用于铣削刀具的侧面冷却

技术领域

本发明涉及用于金属切削的铣削刀具，尤其涉及具有内部冷却剂分配装置的铣削刀具。

背景技术

在金属切削领域，铣削刀具通常用于加工各种材料(例如金属)的工件。为了节省成本，通常使用这样一种铣削刀具，该铣削刀具一方面包括刀具主体，并且另一方面包括安装在其中的可拆卸且可更换的切削刀片。为了能够提高生产率，在铣削操作期间还通常使用冷却剂(例如切削液形式的冷却剂)。因此，市场上可买到的许多铣削刀具和刀具主体都设置有内部冷却剂通路系统，该内部冷却剂通路系统被构造用以向切削刃供应冷却剂。一些铣削刀具设置有邻近于安装在其中的每个切削刀片的冷却剂出口，以便有效地向每个切削刀片的起作用的切削刃和对应的前刀面供应冷却剂。冷却剂主要用于控制切削刃处的热量，但也有助于移除切屑，并可防止切屑的再次切削。

对于一些加工应用，可能期望将冷却剂引导至切削刀片的后刀面或离隙面。US10201862公开了一种具有朝向切削刃提供冷却剂的内部通道的铣削刀具，其中冷却剂通过由偏转表面界定的冷却剂室来提供，该偏转表面被布置用以偏转冷却剂，以便越过并沿着切削刀片的离隙面，然后到达切削刃。然而，这种布置将导致冷却剂作为在离隙面上行进的伸长片的形式被提供，这可能不是在所有情况下都是最佳的。

因此，需要改进铣削刀具的切削刀片的冷却。

发明内容

本发明的目的是减轻现有技术的缺点，并提供一种具有有效冷却装置的铣削刀具。另一个目的是增加用于铣削的刀具和切削刀片的刀具寿命。

因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于铣削刀具的刀具主体，所述铣削刀具具有中心旋转轴线，所述刀具主体能够围绕所述中心旋转轴线旋转。所述刀具主体包括：前端；后端；包络面，所述包络面在所述前端和所述后端之间延伸；中心凹部，所述中心凹部从所述后端延伸并被构造用以接收来自机器主轴的冷却剂；至少一个刀片座，切削刀片能够牢固地安装在所述至少一个刀片座中，所述至少一个刀片座形成在所述前端和所述包络面之间的过渡部中；以及至少一个冷却剂通路，所述至少一个冷却剂通路用于冷却剂从所述中心凹部通到所述刀具主体的外部。所述冷却剂通路包括从所述中心凹部沿向外方向朝向所述包络面延伸的第一部分，以及从所述第一部分延伸到所述刀具主体的外部中的出口的第二部分，其中所述出口定位在所述刀片座中并且/或者关于所述刀具主体的旋转方向在所述刀片座后面定位于所述包络面中。所述冷却剂通路的第二部分指向所述刀片座，使得当包括切削刃和后刀面的切削刀片安装在所述刀片座中以使得所述后刀面相对于所述刀具主体面向外时，从所述出口流出的冷却剂将沿着所述后刀面流向所述切削刃。所述冷却剂通路的第二部分是长度大于其宽度的通道。

因此，所施加的冷却剂将具有朝向最需要它的位置的明确的方向，并且将作为高速的连贯的流的形式被提供。本发明人已经发现，以这种方式将冷却剂施加到铣削切削刀片的侧面可以改进冷却效果，从而也增加刀具寿命。冷却剂可以是切削液，例如基于油或油水乳液的切削液。冷却剂可以作为溢流冷却剂(即作为流体流)来施加。冷却剂也可以以雾的形式(例如作为油雾的喷雾)提供，这有时被称为最小量润滑(MQL)。

包络面可以具有至少部分圆柱形的形状。例如，包络面的形状可以由不同直径的多个圆柱形区段和/或具有变化直径的区段(例如截头圆锥形区段)形成。因此，横向于中心旋转轴线的包络面的横截面可以具有圆形或基本上圆形的形状。

中心旋转轴线在从刀具主体的后端到前端的方向上延伸。在整个说明书中，当提到刀具主体时，对轴向方向、切向方向和/或径向方向或线的任何引用或者对向外方向或向内方向的引用都是相对于该中心旋转轴线作出的。因此，向外方向和向内方向分别指的是到中心旋转轴线的距离增加和减少的方向。此外，向后方向是朝向后端平面(即垂直于中心旋转轴线的穿过后端的平面)的方向，并且向前方向是朝向前端平面(即垂直于中心旋转轴线的穿过前端的平面)的方向。

