CN1024768C - 一种用于铣削刀具的切削刀片 - Google Patents

Abstract

一种切削刀片，用于圆周旋转铣刀，该铣刀具有一个圆柱形刀杆和一些可换的、圆周设置的铣削刀片。切削刀片具有至少一个由切削前面和后面之间所确定的切削刃。刀削刃是曲线形的而且是由一平面的部分曲线边所构成，该平面与该切削刃旋转所成圆柱表面相交，其角度相当于铣刀切削刀片的轴向前角。

Description

本发明是关于一种圆周旋转铣刀，包括一个基本上呈圆柱形的刀杆，刀杆上制成一个或几个周边凹座，一组相应数目的可换硬金属的切削刀片分别并且可松开地装在凹座中，而且每个凹座在每个刀片的前方提供了一个切屑空间。

在铣削刀具上所用的切削刀片一般是由一个具有平底座的棱形体组成，它的侧面即后面与上面即切削前面相交。切削刀片至少有一条由切削前面和后面相交产生的刃所确定的切削刃。

刀片是这样夹固在刀具上，使得切削刃位于刀具的圆形切削轨迹上并且相对于旋转轴线倾斜成一个被称为轴向前角的角度。

用可换刀片相对刀具旋转轴线成一角度设置在公知的旋转铣刀上，刀片是以直的切削刃构成的。当这种刀具用来铣削平行于旋转轴线的平面时，铣得的表面是不光滑的，存在部分凹面。这当然有损于铣削的质量，而产生这种结果的原因在于切削刃与工件的接触点并不是都置于离轴线相同的径向距离上。

在切削时，轴向前角的大小直接影响着刀具的稳定性，而且也影响切削刃的耐用度。一般来说，设置大轴向前角的刀片是有利的。采用可换刀片的刀具设置这种大轴向前角会削弱刀具结构。因此，大多数普通铣刀都采用相对小的轴向前角结构来使用。

众所周知，与固定式的切削刀具所用的后角相比，铣削刀具刀片所用的后角相对大一些，特别是小直径切削轨迹情况下所用的铣 削刀具更是如此。增加后角会导致切削刃的削弱，因此，存在着后角大小的极限。后角大小根据加工工件的材料，构成刀刃的材料和刀具切削轨迹的直径来确定。一般来说，对于硬而且韧的工件材料，采用高速钢刀具时，后角在6°～8°之间，采用碳素钢刀具时，后角在5°～7°之间。从另一方面说，对于中碳钢、铸铁等工件，后角能高达20°。

刀片的前面是切屑被切断时承受切屑撞击的表面。前面的倾斜度使切削刃达到更锋利成更锐利的程度时，前角规定为正值。然而，前面的倾斜度是使切削刃减少锋利或更钝时，前角规定为负值。众所周知，当前角在正方向增加时，所需切削力和所产生的切削温度都趋于降低。更进一步说，对于采用这种相对大的正前角刀片的刀具，一直到确定的最佳前角寿命都趋于增加。从另一方面说，前角的大小受到刀片材料性质的限制。因此，增加前角超过确定的最大值范围是不可能的。

因此，为获得最佳的切削性能和刀具寿命，希望沿切削刃长度上所有点的后角和前角保持尽可能大。

然而，已经发现圆周旋转铣刀由于刀片配置，使其产生了一个相对于铣刀纵轴线的轴向前角。在切削刃的引导端，由切削刃所呈现的后角比它相对的尾端处由切削刃所呈现的后角大得多，假定刀片在其切削刃的尾端呈现相对小的后角实际上应当在尾端处使用最小值的后角，将看到在引导端的后角过分地大了。由此，导致这点上切削刃削弱的危险性增加，而且因此降低了刀具的寿命。从另一方面说，尽管由刀片在尾端所产生的前角是所需要程度的正值，在它的引导端刀片所产生的前角就过分地负了。这样，高的切削力将导致刀具震颤，刀片破裂，一般缩短了刀具寿命。

本发明的目的在于提供一种新的并且改进的圆周旋转铣刀，它至少具有一个合适的具有曲线形切削刃的刀片，以致能够生产基本光滑的铣削表面，而且能够基本上减少或克服上面所述的部分或全部缺点。

