铣刀刀片及其刀夹 发明领域
本发明涉及用于立铣加工的铣刀刀片及刀夹。
发明背景
通常提供一个具有近似最终外形的轻金属工件，它要求最好以具有最小单一切削深度的精加工达到所需要的高光洁度最终外形，为了实现对工件的高光洁度精加工，要求铣刀总体有最小切削量且具体有最小轴向切削量，这可以通过安装刀片时使其工作的前切削刃处于一单个平面、即所谓工件的加工表面来实现。
如在申请人Satran的美国专利5,207,538中所述的平行六面体铣刀刀片有两种设置方式，其中在每一种方式中它都沿轴向倾斜以形成适当的轴向前角和后角。在第一种设置中，刀片安装座的侧壁为刀片提供了一单个支承表面和两个间隔开的支承表面，以便分别为刀片提供轴向支承和径向支承，这样就有一个长的主切削刃作为侧切削刃，一个突出的凸状切削角的前切削刃作为刮刀来刮削工件的表面。在第二种设置中，刀片安装座的侧壁为刀片提供了两个间隔开的支承面和一个单个支承面，以便分别为刀片提供轴向支承和径向支承，这样长的主切削刃地延长部分成角度地设置以用作刮刀刮削工件的加工表面。在这两种形式中，由于刀片安装座的误差存在，铣刀不可能将工件表面刮削到高光洁度，因而一般需要后继的磨削操作以获得这种光洁度。
如在美国专利2,805,469中所述，轴向倾斜的刀片安装座设置在分体式刀夹中，刀夹由一个主体组成，主体上有环状法兰环以便从背面套装，这样，主体为刀片座提供了底部支承面和径向支承面，其分别承受切向切削力和径向切削力，环状法兰环为刀片座提供了轴向支承面，以承受轴向切削力。尽管底部支承面的轴向倾斜带来轴向跳动的不利影响，环状法兰环要求径向延长的凹槽，以便刀片的轴向支承不沿其上棱边方向，因为这将进一步增加轴向跳动。
发明概述
按照本发明的第一个方面，铣刀刀片包括：
一个基本呈棱形体的部分，它带有一个上表面、一个下表面和至少两对相邻的侧面；
一对沿前述两对侧面中的第一对的第一个侧面形成的间隔开的共面支承面，以及至少一个沿前述第一对侧面中的第二个侧面形成的平面支承面；以及
一个处于第二对侧面的两个侧面之间的切削角，它包括一个前切削刃，该前切削刃向外突出于 前述另一对侧面中的与前述第一对侧面中的第一个侧面相对置的第一个侧面，该前切削刃平行于前述间隔开的共面支承面。
在本发明的优选实施例中，在俯视图中刀片为长方形，并带有两个对角分布的可转换位切削角。这样，每个切削角还包括一个切向指向其前切削刃的侧切削刃，而每个长侧面由一对间隔开的共面支承面形成，每个短侧面由一单个的支承面形成。
沿长侧面方向的其中一个间隔开的支承表面优选处于其相对长侧面的前切削刃的相对位置，而另一个支承面沿同一长侧面邻接于切削角，这样可使其与前一个支承面的距离尽量远。此外，沿短侧面方向的支承面最好处于其相对短侧面的侧切削刃的相对位置。
沿长侧面的共面支承面和沿短侧面的平面支承面最好设计为与下表面正交，以形成两个对角分布的四方盒状结构，其中每一个都用于相关对角分布的相对切削角的定位。
在切削刀片的优选实施例中，前刀刃高于刀片的上表面，以便为轻金属工件的高速精加工操作提供所要求的正的轴向前角和后角，而不需使刀片轴向倾斜。
按照本发明的第二个方面，一把铣刀有一个回转轴，并包括用于一个或多个刀片的铣刀刃夹，每个刀片有一个前切削刃，可用作设置在与回转轴垂直的径向平面上的刮刀。铣刀刀夹形成有一个或多个刀片安装座，每个安装座包括：一个平行于回转轴的底部支承平面，以便对安装于其中的刀片起切向支承作用；一个轴向支承面，以便在间隔开的至少两个接触区域轴向支承前述刀片，在铣刀的俯视图中接触区域形成垂直于回转轴线的第一条假想线；以及一个径向支承面，以便在单个接触区域径向支承前述刀片，在铣刀的前述俯视图中该单个接触区域形成垂直于前述第一条假想线的第二条假想线。
