专利名称：刀头的制作方法
此发明涉及一种用于切削加工的刀头，特别是用于镗削，至少带一个切削刃，一个与刀头切削表面的中部相连接的刀棱，一个与切削刃平行的贯通的断屑槽，以及沿着并平行于切削刃各自相互分开延伸的断屑单元。
例如在DE-A-2231631中曾经公开过这种刀头。在这个文献中也提到，通过一个或几个凹槽在加快切屑形成的意义上使切屑提前断裂，这些断屑槽在其横截面内有时具有呈圆弧形有时呈半圆形构造。无论如何在那个文献中双槽方案被当作一种不好的方法而放弃。为了改进断屑人们建议在刀角附近的一个唯一的断屑槽中至少设置一个凸台。
DE2515686C3指出了一个切削刀具，它的刀棱和一个下凹的侧面相接，也许它也可以作为断屑槽的一部分，在下凹的侧面设置成三角的凹槽，它一直扩展到刀棱的范围。US-A-4214845同样指出了带不同基本形状的凸起的扇球形或钝锥形断屑单元，其中断屑单元各自相对于切削刃升高形成凸起。DE3148535C2显示了带基本上呈三角形基面的棱锥台形断屑单元，这里有时断屑单元基面边界线中的一条正对着相邻的切削刃。
EP0208668B1指出了在弯曲的断屑面(断屑槽)至少局部设置凹坑的一个刀头，而且这个凹坑越过断屑槽延伸至相邻的刀棱区。同样例如由EP0168555A1或者EP0222317A1中可以看到带凸起的中间部位的刀头，从这个凸起的中间部位向切削刃方向伸出一个半圆形的投影。相反中间凸起部位(凸台)的上升一侧也可以设置凹坑，如由US-A-4880338所见。
上面所提到的这些结构形式应该有利于断屑，本质上说断屑是由于流动的切屑向外延伸而变形。横截面厚的切屑比薄的容易断裂，无论如何切屑厚度主要是由待加工工件或者说它的材料的性能决定的。可以通过对切屑流动表面曲率的配置对断屑施加进一步的影响。断屑槽的半径越小，切屑弯曲得越厉害，由此带来的缺点是切削力和可移位刀片上的载荷也加大。此外与断屑相关的动态力在切削过程中会导致不希望出现的振动。
对切削施加影响的另一个可能性是使切屑横截面形成漏头形，它应该通过隆起成为扇球形，筋条或相近的形状，或者成为与漏斗相当的形状。
本发明的目的在于，进一步发展序言中提到的刀头，根据不同的切削条件和不同的加工工件来设置切削面的表面拓朴图形，特别是这个结构应该允许大的进给量，并能够延长刀具寿命。
这个任务由在权利要求1中所叙述的刀头解决了，其新的特点在于断屑槽做成双槽型或者设置一个与第一槽相平行的断屑槽，并且至少在其中一个断屑槽内设置断屑单元。这里所述的切削面几何形状的组成适用于所有的刀头，特别主要适用于三角形、菱形或者带圆形刀刃的刀头。只有这种双槽型或者带断屑单元的两个相互并列的断屑槽的组合才能保证在镗孔时以尽可能小的切削力得到所希望的快速形成切屑。断屑单元可以是凹坑和/或凸台，例如按下述形式，在第一个断屑槽内设置凹坑，在后一个断屑槽内设置凸台，或者相反。
如果在前面的切屑刃附近范围内设置凹坑，所产生的切屑在它的长度方向产生一个附加变形。这样第一个断屑槽产生一个螺旋形，它通过外力，如重力、向心力或者通过与镗刀或切削刀具，或者与加工好的孔的碰撞而变长。当变长了的切屑撞到第二个断屑槽的尾部时，它使得切屑断裂，这个切屑通过位于第一个断屑槽的前部的凹坑而已经强化。在提高时给量进形成一个更厚的切屑和一个相应提高的阻力矩，这样切屑的强度将通过本发明所采用的球形漏斗或者凸台而强化。在相当大的进给量时，切屑将在没有预先弯曲的情况下碰上第二个断屑槽的端部，在这里切屑被折回。但是切屑在这里断裂了，因为切屑的阻力矩随着进给量的提高而变大，因此在同样的折弯角时切屑提前断裂。通过一个接一个排列的断屑槽可以采用大的进给量，同样也可以用同一把刀具在切削时以不同切屑形成方式加工不同的材料。
