專利名稱：用于高速進(jìn)給端面銑削的切削刀片和銑削切削刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切削刀片(cutting insert)。該切削刀片表現(xiàn)出良好的切削 刃強(qiáng)度與獨(dú)特的切削刃幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特點(diǎn)，因而能夠使銑削作業(yè)以相對 高的進(jìn)給速度進(jìn)行，并且該切削刀片可適應(yīng)于端面銑削，槽銑，插銑和斜面銑削。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)加工方法是從工件上去除金屬材料的主要措施，它們包括切屑 切削方法(例如銑削，鉆削，車削，拉削，鉸孔和攻絲)，以及包括研磨機(jī)加 工方法(例如砂磨，磨削和拋光)。作為這些切屑切削加工方法其中之一的端 面銑削，可用于在工件上生產(chǎn)出大致為平面的表面。端面銑削刀具或稱"端 銑刀，，之所以如此稱呼是因?yàn)槠降墓ぜ砻媸峭ㄟ^工具端面的切削作用而產(chǎn) 生的，雖然刀具的外徑或錐形切削刃去除了大部分的坯料。在一種典型的應(yīng) 用中，帶有多個切削刀片的銑削刀具可由一個主軸來驅(qū)動，該主軸的軸線設(shè) 置成垂直于被銑削的表面，參見ASM手冊，第16巻"機(jī)加工，，(ASM內(nèi)部資 料1989),第311頁。
銑削切削刀具產(chǎn)生出厚度變化的切屑。切屑厚度可被用來計(jì)算出施加在 銑削切削刀具的切削刃上的每單位長度的最大載荷。在這種計(jì)算中通常使用 平均切屑厚度。對于同樣的材料進(jìn)給速度，可計(jì)算出平均切屑厚度，并且它 隨著切削刀片導(dǎo)前角的不同而變化。例如，對于一種具有四個相同切削刃的 基本為正方形的刀片，較大的導(dǎo)前角在加工過程中產(chǎn)生出較大的平均切屑厚 度，而較小的導(dǎo)前角產(chǎn)生出較小平均厚度的切屑。平均切屑厚度隨著刀片導(dǎo) 前角變化的一個實(shí)施例表示在圖1中。圖1中表示了同一個正方形刀片以90°, 75°和45。的導(dǎo)前角進(jìn)行加工時的情況對比。如圖l所示，隨著導(dǎo)前角從 圖1A中的45°增加到圖1B中的75°，再到圖1C中的90°,平均切屑厚度(hm) 從等于刀架的每齒進(jìn)給量(fz)的0.71倍增加到0.97x(fz),再增加到等于fz。 更一般地，對于正方形切削刀片，或者對于銑削切削刀具中使用的具有直線 切削刃的任何其它的刀片，可以使用公式hn^fzxsin(K)來計(jì)算切屑厚度， 其中hm是平均切屑厚度，K是以圖1所示方式測定的導(dǎo)前角。
圖1還表示了當(dāng)使用90。的導(dǎo)前角時，其切削刃的嚙合長度是圖1所示 這些情況中最短的，而當(dāng)使用45。的導(dǎo)前角時，其切削刃的嚙合長度是最長 的。這意味著，對于同樣的切削深度，與使用45。導(dǎo)前角的端面銑削相比， 使用90。導(dǎo)前角的端面銑削在每單位長度的切削刃上將產(chǎn)生更大的載荷，也 就是產(chǎn)生更高的應(yīng)力。降低每單位長度的切削刃上的載荷的優(yōu)點(diǎn)在于，載荷 的降低就允許在銑削作業(yè)中使用較高的每齒進(jìn)給速度，并且延長刀具的使用 壽命。因此，為了降低在嚙合切削刃上的平均載荷應(yīng)力，顯然使用較小的導(dǎo) 前角是有利的。
正方形切削刀片由于其堅(jiān)固、可換位(indexable)以及具有多個切削刃， 因而被廣泛地用于端面銑削和插銑。例如在美國專利號US 5,951,212; US 5,454,670;美國專利申請?zhí)朥S2002/0098049;日本專利公開號08174327; 以及國際專利公開號W096/35538中都披露了這種基本為正方形的、或具有 四個切削刃的其它形狀的刀片。這些文獻(xiàn)中所公開的刀片的一個共同特征是 四個直線切削刃和在每個切削刃的下方的平面或錐形平面間隙表面(或稱后 角)的組合。
然而，眾所周知的是圓形刀片具有最強(qiáng)的切削刃。此外，圓形刀片提供 了最大的端角強(qiáng)度、良好的材料去除能力、機(jī)械沖擊阻力、熱分布等諸方面 的良好的綜合性能。因此，圓形的端面銑削刀片常用于具有更高要求的機(jī)加 工場合，例如包括難切削材料、硬材料、耐熱材料、鈦金屬材料等。在使用 圓形切削刀片的端面銑削中，如圖2所示，導(dǎo)前角和切削刃的嚙合程度將隨 著切削深度而變化。由圓形切削刀片所產(chǎn)生的平均切屑厚度可通過下述公式 (I)近似地進(jìn)行計(jì)算
hm = fz/Rx "oc)2 (I)
其中hm是平均切屑厚度，fz是銑削刀具每齒的進(jìn)給量，R是圓形切削刀片
的半徑，以及doc是切削深度。上述公式表明，當(dāng)使用圓形刀片進(jìn)行切削時，切屑厚度隨著切削深度而改變。相反，當(dāng)使用正方形刀片或其它具有直線切 削刃的刀片時，如果導(dǎo)前角保持不變，則切屑厚度不隨切削深度的改變而改 變(見圖1)。
