專利名稱：旋轉(zhuǎn)切削刀具組件及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬加工操作，更具體地說，涉及在金屬加工操作期間用于切削刀具(cutting insert)環(huán)繞刀具中心軸旋轉(zhuǎn)的方法和組件。本發(fā)明還涉及切削刀具本身，具有刀夾(toolholder)及該刀具的組件，以及該組件的操作。
背景技術(shù)：
在金屬加工操作期間，例如車削操作期間，即固定的切削刀具極力對(duì)抗正在旋轉(zhuǎn)的工件，刀具對(duì)工件起作用的切削刃由于工件而加熱，直到操作完成或直到切削刃由于機(jī)構(gòu)損壞而開始斷損，例如月牙洼磨損或塑性變形。在過去，為了避免這些破壞模式，并使切削刀具能更有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，將圓形切削刀具安裝到刀夾上，從而使切削刀具環(huán)繞刀具中心軸自由地旋轉(zhuǎn)。此后使特定的切削刀具朝向工件，并以這樣的方式定向，使得例如在車床上工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給切削刀具一種力作用在與刀具相切的方向上。工件對(duì)抗切削刀具的運(yùn)動(dòng)不僅對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工，并且此外還使圓形的切削刀具旋轉(zhuǎn)，這樣使刀具的切削刃持續(xù)不斷地得到恢復(fù)。結(jié)果，在理想條件下，切削刃的各個(gè)部分都不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地受到工件的影響。另外，由于切削刃在較低溫度下操作，從而提供更大的切削力，并提高了金屬加工操作的效率。
這種類型的旋壓刀具可在異常速度中表現(xiàn)出格外長(zhǎng)的刀具壽命。然而，當(dāng)切削條件稍微發(fā)生改變，或當(dāng)用于使切削刀具旋轉(zhuǎn)的夾頭軸承(cartridge bearings)開始損壞的時(shí)候，上述這種旋壓刀具得到同樣明顯的失敗。
美國(guó)專利No.4,178,818涉及一種利用具有圓形切削刀片的旋轉(zhuǎn)切削工具回轉(zhuǎn)切削固體的方法。將切削刀具固定在主軸上，該主軸與軸承一起安裝在殼體內(nèi)。利用主軸將冷卻劑引導(dǎo)到風(fēng)輪機(jī)(wind turbine)內(nèi)，由此使切削刀具旋轉(zhuǎn)。然而，使刀具旋轉(zhuǎn)的切削力所引起的扭矩比使切削刀具旋轉(zhuǎn)的冷卻劑流所產(chǎn)生的扭矩要高很多。主要通過與工件的相互作用使切削刀具發(fā)生旋轉(zhuǎn)。風(fēng)輪機(jī)的作用能使圓形的切削刀具繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，即使是在切削中斷期間，此時(shí)在切削刀具與工件之間沒有提供摩擦旋轉(zhuǎn)的接觸。結(jié)果，這種切削刀具設(shè)計(jì)取決于從旋轉(zhuǎn)工件上分離出使切削刀具旋轉(zhuǎn)的切向力。
需要一種方法和組件，能在金屬加工操作期間使切削刀具環(huán)繞其自身的軸旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)的速度和方向并不由工件自身的旋轉(zhuǎn)來確定，而是根據(jù)作用在切削刀具上的單獨(dú)的力來確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種組件，其包括切削刀具，該刀具具有貫穿其中的中心軸，其中刀具由具有頂表面、底表面、在兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面，和位于至少一個(gè)側(cè)面與頂表面相交處的切削刃的主體組成。該組件還具有在其上安裝有刀具的刀夾，其中該刀夾適合于使刀具環(huán)繞中心軸以預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種方法，其中利用了切削刀具，該切削刀具由具有頂表面、底表面、在兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面，位于至少一個(gè)側(cè)面與頂表面相交處的切削刃，和貫穿頂表面和底表面的中心軸的主體組成，該機(jī)械加工方法由以下步驟組成對(duì)準(zhǔn)刀具，使中心軸與旋轉(zhuǎn)工件的縱軸形成一定角度；使刀具環(huán)繞該刀具的中心軸旋轉(zhuǎn)；并使刀具極力抵住工件，以開始進(jìn)行機(jī)械加工操作。
本發(fā)明的再一實(shí)施例涉及一種切削刀具，該切削刀具由主體組成，該主體具有貫穿其中的中心軸，并具有頂表面、底表面、在兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面，位于至少一個(gè)側(cè)面與頂表面相交處的切削刃，和從頂表面延伸的至少一個(gè)突出部，其與中心軸等距徑向和分開布置，并從切削刃向內(nèi)間隔開，以在車削操作中使用的刀具環(huán)繞其中心軸旋轉(zhuǎn)并抵住旋轉(zhuǎn)工件時(shí)起到斷屑臺(tái)(chip breakers)的作用。


