具有刚性的安装突起的旋转切削头和旋转切削工具
技术领域
本发明涉及通常用于金属切削工艺、特别是钻孔操作的旋转切削工具和可释放地固定在其上的具有刚性的安装突起的切削头。
背景技术
在钻孔操作中使用的切削工具领域中，有许多可释放地固定在工具柄上的切削头的例子，这些工具柄具有带有“周向不封闭的”穴状凹部的头接收凹穴。
US5,957,631公开了一种用于旋转切削操作的切削工具组件，其包括可更换的切削头以及工具柄，它们具有共同的纵向轴线和匹配的外周表面。切削头在其尾端处具有切削头安装部，并且工具柄在其前表面处具有切削头接收部。切削头安装部和工具柄的切削头接收部各自具有至少两个连接部，这些连接部由切削头和工具柄的相关联的外周表面界定并且在形状和尺寸上匹配。每个连接部具有基部表面、力矩传递壁和固定壁，每个切削头连接部的固定壁的角度范围小于两个不同的工具柄连接部的固定壁的相邻末端之间的对应的角距离。切削工具的组装如下：首先相对于切削头接收部设置切削头安装部，以使切削头连接部的固定壁插入工具柄连接部的相应的固定壁之间，随后将切削头相对于工具柄旋转，直到切削头连接部完全覆盖对应的工具柄连接部，结果使它们的基部表面和力矩传递壁彼此抵接并且它们的固定壁以互锁的凹凸方式同轴地相互作用，从而提供切削头在工具柄上的自动夹紧。
US8,021,088公开了一种金属切削工具，其具有以自夹紧方式可释放地安装在工具柄的前端上的切削头。工具柄的前端设有一对柄连接部，每个柄连接部具有面向前方的柄支撑表面。在柄的连接部之间限定了穴状凹部。在穴状凹部内有与工具柄的纵向轴线平行的多个柄固定表面。切削头具有盖部和从其在向后方向上延伸的固定部。盖部包括一对头区段，每个头区段具有面向后方的头基部表面。切削头的固定部具有平行于切削头的纵向轴线的多个头固定表面。在组装工具中，工具柄的面向前方的柄支撑表面支撑切削头的面向后方的头基部表面，同时多个头固定表面抵接多个柄固定表面。
本发明的一个目的是提供一种具有刚性的安装突起的改进的切削头。
本发明的另一个目的是提供一种适合于具有高进给速度的切削操作的改进的切削头。
本发明的又一个目的是提供一种与具有带有“周向封闭”的中央凹部的头接收凹穴的工具柄兼容的改进的切削头。
发明内容
根据本发明，提供了一种切削头，其能在第一旋转方向上围绕第一轴线旋转，并且包括：
盖部，其具有与数量为N的多个头排屑槽周向交替的数量为N的多个切削部以及面向轴向后方方向的头基部表面；以及
刚性的安装突起，其接合至盖部并从头基部表面轴向向后延伸，安装突起具有关于第一轴线的N重旋转对称性以及周向间隔开的凸形的数量为N的多个夹紧表面，每个夹紧表面被包含第一轴线的径向夹紧二等分平面二等分，
其中：
多个切削部限定与切削圆对应的切削直径，
在沿着垂直于第一轴线并与盖部相交的第一平面截取的截面中，数量为N的多个头排屑槽由具有第一直径的假想第一圆在数量为N的径向最内侧的多个头槽点处内切，并且
在沿着垂直于第一轴线并与安装突起相交的第二平面截取的截面中，数量为N的多个夹紧表面由具有第二直径的假想第二圆外切，
并且其中：
第一直径大于第二直径，并且
第二直径小于切削直径的40％。
此外，根据本发明，提供了一种旋转切削工具，其包括工具柄，该工具柄沿着第二轴线延伸并且具有在其前端处形成的头接收凹穴，该头接收凹穴包括横向于第二轴线的柄支撑表面以及形成在柄支撑表面中的中央凹部；以及上述类型的切削头，该切削头可释放地固定到头接收凹穴上，
其中，在组装位置：
头基部表面面对柄支撑表面，
第二轴线与第一轴线重合，并且
安装突起被夹紧地保持在中央凹部中。
附图说明
为了更好的理解，现在将参照附图仅以举例的方式描述本发明，在附图中，点划线表示构件的局部视图的切开边界，并且：
图1是根据本发明的第一实施方式的切削头的立体图；
图2是图1所示的切削头的侧视图；
图3是图1所示的切削头的仰视图；
图4是图2所示的切削头沿着IV-IV线截取的剖视图；
