专利名称：用于切削加工的刀具用的垫板及刀具的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在诸如铣削刀具和钻孔刀具的切削刀具中使用的垫板，所述切削刀具具有意图用于金属的旋转去屑加工的可拆卸切削刀片。垫板为放置在切削刀片的底表面和切削刀具的基体之间以便在可能的刀片损坏时保护基体的类型的垫板。本发明还涉及用于旋转去屑加工的切削刀具，其包括根据本发明的一个或多个垫板。
背景技术：
用于工件的旋转去屑加工的切削刀具包括基体和多个切削刀片，以及在某些情形安装在切削刀片和基体之间作为基体的保护的垫板。基体被形成为使得其具有中心轴，即旋转轴，以及外周包络面、前端表面和后端表面、以及多个容屑槽，刀座被布置在容屑槽中。 每个刀座适合于安装一个切削刀片和一个垫板。容屑槽适合于使得加工时的切屑释放应没有问题地进行。在切削刀具中使用垫板来减少基体的磨损，从而增加基体的使用寿命。此外，垫板减小了在可能的刀片损坏时对基体的严重损害的风险。刀片损坏几乎唯一地发生在切削刀片的主刃处，即基体的包络面处的起作用的切削刃处。放置在切削刀片和基体之间的垫板随后能在中断正进行的加工的时间段中继续将从工件移除切屑。在没有垫板的情况下，存在基体卡到工件内的风险，从而导致对基体、驱动切削刀具的主轴以及在其中包括切削刀具的机床刀具中的其它配合部件的损害。因此，希望使用垫板。垫板以使得切削刀片的底表面抵靠于垫板的方式而安装在基体和切削刀片之间，而同时切削刀片的可能的其它支撑表面邻接切削刀具的基体。将垫板固定在基体中的方式是不同的；例如，其能通过简单的螺钉来与切削刀片附接在一起，或者能使用具有带螺纹的内部的管状螺钉来附接垫板，使得切削刀片能容易地附接到管状螺钉且能在无需移除垫板的情况下进行更换。意图用于铣削刀具的常用的平面类型的垫板例如公开在W02006130073中。其中所公开的垫板包括防止相对于基体滑动的联接装置。垫板的缺点是因为刀座必须被作得较深，以便为垫板腾出空间而使容屑槽的尺寸不受影响，所以垫板降低基体的强度。因为容屑槽的尺寸在切屑释放方面是最佳的，所以不希望减小该尺寸。此外，在加工中作用于切削刀具的力取决于切削深度和加工的类型及材料的类型而变化。然而，在铣削中，力主要被引导成使得加深刀座以便为垫板腾出空间显著地影响强度。对于小的切削刀具，例如柄端铣刀来说，以及对于具有安装的许多切削刀片的刀具来说，因容屑槽已经按比例地占据了基体的大部分，因而这变得特别成问题。刀座的进一步加深明显地影响基体的强度，且由于过载的原因，在加工时在基体中引起破裂的风险过大。
发明内容
本发明旨在增加用于旋转去屑加工的切削刀具(下文称为切削刀具)的使用寿命，同时维持切削刀具的基体的强度。这特别适用于小的切削刀具，例如柄端铣刀，或适用于具有许多切削刀片的切削刀具。根据本发明，该目的分别通过在独立权利要求1和7中限定的垫板和切削刀具实现。根据本发明的垫板意图安装在用于旋转去屑加工的切削刀具中，其中切削刀具包括具有旋转轴的基体、与旋转轴同中心的外周包络面、前端表面以及包括刀座表面的至少一个刀座。基体能在旋转方向R上旋转且布置成在每个刀座中抵靠刀座表面接纳垫板和邻近垫板的可安装的切削刀片。垫板包括意图邻接基体的刀座表面的底表面和与底表面相对且意图邻接切削刀片的接触表面以及在底表面和接触表面之间延伸的至少一个侧表面。垫板的特征在于，在正交于旋转轴且横交垫板的径向横截面中，与底表面相关联且贯穿横截面上的底表面意图最靠近基体的包络面的点和横截面上的底表面意图最靠近基体的旋转轴的点的假想直线，以及与接触表面相关联且贯穿横截面上的接触表面意图最靠近基体的包络面的点和横截面上的接触表面意图最靠近基体的旋转轴的点的假想直线，朝向基体的包络面发散并彼此形成角度α。