用于带齿物件的切削工具 【发明领域】
本发明一般地涉及用于带齿物件例如齿轮之类的切削工具。具体来说，本发明涉及用于改善切削刀具加工精度的刀头部件和刀片夹紧与定位装置。
【发明背景】
众所周知，在生产带齿物件例如锥齿轮和准双曲线齿轮的现有技术中是采用包括有一其中装有多个切削刀片的头部的切削工具，这种切削刀片例如为由颁发给Blakesley的美国专利号4575285所示的棒料制造的条状切削刀片。
在上述类型的切削工具中，通常是提供一具有多个从刀体外周向内延伸一预定距离的槽，用于将切削刀片容纳在刀体中并定位。在许多情况下，沿刀体外周延伸的是一紧固在刀体上、其中为将一个或多个切削刀片夹紧在每条定位槽中安装装置的夹紧环(或锁紧环)。包括有一夹紧环和刀片夹紧装置的切削工具例如可见颁发给Kitchen等人的美国专利号4621954，颁发给Kotthaus的美国专利号3760476，颁发给Bachmann等人的美国专利号4093391，或者颁发给Hipp等人的美国专利号4197038。
在许多情况下系通过焊接或热压将夹紧环紧固到刀体上的。尽管这些方法是将夹紧装在刀体上的非常牢固的方式，但也将大量热量导入刀头，引起装在槽中的刀片变形或使刀头翘曲，从而引起尺寸误差，例如进入被加工工件的径向跳动。
由于切削刀片在刀头中夹紧不当，也会引起不可接受的工件质量。未牢固夹紧的切削刀片将会松动其在刀头中的精确定位，从而引起工件径向跳动并降低齿面质量。一些夹紧装置为一施加在切削刀片上地单一夹紧力源，为切削刀片在切削负载下移动提供了机会。另一些夹紧装置尽管提供更为稳定的系统，但由于存在多个夹紧螺钉或许多部件，故使用不便。还有些夹紧系统当不出现刀片时在刀头刀片槽中不装设夹紧装置。
因此，本发明的一个目的在于提供一种能在与刀体固定的同时避免因刀头加热产生的有害影响的夹紧环。
本发明的另一个目的在于提供一种更牢固地将切削刀片固定在刀头上的适当位置上的切削刀片夹紧系统。
本发明的又一个目的是在刀头中包括精密安装表面，该表面为切削刀片在刀头定位槽中提供对于切削刀片的改善的安置。
发明概况
本发明涉及用于切削带齿物件的切削工具。该切削工具可围绕一或者轴线转动，并包括一通常为圆形的刀头和多个从该刀头的一端面突出的刀片。该刀头包括一具有一第一外表面和一位于第一外表面向内的第二外表面的刀体部。因此，可将该第一和第二外表面描述为同轴环形表面。第一和第二外表面均被多个向内延伸到刀体部内的刀片接受槽间断。该第一和第二外表面配置为一环形凸起从第二外表面突出形成并延伸到第一外表面。该环形凸起也被多个刀片槽间断。因此，该环形凸起实际上是由多个单独的凸起组成的。
本发明的刀头另外还包括一围绕刀头外周延伸并固定在环形凸起上的夹紧环。该夹紧环包括一通过具有通过多个紧固装置一起固定的第一和第二环形件的夹紧环位于邻近刀体的第二外表面的内壁。该第一和第二环形件与具有一与环形凸起的形式互补形式、从而将第一和第二环形件一起围绕该环形凸起固定的容置沟槽一起将一容置沟槽限定一在内壁中，该环形凸起位于容置沟槽中并将夹紧环与刀体固定。
刀头也可包括一通常为凹形的夹紧块，该夹紧块与刀具环的容置沟槽固定。
刀头还可包括刀片容置沟槽，其中，槽的内端部包括一对成角度的刀片安装表面。
本发明也包括具有一与刀头的成角度的刀片安装表面内端互补的形式的侧部的刀片。
附图简单说明
图1表示本发明刀头和夹紧块的横剖面图。
图2为本发明刀头的刀体部的侧视图。
图3为本发明刀头的刀体部的俯视图。
图4和5带有从夹紧环上分离的刀体的表示图1的刀头。
图6示出一按照本发明的夹紧环的侧视图。
图7示出本发明刀头的局部俯视图。
图8表示包括有其中装有多个切削刀片的一已装配刀头。
图9示出在邻近一切削刀片的未被夹紧状态的本发明的夹紧块。
图10示出在与一切削刀片在被夹紧状态的本发明的夹紧块。
