專利名稱：刀具連接和連接兩刀具部件的方法
背景技術：
本發明涉及按獨立權利要求序言所述的一種連接、一種刀具、一種刀頭、一種刀架、一種墊片和一種方法。
現有技術DE-A1-3446455公開了上述類型的一種車削刀具，該刀具的切削鑲刃的底面上有4個齒與刀架上的凹槽相配。各凹槽上的應變很大，磨損造成切削精度降低。DE-C2-3448086和DE-OS-1950718的包括徑向突齒的刀具的情況也是如此。
CA-A-2,170,450公開了上述類型的另一種車削刀具，其中，一墊片底面上有成片細齒，車削時在刀架上直接壓出相應細齒。但該壓印過程不斷進行，因此用來夾緊切削鑲刃的螺絲會發生松動而需要一再上緊。此外，在更換墊片時精度降低，因為無法找到原來的位置而必須重新壓印，從而每次更換墊片時墊片與刀架之間咬不緊。
此外，SE-A-9404266-0和SE-A-9501687-9所公開的刀具在一個方向上有相配的凹槽和齒。
本發明的目的本發明的一個目的是提供一種可在兩個刀具部件之間傳遞很大轉矩的通用連接。
本發明的另一個目的是提供一種始終呈剛性的刀具。
本發明的另一個目的是提供其切削精度良好的一種刀具。
本發明的另一個目的是提供易于裝配在一起的一刀架和一刀頭。
這些和其他目的用結合附圖按后附權利要求所述的一種連接、一種刀具、一種刀頭、一種刀架、一種墊片和一種方法實現。
附圖的簡要說明

圖1A簡示出一現有連接面；圖1B簡示出本發明一連接面；圖1C示出兩V形槽之間一區域；圖1D簡示出本發明連接面未加載時的偏置狀態；圖2A為本發明刀架的立體圖；圖2B為本發明刀頭的立體圖；圖2C為本發明刀具的分解圖；圖2D為本發明刀具的立體圖；圖2E和2F為沿圖2A中IIE-IIE和IIF-IIF線剖取的剖面圖；圖3為本發明刀頭的另一些實施例的立體圖；圖4為本發明刀具另一實施例的立體圖；圖5A-C分別為本發明刀頭另一實施例的兩側視圖和仰視圖；圖6A-C分別為本發明刀架另一實施例的側視圖、俯視圖和放大側視圖；圖7A-B分別為本發明刀具另一實施例的分解圖和立體圖；圖8A-B分別為本發明刀具另一實施例的分解圖和立體圖；圖8C分別示出一墊片的仰視圖、側視圖和俯視圖；圖8D為本發明刀頭另一實施例的仰視圖和側視圖；圖9A-C分別為本發明刀具、刀架和刀頭另一實施例的立體圖。
用兩連接面傳遞轉矩的技術分析下面對本發明理論基礎進行技術分析。如圖1A所示，在一邊長為a的正方形表面上銑制出N個其寬度或間隔為W的縱向平行凹槽。相對于一具有同樣凹槽的正對表面，在一角度1內可得一凹槽的相對扭力。這可看成對一凹槽兩表面之間的間隙的度量。當N個凹槽同時相互作用時，其配合使總相對扭力減小，該總扭力與凹槽數成反比＝1/N如同一表面上在一半邊長、a/2上銑制出N/2個凹槽。如圖1B所示，在另一半上銑制出形狀和間隔與上述相同、但與其他凹槽成90°的N個凹槽。當其上有互成90°的N+N個凹槽的一正對表面與該表面作用時，可獲得總數為N+N/2個凹槽之間的嚙合。如一個凹槽的相對扭力為上述1，則總相對扭力為＝1/(N+N/2)＝21/3N即，該連接中的總扭力/位移比現有連接小33％。
圖1C示出兩凹槽之間的一齒的齒形。一側面上的應變在倒圓處生成表征該連接所能承受的載荷的最大應力(即可傳遞的最大轉矩)。由于該齒形向深度方向上伸展，因此該應力決定于單位長度上的應變，即一定載荷在其上分布的側面距離越長、應力越小。載荷的分布轉而決定于該連接的兩部件之間的相對扭力。
理想的連接是所有凹槽沿整個凹槽接觸。但實際上如圖1D所示，接觸只發生在受扭兩表面的邊緣處。因此載荷的分布直接決定于該連接的相對扭力。在一定轉矩下，該齒形中的應力從而與該連接中的相對扭力成正比。如該齒形中的最大應力為σmax，則應變f(n/mm)為σmax＝f*c其中，函數c決定于材料和齒形。
