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CN103415366B - 可转位式球头立铣刀 - Google Patents

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CN103415366B CN201280011494.2A CN201280011494A CN103415366B CN 103415366 B CN103415366 B CN 103415366B CN 201280011494 A CN201280011494 A CN 201280011494A CN 103415366 B CN103415366 B CN 103415366B
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Abstract

一种可转位式球头立铣刀，包括：具有弓形切削刃的第一至第三镶齿，所述第一至第三镶齿通过第一至第三螺钉能够拆卸地连接到工具主体的半球形末端部中的第一至第三基座；用于使第一螺钉倾斜贯穿狭缝状第一基座的第一螺纹孔；第一镶齿具有避免第一螺钉与第二和第三螺钉之间的干涉的倾斜孔；第一镶齿的孔和第一螺钉具有至少部分被精加工的表面，使得当第一螺钉贯穿连接到第一基座的第一镶齿时，第一镶齿通过两个精加工表面的密封接合被精确定位。

Description

可转位式球头立铣刀
技术领域
本发明涉及一种四刃可转位式球头立铣刀，具体地涉及一种由于镶齿的高固定位置精度而能够以高速和高精度实施模具等的精加工的可转位式球头立铣刀。
背景技术
球头立铣刀已经传统地用于模具等的切削，并且制造较大模具的近期趋势要求球头立铣刀具有高速、高效和高精度切削能力以及较长寿命。进一步的要求是使球头立铣刀可转位以降低切削成本。为了满足这种需求，已经提出了各种可转位刀具。
如图20所示，JP60-85815A公开了一种旋转切削刀具，该旋转切削刀具包括(a)保持器103，所述保持器在末端部中具有四个方向的垂直狭缝101和结合到狭缝101的底侧上的表面的球102；(b)四个扇状切削刀片104，所述切削刀片可拆卸地连接到保持器103的狭缝；和(c)推压板105，所述推压板在保持器103的轴向方向上延伸并螺纹接合固定器103以用于固定切削刀片104，每一个切削刀片104都在扇形中心部分中具有圆形凹口，并且每一个切削刀片104的定位通过将所述圆形凹口连接到保持器103中的球102来实现。虽然该旋转切削刀具是四刃球头立铣刀，但是切削刀片104可能在高速切削中被拆卸，这是因为每一个切削刀片104都由螺钉106和推压板105固定。此外，因为每一个切削刀片104的定位通过每一个切削刀片104的圆形凹口与球102之间的接触来实现，由于圆形凹口和球102的尺寸精度，球102的定位精度和耐用性等，因此每当更换时难以以高精度固定切削刀片104。
如图21所示，JU54-29490公开了一种镗孔工具，所述镗孔工具包括：(a)保持器204，所述保持器包括夹着倾斜狭缝201的一对突起部202和通过狭缝201贯穿两个突起部202的螺纹孔203；(b)具有中心通孔205的切削刃刀片206；和(c)紧固螺栓207，所述紧固螺栓通过切削刃刀片206的通孔205螺纹地接合两个突起部202的螺纹孔203以用于固定切削刃刀片206，且切削刃刀片206的切削刃和构成排屑沟槽208的每一个突起部202的侧表面具有钝角。虽然在该镗孔工具中切削刃刀片206从突起部202倾斜，但是切削刃刀片206的通孔205不与紧固螺栓207的螺纹部接触。切削刃刀片206通过紧固螺栓207来减小狭缝201的宽度而被固定。然而，这种镗孔工具是所谓的2-刃镗孔工具，具有不足的切削效率。另外，切削刃刀片206的这种固定方法具有低定位精度，使得该切削刃刀片206不适于用作用于以高速以及高精度实施模腔等的三维切削的精加工工具。
如图22所示，JP2001-121339A公开了一种一次性刀片立铣刀，所述一次性刀片立铣刀包括：在末端部中具有倾斜狭缝301的一对突起部302、连接到狭缝301的切削刀片303、和贯穿切削刀片303并螺纹接合一对突起部302从而具有大容屑槽305的夹紧螺栓304。然而，因为这种一次性刀片立铣刀是所谓的2刃立铣刀，因此该一次性刀片立铣刀有不足的切削效率。另外，因为切削刀片303没有由夹紧螺栓304固定，因此切削刃刀片303的定位精度低。因此，这种一次性刀片立铣刀不适于用作用于以高速和高精度实施模腔等的三维切削的精加工工具。如图23所示，JP11-239911A公开了一种一次性刀片切削刀具，所述一次性刀片切削刀具包括：工具主体402，所述工具主体402具有在直径方向上延伸的狭缝状刀片基座401；一次性刀片403，所述一次性刀片403连接到狭缝状刀片基座401中；和螺钉405，所述螺钉405通过一次性刀片403的通孔404螺纹接合末端部。刀片基座401包括在对应于螺钉405的在一个侧表面上的圆锥形头部405a的部分中稍微向后偏移的圆锥形基座表面406和容纳螺钉405的在另一个侧表面上的圆柱形部分407的孔。孔的侧壁408是用于定位一次性刀片403的参考表面。当螺钉405与连接到工具主体402的狭缝状刀片基座401的一次性刀片403紧固时，螺钉405的圆锥形头部405a被压到圆锥形基座表面406上，这是因为圆锥形基座表面406朝向刀片基座401的底部表面偏移Δt。然而，因为这种一次性刀片切削刀具是所谓的2刃切削刀具，因此该切削刀具具有不足的切削效率，不适于用于模腔的高速切削等。
