双面高进给铣削刀片、高进给铣削刀具及方法与流程

背景技术：
和

技术实现要素：

本发明总的涉及双面铣削刀片，并且更具体地，涉及一种适合用于高进给铣削刀架以形成高进给铣削刀具的双面铣削刀片和一种高进给铣削的方法。

在铣削操作中，通过提高铣削刀具的进给速度(进给距离/齿)来切削工件的方法被称为高进给铣削。高进给铣削是允许比其它铣削方法加工得更快的铣削方法。在提供更高的金属去除率的高进给/齿或高进给/切削刃的情况下，其配对(pair)浅切削深度(例如2mm或更小)，从而导致更多的部分被加工。切削力沿机床主轴的轴线定向，这意味着更大的稳定性和减少的振动，由此延长了刀具寿命。方法具有小安装角(settingangles)的优点。这提供了最小径向切削力和最大轴向切削力，这稳定了加工并降低了振动的风险。继而，这允许了即使在以较大悬垂量(largeoverhang)加工时也提高切削参数。

安装在铣床上的铣削刀具通常包括若干安装在铣削刀具的周界处的铣削刀片，使得每个起作用的切削刃被大致径向地定向在铣削刀具中。

三角型切削刀片经常被使用，其具有被设计具有大半径的切削刃，特别是在竖直或插入(plunging)操作中，三角型刀片提供了良好的排屑。所使用的切削刀片具有大致三角形的轮廓，每个切削刀片旨在被大致定位在铣削刀具本体的旋转轴线的平面上。提供与待加工表面接触的直的切削刃是常见的。然而，这种切削刃的布置可能在加工期间需要更多的功率，并且导致公差灵敏度、振动和/或受损的切屑去除速度。

ep2703108a1公开了一种其中安装有三角形铣削刀片的铣削刀具。

已经提出了切削刀片的构造的改变，以便具有成角度的间隙表面，从而允许安装在铣削刀具本体中以及相对于待加工的材料表面的切削刀片的切削刃的优化定向。然而，即使这种几何形状可能允许改进切削操作的功能，但这些切削刀片的制造需要复杂的压制和加工步骤，使得产生成本以及制造时间可能延长。

本发明旨在通过提出一种适合于易于以相对低的成本制造，同时保持切削质量的高进给铣削刀片和高进给铣削刀具来克服这些缺点。

希望提供一种双面铣削刀片，其可以以良好的径向角度安装在刀架上。还希望提供一种能由刀架良好地支承的刀片。

希望提供一种双面铣削刀片和高进给铣削刀具，其提供改进的性能并且适合用于通用圆形切削刀片所用的应用和高进给表面精加工应用。

根据本发明的一个方面，一种用于高进给铣削金属工件的双面铣削刀片，其中，所述刀片具有三角形基本形状并且包括面向相反方向的上表面和下表面以及在上表面和下表面之间延伸的凸形间隙表面，这些表面中的每个表面包括凹入的支承面，所述支承面大致平行于另一支承面，并且在其中具有用于接纳紧固装置的空腔，当在平面图中观察时，所述凸形间隙表面与所述上表面和所述下表面的相交处形成凸形切削刃，前刀面邻近凸形切削刃设置，其中当在侧视图中观察时，每个凸形切削刃是凹形的，当在平面图中观察时，每个凸形切削刃包括处在弯曲的切削刃部分的每一侧上的大致直的切削刃部分。每个切削刃具有在弯曲部分的每一侧上的第一直的切削刃部分和第二直的切削刃部分，其中第一直的切削刃部分和第二直的切削刃部分在侧视图中各自遵循直线路径或凸形路径并且在平面图中都是直的。弯曲部分具有比直的切削刃部分的任一个的长度要长的长度。弯曲切削刃部分有助于形成弯曲的擦拭刃，以在金属工件中获得精细的表面光洁度并且有助于确定安装角。

根据本发明的另一方面，相邻的间隙表面在限定二等分线的第一角部处相会合，其中，所述间隙表面形成钝角角部角。当在侧视图上观察时，凸形切削刃的切线与包含间隙表面的平面在角部处形成内锐角。间隙表面包括处在间隙表面的中央弯曲部的每一侧处的大致平面部分，从而使刀架槽更易于制造。