该目的也通过用于旋转去屑加工的切削刀具实现。切削刀具包括具有旋转轴的基体、与旋转轴同中心的外周包络面以及具有其中布置的刀座表面的至少一个刀座。切削刀具能在旋转方向R上旋转。在至少一个刀座中，切削刀具包括可拆卸地安装到刀座表面的垫板，且在所述至少一个刀片座中，切削刀具包括邻近垫板的可拆卸安装的切削刀片。垫板包括邻近基体的刀座表面的底表面、与底表面相对且邻近切削刀片的接触表面以及在底表面和接触表面之间具有延伸部的至少一个侧表面。切削刀具的特征在于，在正交于旋转轴且横交垫板的径向横截面中，与基体的刀座表面相关联且贯穿横截面上的刀座表面最靠近包络面的点和横截面上的刀座表面最靠近旋转轴的点的假想直线，以及与垫板的接触表面相关联且贯穿横截面上的接触表面最靠近包络面的点和横截面上的接触表面最靠近旋转轴的点的假想直线，朝向包络面发散并彼此形成角度α。因此，根据本发明，垫板在径向方向主要形成楔形的，使得垫板的底表面和其面向切削刀片的接触表面之间的距离主要从基体的旋转轴沿径向方向增加。从而，垫板在基体的包络面处比较靠近旋转轴处要厚。根据本发明的切削刀具和垫板的优点是在小的切削刀具，例如在柄端铣刀或在具有大量刀座的切削刀具中也能使用垫板而不会明显影响基体的强度。因此，切削刀具的使用寿命通过基体的维持的强度、由于垫板而产生的基体的减小的磨损和在可能的刀片损坏时对基体的严重损害的减小的风险的组合作用而增加。根据优选实施例，角度α为5° -30°，更优选地为10° -25°。该实施例的优点是垫板的内侧部分和外侧部分之间的厚度差异于是将足够得大，以便垫板在包络面处提供保护效果的同时能够维持基体的强度。同时，没有危及垫板在加工期间保持在适当位置的能力。根据第二实施例，垫板的底表面和基体的相邻的刀座表面包括联接装置，例如具有锯齿形表面或包括意图接合阴型构件的阳型构件的其它连接表面的形式。该实施例的优点是垫板相对于基体固定在其适当位置且防止相对于基体改变位置。根据另外的实施例，垫板在轴向方向上也为楔形的，优选地以垫板的厚度朝前端表面增加的方式。该实施例的优点是，对于具有正的轴向前角的铣削刀具来说，能避免在离前端表面最远处明显加深刀座且以此方式进一步增加了基体的强度。
根据又一实施例，垫板由硬质合金制成，其优点是垫板能在可能的刀片损坏时在中断加工的时间段用作切削刃。
图1是具有安装的切削刀片和垫板的铣削刀具的透视图，
图2是垫板和切削刀片的详细视图，
图3是前端表面的平面图，
图4是沿图3中的标记Y的轴向剖视图，
图5是铣削刀具的侧视图，
图6是沿图5中的标记X的径向剖视图，
图7是垫板的透视图，
图8是垫板的透视图，
图9是从前端表面看到的垫板，
图10是垫板的示意性透视图，
图11是在径向方向和轴向方向均成楔形的垫板的示意性透视图。
具体实施例方式在本说明书中，如果没有另外提到，假定切削刀片和垫板已经被安装到基体。在图1-图9中，示出了本发明的第一实施例。图1显示了组装的切削刀具1。该切削刀具包括基体2和一个或多个切削刀片3，每个切削刀片3与一个垫板4配合。基体能围绕中心轴C在旋转方向R上旋转，中心轴C在下文中称为基体的旋转轴或仅称为旋转轴。 基体还具有外周包络面5以及前端表面6和后端表面7，外周包络面5与旋转轴同中心且通常但不必是旋转对称的。而且，基体包括在包络面以及前端表面中形成凹陷的多个容屑槽 8。在容屑槽中布置了刀座9。每个刀座包括刀座表面10，垫板和切削刀片能安装到刀座表面10。