铣刀的制作方法
【专利摘要】一种铣刀，包括一个柄部，其用于铣刀的装夹、切削部和至少一条槽体。切削部至少包括一枚刃部，刃部包括一段连续的曲线刃，在接近切削部的端面处设置曲线刃的起点。本实用新型铣刀，专门为新材料的高速铣加工而设计，可以使刀具在超过5000转的高速加工机床上发挥充分发挥切削性能，使得新型材料的加工效率大幅提升。与其类似的铣刀相比，能实现加工的一次成型，减少或避免后续的打磨。
【专利说明】铣刀
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种适用于工业切削的加工刀具，尤其涉及一种铣刀，可适用于 加工金属、工程塑料及纤维复合材料的切削，以提高提高加工效率。
【背景技术】
[0002] 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。由于绝大多数的刀具是 机用的，基本上都用于切削金属材料，所以"刀具"一词一般就理解为金属切削刀具。但材料 科学发展，各种材料也已经在产品的生产和加工中得以广泛应用，如：工程塑料和碳纤维复 合材料等（CN203401118U)。刀具按工件加工表面的形式可分为：加工各种外表面的刀具、 孔加工刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具和切断刀具等若干种。
[0003] 铣加工在机械加工领域内的分量正在变得越来越重要，已经在一定程度上逐步取 代了车、钻等其他加工方式。由于铣加工的广泛多样性，除了传统的钢和铸铁等金属材料 夕卜，越来越多的新型金属/非金属材料也被逐步归入铣加工的被加工材料之列，这其中不 仅包括含铝合金在内的各种金属合金，还包括高档工程塑料在内的各种树脂材料，以及各 种碳纤维复合材料在内的碳纤维金属复合板。
[0004] 新型材料的材料性能在诸如硬度、拉伸强度、质强比、屈服强度、比热容和脆性等 各个方面均远优于传统材料，一方面能使产品的各项性能显著提高，另一方面也由于对这 些新型材料普遍存在的断肩难、散热难、黏性大和脆性大等特点为切削加工带来了极大的 难度。在实际加工中，用于加工新型材料的铣刀的消耗量往往远远大于传统材料，甚至出现 过一把刀具仅能加工十几件工件的极端案例。在这样的案例中，生产者大约有近30 %的生 产成本都用于刀具的消耗上。由此可见，铣刀优劣的重要性从该种加工方式中凸显出来，成 为能否快速和高效完成铣加工，降低成本和提高效益的关键因素。铣刀是一类用于铣削加 工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具，主要用于在加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断 工件等。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。
[0005] 为此，人们不得不对切削刀具进行相应的重新设计，以使切削刀具适应于新型材 料加工的需要。一方面，使得刀具寿命得以延长，避免崩刃和折断等有可能损坏工件的意外 发生，以降低加工成本；另一方面，使得切削加工的生产节奏、效率和产品稳定性得以提高。
[0006] 从切削刀具的结构和形貌入手，有人提出了一种前刀面波形刃铣刀，其如图1所 示。通过波浪形的刃口形状来增加刀具切削刃部的总长，从而减低切削部分刃口单位面积 上的工作压力，进而延长刀具使用寿命并可以提高刀具加工效率。由于前刀面波形刃加工 十分困难，只有少数几种数控加工设备才能生产，不但其价格居高不下，而且限制了大批量 生产。同时，由于一般的设备无法修磨损坏后的前刀面波形刃，这类刀具的维修往往要送往 我国境外，不但周期更长，而且价格不菲。
[0007] 在上述刀具的基础上，有人将图1所不的如刀面波形刃改为如图2所不的后刀面 波形刃，通过将波形刃转移到后刀面，一定程度上简化的生产工艺，使得近半数左右的设备 能够完成此类刀具的加工。后刀面波形刃由原来的宽带切肩分割成数条较窄的切肩，从而 减少了切削变形，使得铣削过程中切肩的形成卷曲和排肩情况得以改善。外周刃改为波浪 形，致使很细的切肩就会发生断裂，切削抗力随之降低。其缺陷在于加工面会呈凹凸不平 状，并且由于切削振动很大，刀具和机器之接合部容易出现粗糙（摩擦腐蚀），因此难以适 用于高精度机器。特别是干切削的情形，由于刀具很容易具有高热，需要将切削速度降低 10%至20%，造成加工效率的下降。