根据本发明的另一方面，当在侧视图中观察时，每个凸形间隙表面包括处在中央弯曲部分的区域中的腰部，这有利于降低功率要求。

根据本发明的另一方面，钝角角部角处于95-120°的范围内，这有利于强度和仿形铣削。

根据本发明的另一方面，二等分线位于与腰部相交的二等分线平面中，这有利于使刀片上的支承面的面积最大。

根据本发明的另一方面，二等分线平面与空腔的中心或中心线相交，这有利于获得对称刀片。

根据本发明的另一方面，切削刃的弯曲部分的最低点位于二等分线平面的相反侧上，这有利于降低功率要求。

根据本发明的另一方面，每个凸形间隙表面垂直于与凹入的支承面平行的平面，从而提供耐用的负的刀片基本几何形状。

根据本发明的另一方面，当在侧视图中观察时，凸形切削刃大致为v形，其中与凸形切削刃的最低点和角部的最高点相交的直线与平面p1形成一个角度，该角度在5-15°的范围内。v形切削刃在铣削时带来相对平滑的切口入口。

根据本发明的另一方面，前刀面直接或间接地连接到凸形切削刃，其中前刀面形成正前角γ，这是降低功率要求的附加措施。

根据本发明的另一方面，前刀面经由与所述平面形成负角度的斜切部而部分地连接到凸切削刃，以加强切削刃。

根据本发明的另一方面，前刀面位于延伸于支承面上方的周向突出部上，以使支承面远离切屑流区域，并且因此有助于切屑去除。

根据本发明的另一方面，前刀面在角部处比在中央弯曲切削刃部分处更高得延伸于支承面上方，以避免因所谓的涂抹(smearon)而出现不利的材料堆积。

根据本发明的另一方面，公开了一种高进给铣削刀具，其具有纵向旋转轴线并且包括刀具本体，所述刀具本体具有多个形成在该刀具本体的前端中的刀片槽和保持在该多个刀片槽中的多个双面铣削刀片，每个刀片槽包括槽底邻接表面、从槽底邻接表面切向向后延伸的螺纹孔、从槽底邻接表面向上延伸的槽侧壁，并且槽侧壁中的两个槽侧壁是与槽底邻接表面形成槽内部钝角的槽邻接表面，其中槽底邻接表面相对于其最近的环绕部凸起，并且其中槽底邻接表面的每一侧包括处在中心弯曲部分的每一侧上的大致直的部分，以提供切削刀片的正确转位。至少一个铣削刀片以在5-15°范围内的安装角安装在刀片槽中。

根据本发明的另一方面，公开了一种高进给铣削金属工件的方法，包括以下步骤：将上述类型的高进给铣削刀具设置在铣床中，以在5-15°范围内的安装角布置铣削刀片，在800-1300rpm下、在达到约2mm的切削深度下并且在5-10米/分钟的进给速度下操作。

