專利名稱：在實心碳化物工具中同時成形多個槽的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制造旋轉刀具的方法，該旋轉刀具是通過粉末冶金法形成的、用于去除切屑的機加工、具有至少兩個螺旋延伸的切屑槽。本發明還涉及一種用于執行此類方法的系統。
背景技術：
諸如麻花鉆頭或端銑刀等工具總體上是從燒結的圓柱形坯料開始制造的，在該燒結的圓柱形坯料中磨削出了切屑槽并且形成了沒有槽的柄部分。有時，隨后將一種磨削的坯件附接到一個圓柱形柄部上以形成最終的工具。這是一種昂貴并且耗時的制造途徑。這個問題已經部分地通過對在承載件中混合的硬質金屬進行擠出模制來解決，如在美國專利號4779440中披露的。一種擠出的鉆頭(具有沿著坯件外周的多個恒定間距的切屑槽)是通過將一種硬質金屬粉末加熱到擠出溫度、將該加熱后的粉末壓制穿過在轉動該坯件時由一個心軸和一個噴嘴限定的空間而獲得的。通過在經過該噴嘴內部設置的一個螺旋脊的方向上的擠出來引導該坯件，以便沿著該坯件成型多個切屑槽。這種已知技術的一個缺點在于，這些切屑槽是沿著坯件的整個長度獲得的并且在被切割成適當長度之后必須連接到一個柄部上以便提供一個安裝在機床中的適當部分。
在WO 00/74870中披露了另一個方案，根據該方案通過擠出過程形成坯件而制造了一種旋轉刀具，如螺旋鉆頭或者像端銑刀。在擠出過程中，使一種混合物穿過一個模口，該模口對該混合物的外部周邊表面提供了圓柱形的形狀。在模口的下游布置了多個夾鉗以便引導該混合物。每個夾鉗包括一個用于接合所擠出的塊體外表面的螺旋脊以便促使螺旋凹槽在其中形成，該螺旋凹槽構成了該刀具中的一個切屑槽。在擠出過程中，這些夾鉗遠離該混合物移動以便終止切屑槽的形成、并且因此在刀具上形成一個柄部分。這種方法的缺點是，這些冷卻通道可能受到這些槽的形成的不良影響。一組夾鉗僅可以產生一種類型的槽幾何形狀。如果希望不同的間距，則必須使用一組不同的夾鉗。這些冷卻通道是在扭絞過程中形成的。
美國公開號2008/0152444A1也描述了一種在擠出本體時在刀具本體中形成多個槽的方法。該方法使用了多個鑿子，這些鑿子在較軟的材料于它被擠出時燒結之前在其中形成了多個槽。這些鑿子是可伸縮的，因而可以在將生坯本體與擠出機器分開之前形成不帶槽的柄部分。雖然上面討論的這些方法存在改進，但此類方法局限于所形成的槽的尺寸精確性以及可以形成的槽的數量，因為在這個階段所要切割的材料是軟的并且難以按良好的精確性來切割。此外，至于上面已經討論的這些方法，此類方法僅適用于擠出的桿、并且不適用于通過直接壓制所制成的桿。
因此，對于形成切削刀具的改良方法以及執行此類方法的系統存在需要。發明內容
因此，本發明的實施方案著手解決現有技術中的缺陷，這些實施方案針對的是一種用于在一個旋轉切削刀具中同時成形多個槽的系統以及用于形成旋轉切削刀具的一種方法。
作為本發明的一個方面，提供了一種用于在一個旋轉切削刀具中同時成形多個槽的系統。該系統包括一個夾頭，該夾頭被適配成用于夾持一個生坯桿構件并且將該生坯桿構件圍繞一條第一軸線選擇性地轉動并且使該生坯桿構件沿著該第一軸線平移。該系統進一步包括一個機構，該機構被適配成用于當該生坯桿構件圍繞該第一軸線轉動并且沿著該第一軸線平移時在該生還桿構件中同時機加工多個槽。