刀片座可以包括底表面，该底表面被布置成邻接安装在刀片座中的切削刀片的下侧。底表面可以在刀片座的位置处相对于刀具主体面向切向方向或基本上切向方向。铣削刀具主体还可以包括容屑槽。特别地是，一个容屑槽可以在刀具主体的旋转方向上设置在每个刀片座的前面。因此，每个刀片座可以在前端和包络面之间的过渡部中形成于容屑槽中。因此，刀片座被构造用以在切削位置接纳切削刀片，其中在该切削位置，切削刀片的后刀面远离中心旋转轴线面向外。

根据本文的公开内容，冷却剂通路的第二部分是通道。这里使用的“通道”应该理解为位于刀具主体内部的封闭导管，即，其没有任何部分到达刀具主体的外部。取决于通道的方向，出口可以具有各种形式。例如，出口可以部分地在包络面中形成伸长沟槽，使得出口本身有助于在期望的方向上引导冷却剂。然而，在本公开的上下文中，这种伸长沟槽不应被视为通道的一部分，而是出口的一部分。

当提到冷却剂通路的通道/第二部分的方向时，这里使用的表述“朝向刀片座”应该理解为到刀片座的距离减小的方向，但不一定是使通道在刀片座中完全或甚至部分走完的方向。通道仍然可以在刀片座附近相对于刀具主体的旋转方向紧挨在刀片座后面、在包络面中走完。因此，通道的出口可定位在包络面中，靠近刀片座并在旋转方向上位于刀片座的后面，或者出口可以靠近包络面定位在刀片座中。出口也可以位于刀片座和包络面之间的过渡部中，因此部分地定位在刀片座中并且部分地相对于刀具主体的旋转方向在刀片座后面定位于包络面中。因此，可以获得冷却剂流的特别有益的方向。

通道的长度可以是其宽度的至少两倍。因此，通道的长度可以明显大于通道的宽度。例如，通道的长度可以是其宽度的至少三倍。通过具有相对较长的通道，冷却剂将获得足够的速度和明确的方向，从而减少冷却剂的扩散。因此，冷却剂可以作为连贯的流体流(即射流)高速从通道中流出。例如，通道的长度可以高达通道的宽度的15倍。然而，太长的通道并不总是有益的，因为这可能导致更高的压力损失。因此，根据一些实施例，通道的长度最多是其宽度的十二倍。因此，通道的长度可以是其宽度的2-12倍。根据一些实施例，通道的长度是其宽度的4-6倍，例如约5倍。

通道的长度是在出口和通道开始延伸的位置(即通道首先与冷却剂通路的第一部分相汇合的位置处)之间测量得到的。

通道的宽度在这里被解释为横向于冷却剂流动方向(即横向于通道的纵长方向)的通道尺寸。根据一些实施例，通道是圆柱形的。也就是说，通道在垂直于通道的延伸方向的横截面上可以具有圆形形状。在通道的圆形横截面的情况下，宽度等于直径。柱形通道具有有利的流动特性，特别是在圆柱形通道的情况下。然而，也可以设想其它形状的通道。例如，如果通道由电火花线切割加工(WEDM)制成，或者如果刀具主体由增材制造制成，则其它形状的通道也是可能的。在通道的非圆形横截面的情况下，宽度可以解释为横向于流动方向横跨通道测量得到的最大距离。

通道的宽度可以取决于刀具主体的尺寸，但是可以非常小，例如1mm，或者甚至更小，例如0.8mm，这可以在除了钻凿之外不需要任何其它手段的情况下实现。因此，对于这样小的直径，通道的长度可以在例如2到15mm之间。

通道可以是直的，或者基本上是直的。直通道比弯曲通道在更大程度上有效地提供冷却剂射流。此外，当制造刀具主体时，容易产生直的圆柱形通道，例如通过钻孔。这种通道可以例如从刀具主体的外部进行钻凿，即作为与冷却剂通路的第一部分相汇合的盲孔。