對于一定轉矩和X個側面〔圖1A與圖1B相同，分別為2n和2(n/2)+n〕來說，有f～即，圖1B的連接所能傳遞的轉矩比圖1A的連接大1/(2/3)*100％＝50％。
對本發明優選實施例的詳細說明所述理論推導構成了本發明若干實施例的基礎，下面說明其中某些實施例。
圖2A-2D所示銑刀10包括一圓柱形刀架11、一多刀刃刀頭12和一螺絲13。
刀架11可用鋼、硬質合金或高速鋼制成。刀架11的一自由端緊固在銑床的一可轉動芯軸(未示出)上，其另一自由端包括一前面14和一螺紋孔15。螺紋孔15的進口有一錐形倒角。前面14呈圓形，其上有兩個凹槽部16A、16B。每一凹槽部占前面的一半，包括若干互相獨立的相同凹槽17A、17B。兩凹槽部中的凹槽的方向S1、S2互相垂直，第二凹槽部16A與第一凹槽部16B鄰接。第一凹槽部16B中的每一凹槽17B在兩個位置與刀架側面相交，而第二凹槽部16A中的每一凹槽17A在一個位置與刀架側面相交。凹槽17A、17B呈細長形，其橫截面呈V形。每一凹槽有一最大間隔或寬度W和一深度。寬度W的大小為0.2-2mm，最好為1.5mm。每一凹槽的兩側面經一尖銳或弧形過渡部與一底面連接。兩側面相交成一銳角。該銳角為40°-80°，最好為55°-60°。每一齒頂面最好為平面，經一呈內鈍角的尖銳或弧形過渡部與其側面連接。每一凹槽部中的凹槽的數量決定于刀頭支撐面，該凹槽數為5-20。該底面也可為約0.2-0.4mm的一個倒圓。凹槽部16A、16B的該設計使得其表面系數大大大于這兩個表面為平面時的表面系數。凹槽部16A、16B占前面14有效面積的至少80％、最好90-100％。
在圖2A-2D所示實施例中，以與方向S2平行的方向銑制或磨制出第一凹槽部16B。然后用同一刀具在與方向S1平行的方向上機加工出第二凹槽部16A。為了在第二凹槽部16A中獲得全深度凹槽17A，刀具稍稍伸入第一凹槽部16B。然后所述刀具還切削第一凹槽部16B的材料，從而比方說如圖2A所示在第一凹槽部16B中的第二凹槽部16A的端部處形成整體或局部的金字塔形突起。在所示實施例中，第二凹槽部16A的面積稍大于第一凹槽部16B的面積。因此第二凹槽部16A包括12個凹槽17A，而第一凹槽部16B包括6個凹槽。
圖2B示出從底下看去的刀頭12的立體圖。該刀頭可用硬質合金、陶瓷合金或高速鋼制成，用來銑制燕尾槽。該刀頭呈截頭圓錐形，其圓錐頭的圓周上分布有10個刀刃20。刀刃周圍有常見的切屑、間隙面和排屑槽。該刀頭的頸部21上有一支撐面22。支撐面22呈圓形，其上有兩個凹槽部23A、23B。每一凹槽部覆蓋整個支撐面22，包括若干相互獨立的相同凹槽24A、24B。兩凹槽部中的凹槽的方向S3、S4互相垂直。刀頭12中的整個凹槽部23A、23B相互橫交，即，除孔的部位它們伸展在整個支撐面上。兩凹槽部23A、23B中的凹槽24A、24B都呈細長形，其橫截面呈V形。每一凹槽有一最大寬度W和一深度。每一凹槽的兩側面經一尖銳或弧形過渡部與一底面連接。兩側面相交成一銳角。該銳角為40°-80°，最好為55°-60°。每一齒頂面最好為平面，經一呈內鈍角的尖銳或弧形過渡部與其側面連接。每一凹槽部中的凹槽的數量決定于刀架的前面的構成，該凹槽數為5-20。該底面也可為約0.2-0.4mm的一個倒圓。凹槽部23A、23B的該設計使得其表面系數大大大于這兩個表面為平面時的表面系數。凹槽部23A、23B占支撐面22有效面積的至少80％、最好90-100％。凹槽部23A、23B相對刀具的轉動軸線CL與刀架11的凹槽部16A、16B的方向S1、S2錯開W/2。該刀頭中有一供一螺絲或任何其他夾緊件穿過的孔25。該夾緊件也可使用一內拉桿，從而孔25中有與該拉桿的螺紋自由端配合的內螺紋。此時刀刃可朝向轉動軸線而用來鉆孔。在圖2B所示實施例中，凹槽部23A、23B可直接沖壓、燒結而成，也可磨制而成。
