具有高斜面角能力的端铣刀的制作方法
【专利摘要】一种具有纵向轴线的旋转切削刀具包括一个柄部分、一个切削部分、以及一个切削尖端。该切削部分包括多个刀片和多个槽。每个刀片包括一个前导面、一个尾随面、以及在该前导面与该尾随面之间延伸的一个刃带表面。该切削尖端包括一个拐角半径、形成有第一凹角的一个第一部分、形成由第二凹角的一个第二部分以及形成由第三凹角的一个第三部分。该尾随面在斜面操作过程中按以下方式接触该工件，即，使得该第一、第二和第三部分具有一种双正的几何形状以便向切削刀具提供高的斜面角能力。
【专利说明】具有高斜面角能力的端铣刀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转切削刀具。更确切地说，本发明涉及以下整体式(solid)端铣刀，该端铣刀具有使得该端铣刀能够以极高的斜面角来进行斜面操作的一种双正的末端几何形状(即，在前导刃和尾随刃上具有正的轴向和径向前刀面)。
【背景技术】
[0002]在其最基本的意义上，铣削是旋转刀具与被夹紧的且静止的工件的相遇，这不同于刀具静止而工件材料旋转的车削。实际上，工件具有由机床所赋予的进给运动。切割器的旋转运动与这些刀具的切削刃的相遇产生了波动的切削力:振动、热并且如果一切顺利的话还有碎屑。
[0003]铣削机器可以具有竖直的或水平的转轴取向，并且典型地端面铣削切出平坦表面，但是多轴CNC机器使得能够包括三维移动。即，存在四个基本类别的铣削:端面铣削、周缘铣削、槽铣削以及专门应用。
[0004]端面铣削用于在工件上产生平坦表面(面)。切削平面通常垂直于旋转轴线并且这些切割器最常见的特征是单一的一排镶片，这些镶片被设计成具有宽范围的切削几何形状、镶片、前导角和安装适应性。表面光洁度要求对确定最佳刀具类型是重要的因素。典型地，端面铣削是由提供了针对长刀具寿命的前导角并且在离开工件时降低断裂机会的刀具来进行的。
[0005]周缘铣削产生了平行于转轴旋转的主要表面。有时产生一个次要表面。切削平面通常平行于旋转轴线。周缘铣刀可以是高速钢、整体碳化物或基于可转位镶片。基于镶片的切割器可以包括一排或多排镶片并且可以产生同时的端面铣削操作。
[0006]槽铣削用于在工件中产生一个槽或通道。存在两种主要类型的槽铣刀:盘形铣刀和端铣刀。盘形铣刀可以是高速钢、硬焊碳化物或基于可转位镶片。它们典型地用于垂直于该转轴旋转的操作中。
[0007]用于槽铣削操作的端铣刀类似于用于周缘铣削的刀具。所产生的槽平行于该转轴旋转。然而，由于在周缘上的完全接合、差的切屑形成以及排空，端铣刀不是用于开槽操作的第一选择。
[0008]虽然非常多用，但端铣刀由于较小的刀具直径和较大的长度而是所有铣刀中最不稳定的。直径由于横过其的高的切向力而是刀具中的最薄弱部分。
[0009]专门应用包括Z轴切入式铣削、斜面加工、螺旋形和圆形插补、次摆线及其他。
[0010]Z轴切入式铣削普遍用于去除大量的工件材料。切削力轴向地进入切割器中以获得更高的金属去除速率和长行程能力。切削平面是垂直于旋转轴线的。
[0011]斜面加工在工件上产生一个成角度的表面或在进入点处用于制作一个凹座(凹穴)。与切入式相比，斜面铣削取决于条件可能产率较低。这也是对于从整体式工件中铣削出一个凹座的普遍应用要求。
[0012]螺旋形和圆形插补普遍用于在工件上产生一个柱形表面或用于产生由于后续应用中的进入点。这个应用不一定要求现有的孔，这取决于所选择的刀具类型。
[0013]次摆线铣削是典型地在难以机加工的材料中产生槽缝的一种应用。它使用在X和Y平面上的周缘铣削和圆形插补的组合。
[0014]在铣削中，斜面加工更显著地逐渐发展。现代CNC机器的速度和精确插补使得小型刀具能够在相对短时间内铣削出大得多的孔或凹座。斜面加工是做到这点的重要要素。刀具在特征之内从从一个等级的通程(passes)倾斜升降至下一等级,或者它以一个连续角遵循一条螺旋路径一路下降至该特征的深度。
[0015]对斜面加工能力的限制总体上由该刀具产生。能够进行斜面加工的许多端铣刀不必被设计成强调这种类型的切削。当该刀具在设计时考虑到了斜面加工，则多个特征发生改变。