图5是图2所示的切削头沿着V-V线截取的剖视图；
图6是图2所示的切削头沿着VI-VI线截取的剖视图；
图7是根据本发明的第二实施方式的切削头的立体图；
图8是图7所示的切削头的侧视图；
图9是图7所示的切削头的仰视图；
图10是图8所示的切削头沿着X-X线截取的剖视图；
图11是图8所示的切削头沿着XI-XI线截取的剖视图；
图12是图8所示的切削头沿着XII-XII线截取的剖视图；
图13是根据本发明的第一实施方式的旋转切削工具的分解立体图；
图14是图13所示的旋转切削工具的侧视图；
图15是根据本发明的第一实施方式的工具柄的端视图；
图16是图14所示的旋转切削工具的沿着XVI-XVI线截取的剖视图；
图17是图16所示的旋转切削工具的沿着XVII-XVII线截取的剖视图；
图18是根据本发明的第二实施方式的旋转切削工具的分解立体图；
图19是图18所示的旋转切削工具的侧视图；
图20是根据本发明的第二实施方式的工具柄的端视图；
图21是图19所示的旋转切削工具的沿着XXI-XXI线截取的剖视图；以及
图22是图21所示的旋转切削工具的沿着XXII-XXII线截取的剖视图。
具体实施方式
本发明的第一方面涉及一种切削头20、120，其能在第一旋转方向R1上围绕第一轴线A1旋转。
应理解的是，在整个说明书和权利要求书中，相同的附图标记已用于第一实施方式的切削头20和第二实施方式的切削头120两者共同的特征。
在本发明的一些实施方式中，切削头20、120可以优选通过压制成型和烧结诸如碳化钨之类的硬质合金来制造，并且可以有涂层或没有涂层。
如图1至图3和图7至图9所示，切削头20、120包括盖部22以及接合至盖部22的刚性的安装突起24。
应理解的是，切削头20、120可以是整体的一件式构造，并且安装突起24可以具有与盖部22相同的刚度，并且没有弹性可移位的元件。
如图1至图3和图7至图9所示，盖部22具有与数量为N的多个头排屑槽28周向交替的数量为N的多个切削部26以及面向轴向后方方向DR的头基部表面30。多个切削部26限定与以第一轴线A1为中心的切削圆CC对应的切削直径DC。
在本发明的一些实施方式中，N可以正好为3，并且盖部22可以具有与三个头排屑槽28周向交替的三个切削部26。
此外，在本发明的一些实施方式中，头基部表面30可以是平面的。
如图1至图3和图7至图9所示，每个切削部26可具有面向轴向前方的引导表面32，并且相对于第一旋转方向R1，每个引导表面32可与周向相邻且旋转前方的头排屑槽28相交以形成切削刃34。
应理解的是，对于本发明的具有三个切削部26并因此具有三个切削刃34的实施方式，切削头20、120可以有利地用于具有高进给速度的切削操作。
此外，如图1至图3和图7至图9所示，每个切削部26可具有与第一旋转方向R1朝向相反的力矩传递表面36。
在本发明的一些实施方式中，相对于第一旋转方向R1，每个力矩传递表面36可与周向相邻且旋转后方的头排屑槽28连通。
此外，在本发明的一些实施方式中，每个力矩传递表面36可以与头基部表面30相交。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，每个力矩传递表面36可以是平面的。
如图1至图3和图7至图9所示，安装突起24从头基部表面30轴向向后延伸，并且具有关于第一轴线A1的N重旋转对称性。
应理解的是，在整个说明书和权利要求书中，N重旋转对称性不包括无限次旋转对称性。
在本发明的一些实施方式中，安装突起24可以完全被头基部表面30包围。
如图1至图3和图7至图9所示，安装突起24具有周向间隔开的凸形的数量为N的多个夹紧表面38，每个夹紧表面38被包含第一轴线A1的径向夹紧二等分平面PB二等分。
在本发明的一些实施方式中，安装突起24可具有与多个夹紧表面38周向交替的多个接合表面40，并且每个接合表面40可与两个周向相邻的夹紧表面38相交。