如图24所示，日本专利4531981公开了一种镗孔工具，所述镗孔工具包括：在末端部中具有狭缝501的保持器502；镶齿504，所述镶齿具有倾斜锥形孔503并连接到狭缝501；和在头部505a与螺纹部分505b之间具有锥形部505c的夹紧螺钉505，且该锥形部505c贯穿镶齿504的倾斜锥形孔503，并且螺纹部505b螺纹接合末端部中的螺纹孔。当夹紧螺钉505的锥形部505c接合镶齿504的倾斜锥形孔503时，镶齿504通过楔入功能被压到末端部的止动表面上，从而防止在切削期间镶齿504的振动。然而，因为这种镗孔工具是所谓的2刃镗孔工具，因此该镗孔工具具有不足的切削效率，不能用作用于以高速切削模腔等的球头立铣刀。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种四刃可转位式球头立铣刀，其中镶齿可以以高精度连接到工具主体的末端部。
由于考虑到以上目的的深入研究，本发明人已经发现(a)当大弓形刃镶齿和小弓形刃镶齿连接到工具主体的末端部以提供四刃可转位式球头立铣刀时，用于大弓形刃镶齿的螺钉与用于小弓形刃镶齿的螺钉之间的干涉可以通过将大弓形刃镶齿朝向其螺钉倾斜而被避免；以及(b)大弓形刃镶齿的精确定位可以通过使大弓形刃镶齿的孔的一部分紧密接合螺钉的一部分而实现。基于这种发现完成本发明。
因此，本发明的可转位式球头立铣刀包括具有弓形切削刃的第一至第三镶齿，所述第一至第三镶齿通过第一至第三螺钉可拆卸地连接到工具主体的半球形末端部中的第一至第三基座，
所述第一基座由以半球形末端部的旋转中心轴线作为中心在直径方向上延伸的狭缝构成，容屑槽在旋转方向上位于狭缝的前面，并且狭缝将半球形末端部分成两个半主体；
第二基座和第三基座中的每一个都是形成在每一个半主体中的凹口，每一个凹口都包括在旋转方向上设置在每一个半主体的前表面中的基座表面和在旋转方向上位于基座表面的前面的容屑槽；
用于第一螺钉的第一螺纹孔，其在半球形末端部中从一个半主体到另一个半主体倾斜贯穿所述狭缝，以及用于第二螺钉和第三螺钉的第二螺纹孔和第三螺纹孔，所述第二螺纹孔和第三螺纹孔在第二基座和第三基座的基座表面上开口，从而避免第一螺钉与第二螺钉和第三螺钉之间的干涉；
第一镶齿具有当第一镶齿连接到第一基座时与第一螺纹孔对准的倾斜孔；以及
第一镶齿的孔的至少一部分具有精加工表面，第一螺钉具有至少部分在第一螺钉的头部与第一螺钉的螺纹部之间的精加工表面，并且当第一螺钉贯穿连接到第一基座的所述第一镶齿时，第一镶齿的孔的精加工表面紧密接合第一螺钉的精加工表面，从而精确地定位第一镶齿。
第一螺纹孔优选地在工具主体中位于第二螺纹孔和第三螺纹孔的后侧。
连接第一镶齿的一对切削刃的直线优选地垂直于连接第二和第三镶齿的切削刃的直线。
优选的是连接到第一基座的第一镶齿的弓形切削刃大致通过半球形末端部的顶点，并且连接到第二和第三基座的第二和第三镶齿中的每一个的弓形切削刃的顶端与工具主体的旋转中心轴线之间的角度α为15-30°。
优选的是第一镶齿的弓形切削刃具有180°或大于180°的中心角度β，并且第二和第三镶齿的弓形切削刃具有90°或小于90°的中心角度γ。
第一镶齿优选地由硬质合金制成。第二和第三镶齿中的每一个优选地具有其中烧结立方氮化硼的弓形切削刃刀片结合到硬质合金衬底的结构。
第一镶齿的倾斜孔的精加工表面优选地具有小于第一螺钉的精加工表面的表面粗糙度的表面粗糙度。
在与工具主体的旋转方向相反的方向上，第一螺纹孔与垂直于第一基座的中心线的直线的倾斜角θ优选地为20-40°。
优选的是第一镶齿的孔包括精加工小直径圆筒形中心孔部、和在小直径圆筒形中心孔部的两侧上的大直径圆筒形孔部，并且第一螺钉包括在头部与螺纹部之间的精加工的大直径实心圆柱部。小直径圆筒形中心孔部的内径优选地比大直径实心圆柱部的外径大3-10μm。
附图说明
图1是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的工具主体的侧视图；
图2是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的工具主体的半球形末端部的透视图；
图3是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的半球形末端部的前视图；
图4是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的半球形末端部的侧视图；
图5是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的具有镶齿的半球形末端部的前视图；
图6是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的具有镶齿的半球形末端部的侧视图；