每个切削刀片还包括底表面3a和主切削刃北。在切削刀片的表面中，底表面3a邻抵垫板，而可能的其它支撑表面邻接于基体，如图2-图3所示。根据本发明的垫板4包括底表面如和接触表面4b，处于安装状态的底表面如意图邻接基体的刀座表面10，接触表面4b意图邻接切削刀片的底表面3a。这在图4的剖视图中示出。至少一个侧表面在底表面和接触表面之间延伸。根据切削几何形状，侧表面的数目可以变化。在切削刀片和垫板是矩形的情形中，存在至少四个侧表面，如从基体的旋转轴C沿径向方向看到的，其中的内侧表面如和外侧表面4d分别如在图7-图8中显示的。 因此，外侧表面位于基体的外周包络面5处，而内侧表面邻接基体2。由此，内侧表面作为抵靠基体的另外的支撑表面。在此情形中，垫板另外包括位于基体的前端表面处的至少一个前侧表面4e以及构成支撑表面且在轴向方向邻近基体的至少一个后侧表面4f。图9以平面视图显示了当从前侧表面观察时的垫板。在切削刀片和垫板是圆形的情形中，仅存在部分地邻接基体的一个侧表面。自然地，垫板还可包括其它表面，例如，位于之前提到的表面之间的斜切表面。根据本发明的垫板4的特征是其从基体的旋转轴C在径向方向上主要为楔形的。 切削刀具的任意横截面(正交于基体的旋转轴截取且使得横截面包括如图5-图6简化示出的切削刀片3和垫板)在下文表示为径向横截面X。垫板的底表面如和接触表面4b随后可分别通过在该径向横截面中的两条直线来表示，而不管表面的详细设计。于是表示垫板的底表面的一条直线a被绘制成使得其贯穿底表面的最靠近基体的包络面5的点al和底表面的最靠近基体的旋转轴的点a2。表示接触表面的另一条直线b相应地被绘制成使得其贯穿接触表面的最靠近包络面的点bl和接触表面的最靠近基体的旋转轴的点1^2。根据本发明，这两条线应朝向基体的包络面发散，使得它们彼此形成角度α。这也在图10中示意性地示出。在图1-图9所示的本发明的第一实施例中，垫板4适应于具有三角形可转位的切削刀片3和90°的安装角的端面铣刀。在该实施例中，基体为双重旋转对称的且因此包括两个容屑槽8、两个切削刀片和两个垫板。在该实施例中，垫板安装在基体2上，更准确地， 借助延伸穿过垫板的接触表面4b和底表面如的螺钉11而与切削刀片一起安装到基体的在刀座9中的刀座表面10。这里，垫板和刀座表面适应于三角形可转位的切削刀片，但是也可适合于例如圆形、正方形、双刃的或其它的切削刀片。分别表示垫板的底表面如和接触表面4b的线a、b发散的角度α的选择取决于多个因素，包括刀具的类型、刀具的尺寸和切削几何形状。角度α应是充分大的，以实质上增加将提供的基体的强度，同时维持垫板的保护效果。如果角度α充分大，则可使垫板刚好在基体的旋转轴C处变薄，且以此方式，提供了基体的强度的增加。同时，垫板可在包络面5处作成充分厚的，以便能够在可能的刀片损坏时保护基体。然而，为了不危及垫板在加工过程中保持在适当位置的能力，角度α应不过大，这是因为随后存在垫板被向外压靠包络面的风险。根据优选实施例，角度α至少为5°。更优选地，角度α至少为10°。根据另外的优选实施例，角度α至多为30°。更优选地，角度α至多为25°。垫板的底表面如和接触表面4b以及切削刀片的底表面3a和基体的刀座表面10 的详细设计能显著地变化。垫板的底表面和接触表面例如可为平面。这一简单的实施例的优点是制造将是成本有效的且特别适合于小角度α，小角度时，垫板在加工期间在适当位置的保持不会带来任何问题。然而，垫板的底表面不必需为平面，而是可以例如包括用于将垫板附接在基体中的紧固构件。底表面例如还可形成有邻接基体的刀座表面的升高的支撑点，且优选地数量至少为三个。