根据本发明，提供一种切削刀片，用于圆周旋转铣刀，该铣刀具有一个圆柱状刀杆和至少一个可换的设置在圆周上的切削刀片，每个切削刀片有至少一个由该切削刀片的前面和后面所确定的基本上弯曲的切削刃，其特征在于切削刃形成一平面的曲线边部分，该平面与所述的切削刃旋转形成的圆柱体表面相交，并形成一个与铣刀的切削刀片的轴向前角相应的角。

根据本发明，提供一种切削刀片，用于圆周旋转铣刀，该铣刀具有一个圆柱状刀杆和多个可换的外周设置的切削刀片，和具有该切削刀片的后侧面，其特征在于切削刃的曲率是由下列关系式给出：

$\mathrm{r=}\frac{［\frac{l}{4}{］}^2\mathrm{＋［}\frac{\frac{D}{2}－\sqrt{\frac{D^2}{4}－\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{aA}}}{2}{］}^2}{\frac{D}{2}－\frac{\sqrt{\frac{D^2}{4}-\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{\alpha A}}}{2}}$

其中：r＝切削刃的曲率半径

l＝弯曲的切削刃的弦两端连线长度

D＝切削刃的圆柱包括面直径

α_A＝轴向前角

提供这种曲线形切削刃保证了生产出光滑的加工表面。

切削前面和后面最好是这样的连续曲面，使切削刀片的前角和后角相对于圆柱形刀杆被确定为沿切削刃长度基本保持不变。

由此可保证相对于圆柱形刀杆，刀片的前角和后角沿切削刃的长度上基本保持不变。并且由于任意选择轴向前角，切削刃在沿着它的全部长度上都能具有同样最佳效果的后角和前角。因此增加了刀具寿命，减少了切削力。

根据本发明的进一步的最佳实施例，一个或每个切削刃都相对于基座平面倾斜。

这样，用这种方法来增加轴向前角，同时不影响刀片底座相对于刀杆纵轴线的角度。换言之，轴向前角的增加不是以刀杆结构上的削弱为代价获得的。

附图简要说明。

为了更好地理解本发明，看一下实际当中是如何实现的，现用附图加以说明。

图1是适用于本发明的一种公知型式的铣刀的透视图。

图2是一个简化了的铣刀的局部侧视图，表示一个公知切削刀片在刀杆上的位置和相应的铣刀杆。

图3是沿图2所示刀片上的Ⅲ-Ⅲ线所取的剖面图，附加了一个相关的圆形切削轨迹。

图4是沿Ⅳ-Ⅳ线所取的类似的剖面图。

图5是一个简化铣刀的侧视图，表示根据本发明的装置在位的铣削刀片。

图6是本发明切削刀片的透视图。

图7是图6所示的切削刀片的俯视图。

图8和图9分别是图6中所示的切削刀片的侧视和正视图。

图10是图1所示的那种简化铣刀局部放大透视图，以放大的比例和夸大的形式表示图6、图7、图8、图9中所示的切削刀片。

图11、图12，和图13是图5中所示铣刀和切削刀片分别沿Ⅺ-Ⅺ，Ⅻ-Ⅻ，ⅩⅢ-ⅩⅢ线所取的，附加了相关的圆形切削轨迹的剖面图。

图14和图15分别是图6中沿ⅩⅣ-ⅩⅣ和ⅩⅤ-ⅩⅤ线所取的切削刀片的剖面图。

图16是一个铣刀的正视图，表示按本发明并附加一个圆形切削轨迹的切削刀片的端面。

图17是图6、7、8、9中所示刀片的切削刃的曲线被确定的一种形式的示意图。

以下是最佳实施例的详细说明。

图1表示涉及本发明的那种类型的旋转铣刀。显然，铣刀包括一个圆柱状刀杆1，在刀杆上基本上等角度的分布着多个凹槽2，每个凹槽包括一个刀片支撑底座3，在座上可松开地装有可换硬金属切削刀片40。凹槽2的剩余部分构成一个切屑空间5。刀杆适于装在机床上（没有划出）以便围绕纵轴线6旋转。

在继续对根据本发明最佳实施例进行详述之前，首先参阅图2、3、4，这些图表示了适用于本发明然而使用了普通刀片的那种铣刀的相关几何形状。图2所示的侧面示意图，为了说明目的已经简化了其中仅表示了安装一个切削刀片的情况。

图2中很明显，切削刀片11装在一个圆柱体刀杆1的适当的外周槽内。具有细长切削刃12的切削刀片11平行于刀片11基座的相应棱13。切削刃12相对于轴线6的角度规定为角α。