刀具10如下裝配，用手以4個可能位置之一使刀頭12的支撐面22抵靠刀架11的前面14。凹槽方向S3、S4分別與凹槽方向S1、S2對齊。螺絲13穿過插孔25后抵靠螺紋孔15。用扳手轉動螺絲13而在支撐面上擰緊刀頭如圖2C所示。從而刀頭12牢牢固定在刀架11上。
刀架與刀頭之間在只有一個表面的整個表面呈華夫餅干狀(或者說是網格狀)時要比兩個表面都呈華夫餅干狀時咬得更緊。
更換刀頭12時顛倒上述裝配過程，然后把刀頭12從刀架11上取下進行更換。圖3示出可裝在同一刀架上的若干種刀頭。它們依次為分屑圓柱形立銑頭或螺紋銑刀；比方說用于立銑或擴孔的非分屑圓柱形刀頭；開槽刀頭和用于立銑燕尾槽的截頭圓錐形刀頭，該截頭圓錐形刀頭的錐頂角朝向刀架。這些刀具的共同點是，在常常要求使用尺寸較小(直徑為5-15mm)的高速鋼立銑刀的情況下，它們可取代現有立銑刀。
圖4示出例如上述的其刀架11和刀頭12分別包括一前面和一支撐面的一開槽銑刀30。該刀具如用于銑削，只須使用相對兩配合面的一個位置。該刀具如用于車削，則須使用該刀頭的4個位置，以便所有刀刃轉位到工作位置。轉位時凹槽部23A與凹槽部16A或16B接觸。凹槽部23B也如此。
圖5A-6C所示本發明刀具實施例為一所謂的麻花鉆，包括一刀頭41、一鉆桿42、一拉桿和一螺母(未示出)。
刀頭41在不與鉆桿42正對的一端上有至少一個鉆孔刀刃。刀頭用堅硬材料、最好為硬質合金注入成形而成，包括兩間隙頂面、一支撐面22和連接它們的第一和第二弧形面。所有這些表面及其刀刃用相同材料即最好為注入成形硬質合金制成。第二弧形面或排屑槽與間隙面之間的交線最好經未示出的加固倒角構成主刀刃。第一弧形面與排屑槽之間的交線構成副刀刃。該排屑槽也可與鉆桿相配而形成直線排屑槽。該刀頭最好還包括一直達刀頭中心的出芯表面。該刀頭的最大直徑等于副刀刃在直徑方向上兩徑向最外點之間的距離。為了減小切屑在刀頭與鉆桿連接處造成的磨損，該刀頭的高度最好等于所述距離。為了在鉆孔時形成間隙，支撐面22的直徑最好小于刀頭的最大直徑。與轉動軸線平行的沖洗孔從支撐面22到兩間隙面上的孔口穿過該刀頭。這兩個沖洗孔在一直線L上分列在轉動軸線的兩邊。該鉆孔刀具的功能還可見專利申請SE-A-9501687-9，其有關該刀具的外部幾何形狀以及刀頭夾緊到鉆桿上的內容包括在本說明書中。
該刀頭的支撐面22的構成如上面結合圖2B所述，只是該支撐面22在一中心螺紋孔周圍有沖洗槽，且該支撐面有兩排屑槽。方向S1與直線L平行，方向S2與直線L垂直。
圖6A-6C所示鉆桿42有與沿螺旋形路徑與轉動軸線相距一定距離的刃帶相隨的沖洗槽。該鉆桿的排屑槽可呈螺旋形或直線形，它們可伸展在整個鉆桿上，也可伸展在其一部分上。鉆桿42與刀頭41正對的一端上有一前面14，該前面如上面結合圖2A-2D所述用來抵靠刀頭41的支撐面22。與上述實施例的一個不同之處是，鉆桿42和刀頭41中的凹槽部必須使得這兩個部件中的沖洗槽和排屑槽互相對齊。
圖7A和7B示出本發明刀具另一實施例。該刀具為一比方說用來車螺紋或開槽的車削刀具50，包括一刀架51、一切削鑲刃52和一螺絲53。刀架51為一方形刀桿，包括兩切向裝配切削鑲刃的切削鑲刃座。每一切削鑲刃座包括如上面結合圖2A所述兩凹槽部16A、16B。但每一凹槽部16A、16B只在一個位置上與刀架的側面相交。切削鑲刃52呈多邊形，包括一孔，其最大表面為如上面結合圖2B所述支撐面。凹槽部中的凹槽可分別與工件的轉動軸線平行和垂直，也可成一角度，以便在不止一個轉角部用作刀刃時獲得足夠間隙。由于切削鑲刃的兩最大表面上都有伸展在整個表面上的凹槽部，因此該切削鑲刃可裝在左右兩邊切削鑲刃座上。該刀具如下裝配，用手以4個可能位置之一使切削鑲刃52的支撐面抵靠刀架51的前面。凹槽方向S3、S4分別與凹槽方向S1、S2對齊。螺絲53穿過插孔25后抵靠刀架51的一螺紋孔。用扳手轉動該螺絲而在該前面上擰緊該切削鑲刃如圖7B所示。
