切削刀片和具有这种切削刀片的铣刀 本发明涉及一种切削刀片，其具有在一基体的对置的刀片平面内的各一个基面和至少一个侧面。本发明还涉及一种具有这种切削刀片的铣刀。对于切削刀片，在这里理解为特别是一种转位式切削刀片，而对于铣刀，理解为特别是一种精铣铣刀。
随着对切削加工制造的技术构件或工件的日益提高的要求，提出了特别是关于改善表面质量方面的要求。为了满足这种关于光滑的、尽可能无沟槽和无刻痕地精整加工的表面的要求，特别是具有小于6μm的粗糙度(Rz)和小于3μm的波度(Wt)，对采用的刀具也提出特别的要求。在这方面特别重要的是，刀刃的几何形状、刀刃材料的选择和加工参数的选择以及刀刃相对于待加工的表面的精确的定位。
在这种铣刀中，特别是在用于生产特别光滑的表面的所谓精铣铣刀中，通常采用的切削刀片或转位式切削刀片基本上具有两个相互对置的基面，其不仅作为支承面而且作为各个处于使用的主切削刃的切削表面。在这样的转位式切削刀片上在周边设有四个平面表面，其在安装于刀具的状态下作为刀片定位面并且作为切削面用于处于嵌接的主切削刃。对于也同样处于嵌接的副切削刃，这些平面表面分别用作为副切削面。
至于构成主切削刃的刀刃，其可以是直线形的并基本上平面平行于待加工的表面。在这种情况下不利的是在该直线形刀刃相对于工件表面定位时对角度误差的敏感性，从而实际上不能避免只一个刀刃末端首先接触待加工的表面并从而实际上不可能达到关于改善表面质量方面所提出的要求。
代替直线形的并从而直的刀刃，其也可以具有圆形的或椭圆的弯曲。在一由EP0 370 494 B1已知的切削刀片中该弯曲从切削刃的中心起向两刀刃末端的方向均匀地增加。但对于这种待加工的表面圆形的或椭圆的刀刃来说，又由于从刀刃中心起向两刀刃末端的方向同步或均匀渐增的弯曲值引起随着刀体半径的渐增的不符合要求的对角度误差的小的容许误差。此外，在圆形弯曲的刀刃中，表面质量随刀刃渐减的半径而恶化，这是特别不利的。
对于这样的切削刀片或转位式切削刀片，在刀架装置中的定位原则上存在两种可能性。这样，切削刀片或转位式切削刀片可以在刀刃相对于表面的恒定的位置固定于刀架中或者这样与其连接，亦即使刀刃相对于待加工的表面的事后的位置偏移是可能的。在切削刀片以不变的刀刃位置的位置固定的情况下，不利的是，对于切削刀片要求很精密的刀盘，而在具有事后刀刃位置偏移的切削刀片连接的情况下，不利的是，刀刃因外来影响而引起位置变化提高了总装置这方面的危险。
本发明的目的在于，提供一种切削刀片，特别是转位式切削刀片，其在避免上述缺点的情况下能够得到待加工的工件的特别高的表面质量。此外，要提供一种具有这样的切削刀片的铣刀，特别是精铣铣刀，借其取得在待加工的工件上的尽可能小的波深或外形深度并从而取得特别光滑的表面。特别是能够满足开头所述关于待加工的表面的表面质量的要求。
对于切削刀片，所述目的按照本发明通过权利要求1的特征来达到。为此切削刀片具有至少一个包括一圆锥形表面部分和一平面的表面部分的侧面。圆锥形表面部分和面向它的基面相互成一锐角而构成一刀刃，而平面的表面部分与对置的基面构成一钝角。圆锥形表面部分成不对称的凸面形从侧面引出而构成刀刃的偏心的弧形曲线，其中该圆锥外形的表面部分的位于刀片平面内并从而位于基面的平面内的圆锥轴线平行位错于位于同一刀片平面内的中心刀片轴线延伸。换言之，圆锥外形的表面部分的轴线相对于切削刀片的中心轴线是位错的。
由这样的偏心的凸面形表面部分形成的锥形截面相对于待加工的表面构成一椭圆，其具有两个分别从圆锥轴线向一个或另一个刀刃末端测量的不同长的刀刃段。借此，相对于待加工的表面，该两段的会合点并从而椭圆形刀刃的顶点构成为最高点。其中该最高点准确地位于圆锥外形的表面部分或圆锥表面的在刀片平面内即在基面的平面内延伸的圆锥轴线之中。在这种情况下，相对于刀刃的弧长的曲率半径是很大的，亦即实际上几乎是看不出的。其中刀刃的弧形曲线合乎目的地位于基面的平面内。