通道优选不相对于刀具主体的中心旋转轴线沿径向方向延伸。相反，为了获得用于侧面冷却的合适的冷却剂流动方向，通道的方向可以横向于刀具主体的下述径向线，该径向线穿过通道开始延伸的位置，或者基本上横向于该径向线，例如与该横向方向最多相差20°。因此，当从沿着中心旋转轴线的方向观察时，在通道从冷却剂通路的第一部分延伸开始的位置处，通道可以以下述角度延伸，该角度与相对于刀具主体的包络面的切向方向接近0°或者至少相差小于20°。根据一些实施例，通道可以与刀具主体的下述径向线成80°-100°(例如85°-95°或约90°)的角度延伸，该径向线穿过通道开始延伸的位置。因此，通道可以指向切向方向，或者通道可以在刀具主体中稍微向外指向(即，与所述径向线成90°以上的角度)，或者通道可以在刀具主体中稍微向内指向(即，与所述径向线成小于90°的角度)。因此，冷却剂将在特别适合侧面冷却的方向上提供，即，使得冷却剂将在侧面上朝向布置在刀片座中的切削刀片的切削刃有效地行进。根据一些实施例，当切削刀片安装在刀片座中时，通道可以指向平行于或基本平行于切削刀片的后刀面和/或外周侧表面延伸的平面的方向。例如，通道可以相对于该平面成小于10°(例如约5°)的角度延伸。

由于通道不沿刀具主体的径向方向延伸，故此如果出口完全或部分位于包络面中，则出口可具有伸长形状，从而在包络面中形成冷却剂可在其中流动的沟槽。这种沟槽将有助于将冷却剂从通道引导至安装在刀具主体的刀片座中的切削刀片的切削刃。

通道可以在垂直于中心旋转轴线的方向上延伸。然而，通道也可以指向向前方向。因此，根据一些实施例，通道在不垂直于平行于中心旋转轴线的线的方向上延伸，但不是在平行于中心旋转轴线的方向上。根据一些实施例，通道与平行于中心旋转轴线的线成20°-70°的角度延伸。这可以提高刀具主体的可制造性。此外，通过以这种方式布置通道，可以更容易地获得足够长度的通道，同时维持冷却剂射流的最佳方向。也就是说，因为如果通道定向成使得当从沿着中心旋转轴线的方向看时，通道在下述方向上延伸，其中该方向相对接近相对于通道开始延伸的位置处的包络面的切向方向，则实现了冷却剂射流的特别有利的方向，所以在这种视图中，所述位置应该相对接近刀片座。然而，当通道从靠近刀片座的位置出现时，用于通道的可用空间是有限的。通过使用向前延伸，即部分沿轴向方向延伸的“倾斜的”通道，增加了刀具主体内的用于通道的可用空间(即到达刀具的外部之前的距离)。对于具有大量刀片座的刀具来说，刀具主体内的可用空间可能甚至更加有限，从而进一步增加了使用这种向前延伸的通道的益处。

通道在轴向方向上延伸得越多，就越容易获得足够长度的通道。然而，如果射流在平行于或接近平行于刀具主体的中心旋转轴线的方向上出现，则冷却剂效果可能是不利的。因此，当通道根据以上限定的范围指向时，例如当通道与平行于中心旋转轴线的线成30°-60°(例如40°-50°或约45°)的角度定向时，可以实现最佳可能的冷却剂效果。

所述至少一个冷却剂通路的第一部分可以包括柱形空腔。优选地是，柱形空腔是圆柱形空腔的形式。因此，第一部分可以通过从刀具主体的中心凹部进行钻凿而容易地制造出来。柱形空腔还具有有利的流动特性，尤其是在圆柱形空腔的情况下。冷却剂通路的第一部分可以向后指向。因此，第一部分可以在靠近刀具主体的前端的位置处从中心凹部延伸。对于一些类型的铣削刀具主体，这种设计可以有助于从中心凹部钻凿出冷却剂通路的第一部分。然而，还可以设想，第一部分形成为从更靠近刀具主体的后端的位置从内部凹部延伸，例如沿向前且向外的方向延伸。第一部分可以至少部分地从所述中心凹部的侧壁延伸，该侧壁可以沿着刀具主体的旋转轴线延伸。第一部分的宽度可以是通道宽度的至少两倍。以这种方式，可以实现大量的材料节省和重量减轻，同时通道可以做得足够窄，以确保朝向切削刃的高冷却剂速度。第一部分也可以在冷却剂流动方向上具有与通道相比更大的延伸部。相对较大的第一部分有助于对位于通道内的冷却剂施加高压，从而有助于更高的冷却剂速度和更有效的冷却。

冷却剂通路的第一部分可以是盲孔，该盲孔的端部位于距包络面小于10mm(例如1-5mm)或者甚至更小的距离处。该通道可以从盲孔的端部延伸。根据一些实施例，通过让通道从靠近包络面(即靠近刀具主体的外周)的位置延伸，可以容易地实现冷却剂流朝向刀片座的有益方向，使得冷却剂将朝向布置在刀片座内的切削刀片的切削刃流过侧面。

