[发明专利]圆头立铣刀中切削刃几何形状的优化

说明书

技术领域

本发明涉及圆头立铣刀，更具体地涉及对沿圆头立铣刀的修圆部分的前角和后角的优化。

背景技术

典型的球头立铣刀（如图1中所示的）总体上表示为10，包括一个刀柄12，平直的或圆锥形的切削部分14以及修圆的切削部分16。球头立铣刀在修圆部分16处的切削速度从该球形的外径18处朝向刀尖20逐渐减小。这个切削速度与直径直接相关，并且可以用等式V=NπDsinθ来表示（参见图2和图3）。其中V是切削速度或切向速度（米/秒），N是旋转速度（转/秒），D是外径18（米），而θ（以21表示）是刀具的纵向中心线22与从修圆的切削部分16的中心点26延伸到切削刃29上的一个测量点28的任意线24之间的夹角。

因此切削速度是根据这个正弦等式与角θ相关联的，这意味着速度在靠近刀具的中心处接近于零，在0°<θ<30°的范围内迅速提高，其中对于θ=30°，速度V是最大速度的一半，并且在30°<θ<90°的范围内缓慢提高至在修圆部分16的外径18处的最大速度。

如图4（沿图3的线A-A截取的一个截面图）中可见的，切削刃的几何形状描绘了通常对应地用希腊字母α、β、γ来表示的前角30、楔形角32和后角34。

惯常通过研磨过程来修磨的实心高速钢（HSS）和硬质合金刀具典型地沿修圆部分16的切削刃29具有恒定的前角、楔形角和后角。其结果是，如图3中以不同θ值来截取的每个A-A截面将具有相同的α、β、γ角。

现代研磨技术允许更灵活地对后角进行成形。在美国专利5,558,475中提出了一个实例，它披露了一种刀具带有沿整个半径的大小为+8°±2°的恒定正前角α以及一个连续的、尺寸依赖于朝向中心在17°±2°到10°±2°之间减小的间隙（后）角γ。该前角和间隙角是在一个垂直于切削刃的平面中测量的。在上述专利的一个优选实施方案中，一个球头立铣刀具有一个从周边到中心由15°到10°的减少的间隙角。

向球头立铣刀和圆端立铣刀引入一次性硬质合金镶片已允许了甚至更为复杂的结构。例如在美国专利号6,024,519中说明了这样一种结构，它披露了一种用于球头立铣刀的抛弃型镶片，这种球头立铣刀带有多个倾斜的前刀面，由此使得离开这些鼻部越远，这些前面从凹槽处升起得越陡。这样，越靠近切削速度较高的那一侧，前角就越大。

上述专利中给出的一个具体实例是一种刀具，该刀具在其周边具有在5°至25°之间的前角α和85°至65°的楔形角β，并且后角γ最小。这样，除了在这些鼻部中前角α为负外，在切削刃的任何纵向部分处这些前角都是正的。

然而，对于旨在用于具有快速的水平进给速率的多轴线CNC机加工的刀具而言，邻接刃尖20的一个负的或者甚至为零的前角则在机床、刀具以及工件上施加了非常大的力。通过参考图4和图5（它们示出了沿图3的线A-A和线B-B截取的截面图）可以更好地理解这一点。沿着平行于机器的水平进给一条水平线截取的截面B-B代表了涉及水平进给时实际的工作截面。三角学领域的普通技术人员应认识到，在沿着一条径向直线到沿切削刃29的任意点28的截面中看到的（如在图4中所示出的）正前角和正后角α、γ将在平行于水平面、穿过沿切削刃29的同一个点28的截面中看到的（如在图5中所示出的）对应地显得更小（α1<α，γ1<γ）。

这样，该刀具邻近刃尖20的低切削速度与几何形状上减小的水平进给前角和后角的这种组合就如上所解释地产生提高的切削力、热量和粗糙表面质量。

在本申请人作出的一个实验性研究中，已经显示切削刃的几何形状的进一步优化提供了更好的性能和表面质量并且延长刀具的寿命。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供沿圆头立铣刀的修圆部分的前角和后角的优化，从而进一步改进刀具性能。

本发明的另一个目的是提供一种同等地适用于不同工件材料的一般性解决方案。

这些目的是根据本发明的一个实施方案来通过以下方式实现的，即提供一种通过对沿修圆部分的切削刃的前角和后角二者的几何参数进行优化而改良的圆头立铣刀，其中该前角和该后角沿该切削刃从修圆部分的外径到刃尖逐渐增加。

前角或后角沿切削刃的增加率相对于角位置可以通过选自下表中的一个术语来表达，即线性地、三次方地、指数地、对数地表达、或者与任何其他数学表达相符，并且由通过线性插值而关联的一个列表数值集合来限定。

此外，前角或后角的这种增加不是受限于特定的值，而是额外加在原先应该已经为一个等效的未改良刀具对于同一种工件材料而规定的一个初始数值上。