圖8A-8D示出本發明刀具另一實施例。該刀具為一縱向車削刀具60，包括一刀架61、一圓形切削鑲刃62、一螺絲63、一墊片64和一夾具65。刀架61為一方形刀桿，包括一墊片裝配座。該座包括如上面結合圖2A所述兩凹槽部16A、16B。切削鑲刃62呈圓形，因此有圓形刀刃和稍成角度的間隙面。切削鑲刃的底面為如上面結合圖2B所述支撐面，該支撐面從圖8D可看得最清楚。凹槽部16A、16B中的凹槽可分別與工件的轉動軸線平行和垂直，也可成一角度，以便多邊形切削鑲刃進行縱向車削時獲得足夠間隙。該切削鑲刃和墊片64最好用注入成形硬質合金制成。墊片64呈圓形，其底面與切削鑲刃62的底面一樣包括多排凹槽或金字塔形突起。墊片64的頂面上有與刀架61的切削鑲刃座相同的凹槽部16A、16B。該墊片中還有一非螺紋穿孔。裝配該刀具時用手以4個可能位置之一使墊片的底面抵靠刀架61。然后凹槽方向S3和S4分別與凹槽方向S1和S2對齊。螺絲63穿過插孔后抵靠刀架61的一螺紋孔。用扳手轉動該螺絲而在該前面上擰緊該墊片。切削鑲刃62的裝配與此相同，即以4個可能位置之一使該切削鑲刃的底面抵靠該墊片。然后凹槽方向S3和S4分別與凹槽方向S1和S2對齊。然后夾具65借助刀架中一螺紋孔把切削鑲刃夾緊在圖8B所示位置上。在另一實施例中墊片的頂面相對底面轉動45°，從而這一墊片可使用切削鑲刃的另4個刀刃。當然，在雙面實施例中切削鑲刃的頂面還可包括一如圖8D切削鑲刃62底面所示表面，從而所述表面位于兩面上的刀刃的徑向稍靠里位置上。
圖9A-9C示出本發明刀具另一實施例。該刀具為一開槽或切割刀具70，包括一刀架71、一割刀72、一切削鑲刃(未示出)和螺絲73。刀架71為一方形刀桿，其上有割刀72裝配座。該座包括如上面結合圖2B所述兩凹槽部，這從圖9B可看得最清楚，即在方向S3和S4上的多排互相垂直的凹槽或金字塔形突起。割刀72的內表面上如結合圖2A所述包括兩個與凹槽部16A鄰接的凹槽部16B。凹槽部16A、16B中的凹槽分別與該刀具的正常進刀方向平行和垂直。割刀72中還有4個非螺紋穿孔。該刀具裝配時，如圖9A所示用手使割刀的內表面抵靠刀架71的該座。然后凹槽方向S3和S4分別與凹槽方向S1和S2對齊。螺絲73穿過割刀中的孔后抵靠刀架71的螺紋孔。上緊螺絲即可把割刀緊固在刀架71的該座上。然后把一切削鑲刃推入所示切削鑲刃座中，該刀具即可用來車削。該刀具的一個優點是，割刀和刀架互相正對的兩表面可用同一刀具、例如一滾刀加工。
因此本發明涉及一種可使進行切削加工的兩部件咬得更緊、從而提高傳遞轉矩的連接，同時該連接比現有連接容易制造。該連接用于銑削時，小尺寸的刀具也可很穩固，并且便于更換刀頭。該連接用于車削時，可轉位成至少4個刀刃或刀刃部并緊緊固定。
權利要求
1.一種用于切削加工的第一部件(11；42；51；61；71)與第二部件(12；41；52；64、62；72)之間的連接，所述連接包括兩配合表面(14、22)和使這兩個表面緊靠在一起的裝置(13；53；63、65；73)，所述兩表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形狀使它們互相咬緊，其特征在于，該兩配合表面(14、22)可有至少4個相互獨立的位置；凹槽(17A、17B、24A、24B)的數量大于位置數；每一表面(14、22)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，這兩個凹槽部最好互相垂直；第一部件(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)與另一凹槽部(16A)鄰接。