这样，根据本发明的启示，高光洁度的平面精加工切削所要求的最小轴向跳动是通过刀片的无轴向倾斜的安装达到的。刀片由一对间隔开的接触区域轴向支承，而由一单个接触区域径向支承。为了达到铣刀的最小轴向跳动，有一对轴向支承接触区而只有一单个径向支承接触区，尽管如此，这样一个径向支承接触区已足够承受铣销近似最终形状的工件所产生的相对较小的径向切削力。
刀片安装座的轴向和径向支承面最好设计成与刀片的相应支承面一样的平面，它们设计成并排放置，使得每个接触区由两个相互压紧的平面形成。此外，刀片安装座的轴向和径向支承面最好垂直于相应的底部支承面。
按照本发明的第三个方面，铣刀刀夹有一个回转轴并包括一个主体部件和一个大体呈环形的法兰环，该法兰环可以从后面套装到前述主体部件上，从而形成多个刀片安装座，每个安装座由一个底部支承面、径向支承面和一个轴向支承面形成，其特征在于，所述环形法兰环有一个垂直于回转轴的高度光滑的下表面，以便形成前述的多个轴向支承面。
该结构优于整体式铣刀刀夹，其特点在于它的支承面更易于实现小公差的加工，而无须向后一种结构那样只能在有限的空间内工作。
附图简述
为了更好地表述本发明并示明如何在实践中得以应用，仅借助于非限定性的实施例结合附图加以说明，其中：
图1为本发明一优选实施例的矩形铣刀刀片的等轴视图；
图2 4分别为图1刀片的俯视图、主视图和侧视图；
图5为图1刀片之切削角的等轴放大视图；
图6 9分别为沿图2中VI-VI、VII-VII、VIII-VIII和IX-IX线的局部剖面图；
图10为铣刀刀片第二个实施例的主视图，其前切削刃相对于下表面倾斜；
图11为本发明的四方形刀片的俯视图；
图12为本发明的八边形刀片的俯视图；
图13-15分别为按照本发明安装在右旋刀夹之刀片安装座上的图1所示刀片的俯视、侧视和主视示意图；
图16为刀片安装座的俯视图，它具有一对间隔开的轴向支承面以便为刀片作轴向支承；
图17为带有图1所示刀片的整体式铣刀的等轴视图；
图18为带有图1刀片的分体式铣刀的等轴视图；
图19为沿图18中XIX-XIX线剖开的纵向剖面图；
图20为图18所示铣刀的刀片安装座的放大俯视图；
图21为沿图20中XIX-XIX线剖开的剖视图，示出将刀片固定在刀片安装座中的锁紧螺丝固定方式；
图22为沿图19中XXII-XXII线剖开的剖视图，示出维持铣刀动态平衡的装置；以及
图23为装有图1所示刀片的另一种分体式铣刀的纵向剖视图。
附图详述
图1-4示出一个铣刀刀片，总体标号为1，它有一个大致棱形体2，其在俯视图中基本为长方形并具有一个上表面3、一个下表面4、长侧面5和7及短侧面8和9。长侧面5与短侧面9相交于切削角10A，而长侧面7和短侧面8相交于切削角10B，10B位于10A的对角位置。在后面将要详细讲到，刀片1具有四方盒形结构12A和12B，12A和12B分别与切削角10A和10B处于对角位置，可使刀片1相对刀夹回转轴线精确定位。
刀片1有一对称轴13，该刀片相对于该轴回转对称，因此后面的结构细节描述只考虑切削角10A和盒状结构12A，可以理解，这些细节同样适用于切削角10B和盒状结构12B。为了将刀片1保持在铣刀刀夹上，刀片体2最好设有圆柱安装孔11，其轴线与对称轴13重合，并最好有一个锥形沉孔14，该锥形沿孔14的形状为环形或锥形的一部分，用以装入如锁紧销等锥形埋头螺钉或任何其它紧固件。
切削角10A具有一个复合切削前刀面15，该前刀面一侧与上表面3交合，另一侧与环绕(wraparound)的后侧面16相交，从而形成一条前切削刃17和一条侧切削刃19，该侧切削刃19经过角部切削刃20垂直于前切削刃17。环绕的后侧面16由与相交于切削角10A的侧面5和9的相邻部分相交的几个平面构成，而复合切削前刀面15由几个包括平面部分的组合面构成。