如果构成冷却剂通路的第一部分的盲孔是从内部凹部内钻凿出来来的，则与从外部钻凿出该孔(这将需要随后进行堵塞)相比，该孔可以朝向包络面延伸得更远。

根据另一方面，本发明涉及一种用于铣削刀具主体的切削刀片。所述切削刀片包括：上侧，所述上侧包含前刀面；下侧；外周侧，所述外周侧在所述上侧和所述下侧之间延伸并包含后刀面；切削刃，所述切削刃在所述上侧和所述外周侧之间的过渡部中形成；以及下边缘，所述下边缘在所述下侧和所述外周侧之间的过渡部中形成。外周侧包括刀片沟槽，所述刀片沟槽从所述下边缘朝向所述切削刃上的点延伸。当所述切削刀片布置在所述刀具主体的刀片座内时，所述刀片沟槽具有在与所述刀具主体中的通道的方向相对应的方向上的延伸部，并且所述刀片沟槽被定位成从通道的出口延伸。

当将这种切削刀片与根据本发明的刀具主体结合使用时，冷却剂沿着后刀面朝向切削刃的分配将得到进一步改进，因为刀片沟槽将有助于维持冷却剂的射流并减少其不希望的扩散。

当刀具主体中的通道的出口部分地定位在刀片座中并且部分地定位在包络面中以使得出口包括唯一刀具主体的包络面中的沟槽时，刀片沟槽可以形成出口沟槽的延续，即，使得获得出口和刀片沟槽之间的平滑过渡。因此，冷却剂流动路径是连续的，没有任何突然的变化，并且冷却剂的流动不会由于刀具主体和刀片的外周侧之间的过渡而显著改变。

刀片沟槽可以在到达切削刃之前终止。因此，切削刃的几何形状不会改变，并且切削性能不会因刀片沟槽的存在而受到不利影响。因此，刀片沟槽的深度沿着其延伸部而减小，并且例如可以均匀地减小。

附图说明

图1是铣削刀具的等距视图，该铣削刀具包括铣削刀具主体和安装在刀具主体的刀片座中的多个切削刀片。

图2是铣削刀具的侧视图。

图3是沿着穿过两个冷却剂通路的相应的第一部分的中心旋转轴线的截面中的铣削刀具的横截面图。

图4是铣削刀具的一部分的俯视图。

图5示出了铣削刀具主体的刀片座。

图6是铣削刀具的又一视图，但是其中一个切削刀片被移除。

图7是图6所示的截面的横截面图。

所有的附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出了为了阐明各个实施例所必需的部分，而其它部分可以被省略或仅被建议。除非另有说明，否则不同附图中相同的附图标记指代相同的部分。

具体实施方式

图1至图7示出了包括铣削刀具主体1的铣削刀具。铣削刀具主体1具有前端5和后端6以及在前端5和后端6之间延伸的包络面7。在后端6中，提供了用于将铣削刀具联接到机床(未示出)的联接接口。在该示例中，联接接口是心轴联接器的形式，包括中心凹部8和横向沟槽12，该横向沟槽12被构造用以经由适配器与机床的主轴接合。刀具主体可围绕中心旋转轴线C在旋转方向R(参见图2)上旋转。中心凹部8从后端6沿着中心旋转轴线C延伸，其中在该中心凹部8中，冷却剂可从主轴接收。

在前端5和包络面7之间的过渡部中，多个刀片座3形成在刀具主体1中。在所示的实施例中，提供了六个刀片座3。在旋转方向R上，在每个刀片座3的前面，设置有容屑槽13。切削刀片2安装在每个刀片座3中，该切削刀片2具有包括前刀面的上侧21以及面向刀片座3的底表面31的下侧22(参见图5)。切削刀片还包括包含后刀面的外周侧23。切削刀片2通过螺钉4形式的紧固构件安装在刀片座3中。每个螺钉4将刀片2牢固地安装在刀片座3中，使得下侧22压靠在刀片座3的底表面31上。每个切削刀片2是可转位的，并且具有起作用的切削刃24。