图7是显示本发明的可转位式球头立铣刀中的具有镶齿的半球形末端部的侧视图(由图6旋转90°)；
图8是显示将要连接到本发明的可转位式球头立铣刀的第一镶齿的平面图；
图9(a)是从一个平坦部侧显示图8的第一镶齿的透视图；
图9(b)是从另一个平坦部侧显示图8的第一镶齿的透视图；
图10是从切削刃侧显示图8的镶齿的前视图；
图11是沿图8中的线A-A截得的放大剖视图；
图12是显示图8的第一镶齿中的烧结态倾斜孔的放大剖视图；
图13是显示用于固定第一镶齿的第一螺钉的侧视图；
图14是显示将要连接到本发明的可转位式球头立铣刀的第二镶齿的平面图；
图15是显示图14的第二镶齿的透视图；
图16是显示图14的第二镶齿的左侧视图；
图17是从切削刃侧显示图14的第二镶齿的前视图；
图18是显示用于固定第二(第三)镶齿的第二(第三)螺钉的侧视图；
图19是显示连接到工具主体的第一至第三镶齿之间的位置关系的透视图；
图20是显示JP60-85815A中公开的旋转切削刀具的透视图；
图21是显示JU54-29490A中公开的镗孔工具的横向剖视图；
图22是显示JP2001-121339A中公开的一次性刀片立铣刀的横向剖视图；
图23是显示JP11-239911A中公开的一次性刀片切削刀具的纵向剖视图；以及
图24是显示日本专利JP4531981中公开的镗孔工具的横向剖视图。
具体实施方式
以下参照附图详细地说明本发明的可转位式球头立铣刀。
[1]工具主体
图1显示了根据本发明的一个实施例的在没有镶齿连接在可转位式球头立铣刀中的工具主体2的整体结构，图2详细地显示了工具主体2的半球形末端部3，图3显示了当从末端侧(从图1中的左侧)看时半球形末端部3的形状，以及图4显示了半球形末端部3绕旋转中心轴线O1从图1旋转90°的形状。
如图1所示，工具主体2包括将要安装到加工中心的圆柱形柄部2a、设置在圆柱形柄部2a的末端处的锥形柄部2b、和设置在锥形柄部2b的末端处的半球形末端部3。如图2所示，半球形末端部3包括在锥形柄部2b一侧的圆柱形部分和在末端侧的半球形部分。圆柱形部分与半球形部分之间的界限由3D显示。工具主体2可以由诸如SK61等的工具钢制成。
半球形末端部3包括通过螺钉可拆卸地固定第一镶齿的第一基座4、通过螺钉可拆卸地固定第二镶齿的第二基座5、和通过螺钉可拆卸地固定第三镶齿的第三基座6。第一基座4由分割半球形末端部3的狭缝构成。即，第一基座4由具有平行相对侧壁4a、4b和底部4c的狭缝构成，且狭缝沿着旋转中心轴线O1从半球形末端部3的位于工具主体2的旋转中心轴线O1上的顶点延伸到预定深度，并在工具主体2的直径方向上贯穿半球形末端部3。因此，如图3所示，第一基座4的纵向方向与工具主体2的直径方向对准，并且如图4所示，第一基座4的深度方向与旋转中心轴线O1对准。
通过狭缝状第一基座4，半球形末端部3被划分成第一半主体3a和第二半主体3b。每一半主体3a、3b都包括沿旋转方向在狭缝状第一基座4的前面的容屑槽10、11。
如图3所示，用于通过第一螺钉9(参见图13)固定连接到狭缝状第一基座4的第一镶齿12的第一螺纹孔8具有在第一半主体3a上的开口，并且在第二半主体3b中延伸到预定深度。第一螺纹孔8的中心轴线O3在与工具主体2的旋转方向R相反的方向上从垂直于狭缝状第一基座4的中心线O2的直线O4倾斜角度θ。第一螺纹孔8的倾斜角θ优选地为20-40°。定位在第二半主体3b中的第一螺纹孔8的一部分具有可与第一螺钉9的螺纹部9e(参见图13)接合的螺纹。
如图3所示，第一半主体3a包括与第二镶齿13连接的凹口状第二基座5，并且第二半主体3b包括与第三镶齿14连接的凹口状第三基座6。虽然不是限制性的，但是在本发明的优选实施例中，第二基座5和第三基座6相对于旋转中心轴线O1布置在对称位置处。
第二基座5包括通过第二螺钉15固定第二镶齿13的基座表面5a、和在旋转方向上位于第二镶齿13的前面的容屑槽5b，而第三基座6包括通过第三螺钉16固定有第三镶齿14的基座表面6a、和在旋转方向上位于第三镶齿14的前面的容屑槽6b。基座表面5a、6a分别设有第二螺纹孔5c和第三螺纹孔6c，第二螺钉15和第三螺钉16(参见图18)可与所述螺纹孔螺纹5c和6c接合。因为第二螺纹孔5c和第三螺纹孔6c在工具主体2的轴向方向上与第一螺纹孔8分离，如图19所示，因此在第一螺钉9与第二螺钉15和第三螺钉16之间没有干涉。第二基座5和第三基座6中的每一个都在定位有镶齿13、14的角部的部分中设有弓形凹口。在本发明的一个优选实施例中，因为第二镶齿13和第三镶齿14具有相同的形状，因此第二基座5和第三基座6具有相同的形状。
图5-7显示了连接到半球形末端部3中的第一至第三基座4-6的第一至第三镶齿12-14。如图5中清楚所示，第二镶齿13和第三镶齿14的弓形切削刃20、21的方向O6垂直于第一镶齿12的弓形切削刃17a、17b的方向O5，但是从第一镶齿12的中心线O8倾斜，其中所述第一镶齿12的中心线O8与第一基座的中心线O2对准。如从图7中最清楚地所示，第二镶齿13和第三镶齿14的弓形切削刃20、21的顶端与旋转中心轴线O1分开。从第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的弓形切削刃20、21的顶端到旋转中心轴线O1的距离如图7所示由弓形切削刃20、21的顶端与旋转中心轴线O1之间的角度α表示，且位置M对应于在作为中心的旋转中心轴线O1上的边界线3D。如随后所述，角度α优选地为15-30°。