最好参见图2，盒状结构12A由一对间隔开的共面支承面7A、7B和一平面支撑面8A组成，该支承面7A、7B在下面由沿长侧面7的倒角部分7AA和7BB(未示出)支撑，同样地，该支承平面8A由沿短侧面8的倒角部分8AA(未示出)支撑。支承面7A、7B和8A设计成与下表面4垂直，且支承面8A垂直于与其相关的支承面7A和7B。如图示，支承面7B位于前切削刃17的相对位置，支承面7A则靠近切削角10B，以便尽可能远离支承面7B，而支承面8A则与侧切削刃19相对置。
最好再参见图2，前切削刃17突出于侧面5并平行于共面支承面7A和7B，以保证其在工件加工表面上的精确位置。此外，在图3和图4中，前切削刃17也高于上表面3且平行于下表面4。再参照图2，侧切削刃19突出于侧面9，而在图4中可以看到侧切削刃19朝下表面4倾斜。
如图2和图3中看到的，前切削刃17通过一个内切削刃21与长侧面5的顶边相交，这使得刀片1可以切入工件，其切入深度略小于前切削刃17突出长侧面5的高度。前切削刃17可设有一个共同延伸的窄的底刃棱22(见图5和图6)以提高表面质量，前切削刃17可通过一个大致沿其长度等宽度的前刃棱23提高其强度。盒状结构12A的另一个优点在于，它便于前切削刃17及窄的底刃棱22的精密磨削，从而将改善其以后的加工。
最好参见图6-9，前刀面15的与前切削刃17、侧切削刃19及角部切削刃20相关的前刀面组成部分是凹入的，形成如图6所示的合适的轴向前角α1和后角α2以及图8和图9中所示的合适的径向前角α3、α5以及适于待加工材料的径向后角α4和α6。特别是，切削角10A的向外突出特征简化了软材料如铝加工时所要求的大的正的轴向、径向前角和后角的准备工作。此外，图8和图9还显示出整修切削角10A使其沿侧切削刃19具有恒定楔角ω。
最后，参见图2，角部切削刃20最好分段倒角，而不是形成通常的刀尖半径，以便产生一个60°的引入角ε，从而防止刀具在逐渐离开工件时产生工件的边缘毛刺。在对近似最终形状的工件进行精加工时，倒过角的角部切削刃20事实上作为刀片的侧切削刃工作。
现在大略参看图10-12，图10为一刀片1A，其前切削刀17朝下表面4倾斜。图11和图12分别以俯视图示出等四边形刀片24和八角形刀片25，该等四边形刀片24带有4个切削角，每一个切削角由一个相应的盒状结构来支承，该八角形刀片25具有八个切削角，每个切削角由一相应的盒状结构来支承。
为说明铣刀刀片1在铣刀刀夹100的相应刀片安装座27中的安装，现参照图13-15示出了盒状结构12A的使用，其中刀夹100有回转轴A，该盒状结构12A使工作切削角10A定位，切削角10A的前切削刃17带有圆角半径R，它形成垂直于回转轴A的径向平面P的一部分。这样，刀片安装座27有一个平面底部支承面27A，它平行于回转轴A，并且下表面4与该支承面27A相贴合而受切向切削力。此外，刀片安装座27有一个径向展开的平面轴向支承面27B，它同时垂直于回转轴A和底部支承面27A，并且一对支承面7A和7B与支承面27B相贴合，而在两个间隔开的接触区域承受轴向切削力，该接触区域限定了一条垂直于回转轴A的假想线L1(见图13)。最后，刀片安装座27还有一个轴向展开的平面径向支承面27C，它平行于回转轴A并垂直于底部支承面27A，支承面8A与该支承面27C贴合而在接触区域承受径向切削力，该接触区域限定一条垂直于假想线L1的假想线L2(见图13)。
以上定位使带有两个或更多刀片的铣削刀具有最小轴向切削量，这样其工作前切削刃17与相关的窄底刃棱22一起刮削工件的被加工表面以达到高光洁度。此外，这种刀具的工作前切削刃17超出相应的暴露的下支承面5A和5B，以保证铣刀可轴向切入工件一足够深度，从而加工近似最终形状的工件而不会让铣削操作中产生的切削划伤支承面5A和5B。同时，工作的侧切削刃19超出其相应的暴露的支承面9A足够尺寸，使得铣刀在铣削过程中的横向运动不受限制。最后，尽管刀片1本身不倾斜，工作切削角10A仍具有所要求的大的正轴向和径向前角及后角，这促进了切屑的形成及其从轻材料工件上除去。