参照图3和图4，可分别看到沿Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ线所取的刀片11局部剖面图（相当于刀片的导向部和尾部）并分别附加了切削刃12 位于各截面线上各点所遵循的圆形轨迹。

图3和图4很明显，刀片11是由后面14和构成长形的切削形成槽16的一部分的前面15所构成。切削刃12规定在后面14和前面15的相交处，而且如图3和图4分别所示，各截面线Ⅲ-Ⅲ，和Ⅳ-Ⅳ，与切削刃12相交在12′和12″点。随着铣刀的旋转，切削刃12上点12′如图3所示，遵循圆形轨迹17′运动，同时点12″如图4所示，遵循圆形轨迹17″运动。

图3中很明显，径向前角β′规定为前面15和从圆17′中心伸出到点12′的半径18′之间的夹角。进一步说，后角γ′规定为后面14和圆17′上点12′处切线19′之间的夹角。与此相似，图4中也很明显，径向前角β″规定为前面15和圆17″的半径18″之间的夹角。同时，后角γ″规定为后面14和切线19″之间的夹角。

记住，考虑上述有关最佳后角和径向前角时，可以容易地从图3和图4中看出。在后角γ″（见图4，刀片尾部截面所示）很可能是一个有效的最佳最小值时，相应的γ′（见图3，在刀片导向部所示）具有过大的值，而且刀片的这一位置承受着最大的切削力。上面已经说明了这种过大后角能使切削刃削弱，在施加重切削载荷时，导至破裂的危险。

另一方面，也可以看出，在图3中所示的径向前角β′呈现在刀片导向刃处的是有效的负值。图4中所示径向前角β″呈现在刀片尾刃处的是合适的正值。可以看出，负的径向前角引起切削力的增加和刀片的磨损。这样一个负径向前角存在于刀片的导向刃处，而此处是刀片承受最大负荷之处，这种情况是不希望出现的。进一步说，采用图2所示的那种公知的刀片，要增大轴向前角不可避免地受到装刀片的铣刀杆上刀片座角度的影响。很容易看出，这样增加斜度 不可避免地把一个削弱结构的因素引入铣刀杆中。

这里已叙述了本发明适用的那种旋转铣刀上安装公知的切削刀片的几何形状和其固有的缺点。现在我们开始详细研究根据本发明所提供的最佳实施例。在这方面，现参照图5至图17，它们表示根据本发明的铣削刀片的结构和几何形状，用于包括圆柱状刀杆20a的旋转铣刀20上。

从图5中明显看出，刀片21装在设置在刀杆20a上的一个凹槽20c所形成的底座20b上。刀片21上制有细长的切削刃22，和现有技术不一样，刀刃不平行于刀片底座的相应棱，而是相对于刀片底座相应棱边21a成锐角α′。另一方面，刀片的底座相对于旋转铣刀的纵轴线6成角α″。这个角α″相当于传统现有技术中的切削刃与基座棱互相平行的刀片的轴向前角。因此，切削刃22的轴向前角α_A等于α′+α″。

因此，很容易看出，根据本发明，给切削刃增加一个轴向前角，而不需要刀片座任何结构变化。它只要与铣刀的旋转轴线6相对成一个角，这个角大于现有技术中所用的刀片的一般基底角α′。因此，增加轴向前角而不把削弱结构的因素导入铣刀杆是可能的。

现在参照附图6至附图9。这些图表示特定的切削刀片。在这些图中明显看出形状为平行六面体的刀片21构制有一对长的侧切削刃22a和22b以及前、后切削刃23a和23b。切削刃22a被确定在侧后面24和向下倾斜的前面25a之间。切削刃22a被窄小的刃棱面26a与前面25a相隔开。与其相似，切削刃22b被确定在一个类似的侧后面（没有表示出）和向下倾斜的前面25b之间。一个窄长刃棱面26b插在切削刃22b和前面25b之间。前切削刃23a被确定在前后面27和向下倾 斜的前面28a之间。它被前刃棱面29a与前面28a相隔开。与其相似，后切削刃23b被确定在一个后面（没有表示出）和一个后前面28b之间。它被一个刃棱面29b与后前面28b相隔开。

同图5中所描述的刃片一样，图6和图8中所示的刀片21构制有在相对意义上倾斜，而使与刀片21的底座的相应棱成锐角的侧切削刃22a和22b。以此把增加但相反的轴向前角给与刀片的相对边。这样，刀片直径上对顶角处与擦磨部位处30a和30b有的高度大于刀片另外一对顶角31a和31b处的高度。由此可见，前、后切削刃23a和23b在相反方向上倾斜，与刀片21底座相应的前、后棱成铣角。

