專利名稱：銑刀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及金屬切削工具，更具體地說涉及螺旋切削工具例如立銑刀和平面銑刀。詳細地說，本發(fā)明涉及一種包括多條具有嵌入物的凹槽的銑刀，其中嵌入物的軸向刃面角在每個凹槽之間并且在每個凹槽內(nèi)變化。
多年來所使用的螺旋銑刀的一種形式是這樣一種螺旋銑刀，其中每個嵌入物的切削刃與下一個相鄰嵌入物的切削邊緣軸向間隔開，并且其中每條螺旋線中的嵌入物如此重疊，從而需要兩排或多排來形成一個完整的或“全效”的切割刃。如在上述作為參考的Milling Catalog的第188頁上所示一樣，這種設計由kennametal 0度Lead-Helical立銑刀所示。這種設計的其中一個缺點在于，在至少一條螺旋線中的前嵌入物必須具有不同的長度或向內(nèi)偏置，因此不能是平面銑刀。這是由于必須在每條螺旋線中使這些嵌入物重疊的結果。因此，所有嵌入物通常不是相同的，因此不是可替換的，因此需要制造和存儲多個嵌入物。
這些重疊的螺旋線和其他普通的銑刀對于它們所打算的目的和因此許多切削工藝而言是足夠的；但是，仍然要求在螺旋銑刀的設計和有效性方面作出進一步的改進。
在美國專利No.5083887中披露了一種這樣的解決方案。在該解決方案中，切削嵌入物以螺旋排列的方式設置，其中每個嵌入物的切削刃相對于切削工具沿著圓周方向與下一個相鄰嵌入物的底座間隔開，并且沿著軸向方向與下一個相鄰嵌入物的切削刃成重疊關系，并且每個嵌入物的徑向延伸邊緣與相鄰嵌入物的徑向延伸邊緣成重疊關系，從而在任何一個凹槽中的所有嵌入物的切削刃形成一種階梯形形態(tài)的連續(xù)不中斷的切削線。這種解決方案被稱為單槽“全效”銑刀。
雖然這種單槽“全效”銑刀提供了這樣一種螺旋立銑刀，它只使用一種嵌入物并且只需要一條切削槽進行“全效”切削，但是本行業(yè)仍然在努力開發(fā)改進的“全效”銑刀，不論它是單槽或是雙槽的“全效”。具體地說，本行業(yè)一直在尋求更好的表面光潔度；更平穩(wěn)的切削動作；振動降低；沖擊降低；顫振降低；更廉價的刀具；更耐久的刀具；使用壽命更長的刀具；并且設計更簡化從而更容易且更快速地制造和更換刀具。
因此本發(fā)明的一個目的在于提供一種改進的螺旋銑刀，例如一種立銑刀或平面銑刀。本發(fā)明的又一個目的在于提供這樣一種改進的螺旋銑刀，該銑刀能夠進行“全效”切削。本發(fā)明還有一個目的在于提供這樣一種改進的螺旋銑刀，該銑刀包括非一致的排屑槽和/或在這些排屑槽上的嵌入物底座，這些底座在排屑槽之間并且在沿著單條排屑槽的嵌入物之間具有不同的刀面角。
本發(fā)明的又一個目的在于提供與當前銑刀相比的以下所有或部分優(yōu)點更好的表面光潔度；更平穩(wěn)的切削動作；振動降低；沖擊降低；顫振降低；更廉價的刀具；更耐久的刀具；使用壽命更長的刀具；在切削期間能耗更低；并且設計更簡化從而更容易且更快速地制造和更換刀具。
在優(yōu)選的實施方案中，所述軸向刀面角在刀具體的圓周上選擇地變化以形成交錯序列重復的陣列。
如在

圖1中所示一樣，該螺旋立銑刀10包括刀具體12和刀柄14。如本領域所公知的一樣，刀柄14構成為能夠插入并且固定在銑床或其它切削機床(未示出)的主軸內(nèi)。刀柄14可以具有任意形狀或結構以便能夠進行這種插入和固定。這些結構包括但不限于V形凸緣、錐形、圓筒銑刀裝配件以及Weldon刀柄。顯然，如果該銑刀是平面銑刀的話，則如本領域所公知的一樣不存在任何刀柄。
刀具體12是一種具有中心軸線CA的基本圓柱體。該刀具體12從刀柄14軸向延伸至端面16，從而在它們之間形成了外表面18。該刀具體12的外表面18優(yōu)選包括多條螺旋凹槽。要理解的是，大部分螺旋凹槽可以形成在刀具體12中。在圖1中的整體透視圖顯示出螺旋凹槽20和22。每條凹槽20和22優(yōu)選以從端面16延伸至基本上刀柄14的螺旋或盤旋方式切割形成在所述外表面18中。