2.按權利要求1所述的連接，其特征在于，第二部件(12；41；52；64、62；72)中的兩凹槽部(23A、23B)整個互相橫交。
3.按權利要求1或2所述的連接，其特征在于，兩凹槽部(16A、16B、23A、23B)中的凹槽(17A、17B、24A、24B)的形狀相同而呈V形，裝配后在一平面中互相錯開；這些凹槽有一寬度(W)，在所述平面中錯開一半寬度(W/2)。
4.按權利要求1、2或3所述的連接，其特征在于，凹槽部(16A、16B、23A、23B)占相應表面(14、22)的有效面積的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有兩個互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)；該連接用于轉動和/或固定刀具。
5.刀具，包括一刀頭(12；41；52；62；72)或一墊片(64)與一刀架(11；42；51；61；71)之間的按權利要求1所述的一種連接；其中該刀頭/墊片和該刀架包括兩配合表面(14、22)和使這兩個表面緊靠在一起的裝置(13；53；63、65；73)，所述兩表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形狀使兩它們互相咬緊，其特征在于，該兩配合表面(14、22)可有至少4個相互獨立的位置；凹槽(17A、17B、24A、24B)的數量大于位置數；每一表面(14、22)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，這兩個凹槽部最好互相垂直；第一部件(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)與另一凹槽部(16A)鄰接。
6.按權利要求5所述的刀具，其特征在于，第二部件(12；41；52；64、62；72)中的兩凹槽部(23A、23B)整個互相橫交。
7.按權利要求5或6所述的刀具，其特征在于，兩凹槽部(16A、16B、23A、23B)中的凹槽(17A、17B、24A、24B)的形狀相同而呈V形，裝配后在一平面中互相錯開；這些凹槽有一寬度(W)，在所述平面中錯開一半寬度(W/2)。
8.按權利要求5、6或7所述的刀具，其特征在于，凹槽部(16A、16B、23A、23B)占相應表面(14、22)的有效面積的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有兩個互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)；該連接用于轉動和/或固定刀具。
9.用于按權利要求5所述的刀具中、與一刀架連接的刀頭，該刀頭(12；41；52；62；72)和該刀架包括配合表面(14)和使這兩個支撐面緊靠在一起的裝置，兩表面上有凹槽(24A、24B)，其形狀使它們互相咬緊，其特征在于，刀頭(12；41；52；62；72)的該表面(14)包括至少4個獨立位置；凹槽數大于位置數；所述表面(14)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(23A、23B)，這些凹槽部最好互相垂直；該刀頭(12；41；52；62；72)中的凹槽部(23A、23B)整個互相橫交。