[0008] 中国实用新型专利ZL200420018032. 6公开一种双身筷铣刀，其也具有类似的刃 部形貌。铣刀主体的外沿均匀开设有三个以上单向刀槽，刀槽中焊接有合金刀头，合金刀头 上开设有M形波浪刀口。该刀具也类似采用了波浪形的刃部设计，将两件铣刀配合用于竹 材产品的加工。
[0009] 中国发明专利ZL200910013142. 0公开了一种整体硬质合金鱼鳞铣刀，包括铣刀 刃部和铣刀柄部，在铣刀刃部上的切削刃是由左、右旋对称交错的螺旋槽构成切削单元，左 螺旋槽比右螺旋槽多2条。每个切削单元主切削刃长制成0. 05?0. 1MM，切削刃后刀面沿 圆柱面宽度制成〇?〇. 01MM。切削刃前角制成10°?15°，前刀面在法剖面上为直线；切 削刃后角制成20°?25°。螺旋刀槽深制成刀具直径的7?8%。其可用于碳纤维、玻璃 纤维等复合材料的铣削加工。
[0010]另有技术则从解决铣刀散热和制造方法等方面入手。中国发明专利申请 201310472837. 1公开了一种基于热管相变的提高端铣刀使用寿命的方法，还同时提出了一 种端铣刀。将填充有吸液芯热管以平行于端铣刀体轴线的方向设置，且热管冷凝段与端铣 刀柄共平面。通过吸液芯热管对端铣刀主切削刃部位产生的切削热量，不断进行冷热交换， 从而连续不断地将切削热量从端铣刀主切削刃区域传入热管蒸发段，传向冷凝段，实现了 降低端铣刀切削温度，并减小切削刃部位温度梯度。
[0011] 中国发明专利申请201310291138. 7提供了一种提高喷射成型高速钢铣刀寿命的 深冷工艺，采用预热、真空淬火、冷却、第一次回火、深冷处理和第二次回火等加工方法，由 此显著改善了铣刀的耐磨性能和硬度，提高了铣刀综合力学性能和使用寿命。 实用新型内容
[0012] 本实用新型的一个目的在于提供一种铣刀，适用于对金属（包括合金）、工程塑料 及纤维复合材料进行铣加工，以使刀具的使用寿命得以延长。
[0013] 本实用新型的另一个目的在于提供一种铣刀，提高刀具的散热性能和减少缠肩现 象的发生，以利于对金属（包括合金）、工程塑料及纤维复合材料进行铣加工。
[0014] 本实用新型的又一个目的在于提供一种铣刀，以实现对工件连续的点切肩，免去 对刀具的人工维护，以提高对金属（包括合金）、工程塑料及纤维复合材料进行铣加工的效 率。
[0015] 本实用新型的再一个目的在于提供一种铣刀，以连续曲线状刃部实现对工件高速 铣加工，以提高对金属（包括合金）、工程塑料及纤维复合材料进行铣加工的效率。
[0016] 本实用新型提及的金属，是一种物质，其含有自由电子并具有光泽（即对可见光 强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质。这些物质或主要为单质（既包括记载于元 素周期表，也包括由此获得的），或主要由若干种形成的合金，常见的如：但不仅限于碳素 钢、铝合金、铜合金和锌合金等。应当理解的，主要是指该种物质占绝大部分，但并不排除其 具有诸如少量氧化物、硫化物和氯化物等化合物形态存在的情形。
[0017] 本实用新型提及的工程塑料，是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内 承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料，有良好的机械 性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。常见 的如：但不仅限于聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲醛、变性聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳基酯、 不饱和聚酯、酚塑料、环氧塑料和丙烯塑料等。
