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CN1228044A - 镶装刀片 - Google Patents

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CN1228044A
CN1228044A CN97197376A CN97197376A CN1228044A CN 1228044 A CN1228044 A CN 1228044A CN 97197376 A CN97197376 A CN 97197376A CN 97197376 A CN97197376 A CN 97197376A CN 1228044 A CN1228044 A CN 1228044A
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CN
China
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insert
cutting edge
mounting body
insert chip
cutting
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CN97197376A
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English (en)
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A·沙特兰
Y·梅恩
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Iscar Ltd
Original Assignee
Iscar Ltd
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Abstract

装在切削刀具上的镶装刀片，包括整体形成的刀头和安装体，刀头有大体弧形的切削刃，安装体大体为梯形。安装体有大体平的上、下表面，大体平直的两个侧面在远离该刀头的方向相交。刀头的整个切削刃处在一个球面上且是一条大体小于90°的圆弧，刀头有一穿过该圆弧外周缘的假想弦面。安装体的两个侧面大体沿径向朝着上述球面的球心且侧面长度大体上短于上述弦面的长度。

Description

镶装刀片
本发明的领域
本发明涉及可互换镶装刀片，特别是用在立铣刀上的镶装刀片。本发明也涉及立铣刀，例如球端立铣刀，本发明对中等直径的球端立铣刀特别有效。
本发明的背景
球端立铣刀可有下列特点：其引导端至少有一个四分之一圆弧形的有效切削刀，使得立铣刀在绕其纵向轴转动时该切削刃产生半径为理论半径的半球形。
取决于球端立铣刀的切削直径，其有效切削半径或是通过使用带90°圆弧形全长切削刃的单个镶装刀片(这对于切削直径非常小的立铣刀很常见)获得或是通过使用重叠的圆弧形部分长切削刃(每条切削刃长度就是小于90°的圆弧长度)的多个镶装刀片获得。
例如，带单个镶装刀片的小直径球端立铣刀见受让人的共同待审专利申请U.S.S.N.08/360,522。
有多个装在刀杆引导端的镶装刀片的大直径球端立铣刀见专利EP307949。每个镶装刀片相对于刀杆的半径尺寸都相当小并有重叠的相当短的圆弧切削刃，因此当镶装刀片装在立铣刀上时，就可使用相同的镶装刀片与不同切削直径的刀杆并容易断屑。每个镶装刀片通常为三角形并有三条相同的可换位切削刃。当这样的镶装刀片装在刀杆上时，其切削刃之一位于有效位置，另两条切削刃确定镶装刀片装在镶装刀片槽中的位置。因此，镶装刀片的安装空间直接取决于切削刃的长度。