刀头的使用寿命对于可靠的切削过程具有决定性的意义。切削刃附近的凹坑意味着刀头的削弱，隐藏着刀具早期崩裂的危险。由于这个原因，通常凹坑与切削刃保持一定距离。凹坑到切削刃的距离以0.5到1倍的进给量(毫米/转)为最佳。
优先采用这种组合方式，靠近切削刃的断屑槽里设置凹坑，而远离切削刃的断屑槽里也设置凹坑和/或凸台。尤其是在切削刃附近的凹坑加远离切削刃的范围内设置凹坑或凸台的组合能够创造一种条件，这时切屑承受附加的横向力，尤其如果一个接一个排列的凹坑和/或凸台相互侧向错位设置时。由引形成的横向力附加地促使切屑断裂。
相反地可以在靠近切削刃的断屑槽里设置凸起的断屑单元(凸台)，虽然它通常会使切削力升高，但另一方面也有利于切屑的形成。切屑呈瓦楞形，它通过在远离切削刃的断屑槽内断屑单元的分层错位设置受到一个附加的横向力，由此改善了断屑条件。
在本发明的另一种可选择的结构形式中，在唯一的断屑槽或者靠近切削刃的断屑槽内在垂直于切削刃的方向至少设置两排凸台和/或漏斗状断屑单元，这里一个接一个排列的断屑单元相互侧向错位。通过这种结构形式在切屑形成时也会产生上面所写的受横向力作用的优点。
最后在本发明的另一种结构形式中，在两个相互平行的贯通的断屑槽的交接处可以设备凸台或漏斗状屑单元。
通常断屑单元有不同的大小，尤其是在远离切削刃的断屑单元大于靠近切削刃处的断屑单元。
优先采用这种刀头，其新颖之处在于，每个刀头具有一个由主切削刃围成的刀角，刀角的那一边有一个作为副切削刃的延长线，它基本上和孔的轴线相平行，或者与它稍微倾斜成10°角。这个副切削刃在切削刃进给时对已加工过的孔母线表面起光整作用。因为刀角在进给时画出一条螺旋形曲线，在没有按本发明提出的沿长线时，在孔横截面视图内每两个相互紧接的进给位置之间会产生一个毛刺，通过副切削刃以光整的方式将它修平。基本上用于这种光整作用所需要的副切削刃平行于孔轴心线，或者倾斜一个小角度，对孔轴线的倾斜角度通常不超过1°到2°。
根据本发明的另一种结构，作为副切屑刃的延长线的长度应该和镗刀一转的进给量相当，大多数情况下，直径小于20mm的孔的小镗刀其长度不超过1/10mm，直径到60mm的孔的大镗刀其长度不超过4/10mm。刀角半径在0.2到1.2mm之间。
这里刀角可以是完全倒圆的，或者也可以呈短直线，差不多像一个倒角的形状。
有关刀头在它的主切削刃上可以有一个或几个刀尖。通常刀头的每个切削刃具有两个刀尖，通过这种方式，一个单独的可转位刀片对于切屑得到多于一个切削区，这样随之改善了排屑，对这种刀片加以相应的调整，也可以明显地改善镗刀的对中性。
特别是根据对切削刃的另一种结构，刀尖的数目应该和切削区的数目一样多。这意味着对于一个具有两个刀尖的可转位刀片形成两个切削区，通过它在直径上各自形成较狭的切屑，其次在镗孔进能使排屑更方便，断屑也更容易。
根据本发明的另一种结构，每个切削刃具有基本上是内缩的凹形，它通常位于切削刃的中部。为了改正迄今所采用的两个相邻的切削刃之间成钝角的六角形刀片的缺点，根据本发明，切削刃中部将以“外翻皮碗”的形状相对于两个相邻刀角的连线向后移。用这种方法，每个切削刃形成了两个切削区，尤其是通过内缩形成两个切削刃分区，其中一个包含小于176°的外角。通常这个角度在145°到170°之间。
尤其是每个切削刃的刀尖可以通过刀角或由它所围成的半个切削刃分区组成。在这两种情况下，每个切削刃的刀尖都位于刀角的附近。如果刀尖是由一个刀角组成的，那么它通常应该倒圆。一个在刀角区域内的刀尖通常可以由如下的方法组成，这个刀角做成一个增大的角度。这里通常一个切削刃的两个刀尖设置在一个刀角附近两个不同的切削刃半区内。