圖1是刀夾的透視圖，其上具有在旋轉(zhuǎn)工件上操作的旋轉(zhuǎn)刀具；圖1A是示意圖，示出安裝到旋轉(zhuǎn)軸上的刀夾和定位在車床上的工件；圖2是刀夾和與切削刀具固定到刀夾上相關(guān)聯(lián)的部件分解透視圖；圖2A是圖2中一部分的放大圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的刀具俯視圖；圖4是圖3中所示刀具的側(cè)視圖；圖5表示具有外圍凹口并利用螺釘固定到刀夾上的切削刀具透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的橢圓形刀具透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的八邊形刀具透視圖；圖8是具有起到切削刀具功能成形為整體端的刀夾透視圖；圖9是刀夾和切削刀具的分解透視圖，其中切削刀具具有可配合到刀夾內(nèi)的截頭圓錐體基部；圖10是刀夾的剖面透視圖，在該刀夾上安裝的刀具具有貫穿其中的冷卻劑孔；圖11是切削刀具的部分透視圖，該切削刀具具有斷屑臺(tái)和截頭圓錐體基部；圖12是切削刀具的部分透視圖，該切削刀具具有貫穿其中的冷卻劑孔和截頭圓錐體基部；圖13是刀夾的剖面透視圖，在該刀夾上安裝的刀具具有部分貫穿其中的冷卻劑孔；圖14是示意圖，示出從旋轉(zhuǎn)工件端的車削操作對(duì)旋壓刀具的定向；圖15是圖14中所示的配置平面圖；圖16是示意圖，示出從平面圖看的旋轉(zhuǎn)工件和車螺紋操作對(duì)旋壓刀具的定向；和圖17是圖16中所示的配置端視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出工件10環(huán)繞中心線15在箭頭20所示的方向旋轉(zhuǎn)，其中，例如工件10安裝在車床上。刀夾50上已經(jīng)安裝了切削刀具100。切削刀具100具有中心軸105。刀具100以不可旋轉(zhuǎn)的方式固定到刀夾50上，使得刀夾50的旋轉(zhuǎn)直接轉(zhuǎn)換為切削刀具100的旋轉(zhuǎn)。作為一個(gè)實(shí)例，刀具100和刀夾50可在箭頭110所示的方向旋轉(zhuǎn)。
組件的一部分由具有貫穿其中的中心軸105的切削刀具100組成。如圖2-4中所示，刀具具有主體115，該主體115具有頂表面117和底表面119以及兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面120。切削刃125限定在至少一個(gè)側(cè)面120與頂表面117的相交處。切削刀具100安裝到刀夾50上，并且該刀夾50適合于使刀具100環(huán)繞切削刀具中心軸105以預(yù)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度在10RPM以上到機(jī)器性能的范圍內(nèi)，優(yōu)選的是60-20,000RPM，更優(yōu)選的是250-10,000RPM。預(yù)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以大于、小于或等于工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。切削刀具100的轉(zhuǎn)動(dòng)速度還可在金屬加工操作期間變化。另外，切削刀具100的速度可以是工件10速度的函數(shù)，并可與工件10的速度成正比。切削刀具100的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也可完全獨(dú)立于工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
簡(jiǎn)短回顧圖1，刀夾50可固定在主軸75中，然后安裝到可使主軸75在預(yù)期方向并以預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上。利用旋轉(zhuǎn)刀具領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的任一技術(shù)可將刀夾50固定在主軸內(nèi)。然而，如圖1中所示，主軸75具有內(nèi)孔76，在此內(nèi)孔76內(nèi)接收刀夾50，并利用鎖定螺母80將刀夾50固定在主軸75內(nèi)，該鎖定螺母80可螺接地固定到主軸75主體上并在其中對(duì)刀夾50加力。用于將刀夾固定到主軸內(nèi)的機(jī)構(gòu)可以是多種不同機(jī)構(gòu)中的一種，包括筒(collet)夾或鎖定螺釘，并且這種機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)刀具領(lǐng)域技術(shù)人員中眾所周知。
圖1A表示固定在主軸75內(nèi)的刀夾50。由主軸驅(qū)動(dòng)器77來驅(qū)動(dòng)主軸75?？刂破?8利用來自于驅(qū)動(dòng)器77的閉環(huán)反饋監(jiān)測(cè)并控制主軸75的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并因而監(jiān)測(cè)并控制刀夾50的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
可利用夾盤12將工件10固定到以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)工件10的車床14上。通過這種配置，有可能以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)工件10，并且也有可能以預(yù)定速度獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)切削刀具100，并將刀具100旋轉(zhuǎn)的速度保持在負(fù)載以下。另外，有可能使刀具100的旋轉(zhuǎn)與工件10的旋轉(zhuǎn)同步。標(biāo)準(zhǔn)作法包括用于對(duì)在車床14和其他機(jī)床上工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明具有三類能支撐主軸75的現(xiàn)有機(jī)床。這些機(jī)床中每類都可包括閉環(huán)反饋控制器，從而可精密地監(jiān)測(cè)和控制主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。首先是四個(gè)或更多軸的加工中心，其中刀夾可固定到主軸上并由該主軸使刀夾旋轉(zhuǎn)。工件可按B或C旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且刀夾可位于旋轉(zhuǎn)軸Z軸的中心。刀夾可在Y軸進(jìn)給，以車削工件直徑，或在X軸進(jìn)給刀夾用于工件端面加工。