一种切削刀片，其切削面包括一凸面弯曲的表面区域和一平面的表面部分，本身由DE 44 46 824 A1是已知的。但那里凸出的表面部分的曲率不同于按照本发明的切削刀片，而设定成使刀刃与其一端点之间假想的连线的间距在刀刃的中心是最大的。另外表明，刀刃关于其各端点大致对称地弯曲。此外，已知的切削刀片的弧形的刀刃不用于生产光滑的工件表面，特别是因为该已知的切削刀片安装在铣刀的圆周上，并且主切削刃因此不平行于工件的平面表面定位。在该已知的切削刀片中，有一短的副切削刃用于使工件表面光滑。
在有利的构造中，切削刀片具有至少一个适当的楔形倒角表面。该倒角表面不仅与圆锥形表面部分和与平面的表面部分而且与远离刀刃的基面分别构成一钝角。通过这样的楔形倒角表面，一方面有利地实现一柔和的切入而另一方面有利地避免对置的刀刃的缩短。
在另一合乎目的的构造中，圆锥形表面部分和平面的表面部分以不同的角度设置，其中由该两表面部分构成的切边在其最高点面向刀刃。
在特别有利的进一步构成中，切削刀片作为转位式切削刀片设有四个这样的侧面，其中各圆锥外形的表面部分和各平面的表面部分分别相互倾向于对置的侧面，亦即相互倾斜。
在该转位式切削刀片中有利地设有各两个相对于基面对称设置的倒角表面。其中每一倒角表面与一基面和一侧面分别构成一钝角，而该倒角部分对邻接的侧面的圆锥外形的表面部分成一锐角，同时构成一椭圆的边缘。
此外该转位式切削刀片的特征在于有一菱形的基体，其相互对置的基面相对扭转一角度(97±2°)，优选97°。
本发明的铣刀具有多个这样的刀削刀片，其在一刀盘上沿圆周分布地设置于精铣刀头的区域内。优选为两面的转位式切削刀片在此这样地与刀盘相连接，即，使相应的切削刀片的刀刃固定于规定的位置，因此刀刃的事后的偏移是不可能的。在这方面合乎目的的是，将在刀盘的0°中线的圆周区域设置的切削刀片相对于该中线偏移一角度(5±3°)设置。
在铣刀的有利的构造中，为每一切削刀片在刀盘中配置的刀片座，除一面向切削刀片的相应的基面的支承面和一面向切削刀片的相应的侧面的定位面以外，还具有一安装孔用以安装一定位销，其用作切削刀片的轴向止挡。加工刀片座之后再安装该定位销，由此可以在一个工序中同时加工刀片座的支承面和定位面。借此能够在刀盘中产生10μm的轴向跳动精度。
利用本发明取得的优点特别在于，特别是通过切削刀片的相应的侧面的圆锥形表面部分的偏心的凸面形，并从而通过具有偏心的拱度最大或顶点的拱状刀刃，以及切削刀片在刀盘内在其0°中线之前的设置从而由此引起的加大的半径的这样的组合而达到工件的待加工表面的特高的表面质量。特别是与利用现今的精铣铣刀加工的表面相比，通过这样的用作为精铣铣刀的刀具可以达到小到1/2的残余的波深或外形深度。
以下借助于附图更详细地说明本发明的实施例。其中：
图1本发明的切削刀片的透视图，其包括一具有不对称的圆锥形的和平面的表面部分的侧面；
图2按图1的图中一构成为转位式切削刀片具有四个这样的侧面的切削刀片；
图3按图2的切削刀片的俯视图；
图4该切削刀片的侧视图；
图5具有这样的切削刀片的特征的铣刀的透视图；
图6该铣刀的俯视图；
图7沿图6中线VII-VII截取的铣刀的剖视图；
图8图6中局部VIII的放大图；以及
图9在按图8的局部中一在铣刀的刀盘刀头中的刀片座。
相当的部分(部件)在全部的附图中具有相同的标记。
图1中所示的切削刀片1包括一具有两个基面3的基体2。前者位于相互对置的刀片平面E1和E2中。切削刀片1还包括一具有圆锥外形的表面部分4a和平面的表面部分4b的侧面4。圆锥外形的表面部分4a和面向它的基面3相互成一锐角α(图4)而构成一刀刃5。平面的表面部分4b与对置的基面3构成一钝角β(图4)。
