CN101143388A - 用于排屑加工的工具和切削刀片 - Google Patents

Abstract

一种切削工具，包括基体和相继串行布置的多个切削刀片。每个刀片包括顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端和邻近于前端的切削刃。第一切削刀片的后端面向布置在第一刀片后方的第二切削刀片的前端，第二切削刀片的切削刃前方的排屑槽由从第一切削刀片的后端沿向前方向延伸的切屑形成表面和从第二切削刀片的切削刃向下延伸的切屑形成表面限定。

Description

用于排屑加工的工具和切削刀片

本申请要求根据35 U.S.C.§119的2006年9月12日提出的瑞典专利申请No.0601871-7的优先权，该专利的公开在此全部作为参考并入。

技术领域

本发明总体涉及如下类型的用于排屑加工的切削工具，该切削工具包括基体和串行相继布置的多个切削刀片，该切削刀片分别包括顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端、以及邻近于前端的切削刃。本发明还涉及用于这种工具的单个切削刀片。

背景技术

尤其用于金属工件的切削或排屑加工的许多类型的工具具有相继串行设置的多个可更换的切削刀片，该切削刀片由坚硬且耐磨的材料制成，诸如硬质合金、陶瓷等等。这种工具的示例包括线性操作的铰削工具、旋转铣刀和固定车刀。为了获得有效的和快速的加工，倾向于使工具的基体在单位长度上具有尽可能多的切削刀片数。例如，可沿铣刀圆周安装的切削刀片越多，铣刀工作的效率将越高。这同样也适用于这种线性操作的工具，例如铰削器，其中切削刀片沿直线相继安装。

在先前已知的切削工具中，切削刀片分别安装和间隔在工具的基体中的所谓的刀片座中，该基体由较软的材料制成，例如钢，切削刀片由空间间隔开，该空间至少局部形成必需的切屑通道，即在工具的持续进给期间脱离的切屑可容纳在其中的间隙。换句话说，各个切屑通道由包括在切削刀片中的通常较小的局部表面(切屑表面)以及包括在基体中的通常较大的局部表面限定。使工具的基体与刀片座较宽地间隔开以在安装的切削刀片之间建立切屑通道的需要当然限制了设计者优化工具中的切削刀片数的选择。已知的切削工具的另一个缺点是热的切屑不仅与切削刀片的耐热材料直接接触，而且与基体的较差的耐热材料直接接触。

发明内容

本发明致力于避免先前已知的切削工具的上述缺点，以及提供一种改进的切削工具。因此，本发明的目的是提供一种切削工具，其可在单位长度上具有大量的切削刀片，而不降低工具形成和排出切屑的能力。另外目的是提供一种切削工具，该切削工具的基体可在切削刀片能够以持续稳固的方式固定在基体上，同时以结构简易的方式制成。

在实施例中，本发明提供一种切削工具，该切削工具包括基体和相继串行布置的多个切削刀片。每个刀片包括顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端和邻近于前端的切削刃。第一切削刀片的后端面向布置在第一刀片后方的第二切削刀片的前端，第二切削刀片的切削刃前方的排屑槽(chip space)由从第一切削刀片的后端沿向前方向延伸的切屑形成表面，和从第二切削刀片的切削刃向下延伸的切屑形成表面限定。

在另一实施例中，本发明提供一种用于切削工具的切削刀片，包括：顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端以及邻近于前端的切削刃。前端包括设置在第一切屑形成表面的下方的第一接触表面，切削刃连接至该第一切屑形成表面，第一切屑形成表面高于后端，该后端包括第二、后接触表面，第二切屑形成表面从该第二、后接触表面沿顶侧在向前方向上延伸。

在某种意义上，本发明基于如下目的，即仅在切削刀片中而不在基体中形成必需的切屑通道，以及使切削刀片支承切削刀片。通过形成具有前切屑形成表面和后切屑形成表面的单个切削刀片，切削刀片可端对端地组装在一起。因此，不管切削刀片是否以直的或拱形的顺序相继安装，也将实现具有最佳的单位长度切削刃数目的工具。因此，切削刀片数目的限制因素为从这一端到另一端的切削刀片的长度。