第二類機(jī)器包括組合車削/銑磨機(jī)器。在這類機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)中，由主軸使刀夾旋轉(zhuǎn)，而工件旋轉(zhuǎn)則靠頭架上的主軸。然后可將刀夾設(shè)置在工件中心線X軸上，并可用Y軸進(jìn)行端面加工操作。通過在Z軸進(jìn)刀來車削工件的直徑。
第三類可能的機(jī)器包括常規(guī)的兩軸車床，其改進(jìn)配裝主軸來轉(zhuǎn)動(dòng)刀具。這種主軸可安裝成大致與頭架中心線和X軸相互垂直，并用X軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行端面加工，而用Z軸運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行工件的直徑車削。
可用各種裝置來驅(qū)動(dòng)改進(jìn)配裝的主軸。電動(dòng)隨動(dòng)傳動(dòng)裝置具有易于結(jié)合到CNC控制系統(tǒng)中和易于對(duì)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行編程的優(yōu)點(diǎn)，而液壓傳動(dòng)裝置具有較低成本并在機(jī)床機(jī)殼內(nèi)處于不利環(huán)境(冷卻劑，細(xì)鐵屑發(fā)熱等等)中提供極其堅(jiān)固配置的優(yōu)點(diǎn)。
直接參考圖2-4，刀具100不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上。特別是，切削刀具100的底表面119具有從其伸出的一個(gè)或多個(gè)突出部130，其可與刀夾50表面57內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)凹槽55相匹配。使刀具100極力抵住刀夾50的表面57，從而使刀具突出部130與刀夾凹槽55嚙合，并在刀具100和刀夾50之間形成正接合，用于將切削刀具100旋轉(zhuǎn)地固定到刀夾50上。
切削刀具100進(jìn)一步包括位于頂表面117上的一個(gè)或多個(gè)突出部135，其與位于底表面119上的突出部130相同，從而可使刀具100倒置，并在兩個(gè)位置上可利用刀夾50可靠地驅(qū)動(dòng)刀具100。
直接參考圖5，僅僅利用刀具200底表面219與刀夾50表面57之間的摩擦力就可將切削刀具200固定到刀夾50的表面57上。利用安裝螺釘230，將切削刀具200摩擦地極力抵住刀夾50，安裝螺釘230具有比沿中心軸205貫穿刀具200的孔(未示出)大的頭部232。安裝螺釘230可螺接地固定到刀夾50上。在這種方式中，切削刀具200極力抵住刀夾50，以便在刀具200與刀夾50之間形成摩擦聯(lián)軸節(jié)，用于將刀夾50的旋轉(zhuǎn)傳遞給切削刀具200。
根據(jù)本發(fā)明，切削刀具可由在金屬加工操作中采用的任何典型材料制成，包括有鋼，硬質(zhì)合金，金屬陶瓷，陶瓷，PCBN(多晶氮化硼)，PCD(多晶金剛石)和金剛石，它們均可具有或不具有改進(jìn)性能的涂層。選擇用于切削刀具的材料和/或涂層取決于工件材料及切削條件。
如前面在本發(fā)明背景中所述的，在過去，將自由旋轉(zhuǎn)的刀具安裝到刀夾上，并且工件的旋轉(zhuǎn)將切向力施加到刀具上，從而當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具會(huì)相對(duì)于固定刀夾發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由此在機(jī)械加工操作期間更新切削刀具。
根據(jù)本發(fā)明，刀夾50以及固定在其上的切削刀具100完全獨(dú)立于工件10的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)完全通過切削刀具的定向以及工件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向來確定抵住轉(zhuǎn)動(dòng)工件設(shè)置的自由旋轉(zhuǎn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的配置并不取決于這些變量。相反地，根據(jù)本發(fā)明的配置可使切削刀具100環(huán)繞中心軸105順時(shí)針或逆時(shí)針地、并以任何預(yù)定所需的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖1中用箭頭110所示切削刀具100的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。但完全有可能改變刀夾50的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使得切削刀具100的轉(zhuǎn)動(dòng)與箭頭110所示的方向相反。同樣有可能保持住刀夾50防止其轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過規(guī)定切削刀具100的旋轉(zhuǎn)方向，有可能在切削操作期間對(duì)整個(gè)切削刀具上的溫度分布進(jìn)行控制。