立铣刀及其刀片的制作方法

1.本发明涉及工件加工工具，特别涉及一种立铣刀及其刀片。


背景技术：

2.中国发明专利申请cn109862983a公开一种球头立铣刀，其切削刀片上具有呈朝向该切削刀片的前端外周侧凸出的圆弧状的圆弧状切削刃，在所述圆弧状切削刃的刀尖中的所述放射角度至少为30
°
以下的范围内形成有倒圆。由此，在对于高硬度工件进行高效加工的情况下，能够充分确保圆弧状切削刃的前端部附近的刀尖强度，并且防止崩刀。
3.对于工件面质量要求高的精加工，或者切深和进给都比较小的加工场合，切刃上的倒圆容易产生对工件施加挤压的运动，吃刀性不佳，切削阻力较大，容易导致刀具打滑，工件面出现刮滑痕迹，影响工件表面质量。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种立铣刀的刀片，以改善加工工件表面质量。
5.本发明的另一个目的在于提供一种具有上述刀片的立铣刀。
6.为解决所述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.根据本发明的一个方面，本发明提供一种立铣刀的刀片，其沿着旋转轴从后端向前端延伸，包括端面、前角面及切刃；端面位于所述刀片的前端侧，并且有后角面；前角面对应位于所述后角面的旋转方向的前方；切刃位于所述后角面和所述前角面之间，并且有钝化面；所述切刃随着远离所述前端侧从所述旋转轴的中心侧向所述刀片的外周侧延伸；所述钝化面具有第一部位和比所述第一部位更靠近外周侧的第二部位；所述第二部位的宽度大于第一部位的宽度。
8.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种立铣刀，包括沿旋转轴前后延伸的刀柄和位于所述刀柄前端的如上所述的刀片，所述刀片可拆卸地安装于所述刀柄上，或者所述刀片与所述刀柄为一体结构。
9.由所述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：本发明所提供的立铣刀的刀片中，切刃具有钝化面，且钝化面的更靠近中心侧的第一部位具有较小的宽度，使得切刃更靠近中心侧的部分更为锋利，具有更好的吃刀性，在加工时具有较低的切削抵抗，利于切削速度较小的靠近中心侧的这部分切刃能更平稳顺畅地进行切削，从而改善工件表面质量。而更靠近外周侧的第二部位具有较大的宽度，使得切刃更靠近外周侧的部分的强度更好，更利于其保持切削量和切削速度相对较大的工作状态，提高刀片的使用寿命。
附图说明
10.图1是本发明立铣刀一实施例的立体结构示意图。
11.图2是图1中立铣刀的刀片的立体结构示意图。
12.图3是图2的正面视图。
13.图4是图2的先端视图。
14.图5至图8是图3中在d-d处与切刃正交的截面图，图5至图8分别示意了钝化面的几种不同结构形式。
15.图9是在图3的视图上选取特征位置的示意图。
16.图10是图9中e-e处与切刃正交的截面图。
17.图11是图9中f-f处与切刃正交的截面图。
18.图12是图9中g-g处与切刃正交的截面图。
19.图13是本发明立铣刀的加工过程的示意图。
20.图14是图13中刀片切削工件时的状态示意图。
21.图15至图17是本发明其他实施例的刀片形状的正面视图。
22.附图标记说明如下：10、立铣刀；1/1a/1b/1c、刀片；2、刀柄；21、刀颚；3、紧固螺丝；11、端面；111、后角面；1111、主后角面；1112、副后角面；12、前角面；13/13a/13b/13c、切刃；40、工件。
具体实施方式
23.体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
24.本发明提供一种立铣刀及其刀片，该立铣刀可以为球头立铣刀、圆弧立铣刀等。该立铣刀的刀片位于立铣刀的前端侧，具有呈平面曲线或空间曲线状的多个切刃。使用时，立铣刀绕旋转轴旋转，各切刃对工件进行切削加工，在工件上加工出球面或空间曲面。
