状形成。在第一面1和第二面2的外周形成凸脊11，面1、2的中央部分1a、2a凹陷。面1、2在角部C1到C4处最高。在凸脊11与扭曲面10之间的交叉处形成曲棱线7，该扭曲面10由第三和第四面3、4的一部分形成。
利用根据第二实例的刀刃可换式刀片20A，第一面1和第二面2的对角角部C2、C4可以用作顺时针方向转动的刀具的切削刃，而余下的角部C1、C3可以用作逆时针方向转动的刀具的切削刃。然而，由于所有的角部C1到C4具有相同的高度(凸出量)，所以角部的凸出量(沿前角增加方向的凸出量)无法像图1中刀片的那样大。因而，该前角小于图1中刀片的前角，并且当该刀片安装在主刀体上时，无法总是保证正的轴向前角。然而，此结构将达到提高切削角部的垂直度和工件的切削壁面的平面度的目的。
图3中的刀刃可换式刀片20A的其它方面与图1中刀片的相同，因此给各部件分配相同的标号，并省略相应的说明。
图4(图4A～4C)示出了根据第三实例的刀刃可换式刀片20B。在第三面3和第四面4上除了扭曲面10之外的部分由多个平面3a、3b和平面4a、4b形成。当从正面直接观察第一面1或者第二面2时，平面3a、3b和4a、4b以钝角相交叉并形成拱面。利用第三面3和第四面4的这种形状，可以在余偏角ψ为0度的情况下，应用正的面角κ′，而不需要使得第五面5和第六面6形成隆凸。图4中的刀刃可换式刀片20B的其它方面与图1中刀片的相同，所以省略重复说明。
图5(图5A～5C)示出了根据第四实例的刀刃可换式刀片20C，其中，由在中间位置弯折的线性棱线形成棱线7。虽然线性棱线会略短于曲棱线，但是由线性棱线形成的主切削刃提供的优点与由曲棱线形成的主切削刃的结构提供的优点无明显差别。该结构的其它方面与图4中的刀刃可换式刀片20B的相同。
图1中的刀刃可换式刀片20与图3至图5中的刀刃可换式刀片20A、20B、20C都成形为这样即，它们的轮廓形状在水平面内旋转180度后不变。此外，当刀片绕沿第一面1的高度轴线二等分的二等分线L(见图3A)翻转时，第一面1和第二面2的轮廓在翻转后不变。因而，通过旋转该结构，第一面1的两个对角角部和第二面2的两个对角角部可用作切削刃。此外，图3至图5中的刀片20A、20B、20C可以安装在逆向旋转的刀具上，因此所述第一面和所述第二面余下的两个角部也可以用作切削刃。这样，虽然所有的刀片都有经济优势，但还可以使第一面1和第二面2、第三面3和第四面4、以及第五面5和第六面6具有不同形状。不管有多少可用的角部，本发明都可以提高切削角部的垂直度。
图6至图9示出了角铣刀的实例，该铣刀使用了根据本发明的具有刀刃可换式刀片。在此角铣刀30中，图1中的刀刃可换式刀片20安装在设在主刀体31端部外周的刀座32上。
在刀刃可换式刀片20中，第一面1形成前刀面，扭曲面10和第三面3形成外周后刀面，第五面5形成副后刀面，在第一面1和第三面3之间的棱线7形成主切削刃，在第一面1和第五面5之间的棱线8形成副切削刃。并且刀片被定位为这样即，轴向前角γp为+5度，径向前角γf为-15度，余偏角ψ为0度，面角κ′为15′(分)。
通过使用穿过安装孔12的夹紧螺钉33，将刀刃可换式刀片20固定于主刀体31上。该实例中的刀片具有从第三面3延伸到第四面4的安装孔12(见图1至图5)。夹紧螺钉33(见图6、图7)穿过安装孔12，并且夹紧螺钉33沿径向旋进主刀体31并固定于主刀体31上(见图6至图10)。然而，如果有足够的空间，则也可以使安装孔12从第一面1延伸到第二面2，使夹紧螺钉穿过安装孔并沿垂直于铣刀半径方向紧固。
图10示出了本发明应用于具有七个刀片的铣刀中。正如此处所示，该角铣刀可设定为用于具有任意数目的刀片，并不局限于图6至图8中所示的四个刀片。
权利要求
