有后渐缩式圆锥形外螺纹的可替换切削头和旋转切削刀具的制作方法

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本技术的主题涉及一种类型的旋转切削刀具，在这种类型的旋转切削刀具中，具有公联接构件的可替换切削头通过螺纹联接机构可移除地固持在刀具保持器的母联接构件中。背景技术：2.旋转切削刀具可以设置有螺纹联接机构或“刀具接头”，用于将可替换切削头牢固地固持在刀具保持器内。3.可替换切削头可以包括公联接构件，并且刀具保持器可以包括母联接构件。公联接构件可以包括外螺纹。母联接构件可以包括与公联接构件上的外螺纹相对应的内螺纹。4.在一些这样的旋转切削刀具中，内螺纹和外螺纹都是直螺纹。这种旋转切削刀具的一个示例在例如us 6,485,220中公开。5.在其他这样的旋转切削刀具中，内螺纹和外螺纹都是前向渐缩式圆锥形螺纹。这种旋转切削刀具的示例公开在例如us 7,611,311、us 7,713,004、us 9,643,262和us 9,643,264中。6.在又一种这样的旋转切削刀具中，外螺纹是前向渐缩式圆锥形螺纹，并且外螺纹是直螺纹。在us 10,105,771中公开了这种旋转切削刀具的一个示例。技术实现要素：7.根据本技术主题的第一方面，提供了一种可替换切削头，其具有在前向方向至后向方向上延伸的头纵向轴线，包括形成切削部分的前向部分；以及形成安装部分的后向部分，安装部分包括公联接构件，公联接构件具有外螺纹并从头基座表面向后突出，头基座表面相对于头纵向轴线横向延伸，并限定在切削部分与安装部分之间的边界，其中：外螺纹包括外螺纹脊，外螺纹脊围绕外螺纹轴线螺旋延伸，并包括前向外齿腹表面和后向外齿腹表面以及在前向外齿腹表面与后向外齿腹表面之间延伸的外顶表面；前向外齿腹表面和后向外齿腹表面大体上面向相反的轴向方向，并界定包括外底表面的螺旋外螺纹槽；以及公联接构件的外螺纹是后渐缩式圆锥形螺纹，其具有至少一个在后向方向增大的螺纹直径。8.根据本技术主题的第二方面，提供了一种旋转切削刀具，该旋转切削刀具具有纵向轴线并且在前向方向至后向方向上延伸，该旋转切削刀具包括：具有保持器纵向轴线的刀具保持器和螺纹接合到刀具保持器的上述类型的可替换切削头。9.应该理解的是，上述内容是概述，并且下文描述的特征可以以任何组合应用于本申请的主题，例如，以下特征中的任何特征都可以应用于可替换切削头或旋转切削刀具：外螺纹脊和外螺纹槽中的至少一个可以围绕具有一定锥角的相应锥体延伸。10.外螺纹脊和外螺纹槽可以分别围绕相应的锥体、外锥体和内锥体延伸。11.内锥体和外锥体的锥角可以相同。12.锥角可以大于或等于0.02°且小于或等于1.0°。13.锥角可以恰好等于0.4°。14.在沿包含外螺纹轴线的轴向平面截取的截面图中，外顶表面形成多个外螺纹牙顶，多个外螺纹牙顶可以相对于外螺纹轴线倾斜并且彼此共线。外底表面形成多个外螺纹牙底，多个外螺纹牙底可以相对于外螺纹轴线倾斜并且彼此共线。15.在包含头纵向轴线的轴向平面中截取的截面视图中，外螺纹限定了可以是梯形的外螺纹形式。16.外螺纹可以具有恒定的外螺纹螺距。17.刀具保持器可以具有母联接构件，该母联接构件具有从保持器前向表面向后延伸的内螺纹，保持器前向表面相对于保持器纵向轴线横向延伸。旋转切削刀具可以在以下位置之间调节：a)释放位置，在该位置，内螺纹与外螺纹不能彼此螺纹接合；以及b)锁定位置，在该位置，公联接件可以可移除地固持在母联接构件中，内螺纹与外螺纹彼此螺纹接合。18.母联接构件的内螺纹可以是直螺纹。19.外螺纹与内螺纹之间的摩擦接合可以在从外螺纹的最前一圈向外螺纹的最后一圈的方向上增加。20.内螺纹可包括内螺纹脊，该内螺纹脊绕内螺纹轴线螺旋延伸，并包括前向内齿腹表面和后向内齿腹表面以及在前向内齿腹表面与后向内齿腹表面之间延伸的内顶表面。前向内齿腹表面和后向内齿腹表面可以大致面向相反的轴向方向，并且界定包括内底表面的螺旋内螺纹槽。前向外齿腹表面和前向内齿腹表面可以面向前向方向。