更進(jìn)一步，如圖3所示，對于同樣的切削深度，較大半徑的圓形刀片總 是對應(yīng)著與工件相嚙合的切削刃的大部分，因而降低了切削刃上每單位長度 的平均應(yīng)力載荷。于是這就允許在端面銑削作業(yè)中使用較高的進(jìn)給速度而不 損失質(zhì)量。然而，圓形切削刀片的局限性在于其半徑越大，則刀片的尺寸也 越大。由于尺寸原因，在傳統(tǒng)的機(jī)加工應(yīng)用中難以充分地利用由增大了半徑 的圓形刀片所提供的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
因此，為了克服在帶有大導(dǎo)前角的端面銑削中所遇到的切削刃載荷問 題，就需要改進(jìn)切削刀片的設(shè)計(jì)，使得在端面銑削作業(yè)中能夠顯著地提高進(jìn) 給速度，同時保持相同的或更長的切削刀片使用壽命。而且，需要一種新型
的切削刀片，其類似于圓形刀片的特點(diǎn)在于它表現(xiàn)出良好的切削刃強(qiáng)度；并 且還類似于正方形刀片的特點(diǎn)在于它包含了多個切削刃，因而是可換位的， 還能夠用于高速進(jìn)給和具有良好的耐磨特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述要求，本發(fā)明公開提供了一種用于銑削作業(yè)的切削刀片，例如 用于端面銑削，槽銑，插銑和斜面銑削作業(yè)。該切削刀片表現(xiàn)出良好的切削 刃強(qiáng)度與獨(dú)特的切削刃幾何結(jié)構(gòu)相結(jié)合的特點(diǎn)，因而能夠使銑削作業(yè)以相對 高的進(jìn)給速度進(jìn)行。該切削刀片包括至少四個凸形切削刃。正方形切削刀片 的某些實(shí)施例可具有通過端角而連接的四個凸形切削刃。凸形切削刃可以包 括以下所述的至少其中之一 一圓弧， 一橢圓的一部分， 一拋物線的一部分， 多段鍵槽曲線， 一直線，或者上述的組合。凸形切削刃包括圓弧形狀的情形 中，該圓弧的半徑可以是大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍。
本發(fā)明公開的切削刀片的實(shí)施例例如可以制造成端面銑削刀片的形式。 與具有直線切削刃的傳統(tǒng)的切削刀片相比，本發(fā)明切削刀片的實(shí)施例能夠顯 著地增加進(jìn)給速度，降低徑向的切向力，提高材料的去除速度，以及延長切 削刀片的使用壽命。切削刀片的實(shí)施例可進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以用于其它的銑削 作業(yè)，例如斜面銑削，插銑和槽銑。另外，這里所公開的刀體的某些實(shí)施例 被設(shè)計(jì)成包括刀片凹槽，它們能夠接納各種具有凸形切削刃的切削刀片。在研究了下面描述的一些實(shí)施例的說明之后，上述的這些以及其它的一 些優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


通過參考下面的附圖，將能夠理解本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1A, IB和1C表示了對于導(dǎo)前角分別為45°, 75。和90。的具有直線切 削刃的基本為正方形的切削刀片，在典型的銑削作業(yè)中平均切屑厚度的變化 情況，其中導(dǎo)前角是從刀片的行進(jìn)方向到刀片的切削刃來測定的；
圖2表示了在使用基本為圓形的切削刀片的典型的銑削作業(yè)中，對于不 同切削深度時的平均導(dǎo)前角的變化情況；
圖3表示了在5mm切削深度的銑削作業(yè)中，在基本為圓形的80mm直 徑的切削刀片和基本為圓形的20mm直徑的切削刀片之間的切削刃嚙合長 度的不同情況；
圖4A - 4C表示了按照本發(fā)明的 一個具有凸形切削刃的切削刀片實(shí)施例 的不同方向的視圖5A-5D表示了本發(fā)明切削刀片的幾種可能的凸形切削刃的設(shè)計(jì)方
案；
圖6A-6D表示了本發(fā)明方法的各個步驟，該方法用于預(yù)制本發(fā)明的一 個包括至少四個凸形切削刃的切削刀片實(shí)施例；
圖7是^t削刀具的立體圖，刀具包括固定著多個切削刀片的刀體；
圖8是包括裝有切削刀片的刀體一個凹槽的放大圖，并且表示了本發(fā)明 切削刀片實(shí)施例中的切削刃與刀體軸線之間的關(guān)系；還表示了用于端面銑 削、插銑、槽銑、或斜面銑削時，切削刀片相對于工件的直線運(yùn)動；
圖9A是本發(fā)明切削刀片實(shí)施例的頂平面視圖和側(cè)視圖，該刀片包括以 22.5mm半徑的由圓弧所局部確定的凸形切削刃；以及圖9B是本發(fā)明切削刀 片實(shí)施例的頂平面視圖和側(cè)視圖，該刀片包括以55mm半徑的由圓弧所局部 確定的凸形切削刃；以及