图11表示用于将夹紧块与刀头安装的一可替代的配置。
图12表示用于将夹紧块与刀头安装的又一配置。
图13示出夹紧装置的一可替代的实施例。
图14示出在夹紧块相对于一切削刀片被伸直的瞬间沿夹紧块长度的夹紧压力分布。
图15示出在夹紧块相对于一切削刀片被伸直后并需要增加扭矩以进一步拧紧夹紧螺钉的沿夹紧块长度的夹紧压力分布。
图16表示一示出将夹紧环与刀头紧固的另一种方式的实施例。
图17示出刀头的又一实施例的俯视图，其中刀片容置槽的内端部包括一对成角度的刀片安装表面。
图18示出图17所示刀头的刀片容置槽的放大的局部俯视图。
图19示出具有一包括成角度的安装表面的侧部的切削刀片坯件的正视图。
图20表示图19的切削刀片坯件的横剖面图。
图21示出具有包括一成角度的刀片安装表面的侧部的内切削刀片的立体图。
图22表示图21所示切削刀片的横剖面图。
图23示出具有包括一成角度的刀片安装表面的侧部的外切削刀片的立体图。
图24表示图23所示切削刀片的横剖面图。
较佳实施例具体描述
以下参照附图具体描述本发明的较佳实施例。
图1为本发明刀头2的横剖面图，该刀头当装在机床主轴上时可围绕回转轴线4转动。刀头2包括由钢例如8620制成的刀体6(并见图2、3和4)，该刀体6具有一第一端面8和一第二端面10。该刀体6还包括围绕刀体6设置并向内延伸到刀体6内的多个刀片容置及定位槽12。熟悉本领域的技术人员都知道，该定位槽12的朝向取决于加工过程的类型尤其是正在加工的工件的类型。
刀体6包括一第一环形外表面13和一位于第一环形外表面13向内的第二环形外表面14。两个表面13、14均通过刀片容置槽12加以间断。由图1和4可见，第一环形外表面13延伸到第二环形外表面14外面，从而形成一从第二环形外表面14突出的移动横截面形式的环形凸起16。该环形凸起16也通过刀片容置槽12加以间断。从而可以理解，该环形凸起16包括多个单独的凸起(以下称为夹紧凸起)，如图2、3和4所示，这些凸起最好具有一双燕尾形式。该环形凸起16系通过首先形成一围绕刀体6的作为对刀体进行加工以产生第一和第二环形外表面13、14的一个结果而出现的连续双燕尾凸起而形成。然后作为在刀体6中加工的多个向内延伸的刀片容置和定位槽12的一个结果形成单个的夹紧凸起16。
为了将切削刀片18在刀片容置和定位槽12中定位和夹紧，围绕刀体6装设有一夹紧环20(并见图5和6)。该夹紧环20系由例如4150SX钢制成，容置有许多装在其中用于将每个切削刀片18夹紧在其相应的槽12中的刀片夹紧装置22(等于刀片定位槽12的数目)。夹紧环20包括通过螺钉28相互紧固的一第一环部24和一第二环部26。较佳为多个螺钉等间隔位于夹紧环20周围，而更好是以一可替换方式通过一夹紧装置22配置螺钉28，如图7所示。第一环部24和第二环部26当如图5和6所示装配形成夹紧环20时提供一内壁30，在该内壁中形成一围绕夹紧环20的内壁30延伸的容置沟槽32，而其形状则与环形凸起16互补。
夹紧装置22(图1)包括一与一装夹装置36一体的夹紧块34和一加力装置例如一螺钉38。该螺钉38通过一在第一环部24中的螺纹孔54与装夹装置36相连，并通过一在夹紧环20外周40中的开口以与一用于中断该螺钉的适当工具(未示)接合。转动螺钉38以使夹紧块34与一切削刀片18接合，从而将切削刀片18夹紧到刀片定位槽12内。装夹装置36的形式可与容置沟槽32的形式互补，这样，当装配切削工具时，如图1或8所示，装夹装置36将与容置沟槽32内部贴合，并且即使在切削刀片18未在定位槽12中时仍将保持在容置槽中，从而防止当将切削刀片卸下时夹紧块34从刀头2落出。夹紧块34和装夹装置36的形式将在下面具体讨论。
