[发明专利]端面铣刀及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的周边分布有多个板状硬质材料切削嵌件的端面铣刀。

背景技术

这类端面铣刀常实施为铣头，其刀架上装有若干由硬质合金、陶瓷(金属陶瓷)或聚晶金刚石(PCD)构成的刀片(例如可转位刀片)。在传统技术中，刀片以形成约为75°的主偏角κ_r的方式安装在平铣铣头上，也即，主切削边在一个包含铣刀轴线的平面内与待加工平面之间成约为75°的角度κ_r。其中，铣刀轴线垂直于工件表面，抵靠于刀具端面的副切削刃产生待制面。

与切削工具一样，前述类型的端面铣刀也经历着在刀具寿命延长的同时切削速度不断变大的动态发展，而且往往还要求在切削效率极高的情况下确保被加工表面具有良好的表面品质。这对于用以将这样一种高效铣头联接至机床的夹紧技术而言也有额外意义。现代空心锥形刀柄(HSK)接口可以以较高的同轴度将工作直径远超过100mm的铣头稳定地联接至机床主轴，即使在1000m/min以上的切削速度下也能获得高品质的加工表面。此时的主轴转速可以超过10000转/分钟。

然而，前述类型的端面铣刀在切削速度不断变大的情况下会出现以下问题：切削边猛然切入工件后所产生的切削力分布会导致铣刀剧烈振动，并且使得刀片受到呈点状分布的过度负荷。其结果往往是刀具无法保持足够的切削效率水平和刀具寿命水平。

发明内容

因此，本发明的目的是对权利要求1前序部分所述的端面铣刀(特别是铣头)进行改良，以便在确保刀具寿命较长、可获得表面品质较佳的同时提高切削效率。

具有权利要求1所述特征的端面铣刀即为本发明用来达成上述目的的解决方案。

本发明一方面将主偏角κ_r大幅减小至介于10°与30°之间，特别优选介于18°与22°之间，与此同时，主切削边采用轻微外凸的设计。事实证明，这样能显著改善切削力的分布并大幅减小切削力，从而实现所谓的“中性切削”，即待切削部件上不会产生拉力和压力负荷。

通过改变主切削边的分布，同时还能减小主轴上的扭矩吸收，从而将铣刀所能达到的切削速度提高至4000m/min。

加长主切削刃的优点是可以减小切削刃上的发热量，从而使得本发明所提供的刀具可以很好地应用于干式加工(MQL)工艺。本发明将主偏角κ_r设定在10°与30°之间，此举会产生以下特殊效果：主切削刃的绝大部分区域起粗切刃作用，而位于径向内侧的比该区域小许多的区域则起精切刃作用。精切刃区域内的切屑体积小许多，这能减小该区域所产生的切削力，进而在加工后获得更好的表面品质。

此外根据本发明，主切削边还通过较小的过渡半径与副切削边衔接，该过渡半径的值优选介于0.5mm与1.5mm之间。这样能进一步延长铣刀寿命。因为该过渡半径此时位于精切刃区段中央，这能大幅延长精切刃区段的使用寿命。在此情况下，如果选用数值较大(优选介于20°与30°之间，特别优选介于23°与27°之间)的轴向正前角，就可进一步提高端面铣刀的效率。采用这种设计可以进一步降低发热量。同时还能让飞屑形成于切削刃区域以外。

通过对主切削边与副切削边之间的过渡半径进行选择，可以利用最简单的措施同时对切屑形成和被加工工件表面的表面品质施加影响。因此可以根据客户需求和具体的使用条件为所用的硬质材料切削嵌件设置相应的过渡半径，其中，过渡半径的值越大，所获得的表面品质就越好。

通过主偏角κ_r也可以以简单而有效的方式对所能获得的表面品质施加影响，其中，主偏角κ_r越小，被加工表面的表面品质就越好。也就是说，本发明可以结合过渡半径与主偏角κ_r的作用，使刀具与相关应用领域(即被加工工件所欲获得的品质)按客户要求达到最佳匹配，但不需要改变刀具的整体结构。

因此，通过权利要求1所述的特征组合可以实现一种刀具，该刀具的切削效率得到改善，因而能达到40m/min的进刀速度和4000m/min的切削速度，尤其是在加工铝或铝合金的情况下，该刀具还能通过简单改变几何形状参数与预期用途达到最佳匹配。事实证明，该刀具即使在切削刃对角线距离(Flugkreisdurchmesser)极小和极大的情况下也可以保留其结构。本发明的刀具所适用的切削刃对角线距离范围为10mm至1400mm。

本发明的有益设计方案参见从属权利要求。