以菱形或三角形为基形在刀角上设有一段凸缘或至少带一个与这段凸缘相连的主切刃的刀头，在这里这段凸缘在宽度方向向锐角的刀角延长，并由几个弯曲的扇形组成，它通常按刀角的中线对称设置，虽然这种刀头在EP0162029B1中已经见过，但这里这种刀头专门用于像纵车、内成形车，外成形车等要求不高的使用场合。对于这种刀头凸缘只起缩短切削刃的作用，所以这种刀头实际上只适用于上述这些目的，但不适用于镗孔。
再者，通常在刀角连线的垂线方向，相对于刀尖的内缩量在0.1到1.8mm范围内。这个内缩量是指二条平行线之间的距离，其中一条通过内缩的最低点，另一条通过刀角的端点，且都平行于刀角的连线。
通常每条切削刃是相对于它的中垂线轴对称分布的。
所说的内缩区域，可以通过刀片侧面成一个角度的相应结构实现，但通常它是倒圆的。特别是刀头通常应该是一个三角形或四边形(在顶视图内看)和/或制成可转位刀片。
侧面或者说形成后角的后刀面以及切削面的构成，原则上可以追溯到已知的结构形式。例如切削面可以在紧接切削刃的地方具有一个刀棱和/或一个断屑槽以及断屑单元。
其次本发明也可以在那些刀头中实施，这种刀头的主切削刃转折时，在转折部位，这半个切削刃组成一个钝角。在这种结构时，半个切削刃所围成的刀角有时带有一条作为副切削刃的延长线，这里副切削刃基本上平行于钝角的角平分线或者孔中心线，或者相对于这两条线略为倾斜。
尤其是根据本发明的推广，也涉及到在切削面的顶视图内基本上具有直角形轮廓的刀头，其中两个相对的侧面和在刀尖中部的它的切削刃，转折成这样，使它在转折部位形成一个钝角，所形成的四个刀角中每一个具有作为副切削刃的延长线，它相对于较长的侧面形成一个凸缘，它拐过一个尖角进入较长的侧面。原则上直角形刀片例如在EP0181844B1中已经知道，但是有效的主切削刃围成的刀角缺少用来光整孔母线的倾斜的副切削刀，不像EP0181844B1中的刀头一样。根据本发明，凸缘不是拐过一个尖角进入较长的侧面，而是在它拐过一个通常是15°到25°的尖角进入不是作为切削刃的侧面以前，这个刀角具有一个真正的副切削刃。
通常刀头基本上具有三角形或四边形的基形，和/或制成可转位刀片。
本发明的实施例在图中表出，其中
图1具有基本上是四边形基形的按本发明的刀头的顶视图，图1a沿A-A线的局部剖面，图1b刀头的局部剖视图，并表示出流动中的切屑，图2基本上是四边形的刀头的另一种实施形式的顶视图，图2a沿B-B线的剖视图，图3和图4分别表示四边形刀头的另一种基本形式，图5在加工中的带三个刀头的按照本发明的镗刀的剖视图，图6a按照本发明的镗刀的剖视图，图6b是图6a中的镗刀的端视图，图7a、b刀头在孔内进给进的局部剖视图，其中图3到图7b没有画出断屑单元。
在图1中表示的刀头10具有基本上为四边形的基形，带四个刀角11，刀角由切削面12和切削刃13以及长侧边18围成。按照现有技术，刀头具有一个固定孔14。两条相对的切削刃13，各自具有一个大致处于其中间部位的凹坑15，以及在两侧并与凹坑呈轴对称分布具有两个倒圆的刀尖16a和16b。刀头在每个刀角11的侧面有一条延长线17，它基本上沿孔的轴线或者图上所标明的纵轴L设置。这条延长线17在镗孔进给时起副切削刃的作用，在图7a和图7b中将对其作进一步说明。副切削刃的长度相当于镗刀一转的进给量，它大致在4/10mm的范围内。斜面19起与长侧面18过渡的作用，倾斜角最大25°。