每條螺旋凹槽20和22通常包括一對相對的表面，即前表面28和后表面30，從而如在圖1和2中最清楚地所示一樣形成切開的排屑槽區(qū)域。前表面28和后表面30可以在該排屑槽的徑向最里面部分處相交(因此形成一種徑向橫斷面大體上為V形的排屑槽)，或者底面可以連接前后表面(因此形成一種橫斷面大體上為U形的排屑槽)。該螺旋凹槽的更詳細說明可以參照美國專利No.5913644，該文獻在這里被引用作為參考。
每個前表面28從外表面18螺旋向內(nèi)切割，從而當從任意給定的徑向平面中看時該表面相對于如在圖1中所示的基本上為圓柱形的刀柄14的中心軸線大致成輻射狀。這種螺旋可以是順時針的或是逆時針的。相反，每個后表面30實際上是多個階梯形底座34。
嵌入物38安裝在位于每條凹槽20和22中的每個底座34上。如在圖1和2中所示一樣，使用具有可以插入穿過在每個嵌入物中的相應錐形孔(未示出)的錐形磁頭的螺釘39將每個嵌入物安裝在每個底座上，然后將它們擰進在相應底座34中的螺紋孔中。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用任意已知的嵌入物固定方法和裝置，包括不會改變本發(fā)明的所有本領域所公知的那些方法和裝置。
這些嵌入物通常具有任意已知的結構、尺寸、形狀或形態(tài)，只要這些嵌入物能夠以所期望的方式牢固且正確地配合底座34。這些嵌入物的實施例包括在上述作為參考的Kennametal Milling catalog中的第7-132頁上所描述的那些嵌入物。具體的實施例包括在這里所述的ADKT或LFEW型嵌入物。
底座34和其上的嵌入物38如此設置并且成階梯狀，從而這些嵌入物不一定在圓周上重疊。在所示的實施方案中，這些嵌入物確實稍微重疊。但是，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以清楚看出，這些物體的裝配件使這些嵌入物在圓周上分開。
每個嵌入物38包括如在圖1中所示的至少一個切削刃40。由于本發(fā)明的特性和如在下面所詳細描述的一樣提供“全效”切削的可變軸向刀面，所以相鄰嵌入物的切削刃40不必重疊，但是實際的嵌入則不一定。但是由本發(fā)明可以想到，實際的切削刃也可以重疊，這同樣是本發(fā)明的一部分。
每個底座34都包括有徑向刀面角和軸向刀面角。徑向刀面角是底座表面36和工作面之間的角度。它是在從外部切削刃看時底座34或安裝在其上的嵌入物與內(nèi)部邊緣和中心軸線投影的徑向傾角。對于本發(fā)明而言，本發(fā)明的特征與徑向刀面的角度無關。
如在圖4中所示一樣，軸向刀面角是底座34和/或以頭尾相連的方式安裝在其上的嵌入物的軸向傾角。更具體地說，軸向刀面角是刀具體10的中心軸線和與安裝在底座面36中的嵌入物的切削刃平行的任意平面之間的夾角。
參照圖4，該圖顯示出這樣一個實施例，其中三個角度αnm、βnm和γnm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)規(guī)則地形成在具有三排屑槽的刀具上。雖然使用在具有三排屑槽的刀具上的三個角度αnm、βnm和γnm來描述本發(fā)明，但是要理解的是，根據(jù)本發(fā)明排屑槽的角度、數(shù)量以及這些角度和排屑槽的圖案可以按要求進行變化。另外，切削方向可以右旋或左旋，并且螺旋線不必以連續(xù)的角度，而是可以隨著螺旋線前進而從刀具表面變化至切割的最大軸向深度。
