旋转刀具和刀具头的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种旋转刀具，该旋转刀具包括沿旋转轴线在轴向上延伸的支架轴，并具有固定至所述支架轴且设计成单独部件的刀具头，其中所述刀具头设有凹槽并具有多个切削刃。本发明还涉及一种刀具头，所述刀具头设有凹槽并具有多个切削刃，并且旋转刀具设置用于固定在支架轴上。
[0002]此类旋转刀具和此类刀具头公开于例如US 2011/0211921 Al或US 2012/0009027Al中。这些已知的旋转刀具为模块化铣削工具，其中刀具头经由可拆卸的螺纹耦合固定至支架轴。US 2011/0211921 Al公开了一种由工具钢制成的单独耦接部件。该耦接部件一方面可经由螺纹连接连接至由比该耦接部件更硬的材料制成的刀具头，另一方面可经由固定器(anchor)连接至另一親接部件。所述另一親接部件可螺旋进入所述支架轴。
[0003]此类旋转刀具意在用于加工材料，且为例如铣削、钻孔、绞孔或尖底镗孔工具。为了提升此类旋转刀具的使用寿命，其可由合适的材料，特别是硬质材料制成。因为此类材料通常昂贵，然而常常仅旋转刀具的高负载部分，例如其切削刃是由硬质材料制成或用硬质材料涂层(尤其在大工具直径的情况下)，采用带有可更换刀具头的模块化旋转刀具。
[0004]例如，DE 3620115 Al公开了一种成形铣削切割器，其由夹紧轴以及连接至该夹紧轴并还形成切削部的切削轴构成。在这种情况下，切削部形成为由多晶金刚石材料制成的套管，并牢固地施加至形成为接收轴的切削轴。
[0005]以类似的方式，JP 3073210 A公开了一种切削工具，该切削工具具有径向缩颈，在径向缩颈上设有由硬质材料制成的圆筒体。螺旋形凹槽设置于圆筒体中以形成切削刃。
[0006]或者，US 2001/0024602 Al公开了在切削和绞孔工具的头中设置多个凹槽并用硬质材料对其进行填充。US 4，679，971还公开了将完全由硬质材料制成的刀具头焊接到工具主体上。
[0007]本发明要解决的问题
[0008]本发明力图提供一种改进的旋转刀具，其成本低，同时使用寿命长。
[0009]问题的解决方案
[0010]该问题根据本发明采用具有权利要求1的结构的旋转刀具得以解决。有利的实施例、改进型式和变型型式为从属权利要求的主题。
[0011]为此，该旋转刀具具有在沿旋转轴线的轴向上延伸的支架轴和在连接点处连接至所述支架轴的刀具头。在这种情况下，刀具头提供为固定至支架轴的独立部件。刀具头同样沿旋转轴线延伸，并继而包括带有芯的基体，该基体在垂直于旋转轴线的平面内具有圆形截面。在芯上设有由切削材料制成的套(jacket)，该套具有规定的厚度。在套中制作有多个凹槽。
[0012]旋转刀具为(例如)钻孔工具、铣削工具、绞孔工具、尖底镗孔工具(counter-sinking tool)，且优选地为铣削工具，尤其是端铣刀。在操作过程中，旋转刀具通常在旋转方向上绕旋转轴线旋转。旋转刀具旨在用于加工材料，例如金属。为此，支架轴经由夹紧轴夹紧于机床中，该机床将旋转运动传输给该支架轴。具体地，支架轴设计为使得其关于旋转轴线旋转对称且基本上为圆柱形。
[0013]基体并因而刀具头被设计为由多种材料构成的混合部件。这些中的一个为芯，其特定地用于附接由切削材料制成的套。同样地，该芯沿旋转轴线延伸一定长度。该芯为具有圆形横截面的旋转体。优选地，该芯形成为圆柱体形状，但是，或者也可形成为具有圆锥体形状。套以材料锁合的方式连接至该芯。具体地，切削材料是被焊接的。切削材料作为具有规定壁厚(通常在毫米范围内)的套施加到该芯。壁厚理解为意指径向上，即垂直于旋转轴线的方向上的切削材料的厚度。此外，优选地，套在轴向上延伸一规定长度，该长度便利地对应于芯的长度。具体地，在其整个长度上，套具有相同的壁厚。随后，在该套内制作凹槽和切削刃。在引入凹槽和切削刃之前，如芯一样，该套在起始状态下具有圆形横截面，并被形成为例如中空圆筒形状，或一定程度上为套筒形状。由于套形成用于加工材料的切削刃，该套此后也称作切削套。