由图1a可见，刀头在紧接着切削刃13围成的刀棱的地方具有两个直接紧靠在一起的，平行于切削刃3的贯通的断屑槽45和46。在第一个断屑槽45中，设置了一个凹坑47，它在顶视图中看是圆形或者如图所示的长圆形。在第二个断屑槽46中，有一个凸台48(凸起的断屑单元)。它是球缺形，与位于前面的各个断屑单元47相比，其直径更大一些。但是也可以考虑其它方案，在两个断屑槽45和46中同时设置凹坑或凸台，或相反，如图4所示，在第一个槽中设置凸台48，在第二个槽46中设置凹坑。通常断屑单元47和48的位置是相互错开的，这由图1根据其大小和位置可以看出。
图1b同时表示出的由正在流动的切屑在与靠近切削刃的断屑单元凹坑47接触时，和与远离切削刃的断屑单元凸台48接触时，以及从切削面脱开的位置的三个纵剖面，在上述情况下与刀棱50相连的是两个槽45和46，这里切削面是以透视的方式表示的，以便能够清楚地表示切屑流动的方法(箭头54)。由图1b中特别地可以看出，凸台48相对于凹坑47在切屑流动时相互略有一些侧向错位，由此当切屑和远离切削刃的断屑单元接触时得到进一步的上升或者弯曲。
由图2可以得知前述刀头的一种变型。这个刀头与图1表示的刀头相反，不是长的，而是正方形的，这里刀头20同样具有4个刀角21，以及位于刀角之间的切削刃22，它的切削刃分区22a和22b相互倾斜成一个大约160°的角。这样每个切削刃在刀角区同时组成两个刀尖23，在此产生一个大约70°的刀角夹角。与切削刃23相连接的地方同样有一条延长线17。刀头相对于轴线L1和L2同时呈镜像对称形。由图2a从沿着B-B线的一个剖面可以看出。在刀棱50的旁边紧接着一个断屑槽51，在它的旁边有一个与刀棱50一样高的板条52，在它上面有一个断屑单元49，其大小这样选择，即使在伸到前面的断屑槽51和在板条52后面与切削刃3相平行的另一条断屑槽53之内。
下面将表示刀头的其它结构形式，无论如何，总平面图的一半不带断屑单元，它的形状可以和已知的形状相当，特别是如在序言所列的出版物中所述的那样。
从图3中可以看到图2中的刀头的一种变型结构。这里也是相对于轴线L1和L2对称组成的，但是这里刀头24没有倒圆的刀尖16a和16b或23，而分别具有刀尖25，它在主切削刃的外部设置有一个约160°的角d。这里本发明的原理没有什么变化，这条延长线17用来作为光整刃。
图4中表示的刀头27基本上和图1中的刀头相当，同样呈长方形。每条相对于横轴L3呈镜像对称的切削刃29具有一个刀尖28，它位于中部，组成一个钝角。与切削刃29相接的侧面也相应中断。在本实施例中与每个刀角相连的地方切削刃29也有一条延长线17，它基本上平行于孔的轴线，或者对准长轴11。
图5表示一个按照本发明由两个相应于图2的刀头20组成的镗刀。在一把刀柄26中在相对的两个半侧镗刀上于端面方向各装上一个刀头20′和20″，这些刀头的工作区相互重迭，正如在后半个镗刀由点划线表示的刀头20″中可以看到的。镗刀的刀片安装面相互错位180°。内刀头20′略微超过孔的纵轴，鉴于它的实际的切削刃围成的刀角的连线的垂线相对于刀柄纵轴倾斜一个成5°的角b，就像其它刀头的附加的大小为V1的向后移位，其数量约为0.1mm。在镗削整块材料30，镗刀刚启动时，首先是刀尖S11，或者说在里面的刀尖与工件30相接触。通过两个刀头所选择的倾斜角b和外刀头10″相对于内刀头10′向后移一个量V2，外刀头20″的第一个刀角S21的刀尖超出局部切削S12的刀尖一个量V2，它的数量同样是0.1mm。相应地刀角S12和S22′刀尖的前凸量也一样，错位V3等于0.1mm。对于每个刀头20′和20″它所属的切削区S11和S12或者S21和S22组成各自的导向面，使得在镗孔时每个可转位刀片一共形成二条切屑。
