本申请的主题涉及可更换的铣头，且更具体地涉及构造成具有至少一个轴向切削刃来用于面操作的可更换的铣头。此类可更换的铣头也称为"面铣头"或在下文中简称为"铣头"或"头"，它们所有在本申请中都旨在具体表示构造成具有至少一个此类轴向切削刃的铣头。此类"轴向切削刃"在下文中也称为"头前面处的主切削刃"。
背景技术
立铣刀与钻头的不同在于它们还可沿非轴向方向加工，且大体上其大多数(如果不是全部)加工是在非轴向方向上。
一般而言，立铣刀可在理论上分成以下类别：插入式铣刀、整体立铣刀和可更换的铣头。
插入式铣刀是铣削刀具，其包括具有凹穴的刀架和可更换的刀片，刀片通常可转位，构造成安装在凹穴中。插入式铣刀的优点在于由相对昂贵的较硬材料制成的可更换刀片构成铣削刀具的相对较小的部分。刀架包括柄，其在铣削期间由夹头或卡盘牢固地保持。
不同于仅需要更换小刀片的插入式铣刀，整体立铣刀包括一体形成的齿，且在其磨损之后更换整个整体立铣刀。整体立铣刀还包括一体形成的柄，其在铣削期间由夹头或卡盘牢固地保持。因此，整体立铣刀使用比插入式铣刀相对更昂贵的材料。尽管成本相对较高，但整体立铣刀优于插入式铣刀的至少一个优势在于，整体立铣刀的单个一体形成的本体可制造成相对较小，以允许在相对较小的位置铣削。
可更换的铣头与整体立铣刀的相似之处在于它们都具有一体形成的齿。然而，它们差别在于它们具有构造成用于与柄附接和从柄移除的柄连接器部分。尽管具有其一体形成的柄的整体立铣刀例如在强度、振动和简化制造方面可为有优势的，但在铣削期间由夹头或卡盘保持的可更换的铣头的柄不必在头磨损之后就更换。此外，尽管可更换的铣头比插入式铣刀使用更昂贵的材料，但可更换的铣头比整体立铣刀使用得更少。
本申请的主题仅针对后一类别，即，可更换的铣头。
更确切地说，本申请针对构造成用于面操作(即，构造成具有用于面铣削操作的至少一个轴向切削刃，即，在头的面处但沿非轴向方向执行的操作)的头。优选实施例还针对构造成仅用于面操作的头，即，不使用沿切削部分的外周的任何径向切削刃。最优选的实施例特别针对具有快速进给齿构造的头，即，为了仅用轴向切削刃来加工(换言之，构造成不使用位于径向切削刃与轴向切削刃之间的均匀转角切削刃)。
本申请的目的在于提供新的且改进的可更换的面铣头。
技术实现要素：
根据本申请的主题的第一方面，提供了一种可更换的面铣头，其包括头前面处的至少一个主切削刃，且特征在于，限定为切削部分长度lc除以切削部分直径de的长度直径比ldr满足以下条件：ldr≤1.00。
为了说明书和权利要求的目的，除非相反地指出，否则每个给定值旨在具有±0.01的容差。例如，条件规定：ldr=1.00，可备选地写作ldr=1.00±0.01。
尽管小于或等于1.00的长度直径比ldr由于需要的材料减少而优于已知设计，但ldr=1.00的特定比率具有特殊益处，其对于非快速进给齿几何形状仍足够长，特别是构造成用于精加工或转角加工操作的那些，精加工或转角加工操作仅产生相对较小的加工力且对应地较少热传递至其柄连接器部分。
此外，优选地，对于其轴向切削刃构造成执行大部分铣削或最优选全部铣削操作(如快速进给齿构造的情况)的头，甚至发现甚至小于1.00的ldr的比率是可行的且甚至是有益的。
关于热传递，通常这样利用头，使得可使用廉价的通常不太耐热的材料来用于所附柄(例如，钢，而非硬质合金)。生产相对较短的可更换铣头的缺点在于，随着头的长度减小，增加量的热从工件传递至头，例如，经由与从其加工的切屑接触，这继而又可过大地加热头的柄连接器与经由柄连接器固定到头上的柄的连接区域。过热可阻碍或有时防止头从柄去除，这因此可能抵消使用可更换的头的主要益处。又一个缺点在于不能向短铣头提供结合"最佳点"(即，稳定的铣削速度)的设计，这可进一步减小振动。
在不受理论束缚的情况下，面铣头中未发现过热，因为其与工件的主要接触区域是在头的前面，且并未沿其外周，从而使热与保持头的柄间隔开，且允许甚至比申请人之前已知的相对更短的头。
此外，据信减小的长度直径比ldr提供进一步稳定性，这例如还补偿最佳点的缺失。