圖10是本發(fā)明切削刀片的另一個實(shí)施例的頂視圖和側(cè)視圖，該切削刀 片具有位于頂面上的斷屑幾何結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
應(yīng)當(dāng)理解，這里對本發(fā)明的某些說明是簡化了的，只描述了對于清楚地 理解本發(fā)明有關(guān)的那些元件和界定，而為了清楚起見省略了其它的一些元 件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研究本發(fā)明的說明書時，將能夠認(rèn)識到為了實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明而所需的其它的元件和/或界定。然而，由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研究本 發(fā)明的說明書時，將很容易認(rèn)識到這些其它的元件和/或界定，這些其它的元 件和/或界定對于完整地理解本發(fā)明并非是必要的，因而這里省略了對于這些 元件和界定的論述。例如，如本說明書所述，本發(fā)明公開的切削刀片的實(shí)施 例可以被制造成端面銑削刀片的形式和用于材料切削的其它刀片形式。切削 刀片的這些制造方式是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠想到的，因而這里不作詳 細(xì)描述。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這里所有的幾何形狀都由術(shù)語"大致上，，予以改變， 而術(shù)語"大致上"意味著這些切割刀片是在典型的設(shè)計(jì)和制造公差內(nèi)成形的。
另外，根據(jù)本說明書，本發(fā)明的某些實(shí)施例被披露為端面銑削刀片的形 式。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還能夠以不同于這里所述特定形式的其它形式實(shí) 施并以此提供給用戶。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例 可以制造成以其它方法從工件上去除金屬材料的切削刀片。
本發(fā)明的某些實(shí)施例是針對這樣的切削刀片，它們呈現(xiàn)具有很大半徑的 圓形刀片和適合用于各種機(jī)加工場合的通常尺寸的正方形刀片的優(yōu)點(diǎn)的組
削刀具。
這些特征由本發(fā)明 一 實(shí)施例的 一種切削刀片所提供，它具有由曲率半徑 的弧線所確定的很大的切削刃。該切削刀片所具有的總體尺寸以其內(nèi)接圓的 直徑來測量。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括切削刀片，它們具有任何的帶 有四個或更多側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)切削刀片的通常形狀，例如方形、菱形，或其它的 切削刀片形狀。凸形切削刃的最簡單的形式是圓弧形式，它具有與刀片頂面 中的內(nèi)接圓半徑相比較而具有更大的半徑。如果該圓弧的半徑大于或等于切 削刀片頂面中最大內(nèi)接圓的半徑的兩倍，該圓弧就被認(rèn)為是相當(dāng)大的。在某 些實(shí)施例中，該圓弧半徑可以大于或等于切削刀片頂面中最大內(nèi)接圓的半徑
的五倍；對于另一些應(yīng)用，如果該圓弧半徑大于或等于切削刀片頂面中最大 內(nèi)接圓的半徑的十倍，其結(jié)果將得到改善。凸形切削刃最初的描述為包括一 圓弧，然而，凸形切削刃也可以包括 一橢圓的一部分、 一拋物線的一部分、 多段曲線、直線，以及它們的組合。
10結(jié)果，本發(fā)明切削刀片的實(shí)施例可以具有凸形切削刃，例如相對大曲率 半徑的凸形切削刃，并且能夠進(jìn)行很平穩(wěn)的切削和產(chǎn)生很薄的切屑。在相同 切削深度的情況下，與具有直線切削刃的類似的傳統(tǒng)切削刀片相比，具有凸 形切削刃的切削刀片能夠具有更長的切削刃嚙合長度。這就降低了切削刃上 的單位長度的應(yīng)力，因而與端面銑削作業(yè)中所使用的傳統(tǒng)切削刀片相比，就 可以采用更高的進(jìn)給速度，或者延長刀片的使用壽命。凸形切削刃可以形成 在切削刀片的 一 個或多個切削刃上。優(yōu)選是所有的切削表面都具有凸形切削 刃，因而該刀具是可以全換位的。
由本發(fā)明切削刀片的某些實(shí)施例所提供的另 一些優(yōu)點(diǎn)是基于方形刀片 的特征上形成，它們通常被強(qiáng)化設(shè)計(jì)，除高速進(jìn)給端面銑削外，因而相同切 削刀片能夠被用于插銑、槽銑、斜面銑削。而且，本發(fā)明某些實(shí)施例中的刀 體被設(shè)計(jì)成相同刀片凹槽能夠接納具有不同凸形切削刃的切削刀片。因此， 本說明中的切削刀片的實(shí)施例以類似于具有較大半徑的圓形刀片的方式運(yùn) 行，但它們具有更廣泛的通用性。