为了使刀片精确定位以得到铣刀的最小轴向切削量，图16示出一个刀片安装座28，其设有一对间隔开的共面支承面28A和28B，一单个的平面支承面7C沿铣刀刀片1B的长侧面方向来承载该支承面28A、28B。
现在参看图17，一个总体以标号100A示出的整体式铣刀刀夹有一基准回转轴线A并可安装5个刀片1，该刀夹包括一个锥形柄部102和一个刀头103，刀头有5个沿其圆周均匀分布的座形结构104。每个座形结构104有一个刀片安装座106和一个挖掉的容屑槽108，该安装座106具有支承面27A、27B和27C以支承利用锁紧螺钉107固定到其中的刀片1，容屑槽108可使刀片1易于安装并可排出切屑。
与整体式铣刀刀夹100A相比，分体式刀夹100B具有加工和功能方面的显著优越性，图18和图19示出了这种刀夹，其中相应的部件给以相同的标号。为达到这一效果，刀头部分103包括一个基本为环形的主体部件110和一个相配合的基本为环形的法兰环111，该主体部件110整体形成且构成锥形柄部102的导入部分，该法兰环111套装到主体部件110的末端且借助于连接螺钉112固定于其上，该连接螺钉112穿过主体部件110和法兰环111中的相应螺纹孔114和125(见图19)。在这种分体式结构中，主体部件110提供底部支承面27A和径向支承面27C，而法兰环111提供轴向支承面27B。
最好参见图19，主体部件110的横截面为阶梯形，其后部有一圆柱部分116，前部有一圆柱部分118。圆柱部分116上有一定心外圆柱面117，它和回转轴A同轴，圆柱部分118上有一垂直于回转轴A的高光洁度的环形上平面120。前圆柱部分118具有径向延伸的支承圈部分121，其横截面呈阶梯状，它有一个外圆形上表面122、一个平行于环形上表面120的环形上表面123和一个外圆形下表面124。这样，每个支承圈部分121形成座形结构104的下部，并提供底部支承面27A和径向支承面27C。
法兰环111的截面呈配合的阶梯形，其内部126带有通孔115以及径向扩展的下垂支承圈部分127。内部126的内圆柱面128与外定心圆柱面117配合，以便法兰环111相对于回转轴线A定心，而内部126的高光洁度环形下表面129与高光洁度的上平面120相贴合，使环形下表面129垂直于回转轴线A定位。
支承圈部分127构成座形结构104的上部并悬架于相应的支承圈部分121上，以提供轴向支承面27B，该支承面27B与环形下表面129具有很高的平行度。同样，每个支承圈部分127有一个内表面130和一个下表面132，其形状和尺寸保证它们与相应的支承圈部分121的径向面122及上表面123有一间隙，而这个间隙确保法兰环121相对于回转轴A定心，且不影响轴向支承面27B平行于上平面120的定位。
锥形柄部分102和刀头部分103总体上为管形结构，以便与冷却介质源流体连通，冷却介质源为高压冷却液或压缩空气，通道133用于冷却刀片1及快速排出在铣削过程中产生的切屑。每个座形结构104具有一个所述的通道133，以便使冷却介质慢慢向前流向其安装座106，经过孔134、过渡腔135及下部冷却室136连通冷却介质源，该下部冷却室136由一插入凹槽139中的密封盖138加以密封，该凹槽139形成在主体部件110的下表面上并且用若干螺钉140联接在该下表面上。
下部冷却室136的直径相对较大，通道133与回转轴A基本上沿径向对中，这样使得铣刀100B回转时借助于施加于其上的离心力作用促使冷却介质以提高的喷射速度向外流动，进而有利于带走切屑和除去热量，这种布置的另一个优点是铣刀100B的整体质量得以减小。
最好参见图21，每个锁紧螺钉107有一个中心无螺纹部分107A，紧固螺钉141的止动端141A沿螺纹孔142拧入，其止动端141A压紧中心无螺纹部分107以固定锁紧螺钉107。螺纹孔142与回转轴线A基本上沿径向对准，这样铣刀100B回转时以偏置力推动紧固螺钉沿径向向外以便有利地紧固锁紧螺钉107，该偏置力随回转速度提高而增大，这可满足高速切削所要求的严格的安全性。