[2]镶齿
(1)第一镶齿
(a)形状
如图8和9所示，第一镶齿12包括一对平坦表面12a、12b、面对平坦表面12a的弓形切削刃17a、面对平坦表面12b的弓形切削刃17b、在旋转方向上位于弓形切削刃17a的前面并具有小于弓形切削刃17a的外径的外径的弓形部18a、位于弓形切削刃17a与弓形部18a之间的前刀面19a、与弓形切削刃17a接触的第一侧面20a、从第一侧面20a延伸的第二侧面21a、在旋转方向上位于弓形切削刃17b的前面并具有小于弓形切削刃17b的外径的外径的弓形部18b、位于弓形切削刃17b与弓形部18b之间的前刀面19b、与弓形切削刃17b接触的第一侧面20b、从第一侧面20b延伸的第二侧面21b、倾斜贯穿一对平坦表面12a、12b的孔22、和平直平坦底部23。
如图8和图10所示，当从垂直于切削刃的方向观察时两个弓形切削刃17a、17b以半圆形弧延伸，而当从上面观察时所述两个弓形切削刃17a、17b以直线延伸。两个弓形切削刃17a、17b在半球形末端部3的顶点处最近，在所述顶点处，两个弓形切削刃与旋转中心轴线O1相交。因此，当第一镶齿12绕着与工具主体2的旋转中心轴线O1完全相同的旋转中心轴线O7旋转时，弓形切削刃17a、17b的轨迹形成具有半径R的半球形。这种切削刃17a、17b一般被称作平直切削刃或S形切削刃。第一侧面20a、20b被设置成精确地形成弓形切削刃17a、17b。有时，当两个切削刃17a、17b弓形连接时，切削刃甚至位于顶点处。
如图8所示，由弓形切削刃17a、17b的弧形成的中心角度β优选地为180°或更多。因为由弓形切削刃17a、17b形成的弧的中心角度β超过180°，因此，例如，通过在向下切削中利用切削刃的具有180°或更小的中心角度β的部分而在向上切削中利用切削刃的具有大于180°的中心角度β的部分来执行模腔的垂直壁的精加工，从而导致高切削效率。中心角度β优选地为180°至大约210°。在大于210°的中心角度β的情况下，镶齿太长，从而导致高成本。
因为第一镶齿12的平坦底部23与狭缝状第一基座4的底部4c紧密接触，因此平坦底部23被精加工。
本发明的第一特征如图3和图11所示，可与第一螺钉9螺纹接合的第一螺纹孔8从狭缝状第一基座4倾斜，并且第一镶齿12的第一螺钉9所贯穿的孔22从一对平坦表面12a、12b倾斜。如图19中所示，即使在四刃可转位球头立铣刀1中，第一特征也能够避免用于固定第一镶齿12的第一螺钉9与用于固定第二镶齿13和第三镶齿14的第二螺钉15和第三螺钉16之间的干涉，从而保证用于第二螺钉15和第三螺钉16的充足的空间。
倾斜孔22的方向由中心线O9与垂直于第一镶齿12的中心线O8(垂直于一对平坦表面12a、12b)的直线O10之间的角度δ来表示。当然，角度δ等于角度θ。为了确保用于第二螺钉15和第三螺钉16的充分空间以固定第二镶齿13和第三镶齿14，角度δ(＝θ)优选地为20-40°，更优选地为20-30°。在小于20°的角度δ(＝θ)的情况下，不能确保用于第二螺钉15和第三螺钉16的充分空间。当角度δ(＝θ)大于40°时，倾斜孔22的形成是困难的。
如图11所示，倾斜孔22由具有长度L1和内径D1的小直径圆筒中心孔部22a和每一个都具有大于内径D1的内径D2并位于小直径圆筒中心孔部22a的两侧的大直径圆筒孔部22b构成。小直径圆筒中心孔部22a被精加工成使得该小直径圆柱形中心孔部紧密接合随后描述的第一螺钉9的精加工的大直径实心圆柱部9c。小直径圆筒中心孔部22a的长度L1优选地大于第一螺钉9的大直径实心圆柱部9c的长度L2大约D1tanδ。由于小直径圆筒中心孔部22a与大直径实心圆柱部9c之间有大约3-10μm的间隙，因此如果倾斜孔22整体上具有内径D1，第一螺钉9不会容易地插入倾斜孔22中。因此，大直径圆筒形孔部22b在倾斜孔22的两个入口侧的形成使得便于将第一螺钉9插入倾斜孔22中。大直径圆筒形孔部22b可以渐缩。
(b)制造方法
由硬质合金形成的第一镶齿12优选地由以下步骤制造而成：
(b1)包括碳化钨颗粒、钴颗粒并且如有必要包括添加剂的粒化粉末被挤压以形成用于第一镶齿12的初始(green)主体。如图12所示，初始主体的倾斜孔22包括具有长度L1和内径D1’的小直径圆筒形中心孔部22a和布置在小直径圆筒形中心孔部22a的两侧并且每一个都具有大于内径D1’的内径D2的大直径圆筒形孔部22b。小直径圆筒形中心孔部22a和大直径圆筒形孔部22b由于20-30％的烧结收缩和0.05-0.3mm的切削余量而被形成得较大。
(b2)初始主体在预定温度(例如，大约1300-1400℃)下被烧结。
(b3)在烧结之后，小直径圆筒形中心孔部22a通过金刚石研磨、打磨、珩磨等被精加工成具有内径D1。精加工后的小直径圆筒形中心孔部22a优选地具有1.0μm或更小的表面粗糙度Rza。
(b4)第二弓形侧面21a、21b通过金刚石磨床被精加工以形成第一侧面20a、20b和弓形切削刃17a、17b。底部23通过精加工被制造成平坦的。