附图说明

本发明从涉及通过非限制性实例给出并且参照所附概要性附图解释的优选实施例的下列描述中将被更好理解，附图中：

图1a示出了根据本发明的双面高进给铣削刀片的平面图；

图1b示出了刀片的侧视图；

图1c示出了沿图1a的线c-c的刀片的剖面图；

图1d示出了刀片和紧固装置的立体图；

图1e示出了刀片和紧固装置的侧视图；

图1f示出了沿图1a的线f-f的刀片的剖面图；

图1g示出了沿图1a的线g-g的刀片的剖面图；

图1h示出了沿图1a的线h-h的刀片的剖面图；

图2a是根据本发明的高进给铣削刀具的立体图；

图2b是高进给铣削刀具的仰视图；

图2c是高进给铣削刀具的侧视图；

图2d是高进给铣削刀具的刀片槽的平面图；以及

图3示出了根据本发明的替代实施例的刀片的侧视图。

具体实施方式

图1a-图1h所示的高进给铣削刀片30具有三角形基本形状。刀片是大致三角形，三角形的每条边从三角形的中心向外断开，以形成三角形的每条边的两边。因此，刀片得到六个角部，其中，三角形的尖角变得较钝。描述三角形铣削刀片的另一方式是，内接在铣削刀片的中间平面的假想圆可在六个点上接触铣削刀片的周界。这种形状在如图1a所示的平面图中公开了三个具有相对较小半径r1的第一角部42和三个具有相对较大半径r2的第二角部或弯曲部分47。半径r2可使其中心在刀片中心线cl处。第一角部42包括刀尖切削刃，并且每个刀刃由半径r1限定。刀片30包括面向相反方向的上表面31和下表面32。凸形侧面或间隙表面33在上表面31与下表面32之间延伸。这里，术语“凸形”可意味着：如图1a所示的，间隙表面以至少部分弯曲的方式延伸超过内接三角形j。这里，术语“双面”意味着上表面31和下表面32均具有可用切削刃。因此，高进给铣削刀片分别在间隙表面与上表面和下表面之间的相交处的每个周界边缘处具有切削刃。这种构造的高进给铣削刀片提供能够转位到起作用位置的六个切削刃。起作用位置的实例在图2c的右边示出。

表面31、32中的每一个表面包括凹入的支承面34a、34b。每个支承面与另一个支承面大致平行，并且在其中具有空腔35，该空腔35用于接纳诸如螺钉36或夹子的紧固装置。凹入的支承面34a、34b之间的距离在图1d中用h3表示。每个支承面优选地由周向突出部46包围。周向突出部46可延伸于相关联的支承面上方，使得其形成垂直于平面p1的距离或高度，该平面p1平行于凹入的支承面或包含凹入的支承面。支承面34a、34b相对于平面p2凹陷，该平面p2接触所有三个小半径角部42并平行于平面p1。

当在如图1a的平面图中观察时，凸形间隙表面33与上表面和下表面的相交处形成凸形切削刃37a、37b。前刀面38邻近凸形切削刃37a、37b设置。当在平面图中观察时，前刀面38优选地是环形的，因为其可以沿刀片的周界或周长连续。优选地，支承面34a、34b相对于所有切削刃37a、37b凹陷，并且经由斜坡部48与前刀面38间隔开。斜坡部48可以在二等分线b处具有其最大高度并且被构造成使得其高度从其被测量的二等分线进一步减小。斜坡部48可以在角部47处具有其最小高度。

不管该表面的平坦度的质量如何，切削刃37a、37b的凸曲率在切削操作期间都引起对所加工的工件的连续压力。切削刃的这种曲率允许高进给铣削刀片适合用于加工大范围的表面平坦度类型。

相邻的间隙表面33在第一角部42相会合并限定二等分线b，并且形成钝角角部角α。钝角角部角α在95-120°的范围内。二等分线b位于二等分线平面bp上，该二等分线平面bp可与间隙表面33的中部相交。

间隙表面33可包括处在中央弯曲部分41a的每一侧上的大致平面部分33a、33b。当在侧视图中观察时，每个凸间形隙表面包括在中央弯曲部分41a的区域中的腰部41。在腰部41处的最短垂直距离大于距离h3。

当在侧视图(图1b)中观察时，凸形切削刃的切线t与包含间隙表面的平面p3在第一角部42处形成内锐角ω。锐角ω在75-87°的范围内。

当在侧视图中观察时，凸形切削刃是大致v形的，其中，与凸形切削刃的最低点和第一角部42的最高点相交的直线(例如，平行于切线t)与平面p1形成在5-15°范围内的角度。

间隙表面33包括在间隙表面的中央弯曲部分41a的每一侧处的大致平面部分33a、33b。优选地，所述部分33a、33b诸如通过在一点共用共同切线而混合到所述部分41a中。所述点可限定比平面部分33a、33b中的任一个的长度要长的部分的长度。换言之，每个切削刃37a、37b具有在弯曲部分40a、40b的每一侧处或每一侧上的第一直的切削刃部分39a和第二直的切削刃部分39b，其中第一直的切削刃部分39a和第二直的切削刃部分39b在侧视图(图1b)中各自遵循直线路径或凸形路径并且在平面图(图1a)中都是直的，并且其中弯曲部分40a、40b具有比直的切削刃部分中的任一个的长度长的长度。