后向外齿腹表面和后向内齿腹表面可以面向后向方向。在锁定位置，后向内齿腹表面可以抵接前向外齿腹表面。21.在锁定位置：前向内齿腹表面可以与后向外齿腹表面间隔开后向齿腹距离。内顶表面可以与外底表面间隔开上距离。内底表面可以与外顶表面间隔开下距离。22.后向齿腹距离、上距离和下距离都可以在后向方向上减小。23.内螺纹可以具有与外螺纹螺距相同的恒定内螺纹螺距。附图说明24.为了更好地理解本技术并示出如何可以在实践中执行本技术，现在将参考附图，其中：图1是旋转切削刀具的透视纵向截面图；图2是图1所示旋转切削刀具的分解透视纵向截面图；图3是图1和图2所示的可替换切削头的侧视图；图4是图3的细节；图5是图1和图2中所示的刀具保持器的透视图；图6是图5中所示母联接构件的纵向截面图；图7是当旋转切削刀具处于锁定位置时，图1所示旋转切削刀具的纵向截面图的细节；以及图8是当旋转切削刀具处于释放位置时，后渐缩式圆锥形外螺纹的外螺纹形式的示意图，其中直内螺纹的内螺纹形式的内螺纹形式叠加在该外螺纹形式上。25.应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，元件中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，或者几个物理部件可以被包括在一个功能块或元件中。在认为合适的地方，附图标记可以在图中重复，以指示相对应或类似的元件。具体实施方式26.在以下描述中，将描述本技术主题的各个方面。出于解释的目的，足够详细地阐述了具体构造和细节，以提供对本技术主题的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说，也显而易见的是，本技术的主题可以在没有本文给出的具体构造和细节的情况下实施。27.首先关注图1和图2，图1和图2示出了根据本技术主题的实施例的用于铣削操作，特别是端铣的旋转切削刀具20。旋转切削刀具20具有刀具纵向轴线l，刀具围绕刀具纵向轴线沿旋转方向r旋转。28.旋转切削刀具20包括具有头纵向轴线a的可替换切削头22，可替换切削头22围绕该头纵向轴线a沿旋转方向r旋转。头纵向轴线a在前向df至后向方向dr上延伸。可替换切削头22通常可以由硬质合金制成。29.旋转切削刀具20还包括刀具保持器24，刀具保持器24具有保持器纵向轴线c。刀具保持器24通常可以由钢制成。可替换切削头22可以通过螺纹联接机构可移除地固持在刀具保持器24中。这种螺纹联接机构可能有利于除上述之外的其它类型的旋转切削操作，例如像铰削或钻削。30.应当理解，在说明书和权利要求中使用的术语“前向”和“后向”指的是可替换切削头22相对于组装好的旋转切削刀具20的刀具保持器24的相对位置，如图1中所见的。术语“前向”和“后向”也可以分别应用于图3和图4中头纵向轴线a向左和向右的方向，以及也可以分别应用于图5和图6中保持器纵向轴线c向左和向右的方向。应当理解，刀具保持器24也沿着其自身的前向至后向的方向沿着保持器纵向轴线c延伸。31.现在参考图3和图4。可替换切削头22具有形成切削部分26的前向部分和形成安装部分28的后向部分。根据本技术主题的一些实施例，可替换切削头22可以形成为具有整体的一体式单件结构。这提供了一个优点，该优点在于可替换切削头22没有可拆卸的切削刀片(未示出)。32.参考图3，切削部分26包括至少一个周边切削刃30。在附图所示的这个非限制性示例中，可以正好有四个周边切削刃。每个周边切削刃30形成在周边离隙面32与周边前刀面34的相交处。周边离隙面32旋转地位于周边切削刃30的后方，并且周边前刀面34旋转地位于周边切削刃30的前方，二者都相对于旋转方向r。周边切削刃30的取向允许进行金属切削操作。33.根据本技术主题的一些实施例，切削部分26可以包括至少一个出屑槽36，用于排出切削操作过程中产生的切屑(未示出)。一个出屑槽36与每个周边切削刃30相关联。