例如，當(dāng)?shù)毒?00按照箭頭110所示的逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在切削刀具100經(jīng)受到其最大力以及最高溫度的情況下，允許切削刃125在重新進(jìn)入凸肩區(qū)145之前離開工件時(shí)進(jìn)行冷卻。另一方面，如果切削刀具100順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(與箭頭110所示方向相反)，則首先使切削刃125與沿凸肩區(qū)145之前縮徑部分143的工件接觸，并在進(jìn)入凸肩區(qū)145之前使切削刃125至少部分地加熱，進(jìn)行最復(fù)雜的切削操作部分。由此，可以看到，切削操作的動(dòng)力特性根據(jù)切削刀具100相對(duì)于工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而改變。
刀具10的持續(xù)預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度促進(jìn)整個(gè)刀具上均勻的熱量分布，其結(jié)果使整個(gè)刀具上的熱量能均勻散布，以便使熱梯度最小化，這對(duì)刀具主體內(nèi)的應(yīng)力產(chǎn)生影響。
至此已經(jīng)討論了切削刀具100和具有圓形構(gòu)型的切削刀具200。這種刀具，在刀夾50平行于工件10中心軸15移動(dòng)的條件下，將制造出具有圓形截面的機(jī)械加工部分。然而，完全有可能采用具有非圓形截面的切削刀具。
直接參考圖6，切削刀具300具有主體315，其有頂表面317，底表面319以及與頂表面317相交、用來限定切削刃325的至少一個(gè)側(cè)面320。頂表面317是非圓形的，并可呈橢圓形式。正像刀具100(圖1)不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上那樣，也將切削刀具300不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上(圖1)。有可能必須對(duì)刀夾50前端的形狀稍微改變，以適合于橢圓形刀具300的形狀。然而，根據(jù)給予切削刃325的切削負(fù)載，可以沿其整個(gè)底表面319對(duì)切削刀具300進(jìn)行支撐，但也可無需這種支撐。盡管如此，在操作中，橢圓形切削刀具300的旋轉(zhuǎn)可與工件10的旋轉(zhuǎn)同步，這樣使機(jī)械加工的工件截面自身也可以是非圓形的。例如，如果工件10每轉(zhuǎn)一圈，切削刀具300就環(huán)繞其中心軸305旋轉(zhuǎn)一整圈，則工件10最后機(jī)械加工出的部分便會(huì)具有橢圓形截面。另一方面，如果橢圓形切削刀具300的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是工件10轉(zhuǎn)動(dòng)速度的倍數(shù)，則機(jī)械加工出的工件10截面會(huì)在工件10的圓形剖面周圍具有若干波紋。這種配置可用于制造具有大導(dǎo)程螺紋的滾珠絲杠。
圖7再次示出一種非圓形的切削刀具400。然而，在此設(shè)計(jì)中，切削刀具400具有主體415，其具有是普通八邊形形狀的頂表面417。頂表面417和側(cè)面420相交，限定出具有斜邊430的切削刃425。相對(duì)于工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)切削刀具400環(huán)繞其中心軸405的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，從而得到例如具有裝飾精整的工件。這種幾何結(jié)構(gòu)還可用于切屑控制。
根據(jù)用于具體金屬加工操作的條件，最好設(shè)計(jì)出一種切削工具，其特征是促進(jìn)從工件10上切除的材料中形成小切屑。特別是，再次直接參考圖5，切削刀具200可具有至少一個(gè)在刀具200周圍斷開切削刃225的凹口240，以向工件提供斷續(xù)切削。通過這樣做，凹口240將起到切斷或輔助切斷任何可能開始形成的切屑的作用。完全有可能在切削刃225周圍具有多個(gè)凹口240。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通過采用這種凹口240達(dá)到切屑控制的好處只能適用于粗加工操作，而如果需要對(duì)工件10進(jìn)行相對(duì)光滑的表面精加工時(shí)，則去除這種凹口240，而采用連續(xù)的切削刃225。
還有可能通過采用其他的切屑控制特征來控制從工件10上切除材料形成的切屑尺寸。再次直接參考圖2-4，刀具100頂表面117上的突出部135還起到斷屑臺(tái)的功能，結(jié)果切削刀具100的切削深度足以使在切削操作期間形成的切屑能碰撞一個(gè)或多個(gè)突出部135。也有可能延伸突出部135的徑向長(zhǎng)度，使之接近切削刃125。雖然當(dāng)鄰近于刀夾表面57設(shè)置時(shí)所定位的突出部135將切削刀具100不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上，但是當(dāng)?shù)毒呔哂休^小的切削深度時(shí)，最好突出部135在徑向方向上向外延伸，從而可在金屬加工操作期間形成切屑。切屑會(huì)碰撞一個(gè)或多個(gè)這些徑向延伸的突出部135，由此使該突出部135不僅在接近刀夾表面57時(shí)起到正旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)的作用，還在背離開刀夾表面57時(shí)起到斷屑臺(tái)的功能。