[0018] 本实用新型提及的纤维复合材料，是一种由连续相的基体和被基体包容的相增强 体组成，其中以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝 和硬质细粒等材料为增强体复合制成的材料。常有的基体材料如：但不仅限于合成树脂、橡 胶、陶瓷、石墨、碳、铝、镁、铜、钛及其合金等，但尤其是碳纤维复合材料。
[0019] 本实用新型提供的铣刀，包括一个柄部，其用于铣刀的装夹，切削部和至少一条槽 体。切削部至少包括一枚刃部，该刃部包括一段连续的曲线刃，在接近切削部的端面处设置 曲线刃的起点。
[0020] 根据加工工件的需要，本实用新型提供的各种铣刀还包括一段连续的直线刃，其 一端与曲线刃的终点衔接，沿曲线刃的终点所引切线与直线刃形成-2°?5°的接角；或 者包括一段连续的弧线刃，其一端与曲线刃的终点衔接。
[0021] 根据加工工件的需要，本实用新型提供的各种铣刀还包括前导刃，设于曲线刃的 起点之前。该前导刃至少包括平刃部，平刃部的一端与曲线刃起点衔接。平刃部的一端于 过曲线刃起点的切线重合或垂直，但这种设置并非是必须的。平刃部适合的长度如：4_? 32mm〇
[0022] 根据加工工件的需要，本实用新型提供的各种铣刀的前导刃还包括斜刃部，斜刃 部的一端与平刃部衔接。斜刃部的倾斜角为45° ±15°，径向长度为5mm?10mm，如： 201420205107. 5 所示。
[0023] 根据加工工件的需要，本实用新型提供的各种铣刀的前导刃还包括弧刃部，弧刃 部单独与曲线刃的起点衔接，或其一端与平刃部衔接，如：201420205107. 5所示。
[0024] 在刃部表面可采用金刚石贴片，或采用含有涂层或非涂层的基体，如：但不仅限于 硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼及其它粉末冶金烧结材料等。
[0025] 适用于本实用新型的槽体，各处的深度相同或不同，其深度为该处切削主体直径 的5%?65%，优先选择25% ±10%。在各种形状的槽体中，本实用新型优先选择具有 0° ±45°螺旋角的螺旋槽，或具有0° ±45°轴向前角的直槽。槽体的数量应当与切削部 所含刃部的数量相适应，满足切削刃于铣加工的需要，如：但不仅限于1、2、3、4、5、6、7和8。 当槽体的数量大于1时，各槽所具有的螺旋角角度或轴向前角的角度相同或不同。槽体的 开口角角度应满足公式20° -[槽体个数/360]°。
[0026] 用于本实用新型铣刀的曲线刃，其由若干曲线段组成，任意曲线段均具有2°? 50°的后角，2°?50°径向前角。各个曲线段所具有的后角角度或前角角度相同或不同。
[0027] 为满足铣加工的需要，以曲线刃的起点设为坐标系原点，以此坐标（0, 0)为参考， 在起点至终点方向的曲线刃上至少设置8个点。除起点外，其它7个点的位置相对原点设 置，形成至少7段不同曲率（R)的曲线段。
[0028] 一种用于本实用新型铣刀的曲线刃实施方案，其至少设置8个点，形成至少7 段不同曲率（R)的曲线段，以曲线刃的起点设为坐标系原点，以此坐标（〇,〇)为参考，其 它7个点相对于原点位置的坐标依次表示为（0. 92±0. 05，1. 17±0. 05)、（2. 11±0. 05， 1·96±0·05)、（3·54±0·05,2·25±0·05)、（4·90±0·05,2·02±0·05)、（6.01±0.05， 1. 34±0· 05)、（6· 72±0· 05,0· 45±0· 05)和（7· 12±0· 05, -0· 88±0· 05)。
[0029] 本实用新型提供的用于铣刀的各种曲线刃的实施方案，包括至少设置8个点，形 成至少7段不同曲率（R)的曲线段时，各段曲线的曲率如下：
[0030] 自曲线刃的起点至终点，各个曲线段的曲率依次如下：第一曲率（Rl)为 5. 12±0· 05、第二曲率（R2)为 4. 00±0· 05、第三曲率（R3)为 3. 78±0· 05、第四曲率（R4)为 3. 84±0. 05、第五曲率（R5)为3. 34±0. 05、第六曲率（R6)为3. 62±0. 05和第七曲率（R7) 为 2. 87±0· 05。