可替换切削头22可以在切削部分26的端面37处包括一个或多个端部切削刃30b。在附图所示的非限制性示例中，可替换切削头22可以包括正好四个端部切削刃30b。34.现在参考图3和图4，安装部分28包括从头基座表面40向后突出的公联接构件38。头基座表面40相对于头纵向轴线a横向延伸，并且限定了切削部分26与安装部分28之间的边界。也就是说，切削部分26形成在头基座表面40的前方，并且安装部分28形成在头基座表面40的后方。根据本技术主题的一些实施例，公联接构件38可以是刚性的。头基座表面40可以垂直于头纵向轴线a。当旋转切削刀具20处于锁定位置时，头基座表面40旨在抵接刀具保持器24上的相对应表面70(下面将进一步描述)，如下文将描述的。35.公联接构件38包括外螺纹42。参考图3，外螺纹42包括围绕外螺纹轴线b螺旋延伸的外螺纹脊44。外螺纹轴线b与头纵向轴线a重合。因此，外螺纹部分42与可替换切削头22是同轴的。参考图4，外螺纹脊44包括前向外齿腹表面46和后向外齿腹表面48以及在它们之间延伸的外顶表面50。前向外齿腹表面46和后向外齿腹表面48面向相反的轴向方向df、dr，前向外齿腹表面46面向前向方向df，并且后向外齿腹表面48面向后向方向dr。前向外齿腹表面46和后向外齿腹表面48界定了外螺纹槽52。外螺纹槽52绕外螺纹轴线b螺旋延伸，并包括外底表面54。外螺纹42具有外螺纹螺距pe。根据本技术主题的一些实施例，外螺纹螺距pe可以是恒定的。36.如图7所示，在沿轴向平面(即包含外螺纹轴线b的平面)截取的截面图中，外顶表面50形成多个外螺纹牙顶56，以及外底表面54形成多个外螺纹牙底58。37.在同一截面图中，前向外齿腹表面46和后向外齿腹表面48可以相对于垂直于外螺纹轴线b的径向平面以外齿腹角α倾斜。优选地，外齿腹角α可以在28°‑ꢀ34°之间，并且更优选地为31°。外螺纹42限定了可以是梯形的外螺纹形式60。在本技术中，“梯形”是指四条边中的两条边相互平行的四边形几何形状，而“不规则四边形”是指没有两条边相互平行的四边形几何形状。外顶表面50和外底表面54可以分别平滑地过渡到前向外齿腹表面46和后向外齿腹表面48，从而限定半径。替代地，外螺纹形式60可以是三角形的，外顶表面50和外底表面54形成边缘。38.外螺纹42是后渐缩式圆锥螺纹。应当理解，贯穿说明书和权利要求的术语“后渐缩式圆锥螺纹”涉及其中螺纹脊和螺纹槽中的至少一个围绕相应的锥体延伸的螺纹，该锥体的表面在后向方向上朝着螺纹轴线径向向外渐缩，并且因此螺纹牙顶和螺纹牙底中的至少一个在后向方向上距离螺纹轴线的距离增加。因此，在后渐缩式圆锥螺纹中，至少一个螺纹直径(外螺纹脊44的螺纹直径d1或外螺纹槽52的螺纹直径d2，或两者)在切削头22的后向方向df上增加。这种后渐缩式圆锥螺纹可以通过将圆柱形钢杆的中空前向端部与外部车削刀片螺纹连接而形成。当钢杆旋转并沿轴向移动以形成外螺纹时，它也沿径向移动远离“静态”切削刀片，使得螺纹具有圆锥形构造。锥体和螺纹是同轴的。在图8所示的非限制性示例中，外螺纹脊和外螺纹槽都围绕相应的锥体延伸。具体地，螺纹槽围绕由外底表面54过渡到前向外齿腹表面46中的点限定的内锥体k1延伸。外螺纹脊围绕由外顶表面50过渡到前向外齿腹表面46中的点限定的外锥体k2延伸。类似地，应该理解，贯穿说明书和权利要求的术语“前向渐缩式圆锥螺纹”涉及其中外螺纹脊围绕锥体延伸的螺纹，该锥体的表面在后向方向上朝着螺纹轴线径向向内渐缩，并且因此螺纹牙顶在后向方向上与螺纹轴线的距离减小。39.外螺纹形式60的每一圈偏离外螺纹轴线b一定径向距离，由于外螺纹42是后渐缩式圆锥螺纹，因此该径向距离随着外螺纹42在后向方向dr上绕螺纹轴线螺旋延伸而增加。因此，前向外齿腹表面46在后向方向dr上径向向外盘绕。40.外螺纹脊44和外螺纹槽52中的至少一个可以围绕具有锥角γ的相应锥体k1、k2延伸。锥角γ可以在0.02°≤γ≤1.0°的范围内。有利的是，锥角γ可以恰好等于0.4°。外螺纹脊44和外螺纹槽52都可以围绕相应的锥体k1、k2延伸。