(b5)第一镶齿12的除了倾斜孔22之外的表面通过PVD或CVD方法被设置由Ti-Al氮化物、Ti-Si氮化物、Ti-B氮化物等形成的耐磨耐热涂层。
(2)第一螺钉
用于将第一镶齿12固定到狭缝状第一基座4的第一螺钉9如图13所示依此包括头部9a、第一小直径实心圆柱部9b、精加工的大直径实心圆柱部9c、第二小直径实心圆柱部9d和螺纹部9e。本发明的第二特征在于当第一螺钉9插入第一镶齿12的倾斜孔22中时，精加工的大直径实心圆柱部9c紧密接合倾斜孔22的精加工的小直径圆筒形中心孔部22a。
可以使用圆柱形金刚石磨床等精加工大直径实心圆柱部9c。精加工的大直径实心圆柱部9c的表面粗糙度Rzb大约为1.5-3.5μm，大于第一镶齿12的倾斜孔22的小直径圆筒形中心孔部22a的表面粗糙度Rza。这是因为(a)：当第一镶齿12的小直径圆筒形中心孔部22a和第一螺钉9的大直径实心圆柱部9c具有不同的表面粗糙度时，所述小直径圆筒形中心孔部22a和所述大直径实心圆柱部9c在螺纹接合时具有减小的摩擦力；以及因为(b)：可以通过对由耐磨硬质合金制成的第一镶齿12的小直径圆筒形中心孔部22a的更高精度的研磨以形成参考表面来更加容易地控制机械加工精度。
第一螺钉9可以通过转动诸如SK61等的工具钢棒来形成头部9a、第一小直径实心圆柱部9b、大直径实心圆柱部9c、第二小直径实心圆柱部9d和螺纹部9e，并且通过金刚石磨床等进行研磨来精加工大直径实心圆柱部9c而被制造而成。大直径实心圆柱部9c的外径被形成为比第一镶齿12的小直径圆筒形中心孔部22a的内径小大约3-10μm。通过这种小间隙，第一螺钉9的大直径实心圆柱部9c配合在第一镶齿12的小直径圆筒形中心孔部22a中。
(3)第二和第三镶齿
因为在本发明的优选实施例中第二镶齿13和第三镶齿14具有相同的形状，因此根据具体情况仅对第二镶齿13进行说明。这种说明也适用于第三镶齿14。
如图14-17所示，平板形状的第二镶齿13包括前表面13a、后表面13b、在前表面13a与后表面13b之间具有切削刃20的弓形部13c、第一平坦部13d、第二平坦部13e、和从前表面13a延伸到后表面13b以用于容纳第二螺钉15的第二孔13f。具有小于弓形部13c的外径的外径的弓形部25在旋转方向上设置在切削刃20的前面，前刀面26设置在弓形部13c与弓形部25之间。弓形部13c用作第一侧面，而在旋转方向上在弓形部13c的后侧的弓形部27用作第二侧面。前表面13a在第二孔13f的两侧具有台阶。
第二镶齿13由一体式硬质合金基底或钎焊有具有弓形切削刃的硬烧结部件的硬质合金基底构成。硬烧结部件可以例如是烧结立方氮化硼(CBN)。通过具有弓形切削刃的硬烧结CBN部件，即使在高速切削时第二镶齿13也显示出充分的耐磨性和耐热性。
第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的形状和尺寸被确定以使得当工具主体2在第一至第三镶齿12、13、14固定到半球形末端部3中的第一至第三基座4、5、6的同时旋转时，第一至第三镶齿12、13、14的弓形切削刃17a、17b、20、21的轨迹形成具有半径R的完全相同的半球。
为了避免第一镶齿12与第二镶齿13和第三镶齿14之间在半球形末端部3的顶点附近的干涉，第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的弓形切削刃20、21优选地具有90°或小于90°的中心角度γ。因此，如图7所示，第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的弓形切削刃20、21与旋转中心轴线O1之间的角度α为15-30°。当角度α小于15°时，第二镶齿13和第三镶齿14的末端太靠近旋转中心轴线O1，使得弓形切削刃20、21在其末端具有小圆周速度。因此，在切削平坦表面时第二镶齿13和第三镶齿14在其末端处容易被损坏。另一方面，当角度α大于30°时，第二镶齿13和第三镶齿14具有太短的弓形切削刃20、21，从而导致低加工效率，并由于太大的负载而导致第一镶齿12损坏。在90°或小于90°的中心角度γ和15-30°的角度α的情况下，在第二镶齿13和第三镶齿14的弓形切削刃20、21与第一镶齿12的弓形切削刃17a、17b之间在工具主体2的顶点处没有干涉。
由硬质合金形成的第二镶齿13和第三镶齿14可以通过与由硬质合金形成的第一镶齿12相同的方法制造而成，不需要精加工孔13f的内表面。
将CBN形成的弓形切削刃部件结合到第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的方法例如包括以下步骤：
(a)第一步骤
第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个都预先在与切削刃相对应的部分中设有一凹口。因为CBN的弓形切削刃部件应该精确地固定到凹口，因此凹口的基座表面通过金刚石磨床等被精加工。
(b)第二步骤
弓形切削刃部件通过线切削方法等由盘形CBN块切割而成。
(c)第三步骤