在装配刀头2的过程中，将刀体6端面向下放入第一环部24内，以使夹紧凸起16的一部与位于第一环部24中的容置沟槽32的互补部接合。将带有装夹装置36的夹紧块34放入第一环部24的刀片定位槽12和容置沟槽32部中。然后将第二夹紧环部26放置在第一环部24上并将螺钉28插入拧紧。在拧紧螺钉28时，夹紧环部24与26被一起拉紧，并通过容置沟槽32和夹紧凸起16的互补倾斜表面而将夹紧环20与刀体6紧固。然后可将刀头2端部向上转动并将切削刀片18插入定位槽12(见图8)，并拧紧螺钉38以将切削刀片18与夹紧块34接合而将切削刀片夹紧到刀头2中的位置。
采用本发明的配置，不象例如现有技术中看到的那样通过焊接或热压将夹紧环与刀体紧固而将外界的热量加到刀头2上。由于装配过程中不施加热量，可避免刀头翘曲和刀片槽变形，从而可改善切削工具的精度并因此而改善由该切削工具加工的工件的质量。
夹紧块34的一较佳实施例如图9所示，其中，该夹紧块处于一未夹紧位置。可以看到该夹紧块的形式为中凹状，较佳地由全部硬化处理的弹簧钢构成。这种形式的优点在于，当对于一切削刀片18夹紧时，如图10所示，夹紧力(Fc)不仅出现在与夹紧螺钉38的力(Fs)成一直线处，而且由于夹紧块34的形式以及当夹紧块从其原来的中凹状变形为对于切削刀片18基本上平的形式时产生在夹紧块34端部处的增加的力，夹紧力也出现在夹紧块34的端部。除夹紧力Fc以外，在端部与中心夹紧力之间还存在摩擦力，该摩擦力协助将切削刀片紧固在其在刀头槽12中的位置上。
作为图1或9所示的互补形双燕尾形装夹装置36的一种替换，图11示出一种装夹装置，它包括一定长度的较佳为圆形的、带有一增大端部44(例如平端或法兰端)的棒料42，当将切削刀片18与夹紧块34夹紧时，该增大端与螺钉38接触。可通过任何适当方法例如摩擦焊接将圆棒42装在夹紧块34上。端部44的直径大于容置沟槽32的开口高度而仍比容置沟槽32的变化的内部高度小得多。端部44可根据在螺钉38向内转动以将一切削刀片夹紧在位时的需要以这种方式在容置沟槽12内作径向移动。然而，端部44的直径足够大以防止端部44在定位槽12中未装有刀片时穿过沟槽32的开口，从而防止夹紧块34从槽12中落出。
图12示出另一个可替换的装夹装置，其中不采用如图11所见到的增大端部44，而是将棒料42的长度进一步伸长以包括一插入在容置沟槽32与夹紧环的外周40之间延伸的孔54的部分56。棒料部56在其中延伸的孔54的部分不必开螺纹。转动螺钉38使螺钉向内前进而在部分56上施加力，该部分56使夹紧块与切削刀片18接合。当螺钉38在孔54中退出时，夹紧块34的弹簧作用将棒料部56沿朝向夹紧环外周40的方向推入孔54内。因此，当槽12中无切削刀片存在时，由于棒料42的部分56将位于孔54内，故夹紧块34将仍保持在槽12中。
图13示出一具有一通常为中凹状、更具体地说为一支架状的又一夹紧块46。由于夹紧块46在其每个端部处均具有凸起48，因此将夹紧力集中在切削刀片18上高低两个位置处。以一与图10的夹紧块相似的方式提供在切削刀片上隔开而不是如现有技术装夹装置中那样主要在刀片中间的夹紧力，从而在加工过程中增强切削刀片在刀头槽中的定位稳定性。
所示出的夹紧块将力从夹紧螺钉对称地分配到其端部。最大夹紧压力将存在在两端部。在中凹状被拉直后，在夹紧螺钉上出现扭矩增加。这能作为一个停止信号加以传感，因此不需要扭矩扳手。图14示出当将夹紧块拉直的瞬间对一切削刀片定位时的在夹紧块34全长上的压力分布P1(L)。可见，最大压力存在于夹紧块34端部处。图14示出当夹紧块38的扭矩增加被传感的瞬间对一切削刀片定位时的在夹紧块34全长上的压力分布P2(L)。前面已对这种状态进行过描述，由于不仅是夹紧力存在于夹紧块34的两端部，而且因为夹紧螺钉38的增加的扭矩而也存在于夹紧块的中间部，因此是最佳的压力分布。