间隙表面33可以被构造成使得每隔一个间隙表面部分33a、33b是平面的，而其余的是部分圆柱形的。

当在平面图中观察时，每个凸形切削刃37a、37b包括在弯曲切削刃部分40a、40b的每一侧上的大致直的切削刃部分39a、39b。

在图1b的侧视图中，每个弯曲切削刃部分40a、40b分别遵循限定最低点43a、43b，即在离相关联的支承面34a、34b的平面p1的最短距离处的路径。与相同间隙表面33相关联的切削刃37a、37b的最低点43a、43b可位于二等分线平面bp的相反侧，例如用以延长切削刃39a的斜坡部的距离。最低点43a、43b可间隔开小于小半径角部42的半径r1的两倍。

每个弯曲切削刃部分40a、40b用于擦拭表面22(图2c)，以产生良好光洁度。

每个切削刃37a、37b具有在弯曲切削刃部分40a、40b的每一侧上的第一部分39a和第二部分39b。在图1b的侧视图中，第一部分39a可遵循直线路径或凸形路径。当在平面图中观察时，弯曲切削刃部分40a、40b可由至少一个半径r2限定，该半径r2是半径r1的5-30倍。半径r1可以是4-20mm。在图1b的侧视图中，第二部分39b可遵循直线路径或凸形路径。根据图1a，当在平面图中观察时，第一部分39a和第二部分39b均是直的，并且它们中的每一个在这能力下也可以被称为直的部分。在平面图中，弯曲部分40a、40b可具有比直的部分39a、39b中的任一个的长度要长的长度或弧长，优选地，弯曲部分40a、40b可具有直的部分中的任一个的长度的至少二倍的长度或弧长。

每个凸形间隙表面33垂直于平面p1，该平面p1平行于或包含凹入的支承面34a、34b。这种形状使得所谓的坯体的压制变得相对容易，其中，压制仅在两个相反方向上大致沿一个轴线发生。此外，支承面34a、34b在空腔35的周围可以都是平坦的，使得压制的坯体的拾取被简化，并且使得切屑阻碍得以避免。

当在平面图中观察时，切削刃37a、37b是凸形的，而当在侧视图中观察时，切削刃37a、37b是凹形的。切削刃37a、37b可以在高度方向上从其最低点43a、43b延伸到相邻的第一角部42处的最高点44。

前刀面38直接或间接连接到凸形切削刃37a、37b，其中前刀面形成正前角γ(图1g)。正前角γ使刀具更锋利和尖锐，从而降低了切削力和功率要求，并且可避免积屑瘤(buildupedge)的形成。前刀面38可例如经由在直的部分39b处的第一斜切部45而部分地连接到凸形切削刃37a、37b，该第一斜切部45与平面p1形成负角δ(图1f)。第一斜切部45加强了切削刃。前刀面38可经由在直的部分39a处的第二斜切部47而部分地连接到凸形切削刃37a、37b，该第二斜切部47与平面p1形成正角，以更容易地切削(图1h)。

前刀面38位于延伸于支承面34a、34b上方的周向突出部46上，即，前刀面38位于在刀片的厚度方向上离该突出部一定距离处。前刀面38在第一角部42附近比在中央弯曲切削刃部分40a、40b处更高得延伸于支承面34a、34b上方。因此，在第一角部42处的距离h1大于在弯曲部分40aa、40b处的距离h2。例如，如果铣削刀片设有减少磨损的涂层，则该涂层可能被材料堆积所危害。如果材料堆积成长过大并且被扫过其的切屑夹带，则在某些情况下，对涂层的损坏会发生。此外，材料可能堆积在表面区域上，这些表面区域在可转位铣削刀片的不同定向上将用作支承面。因此，在这些表面上的材料堆积导致将要避免的错误定位。

图1e示意性地示出了如何可相对于与由铣削刀具在旋转过程中形成的圆形c2垂直的半径r3设置刀片30。大致平面切削刃部分39a与半径r3形成小负角(0至-5°)，但是如果切削刃37a、37b与平面p1平行，则不会那么大。功率要求因此降低了。在某些情况下，小正角(>0至+5°)也可用于进一步降低。