切削刀片5具有一位于基面3的平面E1内的弧形曲线，其具有圆锥外形的表面部分4a的偏心的并从而不对称的凸面。其中圆锥外形的表面部分4a的位于刀片平面E1内的圆锥轴线6在构成刀刃5的偏心的弧形曲线情况下以一间距α平行位错于位于同一刀片平面E1内的中心刀片轴线7延伸。
图2中示出一用作为可转位刀片或转位式切削刀片1’的切削刀片，其具有四个这样的侧面4，其中只可看到两个侧面4。转位式切削刀片1’包括一具有四个刀刃5的菱形基体2。其中两基面3的几何形状和尺寸至少基本相同，但相对扭转97°。因此转位式切削刀片1’具有四个平面的表面部分4b和四个圆锥外形的表面部分或圆锥外表面4a。其中各一个平面的表面部分4b和一个圆锥表面形状的表面部分4a构成基体2的一个侧面4。各对置的圆锥外形的表面部分4a与一基面3构成一锐角α(图4)。借此形成的各圆锥截面构成各刀刃5，它们因此也是对置的。各圆锥外形的表面部分4a与各另一基面3没有交会线。因此每一基面3各具有两个刀刃5。
各对置的侧面4的平面的表面部分4b与基面3构成一钝角β(图4)，其中由此形成的边缘8没有刀刃。这些平面的表面部分4b与各另一基面3没有共同的边缘。如特别由图4显而易见的，各对置的平面的表面部分4b和各对置的圆锥外形的表面部分4a相对倾斜于相应的侧面4。
按图1的切削刀片具有一个倒角表面9，而在按图2的转位式切削刀片中设有四个这样的倒角表面9。其中各两个该倒角表面9相对于每一基面3对称分布地设置。倒角表面9分别在一基面3与一平面的表面部分4b张开。其中各个倒角表面9与基面3以及与一圆锥外形的表面部分4a和一平面的表面部分4b构成一钝角，而该倒角表面9与另一不对置的圆锥外形的表面部分4a构成一锐角。由此形成的边缘10成椭圆形的并且特别用作为棱角或切入阶段。
如由图3较显而易见的，在双面的转位式切削刀片1’中相应的圆锥轴线6也具有一相对于转位式切削刀片1的中心刀片轴线7的偏移。由此形成的圆锥截面相对于工件的待加工表面构成一具有刀刃5的不同长的边缘段5a和5b的椭圆。相对于待加工的表面，两边缘段5a、5b的位于顶点11(图1和2)的会合点构成为最高点，其中顶点11位于在基面3的相应的刀片平面E1、E2内延伸的圆锥轴线6之中(图1)。由于相对于刀刃5的弧长具有很大的曲率半径，刀刃5的该弧形曲线或其弯曲在图中实际上是看不出的。
转位式切削刀片1’的每一侧面4的圆锥外形的表面部分4a和平面的表面部分4b还以不同的角度设置。其中角度差选择成使由两表面部分4a、4b的修剪形成的切边(相交棱边)14(图4)以其顶点11面向相应的刀刃5。
转位式切削刀片1’的另一特点是，在周边设置的圆锥外形的表面部分4a和同样在周边设置的平面的表面部分4b相对于相应的基面3具有不同的斜度。其中总体上通过负倾角δ产生一特别柔和的切入性能并且有助于径向排屑。此外双面的转位式切削刀片1’的刀刃5的形状就主偏角γ和倾角δ来说最好地匹配所述的几何条件，从而在参数偏离所述值时就会恶化待加工表面O的表面构造和表面参数。
在切削刀片1或转位式切削刀片1’的中心设有一圆通孔15，其用于借助一夹紧螺栓与螺钉固定特别简单地固定于刀盘16中(图5)。因此通过基体2的结构形状提供一种切削刀片1或转位式切削刀片1’，其满足对于特别光滑的和特别是无沟槽和无刻痕的表面的要求。
切削刀片1、1’的外形以所示形式的构造确保在该切削刀片1、1’与铣刀或精铣铣刀17的刀盘16的刀片座定位面之间的线接触，其中铣刀或精铣铣刀17借助于以下的图5至9加以更详细地描述。
在图5中所示的铣刀或精铣铣刀17中，当达到一主偏角γ＝(0±1°)和一倾角δ＝(-5±3°)(图8)时定出转位式切削刀片1’相对于待加工的表面O的最优的位置。主偏角γ的值此时决定性地由切削刀片1’的表面部分4a、4b的刃磨形状并从而由刀刃5的形状确定。而主偏角γ在该刃磨具有不同形状时也可以改变。