内锥体k1和外锥体k2的锥角γ可以是相同的。还应该理解，在整个说明书中使用的术语“锥角”指的是在纵向截面中由锥体的渐缩表面形成的角度。注意，术语“纵向截面”是指在包含纵向轴线的平面中截取的截面。这种纵向截面得到包含纵向轴线的轴向平面。41.分别地，多个外螺纹牙顶56限定了外螺纹42的大直径，以及多个外螺纹牙底58限定了外螺纹42的小直径。大直径减去小直径，除以二，等于外螺纹42的外螺纹高度he。外螺纹高度he可以是恒定的，或者在后向方向dr上增加或减少，这取决于外螺纹脊44和外螺纹槽52中的哪一个围绕相应的锥体延伸。在附图所示的非限制性示例中，外螺纹高度he 在后向方向上是恒定的。根据本技术主题的一些实施例，外螺纹42可以在轴向方向上具有大约三圈到四圈之间。42.根据本技术主题的一些实施例，多个外螺纹牙顶56可以相对于外螺纹轴线b倾斜并且彼此共线。因此，外顶表面50可以位于外锥体k2上。多个外螺纹牙底58可以相对于外螺纹轴线b倾斜，并且彼此共线。因此，外底表面54可以位于内锥体k1上。43.如图3和图4所示，公联接构件38包括前向轴承部分62。前向轴承部分50位于外螺纹42的前向侧上。前向轴承部分62包括前向头抵接表面64，该前向头抵接表面64在后向方向dr上朝着头纵向轴线a径向向内渐缩。也就是说，前向头抵接表面64具有径向面向外的圆锥形形状。应当注意的是，当旋转切削刀具20处于锁定位置时，前向头抵接表面64旨在抵接刀具保持器24上的相对应表面94(下面将进一步描述)，如下文将描述的。44.应当理解，在整个说明书和权利要求中使用的术语“径向向内/向内”和“径向向外/向外”指的是在相对于头纵向轴线a和/或保持器纵向轴线c的垂直方向上朝向和远离相应轴线的相对位置，如图3至图4和图6所示。45.现在参考图5和图6，刀具保持器24具有沿前向df至后向方向dr延伸的保持器纵向轴线c。刀具保持器24包括从保持器前向表面70向后延伸的母联接构件68。保持器前向表面70相对于保持器纵向轴线c横向延伸。根据本技术主题的一些实施例，保持器前向表面70可以垂直于保持器纵向轴线c。46.母联接构件68包括内螺纹72。如包含内螺纹轴线d的母联接构件68的纵向截面图所示(即图6)，内螺纹72包括围绕内螺纹轴线d螺旋延伸的内螺纹脊74。内螺纹轴线d与保持器纵向轴线c重合。因此，内螺纹72与刀具保持器24同轴。内螺纹脊74包括前向内齿腹表面76和后向内齿腹表面78以及在它们之间延伸的内顶表面80。前向内齿腹表面76和后向内齿腹表面78面向相反的轴向方向df、dr，其中前向内齿腹表面76面向前向方向df，以及后向内齿腹表面78面向后向方向dr。前向内齿腹表面76和后向内齿腹表面78界定内螺纹槽82。内螺纹72具有内螺纹螺距pi。根据本技术主题的一些实施例，内螺纹螺距pi可以是恒定的。内螺纹螺距pi可以与外螺纹螺距pe相同。47.内螺纹槽82绕内螺纹轴线d螺旋延伸，并包括内底表面84。在沿轴向平面(即包含内螺纹轴线d的平面)截取的截面图中，内顶表面80形成多个内螺纹牙顶88，以及内底表面84形成多个内螺纹牙底90。根据本技术主题的一些实施例，多个内螺纹牙顶88可以平行于内螺纹轴线d并且彼此共线。多个内螺纹齿底90可以平行于内螺纹轴线d并且彼此共线。48.在沿包含内螺纹轴线d的轴向平面截取的截面图中(即图6)，前向内齿腹表面76和后向内齿腹表面78可以相对于垂直于内螺纹轴线d的径向平面以内齿腹角β倾斜。优选地，内齿腹角β可以是31°。内螺纹72限定了可以是梯形的内螺纹形式86。现在参考图8，不规则四边形的边可以是长度不相等。内顶表面80和内底表面84可以分别平滑地过渡到前向内齿腹表面76和后向内齿腹表面78中，从而限定半径。替代地，内螺纹形式86可以是三角形的，内顶表面80和内底表面84形成边缘。49.根据本技术主题的一些实施例，内螺纹72可以是直螺纹。