尽管所示出的夹紧块将夹紧压力相等地分布在夹紧块的两端部之间，本发明也包括这样的配置，其中夹紧螺钉和/或装夹装置沿夹紧块的长度方向不对称配置，从而在该夹紧块的两端提供不同的夹紧压力。这种配置在靠近切削刀片的切削端部要求另外的夹紧压力时例如切削刀片的很长一段延伸到刀头端面以外的情况下是有利的。
中凹状夹紧块控制夹紧力和夹紧块与切削刀片之间的压力分布。中凹状夹紧块的曲率半径基本上是控制参数，而且这可使一“内装”机构通过改变夹紧块的曲率半径控制夹紧压力。通过对夹紧块的夹紧力进行控制，可在夹紧块中设计一可允许的最大夹紧力，当超过时例如当切削力大于最大夹紧力时可允许切削刀片在一刀头槽中移动，从而防止刀具损坏。
图16表示对于图1和9所示出的双燕尾形夹紧凸起16和装夹装置36的可替换的实施例，其中提供有一单个燕尾形夹紧凸起50和装夹装置52。在该实施例中，通过一平表面替代第二环部26的倾斜部，以在夹紧环20中产生与夹紧凸起50和装夹装置52的形状互补的容置沟槽。当然，尽管示出的单个燕尾形配置是装在第一环部24中的，可替换地，单个燕尾形配置也可在平表面装在第一环部24中的同时形成在第二环部26中。
采用本发明的刀头，消除了因装配过程中的热量引起的刀片定位槽的变形和刀头的翘曲。本发明还提供一种可改善切削刀片在定位槽中的稳定性、从而使加工工件提高表面质量和尺寸精度的夹紧机构。
图17和图18的局部放大图示出本发明的一较佳实施例，其中每个刀片容置槽12的内端部60包括一对成角度的刀片安装表面62和64，以使内端部60通常呈一“V”形。第一角度表面62相对于槽12的第一侧表面66以角度A朝向，而第二角度表面64则相对于槽12的第二侧表面68以角度B朝向。角度A和B可以相同或互不相同，当每个角度均小于90度。较佳为角度A和B每个均等于45度。由图18可见，成角度的刀片安装表面62、64以一收敛方式相互朝向延伸并较佳地在内端表面70处相交和结束。第一和第二槽表面66和68通常相互平行，并且端表面70通常平行于槽表面66和68。
成角度的刀片安装表面62和64提供一用于切削刀片的正向支座表面(以下具体描述)并且使刀头具有更高的强度。由于成角度的刀片安装表面62和64可使额外的材料保留在刀体6的槽12之间(即图18中所示的轮辐部72)，故刀头的强度增强。与图8中的刀头相比，图17的刀头中槽间的额外材料是明显的。而且，由于成角度的刀片安装表面62和64，如图8中指出的槽12内端处转角的尖锐程度降低，从而减少或消除了因切削力引起的高应力集中。如果希望的话，可将成角度表面62和64相对于其侧表面66、68和/或端表面70倒圆以进一步减少刀头中与切削有关的应力。
图19和图20中所示的横剖面图示出一适于形成到一用于锥齿轮和准双曲线齿轮的切削刀片的本发明的切削刀片坯料。该切削刀片可装在图17所示的刀片容置槽12中。刀片坯料74最好由高速工具钢例如M4制成，并由一预定长度的棒料形成。刀片坯料74包括一前表面76、一后表面78以及一在前表面76和后表面78之间延伸的第一侧面80。虽然前表面76如图所示为平行于后表面78，但熟悉本领域的人员都知道，它也可以一预定的前角沿其长度的至少一部分延伸。
刀片坯料74进一步包括-由一对成角度的部分82和84组成的第二侧面。成角度的部分82相对于前表面76以一角度C朝向，而成角度的部分84相对于后表面78以一角度D朝向。然而，由于一般具有成一特定前角的前表面76，最好也相对于后表面78建立角度C。成角度的部分82和84以一收敛方式从其相应的前表面和后表面相互延伸。较佳为，成角度的部分82和84在最好通常与第一侧面80平行延伸的端部86处相交和结束。角度C和D每个均小于90度并可相互不同，但较佳为相同。角度C和D最好是每个均等于45度。当然，应理解为了将由刀片坯料74形成的任何切削刀片适当地装入并与例如图17中的刀头的刀片容置槽12互补，成角度的部分82和84的角度C和D必须与刀片安装表面62和64的相应角度A和B(图18)相等。