而上述从属性在大立铣刀上可能是完全容许的，但对于镶装刀片的尺寸与立铣刀的半径尺寸相当的小立铣刀就不合适。用在这种立铣刀上的镶装刀片需要相当大尺寸的镶装刀片槽，就削弱了立铣刀并限制了可在刀杆上形成的镶装刀片槽的数目。这样，已知的中等直径的立铣刀通常只使用所需最小数目的两个镶装刀片。此种立铣刀的实例见专利US4,252,480。该立铣刀包括两个带切削刃的可换位镶装刀片，每条切削刃有小于90°的圆弧长度，两个镶装刀片的安装使切削刃重叠以获得有效的全长切削刃。可是，此种立铣刀的效率并不高。
为了增加效率，专利US4,527,930建议使用两个相同的不可换位的有全长切削刃的镶装刀片，两个镶装刀片对称安装在刀杆的引导端。每个镶装刀片包括形成一个整体的实际为弧形的刀头和实际为梯形的安装体。该刀头有过长的切削刃，其有90°圆弧部分和与圆弧部分相连的直线部分。安装体有实际为平面的上、下表面，实际为平面的两个侧面在远离刀头的方向相交。
可是，专利US4,527,930中所描述镶装刀片的切削刃非常长，其安装体仍有相当大的尺寸，因此需要相当大的镶装刀片槽。此外，在立铣刀上对称安装的镶装刀片不能在不大大减少立铣刀完善性的情况下获得有效的中心切削。
因此，本发明的目的是提供一种新型的立铣刀和用在该立铣刀上的新型镶装刀片，该立铣刀和该镶装刀片克服了上述缺点。
本发明概要
本发明提供一种装在切削刀具上的镶装刀片，其包括整体形成的刀头和安装体，刀头有大体弧形的切削刃，安装体大体为梯形；
该安装体有大体平的上、下表面，大体平直的两个侧面在远离该刀头的方向相交；
其特征在于：
该刀头的整个切削刃处在一个球面上且限定一条大体小于90°的圆弧，刀头有个穿过该圆弧外周缘的假想弦面，该安装体的两个侧面大体上沿径向朝着上述球面的球心且侧面长度大体上短于上述弦面的长度。
镶装刀片最好适于装在球端立铣刀上，该球端立铣刀有带半球形引导端的刀杆，镶装刀片安装体的上述侧面的长度短于上述引导端的半径尺寸。
在上述结构中，梯形安装体既减少了沿上述弦面的尺寸又减少了垂直于上述弦面的尺寸，因此安装体的面积可减至最小，事实上，该面积只由夹紧要求确定。安装体可减小至这样一个程度以致上述假想弦面穿过安装体上的夹紧螺钉孔。这样，随着镶装刀片安装体的减小，刀杆上的镶装刀片槽也减小，从而使与镶装刀片有关的切屑槽可能相当浅，因此基本上可使刀杆变得较坚固。
该镶装刀片的切削刃最好从切削刃中心区域朝镶装刀片的下表面方向倾斜使得刀头的厚度至少在接近其外周缘之一处为最小。此种结构，特别是刀头在其外周缘区域的最小厚度，使镶装刀片位于刀杆引导端的附近以便进行中心切削。另一方面，由于刀头的中心区域相当厚，在最接近安装体夹紧螺钉孔的区域增强了该刀头。
安装体的厚度最好由其上、下表面之间的距离确定，安装体的厚度实际上等于刀头的最小厚度，使得切削刃的主要部分凸出在安装体的上表面之上。在此情况下，沿切削刃的前刀面从切削刃处向下倾斜至安装体的上表面，因而镶装刀片可有合适的正前角而不会过度削弱其切削刃。
上述前刀面最好沿切削刃连续弯曲，使得镶装刀片装在刀具上时有个恒定的前角。
镶装刀片毗连切削刃的后刀面最好从刀头处向外倾斜，因此基本上可增强镶装刀片的切削刃。另一方面，后刀面的圆柱形大体上可与切削刃的圆柱形轮廓一致。
镶装刀片刀头的切削刃以及镶装刀片的安装体最好相对于平分面对称，该面平分安装体两侧面之间的夹角。因此，镶装刀片的切削刃是中性的，该镶装刀片可同样用于任何右旋立铣刀和左旋立铣刀。另一方面，切削刃可以不对称并有右旋立铣刀用镶装刀片和左旋立铣刀用镶装刀片。切削刃的最好形状可由切削刃所在球面与一个圆柱体的相交线形成的空间圆弧确定。这保证镶装刀片装在立铣刀上时，其沿切削刃全长的轴向前角不会是负前角，而只是镶装刀片的引导端。