图6a和6b表示出和图1中的结构形式相当的一个刀头，刀头31具有两个位于相对两侧的切削刃，这两个切削刃中的每一个在它们的中部有一个清晰凹形，通过刀角33的拓宽每个切削刃32同时形成两个刀尖34，刀尖做成圆筒，由图6a可以看到相互错位180°的刀头31和35的安装部位，两个刀头31和35关于它的中心线36相对于镗杆轴线37倾斜成一个5°角，刀头31和35的长侧面38可以做得和切削刃32一样大，或者更长一些，它不用作切削。
由图7a和7b可以得到延长线17的作用方式，在7a中局部表示出来的刀头在一个完整的材料上镗孔时，以进给量f向前进给，镗刀转一周后刀头的位置以39′和39″表示，这个刀头的刀角40在镗刀前进时实际上画出一条螺旋线，这样使每次产生一个毛刺，其大小由刀角的角度决定。以符号42表示孔轴心线，在应用根据本发明相应于图7b所表示的刀头时，延长线对毛刺41起一个进一步的光整作用。这样残留下来的毛刺43可以小到几乎看不出来。
权利要求
1.用于切削加工的，特别是镗孔的刀头，至少带一个切削刃(13，22，32)，一个与之相连的通向刀头切削面中部的刀棱(50)，一个与切削刃(13，22，32)平行的贯通的断屑槽(45，51)，以及沿着和平行于切削刃各自相互分开伸展的断屑单元(47，48，49)，其特征在于，断屑槽构成双槽型，或者与第一个断屑槽相平行设置第二个断屑槽(53)，至少在一个断屑槽内(45，46，51，53)完整地设置断屑单元。
2.根据权利要求1的刀头，其特征在于，断屑单元是凹坑(47)和/或凸台(48)。
3.根据权利要求1或2的刀头，其特征在于，沿着切削刃(13、22、32)在靠近切削刃的前面的区域内设置凹坑(47)和/或凸坑(48)。
4.根据权利要求3的刀头，其特征在于，凹坑(47)到切削刃(13、22、32)的距离是0.5倍到1倍的进给量(毫米/转)。
5.根据权利要求1到4之一的刀头，其特征在于，从切削刃(13、22、32)看过去第二个或后面的断屑槽(46、53)的后面的区域设置凹坑(47)和/或凸台(48)。
6.根据权利要求1到5之一的刀头，其特征在于，在切屑流动方向一个接一个排列的凹坑(47)和/或凸台(48)相互侧向错位设置。
7.用于切削加工的，特别是镗孔的刀头，至少带一个刀刃(13、22、32)，一个与之相连的通向切削面中部的刀棱(50)，一个平行于切削刃(13、22、32)的贯通的断屑槽，以及沿着并平行于切削刃的各自相互分开延伸的断屑单元(47、48、49)，其特征在于，在一个单独的断屑槽(45)内，在垂直于切削刃(13、22、32)的方向至少设置两行凸台和/或漏斗形断屑单元(47、48)，一个接一个排列的断屑单元(47、48)相互侧向错位。
8.用于切削加工的，特别是镗孔的刀头，至少带一个切削刃(13、22、32)，一个在这里与之相连的并通向切削面中部的刀棱(50)，一个平行于切削刃(13、22、32)的贯通的断屑槽(45、51)，以及沿着并平行于切削刃各自相互分开延伸的断屑单元(47、48、49)，其特征在于，设置两条相互平行的贯通的断屑槽(51、53)，并在断屑槽的交换处设置凸台或漏斗状断屑单元。
9.根据权利要求1至8之一的刀头，其特征在于，断屑单元(47、48、49)的大小各不相同。
10.根据权利要求9的刀头，其特征在于，在远离切削刃的区域内的断屑单元大于靠近切削头的区域内的断屑单元。
11.根据权利要求1至10之一的刀头，其特征在于，每条由一个主切削刃(13、22、29、32)围成的刀角(11、21、33、40)的主切削刃的那一侧，具有一条作为副切削刃的延长线(17)，它基本上平行于孔的轴线(42)，或者与孔轴线略为倾斜成最大10°角。