如在圖4中所示一樣，在螺旋凹槽20中的軸向刀面角αnm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)與在螺旋凹槽22中的軸向刀面角βnm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)不同，并且與在螺旋凹槽24中的軸向刀面角γnm(其中n＝嵌入物行，m＝排屑槽列)不同。軸向刀面角αnm、βnm和γnm對于在每個排屑槽列m例如22、24和26內(nèi)的每個嵌入物行而言是不同的。通過改變嵌入物的刀面角αnm、βnm和γnm來在每個單獨的凹槽和/或每個排屑槽中給出大致的導入角，從而在這些嵌入物作用在工件上時切削刃現(xiàn)出更一致的效果。要理解的是，這個一致性趨向于使切削刃在工件上施加的沖擊更規(guī)則地分布，從而防止了諧振。除了在諧振上的作用之外，本發(fā)明還允許通過改變傾斜角來改變各個嵌入物切削長度和有效的刀面角。這里，嵌入物前緣的中點位于與這些排屑槽等距離間隔的位置上。但是，由于嵌入物角度的變化，所以在嵌入物前緣上的所有點之間的圓周距離不是相等的，除了上述中點之間的距離之外。
這些嵌入物可以布置成有或沒有使這些嵌入物的前緣在一條排屑槽中重疊，對于緊隨的排屑槽而言，嵌入物的布置可以如此，從而從前面排屑槽的切削中沒有任何顯著的未切削材料量。
要理解的是，因此這些嵌入物的有效軸向長度Z1、Z2、Z3也與軸向刀面角相反地在凹槽之間變化。更具體地說，如在圖4行1中所示一樣，在凹槽24中的嵌入物的有效軸向長度Z3長于在凹槽22中的嵌入物的有效軸向長度Z2，而該Z2長于在凹槽20中的嵌入物的有效軸向長度Z1，但是包括整體長度L在內(nèi)的嵌入物尺寸是相同的。參照行2，在凹槽22中的嵌入物的有效軸向長度Z2長于在凹槽24中的嵌入物的有效軸向長度Z1，而Z1長于在凹槽20中的嵌入物的有效軸向長度Z3。這個有效軸向長度的計算是一種幾何計算，其中嵌入物的有效軸向長度是三角形的一條邊，并且實際插入物長度是該三角形的最長邊，并且軸向刀面角是它們之間的內(nèi)含夾角。
如果將大致為每個嵌入的實際切削長度的這些有效軸向長度Z投影成一個二維視圖，則它們?nèi)缭趫D4中所示一樣。不同的軸向刀面等同于如由40a和40b之間的差值所示一樣的不同圓周切削長度。使用具有設置在不同軸向刀面處的嵌入物的多條排屑槽是一種“全效”切削，這是因為由沒有重疊的相鄰嵌入物的切削刃產(chǎn)生的脊部、頂點或其它起伏處被相鄰排屑槽中的嵌入物銑去，其中，該嵌入物由于軸向刀面不同而在橫斷面上沒有對準。
α、β、γ的實際角度可以是在0度和90度之間的任意角度。只要在相鄰排屑槽中的嵌入物不是終止在相同的橫斷面中。這在圖4中由直線50和52最清楚地顯示出，由此只要直線50和52沒有重疊就可以實現(xiàn)本發(fā)明的益處。
或者，在排屑槽20和24中以及在排屑槽22和26中的嵌入物可以進行不同的設計，從而在銑刀上的底座36相同，而嵌入物具有不同的軸向刀面角。本發(fā)明只需要在切削刃處具有不同的軸向刀面，因此該軸向刀面的提供可以基于底座角度、嵌入物結構或兩者。如果它由嵌入物提供，則該嵌入物在一個端部較厚，并且平滑地過渡到較薄的端部。
總之，該多排屑槽立銑刀10提供了“全效”銑削而與在給定排屑槽中的切削刃或實際嵌入物體的重疊無關。一個發(fā)明特征是改變在排屑槽之間并且在相同排屑槽內(nèi)的軸向刀面角，這實際上改變了這些嵌入物的有效軸向長度。通過為排屑槽提供位于其上的具有不同軸向長度的嵌入物，從而這些嵌入物重疊并且能夠進行“全效”切削。
如前面所述一樣，在這些排屑槽中的不同刀面角的本發(fā)明特征不僅可以適用于如在這些圖中所示的螺旋立銑刀，而且還可以適用于平面銑刀和其它銑刀。它還可以適用于圓柱形刀具體之外的刀具體，例如錐形刀具體。
在這里所給出的文獻因此被引用作為參考。
在不脫離本發(fā)明的精神和必要特征的情況下，本發(fā)明當然也可以以在這里所述方式之外的其它特定方式進行。因此，這些實施方案在各方面中都被認為是示例性的而不是限制性的，并且在所附權利要求的含義和等同范圍內(nèi)的所有改變將被涵蓋在其中。
權利要求
1.一種用于切削工件的切削刀具，它包括刀具體，它具有一位于其上的外表面和一位于其內(nèi)的中央軸線，并且在所述外表面上包括至少第一和第二螺旋排屑槽，每條排屑槽包括多個固定在其中的嵌入物以限定一個軸向刀面角，其特征在于所述嵌入物的所述軸向刀面角在排屑槽之間并且在每條排屑槽內(nèi)是變化的。