[0031] 由于采用曲线形状的刃部，切肩因不同方向受力而折断，细短的切肩减少刀具缠 绕，也帮助散热从而改善刀具加工时的工况，使得刀具可以以更高的转速和工进速度进行， 从而大大提高了刀具的使用效率和使用寿命，达到了高速高效加工的设计目的。因此，还可 通过在曲线刃上设置更多的点方式，从而将曲线刃分解为更多更短小的曲线段，以适应不 同切削材料，同时配合槽体形状和刃部数量的需要，从而提高铣刀的断肩、散热和耐磨等方 面的性能。
[0032] 本实用新型技术方案实现的有益效果：
[0033] 本实用新型提供的铣刀，主要采用一段连续的曲线刃组成的刃部，显著提高了刃 部长度，减少了单位长度的加工负担。连续曲线状刃部专门为高速加工设计，可以使刀具在 超过5000转的高速加工机床上充分发挥切削性能。
[0034] 通过将曲线刃分解为若干曲线段的方式不仅增加了刃部有效工作长度，连续曲线 状刃部还对工件形成连续的点切肩，使得刀具始终有一个不断前移的最大切削力点与被加 工工件接触，得到了类似于压强作用效果，可以更轻易地切削高韧性和高刚性的材料，使得 各种新型材料的加工效率大幅提升（铝合金材料为例，其效率可提高300%以上）。同时随 着加工磨损最大切削力点不断后移，刀具仍能保持加工能力，可免去对刀具的人工维护。由 于本实用新型的刃部在切削中对切肩施加了与卷肩角不同方向的额外折断力，通过对切削 长度进行了控制，改善了刀具散热性能并减少了缠肩，改善了刀具加工工况并增加了刀具 的使用寿命。
[0035] 同时，与其类似的铣刀相比，能实现加工的一次成型，减少或避免后续的打磨，还 能使加工中的震动现象得以显著下降或避免，进而使得材质加工的精度得以提高，表面更 光滑。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1为前刀面具有波浪形刃的铣刀的结构示意图；
[0037] 图2为后刀面具有波浪形刃的铁刀的结构不意图；
[0038] 图3为本实用新型铣刀一实施例的结构示意图；
[0039] 图4为图3所示铣刀的切削部端面的结构示意图；
[0040] 图5为图3所示铣刀的刃部的放大结构示意图；
[0041] 图6为对图5所示铣刀的曲线刃进行分段的放大结构示意图；
[0042] 图7为本实用新型铣刀后角的方向示意图。
【具体实施方式】
[0043] 以下结合附图详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型实施例仅用以说明本 实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领 域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱 离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
[0044] 图3为本实用新型铣刀一实施例的结构示意图，图4为图3所示铣刀的切削部端 面的结构示意图，图5为图3所示铣刀的刃部的放大结构示意图。如图3、图2和图4所示， 该铣刀具有可安装到旋转机械上的柄部300、槽体200和切削部100。切削主体的任意径向 截面均包括至少一个槽底部，相应具有一个槽深度。槽的深度应当理解为对切削轴部进行 任意径向截面，而截面处的槽深度是相对于该处的切削主体的直径。对于螺旋槽，其是以螺 旋方式设置于切削主体的连续槽体，各条螺旋槽的深度应当理解为对切削轴部进行任意径 向截面，而截面处的槽深度相对于该处的切削主体的直径。本实施例中，槽体200为直槽， 0° ±45°轴向前角AA9，AA10,以及该处的切削主体的直径5% -65%的槽深AA7。
[0045] 切削部具有4枚刃部110,具有2°?50°径向前角AA5，AA6,包括一段连续的曲 线刃111。在接近切削部的端面处设置曲线刃的起点AA1，曲线刃的终点AA2所引切线与直 线刃形成-2°?5°的接角AA3。
[0046] 图6为给出了对图5所示铣刀的曲线刃进行分段的具体方式，将曲线段起点设为 XY 二维坐标原点 AAAl (即为图 5 中的 AA1)，再由 7 个点 AAA2, AAA3, AAA4, AAA5, AAA6, AAA7 和AAA8将曲线刃依次分为7段曲线段，各个曲线段的曲率（R)如表1所示，后角 AA81, AA82, AA83 如图 7 所示。