金属工件m的高进给铣削刀具10在图2a-图2c示出。使用高进给铣削刀具的方法将在800至1300rpm下、在达到约2mm，通常为0.5至1mm的切割深度和5至10米/分钟的进给速度下操作。可以使用在5-15°的范围内的进入角或安装角κ。安装角κ是在起作用切削刃部分39a与垂直于旋转轴线a的平面之间的角度。不管该表面的平坦度的质量如何，切削刃37a、37b的凸曲率在切削操作期间都引起对所加工的工件的连续压力。切削刃的这种曲率允许高进给铣削刀片适合用于加工大范围的表面平坦度。刀片的二等分线b被定位成大致平行于旋转轴线a。优选的，将刀具尽可能多地横穿刀具的周围地保持接合在工件上，并将其接合周围的40％以上，以保持铣削操作平衡。

对于槽等的加工，优选将起作用切削刃部分39b用作斜切(ramping)切削刃部分，即，被定位成比切削刃部分39a靠近轴线a的切削刃部分，并且其与表面擦拭切削刃部分40a、40b混合。

高进给铣削刀具包括铣刀本体11，该铣削刀具本体11具有形成在铣削刀具本体的前端13中的多个刀片槽12和保持在该多个刀片槽中的多个上述双面铣削刀片30。通常，切削刀片由与铣削刀具本体的材料相比较硬且较耐磨的材料形成。例如，切削刀片通常由硬质合金、金属陶瓷或诸如pcd或cbn的超硬切削材料制成。槽的数量可以变化，其中，在该情况中，有五个可用刀片位置。

冷却剂出口20设置在刀架11中，其通常被引向起作用切削刃的弯曲部分和直的部分，以冷却切削刀片并降低涂抹的风险。

每个刀片槽12具有与刀片30的支承面34a、34b大致相同形状的槽底邻接表面14，但具有稍微较小的面积，该面积约为80-95％。螺纹孔15从槽底邻接表面切向向后延伸，以接纳螺钉36。槽侧壁16、17、18从槽底邻接表面14向上延伸。槽侧壁16和17形成与切削刀片30的角度α相同或对应的槽内钝角。通过形成周向凹槽19，槽底邻接表面相对于其最近的环绕部凸起，使得背离刀具的旋转方向r的非作用切削刃保持完整无缺。槽底邻接表面的每一侧包括在中央弯曲部分140的每一侧上的大致直的部分139a、139b。

图3示出了根据本发明的替代实施例的刀片30’。当在平面图中观察时，刀片30’将具有与图1a所示的外观大致相同的外观。高进给铣削刀片分别设置有在间隙表面与上表面和下表面之间的相交处的每个周界边缘处的切削刃37a’、37b’。这种构造的高进给铣削刀片提供能够转位到起作用位置的六个切削刃。刀片30’与上述刀片30的不同之处在于，切削刃的最低点43a’、43b’在二等分线平面bp的相反侧上比在刀片30处分开得要宽。最低点43a’、43b’可间隔开大于小半径角部的半径。最低点甚至可以位于弯曲切削刃部分40a’、40b’一侧上的第二部分39b’处。当该切削刃用于仿形铣削时，例如，当刀具在铣削的同时轴向向后移动时，第二部分39b’的轴向角度将变成更负角度。

在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是开放性的并意味着具有与诸如“包含”的术语相同的意思且不排除存在其它结构、材料或动作。类似地，虽然诸如“可”或“可以”的术语的使用意味着是开放性的且反映结构、材料或动作不是必要的，但是不使用这些术语不意味着反映结构、材料或动作是必要的。就目前被认为是必要的结构、材料或动作来说，它们被这样确认。本文中的术语将被解释为本领域技术人员所认为的。表达式“当在平面视图中观察时”是指类似图1a的视图，即垂直于上表面或下表面的视图，并且术语“当在侧视图中观察时”是指类似图1b和图3的视图，即垂直于中心线cl的视图。

虽然在本文中使用术语“上表面”和“下表面”，但是对本领域技术人员显而易见的是，这仅是为了易于解释，并且“上表面”是否实际上在顶部取决于铣削刀片的定向。具体地，当然铣削刀片可以被倒置，使得“上表面”变成位于“下表面”下方，并且反之亦然。

虽然已根据优选实施例说明和描述了本发明，但应认识到，可以在不偏离如权利要求书所述的本发明的情况下进行各种变动和更改。

本申请要求优先权的ep专利申请15155979.6中的公开内容以引用的方式并入本文。