通常，利用旋轉(zhuǎn)工具領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的各種機(jī)構(gòu)，可將切削刀具不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上。在圖2A中就示出了這樣一個(gè)實(shí)施例。筒夾85可安裝到在刀夾50內(nèi)延伸的孔87中，并通過該筒夾85將刀具100固定到刀夾50上。特別是就圖2A中所示的實(shí)施例而言，切削刀具主體115具有沿中心軸105貫穿其中的孔137?？?37具有內(nèi)壁140(圖3)，其中內(nèi)壁140具有內(nèi)徑D1(圖2A)。筒夾85與中心軸105對(duì)準(zhǔn)，并且不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在刀夾50的孔87內(nèi)，并從該孔87內(nèi)伸出。筒夾85可具有內(nèi)螺紋孔89和外壁86，該外壁具有的最大外表面外徑D2(圖2A)小于刀具孔的最大內(nèi)徑D1。螺栓90可螺接地固定到筒夾內(nèi)螺紋孔89內(nèi)。由此，通過安裝在刀夾50的孔87內(nèi)的筒夾85，切削刀具100被置于筒夾85上面，而螺栓90則穿過切削刀具100的孔137。然后螺栓90螺接地與筒夾85的內(nèi)螺紋孔89嚙合，從而利用安裝在筒夾外壁86上的切削刀具100，將刀具孔137套在筒夾外壁86上。此后擰緊螺栓90，由此使筒夾85膨脹將筒夾外壁86固定靠在切削刀具孔的內(nèi)壁140上。從而將切削刀具100不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50上。
在圖2和2A中所示的筒夾85具有恒定的外徑D2，以限定為圓形。應(yīng)當(dāng)理解，筒夾的形狀不應(yīng)局限于圓形，可以采用各種任何種類的非圓形筒夾形狀，同時(shí)應(yīng)懂得，切削刀具100的內(nèi)壁140必須改進(jìn)以適應(yīng)于另一非圓形的筒夾。然而，這種適應(yīng)性調(diào)節(jié)的細(xì)節(jié)在旋轉(zhuǎn)刀具領(lǐng)域的技術(shù)人員中眾所周知。例如，筒夾可具有橢圓形的外表面，與橢圓形形狀的切削刀具一致。
雖然在圖2A中筒夾85可拆卸地固定到刀夾50上，但是筒夾85有可能永久地安裝在刀夾50內(nèi)，或者與刀夾50是一個(gè)整體部分。
如圖8中所示，刀夾和切削刀具500是一個(gè)整體件。刀夾/切削刀具500具有所有與前面所述刀夾50相同的特征，然而，代替單獨(dú)分開、又不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾50端部上的切削刀具，刀夾500具有切削端部502，該切削端部502具有頂表面517和側(cè)面520，它們相交形成切削刃525。在這種情況下，刀夾500的切削端部502可反復(fù)地重新磨快，由此提供的整體刀夾/切削刀具500可具有格外長(zhǎng)的刀具使用壽命，且不存在平常的損壞。
雖然至此所論述的可拆卸切削刀具具有近似為圓盤的形狀，但是有可能采用不同形狀的刀具，只要刀具的頂表面及其至少一個(gè)側(cè)面包括這里所述的特征。
特別是圖9示出柱狀的切削刀具600，其具有頂表面617，底表面619以及和頂表面617相交以限定切削刃625的側(cè)面620。刀具600具有截頭圓錐體形狀的支柱630，其裝配到刀夾900內(nèi)的配合孔650中，從而在支柱630與配合孔650之間形成摩擦配合。在這種方式中，切削刀具600不可轉(zhuǎn)動(dòng)地保持在刀夾900內(nèi)。當(dāng)在機(jī)械加工操作期間刀具600上產(chǎn)生的力對(duì)切削刃625起作用形成具有沿刀夾中心軸952分力的壓力時(shí)，這種配置是特別適合的。
在發(fā)明背景中，對(duì)于非旋轉(zhuǎn)刀具來說，刀具損壞的狀態(tài)稱為月牙洼磨損和塑性變形，這是由于溫度集中和位于刀具切削刃上一個(gè)特定位置的力造成的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，盡管將現(xiàn)有技術(shù)中金屬切削條件的這些損壞模式最小化，但引入了從切削刀具到刀夾有效傳熱的可能性，致使刀夾可能由于受到極高溫度而損壞。因此，這時(shí)最好為刀夾引入冷卻機(jī)構(gòu)。
直接參考圖10，改進(jìn)的刀夾750具有沿其長(zhǎng)度延伸、可用于冷卻劑通過的孔755。在孔755內(nèi)固定相關(guān)的切削刀具700，并且該切削刀具700本身可具有與刀夾750內(nèi)的孔755共線的孔705。在切削操作期間通過孔755引入的冷卻劑流過切削刀具700的孔705，并在切削區(qū)附近流出。這樣，可用冷卻劑冷卻切削區(qū)，此外還冷卻刀夾750和切削刀具700。
在圖11中示出刀具700的細(xì)節(jié)。刀具700具有頂表面717和與其相交用于限定切削刃725的側(cè)面720。沿切削刀具700長(zhǎng)度延伸的孔705與刀夾750上的孔755流體接合，(圖10)。斷屑臺(tái)740橫過刀具頂表面717的寬度延伸，并與圖3和4中突出部130，135類似的方式，利用該斷屑臺(tái)740在金屬加工操作期間促進(jìn)切屑的形成。
圖10示出具有恒定直徑的孔705。為了在實(shí)際的切削區(qū)上更好地散布冷卻液，如圖12中所示，相似的切削刀具800可具有孔805，該孔805具有出口部分810，而該出口部分810則具有該孔靠近頂表面817時(shí)向外漸縮的內(nèi)壁812。這種通常成圓錐形的內(nèi)壁812通過較寬的噴射區(qū)起到有效散布切削液的作用，由此更有效地冷卻切削區(qū)。這樣，由于切削操作所產(chǎn)生的、傳給刀夾的熱量可有效地消除，并且與此同時(shí)，冷卻液將起到冷卻切削區(qū)的作用。