如图4和图10所示，在沿着垂直于第一轴线A1并与盖部22相交的第一平面P1截取的截面中，数量为N的多个头排屑槽28由具有第一直径D1的假想第一圆C1在径向最内侧的数量为N的多个头槽点NH内切。
在本发明的一些实施方式中，第一平面P1可以位于靠近头基部表面28。
此外，在本发明的一些实施方式中，每个头槽点NH可以包含在包含第一轴线A1的径向槽平面PF中，并且每个径向槽平面PF可以与周向相邻的径向夹紧二等分平面PB形成第一角度α1。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，第一角度α1可以小于35度，即α1＜35°。
更进一步地，在本发明的一些实施方式中，相对于第一旋转方向R1，每个径向槽平面PF可位于其周向相邻的径向夹紧二等分平面PB的旋转前方。
如图5和图11所示，在沿着垂直于第一轴线A1并与安装突起24相交的第二平面P2截取的截面中，数量为N的多个夹紧表面38由具有第二直径D2的假想第二圆C2外切。
在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的截面中，多个夹紧表面38可以形成与假想第二圆C2重合的多个间隔开的夹紧弧42。
此外，在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的横截面中，安装突起24的任何部分都不可以延伸到假想第二圆C2的外部。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的截面中，每个夹紧表面38可具有大于25度的第一周向角度范围E1，即E1>25°。
更进一步地，在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的横截面中，多个接合表面40可以位于第二假想圆C2的内部。
根据本发明的第一方面，第一直径D1大于第二直径D2，并且第二直径D2小于切削直径DC的40％，即D2<0.40*DC。
应理解的是，本发明提供了一种切削头20、120，其中多个头排屑槽28具有有利的大容积以有效地排空切屑，而不与安装突起24相交。
在本发明的一些实施方式中，第二直径D2可优选小于切削直径DC的30％，即，D2<0.30*DC。
此外，在本发明的一些实施方式中，第二直径D2可以大于切削直径DC的10％，即，D2>0.l0*DC。
如图6和图12所示，在沿着垂直于第一轴线A1并与安装突起24相交的第三平面P3截取的截面中，安装突起24可以由具有第三直径D3的假想第三圆C3外切，第三直径D3大于第二直径D2，即，D3>D2，
在图4和图10中看出，头槽深度HD被定义为头槽点NH与切削圆CC之间的径向距离。因此，头槽深度HD是切削直径DC与第一直径D1之差的一半，或者HD＝1/2(DC-D1)。由于本发明的一个目的是使切削头具有扩大的槽，因此头槽深度HD优选至少是切削直径DC的一半的60％，即切削半径的60％。
在本发明的一些实施方式中，第二平面P2可以位于第一平面P1和第三平面P3之间。
而且，在本发明的一些实施方式中，第三直径D3可以是在垂直于第一轴线A1的任何截面中与安装突起24外切的任何假想圆的最大直径。
如图2所示，在本发明的第一实施方式的切削头20中，第三平面P3可以不与多个夹紧表面38相交，并且每个夹紧表面38可以是部分圆柱形的。
另外，在本发明的第一实施方式中，第三平面P3可以与周向间隔开的数量为N的多个轴向限动部44相交，并且假想第三圆C3可以与轴向限动部44外切。
应理解的是，对于本发明的一些实施方式，多个轴向限动部44可以在安装突起24的远端处形成凸起46。
如图2所示，每个径向夹紧二等分平面PB可以与一个轴向限动部44相交。
在本发明的一些实施方式中，每个轴向限动部44可具有面向轴向前方的限动表面48。