[0016]具有斜面加工能力的刀具以更陡的角度更早到达特征的底部，从而潜在减少了机加工时间。因此希望的是设计一种在斜面加工操作过程中能够实现极高斜面角(即，大于十(10)度)的端铣刀。
【发明内容】
[0017]设计能够实现极高斜面角(即，至少十(10)度)的端铣刀这个问题通过提供以下端铣刀得以解决，该端铣刀具有的切削尖端具有一种双正的几何形状(即，在前导刃和尾随刃上的正的轴向和径向前刀面)，此时尾随面在斜面操作过程中接触工件而在端铣刀的中心处不接触工件。
[0018]在本发明的一个方面，一种具有纵向轴线的旋转切削刀具包括:一个柄部分；从该柄部分延伸至一个切削尖端的一个切削部分，该切削部分具有一个切削长度、以及被沿该切削长度延伸的多个槽所分开的多个刀片，这些刀片各自包括一个前导面、一个尾随面、在该前导面与该尾随面之间延伸的一个刃带表面、以及在该前导面与该刃带表面之间的相交处的一个切削刃；该切削尖端包括一个拐角半径、邻近于该旋转切削刀具的外直径的一个第一部分、邻近于该中央轴线的一个第三部分、以及位于该第一与第三部分之间的一个第二部分，该尾随面在斜面操作过程中按以下方式接触一个工件，即，使得该切削尖端的第一、第二和第三部分具有一种双正的几何形状，由此使得该旋转切削刀具能够以至少十度的斜面角来进行该斜面操作。
[0019]在本发明的另一个方面，一种具有纵向轴线的旋转切削刀具包括:一个柄部分；从该柄部分延伸至一个切削尖端的一个切削部分，该切削部分具有一个切削长度、以及被沿该切削长度延伸的多个槽所分开的多个刀片，这些刀片各自包括一个前导面、一个尾随面、在该前导面与该尾随面之间延伸的一个刃带表面、以及在该前导面与该刃带表面之间的相交处的一个切削刃；该切削尖端包括一个拐角半径、邻近于该旋转切削刀具的外直径并且相对于垂直于该中央轴线的一个平面形成有第一凹角的一个第一部分、邻近于该中央轴线并且相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有第三凹角的一个第三部分、以及位于该第一与第三部分之间并且相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有第二凹角的一个第二部分，其中该第一凹角的量小于该第二凹角，并且其中该第二凹角的量小于该第三凹角，并且其中该尾随面在斜面操作过程中按以下方式接触一个工件，即，使得该切削尖端的第一、第二和第三部分具有一种双正的几何形状，由此使得该旋转切削刀具能够以至少十度的斜面角来进行该斜面操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]虽然展示了本发明的不同实施例，但不应认为所示的这些具体实施例限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。
[0021]图1是根据本发明的一个实施例的一种具有高斜面角能力的旋转切削刀具的透视图；
[0022]图2是图1的旋转切削刀具的切削部分的放大透视图；
[0023]图3是沿图2的线3-3截取的该旋转切削刀具的一个截面图；
[0024]图4是图1的旋转切削刀具的放大侧视图，示出了具有多个凹角的切削尖端；
[0025]图5是图1的旋转切削刀具的另一个放大侧视图，示出了该切削尖端的正的轴向前角；
[0026]图6是图1的旋转切削刀具的端视图，示出了该切削尖端的正的末端前角；并且
[0027]图7是图1的旋转切削刀具在斜面操作过程中的一个示意图，示出了刀片的尾随面接触该工件，由此使得该旋转切削刀具能够具有至少十度的高斜面角能力。
【具体实施方式】
[0028]现在参见图1-3，提供了一个旋转切削刀具10，该旋转切削刀具包括一个柄部分