应当理解，贯穿说明书和权利要求的术语“直螺纹”涉及其中螺纹脊和螺纹槽围绕相应的圆柱体延伸的螺纹，并因此所有螺纹牙顶88与螺纹轴线等距，所有螺纹牙底90也是如此。具体地，内螺纹脊74围绕由内顶表面80过渡到前向内齿腹表面和后向内齿腹表面78的点限定的内圆柱c1延伸。内顶表面80可以位于内圆柱c1上。内螺纹槽82围绕由内底表面84过渡到后向内齿腹表面78的点限定的外圆柱c2延伸。内底表面84可以位于外圆柱c2上。50.分别地，多个内螺纹牙顶88限定了内螺纹72的小直径，并且多个内螺纹牙底90限定了内螺纹72的大直径。大直径减去小直径，除以二，等于内螺纹72的内螺纹高度hi。内螺纹高度hi可以是恒定的。根据本技术主题的一些实施例，内螺纹72可以在轴向方向上具有大约三到四圈之间。51.如图5和图6所示，母联接构件68包括前向支撑部分92。前向支撑部分92位于内螺纹72的前向侧上。前向支撑部分92包括前向保持器抵接表面94，该前向保持器抵接表面94在后向方向dr上朝着保持器纵向轴线c径向向内渐缩。也就是说，前向保持器抵接表面94具有径向面向内的圆锥形状。前向保持器抵接表面94的构造和尺寸与上文所讨论的前向头抵接表面64互补。52.旋转切削刀具20的组装例如从us 6,485,220 b2中获知，该专利以其全文引用的方式并入到本文中。注意，旋转切削刀具20可在释放位置与锁定(或组装)位置之间调节。53.现在注意图8，其示出了后渐缩式圆锥形外螺纹42的外螺纹形式60的示意图。借助于虚线，彼此螺纹脱离的直内螺纹的内螺纹形式86叠加在其上(即，旋转刀具处于释放位置)。注意，形成外螺纹形式60的外螺纹42的锥角γ被夸大，以便清楚地显示螺纹形式60、98彼此之间的关系，并因此距离不代表真实值。根据本技术主题的一些实施例，前向外齿腹表面46与相应的后向内齿腹表面78相距齿腹距离e。此外，齿腹距离e在后向方向dr上的大小减小。也就是说，对于在后向方向dr上的连续螺纹圈，齿腹距离e的大小减小。54.为了将旋转切削刀具20调节到锁定位置，外螺纹42被拧入(即转动)至内螺纹72中。由于齿腹距离e的减小，前向外齿腹表面46最初在最后的螺纹圈处抵接后向内齿腹表面78。通过随后将外螺纹42拧入内螺纹72中，在前向方向df上的每个顺序螺纹圈处，前向外齿腹表面46逐渐抵接后向内齿腹表面78，直到螺纹联接被完全拧紧并且旋转切削刀具20处于锁定位置。55.在锁定位置，公联接构件38可移除地固持在母联接构件68中。同样，外螺纹42和内螺纹72彼此螺纹接合。现在参考图7，前向头抵接表面64抵接前向保持器抵接表面94。根据本技术主题的一些实施例，面向后的头基座表面40可以抵接面向前的保持器前向表面70。后向内齿腹表面78可以抵接前向外齿腹表面46。前向内齿腹表面76可以与后向外齿腹表面48间隔开后向齿腹距离d1。内顶表面80可以与外底表面54间隔开一上距离d2。内底表面84可以与外顶表面50间隔开一下距离d3。后向齿腹距离d1、上距离d2和下距离d3大小都可以在后向方向dr上减小。56.由于所提供的减小的齿腹距离e构造(如上面所描述)，当组装时(即，螺纹接合)，外螺纹42与内螺纹72之间(即，后向内齿腹表面78与前向外齿腹表面46之间)的摩擦接合在从外螺纹42的最前一圈朝向最后一圈的方向上增加。特别地，具有在0.02°ꢀ≤γ≤ 1.0°范围内的锥角γ的构造确保了外螺纹42与内螺纹72沿着其整个轴向范围螺纹接合，在联接的前向端具有足够的摩擦接合用于牢固的附连。57.再次由于减小的齿腹面距离e的构造，有利地，当旋转切削刀具20被组装和工作时，与常规螺纹(例如，与直内螺纹螺纹接合的直外螺纹)相比，接触力在后向方向dr上更加高度集中。由于这种螺纹接合，旋转切削刀具20提高了抵抗侧向切削力的稳定性。58.尽管已经在一定程度上详细描述了本技术的主题，但是应当理解，在不脱离如后文所要求的本发明的精神或范围的情况下，可以进行各种改变和修改。









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