铣削刀具主体1还包括多个冷却剂通路，在该示例中，每个切削刀片有一个冷却剂通路，用于冷却剂从中心凹部8通到刀具主体1的外部。在图1中，仅示出了这些冷却剂通路中的一个(用虚线表示)。每个冷却剂通路包括从中心凹部8向外且向后延伸的第一部分9，以及从第一部分9延伸的、呈通道10形式的第二部分。第一部分9是直径相对较大的圆柱形盲孔，其从中心凹部8被钻凿出来，并在包络面7附近终止。在该实施例中，冷却剂通路的第一部分9关于中心旋转轴线C对称布置。如在图3中最佳看到的，每个第一部分9几乎一直延伸到刀具主体的包络面7。有益的是，在不会不利地影响刀具主体的强度和坚固耐用性的情况下，第一部分9尽可能远地径向延伸。

通道10也是圆柱形孔，但是具有较小的直径，其从刀具主体的外部被钻凿出来，并且在其端部处与第一盲孔9相汇合。如在图5中最佳看到的，其示出了刀片座3中的一个，其中移除了刀片2，通道10具有出口11，该出口11部分地定位在刀片座3中，并且部分地相对于旋转方向R紧挨在刀片座后面定位于包络面7中。出口11因此形成在包络面7中延伸至刀片座3的沟槽。

通道10在一个方向上延伸，使得从通道中流出的冷却剂在到达切削刃24之前流过切削刀片的后刀面。如在图4中最佳看到的，当从沿着中心旋转轴线C的方向观察时，通道在通道10从冷却剂通路的第一部分9开始延伸的位置处相对于刀具主体的包络面7从切向方向以接近0°的角度延伸。换句话说，通道以与刀具主体的径向线RL成约90°的角度α延伸，该径向线RL穿过通道开始延伸的位置。对于根据所示实施例的铣削刀具，通道的这种方向使得在切削刀片安装在刀片座中时，通道相对于切削刀片的后刀面在其中延伸的平面成5°的角度延伸。

通道也具有向前方向，这在图2中最佳看到。在该示例性实施例中，通道相对于平行于中心旋转轴线C的线AL以约45°的角度β延伸。

图7是在图6所示的截面中截取的通道10的横截面图。如图7所示，通道的长度l约为其直径d的五倍。因此，如果使用溢流冷却剂，则获得了当从通道朝向切削刃出现时具有有益方向和速度的连贯冷却剂射流。当与垂直于中心旋转轴线的方向相比时，通道的向前方向有利于刀具的生产，并且使得容易获得足够长度的通道，同时维持其合适的方向。

在该示例性实施例中，通道10的直径d为1mm，并且通道的长度l为4.6mm。

通道10的出口11在包络面中形成沟槽，从而进一步在对应于通道的延伸部的方向上引导冷却剂。沿着沟槽朝向刀片座的延伸部，由出口形成的沟槽具有减小的深度。在所描述的实施例中，出口11部分地定位在刀片座3中(如图5最佳所示)。因此，在切削刀片2中形成另一个沟槽16，以进一步将冷却剂朝向切削刃引导。刀片沟槽16在向前方向上具有延伸部，该延伸部对应于通道10的延伸部，从而形成由出口11形成的沟槽的延续部。因此，刀片沟槽16也具有沿着其朝向切削刃的延伸部的减小的深度，并且刀片沟槽16在到达切削刃之前终止，从而不会与切削刃发生干涉。

如图所示，根据所示实施例的切削刀片在其外周侧具有另外的凹陷，刀片沟槽16在该凹陷上延伸。然而，该凹陷不是用于引导冷却剂，而是用于当外周侧用作邻接刀片座的侧表面的支撑表面时(即，当切削刀片处于不同的转位位置时)改进刀片在刀片座内的安装。关于参考外周侧表面，即：如果不考虑这种另外的凹陷或外周侧的几何形状的任何其它局部变化，刀片沟槽16的深度沿着其延伸部均匀减小。

冷却剂通路的每个第一部分9在中心凹部8的侧壁中具有开口15。在操作期间，冷却剂从机器的主轴穿过开口15流入冷却剂通路，并通过出口11离开冷却剂通路，从而被导向切削刀片2的起作用的切削刃24。盖子(未示出)放置在中心凹部8的前开口上，从而防止冷却剂泄漏。

本发明当然不限于所公开的实施例，而是可以在所附权利要求书的范围内进行变化和修改。例如，第一部分和通道的形状和宽度可以变化。刀具主体可以包括若干个刀片座，在这些刀片座中，不是所有的刀片座都需要设置在前端和包络面之间的过渡部中。如果刀具主体旨在用于深肩铣削刀具(也称为长刃铣削刀具)，则可以在前端和后端之间的区域中围绕刀具主体的外周设置刀片座。当然，切削刀片的形状以及切削刀片的数量可以变化。