镶装刀片最好为双面镶装刀片，该镶装刀片有个在上述安装体上、下表面之间穿过且平行于这两个平面的对称面，该对称面将镶装刀片安装体分成对称的上、下两部分，并将镶装刀片刀头分成或对称或不对称的可换位的上、下切削刃两部分，上、下切削刃由上、下前刀面和与两个前刀面内连的后刀面的相交线形成。每条切削刃可以或是中性或是专用旋向。
后刀面最好包括上、下后刀面部分，上、下后刀面部分毗连各自的上、下切削刃并各自与中间后刀面部分相交，中间后刀面部分实际上可以是圆柱形或环形。
本发明也提供一种立铣刀组件，其包括有纵向轴的刀杆和至少一个镶装刀片槽，槽中用夹紧装置固定一个可拆装的镶装刀片。
上述镶装刀片包括整体形成的刀头和安装体，刀头有大体弧形的切削刃，安装体大体为梯形；
该安装体有大体平的上、下表面，大体平直的两个侧面在远离该刀头的方向上相交；
镶装刀片槽的形状与镶装刀片的形状相配合；
其特征在于：
该镶装刀片刀头的整个切削刃处在一个球面上且限定一条大体小于90°的圆弧，该刀头有个穿过该圆弧外周缘的假想弦面，该安装体的两个侧面大体上沿径向朝着上述球面的球心且侧面长度大体上短于上述弦面的长度。
立铣刀最好为球端型立铣刀，其刀杆有半球形引导端，该镶装刀片安装体侧面的长度短于上述刀杆引导端的半径尺寸。
在本发明优选实施例中，上述一个镶装刀片槽位于刀杆的引导端附近使得镶装刀片的一端毗邻上述纵向轴，以进行中心切削。
在本发明的另一个优选实施例中，立铣刀组件包括至少两个相同的镶装刀片，最好包括三个相同的镶装刀片，其刀杆上有相应数目的镶装刀片槽，这些镶装刀片槽有不同的角度间隔并距刀杆的引导端有不同的距离，使得装在镶装刀片槽中的镶装刀片的有效切削刃在立铣刀组件转动时产生转动的重叠表面，该表面是半球形，其半径为理论半径。
在包括三个镶装刀片的立铣刀组件上，在刀杆的引导端附近的第一个镶装刀片槽和距刀杆的引导端最远的第二个镶装刀片槽最好大体上位于通过刀杆纵向轴的平面一侧，第三个镶装刀片槽最好大体上位于上述平面的另一侧。装在第一个和第二个镶装刀片槽中的镶装刀片这样设置，以使其有效切削刃重叠成为一个90°圆弧形的立铣刀切削刃，装在第三个镶装刀片槽中的镶装刀片这样设置，以使立铣刀在其周缘获得的切削效率增加一倍。
本发明的立铣刀组件，镶装刀片槽面积的减小使较小直径的刀杆可有效地容纳多个镶装刀片，因此切削操作的效率可以显著增加。
附图的描述
为了更好地了解本发明，现参见附图显示在实践中如何实现本发明(仅举例来说)：
图1是本发明镶装刀片的等角投影图；
图2是图1所示镶装刀片的正投影侧视图；
图3是图1所示镶装刀片的正视图；
图4是图1所示镶装刀片的俯视图；
图5是图4所示镶装刀片沿Ⅴ-Ⅴ线的横截面图；
图6是图4所示镶装刀片沿Ⅵ-Ⅵ线的横截面图；
图7是图4所示镶装刀片沿Ⅶ-Ⅶ线的横截面图；
图8是本发明立铣刀的等角投影图；
图9是图8所示立铣刀的正视图；
图10是图1至图7所示镶装刀片装在图8和图9所示立铣刀镶装刀片槽中时放大的俯视图；
图11是图10所示镶装刀片沿Ⅺ-Ⅺ线的横截面图；
图12是图8和图9所示立铣刀切削操作时的示意图；
图13是图12所示立铣刀的侧视图；
图14是带不对称刀头的镶装刀片正视图；
图15是单面镶装刀片的侧视图。
优选实施例的详细描述
图1至图7表示本发明镶装刀片1用于象图8至图13所示球端立铣刀组件一类的刀具，镶装刀片1的理论切削半径为R。
如图所示，镶装刀片1的大体弧形的刀头2有上、下可换位的切削刃3和4，上、下前刀面5和6与正后刀面7的相交线限定切削刃3和4，镶装刀片1的大体为梯形的安装体9与刀头2为一整体。安装体9的上、下表面10和11大体为平面且互相平行，并分别与刀头2的上、下前刀面5和6相交，两个侧面12和13大体为直侧面且在远离刀头2的方向上相交。