12、具有一个切削尖端15的一个切削部分14、以及一条纵向轴线16。在所展示的实施例中，该旋转切削刀具10包括具有切削直径D (图3和6)的一个整体式端铣刀。切削部分14的总体形状可以是但不限于一种圆柱形或一种截头圆锥形。切削部分14包括多个刀片18，这些刀片被延伸了切削部分14的长度的多个槽20间隔开。该端铣刀10在箭头R(图3和6)的方向上旋转。这些刀片18各自具有一个前导面22、一个尾随面24、以及跨接该前导面22与尾随面24的一个刃带表面26。对于相应刀片18，前导面22与刃带表面26之间的相交处形成了一个切削刃28。
[0029]如在此使用的，轴向前角被定义为铣刀或铰刀的刀片的刀齿面与平行于其旋转轴线的一条线之间的角度。径向前角被定义为刀片的刀齿面与在垂直于切割器轴线的平面中经过该切削刃的一条径向线之间的角度。末端前角被定义为刀片末端处的切削尖端与在垂直于切削器轴线的平面中经过该切削刃的一条径向线之间的角度。正的轴向前角被定义为以下前刀面几何形状，该几何形状表示该切削刃被定位在该切割器的轴向中心线上，而该切削刃的顶表面背离该轴向中心线向后倾斜。正的径向前角被定义为以下前刀面几何形状，该几何形状表示该切削刃被定位在该切割器的径向中心线上，而该切削刃的顶表面背离该径向中心线向后倾斜。正的末端前角被定义为以下前刀面几何形状，该几何形状表示在刀片末端处的切削尖端被定位在该切割器的径向中心线上，而该切削尖端背离该径向中心线向后倾斜。双正的几何形状被定义为以下刀具取向，该刀具取向使用了正的轴向和径向前角的组合或正的轴向前角和末端前角的组合。斜面铣削被定义为同时的Z轴线运动与X、Y或组合式轴向运动的组合。凹角被定义为末端切削刃相对于一个垂直于切割器轴线的平面而形成的角度。螺旋角被定义为由刃带的前导面与包含该切割器轴线的平面形成的角度。斜面角被定义为切割器在Z轴线方向上和一条另外的轴线(X-或Y-轴线)方向上相对于工件移动时由该切割器形成的角度、并且由以下等式限定:
[0030]斜面角=Tan/1 X Z轴给进量/X/Y轴给进量 (I)。
[0031]高斜面角被定义为至少十(10)度的斜面角。
[0032]在所展示的实施例中，端铣刀10具有总共五(5)个刀片18和槽20。但是，应当理解的是本发明并不受刀片和槽的数目的限制，并且本发明可以用更少或更大数目的刀片和槽来实践。例如，本发明可以用四⑷个刀片和槽、六(6)个刀片和槽、八⑶个刀片和槽等等来实践。
[0033]该切削部分14的刀片18和槽20在切削部分14内以相对于纵向轴线16在约三十
(30)与约四十五(45)度之间的一个螺旋角30螺旋地延伸。在其他实施例中，刀片18和槽20是平行于纵向轴线16延伸的“直槽”。在所展示的实施例中，切削部分14的这些刀片18和槽20在切削部分14内以约三十八(38)度的螺旋角30螺旋地延伸。
[0034]现在参见图3，这些刀片18与槽20之间的角间距32是基本上相等的。在所展示的实施例中，例如，该角间距是约七十二(72)度(360度/5个刀片=72度)。但是，应当理解的是本发明并不受相等间距的刀片和槽的限制，并且本发明可以用不等间距的刀片和槽来实践。另外，每个刀片18的切削刃28形成了一个正的径向前角45。另外，该端铣刀10包括一个冷却剂孔34，用于将冷却剂提供至该端铣刀10与工件之间的界面上。在所展示的实施例中，该冷却剂孔34是与该端铣刀10的中央轴线16同心的。应了解的是该冷却剂孔34是任选的并且如果希望的话可以在没有冷却剂孔的情况下实践本发明。
[0035]现在参见图4和5，本发明的一个方面在于，该端铣刀10的切削尖端15的末端轮廓是使得当前导面22和尾随面24均接触工件100时每个刀片18的切削尖端15具有多个凹角和一种双正的几何形状(即，正的轴向前角和径向前角二者)。因此，本发明的端铣刀10具有实现高于十(10)度的高斜面角的能力。众所周知的是，内直径(1.D)是切削尖端15的、临近于冷却剂孔34的径向最内部分，并且外直径(OD)是切削尖端15的、邻近于端铣刀10的外围的、径向最外部分。