本發(fā)明的實(shí)施例包括通常為正方形的具有四個凸形切削刃的切削刀片。 這四個切削刃可以是相同的，也可以互不相同。此外，每個凸形切削刃都可
以包括幾段。例如，其第一區(qū)城可包括具有相對大曲率半徑的曲線切削刃部 分。當(dāng)從切削刀片的頂部觀察時，每個凸形切削刃的一個或多個其它區(qū)域可 以包括基本為直的或直線的切削刃。切削刀片的凸形切削刃部分中的第 一 區(qū) 域可在切削刀片的一個側(cè)面上形成通常為圓錐形的間隙表面(或后角)。在結(jié) 合了相對大半徑的圓形刀片和通常尺寸的正方形刀片兩者特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可 以發(fā)展出如下所述的一種方法，它可用來引導(dǎo)本發(fā)明切削刀片的某些實(shí)施例 的切削刃的設(shè)計(jì)。
某些加工應(yīng)用需要非常強(qiáng)勁的切削作用。因此，切屑的斷屑器特性也可 以選擇性地包括在本發(fā)明的切削刀片的實(shí)施例中。斷屑器典型是結(jié)合在銑削 刀片頂部上的固有特性。斷屑器通常以某些基本參數(shù)為特征，例如斷屑槽深 度、前角、后壁棱面、以及斷屑槽寬度等，以便在端面銑削作用中以較小的 切削功率提供強(qiáng)勁的切削作用。
在圖4中表示了一個標(biāo)注為IO的切削刀片的實(shí)施例。該切削刀片10可 由任何的適合于切削作業(yè)的各種材料制成。這些材料包括耐磨材料，例如鋼、 金屬碳化物、諸如鋁氧化物和金屬碳化物的復(fù)合物、鎢碳化物、陶瓷、陶瓷
ii合金、以及現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它材料。這些材料還可以附有鍍層，以改善
在某些應(yīng)用情況下的刀片性能。如圖4A所示，切削刀片IO的該實(shí)施例確定 了中心孔13,頂面15,底面17，以及圍繞著頂面15的周邊所形成的四個相 同的切削刃12。圖4B是從頂面15向下觀察的該切削刀片IO的俯視圖，圖 中包括以虛線所示的底緣21和在每個側(cè)面19上形成的幾個邊緣。圖4C是 切削刀片IO的沿著圖4A中箭頭A-A方向的側(cè)面正^f見圖。如圖4A和圖4C 中清楚所示，刀片IO的每個側(cè)面19包括幾個成形在切削刃12和底緣21之 間的、并且圍繞著底面17周邊的間隙表面。在該實(shí)施例中，四個凸形切削 刃12每個都由幾個區(qū)域構(gòu)成，它們包括切削刃的具有大曲率半徑的曲線 區(qū)域25,兩個基本為直線的(即，線性的)直線區(qū)域27， 29。切削刀片10的 四個凸形切削刃12分別由端角部23相互連接。
雖然上述切削刀片IO的切削刃12包含幾個區(qū)域，但本發(fā)明的切削刀片 的一些替換實(shí)施例可以包括四個相同的切削刃，這些切削刃只包含端角半徑 和具有大曲率半徑的曲線切削刃部分，例如只包含切削刀片10的切削刃區(qū) 域23, 25，其中大的曲率半徑的弧線部分25從端角23延伸到相鄰的另一個 端角23。因此，這些實(shí)施例不包括如上述切削刀片10中所含的切削刃區(qū)域 27, 29那樣的、 一個或多個基本為直線的(即線性的)切削刃區(qū)域。
再回到圖4所示的切削刀片10,刀片IO的切削刃12上的每個區(qū)域切削 刃都在刀片IO的側(cè)面19上形成不同的間隙表面。每個這樣的間隙表面都從 刀片IO的切削刃12向下延伸到底緣21。例如，如圖4A和圖4C清楚所示， 圓錐形的間隙表面26從端角半徑23處向下延伸，圓錐形的間隙表面28從 曲線切削刃25向下延伸，平面的間隙表面31從直線切削刃27向下延伸， 以及平面的間隙表面33從直線切削刃29向下延伸。切削刀片IO還包括平 面的輔助間隙表面35,其從間隙表面28， 31和33延伸至刀片10的底緣21。
根據(jù)圖4的實(shí)施例， 一基本上是正方形的切削刀片10包括四個凸形切 削刃12,在從刀片IO的頂面15觀察時，切削刃12的曲線切削刃區(qū)域25 具有相對大的曲率半徑。該大的曲率半徑最好顯著地大于刀片的內(nèi)接圓的標(biāo) 定半徑。于是曲線切削刃區(qū)域25在刀片IO的側(cè)面19上形成了圓錐形的間 隙表面28。
刃區(qū)域的各種組合。例如，圖5表示了本發(fā)明刀片的切削刃的不同設(shè)計(jì)。圖
125A描繪了具有四個相同切削刃112的基本為正方形的切削刀片110,該刀片 110包括端角半徑區(qū)域114和凸形的切削刃區(qū)域116。刀片110的切削刃112 沒有直線區(qū)域。圖5B描繪了具有四個相同凸形切削刃122的基本為正方形 的切削刀片120，該刀片120包括端角半徑區(qū)域124，基本為直線的切削刃 區(qū)域126，以及具有相對大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域128。圖5C描繪了具 有四個相同切削刃132的基本為正方形的切削刀片130,該刀片130包括端 角半徑區(qū)域134，兩個相鄰的基本為直線的切削刃區(qū)域135和136，以及具 有相對大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域138。圖5D描繪了具有四個相同切削 刃142的基本為正方形的切削刀片140,該刀片140包^r端角半徑區(qū)域143, 三個相鄰的基本為直線的切削刃區(qū)域144， 145和146,以及具有相對大曲率 半徑的曲線切削刃區(qū)域148。