如图2、图3和图4所示，镶装刀片1是双面镶装刀片，其切削刃3和4与安装体9相对于两个互相垂直对称的平面(即平面E和平面B)镜面对称，平面E在安装体9的上、下表面10和11之间穿过，其将镶装刀片1分为相同的上、下两部分14和15，平面B平分安装体9两侧面12和13之间的夹角，平面B垂直于对称面E。根据此设计，切削刃3和4可换位即不分上下，以便两切削刃均能同样用于左右旋刀具。鉴于上部分14和上切削刃3与下部分15和下切削刃4是相同的，下文中只描述上部分14和上切削刃3。
如图1、图3和图4所示，切削刃3为弧形，圆弧的夹角最好是70°左右，且圆弧位于一假想球面上，该球面半径等于立铣刀切削半径R。切削刃3最好是该球面与一圆柱体的相交线。图3和图4所示上述切削刃的正投影可用长轴和短轴范围分别为1.2至2.7和1.1至2.4的椭圆函数描述。两投影的比例优选值分别为1.8和1.6。因此图3所示，切削刃3从其中心区域分别向下倾斜至切削刃两外周缘16和17，由两切削刃3和4之间距离所确定的刀头2厚度在接近外周缘16和17处最小而在接近切削刃的中心区域处最大。
如图2所示，切削刃3主要部分凸出在安装体9上表面10之上，使得刀头2的前刀面5从切削刃3向下倾斜至安装体9的上表面10。因此，安装体9上、下表面10和11之间的厚度实际等于刀头2在其外周缘16和17处的最小厚度。此几何形状使正前角增大而无需沿整个切削刃加工深卷屑槽。这样，如图6所示，较浅的卷屑槽只朝着外周缘16和17的方向。
从图1、图6和图7可见，前刀面5沿切削刃3连续弯曲，使得镶装刀片装在刀具上时，由上表面10确定的前角经轻微变化而成为恒定的前角。
如图2、图6和图7所示，刀头2的后刀面7包括后刀面的上、下部分18和19以及后刀面的中间部分20。后刀面的上、下部分18和19从各自的切削刃向外倾斜以便沿切削刃确定大体上恒定的楔角α。
图4大致示意出镶装刀片的梯形安装体9相对于切削刃3长度的尺寸比例。如图所示，安装体9与刀头2相交处的最大宽度由穿过切削刃3和4的外周缘16和17的假想弦面H的长度L确定。安装体9的长度由其两个侧面的长度1确定。很容易看出侧面的长度1实际短于弦面H的长度L。
如图5所示，安装体9的侧面12和13分别由相应的一对上、下倾斜部分22、23和24、25形成，这些倾斜部分相对于邻近的安装体的上、下表面10和11向外倾斜。如图1、2和4所示，安装体的上、下表面10和11以及镶装刀片侧面12和13的上、下倾斜部分22、23和24、25分别与较浅的槽26形成几块标记为27的特殊区域，当镶装刀片装在刀具上时，27与镶装刀片槽的相应表面接触。
图8至图13所示是本发明的立铣刀。如图8所示，立铣刀包括上面有三个镶装刀片槽31、31a和31b的刀杆30，以及三个分别装在槽中的上述镶装刀片1、1a和1b。当立铣刀绕其纵向轴A线转动时，各镶装刀片1、1a、1b的有效切削刃3、3a、3b分别形成球心为O、半径为R球面的一部分。
图10和图12只表示出镶装刀片1的情形，但通常所有镶装刀片的情形都如此，镶装刀片安装体9的两个侧面12和13沿径向朝着远离镶装刀片刀头2的方向在球面的球心相交。从图12中可看出，安装体9的两个侧面12和13的长度大体短于刀杆30的半径尺寸R’。
如果镶装刀片的形状和尺寸如上述，实际就减少了在立铣刀刀杆上安装镶装刀片所需的面积，事实上只由夹紧螺钉孔32所需的面积确定。因此，即使是中等直径或小直径的刀杆，例如28mm至35mm，也可有效地安装2个以上镶装刀片，因而切削加工的效率可以大大地增加。
参见图10中的镶装刀片1，尤其参见图11中的镶装刀片1，夹紧埋头螺钉33与燕尾槽将镶装刀片1、1a和1b分别固定在各自的镶装刀片槽31、31a和31b中。
镶装刀片槽31的槽底35和有上斜面38和39的槽侧壁36和37分别支承镶装刀片安装体9的下表面11和侧面12和13的上倾斜部分22和24的相应区域27。