此头设计或许可认作是已知铣头与插入式铣刀之间的新混合立铣刀，因为用于头的昂贵材料(通常但不限于硬质合金)的量小于之前已知的，且因此更接近用于插入式铣刀的刀片的量。
根据本申请的主题的第二方面，提供了一种可更换的面铣头，其构造成围绕限定相反的轴向向前方向df和向后方向dr和相反的旋转前方向dp和后方向ds的中心旋转轴线ar旋转，前方向dp是切削方向，面铣头包括：头后面、头前面和从头后面延伸至头前面的头外周表面；形成有外螺纹和从头后面向前延伸的柄连接器部分；与柄连接器部分一体形成且从柄连接器部分向前延伸至头前面的切削部分；可平行于中心旋转轴线ar测得的切削部分长度lc；以及在头前面处且垂直于中心旋转轴线ar的垂直平面pp；切削部分包括：多个一体形成的齿，每个齿包括头前面处的主切削刃；与多个齿交错的多个凹槽；以及切削部分直径de；特征在于限定为切削部分长度lc除以切削部分直径de的长度直径比ldr满足以下条件：0.3≤ldr≤1.00。
根据本申请的主题的第三方面，提供了一种可更换的面铣头，其特征在于，限定为切削部分长度lc除以切削部分直径de的长度直径比ldr满足以下条件：ldr≤1.00，且面铣头的齿构造有快速进给几何形状。
所谓的"快速进给几何形状"是特定的面几何形状，其构造成加工相对较小的切屑，用相对较高的进给速度补偿，以增加由相对较小的切屑移除的相对少量的材料。此设计可对于高移除速率(即，粗加工操作)特别有利。尽管粗加工操作生成比精加工操作更大的热传递，但迄今发现，快速进给几何形状和/或位置足够防止柄连接器和连接的柄的连接区域的过热。下文所述的附加特征(例如，如冷却剂孔)也有益于此目的。
更精确地说，具有快速进给几何形状的每个齿可限定为包括：沿头外周表面的起伏刃；连接到起伏刃上且包括切削部分的径向末端点的凸出弯曲外转角；所述主切削刃连接到外转角且从外转角沿前内方向延伸；连接到主切削刃上的凸出弯曲内转角；以及连接到内转角上且沿后内方向延伸的斜切削刃。
根据本申请的主题的第四方面，提供了一种可更换的面铣头，其特征在于，限定为切削部分长度lc除以切削部分直径de的长度直径比ldr满足以下条件：ldr=0.50±0.05(或更优选ldr=0.50±0.01)或ldr=1±0.01。下文描述了这些精确的长度直径比值的特殊优势。
根据本申请的主题的第五方面，提供了一种可更换的面铣头，包括头前面处的至少一个主切削刃、一体形成的切削部分和螺纹柄部分，其特征在于，头没有紧固构造，且限定为切削部分长度lc除以切削部分直径de的长度直径比ldr满足以下条件：ldr≤1.00。
根据本申请的主题的第六方面，提供了一种面铣削组件，其包括根据前述方面中的任一个所述的面铣头，以及柄；柄包括：柄后面；柄前面；以及从柄后面延伸至柄前面的柄外周表面；柄前面形成有开口，开口构造成接收头的柄连接器部分。
应理解，上述内容是概述，且任何上述方面可进一步包括下文所述的任何特征。确切地说，以下特征可单独或组合地应用于任何以上方面：
头可包括头后面、头前面和从头后面延伸至头前面的头外周表面。
头可包括切削部分和柄连接器部分。切削部分可从柄连接器部分向前延伸。切削部分可与柄连接器部分一体形成。整个头可一体形成，或换言之，可具有整体的一件式构造。这对于加工期间的稳定性是优选的。例如，整个头可制造为单个压制和烧结本体。此本体可压制成期望的最终或基本上最终的形状，即，包括齿和凹槽，或备选地，例如，可具有在随后制造过程中磨削的凹槽和齿。
切削部分和柄连接器部分可在交叉点处相遇。切削部分可包括包绕柄连接器的面向后的切削部分环形表面。交叉点可位于沿中心旋转轴线的轴向位置处，柄连接器部分和面向后的切削部分环形表面位于该处。
切削部分可包括多个一体形成的齿和与多个齿交错的多个凹槽。
切削部分可包括切削部分直径de。更精确地说，切削部分直径de可限定为切削部分的最大直径。切削部分直径de可位于头前面处或附近。
柄连接器部分可从头后面向前延伸。
柄连接器直径dsc可小于切削部分直径de。优选地，柄连接器直径dsc可小于切削部分的最小外径dm。优选地，限定为柄连接器直径dsc除以切削部分直径de的直径比ddr满足以下条件：0.6≤ddr≤0.8。