刀片21的侧后面24在线32处被分成窄的上侧后面部24a和宽的下侧后面部24b。刀片21相对的侧后面（没有表示出）也是与此相似地分成两部分。根据本发明，侧后面部24a和前面25a是连续的曲面，它使切削刃22a上任意点以适当的圆形切削轨迹上的该点处的切线为基准所测量的后角沿切削刃长度上保持不变。径向前角相对于沿切削刃22a也是如此。由此可见，在前面25a和后面24a之间所成的角沿切削刃长度上保持不变。同时，如上所述，窄的上后面24a是连续曲面，而宽的下后面24b基本上保持平面。因此便于迅速地把刀片安装和夹紧在刀杆上。刚刚叙述过的侧后面24和前面25的形状与相对位置通过前面25b和与其关联的后面（未表示出）的形状与相对位置反映出来。

参照图6至图9，刚刚描述过的刀片各表面的曲度和结构被形象地表示在图10中。图10是一个铣刀简化的透视图。由于是简化形式铣刀仅示出一个切削刀片。应当强调的是图中所看到的曲度为了说明目的的而被夸大了。

参照图11、12、13，它们分别是刀片21在图5中沿Ⅺ-Ⅺ，Ⅻ -Ⅻ，ⅩⅢ-ⅩⅢ线所取的剖面图。图中分别附加了切削刃在各剖面线上各点的圆形轨迹。

如图11中所见的，径向前角β_A是前面25a和从圆形轨迹35a的中心引伸到切削刃上点22a的半径34a之间的夹角。与其相似，如图12中所看到的，参照沿切削刃22的一个中间点22b，径向前角（β_B是前面25b和圆形轨迹35b的半径34b之间的夹角。而后角γ_B是后面24和切线36b之间的夹角。

最后，切削刃22的尾刃上点22c，径向前角β_C是前面25c和圆形轨迹35c的半径34c之间的夹角。而后角γ_C是后面24和切线36c之间的夹角。

根据后面24和前面25的适当连续曲度，如图11、图12和图13所示，保证后角γ_A、γ_B、γ_C沿切削刃22长度上基本保持不变。与此相似，沿切削刃22的长度上径向前角β_A、β_B和β_C基本上相等。基本上保持不变。因此，沿切削刃长度上所有点的后角都是与最佳效果相一致的最小后角。由此保证了有效的刀具寿命而基本上不削弱刀刃。与此相似，沿切削刃长度的主要部分径向前角β保持正值，甚至在尾刃处也仅是极小的负值。因此这样就保持一个最佳的径向前角β。

如图14和图15中所示，它们分别表示刀片的导刃和尾刃的剖面图。后面24和前面25的曲度保证了前面25和后面24之间夹角δ在所有的点上基本上保持恒定。另一方面，后面24和垂直于刀片基面线之间夹角ψ，在刀片导刃处由一个极小值ψ_A到刀片尾刃处增至最大值ψ_C。同时，前面25和刀片基座平面之间的夹角从在刀片导刃处的最大值Q_A变成刀片尾刃处的最小值Q_C。

现在参照图9和图16，两图表示了刀片的前面和后面的功能和 几何形状。从这些图中可以看出，前切削刃23a和后切削刃23b在各自相对方向上向下朝刀片基面倾斜。从图16能够看出前切削刃23a的斜面与圆形切削轨迹的一个半径重合。这样，就保证了沿切削刃23a上任意点的径向前角不成为正值（现有技术的刀片是这种情况）。因而使所产生的切削力被抑制，例如端铣时。

根据本发明，刀片21的切削刃22被弯曲是为了保证铣刀生产的加工表面基本上光滑。切削刃22的特定曲线被下文并参照图17所确定。在这个图中圆柱面41被定义为切削刃22围绕着旋转轴线6旋转的结果所产生的包络面。现在假设一截平面42在圆柱形表面41内形成并且其位置相对旋转轴线成一个角，该角相当于轴向前角α_A。那么，这个平面42的棱43就是一个相当于所要求的刀刃22的曲度的一种曲线。如上述所指出的，当用这种曲线构成切削刃22时，则用它生产的加工表面基本上是光滑的。可以看出，切削刃22的曲线能用以下关系表示：