参见图8和图9，刀杆30上所形成的三个镶装刀片槽31、31a和31b以不同角度设置，使得镶装刀片槽31位于刀杆30的引导端40的附近，另外两个镶装刀片槽31a和31b则与引导端40有不同的距离。距刀杆30的引导端40最近的镶装刀片槽31和距刀杆30的引导端40最远的镶装刀片槽31a大体上位于假想面的一侧，刀杆的纵向轴线位于该假想面内，镶装刀片槽31b实际位于该假想面的另一侧。
如图12和13所示，上述结构的立铣刀，装在镶装刀片槽31中的镶装刀片1切去被加工表面S的中心区域，而分别装在镶装刀片槽31a和31b中的镶装刀片1a和1b则切去被加工表面S的周缘。此处应提及本发明镶装刀片的特殊形状对装在镶装刀片槽31中的镶装刀片1是特别有利的，该镶装刀片的刀头在切削刃外周缘处的厚度最小，鉴于镶装刀片1紧挨着刀杆的引导端40，从图9中可见，有效切削刃3与纵向轴A相交以便可进行中心切削。
如图12所示，上述立铣刀的有效切削刃50是由镶装刀片1和1a的有效切削刃3和3a互相重叠而成，此两条有效切削刃在立铣刀转动时形成半径为R的半球。使用镶装刀片1b的有效切削刃3b提高了对被加工表面进行切削操作的效率。可该半球不必是精确的半球，使用相同的镶装刀片与不同的刀杆(即适当改变镶装刀片槽的相互位置及镶装刀片在槽中的定位)可获得范围有限的平均切削半径。
从本发明的镶装刀片和立铣刀的上述主要特点来看，本发明的镶装刀片和立铣刀可以有许多变型。
例如，立铣刀上所用镶装刀片的数目可小于三个或大于三个。镶装刀片可如图15所示为单面镶装刀片，该镶装刀片不具有对称面E而是有不同的上、下表面52和53。
如图14所示，镶装刀片的切削刃可相对于镶装刀片安装体的平分面B’不对称且相对于将镶装刀片分成上、下两部分的对称面E’不对称。因此，该镶装刀片的切削刃或专门用于右旋刀具或专门用于左旋刀具。
刀头的前刀面可具有适当的卷屑槽，正后刀面的中间部分实际上可以是环形。
参考号表
1        镶装刀片
2        刀头
3,4      切削刃
5,6      上、下前刀面
7        正后刀面
9        安装体
10,11    安装体的上、下表面
12,13    安装体的侧面
14,15    镶装刀片的上、下部分
16,17    切削刃3和4的外周缘
18,19          后刀面的上、下部分
20             后刀面的中间部分
22,23,24,25    侧面12和13的上、下倾斜部分
26             凹槽
30             刀杆
31,31a,31b     镶装刀片槽
32             夹紧螺钉孔
33             夹紧螺钉
35             镶装刀片槽底
36,37          镶装刀片槽侧壁
38,39          镶装刀片槽侧壁的斜面
40             刀杆30的引导端
50             立铣刀的切削刃
52,53          单面镶装刀片的上、下面
A              纵向轴
B              平分面
E              对称面
H              弦面
L              弦面的长度
l              安装体侧面的长度
O              半球体的球心
R              切削半径

Claims (19)

1、装在切削刀具上的镶装刀片，包括整体形成的刀头和安装体，刀头有大体弧形的切削刃，安装体大体为梯形；
该安装体有大体平的上、下表面，大体平直的两个侧面在远离该刀头的方向相交；
其特征在于：
该刀头的整个切削刃处在一个球面上且限定一条大体小于90°的圆弧，刀头有一个穿过该圆弧外周缘的假想弦面，该安装体的两个侧面大体沿径向朝着上述球面的球心且侧面长度大体上短于上述弦面的长度。