另外，在本发明的一些实施方式中，多个轴向限动部44可以通过环形过渡凹槽50与多个夹紧表面38轴向间隔开。
如图8所示，在本发明的第二实施方式的切削头120中，第三平面P3可以与多个夹紧表面38相交，并且每个夹紧表面38可以是部分圆锥形的。
此外，在本发明的第二实施方式中，安装突起24可以在头基部表面30的轴向后方延伸第一距离L1，第三平面P3可以与第二平面P2偏离第二距离L2，第二距离L2可以大于第一距离L1的一半，即，L2＞L1/2。
应理解的是，对于本发明的一些实施方式，安装突起24可以是燕尾形的。
如图13、图14、图18和图19所示，本发明的第二方面涉及一种旋转切削工具52、152，其具有沿着第二轴线A2延伸的工具柄54、154以及切削头20、120，该切削头20、120在工具柄54、154的前端58处可释放地固定到工具柄54、154的头接收凹穴56上。
应理解的是，在整个说明书和权利要求书中，相同的附图标记已用于第一实施方式的切削工具52和第二实施方式的切削工具152两者共同的特征。
在本发明的一些实施方式中，工具柄54、154可以优选由工具钢制成。
此外，在一些实施方式中，切削头20、120可以可释放地固定到头接收凹穴56上，而不需要额外的紧固构件，例如夹紧螺钉。
如图15和图20所示，头接收凹穴56具有横向于第二轴线A2的柄支撑表面60以及在柄支撑表面60中形成的中央凹部62。
在本发明的一些实施方式中，柄支撑表面60可面向轴向前方，并且中央凹部62可沿着第二轴线A2延伸。
此外，在本发明的一些实施方式中，数量为N的多个周向间隔开的柄排屑槽64可从柄的前端58沿着第二轴线A2延伸。
在旋转切削工具52、152的组装位置：
头基部表面30面向柄支撑表面60，
第二轴线A2与第一轴线A1重合，并且
安装突起24被夹紧地保持在中央凹部62中。
在本发明的一些实施方式中，数量为N的多个驱动构件66可从柄支撑表面60轴向向前突出，每个驱动构件66可包括面向第一旋转方向R1的驱动表面68，并且每个驱动表面68可以与一个力矩传递表面36接触。
如图16和图21所示，在沿着垂直于第一轴线A1并与中央凹部62相交的第四平面P4截取的截面中，数量为N的多个柄排屑槽64可以由具有第四直径D4的假想第四圆C4在数量为N的多个径向最内侧的柄槽点NS处内切。
在本发明的一些实施方式中，第四直径D4可以在第一直径D1的90％至110％之间，即，D1*0.90＜D4＜D1*1.10。
在图16和图21中看出，工具槽深度TD被定义为柄槽点NS与切削圆CC之间的径向距离。因此，工具槽深度TD是切削直径DC与第四直径D4之差的一半，或者TD＝1/2(DC-D4)。由于本发明的一个目的是提供一种具有扩大的槽的工具，工具槽深度TD优选为切削直径DC的一半的至少60％，即切削半径的60％。
此外，在本发明的一些实施方式中，第四平面P4可以与第二平面P2重合。
如图15和图20所示，多个柄排屑槽64可形成在工具柄54、154的圆柱形柄外周表面70中。
在本发明的一些实施方式中，多个柄排屑槽70可沿着第二轴线A2螺旋地延伸。
此外，在本发明的一些实施方式中，多个头排屑槽28可以是多个柄排屑槽70的对应延伸部。
如图15、图16、图20和图21所示，中央凹部62可具有数量为N的多个周向间隔开的抵接部72，每个抵接部72可具有面向径向内侧的抵接表面74，并且多个夹紧表面38可与多个抵接表面74进行夹紧接触。
在本发明的一些实施方式中，多个接合表面40可以不与中央凹部62接触。
此外，在本发明的一些实施方式中，多个抵接部72可与多个中间部76周向交替，并且每个中间部76可具有与两个周向相邻的抵接表面74相交的中间表面78。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，多个抵接部72可以是可弹性移位的。