12.根据权利要求11的刀头，其特征在于，延长线(17)相对于孔轴线的倾角为1°到2°。
13.根据权利要求11或12的刀头，其特征在于，作为副切削刃的延长线(17)的长度相当于镗刀一转的进给量(f)，通常镗孔孔径小于20mm的小镗刀不超过2/10mm，镗孔直径小于60mm的大镗刀不超过4/10mm。
14.根据权利要求11至13的刀头，其特征在于，刀角圆角半径在0.2到1.2mm之间。
15.根据权利要求11至14的刀头，其特征在于，延长线(17)和刀尖(16a，16b，25)之间的刀角(11)具有直线刀角区。
16.根据权利要求11至15的刀头，其特征在于，主切削刃(13、22、32)中至少一个主切削刃具有至少两个刀尖(16a、16b、23、25、34)。
17.根据权利要求16的刀头，其特征在于，每个切削刃(13、22、32)形成与刀尖数目一样多的切削区(22a、22b、S11、S12、S21、S22)。
18.根据权利要求16或17的刀头，其特征在于，每个切削刃(13、22、32)具有一个基本上带有内缩(15)的凹形，它通常于位切削刃的中部。
19.根据权利要求18的刀头，其特征在于，通过内缩(15)形成两个切削刃分区(22a、22b、S11、S12、S21、S22)，它包含一个小于170°的刀度。
20.根据权利要求19的刀头，其特征在于，角度(α)在150°和170°之间，通常在160°和170°之间。
21.根据权利要求16到20之一的刀头，其特征在于，通过刀角(16a、16b、23)或与之相邻的切削刃半区形成一个切削刃的刀尖。
22.根据权利要求116到21之一的刀头，其特征在于，刀角(11，21)做成圆角和/或带一个增大的角度(C)。
23.根据权利要求21或22的刀头，其特征在于，在刀角附近设置一个切削刃的两个刀尖(25、34)。
24.根据权利要求16至23之一的刀头，其特征在于，在刀角(11)的连线的垂线(L)方向，内缩(15)和刀尖(16a，16b，23)间的距离(A)在0.1mm到1.8mm之间。
25.根据权利要求16至23之一的刀头，其特征在于，每条切削刃(13、22、29、32)相对于刀角(11)连线的中垂线或垂线成轴对称分布。
26.根据权利要求18至25之一的刀头，其特征在于，其内缩(15)区是倒圆的。
27.根据权利要求11至14之一的刀头，其特征在于，它在切削面的顶视图内基本上具有直角形轮廓，其中两个相对的侧面和它的切削刃(29)在一个刀尖(28)的中部折曲线，使得在折曲部位各自形成一个钝角，并在四个所组成的刀角中的每一个具有一条作为副切削刃的延长线(17)，它相对于长侧面形成一个凸缘，拐过一个锐角进入长侧面。
28.根据权利要求27的刀头，其特征在于，此锐角在15°到25°之间。
29.根据权利要求1到28之一的刀头，其特征在于基本上呈三角形或四边形，通常制成可转位刀片。
全文摘要
此发明涉及一个用于切削加工，为了设置适应于不同切削条件和不同加工工件的切削面的表面拓朴图形，特别是为了可以采用大的进给量以及保持尽可能长的刀具寿命，建议断屑槽做成双槽型，或者设置与第一条断屑槽相平行的另一条断屑槽，并且至少在一条断屑槽内完整地设置断屑单元。
文档编号B23B27/14GK1104139SQ9311271
公开日1995年6月28日 申请日期1993年12月20日 优先权日1993年12月20日
发明者曼弗雷德·韦格尼, 雷尼尔·V·翰斯 申请人:克鲁伯·韦狄亚有限公司