附图说明

附图在此并入且构成说明书的一部分，并描述本发明的当前优选实施例，同时连同上述的概述和下述的详细说明，该附图用于描述本发明的特征。

图1是采用铰削工具的形式的根据本发明实施例的切削工具的透视图；

图2是表示切削刀片在工具的基体中的位置的局部侧视图；

图3是根据本发明实施例的单个切削刀片的顶侧视图；

图4是图3的切削刀片的底侧视图；

图5从一侧观察的图3的切削刀片的侧视图；

图6是表示从前面观察的图3的切削刀片的端视图；

图7是从图5的相对侧观察的侧视图；

图8是表示从后面观察的图3的切削刀片的端视图；

图9是表示图3的切削刀片的顶侧的平面图；

图10是对应于图2的详细剖面图，其表示工具的可选实施例；和

图11是表示切削刀片的可选实施例的侧视图。

具体实施方式

作为可应用本发明的切削工具的示例，铰削工具示于图1和2中。该工具包括基体1，以及相继串行布置的多个切削刀片2。在这种情况下，基体具有长且窄的、直的基本形状，其通常类似于直尺或T梁。在示例中，各个刀片2都安装在刀片座3中，刀片座3在这种情况下采用仅分别包括直且平行的脊和槽的锯齿连接表面，该脊和槽基体的长度范围上轴向延伸。相邻的刀片座3以横向切口4的形式通过间隙空间相互间隔开。在每个刀片座中，螺纹孔5用于对螺钉6开口，用于沿基体将切削刀片夹紧在所要求的位置中。每个单个切削刀片包括切削刃7，该切削刃7在示例中为直的并基本上沿切削刀片的整个宽度延伸。如图2所示，不同的切削刀片的刃7位于相对于基体的不同高度上。具体地，每个后部切削刀片的刀刃设置得高于相应的前切削刀片的刀刃(见高度差N)。当操作时，工具沿进给方向M相对于工件线性进给，切削刀片以传统的方法提供具有连续增加的深度和/或宽度的切口。此外，应注意的是，切削刀片行的后切削刀片(见图1)被压靠至呈凸缘8形式的止动件。

在每对相邻的切削刀片之间，具有表示为9的切屑通道，该切屑通道由一对的两个切削刀片上的局部表面限定。

实际中，基体1优选地由钢制成，而切削刀片由硬质合金或其它坚硬且耐磨的材料制成。

现在参考图3-9，这些附图详细地表示根据本发明实施例的切削刀片的几何设计。切削刀片分别包括顶侧10，平面底侧11，两个相对的侧面12、13，以及前端14和后端15。通常，刀刃7形成在顶侧10和前端14之间的过渡中。

切削刀片在其前端处比后端高或者厚。在前端处包括有第一接触面16，该第一接触面16位于第一切屑形成表面17的下方，第一切屑形成表面17在切削刃7和边界线18之间延伸，该边界线18使表面16，17彼此分离。

切削刀片的后端由第二接触面15表示，该第二接触面15与工具的相邻切削刀片上的第一接触面相配合。在第二接触面15的上部，第二接触面15通过过渡29转换至第二切屑形成表面19，该第二切屑形成表面19沿切削刀片的顶侧向前和向上延伸。在所示实施例中，两个切屑形成表面17，19的每个都具有局部凹形的形状。因此，第一切屑形成表面17的下部20为凹形，其曲率半径可沿向下方向朝边界线18减小。凹形的局部表面在顶部可转换至平面局部表面21，该平面局部表面21止于刀刃7中。

采用相似的方法，后切屑形成表面19形成有凹形部分表面22和平面部分表面23。切屑形成表面的部分凹形形状由具有最低的底部点24的弧线确定，该底部点24与后接触面15相距轴向距离A。在图7中，P1，P2和P3表示均垂直于切削刀片的底侧11的三个轴向间隔开的平面，其中，P1从底部点24垂直延伸，P2沿刀刃7布置，P3布置在接触面15的延伸中。平面P1和P2之间的距离表示为B。如图7所示，距离B大于距离A。

此外，底部点24和刃线7之间的假想直线相对于底侧11或与之平行的参考平面(在这种情况下也为工具的进给方向M)形成角度α。

在前面，后切屑形成表面19通过边界线26转换至上间隙表面25。有利地，间隙表面25可为平面的，并从刃线7倾斜向下且向后地延伸。换句话说，相对于底侧11，边界线26位于比刃线7更低的高度。

在所示示例中，用于固定螺钉6的通孔27全部位于切屑形成表面19的前面，即在边界线26的前面。因而，孔的上部在间隙表面25中开口，而下部在底侧11中开口。

在切削刀片的底侧上，形成有锯齿连接表面28，用于侧向锁定切削刀片。具体地，连接表面28包括多个直的且相互平行的脊和在这些脊之间的槽。有利地，锯齿连接表面28沿整个底侧11延伸。由于所有的脊和槽为直的且仅在切削刀片的长度范围中延伸，故切削刀片被侧向锁定，而并非纵向锁定。

在所示实施例中，其中切削刀片沿平直基体相继成直线地安装，相应的前接触面16和后接触面15相互平行。实际上，接触面可以是平面，以提供互相配合的完全面接触。然而，还应预见的是，两个接触面中的一个可具有呈非常大的半径(例如，若干米)的凸面形式的弱弧形。