应理解的是，由于多个抵接表面74与多个中间表面78周向交替，因此头接收凹穴56可具有“周向封闭”的中央凹部62，这可改善多个抵接部72的弹性并延长工具柄54、154的使用寿命。
还应理解的是，对于其中切削头20、120可释放地固定到具有“周向封闭的”中央凹部62的工具柄54、154上并且头排屑槽28与柄排屑槽64对应的本发明的实施方式，要求头排屑槽28不与安装突起24相交。
如图16和图21所示，在沿着第二平面P2截取的截面中，与第二轴线A2同轴的假想第五圆C5可以与中央凹部62内切并与多个抵接表面74接触。
在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的截面中，多个抵接表面74可以形成与假想第五圆C5重合的多个间隔开的抵接弧80。
此外，在本发明的一些实施方式中，在沿着第二平面P2截取的截面中，多个中间表面78可以位于假想第五圆C5的外部。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，假想第五圆C5可以具有第五加载直径DL5，并且第五加载直径DL5可以等于第二直径D2。
应理解的是，第五加载直径DL5可以是在向多个抵接表面74施加径向向外的力的情况下测量的。
还应理解的是，在不向多个抵接表面74施加径向向外的力的情况下，假想第五圆C5可以具有小于第五加载直径DL5的第五未加载直径(未被示出)。
在本发明的一些实施方式中，头基部表面30可以与柄支撑表面60或与柄支撑表面60偏离的多个肩表面82接触。
应理解的是，在这种组装构造中，除了与多个抵接表面74进行夹紧接触的多个夹紧表面38之外，安装突起24的其他部分都不能接触中央凹部62。
如图17所示，在本发明的第一实施方式的切削工具52中的沿着一个径向夹紧二等分平面PB截取的截面中，夹紧表面38可以是局部圆柱形的，并且平行于第一轴线Al延伸，并且相关联的抵接表面74可以与该夹紧表面重合。
应理解的是，在本发明的这种实施方式中，多个夹紧表面38和多个抵接表面74之间的夹紧接触仅朝向径向。
如图17所示，在本发明的第一实施方式的切削工具52中，每个抵接部72可以具有面向轴向后方的止动表面84，并且多个限动表面48可以与多个止动表面84轴向间隔开。
应理解的是，在作用在第一实施方式的切削头20上的轴向“拉力”过大的情况下，头基部表面30可能不会保持与柄支撑表面60接触，并且多个限动表面48可能与多个止动表面84接触，从而防止切削头20从工具柄54上脱离。
如图22所示，在本发明的第二实施方式的切削工具152中的沿着一个径向夹紧二等分平面PB截取的截面中，夹紧表面38可以是部分圆锥形的，并且随着其轴向向后延伸而偏离第一轴线A1，并且相关联的抵接表面74可以与该夹紧表面重合。
应理解的是，在本发明的这样的实施方式中，多个夹紧表面38和多个抵接表面74之间的夹紧接触是同时朝向轴向和径向的。
本发明还涉及一种组装旋转切削工具52、152的方法，其包括以下步骤：
a)使头基部表面30定向为面向柄支撑表面60；
b)将第一轴线A1与第二轴线A2对准；
c)使多个夹紧表面38与多个中间表面78旋转对准；
d)将安装突起24插入中央凹部62中；以及
e)使切削头20、120围绕其第一轴线A1旋转直到
多个夹紧表面38保持抵靠在多个抵接表面74上。
在本发明的一些实施方式中，在步骤d)中，可将安装突起24插入中央凹部62中，直到头基部表面30与柄支撑表面60或多个肩表面82接触。
此外，在本发明的一些实施方式中，在步骤e)中，可以使切削头20、120在与第一旋转方向R1相反的方向上围绕其第一轴线A1旋转，直到每个驱动表面68与一个力矩传递表面36接触。
尽管已经在一定特定性的程度上对本发明进行了描述，但是应理解，在不脱离要求保护的本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变和变形。