除了設(shè)置用于冷卻劑的、貫穿刀夾的孔外，還有可能選擇由能耐高溫材料制成的刀夾。例如，刀夾材料可以是因康鎳合金(Inconel)，或達(dá)到足夠結(jié)構(gòu)剛性并能耐高溫的任何多種其他材料。
在需要干切削操作并可沒有向工件引入冷卻劑的情況下，如圖13中所示，有可能設(shè)置具有僅沿刀夾850部分長(zhǎng)度延伸的孔855的刀夾850。一旦受熱，引入到孔855內(nèi)的冷卻劑必須與其他冷卻液一起循環(huán)。這種循環(huán)可通過將切削刀具800保持在高位、并通過孔855噴射出冷卻液流體、而后靠重力再回到刀夾850相對(duì)端來實(shí)現(xiàn)。在可替換的方案中，例如如果切削刀具800是組件的最下部分，那么冷卻液會(huì)蒸發(fā)，并流到孔855的相對(duì)端，在此冷卻液可得到冷卻并凝結(jié)。
雖然在圖13中并未示出，但是完全有可能使孔855沿刀夾整個(gè)長(zhǎng)度延伸，此外還引導(dǎo)孔部分地穿過切削刀具800，從而在孔855內(nèi)引入的任何冷卻液流體同樣會(huì)引入到刀具孔中，以向刀夾850和切削刀具800提供冷卻。正如孔855部分貫穿刀夾850的配置情況一樣，這種孔855部分貫穿切削刀具并與刀夾孔連通的配置會(huì)使刀夾的運(yùn)動(dòng)能攪動(dòng)此處的冷卻液，由此在整個(gè)刀夾850和刀具800上更均勻地分布熱量，從而提高散熱。還有可能采用類似于圖13中刀具800的刀具，“堵住”貫穿圖10中刀夾750的孔。
直接參考圖14，切削刀具100具有頂表面117，及與頂表面117相交、限定切削刃125的側(cè)面120，可相對(duì)于工件10定向該切削刀具100，以便在切削刃125上的頂表面117相交處與從工件10軸15延伸的徑向線R形成的前角RA在-10°到30°之間，優(yōu)選的是-5°到+15°。在很多情況下，有從切削刃向內(nèi)延伸的刃背(land)，并且該刃背將成<p>表5對(duì)比例2-3的固化

實(shí)施例3使用廣譜光和三芳基锍鹽和取代的苯亞磺酸鹽的本體光致聚合在螺旋帽小瓶中，制備具有1.0wt％的三芳基锍六氟磷酸鹽和1.0wt％四丁基銨4-苯甲睛亞磺酸鹽的SR339混合物。用氮?dú)獯祾呋旌衔?5秒，然后密封小瓶，通過保持并在光源的前面約2cm慢慢地?fù)u動(dòng)小瓶，用100W石英-鎢-鹵素(QTH)光源(model I-100，得自CudaFiberoptics，Jacksonville，F(xiàn)L)輻照樣品。光源遮光器全部打開。固化時(shí)間被認(rèn)為是，溶液粘度增加到使得搖動(dòng)小瓶時(shí)，在小瓶中的液體不再流動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間。混合物5秒內(nèi)固化。
對(duì)比例4使用廣譜光和三芳基锍鹽沒有苯亞磺酸鹽的本體光致聚合在螺旋帽小瓶中制備具有1.0wt％三芳基锍六氟磷酸鹽的SR339混合物。用氮?dú)獯祾呋旌衔?5秒，然后密封小瓶，如實(shí)施例3.所述輻照樣品。固化時(shí)間被認(rèn)為是，溶液粘度增加到使得搖動(dòng)小瓶時(shí)小瓶中的液體不再流動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間?；旌衔?4秒內(nèi)固化。
實(shí)施例4使用藍(lán)光和三芳基锍鹽和取代的苯亞磺酸鹽的本體光致聚合在螺旋帽小瓶中，制備具有1.0wt％的三芳基锍鹽六氟磷酸鹽和1.0wt％四丁基銨4-苯甲睛亞磺酸鹽的SR339混合物。用氮?dú)獯祾呋旌衔?5秒，然后密封小瓶，通過保持在該光源的前面約2cm并慢慢地?fù)u動(dòng)小瓶，用Model 5560牙科固化光(得自3MCompany，St.Paul，MN)輻照樣品。
通過采用本發(fā)明的裝置，還有可能對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工制造螺紋，與前面所述的車削操作相反，它是橫過工件的重疊寬度切除材料。圖16和17示出一種工件機(jī)械加工制成螺紋的配置。這種構(gòu)造需要刀具的進(jìn)刀速度與工件的轉(zhuǎn)動(dòng)嚴(yán)格同步。固定到刀夾50上的刀具100這樣定位，即切削刀具100的中心軸105與工件10的中心線15形成角Z。另外，與切削刀具100中心軸105垂直的線與從工件中心線15延伸的徑向線R形成后角Y。
在一個(gè)實(shí)例中，工件10由4140合金鋼制成。后角Y是7°，角Z也是7°。1/2英寸IC圓形刀具的刀具100垂直于主軸旋轉(zhuǎn)軸線B定向。工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是100RPM，而刀具100的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是工件10轉(zhuǎn)動(dòng)速度的兩倍，即200RPM。刀具100的進(jìn)刀速度等于螺紋的預(yù)定螺距，即每轉(zhuǎn)3英寸。切削深度是0.010英寸。在這種情況下金屬的切削率是6英寸3/分。
盡管已對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，按照披露的全部指導(dǎo)內(nèi)容，可對(duì)那些細(xì)節(jié)研發(fā)各種改進(jìn)和替換物。目前此處所述的優(yōu)選實(shí)施例僅是為了說明本發(fā)明的范圍，而不作為對(duì)它的限定，本發(fā)明的范圍給出附屬權(quán)利要求及其任何和所有等效物的全部廣度。
權(quán)利要求