10.按權利要求9所述的刀頭，其特征在于，兩凹槽部(23A、23B)中的凹槽(24A、24B)相同而呈V形；這些凹槽有一寬度(W)。
11.按權利要求9或10所述的刀頭，其特征在于，凹槽部(23A、23B)占相應表面(14、22)的有效面積的至少80％、最好90-100％；每一表面(14、22)中的凹槽有兩個互相垂直的方向(S1、S2、S3、S4)。
12.用于按權利要求5所述的刀具中、與一刀頭或一墊片連接的刀架，該刀頭/墊片和該刀架(11；42；51；61；71)包括兩配合表面(14)和使這兩個表面緊靠的裝置，所述表面上有凹槽，其形狀使它們互相咬緊，其特征在于，該刀架的表面(14)包括至少4個獨立位置；凹槽(17A、17B)的數量大于位置數；該表面(14)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(16A、16B)，這些凹槽部最好互相垂直；該刀架(11；42；51；61；71)中的凹槽部之一(16B)與另一凹槽部(16A)鄰接。
13.按權利要求12所述的刀架，其特征在于，兩凹槽部(16A、16B)中的凹槽(17A、17B)的形狀相同而呈V形；這些凹槽有一寬度(W)。
14.權利要求12或13所述的刀架，其特征在于，凹槽部(16A、16B)占相應表面(14)的有效面積的至少80％、最好90-100％；每一表面(14)中的凹槽有兩個互相垂直的方向(S1、S2)。
15.用于按權利要求5所述的刀具中、與一刀架連接的墊片，該墊片(64)和該刀架包括兩配合表面(14)和使這兩個表面緊靠的裝置，所述表面上有凹槽，其形狀使它們咬緊，所述墊片有一底面(22)和一頂面(14)，其特征在于，該墊片(64)的底面(22)包括至少4個獨立位置；凹槽數大于位置數；所述底面(22)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(23A、23B)，這些凹槽部最好互相垂直。
16.按權利要求15所述的墊片，其特征在于，該墊片(64)的頂面(14)包括至少4個獨立位置；凹槽數大于位置數；所述頂面(14)包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(16A、16B)，這些凹槽部最好互相垂直。
17.在一界面上把兩個刀具部件連接在一起的方法，該界面包括兩配合表面(14、22)和使這兩個表面緊靠的裝置，這兩個表面上有凹槽(17A、17B、24A、24B)，其形狀使它們互相咬緊，其特征在于，該方法包括下列步驟-提供兩配合表面，每一表面至少有4個相對獨立的可能位置，-提供若干凹槽(17A、17B、24A、24B)，它們的數量大于位置數，-提供兩表面(14、22)，每一表面包括至少兩個由所述凹槽構成的凹槽部(16A、16B、23A、23B)，這些凹槽部最好互相垂直，-使一表面中的凹槽部之一(16B)與同一表面中的另一凹槽部(16A)鄰接，-把兩刀具部件置于4個可能位置之一上，以及-用裝置使兩表面(14、22)緊靠，以便支撐面靠其形狀互相咬緊而固定。
全文摘要
本發明涉及切削加工所使用的一種連接、一種刀具、一種刀頭、一種刀架、一種墊片和一種方法。該刀具包括一刀頭(12)和一刀架(11),該刀頭和該刀架包括兩配合表面和一使這兩個表面緊靠的螺絲(13)。這兩個表面上有凹槽,其形狀使它們互相咬緊。這兩個配合表面(14、22)呈華夫餅干狀,從而可有至少4個互相獨立的位置。
文檔編號B23B31/00GK1229375SQ98800868
公開日1999年9月22日 申請日期1998年6月15日 優先權日1997年6月30日
發明者克里斯特·呂德貝里, 約爾馬·科斯基寧 申請人:塞科機床公司