$\mathrm{r=}\frac{［\frac{l}{4}{］}^2\mathrm{＋［}\frac{\frac{D}{2}－\sqrt{\frac{D^2}{4}－\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{aA}}}{2}{］}^2}{\frac{D}{2}－\frac{\sqrt{\frac{D^2}{4}-\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{\alpha A}}}{2}}$

其中：r＝切削刃曲率半径

l＝弯曲的切削刃的弦两端连线长度

D＝切削刃的圆柱包络面直径

α_A＝轴向前角

本发明已经专门叙述了有两个主侧切削刃所涉及的最佳实施例。同样，本发明也同样适用有单个切削刃以及有三个切削刃的三角形刀片。进一步说，本发明同样适用于左旋曲线以及右旋曲线的刀片。

根据本发明的铣削刀片能很方便用于具有一个或多个这种刀片的旋转铣刀上，包括以螺旋状设置刀片的铣刀。

Claims (11)

1、一种切削刀片，用于圆周旋转铣刀(20)，该铣刀具有一个圆柱状刀杆(20a)和多个可换的外周设置的切削刀片(21)，该切削刀片(21)有至少一个由该切削刀片(21)的切削前面(25)和一个后面(24)之间所确定的基本上弯曲的切削刃(22)，其特征在于切削刃(22)形成一平面(42)的曲线边(43)的部分，该平面(42)与所述的切削刃(22)旋转形成的圆柱体(41)表面相交，并形成一个与铣刀(20)切削刀片(21)的轴向前角相应的角(α_A)。

2、一种切削刀片，用于圆周旋转铣刀（20），该铣刀具有一个圆柱状刀杆（20a）和多个可换的外周设置的切削刀片（21），和具有该切削刀片（21）的后侧面（24），其特征在于切削刃（22）的曲率是由下列关系式给出：

$\mathrm{r=}\frac{［\frac{l}{4}{］}^2\mathrm{＋［}\frac{\frac{D}{2}－\sqrt{\frac{D^2}{4}－\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{aA}}}{2}{］}^2}{\frac{D}{2}－\frac{\sqrt{\frac{D^2}{4}-\frac{l^2}{4}{\sin }^2\mathrm{\alpha A}}}{2}}$

其中：r＝切削刃的曲率半径

l＝弯曲的切削刃的弦两端连线长度

D＝切削刃的圆柱包括面直径

α_A＝轴向前角。

3、根据权利要求1所述的切削刀片，其特征在于切削前面和后面（25、24）的连续曲面，使由圆柱形刀杆所确定的切削刀片的前角和后角（β、γ）在沿切削刃（22）的长度方向上基本保持不变。

4、根据权利要求2所述的切削刀片，其特征在于切削前面和后面（25、24）的连续曲面，使由圆柱形刀杆所确定的切削刀片的前角和后角（β、γ）在沿切削刃（22）的长度方向上基本保持不变。

5、根据权利要求1至4中任意一项所述的切削刀片，其特征在于所述的后面（24）包括一连续的曲面上部（24a）和一基本是平面的下部（24b）。

6、根据权利要求1至4中任意一项所述的切削刀片，其特征在于其基本上是平行六面体形状，所述切削刀片设有一对在所述刀片的相对的侧边构成该切削刃，并且由各自的后面（24a）、（24b）、和所述切削前面所确定的所述的切削刃（22a）、（22b），并且前、后切削刃（23a）、（23b）是径向对着由前、后切削刃所相关的各自的圆形切削轨迹。

7、根据权利要求5所述的切削刀片，其特征在于其基本上是平行六面体形状，所述切削刀片设有一对在所述刀片的相对的侧边构成该切削刃，并且由各自的后面（24a）、（24b）、和所述切削前面所确定的所述的切削刃（22a）、（22b），并且前、后切削刃（23a）、（23b）是径向对着由前、后切削刃所相关的各自的圆形切削轨迹。

8、根据权利要求1-4中任意一项所述的切削刀片，其特征在于：所述的切削刃（22）相对于刀片基座对应的棱边（21a）倾斜。

9、根据权利要求5所述的切削刀片，其特征在于：所述的切削刃（22）相对于刀片基座对应的棱边（21a）倾斜。

10、根据权利要求6所述的切削刀片，其特征在于：所述的切削刃（22）相对于刀片基座对应的棱边（21a）倾斜。

11、根据权利要求7所述的切削刀片，其特征在于：所述的切削刃（22）相对于刀片基座对应的棱边（21a）倾斜。

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