烧结CBN的弓形切削刃部件被钎焊到第二镶齿13和第三镶齿14中的每一个的凹口。最后，弓形切削刃部件的切削刃通过金刚石磨床被研磨以形成期望的切削刃20、21。
(4)第二和第三螺钉
类似于第二镶齿13和第三镶齿14，因为在本发明的优选实施例中第二螺钉15和第三螺钉16具有相同的形状，因此根据具体情况仅对第二螺钉进行说明。该说明适用于第三螺钉16。
图18所示的第二螺钉15包括头部15a、圆柱部15b和螺纹部15c。第二螺钉15贯穿第二镶齿13的第二孔13f，且第二螺钉15的螺纹部15c螺纹接合第二基座5的第二螺纹孔5c。因此，第二镶齿13稳固地固定到第二基座5。同样地，第三镶齿14通过第三螺钉16稳固地固定到第三基座6。
第二螺钉15和第三螺钉16可以由诸如SK61等的工具钢棒通过类似于第一螺钉9的机械加工制造而成。
(5)镶齿到工具主体的固定
可以通过以下步骤将第一至第三镶齿12、13、14固定到工具主体2。
(a)步骤1
第一镶齿12插入狭缝状第一基座4中，并通过第一螺钉9临时固定。
(b)步骤2
第二镶齿13连接到第二基座5，并通过第二螺钉15被临时固定。
(c)步骤3
第三镶齿14连接到第三基座6，并通过第三螺钉16临时固定。
(d)步骤4
在调节第一至第三镶齿12、13、14的位置和角度之后，第一至第三螺钉9、15、16以预定扭矩被紧固以将第一至第三镶齿12、13、14精确地固定到第一至第三基座4、5、6。
以下以示例进一步详细地说明本发明，而不是用于将本发明限制于所述示例。
示例1
固定第一镶齿时的定位精度
当经过切削时间时镶齿的切削刃被磨损，从而导致切削精度降低。因此，当达到预定切削时间时镶齿被更换成新的镶齿。如果在定位新镶齿的切削刃时存在误差，则切削精度将会降低。尤其在模腔的精加工切削等中，切削刃的定位精度应该极其高。因此，当第一镶齿12被重复固定到第一基座4时，测量定位精度。
制备四种类型的第一镶齿12和三种类型的第一螺钉9，所述第一镶齿每一个镶齿12都包括精加工的小直径圆筒形中心孔部22a，所述小直径圆筒形中心孔部22a具有在5mm+5μm至5mm+15μm的范围内的内径D1和5mm厚度，所述第一螺钉9每一个都包括精加工的大直径实心圆柱部9c，所述大直径实心圆柱部9c具有在5mm-5μm至5mm+2μ的范围内的外径d1。测量每一个精加工的小直径圆筒形中心孔部22a的表面粗糙度Rza和每一个大直径实心圆柱部9c的表面粗糙度Rzb。这些第一镶齿12和这些第一螺钉的组合中的每一个固定到如图1-4所示的具有30mm的外径的四刃工具主体2。相对于同一第一镶齿12和同一第一螺钉9的组合，连接和拆卸重复5次。以在第一次连接时的切削刃的位置(图6所示的点P的位置，弓形切削刃17a、17b在所述位置处具有最大直径)作为参考值(0)，以上参考值与在第二次连接以及随后连接时的切削刃的位置之间的差被作为第一镶齿12的固定位置精度S。
第一镶齿12的精加工的小直径圆筒形中心孔部22a的内径D1和表面粗糙度Rza、第一螺钉9的精加工的大直径实心圆柱部9c的外径d1和表面粗糙度Rzb以及切削刃的固定位置精度S及其评价在表1中被示出。通过以下标准评价固定位置精度S。
极好：固定位置精度S在四次中小于±1.5μm。
良好：固定位置精度S至少一次为±1.5μm≤S＜±4.0μm。
比较好：固定位置精度S至少一次大于±4.0μm。
表1
注：(1)以与5mm的差值表示的内径
(2)精加工的小直径圆筒形中心孔部22a的表面粗糙度Rza。
(3)以与5mm差值表示的外径。
(4)精加工的大直径实心圆柱部9c的表面粗糙度Rzb。
如从表格1清楚地看到，在每一个都包括具有0.8μm或小于0.8μm的表面粗糙度Rza的小直径圆筒形中心孔部22a的第一镶齿12和每一个都包括具有3.2μm或小于3.2μm的表面粗糙度Rzb的大直径实心圆柱部9c的第一螺钉9的组合(测试编号1，2，4，5)中，第一镶齿12的固定位置精度S极其高，小于±1.5μm。另一方面，在其中固定位置精度S超过±4.0μm的组合中，需要较长时间来细微地调节第一镶齿12的固定位置。
以上结果显示了当包括具有0.8μm或小于0.8μm的表面粗糙度Rza的小直径圆筒形中心孔部22a的第一镶齿12和包括具有3.2μm或小于3.2μm的表面粗糙度Rzb的大直径实心圆柱部9c的第一螺钉9组合时，第一镶齿12可以以高精度固定到半球形末端部3的狭缝状第一基座4。
示例2
切削测试1
具有表2中所示的规格的四种类型的球头立铣刀B1-B4被制备。球头立铣刀B1和B2是本发明的四刃可转位式球头立铣刀，所示四刃可转位式球头立铣刀包括WC基硬质合金形成的第一至第三镶齿，球头立铣刀B3是仅包括由WC基硬质合金形成的第一镶齿的传统的两刃可转位式球头立铣刀，而球头立铣刀B4是包括钎焊到工具主体的由WC基硬质合金形成的四个切削刃刀片的传统的球头立铣刀。任何WC基硬质合金包括具有0.6μm的平均粒度的WC，且质量比为8.0％的Co。
如表2中所示，在本发明的可转位式球头立铣刀B1和B2中，半球形末端部3中的第一螺纹孔8的倾斜角θ和第一镶齿12的小直径圆筒形中心孔部22a的倾斜角δ为25°，小直径圆筒形中心孔部22a的内径D1是5.007mm，而第一螺钉9的大直径实心圆柱部9c的外径d1是4.997mm.