[0047] 表 1
[0048]
【权利要求】
1. 一种铣刀，包括一个用于铣刀的装夹的柄部、切削部和至少一条槽体，其特征在于所 述的切削部至少包括一枚刃部，所述的刃部包括一段连续的曲线刃，在接近所述切削部端 面处设置所述曲线刃的起点，所述的曲线刃至少设置8个点，形成至少7段不同曲率的曲线 段，以曲线刃的起点设为坐标系原点，以此坐标（0,0)为参考，其它7个点相对于所述原点 的位置坐标依次为（0. 92±0. 05,1. 17±0. 05)、（2. 11±0. 05,1. 96±0. 05)、（3. 54±0. 05， 2·25±0·05)、（4·90±0·05,2·02±0·05)、（6·01±0·05，1·34±0·05)、（6.72±0.05， 0· 45±0· 05)和（7· 12±0· 05, -0· 88±0· 05)。
2. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述切削部还包括一段连续的直线刃，曲 线刃的终点所引切线与所述的直线刃形成-2°?5°的接角。
3. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述槽体的深度为该处切削主体直径的 5% _65%〇
4. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述槽体的深度为该处切削主体直径的 25% ±10%。
5. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述的槽体为具有0° ±45°螺旋角的螺 旋槽或具有0° ±45°轴向前角的直槽。
6. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述槽体的数量为1、2、3、4、5、6、7或8。
7. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述槽体的开口角角度为20° -[槽体个 数 /360]。。
8. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于所述的曲线刃由若干曲线段组成，任意所 述的曲线段均具有2°?50°的后角，以及2°?50°径向前角。
9. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于还包括前导刃，设于所述的曲线刃的起点 之前。
10. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于还包括前导刃，设于所述的曲线刃的起点 之前，所述的前导刃至少包括平刃部，所述平刃部的一端与所述曲线刃起点衔接。
11. 根据权利要求10所述的铣刀，其特征在于所述平刃部的长度为4mm?32_。
12. 根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于还包括前导刃，设于所述的曲线刃的起点 之前，所述的前导刃至少包括平刃部和斜刃部，所述平刃部的一端与所述曲线刃起点衔接， 所述斜刃部的一端与所述的平刃部衔接。
13. 根据权利要求12所述的铣刀，其特征在于所述斜刃部的倾斜角为45° ±15°。
14. 根据权利要求12所述的铣刀，其特征在于所述斜刃部的径向长度为5mm?10mm。
15. 根据权利要求1-14之一所述的铣刀，其特征在于自曲线刃的起点至终点，形成至 少7段不同曲率的曲线段，各个曲线段的曲率依次如下：第一曲率为5. 12±0. 05、第二曲率 为4. 00±0. 05、第三曲率为3. 78±0. 05、第四曲率为3. 84±0. 05、第五曲率为3. 34±0. 05、 第六曲率为3. 62±0. 05和第七曲率为2. 87±0. 05。
【文档编号】B23C5/00GK204262450SQ201420762167
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】孙思叡 申请人:上海精韧激光科技有限公司