25.图1示意了本发明一实施方式的立铣刀10的结构。该立铣刀10包括刀柄2和位于刀柄2前端的刀片1。本实施例中，该立铣刀10为球头立铣刀。
26.刀柄2沿着旋转轴l从后端延伸到前端，刀柄2的前端设有相间隔的两刀颚21。刀片1安装在两刀颚21之间，并通过贯穿刀颚21和刀片1的紧固螺丝3固定。
27.在该结构中，刀片1可拆卸地安装于刀柄2上。在其他实施例中，刀片1也可与刀柄2为一体结构。
28.本发明针对刀片1的切刃结构进行了优化，以下通过可拆卸式的刀片1的结构进行具体描述。关于切刃相关的结构同样也适用于与刀柄2一体式结构的刀片1。
29.图2示意了本实施方式刀片1的立体图，图3示意了刀片1的正面视图，图4示意了刀片1的先端视图。
30.该刀片1沿着旋转轴l从后端延伸到前端，具有位于刀片1的前端侧并且有后角面111的端面11、对应位于后角面111的旋转方向的前方的前角面12及位于后角面111和前角面12之间并且有钝化面的切刃13。
31.为便于刀片1与刀柄2的安装，本实施例的该刀片1还具有相对的两个拘束面14以及贯穿两个拘束面14的通孔15，两个拘束面14用于分别与两刀颚21贴合，通孔15用于与紧固螺丝3连接配合。
32.端面11位于两拘束面14之间。端面11的后角面111位于切刃13的旋转方向的后方，并连接在切刃13和拘束面14之间。具体地，后角面111包括主后角面1111和副后角面1112，
主后角面1111与切刃13相接，而副后角面1112与拘束面14相接。
33.前角面12位于切刃13的旋转方向的前方，其与拘束面14之间形成有切屑排出槽(图中未标号)，供切刃13切削工件时产生的切屑排出。
34.切刃13随着远离刀片1前端侧从旋转轴l的中心侧向刀片1的外周侧延伸。本实施例中，切刃13呈空间圆弧状。切刃13设置为相对于旋转轴l呈中心对称的两个。从正面视图上看，两切刃13的投影位于同一个圆上。当刀片1绕旋转轴l旋转时，切刃13的轮廓构成球形，以在工件上加工出球面。
35.切刃13可根据本领域的相关钝化手段形成钝化面，钝化面随着切刃13的延伸方向同样从中心侧向外周侧延伸。参阅图5至图8，根据不同的钝化手段，钝化面可呈平面或凸曲面状。切刃13的钝化面分别与前角面12、主后角面1111相接。
36.图5所示，切刃13的钝化面呈圆弧面，分别与前角面12、主后角面1111相切，可通过倒圆角的形式形成，整个钝化面圆弧的半径r保持一致。
37.图6所示，切刃13的钝化面呈平面，其可称为倒斜角，钝化面与前角面12、主后角面1111分别具有夹角，两夹角可以相同也可以不同。
38.图7所示，切刃13的钝化面为平滑相接的两段圆弧面，与前角面12相接的圆弧面半径为r1，与主后角面1111相接的圆弧面半径为r2，r1＞r2。
39.图8所示，切刃13的钝化面也为平滑相接的两段圆弧面，与前角面12相接的圆弧面半径为r3，与主后角面1111相接的圆弧面半径为r4，r3＜r4。
40.在实际应用中，钝化面的具体形状不限于上述所列的四种，可根据需要进行设置，不再一一例举。
41.在未图示的一些实施例中，刀片1的表面可镀膜形成涂层，这种情况下，钝化面相应形成于涂层上。涂层的镀膜可采用物理气相沉积或化学气相沉积的方式，具体方式可参照相关技术。涂层的厚度可依据需求进行设定，且在切刃13的不同位置上，涂层的厚度以及形状可以不同，从而可以在不同位置的涂层处形成不同尺寸的钝化面。通过涂层的方式还可以增加刀片1的强度，在保证刀片1强度的基础上利于钝化面尺寸的减小，从而提高切刃13的吃刀性。
42.无论采用何种形式的钝化手段，根据本发明的实施方式，随着切刃13的延伸方向，钝化面具有第一部位和比第一部位位于外周侧的第二部位，第二部位的宽度大于第一部位的宽度。