因为传统的可转位式球头立铣刀B3具有两个切削刃，因此角度θ和角度δ两者都为0°。因为传统的球头立铣刀B4包括被钎焊的四个切削刃刀片，因此没有角度θ和角度δ。
表2
Note：(1)钎焊
(2)第一镶齿涂有TiSiN，而第二和第三镶齿没有涂布TiSiN。
利用每一个球头立铣刀B1-B4，对由FCD550(HB：220)制成的工件的垂直和水平壁执行切削测试以估计机械加工效率。切削条件如下：
机械加工方法：干精加工切削
切削速度：  1130m/min，
转速：      12000rpm，
进给速度：           10800mm/min，
每一切削刃的进给：   0.22-0.45mm/切削刃，
纵向切削深度：       0.15mm，
径向切削深度：   0.5mm，以及
工具突出长度：   110mm。
直到第一至第三镶齿12、13、14的切削刃的尺寸变化达到0.01mm为止或直到侧面的磨损的深度达到0.05mm为止的时间期间被限定为镶齿寿命。表3中显示了所述结果。
表3
注：(1)本发明的可转位式球头立铣刀
(2)传统的球头立铣刀
在切削测试1中在评价镶齿的耐磨性的垂直壁切削测试中，传统的2刃可转位式球头立铣刀B3具有120分钟的镶齿寿命，而没有用于耐热性的表面处理的钎焊式传统四刃球头立铣刀B4具有20分钟的短镶齿寿命。另一方面，本发明的可转位式球头立铣刀B1和B2分别具有240分钟和800分钟的镶齿寿命。因此，本发明的可转位式球头立铣刀B1和B2在垂直壁的高速切削时显示出极好的耐磨性，获得长寿命。本发明的可转位式球头立铣刀即使在高速切削时也能够表现出具有长镶齿寿命的理由在于由于以上第一和第二特征本发明的可转位式球头立铣刀有四个切削刃。
除了以上测试以外，通过本发明的可转位式球头立铣刀B1、B2以500m/min的速度切削垂直壁。结果，在B1中镶齿寿命增加到1200分钟，而在B2中镶齿寿命增加到2500分钟。这表明本发明的可转位式球头立铣刀不仅在1000m/min的高速切削下显示出高效率和长寿命，而且在500m/min的传统使用的切削速度下显示出高耐磨性和长寿命。
在水平壁切削测试中，传统的2刃可转位式球头立铣刀B3具有550分钟的镶齿寿命，而钎焊的传统的四刃球头立铣刀有100分钟的镶齿寿命。另一方面，本发明的可转位式球头立铣刀B1和B2分别具有600分钟和650分钟的镶齿寿命。这表明即使通过球头立铣刀的末端附近的切削刃进行水平壁的低速切削时，本发明的可转位式球头立铣刀也能够显示良好的镶齿寿命。
示例3
切削测试2
与示例2中一样制备具有在以下表4中显示的规格的四种类型的球头立铣刀B5-B8。连接到本发明的可转位式球头立铣刀B5、B6的第一镶齿12的倾斜孔22具有25°的倾斜角δ，小直径圆筒形中心孔部22a具有5.007mm的内径D1，并且第一螺钉9的大直径实心圆柱部9c具有4.997mm的外径d1。
表4
注：(1)钎焊。
(2)第一镶齿涂有TiSiN，而第二和第三镶齿没有涂布TiSiN。
使用每一个球头立铣刀B5-B8，在以下条件下切削由SK11(HRC：60)形成的工件的垂直和水平壁：
机械加工方法： 干精加工切削
切削速度： 300m/min
转速：     3200rpm，
进给速度：  1920mm/min，
每一切削刃的进给：  0.15-0.3mm/切削刃
纵向切削深度：  0.15mm，
径向切削深度：  0.5mm，和
工具突出长度    110m。
直到第一至第三镶齿12、13、14的切削刃的尺寸变化达到0.03mm为止或直到侧面的磨损的深度达到0.15mm为止的时间期间被定义为镶齿寿命。表5中显示了结果。
表5
在评价镶齿的耐磨性的垂直壁切削测试中，传统的2刃可转位式球头立铣刀B7具有33分钟的镶齿寿命，而包括没有针对耐热性进行表面处理的镶齿的钎焊式传统四刃球头立铣刀B8具有3分钟的短镶齿寿命。另一方面，本发明的可转位式球头立铣刀B5和B6分别具有65分钟和230分钟的镶齿寿命。这表明本发明的可转位式球头立铣刀B5、B6在模具等的垂直壁的高速切削中显示出极好的耐磨性，从而导致长寿命。
在评价镶齿的耐磨性的水平壁切削测试中，传统的2刃可转位式球头立铣刀B7具有200分钟的镶齿寿命，而钎焊的传统的四刃球头立铣刀B8具有20分钟的镶齿寿命。另一方面，本发明的可转位式球头立铣刀B5和B6分别具有220分钟和240分钟的镶齿寿命。这表明通过以上第一和第二特征，本发明的可转位式球头立铣刀即使在需要耐磨性的水平壁切削测试中也显示出良好的镶齿寿命。
第一镶齿的固定位置精度测试和切削测试1和2的以上结果显示了与传统的球头立铣刀相比较，本发明的可转位式球头立铣刀在由FCD550铸件形成的工件和由高硬度冷加工模具钢SKD11(HRC：62)制成的模具的垂直和水平壁的高速切削中显示出更高的耐磨性，从而表现出更长的镶齿寿命。