[0036]如图4所示，每个刀片18的切削尖端15包括:用于向切削拐角提供强度的一个拐角半径36、具有相对于与中央轴线16垂直的平面17而言的第一凹角39的一个第一切削部分38、具有第二凹角41的一个第二中间切削部分40以及具有第三凹角43的一个第三切削部分42。更确切而言,该第一凹角39的量小于该第二和第三凹角41、43，并且该第二凹角41的量小于该第三凹角43。换言之，该第三凹角43的量大于该第一和第二凹角39、41。例如，该第一凹角39可以在约一(I)度至约八(8)度之间的范围内，该第二凹角41可以在约九(9)度至约二十(20)度之间的范围内，并且该第三凹角43可以在约二i^一 (21)度至约四十五(45)度之间的范围内。在一个实施例中，该第一凹角39是约四(4)度，第二凹角41是约十三(13)度并且该第三凹角43是约三十八(38)度。将了解的是，本发明可以用其他凹角来实践，只要该第一凹角39的量小于该第二和第三凹角41、43，并且该第三凹角43的量大于该第一和第二凹角39、41。
[0037]现在参见图3-6，本发明的另一个方面在于，该端铣刀10的前导面22和尾随面具有一种双正的几何形状。更确切而言，邻近于端铣刀10的前导面22的外直径的第一切削部分38和邻近于其内直径的第三切削部分42两者具有一种双正的几何形状(即，正的轴向前角44和正的径向前角45)。另外，邻近于端铣刀10的尾随面22的外直径的第一切削部分38和邻近于其内直径的第三切削部分42两者具有一种双正的几何形状(即，正的轴向前角44和正的末端前角46)。该轴向前角、径向前角和末端前角44、45、46可以是在约一
(I)度与约十五(15)度之间的范围内。例如，在一个实施例中，轴向前角、径向前角和末端前角44、45、46约为七(7)度。
[0038]在切削尖端15处该多个凹角与第一和第三切削部分38、42的双正的几何形状的组合使得本发明的端铣刀10能够直至该冷却剂孔而全程渐进地切削工件，由此提供与常规端铣刀相比而言极高的斜面角能力。更确切而言，该切削尖端的多个凹角和双正的几何形状使得本发明的端铣刀10能够在箭头48的方向上以至少十(10)度的极高斜面角进行斜面加工。
[0039]图7示出了本发明的端铣刀10在斜面操作(即，在X-Z平面中移动)的过程中以大于十(10)度的斜面角50进行操作的示意图。在所展示的实施例中，该斜面角50是约十二(12)度。如图7所示，该端铣刀10在顺时针方向上旋转并且前导面22是图7所示的端铣刀10的右手侧，而尾随面24是图7所示的端铣刀10的左手侧。在斜面操作过程中，在该前导面22处仅有该切削尖端15的拐角半径36和第一切削部分38接触工件100。虽然在图7中可能出现该切削尖端15的第二部分40可能略微接触了工件100，但是事实上，该切削尖端15的第二切削部分40和第三切削部分42没有接触工件100。当前导面22接触工件100时，该切削尖端15的拐角半径36具有正的轴向前角44和正的径向前角45( SP，双正的几何形状)，而该切削尖端15的第一切削部分38具有正的轴向前角44但负的末端前角46。
[0040]另一方面，当该尾随面24接触工件100时，切削尖端15处的这三个切削部分38、40,42均接触该工件。即，在尾随面24处该切削尖端15的第一切削部分38、第二切削部分40以及第三切削部分42接触了工件100。拐角半径36可以接触工件100，但不是整个拐角半径36，这与前导面22接触工件100时的整个拐角半径36不同。当尾随刃24接触工件100时，该切削尖端15的三个切削部分38、40、42均具有正的轴向前角44和正的末端前角46 (即，双正的几何形状)，由此提供具有高斜面角能力的端铣刀。
[0041]如上所述，该端铣刀10的尾随面24在斜面操作过程中按以下方式接触一个工件100，即，使得该切削尖端15的第一、第二和第三部分38、40、42具有一种双正的几何形状，由此使得该旋转切削刀具10能够以至少十度的斜面角50来进行该斜面操作。因此，该端铣刀10的整个尾随面24激进地切削该工件100。另外，与常规的非中心切削刀具不同，本发明的端铣刀10(是非中心切削刀具)能够以极高的斜面角来进行切入式操作。