柄连接器长度ls能够从头后面到切削部分可测得。
柄切削部分长度比scr限定为切削部分长度lc除以柄连接器长度ls，且可满足以下条件：0.3≤scr≤1.5。
柄连接器部分可优选形成有外螺纹。优选地，每个螺纹的最外点可沿假想圆柱定位。优选地，每个螺纹的最内点可沿假想圆柱定位。
柄连接器部分可包括位于外螺纹与切削部分之间的截头圆锥区段。优选地，截头圆锥区段可具有轴向长度，该轴向长度构成小于柄连接器长度ls的三分之一，且更优选小于柄连接器长度ls的四分之一。
头的总长度lt限定为从头后面到头前面。
切削部分长度lc可平行于中心旋转轴线ar测得。更精切地说，切削部分长度lc限定为从柄连接器部分和切削部分的交叉点延伸至头前面。
垂直平面pp可位于头前面处，且可垂直于中心旋转轴线ar延伸。
长度直径比ldr限定为切削部分lc除以切削部分直径de。长度直径比ldr小于或等于1.00(ldr≤1.00)。长度直径比ldr可优选满足以下条件：0.3≤ldr≤1.00。将理解，一般而言，小比率优于大比率(即，接近0.3的值大体上是优选的)。然而，本文所述的许多考虑对于优选比率考虑。
生产具有长度直径比ldr≤0.3或优选大于或等于0.4(ldr≥0.40)的轴向刃在结构上是更安全的，即使使用具有较大比率的附加昂贵材料。允许跨过不同直径尺寸的制造的简化同时使用仅少量的额外材料的特定比率是ldr=0.50±0.05。更优选地，ldr=0.5±0.01。
尽管小于或等于1.00的长度直径比ldr优于已知设计，其中比率越来越小，例如，ldr≤0.90，由于增大稳定性和较少材料引起更显著优点。尽管如此，即使在比率减小到低于ldr=1.00时，需要相对较少昂贵的材料，仍相信ldr=1.00的特定比率是有益的。
将理解，紧固构造一般用于将铣头固定至柄。例如，铣头可构造成具有紧固构造，其沿铣头的头外周表面形成在切削部分处。沿头外周表面的典型构造可为构造成接合扳手的头外周表面的相反侧上的两个平凹口。在此情况下，优选的比率是0.50≤ldr≤1.00，优选0.6＜ldr≤0.90，其中趋近这些比率的中间的值是最优选的。然而，备选的选择将是使用构造成置于铣头上或周围的特殊键，以使其牢固地旋转到柄上的安装位置，且在此情况下，头可没有紧固构造。此键不太典型，因为它们通常是针对每个齿凹槽构造特殊生产的。然而，可构想出，根据本发明的主题的铣头可没有任何紧固构造，且在此情况下，长度直径比ldr可使用特别少量材料，例如，ldr≤1.00，优选0.3≤ldr≤0.7。
头的重心可位于切削部分中。此构造可能需要将ldr增大到高于齿强度和热传递考虑所需的最小值，但可在切削部分以标准方式磨削的情况下是有益的，与例如在磨削期间以非典型方式注射模制或保持相反。换言之，切削部分可尺寸设计成使得其重量大于柄连接器部分的重量。
在沿朝前面的中心旋转轴线的视图中，多个齿中的每个齿可使其大部分在切削部分的最小外径内延伸。
多个齿中的每个齿可定位在中心前方。此几何形状可具有有利的切屑弹出效果，从而减小至切削部分的热传递。由于减少了所需的生产步骤，故这与中心冷却剂孔组合可为特别有利的。
头可包括冷却剂布置。优选地，冷却剂孔可在前面的中心打开。除标准冷却剂效果之外，用于面铣削的此位置可具有有利的切屑弹出效果(在甚至还可使用空气而非流体的情况下)，从而减小至切削部分的热传递。由于减少了所需的生产步骤，故这与定位在中心齿前方的齿组合可为特别有利。更优选地，冷却剂孔可与中心旋转轴线ar同轴地延伸。
多个齿中的每个齿可包括：沿头外周表面延伸的起伏刃；连接到起伏刃上且包括切削部分的径向末端点的凸出弯曲外转角；连接到外转角上且从外转角沿前内方向延伸的主切削刃；连接到主切削刃上的凸出弯曲内转角；以及连接到内转角上且从内转角沿后内方向延伸的斜切削刃。此齿几何形状可有利于允许在高进给速度下加工，同时具有至柄连接器的相对较小的热传递。