这样的实施例提供了非常好的稳定性。根据第二实施例，垫板的底表面如包括将垫板相对于基体2固定在其适当位置的联接装置。在角度α相对较大时，该第二实施例是特别优选的，但是当然在较小角度时也可使用联接装置。联接装置例如可通过垫板的底表面来实现，该底表面由波形的所谓的锯齿形表面或另一类型连接表面组成或包括该锯齿形表面或该另一类型连接表面，所述另一类型连接表面是包括意图接合在基体的相邻的刀座表面10中的阴型构件的阳型构件的类型的连接表面。然后，这两个表面在垫板被固定到基体时钩住彼此中且防止垫板相对于基体改变位置。而且，垫板的抵靠基体的轴向支撑表面4f和基体上的相邻表面P可包括联接装置。然而，随后实现的增加的稳定性必须相对于使基体的制造更复杂的事实进行平衡。垫板的面向切削刀片的底表面3a的接触表面4b也不必为平面，而是例如可以包括用于使切削刀片3相对于垫板4更好地固定的联接装置。根据本发明的第三实施例，垫板的面向切削刀片的接触表面具有联接装置，该联接装置在此情形中也可为根据上述的锯齿形表面或另一连接表面，其中切削刀片的邻近垫板的底表面与垫板的接触表面配合。然后切削刀片的底表面设置有对应的联接装置。根据本发明的在图11中示意性示出的另外的实施例，垫板4在轴向方向上也为楔形的，优选地以垫板的厚度朝前端表面6增加的方式。在该实施例中，可使正交于径向横截面X的任意横截面平行于基体的旋转轴C并平行于旋转方向R，使得该任意横截面横交垫板。在下文中，该横截面被表述为轴向横截面Y。于是与垫板的底表面如相关联的假想直线c能被绘制成使得其贯穿轴向横截面上的底表面最靠近基体的前端表面6的点cl和轴向横截面上的底表面离基体的前端表面最远的点c2。与垫板的接触表面4b相关联的假想直线d能被绘制成使得其贯穿轴向横截面上的接触表面最靠近基体的前端表面的点dl和轴向横截面上的接触表面离基体的前端表面最远的点d2。根据该实施例的垫板的特征在于两条假想直线c、d朝向基体的前端表面发散且彼此形成角度β。该实施例特别适合于具有正的轴向前角的铣削刀具，这是因为然后能允许垫板在轴向方向上的倾斜度与前角相同且以这种方式避免了在离前端表面最远处明显加深刀座。垫板4能以数种不同的方式固定到基体2。根据本发明的一个实施例，切削刀片 3和垫板能通过诸如在附图中示出的常用螺钉11固定在基体中。另一可能的实施例是垫板借助具有带螺纹的内部的管状螺钉而附接到基体，其中切削刀片于是通过单独的螺钉附接。切削刀片于是能被更换而无需松开垫板。根据本发明的垫板例如可由烧结金属、高强度钢制成或由硬质合金制成。高强度钢和烧结金属的优点是能通过加工成期望的形状而硬化。这些材料也是具有延展性的。硬质合金的优点是能够以粉末冶金的方式制造成高级形状。它们还在被加压时提供高强度， 且可在可能的刀片损坏时用作切削刃。根据优选的实施例，垫板由硬质合金制成。如上面提到的，根据本发明的组装的切削刀具1包括基体2、至少一个垫板4和至少一个切削刀片3。如果使径向横截面X正交于旋转轴C且横交垫板和切削刀片，则能绘制分别与基体的刀座表面10和垫板的面向切削刀片的接触表面4b相关联的两条直线S、 r。表示基体的刀座表面的直线被绘制成使得其贯穿该横截面上的刀座表面最靠近基体的旋转轴的点a2和径向横截面上的刀座表面最靠近包络面5的点al。表示垫板的面向切削刀片的接触表面的直线被绘制成使得其贯穿该横截面上的接触表面最靠近基体的旋转轴的点和横截面上的接触表面最靠近基体的包络面的点bl。切削刀具的特征在于这两条假想直线朝向包络面发散且彼此形成角度α。根据本发明的一个实施例，切削刀具包括在轴向方向上也为楔形的垫板4。