43.可以理解的是，上述第一部位和第二部位在切刃13延伸方向上并不代表固定位置，可以动态选取。基于该第一部位和第二部位的宽度关系可以推知，在切刃13上，靠近中心侧位置处的钝化面宽度小于靠近外周侧位置处的钝化面宽度。
44.换言之，靠近中心侧位置处的切刃13较为锋利，而靠近外周侧位置处的切刃13则较钝。从而，切刃13更靠近中心侧的部分可以更方便地切入工件，具有更好的吃刀性，在加工时具有较低的切削抵抗，利于切削速度较小的靠近中心侧的这部分切刃13能更平稳顺畅地进行切削，从而改善工件表面质量。而更靠近外周侧的第二部位具有较大的宽度，使得切刃13更靠近外周侧的部分的强度更好，更利于其保持切削量和切削速度相对较大的工作状态，提高刀片1的使用寿命。
45.其中，切刃13某处钝化面的宽度是指切刃13该处分别与前角面12、后角面111相接
的两点之间的距离。
46.在图5至图8所示的与切刃13正交的截面上，钝化面的宽度在正面视图(图3所示的视图方向)看可被表示为a。另外，如果从先端视图(图4所示的视图方向)看，该宽度可被表示b。从轴测图(图2所示的视图方向)看，可被表示为s。
47.其中，与切刃13正交的截面是指：在切刃13某一点处，与切刃13通过该点的切线相垂直的正交平面。
48.钝化面的宽度不论采用上述a或b或s来评价，随着切刃13的延伸，上述第一部位与第二部位的宽度大小关系均成立。
49.较佳地，钝化面的宽度从第一部位向第二部位逐渐增大。由此，与切刃13的切削速度从第一部位向第二部位逐渐增大的趋势一致，使得切刃13各处的吃刀性更为均匀。
50.在一些实施例中，切刃13在从中心侧向外周侧的整个刃长延伸方向上均具有钝化面，改善切刃13整体的耐崩损性。进一步地，钝化面的宽度从中心侧的端部向外周侧的端部逐渐增加。
51.其中，钝化面在中心侧的端部具有最小宽度，钝化面在外周侧的端部具有最大宽度，最大宽度＝(1.5～5)
×
最小宽度。从而，可以获得吃刀性与强度之间的更好的平衡。
52.在一些实施例中，也可以仅在切刃13延伸长度上的部分位置形成钝化面，例如只在靠近中心侧的部分切刃13上形成钝化面，或者在切刃13经常使用的中间区域的部分切刃13上形成钝化面，等等。
53.另外，在一些实施例中，钝化面还可以具有比第一部位位于更靠近中心侧的第三部位，第三部位的宽度和第一部位的宽度相同。
54.此外，钝化面还可以具有比第二部位位于更靠近外周侧的第四部位，第二部位的宽度和第四部位的宽度相同。
55.也就是说，在切刃13上可以存在钝化面尺寸恒定的部分区域，且这部分钝化面尺寸恒定的区域可以有多个。扩展而言，在切刃13的整个延伸长度上，钝化面宽度逐渐增加的区域和钝化面宽度恒定的区域可以交替地存在于切刃13上。
56.参阅图9，在一实施例中，钝化面为圆弧面，沿切刃13延伸方向从中心侧向外周侧的方向依次取e、f、g三个位置，其中，e处切刃13的放射角为20
°
，f处切刃13的放射角为50
°
，g处切刃13的放射角为75
°
。
57.放射角是指：取旋转轴l上距离先端距离为切刃13最大加工半径的点c，取c点与切刃13上任意点的连线在基准面上的投影直线，投影直线与旋转轴l的夹角即为放射角。
58.对于本实施例所示意的球头立铣刀而言，在图9的视图方向上，点c正好在通孔15的圆心处，而基准面则为刀片1的拘束面14。
59.从图10至图12分别示意的这三个位置与切刃13正交的截面上看，钝化面的半径依次为r
e
、r
f
、r
g
，这几处钝化面半径的关系为：r
e
＜r
f
＜r
g
。举例而言，r
e
可为0.02mm，r
f
为0.025mm，r
g
为0.03mm。与此相应的，在中心侧的端部的钝化面半径较佳为0.005mm～0.015mm。而对于切刃13而言，其整个延伸方向上钝化面的半径范围最好在0.005mm～0.05mm之间，以兼顾吃刀性和强度的平衡。