2.如權利要求1所述的切削工具，其特征在于在整個所述刀具體上的所有嵌入物是相同的。
3.如權利要求1所述的切削刀具，其特征在于所述刀具體包括三條螺旋排屑槽，其中每條螺旋排屑槽具有第一、第二和第三軸向刀面角。
4.如權利要求3所述的切削刀具，其特征在于在整個所述刀具體上的所有嵌入物是相同的。
5.如權利要求4所述的切削刀具，其特征在于每個嵌入物的實際長度大于切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物的實際長度在圓周上沒有重疊。
6.如權利要求1所述的切削刀具，其特征在于所述每一個嵌入物都具有切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物上的切削刃在圓周上沒有重疊，從而使用具有至少兩條軸向刀面角不同的排屑槽的切削刀具進行切削導致了一種全效切削。
7.如權利要求1所述的切削刀具，其特征在于所述每一個嵌入物都具有切削刃，并且在具有不同軸向刀面角的嵌入物上的這些切削刃具有不同的切削刃長度。
8.一種切削刀具，它包括在其上具有外表面并且在其內(nèi)具有中央軸線的刀具體，該刀具體在所述外表面上包括至少第一和第二螺旋排屑槽，每條排屑槽包括多個固定在其中的嵌入物，在所有排屑槽中的這些嵌入物是相同的，并且其中在所述第一排屑槽中的嵌入物固定成具有第一有效軸向長度，而在所述第二排屑槽中的嵌入物固定成與所述第一有效軸向長度不同的第二有效軸向長度，這些嵌入物的每一個都具有切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物上的切削刃在圓周上沒有重疊，其中每個嵌入物的實際長度大于切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物的實際長度在圓周上重疊。
9.如權利要求8所述的切削刀具，其特征在于在所述第一排屑槽中的嵌入物的每一個都以第一軸向刀面角固定，而在所述第二排屑槽中的嵌入物的每一個都以與第一軸向刀面角不同的第二軸向刀面角固定。
10.如權利要求8所述的切削刀具，其特征在于在整個所述刀具體上的所有嵌入物都是相同的。
11.如權利要求8所述的切削刀具，其特征在于所述刀具體包括四條螺旋排屑槽，其中兩條具有第一軸向刀面角，另兩條具有第二軸向刀面角。
12.如權利要求8所述的切削刀具，其特征在于在整個所述刀具體上的所有嵌入物都是相同的。
13.如權利要求12所述的切削刀具，其特征在于每個嵌入物的實際長度大于切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物的實際長度在圓周上沒有重疊。
14.如權利要求8所述的切削刀具，其特征在于所述每一個嵌入物都具有切削刃，并且在任一條排屑槽中的相鄰嵌入物上的切削刃在圓周上沒有重疊，從而使用具有不同有效軸向長度的嵌入物的切削刀具進行切削導致了一種全效切削。
全文摘要
一種用于切削工件的切削刀具(10)，它包括一刀具體(12)，該刀具體具有位于其上的外表面和位于其內(nèi)的中央軸線(CA)，并且在所述外表面上包括至少第一和第二螺旋排屑槽(22，24)，每條排屑槽(22，24)包括多個固定在其中的嵌入物(38)以限定一個軸向刀面角，其中所述嵌入物(38)的所述軸向刀面角(α
文檔編號B23C5/10GK1468164SQ01816896
公開日2004年1月14日 申請日期2001年9月25日 優(yōu)先權日2000年10月4日
發(fā)明者肯尼思·G·德羅什, 霍華德·W·弗賴伊, 羅納德·L·杜德青斯基, 馬克·A·弗朗西斯, L 杜德青斯基, W 弗賴伊, A 弗朗西斯, 肯尼思 G 德羅什 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司