如果使轴向横截面Y平行于旋转方向R且平行于基体的旋转轴C并横交垫板4，则能绘制分别与垫板的底表面如和面向切削刀片的接触表面4b有关联的两条直线c、d。表示垫板的底表面的直线c被绘制成使得其贯穿轴向横截面上的底表面最靠近基体的前端表面6的点cl和该横截面上的底表面离基体的前端表面最远的点c2。表示垫板的面向切削刀片的接触表面 4b的直线d被绘制成使得其贯穿轴向横截面上的接触表面最靠近基体的前端表面的点dl 和轴向横截面上的接触表面离基体的前端表面最远的点d2。根据该实施例，切削刀具的特征在于这两条假想直线朝向前端表面发散且彼此形成角度β。在该实施例中，基体变得甚至更坚固。基体的刀座表面10和垫板的底表面如之间的交界面可如前面描述的以各种方式形成。根据一个实施例，基体的刀座表面和垫板的底表面包括联接装置。而且，垫板的接触表面4b和切削刀片的底表面3a之间的交界面能以各种方式形成。除了包括具有例如锯齿形表面的形式的连接表面之外，各个交界面可包括呈突起形式的支撑点或某一形式的紧固构件，以便将垫板和切削刀片附接到基体。根据本发明的组装的切削刀具1如上所述地包括基体2、至少一个切削刀片3和至少一个垫板4。基体优选地由金属材料例如钢或铝制成。切削刀片例如可由硬质合金或陶瓷材料制成。所描述的实施例能被组合起来，使得例如用于圆形切削刀片的垫板以及用于正方形或三角形切削刀片的垫板能在径向方向和轴向方向上都为楔形的且包括一个或多个联
接装置。根据本发明的组装的切削刀具优选地为铣削刀具，例如端面铣刀、面铣刀或具有圆形切削刀片的铣刀。本发明特别适合于柄端铣刀和具有大量切削刀片的铣削刀具，其中因为相同地出现的基体的减小的强度而不能使用常规的垫板。然而，根据本发明的切削刀具不限于铣削刀具，而是也可以是用于旋转去屑加工的另一切削刀具，例如钻孔刀具。
权利要求
1.一种意图安装在诸如铣削刀具的用于旋转去屑加工的切削刀具(1)中的垫板G)， 其中所述切削刀具包括具有旋转轴C的基体O)、与所述旋转轴同中心的外周包络面(5)、 前端表面(6)以及包括刀座表面(10)的至少一个刀座(9)，所述基体能够在旋转方向R上旋转，且所述基体布置成在每个刀座中抵靠所述刀座表面接纳垫板(4)和邻近所述垫板的可安装的切削刀片(3)，所述垫板包括意图邻接所述基体的刀座表面的底表面Ga)和与所述底表面相对且意图邻接所述切削刀片的接触表面Gb)以及在所述底表面和所述接触表面之间延伸的至少一个侧表面，所述垫板的特征在于，在正交于所述旋转轴且横交所述垫板的径向横截面(X)中，与所述底表面相关联且贯穿所述横截面上的所述底表面意图最靠近所述基体的包络面的点(al)和所述横截面上的所述底表面意图最靠近所述基体的旋转轴的点(a》的假想直线(a)，以及与所述接触表面相关联且贯穿所述横截面上的所述接触表面意图最靠近所述基体的包络面的点(bl)和所述横截面上的所述接触表面意图最靠近所述基体的旋转轴的点( )的假想直线(b)，朝向所述基体的包络面发散并彼此形成角度 α ο
2.如权利要求1所述的垫板，其特征在于，所述角度α为5°-30°。
3.如权利要求1所述的垫板，其特征在于，所述角度α为10°-25°。
4.如权利要求1所述的垫板，其特征在于，所述底表面Ga)包括联接装置，例如锯齿形表面或包括意图接合在所述基体的相邻的刀座表面(10)中的阴型构件的阳型构件的另一连接表面。