60.对于采用其他钝化手段的钝化面，钝化面的宽度数值范围可参照上述圆弧面半径范围进行合理调整。
61.图13示意了立铣刀10的加工过程状态。立铣刀10沿水平方向走刀，单刃进给为fz，w1示意了立铣刀10的刀片1的第一个切刃13切削时的位置，w2示意了刀片1下一个切刃13切削时的位置。
62.切刃13某一位置实际切到的工件40的厚度为h，由图13可知，h与fz的关系取决于进刀角度，即切刃13与工件40接触点处切刃13的切线与水平面之间的角度，这一角度也等于切刃13在该位置的放射角。根据三角函数关系可知，h＝fz
×
sinθ。
63.图14示意了立铣刀10加工时，刀片1的切刃13与工件40接触时的剖面结构。在切削时，切刃13和前角面12共同作用于工件40上，对工件40进行切削，切削厚度即为图13所示意的h。而其中，切刃13钝化面与工件40接触的宽度为a(参照图5至图8的示意)。
64.在不同进刀角度θ、不同进给fz、不同钝化面宽度a的条件下，具有下述关系表。
[0065][0066]
根据刀片1与工件40接触的形状上看，处在钝化面宽度a范围内的切削抵抗决定于钝化面的结构，此范围内，切刃13的钝化面相当于一个极小前角(绝对值大的负前角)的作用，切削抵抗较大，而且切刃13的吃刀性很差。在钝化面以外的范围，前角面12与工件40接触，切削抵抗取决于前角面12，此范围内相对而言具有较大的前角，切削抵抗相对较小，吃刀性相对更好。
[0067]
综合来看，a/h值越小，则吃刀性更好，且切削抵抗越低。a/h越大，钝化面部分影响加大，切刃13的吃刀性变差，切削抵抗变大，容易导致工件40表面出现刮痕，影响工件表面质量。
[0068]
根据上表的数据，在同等单刃进给fz和同等钝化面宽度a的条件下，对比进刀角度θ为20
°
和进刀角度θ为47
°
的两个位置，在相对更靠近中心侧的θ为20
°
的位置处，a/h更大，说明越靠近中心侧的切刃13的吃刀性会更差。而在切刃13的同一位置，具有同样的钝化面宽度a和同样的进刀角度θ，单刃进给fz越小时，a/h越大，说明在单刃进给较小时，吃刀性也会更差，钝化面的影响也就越大。在进刀角度较小以及进给较小的加工条件下，减小切刃13的钝化面宽度对于改善吃刀性具有更大的意义。
[0069]
结合本发明的上述方案，对于靠近中心侧的第一部位，钝化面具有相对较小的宽度，从而可以减小a/h值，有效改善中心侧部位的吃刀性，提高工件表面加工质量，特别适应于小进刀角度、低进给的情形。
[0070]
而对于靠近外周侧的第二部位，切刃13的切削速度和切削量均相对更大，此时切
削抵抗主要由前角面12决定，适当增大钝化面的宽度对切削抵抗的影响不大，反而能增加切刃13的强度，更契合于切刃13的工作条件需求。
[0071]
参阅图15至图17，在其他一些实施例中，本发明的立铣刀还可以是圆弧立铣刀，刀片的切刃呈平面曲线状。
[0072]
图15所示为圆弧角型立铣刀的刀片1a，刀片1a的角部设有呈圆弧状的切刃13a。图16所示的立铣刀刀片1b中，切刃13b包括靠近中心侧的圆弧段和从圆弧段的后端向后往外周侧延伸的直线段。图17所示的立铣刀刀片1c中，切刃13c包括圆滑相接的半径不一致的多段圆弧。
[0073]
上述各立铣刀的刀片中，切刃具有不同的延伸形状，并且也不限于在此例举的几种形状，但总体而言，切刃均是在远离前端的方向上从中心侧向外周侧延伸。在这些切刃上，同样可参照上述球头立铣刀刀片的方式设置钝化面以及按上述变化规律设置钝化面的宽度，以改善切刃中心侧的吃刀性，从而提高工件表面加工质量。此处不再一一详细介绍。
[0074]
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，所述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。