最好参见图22，每个座形结构104有一个螺纹孔144，该螺纹孔144从法兰环111的上表面通至相应支承圈部分127的下表面132，其位置相对于回转轴线A倾斜，沿该轴线拧入一质量平衡螺钉145，可通过单独调整来方便地调节铣刀100B的动平衡。
下面参照图23，另一种分体式铣刀刀夹100C的刀头部分103包括一个主体部件146，其下表面有凹槽147，在该凹槽内装有盘形件148，此主体部件146提供轴向支承面27B，盘形件148提供底部支承面27A和径向支承面27C，在铣刀100C中，盘形件148同时兼作下部冷却室136的密封盖138。
尽管已采用有限的几个实施例来说明本发明，可以理解，本发明还可作各种变形、修改及其他应用。例如，在铣刀刀片支承面相对其下表面倾斜的情况下，这种改型还要求对刀片安装座做适当调整。
权利要求书
按照条约第19条的修改
面中的刮刀，铣刀刀夹由一个或多个刀片安装座组成，每个安装座有一个平行于回转轴的平面底部支承面、一个轴向支承面以及一个径向支承面，该底部支承平面对安装于其中的刀片作切向支承，该轴向支承面在至少两个间隔开的接触区域对该刀片作轴向支承，在铣刀俯视图上该接触区域形成垂直于回转轴线的第一条假想线，该径向支承面在一单个接触区域对该刀片作径向支承，在前述铣刀俯视图中该接触区域形成垂直于前述第一条假想线的第二条假想线。
11.如权利要求10所述的铣刀，其特征在于，所述轴向支承面和径向支承面为平面且垂直于其相邻的底部支承面。
12.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于，所述铣刀刀夹包括一主体部件，一个基本呈环形的法兰环从后面套装于其上，因而该主体部件提供所述的底部支承面和径向支承面，而该法兰环提供所述轴向支承面。
13.如权利要求11所述的铣刀，其特征在于，所述铣刀刀夹包括一主体部件，该主体部件有一形成于其中的凹槽用以安装盘形件，使得该主体部件提供所述轴向支承面，而该法兰环提供所述底部支承面和径向支承面。
14.如权利要求10-13中任一项所述的铣刀，其特征在于，所述刀片安装座适于安装沿长侧面具有前切削刃的长方形铣刀刀片。
15.一种铣刀刀夹，它有一个回转轴和多个沿圆周分布的刀片安装座，每个安装座有一个底部支承面、一个径向支承面和一个轴向支承面，以便分别对安装于其中的刀片作切向、径向和轴向支承；
铣刀刀夹包括一个主体部件，以提供前述底部支承面和径向支承面，还包括一个从后面套装于主体部件上的大体环形的法兰环，由此提供轴向支承面，
其特征在于，所述轴向支承面是垂直于前述回转轴的基本上光滑的共面表面。
16.如权利要求15所述的铣刀刀夹，其特征在于，每个所述底部支承面为平面，它平行于回转轴并垂直于与其相邻的轴向支承面。
17.如权利要求16所述的铣刀刀夹，其特征在于，每个所述径向支承面为平面，它平行于回转轴且垂直于与其相邻的轴向支承面。
18.如权利要求17所述的铣刀刀夹，其特征在于，所述每个刀片安装座适于安装沿长侧面具有前切削刃的长方形铣刀刀片。
19.如权利要求15-18中任一项所述的铣刀刀夹，其特征在于，所述主体部件基本上为管形，它的第一端以流体方式连通冷却介质源，它的第二端连通一个或多个基本沿径向布置的通道。
20.如权利要求15-19中任一项所述的铣刀刀夹，其特征在于，所述每个刀片安装座设有一个螺纹孔，该螺纹孔以相对于回转轴倾斜的位置延伸，并可沿该螺纹孔安装一个质量平衡螺钉以调节动平衡。
21.如权利要求15-20中任一项所述的铣刀刀夹，其特征在于，所述每个刀片安装座设有一个基本上沿径向的螺纹孔，沿该螺纹孔拧入紧固螺钉以压紧与其相关的锁紧螺钉并将其紧固。