1.一种用于角铣刀的刀刃可换式刀片，包括面向相反方向的第一面(1)和第二面(2)；第三面(3)和第四面(4)，所述第三面(3)和所述第四面(4)与所述第一面(1)和所述第二面(2)交叉连接；以及第五面(5)和第六面(6)，所述第五面(5)和所述第六面(6)与所述第一面(1)、所述第二面(2)、所述第三面(3)和所述第四面(4)交叉；其中，所述第一面(1)用作前刀面，所述第三面(3)用作外周后刀面，所述第五面(5)用作副后刀面，在所述第三面(3)的一部分上形成有扭曲面(10)，所述扭曲面(10)与所述第一面(1)交叉并与所述第一面(1)形成用作主切削刃的棱线(7)，所述扭曲面(10)沿与所述第一面(1)的交角增大的方向倾斜，并形成宽度(W)，所述宽度(W)随着距所述棱线(7)的端部的距离增加而逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片，其中，在所述第一面(1)上形成有高度差，以使朝向角部侧的面位置较高。
3.根据权利要求2所述的刀刃可换式刀片，其中，在所述第一面(1)上形成有高度差，以使第一对对角角部(C1，C3)高于第二对对角角部(C2，C4)；并且在所述第一面(1)和所述扭曲面(10)之间以及所述第一面(1)和所述第五面(5)之间形成的棱线中，朝向所述第一对对角角部(C1，C3)的棱线用作切削刃。
4.根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片，其中，在所述第一面(1)的外周部分形成有凸脊(11)。
5.根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片，其中，在所述第三面(3)上除了所述扭曲面(10)之外的部分包括两个平面(3a，3b)，当从正视图观察所述第一面(1)时，所述两个平面(3a，3b)以钝角交叉形成隆凸。
6.根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片，其中，所述第五面(5)和所述第三面(3)的交叉处角部的角度不大于95度。
7.根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片，其中，当所述刀片在水平面内旋转180度时，所述第三面(3)和所述第四面(4)之间以及所述第五面(5)和所述第六面(6)之间的轮廓形状保持不变。
8.根据权利要求7所述的刀刃可换式刀片，其中，当所述刀片绕二等分所述第一面(1)的高度轴线的二等分线(L)翻转时，所述第一面(1)和所述第二面(2)之间的轮廓形状保持不变。
9.一种刀刃可换式角铣刀，其中，根据权利要求1所述的刀刃可换式刀片(20)是以如下姿势安装在位于主刀体(31)端部外周的刀座(32)上的即，所述第一面(1)用作前刀面，包括所述扭曲面(10)的所述第三面(3)用作外周后刀面，所述第五面(5)用作副后刀面，所述第一面(1)和所述扭曲面(10)之间的所述棱线(7)用作主切削刃，所述第一面(1)和所述第五面(5)之间的棱线(8)用作副切削刃，并且轴向前角(γp)为正或负，径向前角(γf)为负，余偏角(Ψ)为0度。
全文摘要
本发明公开了一种用于角铣刀的刀刃可换式刀片(20)，该刀片包括第一面(1)和第二面(2)；第三面(3)和第四面(4)，该第三、第四面分别与第一面(1)和第二面(2)的第一侧边和第二侧边连接；以及第五面(5)和第六面(6)，该第五、第六面分别与第一面(1)和第二面(2)的第一端边和第二端边连接。其中，第一面用作前刀面，第三面用作外周后刀面，第五面用作副后刀面。在第三面(3)的一部分上设置有扭曲面(10)，以形成棱线(7)，该棱线(7)用作与第一面(1)交叉并位于第三面(3)和第一面(1)之间的主切削刃。优选的是第一面(1)和第二面(2)设置为相对于彼此具有高度差，以使至少一组对角角部凸出。
文档编号B23B27/00GK1962139SQ20061013807
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者前田敦彦, 惠本成德 申请人:住友电工硬质合金株式会社