1.一種組件，包括a)切削刀具，其具有貫穿其中的中心軸線，其中，刀具包括有主體，該主體具有1)頂表面和底表面；2)兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面；和3)切削刃，位于所述至少一個(gè)側(cè)面與頂表面的相交處；以及b)刀夾，切削刀具安裝在該刀夾上，其中，該刀夾適合于使刀具以預(yù)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度環(huán)繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，進(jìn)一步包括與刀夾相連的主軸，其中，該主軸使驅(qū)使刀具旋轉(zhuǎn)的刀夾旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，其中，主軸適合于與能使主軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)床相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的組件，進(jìn)一步包括主軸驅(qū)動(dòng)器和與其相連的控制器，其中，控制器具有閉環(huán)反饋以對(duì)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的組件，其中，控制器適合于監(jiān)測(cè)和控制工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工件的速度直接與主軸的速度相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，切削刀具被迫抵住刀夾，以便在刀具與刀夾之間形成摩擦接合，用于將刀夾的旋轉(zhuǎn)傳遞給刀具。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，切削刀具的底表面具有從其延伸的突出部，其可與在刀夾內(nèi)的凹槽相配合，從而當(dāng)迫使切削刀具抵住轉(zhuǎn)動(dòng)刀夾時(shí)，在刀具與刀夾之間形成可靠的接合，用于將切削刀具可轉(zhuǎn)動(dòng)性地固定到刀夾上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組件，其中，刀具進(jìn)一步包括頂表面上的突出部，其與底表面上的突出部相同，從而刀具可倒置，并且刀夾可在兩個(gè)位置中可靠地驅(qū)動(dòng)刀具。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，進(jìn)一步包括從切削刀具的頂表面和底表面至少其中之一延伸的切屑控制突出部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，刀具具有用于工件成形的橢圓形形狀，使工件具有非圓形的截面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，刀具具有用于工件成形的多邊形形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，切削刀具具有至少一個(gè)在刀具周圍斷開切削刃的凹口，以向工件提供斷續(xù)切削。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，進(jìn)一步包括貫穿刀具中心的孔，其中，螺釘貫穿該孔，并與刀夾中的螺孔相配合，從而將刀具固定到刀夾上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，進(jìn)一步包括從刀夾延伸的筒夾，以及貫穿刀具中心的孔，其中，通過在貫穿刀具的孔中固定筒夾，將刀具固定到刀夾上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，刀夾由耐熱材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，切削刀具與旋轉(zhuǎn)刀柄成整體。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，刀具具有截頭圓錐體的側(cè)面，其與貫穿刀夾的孔相配合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其中，刀具的所述側(cè)面與刀夾孔形成摩擦配合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的組件，其中，孔貫穿刀具的長(zhǎng)度，以形成冷卻劑路徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的組件，其中，刀具上部的孔具有向上擴(kuò)大的圓錐斜度，以便將冷卻劑散布到工件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，孔在刀夾內(nèi)延伸并完全封閉，其中該孔部分地填充液體，致使刀夾的運(yùn)動(dòng)攪動(dòng)液體，由此更為均勻地在整個(gè)刀夾上分布熱量，提高散熱。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，筒夾安裝在刀夾內(nèi)，并且通過該筒夾將刀具固定到刀夾上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的組件，其中a)切削刀具主體具有孔，該孔沿中心軸線延伸，以限定具有內(nèi)徑的內(nèi)壁；b)筒夾與縱軸線對(duì)準(zhǔn)，不可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到刀夾內(nèi)，并從該刀夾伸出，其中，筒夾具有內(nèi)螺紋孔和小于刀具孔最大內(nèi)徑的最大外徑；c)安裝螺栓可螺紋接合地固定到筒夾內(nèi)螺紋孔內(nèi)；并且d)其中，切削刀具安裝在刀具孔內(nèi)壁內(nèi)延伸的筒夾外壁上，并用安裝螺栓擰緊，從而使筒夾外壁膨脹并將其固定靠在切削刀具孔內(nèi)壁上。