在沿中心旋转轴线ar的后视图中，切削部分的多个齿中的每个齿可凸出弯曲，至少从内转角到外转角凸出弯曲。优选地，每个齿的整体可凸出弯曲。在下文所述的实例中，每个齿的整体在此视图中凸出弯曲，然而，应注意，接近前面的中心的曲率半径很大，使得在不放大的情况下不容易看到弯曲。
主切削刃可为直的，或优选是具有切削刃半径的凸出弯曲的。切削刃半径可大于外转角半径。切削刃半径可优选为外转角半径的至少八倍。
每个齿的外转角可具有外转角半径。外转角半径可优选小于或等于2mm。
每个齿的内转角可具有内转角半径。
每个齿的起伏刃可优选从外转角沿后内方向延伸。此几何形状可特别有益于粗加工操作。
第一连接点可限定在主切削刃和内转角连接的位置；第二连接点可限定在主切削刃和外转角连接的位置；且假想的直线限定在第一连接点与第二连接点之间，且与垂直平面一起可对向切削角α，该切削角α满足以下条件：10°≤α≤25°。接近该范围的中间(即，17.5°)的切削角α是更优选的，因为相比于较小角时，接近其的该一个或多个值允许移除相对较大的切屑/材料，即使这可导致至切削部分的增大的热传递。
由垂直平面pp与斜切削刃对向的引入角θ可满足以下条件：10°≤θ≤30°。该范围中的引入角值和特别接近20°的那些是优选的，以允许快速斜向下刀，即使这通常是整个加工过程的很小部分。
多个齿可优选包括5到7个齿。齿的最优选数目为刚好6个齿。此相对较大齿数还有助于减小至加工头的热传递。
多个齿可分别从头前面沿头外周表面螺旋地延伸。
面铣削组件可包括柄和铣头。
柄可包括：柄后面；柄前面；以及从柄后面延伸至柄前面的柄外周表面。
柄前面可形成有构造成接收柄连接器部分的开口。开口可形成有内螺纹。柄前面可包括面向前的柄环形表面。
柄可具有柄长度lsh，其为铣头的总长度lt的至少三倍。
柄可构造成比钢更耐热。例如，柄可涂布有耐热涂层。柄可由硬质合金或具有比钢更好的耐热性的另一材料制成。
附图说明
为了更好理解本申请的主题且示出其可如何在实施中执行，现在将参照由比例3d模型产生的附图，在附图中：
图1为根据本申请的主题的铣头和柄的分解侧视图；
图2为图1中的铣头的前端视图；
图3为图1中的铣头的放大侧视图；
图4为图1至3中的铣头的切削部分的部分的侧视图；
图5为旋转来匹配图1和3中所示的定向的图3中的切削部分的同一部分的侧视图；以及
图6为图5中所示的最下方齿的轮廓视图。
具体实施方式
参看图1，将描述本发明针对的类型的面铣削组件10的典型特征。面铣削组件10包括柄12和头14。
柄12包括柄后面16、柄前面18和柄外周表面20。
柄前面18可形成有开口22。开口22可位于中心。开口22可形成有内螺纹24。
柄前面18还可包括面向前的柄环形表面26。柄环形表面26可包绕开口22。
柄可具有柄轴线as，可沿柄轴线as测量柄长度lsh。柄长度lsh可构造成具有用于由夹头(未示出)保持的标准长度。
头14可包括头后面28、头前面30，以及从头后面28延伸至头前面30的头外周表面32。
头14还包括柄连接器部分34和切削部分36。
柄连接器部分34可从后面28延伸至柄连接器部分34和切削部分36的交叉点38。
柄连接器部分34可形成有外螺纹40。更精确地说，柄连接器部分34可包括下连接器区段42和上连接器区段44。上连接器区段44可连接下连接器区段42和切削部分36。外螺纹40可形成在下连接器区段42上。上连接器区段44可优选为截头圆锥形。
切削部分36可包括包绕柄连接器34的切削部分环形表面46。更精确地说，切削部分环形表面46在交叉点38处包绕柄连接器34。
头14可经由内螺纹24和外螺纹40固定到柄12上，其中柄环形表面26抵靠切削部分环形表面46。
现在参看图2和3，将描述更具体地涉及本申请的主题的特征。
中心旋转轴线ar沿纵向延伸穿过头14的中心，以限定相反的轴向前方和后方方向df,dr，以及相反的旋转前和后的方向dp,ds，前方向dp是切削方向。为了理解而示出了示例性向内方向di，但将理解，用语"向内方向"意思是大体上方向朝向中心旋转轴线ar。类似地，还列举了向外方向do，且应理解为大体上方向远离中心旋转轴线ar。下文使用了组合方向如"前内方向"和"后内方向"，其限定由提到的两个方向的分量的组合得到的单个方向，但不一定是两个提到的方向之间的准确平分。