当单个切削刃在铰削期间去除切屑时，切屑包含在切屑通道9中，该切屑通道9由相邻的切削刀片上的前后切屑形成表面17，19，以及产生的切口的底部和侧壁限定，切屑直到切削刀片经过切口的末端时才脱离。切屑通道的形状对于切屑形成和排出具有决定性的重要性。如果工具用于加工短切屑材料，则切屑形成的要求较缓和。在这种情况中，切削刀片上的两个切屑形成表面可具有相当简单的几何形状。例如，切屑形成表面中的一个或两个可以是平面。然而，在用于加工长切屑材料的工具中，对切屑形成的要求较高，以便以可靠的方法避免切屑阻塞。在这种情况中，切屑形成表面的至少一个、优选为两个切屑形成表面应该至少部分为凹形，诸如附图所示。利用圆凹形状，迫使脱离的切屑卷成具有对每种材料最佳形状的表簧状螺线形状。这种切屑表状物(watch)的中心将设置在后切屑形成表面的最低点的大约垂直上方，即在平面P1中。切屑表状物的中心和刃线7，以及和后接触面15之间的距离A、B，以及凹度的曲率半径，对切削刀片的切屑形成能力来说是重要的。即使距离B应大于距离A，B在实际上也应比A至多大10倍，优选为比A至多大7倍。

通常的要求是切削刀片应尽可能地短以及尽可能地紧凑，以便对于给定的工具长度为最大数量的切削刀片和切削刃提供空间。然而，该要求与切屑形成的需要相冲突，其原因为形成在相邻的切削刀片之间的切屑通道水平地垂直地占据一定空间。为此，距离A不能相对于距离B太小。

另一个重要因素是切削刀片如何在从前端朝向后端的方向上成锥形。在图7中，锥形形状由平行于底侧的任何参考平面和使底部点24与刃线7相交的假想直线之间的角度α表示。实际上，角度α不应小于18°，以及不大于45°。实际上，优选该角度在20-30°的范围内。

继续参考图7，本实施例的切削刃具有正的切削几何形状，如角度β所示。

图10表示应用于工具的本发明的实施例，其中，切削刀片共同形成拱形构造，例如，沿可旋转工具的周缘的圆形边缘，诸如铣刀。在这种情况中，相应的切削刀片的两个相对接触面15，16可彼此形成锐角，而不是相互平行。切削刀片的底侧也可以多种方式改变，以便符合弧形。

在图11中，示出可选的切削刀片，其具有如角度γ所示的负的切削几何形状。

在所示实施例中，在切削刀片的前端处的切屑形成表面17和接触面16之间的转向线18相对于底侧11位于高于后接触面15和后切屑形成表面19之间的转向线或过渡29的高度处。采用这种方法，便于沿前切屑形成表面17向下移动的形成的切屑没有阻力地在切屑形成表面19上滑动。

本发明的主要优点是由于基体不需要形成任何切屑形成表面，故可在沿工具的基体给定长度内容纳大量的切削刀片。此外，当通过接触面15，16使切削刀片按压成彼此紧密接触时，可获得以下优点，即热的切屑不接触基体的部分，而只接触切削刀片的坚硬且较耐热的硬质合金。

本发明不仅限于如上所述以及附图所示的实施例。因此，本发明可应用于切削工具，而与工具在操作期间是否移动或固定无关。除了线性和旋转以外，可移动切削工具还能够以其他方式工作。此外，根据本发明切削刀片的设计可在较宽限制内变化。因此，对于短切屑材料的加工，两个切屑形成表面可具有简单的几何形状，而例如长切屑材料的更加复杂的加工需要切削刀片具有更加复杂特性的切屑形成表面，且通常具有诸如附图所示的一个或更多个凹度，所述特性在各种单独应用分别测定。在这一点上，前切屑形成表面可形成有呈浅腔形式的邻近刃线设置的中央坑，其使切屑的横截面呈弯曲形状而不是平面形状。采用这种方法，切屑的边缘在向内方向上偏转，由此减小切屑的宽度，以进一步降低切屑阻塞的危险。虽然本发明预见了按压不同的切削刀片使其彼此直接接触的可能性，但是还可在相邻的切削刀片之间安装比切削刀片的坚硬且较脆的材料软的材料的短垫片，例如钢的短垫片。类似切削刀片，这种垫片可在其底侧上形成有锯齿连接表面。可能的垫片的长度为切削刀片长度的至多20％，优选为至多10％。在这一点上，以螺钉形式示出的固定构件主要将单个切削刀片保持在适当的位置，而实质上不是承载切削力。因此，产生的切削力通过连续的切削刀片(和可能的垫片)沿作用力链传递至稳固的止动件。可能地，切削刀片之间沿附属刀片座的小移动仅表明其本身是由螺钉可忽略的偏斜所造成的。可通过除螺钉以外的其他装置从上方将切削刀片保持在适当的位置。在图1和2所示的工具中，切削刀片具有相同的形状，以及如同位于不同高度的楼梯似地布置刀片座而设置的连续的切削刃之间的必需的高度差。此外，能够使用单平面的刀片座(锯齿连接表面)以及为切削刀片提供不同的、连续的增加高度。工具中的切削刃或刃线的形状(例如，拱形)和状态(例如，相对于进给方向M倾斜)可产生非常显著的变化，切削刀片的侧面可作为间隙表面。具体地，侧面可包括在向后方向和向下方向上存在间隙的(三角形)局部。此外，图1所示的刀片座不需要彼此平行。因此，刀片座还可相对于进给方向倾斜。例如，在切削工具的侧视图上，刀片座可共同形成大致锯齿形状。在这种情况中，单个切削刀片产生的切削力可由其相靠附属刀片座的邻接部整体或局部地承载。通常，切削刀片的底侧和切削刀片相对于基体的状态对于本发明是非主要的。