2、按权利要求1的镶装刀片，其中，该镶装刀片适于装在球端立铣刀上，该球端立铣刀有带半球形引导端的刀杆，镶装刀片安装体的上述侧面的长度短于上述引导端的半径尺寸。
3、按权利要求1的镶装刀片，其中，该刀片的切削刃从切削刃中心区域向上述安装体的下表面倾斜，以使得刀头的厚度至少在接近上述其中之一的外周缘处为最小。
4、按权利要求3的镶装刀片，其安装体的厚度由安装体的上述上、下表面之间的距离确定，安装体的厚度大体上等于刀头的最小厚度。
5、按权利要求4的镶装刀片，其中，该刀头的前刀面从毗连切削刃处向下倾斜至安装体的上表面。
6、按权利要求5的镶装刀片，其中上述前刀面沿切削刃连续弯曲，以使得镶装刀片装在刀具上时有个恒定的前角。
7、按权利要求4的镶装刀片，其中刀头毗连切削刃的后刀面从刀头处向外倾斜。
8、按权利要求1的镶装刀片，其中刀头的切削刃及镶装刀片的安装体相对于平分面对称，该面平分安装体两侧面之间的夹角。
9、按权利要求1的镶装刀片，其中切削刃相对于安装体的平分面不对称。
10、按权利要求1的镶装刀片，其中切削刃的形状是切削刃所在球面与一个圆柱体的相交线形成的空间圆弧。
11、按权利要求1、8、9或10中任一权利要求的镶装刀片，其中该镶装刀片为双面镶装刀片，该镶装刀片有在上述安装体上、下表面之间穿过且平行于这两个表面的对称面，该对称面将镶装刀片分成上、下两部分，该镶装刀片有可换位的上、下切削刃，上、下切削刃由上、下前刀面和与两个前刀面内连的后刀面的相交线形成。
12、按权利要求11的镶装刀片，其中上述切削刃相对于上述对称面对称。
13、按权利要求11的镶装刀片，其中上述切削刃相对于上述对称面不对称。
14、按权利要求11的镶装刀片，其中上述内连的后刀面包括上、下后刀面部分，上、下后刀面部分毗连各自的上、下切削刃并各自与中间后刀面部分相交。
15、立铣刀组件，包括有纵向旋转轴线的刀杆和至少一个镶装刀片槽，槽中用夹紧装置固定一个可拆装的镶装刀片；
上述镶装刀片包括整体形成的刀头和安装体，刀头有大体为弧形的切削刃，安装体大体为梯形；
该安装体有大体为平的上、下表面，大体平直的两个侧面在远离该刀头的方向上相交；
镶装刀片槽的形状与镶装刀片的形状相配合；
其特征在于：
该镶装刀片刀头的整个切削刃处在一个球面上且限定一条大体小于90°的圆弧，该刀头有穿过该圆弧外周缘的假想弦面，该安装体的两个侧面大体上沿径向朝着上述球面的球心且侧面长度大体短于上述弦面的长度。
16、按权利要求15的立铣刀组件，其中，该组件为球端型立铣刀，其刀杆有半球形引导端，该镶装刀片安装体侧面的长度短于上述刀杆引导端的半径尺寸。
17、按权利要求15或16的立铣刀组件，其中，上述一个镶装刀片槽形成于刀杆的引导端附近，以使得镶装刀片的一端毗邻上述纵向轴线，以便进行中心切削。
18、按权利要求15或16的立铣刀组件，其中，该组件包括三个相同的镶装刀片，其刀杆上有相应数目的镶装刀片槽，这些镶装刀片槽有不同的角度间隔并距刀杆的引导端有不同的距离，以使得装在镶装刀片槽中的镶装刀片的有效切削刃在立铣刀组件转动时产生转动的重叠表面，该表面是半球形，其半径为理论半径。
19、按权利要求18的球端立铣刀组件，其中在刀杆的引导端附近的第一个镶装刀片槽和距刀杆的引导端最远的第二个镶装刀片槽大体上位于刀杆纵向轴线所处的平面一侧，第三个镶装刀片槽大体上位于上述平面的另一侧，装在第一个和第二个镶装刀片槽中的镶装刀片这样设置，使其有效切削刃重叠以形成一个90°圆弧形的立铣刀切削刃，装在第三个镶装刀片槽中的镶装刀片这样设置使立铣刀在其周缘获得的切削效率增加一倍。
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