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的組件，其中，筒夾具有恒定的外徑，以限定圓形形狀。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的組件，其中，筒夾外徑改變，以限定非圓形形狀。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的組件，其中，筒夾外徑改變，以限定橢圓形形狀。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的組件，其中，筒夾可拆卸地固定到刀夾中。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的組件，其中，刀夾不可旋轉(zhuǎn)地安裝到固定主軸中，并且該主軸具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分，以使刀夾旋轉(zhuǎn)。
29.一種利用具有一主體的切削刀具進(jìn)行機(jī)械加工的方法，該主體具有頂表面和底表面、在兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面、位于所述至少一個(gè)側(cè)面與頂表面相交處的切削刃和貫穿頂表面和底表面的中心軸線，該方法包括以下步驟a)對(duì)準(zhǔn)刀具，以使中心軸線與旋轉(zhuǎn)工件的縱軸線成一定角度；b)以預(yù)定速度使刀具環(huán)繞該刀具的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及c)迫使刀具抵住工件，從而開始機(jī)械加工操作。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具以高于或等于工件轉(zhuǎn)動(dòng)速度的速度旋轉(zhuǎn)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具以低于工件轉(zhuǎn)動(dòng)速度的速度旋轉(zhuǎn)。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中，該預(yù)定速度是可變的。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中，預(yù)定速度與旋轉(zhuǎn)工件的速度無關(guān)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具以與旋轉(zhuǎn)工件的速度直接相關(guān)的速度旋轉(zhuǎn)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中，刀具以與旋轉(zhuǎn)工件的速度成正比的速度旋轉(zhuǎn)。
37.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具中心軸線非平行地與工件的外表面正切定位，并且其中，以與使刀具旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工件的方向相反的旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動(dòng)刀具。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具中心軸線非平行地與工件的外表面正切定位，并且其中，以與使刀具旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工件相同的旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動(dòng)刀具。
39.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，刀具的頂表面是非圓形的，并且進(jìn)一步包括使切削刀具的旋轉(zhuǎn)與工件的旋轉(zhuǎn)同步的步驟，以使工件具有非圓形截面。
40.一種切削刀具，包括具有貫穿其中的中心軸線的主體，并且該主體具有a)頂表面和底表面；b)在兩者之間的至少一個(gè)側(cè)面；c)切削刃，位于該至少一個(gè)側(cè)面和頂表面的相交處；和d)至少一個(gè)從頂表面延伸且從切削刃向內(nèi)間隔開的突出部，當(dāng)在車削操作中使用刀具、并且該刀具環(huán)繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)、抵住旋轉(zhuǎn)工件時(shí)，該突出部起到斷屑臺(tái)的作用。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的切削刀具，其中，所述至少一個(gè)突出部包括至少兩個(gè)突出部，這兩個(gè)突出部與刀具的中心線間隔相等的角度。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的切削刀具，其中，切削刃是圓形形狀。
全文摘要
可在金屬加工操作中使用環(huán)繞其軸(105)旋轉(zhuǎn)的切削刀具(100)，使其抵住旋轉(zhuǎn)工件(10)，以提高刀具性能。采用一種包括有裝到刀夾(50)上的旋轉(zhuǎn)刀具(100)組件的方法可達(dá)到這種效果。
文檔編號(hào)B23Q11/10GK1859992SQ200480028606
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者G·A·海厄特, L·R·安德拉斯, T·R·馬薩 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司