可行的是，单个切削刀片形成有由切屑通道相互间隔开的两个或多个排屑刃(例如呈单个连续凹形切屑形成表面的形式)，切削刀片还包括后切屑形成表面和前切屑形成表面，其可与一系列切削刀片中的其它切削刀片上的后切屑形成表面和前切屑形成表面相配合。

虽然本发明参考某些优选实施例进行公开，但是在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的领域和范围的情况下，可对所述实施例进行多种改进、修改和变化。因此，希望本发明不限于所述实施例，而是希望本发明具有由权利要求限定的全部范围。

Claims (19)

1.一种切削工具，包括：基体和相继串行布置的多个切削刀片，每个刀片包括顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端，和邻近于所述前端的切削刃，其中，第一切削刀片的后端面向布置在所述第一刀片后方的第二切削刀片的前端，所述第二切削刀片的切削刃前方的排屑槽由从所述第一切削刀片的后端沿向前方向延伸的切屑形成表面和从所述第二切削刀片的切削刃向下延伸的切屑形成表面限定。

2.如权利要求1所述的切削工具，其中，所述排屑槽仅由所述两个切屑形成表面限定。

3.如权利要求1所述的切削工具，其中，各个切削刀片上的接触面压靠成彼此紧密接触。

4.如权利要求所述的切削工具，其中，所述工具可线性移动，相应的切削刀片的切削刃相对于所述工具的进给方向布置在连续增加的高度处。

5.如权利要求4所述的切削工具，其中，所述切削刀片相同，并安装在位于相对于平行于刀片座的公共参考平面的不同高度处的刀片座中。

6.一种用于切削工具的切削刀片，包括：顶侧、底侧、两个相对的侧面、前端和后端，以及邻近于所述前端的切削刃，其中，所述前端包括设置在第一切屑形成表面下方的第一接触面，所述切削刃连接至该第一切屑形成表面，所述第一切屑形成表面高于所述后端，所述后端包括第二、后接触面，第二切屑形成表面从该第二、后接触面沿所述顶侧在向前方向上延伸。

7.如权利要求6所述的切削刀片，其中，所述第一和第二切屑形成表面具有至少局部的凹形形状。

8.如权利要求7所述的切削刀片，其中，至少所述第一切屑形成表面的下部向下凹陷至下边界线，在该下边界线处所述下部转换至所述第一接触面。

9.如权利要求7所述的切削刀片，其中，所述第二切屑形成表面的凹形形状由弧线确定，该弧线具有与所述后接触面相距距离(A)的最低底部点。

10.如权利要求9所述的切削刀片，其中，垂直于底侧并与底部点相交的第一平面和通过切削刃的第二平面之间的距离(B)大于第一平面和与后接触面齐平的第三平面之间的距离(A)。

11.如权利要求10所述的切削刀片，其中，所述距离(B)大于所述距离(A)至多7倍。

12.如权利要求9所述的切削刀片，其中，平行于底侧的平面，与底部点和切削刃之间的虚构直线之间的角度(α)为至少18°。

13.如权利要求12所述的切削刀片，其中，所述角度(α)为至多45°。

14.如权利要求6所述的切削刀片，其中，所述第二切屑形成表面在前部通过位于刃的最高高度下方高度处的边界线转换至间隙表面。

15.如权利要求14所述的切削刀片，其中，用于紧固件的通孔位于所述第二切屑形成表面的前面，以便在间隙表面和底侧上开口。

16.如权利要求6所述的切削刀片，其中，所述底侧包括锯齿连接表面，以侧向锁定所述切削刀片。

17.如权利要求16所述的切削刀片，其中，所述锯齿连接表面仅包括纵向、直的脊和槽，以侧向、而不是纵向地锁定所述切削刀片。

18.如权利要求6所述的切削刀片，其中，所述两个前后接触面相互平行。

19.如权利要求18所述的切削刀片，其中，所述接触面中的一个为平面的，另一个稍微凸起。

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