[0014]该设计基于采用带有套的预制混合体的想法，所述套在起始状态具有中空圆筒形状以用作能经济地制造的坯料。因此，该坯料在起始状态具有非常简单的形状，其制造简单。不同直径的坯料从而可提供用于不同的工具直径。同时，切削材料需要的材料受限于该混合设计。该带有芯作为支撑结构的混合设计也使得能采用非常硬和非常耐磨的材料，其对使用寿命具有积极效果。由于另外固定至支架轴，高价值切削材料的消耗以及因而其成本也进一步受到限制。最后，针对特定固定的连接方的材料合适配对由混合设计并通过在各种连接点处(例如，在芯和套之间，以及在刀具头和支架轴之间的固定点处)的目标材料选择提供。
[0015]优选地，切削材料套可选地由以下材料制成:多晶金刚石(称为“P⑶”)、立方晶型氮化硼(称为“CBN”)、多晶立方晶型氮化硼(称为“PCBN”)，或相当的和特别类似的硬质材料。这些材料由其相比其它材料具有更大的硬度从而尤其适合用作切削材料表征。具有此类材料的旋转刀具具有尤其长的使用寿命。
[0016]芯便利地由硬质合金制成。这有利于套在芯处的可靠附接，尤其是通过焊接的附接。
[0017]另一方面，支架轴优选地由工具钢制成。这使得支架轴能被经济地进行制造。通过使用不同的材料，有可能从特定的将满足该工具部件相应需求的材料来制造两个工具部件，即支架轴和基体。
[0018]在一个特别便利的改进型式中，刀具头具有耦接件，该耦接件沿旋转轴线在芯处与刀具头连接，刀具头经由该耦接件固定在支架轴上。在这种情况下，该耦接件由与芯的材料不同的材料制成，其被设计成专门用于固定至支架轴。优选地，这是一种与芯相比具有更大弹性的材料，使得在加工期间产生的切削力可经由固定点被可靠地引导进入支架轴。
[0019]为了将耦接部件可靠地固定至芯，优选地，该两个部件实质性地彼此结合，尤其是通过焊接结合。
[0020]为实现经济的操作成本，旋转刀具全部设计成模块化工具，且刀具头采用耦接部件可拆卸地连接至支架轴。如果发生了切削套磨损或损坏的情形，仅需要更换刀具头。术语“可拆卸地”在这种情况下理解为意指刀具头可以可逆地连接至支架轴。
[0021]合适的耦接机构描述于例如先前授予本申请人的文件US 2012 009027A和US2011 211921 A 中。
[0022]因此，如果支架轴和刀具头经由耦接部件采用螺纹连接彼此连接，则是优选的。例如，该耦接部件具有配置有带外螺纹的轴，当刀具头正连接至支架轴时，该外螺纹可螺旋进入相配的内螺纹中。螺纹连接的扭转方向便利地与刀具头的旋转方向一致，从而尤其确保在操作过程中螺纹连接不松动。
[0023]在优选的实施例中，耦接部件的一特别地至少大致圆筒形的卡圈区段(collarsect1n)连接至芯。在附接的状态下，所述卡圈区段因而被设置在芯和支架轴之间。优选地，卡圈区段的直径与套的直径相同或至少大致相同。从而，卡圈区段的直径比芯的直径要大。具体地，在过渡区形成一台阶，使得当从侧面观察时，基体由芯和卡圈区段形成为T形。
[0024]优选地，在卡圈区段上具有用于形成工具配合部的相对的平坦区域，该平坦区域具有跨越整个平坦区域的规定宽度。因此，刀具头可采用扳手经由这些平面旋转入和旋转出(具体是螺旋入和螺旋出)支架轴，以松开或连接刀具头。作为另外一种选择或除此之夕卜，在刀具头的端面上形成工具配合部。
[0025]在一个优选的改进型式中，凹槽在轴向上延伸，即在旋转轴线方向延伸越过套。换而言之:凹槽在轴向上制作使得其经由切削套和超越切削