5.如权利要求1所述的垫板，其特征在于，在平行于旋转方向R并平行于所述基体的旋转轴C且横交所述垫板的轴向横截面(Y)中，与所述垫板的底表面Ga)相关联且贯穿所述轴向横截面上的所述底表面意图最靠近所述基体的前端表面(6)的点(cl)和所述横截面上的所述底表面意图离所述基体的前端表面最远的点(^)的假想直线(c)，以及与所述垫板的接触表面Gb)相关联且贯穿所述轴向横截面上的所述接触表面意图最靠近基体的前端表面的点(dl)和所述轴向横截面上的所述接触表面意图离所述基体的所述前端表面最远的点(业)的假想直线(d)，朝向所述基体的前端表面发散并彼此形成角度β。
6.如权利要求1所述的垫板，其特征在于，所述垫板由硬质合金制成。
7.一种用于诸如铣削刀具的旋转去屑加工的切削刀具(1)，所述切削刀具包括具有旋转轴C的基体O)、与旋转轴同中心的外周包络面(5)以及至少一个刀座(9)，在所述至少一个刀座(9)中布置有刀座表面(10)，所述切削刀具能够在旋转方向R上旋转，所述切削刀具在至少一个刀座中包括以可拆卸方式安装到所述刀座表面的垫板G)，且所述切削刀具在所述至少一个刀片座中包括邻近所述垫板的以可拆卸方式安装的切削刀片(3)，所述垫板包括邻近所述基体的刀座表面的底表面Ga)、与所述底表面相对且邻近所述切削刀片的接触表面Gb)以及至少一个侧表面，所述侧表面具有在所述底表面和所述接触表面之间的延伸部，所述切削刀具的特征在于，在正交于所述旋转轴且横交所述垫板的径向横截面(X)中，与所述基体的刀座表面相关联且贯穿所述横截面上的所述刀座表面最靠近所述包络面的点(al)和所述横截面上的所述刀座表面最靠近所述旋转轴的点(U)的假想直线(a)，以及与所述垫板的接触表面相关联且贯穿所述横截面上的所述接触表面最靠近所述包络面的点(bl)和所述横截面上的所述接触表面最靠近所述旋转轴的点( )的假想直线(b)，朝向所述包络面发散并彼此形成角度α。
8.如权利要求7所述的切削刀具，其特征在于，所述垫板的底表面Ga)和所述基体的刀座表面(10)包括联接装置，例如锯齿形表面或包括意图接合阴型构件的阳型构件的另一连接表面。
9.如权利要求7所述的切削刀具，其特征在于，在平行于旋转方向R并平行于所述基体的旋转轴C且横交所述垫板(4)的轴向横截面(Y)中，与所述垫板的底表面Ga)相关联且贯穿所述轴向横截面上的所述底表面最靠近所述基体的前端表面(6)的点(cl)和所述横截面上的所述底表面离所述基体的前端表面最远的点(^)的假想直线(c)，以及与所述垫板的接触表面Gb)相关联且贯穿所述轴向横截面上的所述接触表面最靠近所述基体的前端表面的点(dl)和所述轴向横截面上的所述接触表面离所述基体的前端表面最远的点 (d2)的假想直线(d)，朝向所述基体的前端表面发散并彼此形成角度β。
全文摘要
本发明涉及意图安装在用于旋转去屑加工的切削刀具中的垫板和适合于使用根据本发明的垫板的切削刀具，其中切削刀具包括具有旋转轴C的基体、与旋转轴同中心的外周包络面、前端表面以及包括刀座表面的至少一个刀座。基体能在旋转方向R上旋转且基体布置成在每个刀座中抵靠刀座表面接纳垫板和邻近垫板的可安装的切削刀片。垫板包括意图邻接基体的刀座表面的底表面和与底表面相对且意图邻接切削刀片的接触表面以及在底表面和接触表面之间延伸的至少一个侧表面。根据本发明，在正交于旋转轴且横交垫板的径向横截面中，与垫板的底表面相关联的假想直线以及与垫板的接触表面相关联的假想直线应当朝向基体的包络面发散并彼此形成角度α。
文档编号B23C5/20GK102294510SQ20111018371
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月21日 优先权日2010年6月22日
发明者戈兰·潘萨尔 申请人:山特维克知识产权股份有限公司