本發(fā)明的切削刀片的某些實(shí)施例可以概括地進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。例如參見圖 6,如現(xiàn)有技術(shù)中所知，內(nèi)接圓A(即配合刀片表面周邊中的最大半徑的圓) 的直徑通常代表切削刀片的尺寸。參見圖6A,假定直角坐標(biāo)系X-Y的原點(diǎn)(即 點(diǎn)(O， 0))位于由正方形210所示的切削刀片的內(nèi)接圓A的中心CP,則內(nèi)接 圓A的方程式可由下式(II)表示
x2+y2=R2 叨
其中R是內(nèi)接圓A的半徑。根據(jù)本發(fā)明的切削刀片的某些實(shí)施例，其 獨(dú)特的特征在于，它結(jié)合了相對大尺寸的圓形刀片的某些優(yōu)點(diǎn)和通常尺寸的 正方形刀片的某些優(yōu)點(diǎn)?；緸檎叫蔚牡镀乃膫€切削刃212的每個在它 們的四個接觸點(diǎn)Pl, P2， P3, P4處分別與由上述方程式所確定的內(nèi)接圓A 相切，并且可以將內(nèi)接圓的 一組切線方程式表示如下
Pix x + Piy y =R2 (III)
其中，Pix和Pjy是切點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)，以及i:l,…,4。正方形刀片設(shè)有導(dǎo)
前角a,其與采用圓形刀片時所用的最大切削深度M直接相關(guān)。假定圖6A 中的正方形210的底邊與內(nèi)接圓A在P,(Pix, PJ點(diǎn)相切。在這種情況下， Plx = Rx(sina)，以及Ply= - Rx(cosa)。通過將點(diǎn)(P,x， P,y)代入上述切線方程， 我們獲得圖6中的正方形210底邊的下述方程式(IV):
(sina)'x - (cosa)'y = R (IV)
其中a的是導(dǎo)前角。
確定了圖6中的正方形210的其余三條邊的方程式可以通過類似的方法
13來獲得，結(jié)果是得到下述的一組方程式(V)-(VIII),它們各自代表正方形的 一個邊
(sin o:)' x _ (cos a). y = 7 2 (cos "). x + (sin a). _y = 7 2 —(sin a), x + (cos a)'少=i 2 —(cos a)' x - (sin ")'少=7 2
上述這組方程式是建立在與最大切削深度相應(yīng)的導(dǎo)前角的基礎(chǔ)之上的。 刀片的包含了具有相對大曲率半徑的曲線切削刃區(qū)域的四個切削刃的每個，
將被限定在由上述方程式(V) - (VIII)所形成的正方形210的范圍內(nèi)。
一旦產(chǎn)生了上述的方程式(v)-(vm),在正方形21o的每條邊上將提供
相同長度的其半徑大于內(nèi)接圓A半徑的、并且分別在每個點(diǎn)Pi至P4與正方
形210相切的弧線。這四個相同定位的弧線在圖6A中以弧線B,至B4表示。 在切削刀片的某些實(shí)施例中，每個弧線B廣B4的與正方形210相鄰的邊相平 行的弦線確定了曲線切削刃區(qū)域。因此，參見圖6A，弧線B,具有大于內(nèi)接 圓A半徑的曲率半徑。虛線Z平行于正方形210的與弧線B,相切的邊，并 且與弧線B,相交于點(diǎn)z'， z"?；【€B,的弦線C,中點(diǎn)z', z"確定了切削刀片 的曲線切削刃區(qū)域220。曲線切削刃區(qū)域220的相對大的曲率半徑由虛線段 R,， R2表示，它們從曲線切削刃區(qū)域220朝著弧線B,的曲率半徑的中心點(diǎn) 延伸。如果將弧線B,的曲率半徑的長度延伸，線段R,， R2將相交于超過內(nèi) 接圓A的中心點(diǎn)CP的一點(diǎn)。
在這個實(shí)施例中，由于弧線B,的弦線d平行于正方形210的相鄰邊，
同的導(dǎo)前角。當(dāng)本發(fā)明中提供的切削刀片主要用于端面銑削的情況下，弧線 B,的左下端點(diǎn)z'處的切線垂直于刀體的軸線，因而可以保證在與刀體軸線相 垂直的已加工表面上的良好的表面光潔度。然后根據(jù)圖6所示的幾何關(guān)系， 可將弦線C,的長度表示為最大切削深度和導(dǎo)前角a的函數(shù)，如下述方程式 (IX)所示
Lb = doc謹(jǐn)/sina (IX) 在這種情況下，曲線切削刃區(qū)域的曲率半徑Rb由下式確定 Rb = Lb/(2 sin(e/2)) = Lb/2. sina (X)其中e是弧線的中心角。