垂直平面pp位于头前面30(即，在其交叉的前点处延伸，这在此情况下由内转角60构成，第一前转角在以下论述中表示为60a)处，且垂直于中心旋转轴线ar延伸。
切削部分长度lc可平行于中心旋转轴线ar测得。更精确地说，切削部分长度lc可限定为从交叉点38延伸至头前面30(或换言之，至垂直平面pp)。
柄连接器长度ls可平行于中心旋转轴线ar测得。更精确地说，柄连接器长度ls可限定为从后面28延伸至交叉点38。
柄连接器直径dsc(即，最大柄连接器直径)可小于可垂直于中心旋转轴线ar测得的切削部分直径de。优选地，柄连接器直径dsc可小于切削部分36的最小外径dm。
总长度lt可限定为从头后面28到垂直平面pp。
切削部分36包括多个一体形成的齿50(例如，第一齿50a、第二齿50b、第三齿50c、第四齿50d、第五齿50e和第六齿50f)和与多个齿50交错的多个凹槽52(例如，第一凹槽52a、第二凹槽52b、第三凹槽52c、第四凹槽52d、第五凹槽52e和第六凹槽52f)。
还参看图4至6，齿50和凹槽52可如图所示为相同的，因此涉及任何齿或凹槽的以下描述应认作是涉及全部。
第一齿50a可包括起伏刃54a、凸出弯曲外转角56a、主切削刃58a、凸出弯曲内转角60a，以及斜切削刃62a。
起伏刃54a可沿外周表面32延伸。起伏刃54a可从外转角56a沿后内方向dr,di延伸。
外转角56a可连接至起伏刃54a，且包括切削部分36的径向末端点57a(图3)。外转角半径roc可具有0.6mm的优选但示例性的值。
主切削刃58a可连接到外转角56a上，且可从外转角56a沿前内方向df,di延伸。在切削刃58a弯曲到可测量的程度的情况下，优选但示例性的其切削刃半径rce的值可为10mm。
内转角60a可连接至主切削刃58a。
斜切削刃62a可连接至内转角60a，且从内转角60a沿后内方向df,di延伸。
更精确地说，第一连接点64a(图3)可限定在主切削刃58a和内转角60a连接的位置，第二连接点64b可限定在主切削刃58a和外转角56a连接的位置。
假想直线li可限定在第一连接点64a和第二连接点64b之间，且与垂直平面pp一起可对向切削角α。在本实例中，切削刃半径rce很大，使得主切削刃58a基本上与假想直线li重叠。
有效切削长度le可限定为从第二连接点64b到垂直平面pp。
如图所示，每个齿50可定位在中心前方。详细而言，参看图2，头14可旋转，直到径向线lr与主切削刃58a的交叉点pi交叉，这在第一齿50a的此情况下示出。交叉点pi与预期主切削刃的开端重合，即，第二连接点64b。显然，在比交叉点pi更接近中心旋转轴线ar的沿主切削刃58a的点处，主切削刃58a在前方向dp(即，切削方向)上在径向线lr前方。因此，当切屑(未示出)接触主切削刃58a时，其弹出远离头14，基本方向由标为66的箭头示意性示出(相比于向内方向di，其更多是方向朝向外方向do)。
图6中示出了引入角θ。
冷却剂孔68可通向前面30。
将第一凹槽52a用作实例，在面应用期间，离开冷却剂孔68的冷却剂(未示出)流过相邻齿(例如，由箭头69所示的方向)，其可进一步有助于弹出已经沿由箭头66所示的方向推进的切屑(未示出)。
在图4中示出了螺旋角h。尽管此类型的头的螺旋角值不受限制，但优选范围将满足条件10°≤h≤30°。更接近20°的值认作是更优选的。
回到图3，应注意，头14构造成具有沿外周表面32的紧固构造70。示例性紧固构造70包括头14的相反侧上(仅示出了其中一个)的两个相同的平凹口72，其构造成用于与扳手(未示出)接合。
由于沿头外周表面32的紧固构造70可需要一些切削部分的长度(即，所示紧固构造70需要紧固构造长度lf)，头14长度可设计成比严格来说加热或加工目需要的更大的切削部分长度lc(即，相反此伸长是为了容易将头14安装至柄12)。
在所示实例中，切削部分长度lc和切削部分直径de相等且因此ldr=1.00。