用于切削锥齿轮和准双曲线齿轮且由图19所示的刀片坯料形成的切削刀片如图21-24所示。图21和22示出一用于一左螺旋(逆时针)旋转的切削工具的内切削刀片87。该切削刀片87包括一以一前角K朝向(例如12度)的前表面76，一后表面78，以及一在前表面76和后表面78之间延伸的侧部80。在图21-24的切削刀片中，前表面76包括有一形成在其中的沟槽88。沟槽88以一与角度K不同的前角朝向，这在前述美国专利号4575287中已有描述。
图21的切削刀片还包括一由以相对于后表面78测量的相应角度C和D朝向的成角度的部分82和84组成的第二侧面(图22)。该第二侧面也包括一端部86。在形成图21的切削刀片时，对切削刀片坯料74的适当端部进行加工以形成以所需前角K朝向的前表面76、沟槽88、一切削轮廓表面(未示)、余隙轮廓表面90和以一后角α(例如20度)朝向后表面78的刀尖92。切削轮廓表面与前表面76的相交形成了切削刃94，而余隙轮廓表面90与前表面76的相交则形成了余隙刃96。沟槽88与余隙轮廓表面90相交并形成副切削刃98。
图23和24示出一用于左螺旋(逆时针)旋转的切削工具的外切削刀片89。由于切削刀片89切削与切削刀片87相反的齿坯，切削轮廓表面和余隙轮廓表面均与图21中的相反，而前角K朝向与切削刀片87相反的侧面。这样就注意到切削轮廓表面100，而它与前表面76的相交形成了切削刃94。如切削刀片87一样，切削刀片89包括一由以相对于后表面78测量的相应角度C和D朝向的成角度的部分82和84组成的第二侧面(图24)。该第二侧面也包括一端部86。由于前表面76以前角K朝向切削刀片89的第二侧面延伸，从而在前表面76与成角度的部分82之间产生一偏移83。
在形成图23的切削刀片时，对切削刀片坯料74的适当端部进行加工以形成以所需前角K朝向的前表面76、沟槽100、一切削轮廓表面(未示)、余隙轮廓表面90和以一后角α(例如20度)朝向后表面78的刀尖92。切削轮廓表面100与前表面76的相交形成了切削刃94，而余隙轮廓表面与前表面76的相交则形成了余隙刃96。沟槽88与余隙轮廓表面相交并形成副切削刃98。
应当注意，尽管已相对于图21和23的切削刀片
对图22和24中所示的横剖面图进行了讨论，可以理解，同样的横剖面图也可表示由一前角和在其前表面形成的沟槽组成的切削刀片坯料的横剖面。
无论对切削刀片87或89来说，都是象图17那样将切削刀片放置在刀头的刀片容置槽12中，并通过拧紧适当的螺钉38以将夹紧螺钉36推向切削刀片的侧面80而将切削刀片夹紧在刀头2的槽12中，从而将切削刀片的的成角度的部分82和84对着相应的刀片安装表面62和64定位(图18)。由于成角度的刀片安装表面62和64提供一用于切削刀片的互补的成角度表面82和84的正向的安置表面，从而将该切削刀片基本上锁紧在槽12中。由于正向的安置表面62和64，消除了切削刀片的前或后表面76、78与其相应的槽表面66、68之间的任何误差。
尽管以上结合具有燕尾形夹紧凸起的刀头对本发明的成角度的刀片安装表面进行了讨论，但应理解，该成角度的刀片安装表面可包括在其它形式的刀头中，而不管装设刀头环部的方式如何。中凹形刀片夹紧块也可以同样的方式用于其它形式的刀头中。
本发明的切削工具相对于现有技术切削工具的优点不仅在于包括用于切削刀片的正向安置表面，而且在于本发明的刀头需要的制造时间较少。例如可在一个工序中完成对槽的磨削，从而简化制造过程。而且，只有成角度的刀片安装表面需要高光洁度和精确的公差，因为只有这些表面被用来将切削刀片定位在一刀头槽中。槽的深度也可容易地加以改变。
尽管已结合较佳实施例对本发明作了描述，应当理解，本发明并不限于这些具体情况。本发明应包括对熟悉本领域的人员来说显而易见的修改，其主题应不脱离所附权利要求书的精神和范围。