按图5，设有多个在刀盘16的刀头圆周上分布设置的转位式切削刀片1’的精铣铣刀17在各邻接的转位式切削刀片1’之间具有排屑增18，用以排除在工件或表面O的切削加工过程中产生的切屑。其中转位式切削刀片1’设置有一后角ε＝7°，从而与一相应于角度α(图4)的楔形角η＝77°相结合产生一前角φ＝6°。
如特别是由图6显而易见的，设置在刀盘16的中线M的区域内的转位式切削刀片1’设置成使其在铣刀17中在中线M之前位错一偏移角＝(5±3)°。结合具有按图2至4的几何形状的相应的转位式切削刀片1’的这种偏移得到椭圆的刀刃5的加大的半径，并从而在借助于铣刀17进行切削加工时取得特别高的表面质量。
通过切削刀片1、1’的相应的侧面4的凸度即拱形的圆锥表面4a补偿驱动刀盘17的主轴的允差。由此又避免刀刃5的棱角首先接触工件的待加工表面O。此外利用切削刀片1’的这种设置和这种基体形状可产生约减小了一半的波深和外形深度并从而2倍地改善了待加工的表面O的无沟槽或无刻痕特性。
在铣刀17内，在各转位式切削刀片1的周边的四个圆锥外形的表面部分(其凸出的弯曲产生刀刃5的弯曲)构成主切削刃的切削面和部分地构成副切削刃的切削面。而该圆锥外形的表面部分4a没有起到在图9中所示的刀片座20中的定位面的功能。
在所示的刀盘16中设有用于确保刀刃5的必要的定位精度的特别措施。刀刃5相对于待加工的表面O的位置在刀盘16中基本上通过刀片座20相对于定位面21和刀盘16的安装孔22(图7)来确定。
另一决定性因素是基面的亦即刀片座20面向相应基面3的支承面23的和面向相应侧面4的定位面24的几何精度。在此，刀片座20的几何形状和制造精度匹配一尽可能小的几何参数偏差。
如特别是由图8和9显而易见的，在所示的刀片座20中采用一硬化的钢销25作为转位式切削刀片1’的轴向止挡。为此刀片座20在支承面23的区域内设有一相应的安装孔26用于该定位销25。在加工支承面或基面23和径向的定位面24之后再安装定位销25。该结构设计能够只在一个工序中加工出支承面23和径向的定位面24。通过这种方式确保：可以在刀盘16中产生10μm的轴向跳动精度。
转位式切削刀片1’相对于铣刀17的旋转轴线27(图7)的径向跳动精度决定性地由硬化的定位销25的轴向位置所确定，其中对于旋转轴线27的偏差应该是尽可能小的。
如图5中所示，刀盘16具有在刀具凸缘28的圆周上设置的螺纹孔29，其中在需要时可以拧紧入不同长度的特别由钢构成的螺钉30。借助于这些螺钉30可以将铣刀17在10000转/分(1/min)时调整到G6.3的剩余不平衡量。由此，通过减小加工过程中的振摆而可以达到表面质量的进一步改善。这样的振摆通过减小铣刀17的不平衡量可以保持得很小。借此必然减小自由惯性力并从而减小刀具在其影响下的偏转。这样的状况对加工的表面O的特性和质量将产生有利的影响并使采用此铣刀17的铣床的驱动主轴的载荷特别小。
包括具有各四个用于精加工的刀刃5的两面转位式切削刀片1’的刀盘16的铣刀头或精铣刀头具有位置固定的转位式切削刀片1’，其中刀刃5相对于表面O的位置在固定以后不再可以改变。其中，相应的转位式切削刀片1’与刀盘16连接成使转位式切削刀片1’的刀刃5以适当的方式固定于预定的位置，从而刀刃5的事后的偏移不再是可能的。因此实际上也就排除了由于外来影响引起的转位式切削刀片1’相对于刀盘16的位置偏移。
附图标记清单
1 切削刀片 22 安装孔
1’ 转位式切削刀片 23 支承面
2 基体 24 定位面
3 基面 25 定位销
4 侧面 26 安装孔
4a，b 表面部分 27 旋转轴线
5 刀刃 28 刀具凸缘
6 圆锥轴线 29 螺纹孔
7 刀片轴线 30 螺钉
8 边缘 E1，2 刀片平面
9 倒角表面 M 中线
10 边缘 O 表面
11 顶点 d 间距
14 边缘 α，η 锐角/楔形角
15 孔 β 钝角
16 刀盘 γ 主偏角
17 铣刀/精铣铣刀 δ 倾角
18 排屑槽 ε 后角
20 刀片座 φ 前角
21 定位面 偏移角