削刃添加第二區(qū)域切削刃，例如在本實(shí)施例中， 一直線的切削刃區(qū)域與切削 刀片的軸線相垂直，并且與形威切削刀片的曲線切削刃區(qū)域的弧線的左下端
點(diǎn)相切。該第二步驟由圖6B所示，其中相同長度的第一直線切削刃區(qū)域214 添加在每一曲線切削刃區(qū)域220的端部。下一個步驟可以是在每個切削刃上 將第二直線切削刃區(qū)域添加到第 一直線切削刃區(qū)域214的端部。第二直線切 削刃區(qū)域216可以設(shè)置成相對于第 一直線切削刃區(qū)域呈相對小的角度。該步 驟如圖6C所示，其中第二直線切削刃區(qū)域216被添加到每個切削刃上的第 一直線切削刃區(qū)域214的端部。再一個附加的步驟可以是將端角添加到切削 刀片上。在該實(shí)施例中，每個端角218都具有相同的半徑，每個端角218與 同它相連接的第二直線切削刃部分216和曲線切削刃部分220分別相切并且 平滑地連接。該步驟表示在圖6D中，其中四個相同的端角218完成了切削 刀片的完整輪廓220。
一旦圖6D中的完整凸形切削刃214， 216和220被確定，在切削刀片的 側(cè)面上的所有間隙表面(即斜面)也隨之形成。在圖4所示的實(shí)施例中，圓錐 形的間隙表面(或稱后面)28可以成形在具有相對大曲率半徑的曲線切削刃 25的下方，然后它與平面的間隙表面35相連接，表面35延伸至切削刀片
個端角23的半徑大許多，例如，相對于刀片端角上的0.8mm的端角半徑， 凸形切削刃的曲線切削刃部分上的曲率半徑為55mm。平斜面33成形在直 線切削刃部分29的下方，平斜面31成形在直線切削刃部分27的下方，切 削刀片10的四個側(cè)面上都成形有上述這兩個平斜面。斜面33作為切削面用 以產(chǎn)生與切削軸線相垂直的已加工表面，而斜面31是作為插銑法中沿著切 削方向的接近角。最后，圓錐形的間隙表面26成形在端角23的下方。
多個切削刀片，例如像切削刀片10的實(shí)施例那樣的刀片，可以如圖7 所示安裝到刀體上，并且借助于穿過刀片10的中心孔13的螺釘43而牢固 地定位在凹槽42中。刀具還可以包括有助于排出加工過程中所產(chǎn)生的切屑 的排屑槽44。
在圖8所示的某些端面銑削情形中，直線切削刃29可以垂直于切削軸 線46，以保證已加工表面上的良好的表面光潔度。刀體41被設(shè)計(jì)成相同凹槽能夠接納尺寸相同但凸形切削刃不同的切削刀片，并且能夠保持刀片10
的直線切削刃29與刀具軸線46之間的垂直關(guān)系。圖9的實(shí)施例表示了相同 尺寸的切削刀片，它們具有12.7mm直徑(或6.35mm半徑)的內(nèi)接圓，在凸形 切削刃上具有兩個不同的大曲率半徑，即切削刀片48的凸形切削刃具有 半徑為22.5mm的曲線切削刃部分；而切削刀片49的凸形切削刃具有半徑 為55mm的曲線切削刃部分。
正如圖8中已經(jīng)示出的那樣，圖8所示的刀具41還可設(shè)計(jì)成允許^f吏用 座落在同一凹槽中的相同的刀片可進(jìn)行多種的銑削作業(yè)(端銑，槽銑，斜面 銑和插銑)。這就意味著，如果切削作業(yè)的方向是沿著與刀具軸線46相垂直 的已加工表面的方向，那么刀片就是在進(jìn)行端面銑削或者槽銑作業(yè)；如果切 削作業(yè)的方向平行于刀具軸線46 ，那么刀片就是在進(jìn)行插銑作業(yè)；進(jìn)一 步地， 如果切削作業(yè)的方向是如圖8所示沿著待加工的工件表面的一個小角度，那 么刀片就是在進(jìn)行斜面銑削作業(yè)。
本發(fā)明的切削刀片并不限于帶平頂面的刀片，而是包括刀片表面的頂面 上帶有斷屑器的切削刀片。圖10中所示的是其頂面上具有斷屑器的本發(fā)明 切削刀片61的設(shè)計(jì)。這種斷屑器以至少五個基本參數(shù)為特征，如槽深62, 斜角63，后壁64,棱面65和槽寬66，以及現(xiàn)有技術(shù)中其它已知的斷屑器特 征。斷屑器的功能可以結(jié)合到各個實(shí)施例中，本發(fā)明的切削刀片能夠使得該 刀片和相關(guān)聯(lián)的刀具適合用于各種材料的工件的^U/o工。
應(yīng)當(dāng)理解，本說明書僅對于與清楚地理解本發(fā)明有關(guān)的一些方面進(jìn)行了
易見的方面，以及那些無助于更好地理解本發(fā)明的方面，都沒有在這里呈現(xiàn)。 盡管只是描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在研究了上 述的說明書之后，將能夠認(rèn)識到可以對本發(fā)明進(jìn)行許多的改進(jìn)和變化。所有 的這些改進(jìn)和變化都由前面的說明書和后面的權(quán)利要求書所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種切削刀片，包括頂面，包括四個相同的凸形切削刃和連接所述凸形切削刃的四個相同的端角，其中，每個凸形切削刃包括曲線切削刃區(qū)域和鄰近該曲線切削刃區(qū)域的第一大致為直線的切削刃區(qū)域，并且其中，每個曲線切削刃區(qū)域的半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓半徑的兩倍；底面，包括底緣；四個相同的側(cè)面，每個側(cè)面在凸形切削刃與底緣之間延伸，每個側(cè)面包括第一圓錐形的間隙表面，從曲線切削刃區(qū)域向底緣延伸；和第一平斜面，從第一大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸；第二圓錐形的間隙表面，從每個端角向底緣延伸；其中，當(dāng)切削刀片安裝在銑刀的刀片槽中時，第一大致為直線的切削刃區(qū)域在基本垂直于銑刀的切削軸線的方向上延伸。
2. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，底面的周長小于頂面的周長。
3. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個端角包括一圓弧、 一系列 圓弧、以及多段鍵槽曲線中至少之一。
4. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個第一圓錐形的間隙表面從 曲線切削刃區(qū)域延伸到底緣。
5. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個曲線切削刃區(qū)域的半徑大 于或等于頂面上最大內(nèi)接圓半徑的五倍。
6. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個側(cè)面還包括從鄰近曲線切 削刃區(qū)域向底緣延伸的平面的間隙表面，該平面的間隙表面使第一平斜面向 底緣延伸。
7. 如權(quán)利要求6所述的切削刀片，其中，底面的周長小于頂面的周長。
8. 如權(quán)利要求7所述的切削刀片，其中，每個曲線切削刃區(qū)域的半徑大 于或等于頂面上最大內(nèi)接圓半徑的五倍。
9. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中每個凸形切削刃還包括位于所述第 一 大致為直線的切削刃區(qū)域與端角 之間的第二大致為直線的切削刃區(qū)域；并且每個側(cè)面還包括第二平斜面，從第二大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸。
10. 如權(quán)利要求9所述的切削刀片，其中，每個側(cè)面還包括從鄰近曲線 切削刃區(qū)域向底緣延伸的平面的間隙表面，并且該平面的間隙表面使第一平 斜面和第二平斜面中至少之一向底緣延伸。
11. 如權(quán)利要求9所述的切削刀片，其中，每個凸形切削刃還包括位于 所述第二大致為直線的切削刃區(qū)域與端角之間的第三大致為直線的切削刃 區(qū)域；并且每個側(cè)面還包括第三平斜面，從第三大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸。
12. 如權(quán)利要求11所述的切削刀片，其中，每個側(cè)面還包括從鄰近曲線 切削刃區(qū)域向底緣延伸的平面的間隙表面，并且該平面的間隙表面使第 一平 斜面、第二平斜面和第三平斜面中至少之一向底緣延伸。
13. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個凸形切削刃還包括橢圓 的 一部分、拋物線的 一部分和多段鍵槽曲線中至少之一 。
14. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，還包括頂面上的斷屑幾何結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求1所述的切削刀片，其中，每個凸形切削刃平行于底面。
16. —種銑削切削刀具，包括 刀體，包括切削刀片槽；以及切削刀片，牢固地定位在切削刀片槽中，該切削刀片包括頂面，包括四個相同的凸形切削刃和連接所述凸形切削刃的四個相 同的端角，其中，每個凸形切削刃包括曲線切削刃區(qū)域和鄰近該曲線切 削刃區(qū)域的第一大致為直線的切削刃區(qū)域，并且其中，每個曲線切削刃 區(qū)域的半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓半徑的兩倍； 底面，包括底緣；四個相同的側(cè)面，每個側(cè)面在凸形切削刃與底緣之間延伸，每個側(cè) 面包括第一圓錐形的間隙表面，從曲線切削刃區(qū)域向底緣延伸；和第 一平斜面，從第 一 大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸； 第二圓錐形的間隙表面，從每個端角向底緣延伸； 其中，當(dāng)切削刀片牢固地定位在切削刀片槽中時，第一大致為直線 的切削刃區(qū)域在基本垂直于銑削切削刀具的切削軸線的方向上延伸。
17. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的底面的周長 小于切削刀片的頂面的周長。
18. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個端角包 括一圓弧、 一系列圓弧、以及多段鍵槽曲線中至少之一。
19. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個第一圓 錐形的間隙表面從曲線切削刃區(qū)域延伸到底緣。
20. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個曲線切 削刃區(qū)域的半徑大于或等于切削刀片的頂面上最大內(nèi)接圓半徑的五倍。
21. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個側(cè)面還 包括從鄰近曲線切削刃區(qū)域向切削刀片的底緣延伸的平面的間隙表面，該平 面的間隙表面使第 一平斜面向切削刀片的底緣延伸。
22. 如權(quán)利要求21所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的底面的周長 小于切削刀片的頂面的周長。
23. 如權(quán)利要求22所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個曲線切 削刃區(qū)域的半徑大于或等于切削刀片的頂面上最大內(nèi)接圓半徑的五倍。
24. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中切削刀片的每個凸形切削刃還包括位于切削刀片的第 一 大致為直線的 切削刃區(qū)域與端角之間的第二大致為直線的切削刃區(qū)域；并且 切削刀片的每個側(cè)面還包括第二平斜面，從第二大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸。
25. 如權(quán)利要求24所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個側(cè)面還 包括從鄰近曲線切削刃區(qū)域向底緣延伸的平面的間隙表面，并且該平面的間 隙表面使 第 一平斜面和第二平斜面中至少之一向切削刀片的底緣延伸。
26. 如權(quán)利要求24所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個凸形切 削刃還包括第三大致為直線的切削刃區(qū)域；并且切削刀片的每個側(cè)面還包括第三平斜面，從第三大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸。
27. 如權(quán)利要求26所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個側(cè)面還 包括從鄰近曲線切削刃區(qū)域向底緣延伸的平面的間隙表面，并且該平面的間 隙表面使第一平斜面、第二平斜面和第三平斜面中至少之一向切削刀片的底 緣延伸。
28. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個凸形切 削刃還包括橢圓的一部分、拋物線的一部分和多段鍵槽曲線中至少之一。
29. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片還包括切削刀 片的頂面上的斷屑幾何結(jié)構(gòu)。
30. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，切削刀片的每個凸形切 削刃平行于切削刀片的底面。
31. 如權(quán)利要求16所述的銑削切削刀具，其中，刀體包括多個切削刀片 槽，并且，在每個切削刀片槽中牢固地定位有一個所述的切削刀片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高速進(jìn)給端面銑削的切削刀片和銑削切削刀。切削刀片(10)包括頂面，包括四個相同的凸形切削刃和連接凸形切削刃的四個相同的端角，每個凸形切削刃包括曲線切削刃區(qū)域和第一大致為直線的切削刃區(qū)域，每個曲線切削刃區(qū)域的半徑大于或等于頂面上最大內(nèi)接圓半徑的兩倍；包括底緣的底面；四個相同的側(cè)面，每個側(cè)面在凸形切削刃與底緣之間延伸，并包括從曲線切削刃區(qū)域向底緣延伸的第一圓錐形的間隙表面和從第一大致為直線的切削刃區(qū)域向底緣延伸的第一平斜面；從每個端角向底緣延伸的第二圓錐形的間隙表面；當(dāng)切削刀片安裝在銑刀的刀片槽中時，第一大致為直線的切削刃區(qū)域在基本垂直于銑刀的切削軸線的方向上延伸。
文檔編號B23C5/20GK101491847SQ200910006158
公開日2009年7月29日 申請日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者丹尼爾·X·方, 吉勒斯·費(fèi)斯蒂厄, 戴維·J·威爾斯, 讓-盧克·達(dá)福爾 申請人:Tdy工業(yè)公司