本发明的效果
因为本发明的可转位式球头立铣刀具有其中第一镶齿通过倾斜贯穿的第一螺钉固定到半球形末端部的结构，因此即使存在第一螺钉，本发明的可转位式球头立铣刀具有用于固定第二和第三镶齿的第二和第三螺钉的充分空间。这种结构为本发明的可转位式球头立铣刀提供四个切削刃，从而使得能够以与2刃球头立铣刀相比较显著延长的镶齿寿命对模腔等的垂直壁进行高速高精度切削。
另外，因为第一镶齿的孔和第一螺钉具有精加工表面，因此当第一螺钉贯穿连接到第一基座的第一镶齿时，第一镶齿的孔的精加工表面紧密接合第一螺钉的精加工表面，从而导致第一镶齿的精确定位。因此，可以容易地执行更换的镶齿的精确定位。

Claims (11)

1.一种可转位式球头立铣刀，包括具有弓形切削刃的第一至第三镶齿，所述第一至第三镶齿通过第一至第三螺钉能够拆卸地连接到工具主体的半球形末端部中的第一至第三基座，
所述第一基座由以所述半球形末端部的旋转中心轴线作为中心在直径的方向上延伸的狭缝构成，容屑槽沿旋转方向位于所述狭缝的前面，并且所述狭缝将所述半球形末端部分成两个半主体；
所述第二基座和所述第三基座中的每一个是形成在每一个半主体中的凹口，每一个凹口包括在旋转方向上设置在每一个半主体的前表面中的基座表面和在旋转方向上位于所述基座表面的前面的容屑槽；
用于所述第一螺钉的第一螺纹孔，其在所述半球形末端部中从一个半主体到另一个半主体倾斜地穿过所述狭缝，以及用于所述第二螺钉和所述第三螺钉的第二螺纹孔和第三螺纹孔，所述第二螺纹孔和所述第三螺纹孔在所述第二基座和所述第三基座的基座表面上开口，从而避免所述第一螺钉与所述第二螺钉和第三螺钉之间的干涉；
所述第一镶齿具有当所述第一镶齿连接到所述第一基座时与所述第一螺纹孔对准的倾斜孔；以及
所述第一镶齿的孔的至少一部分具有精加工表面，所述第一螺钉具有至少部分地在所述第一螺钉的头部与所述第一螺钉的螺纹部之间的精加工表面，并且当所述第一螺钉贯穿连接到所述第一基座的所述第一镶齿时，所述第一镶齿的孔的精加工表面紧密接合所述第一螺钉的精加工表面，从而精确地定位所述第一镶齿。
2.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第一螺纹孔在工具主体中位于所述第二螺纹孔和所述第三螺纹孔的后侧。
3.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，连接所述第一镶齿的一对切削刃的直线垂直于连接所述第二镶齿的切削刃和所述第三镶齿的切削刃的直线。
4.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，连接到所述第一基座的所述第一镶齿的弓形切削刃大致通过所述半球形末端部的顶点，并且其中连接到所述第二基座和所述第三基座的所述第二镶齿和所述第三镶齿中的每一个的弓形切削刃的顶端与所述工具主体的旋转中心轴线之间的角度α为15-30°。
5.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第一镶齿的弓形切削刃具有180°或更大的中心角度β，并且其中所述第二镶齿和所述第三镶齿的弓形切削刃具有90°或更小的中心角度γ。
6.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第一镶齿由硬质合金制成。
7.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第二镶齿和所述第三镶齿中的每一个具有其中由烧结立方氮化硼形成的弓形切削刃刀片结合到硬质合金衬底的结构。
8.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第一镶齿的倾斜孔的精加工表面具有小于所述第一螺钉的精加工表面的表面粗糙度的表面粗糙度。
9.根据权利要求1所述的可转位式球头立铣刀，其中，在与所述工具主体的旋转方向相反的方向上，所述第一螺纹孔到垂直于所述第一基座的中心线的直线的倾斜角θ为20-40°。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述第一镶齿的孔包括精加工的小直径圆筒形中心孔部、和在所述小直径圆筒形中心孔部的两侧上的大直径圆筒形孔部，并且其中所述第一螺钉包括在头部与螺纹部之间的精加工的大直径实心圆柱部。
11.根据权利要求10所述的可转位式球头立铣刀，其中，所述小直径圆筒形中心孔部的内径比所述大直径实心圆柱部的外径大3-10μm。
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