[0042]在此提及的专利以及公开文献通过引用结合在此。
[0043]尽管已对当前的优选实施例进行了说明，但是本发明可以在所附权利要求的范围内以其他方式来实施。
【权利要求】
1.一种具有中央轴线的旋转切削刀具，包括: 一个柄部分； 从该柄部分延伸至一个切削尖端的一个切削部分，该切削部分具有被多个槽分开的多个刀片，这些刀片各自包括一个前导面、一个尾随面、在该前导面与该尾随面之间延伸的一个刃带表面、以及在该前导面与该刃带表面之间的相交处形成的一个切削刃，该切削尖端包括一个拐角半径、邻近于该旋转切削刀具的外直径的一个第一部分、邻近于该中央轴线的一个第三部分、以及位于该第一部分与该第三部分之间的一个第二部分； 其中该尾随面在斜面操作过程中按以下方式接触一个工件，即，使得该切削尖端的第一、第二和第三部分具有一种双正的几何形状，由此使得该旋转切削刀具能够以至少十度的斜面角来进行该斜面操作。
2.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中第一部分相对于垂直于该中央轴线的一个平面形成有一个第一凹角，该第二部分相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有一个第二凹角，并且该第三部分相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有一个第三凹角。
3.根据权利要求2所述的旋转切削刀具，其中，该第一凹角的量小于该第二凹角，并且其中该第二凹角的量小于该第三凹角。
4.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该旋转切削刀具包括一种整体式端铣刀。
5.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中每个刀片相对于该中央轴线形成了在约三十度与约四十五度之间的一个螺旋角。
6.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，进一步包括与该中央轴线同心的一个冷却剂孔。
7.根据权利要求1所述的旋转切削刀具，其中该多个刀片与该多个槽之间的角间距是相等的。
8.一种具有中央轴线的旋转切削刀具，包括: 一个柄部分； 从该柄部分延伸至一个切削尖端的一个切削部分，该切削部分具有被多个槽分开的多个刀片，这些刀片各自包括一个前导面、一个尾随面、在该前导面与该尾随面之间延伸的一个刃带表面、以及在该前导面与该刃带表面之间的相交处形成的一个切削刃，该切削尖端包括一个拐角半径、邻近于该旋转切削刀具的外直径并且相对于垂直于该中央轴线的一个平面形成有第一凹角的一个第一部分、邻近于该中央轴线并且相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有第三凹角的一个第三部分、以及位于该第一与第三部分之间并且相对于垂直于该中央轴线的该平面形成有第二凹角的一个第二部分， 其中，该第一凹角的量小于该第二凹角，并且其中该第二凹角的量小于该第三凹角，并且 其中该尾随面在斜面操作过程中按以下方式接触一个工件，即，使得该切削尖端的第一、第二和第三部分具有一种双正的几何形状，由此使得该旋转切削刀具能够以至少十度的斜面角来进行该斜面操作。
9.根据权利要求8所述的旋转切削刀具，其中该旋转切削刀具包括一种整体式端铣刀。
10.根据权利要求8所述的切削尖端刀具，其中每个刀片相对于该中央轴线形成了在约三十度与约四十五度之间的一个螺旋角。
11.根据权利要求8所述的旋转切削刀具，进一步包括与该中央轴线同心的一个冷却剂孔。
12.根据权利要求8所述的旋转切削刀具，其中该多个刀片与该多个凹槽之间的角间距是相等的。
【文档编号】B23C5/10GK104209566SQ201410211329
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】D·R·戴维斯 申请人:钴碳化钨硬质合金公司