該機構可以包括一個第一切削刀具，該第一切削刀具被適配成用于圍繞一條第二軸線選擇性旋轉并且平移；以及一個第二切削刀具，該第二切削刀具被適配成用于圍繞一條第三軸線選擇性旋轉并且平移，其中，該第一和第二切削刀具均被適配成用于接合在該生坯桿構件的多個部分上并且同時地在這些部分上進行機加工操作。
該第一和第二切削刀具各自可以包括一個端銑刀。
該第一和第二切削刀具各自可以包括一個磨削輪。
該機構可以進一步包括一個第三切削刀具，該第三切削刀具被適配成用于圍繞一條第四軸線選擇性地轉動并且平移，其中該第三切削刀具被適配成用于接合在該生坯桿構件上并且與該第一和第二切削刀具同時地在該生坯桿構件上進行機加工操作。該機構進一步包括一個第四切削刀具，該第四切削刀具被適配成用于圍繞一條第五軸線選擇性地轉動并且平移，其中該第四切削刀具被適配成用于接合在該生坯桿構件上并且與該第一、第二和第三切削刀具同時地在該生坯桿構件上進行機加工操作。
作為本發明的另一個方面，提供了一種用于形成旋轉切削刀具的方法。該方法包括:將一個生坯桿構件固定在一個夾頭機構中，該夾頭機構被適配成以預定的方式圍繞一條第一軸線轉動并且沿著該第一軸線平移；在該生坯桿構件中同時成形多個槽；將該生坯桿構件從該夾頭機構中移除；燒結該生坯桿構件以便產生一個燒結的桿構件；并且在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作以便產生最終的旋轉切削刀具。
在該生坯桿構件中同時成形多個槽可以包括使用多個端銑刀同時機加工多個槽。
在該生坯桿構件中同時成形多個槽可以包括使用多個磨削輪同時機加工多個槽。
使用多個端銑刀同時機加工多個槽可以包括當通過多個端銑刀來機加工該生坯桿構件時將該生坯桿構件圍繞該第一軸線轉動并且使該生坯桿構件沿著該第一軸線平移。
在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作可以包括:在該燒結的桿構件上進行一個磨削操作；并且對該燒結的桿構件的至少多個選定的部分進行最終的珩磨。
在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作可以包括:對該燒結的桿構件施加一個涂層。
通過參見附圖而考慮以下說明和所附權利要求時，本發明的這些和其他目的、特征和特性，連同操作的方法和結構的多種相關要素的功能和多個部分的組合以及制造的經濟性將變得更加清楚，所有這些形成了本說明書的一部分，其中類似的參考號標明不同圖中相應的部件。但是，應明確理解的是這些附圖僅是用于展示和說明的目的，而不旨在作為對本發明的界限的限定。


當結合這些附圖來閱讀時，可以從以下對優選實施方案的說明中獲得對本發明的全面理解，在附圖中:
圖1是根據本發明的一個示例性實施方案的一種用于形成碳化物旋轉切削刀具的系統的示意性側視圖2是圖1的系統的示意性仰視圖3是根據本發明的另一個示例性實施方案的一種用于形成碳化物旋轉切削刀具的系統的示意性側視圖4是圖3的系統沿圖3的線4-4截取的另一個示意性側視圖5是根據本發明的又另一個示例性實施方案的一種用于形成碳化物旋轉切削刀具的系統的不意性仰視圖6是根據本發明的另外一個示例性實施方案的一種用于形成碳化物旋轉切削刀具的系統的示意性仰視圖；并且
圖7是根據本發明的一個示例性實施方案的一種用于形成旋轉切削刀具的實例方法。
具體實施方式
這里使用的方向性詞語(例如像:左、右、前、后、頂部、底部及其派生詞)涉及在附圖中示出的這些構件的取向，并且對于權利要求并非進行了限制，除非在此明確地引述。在所有附圖中對相同的部件提供相同的參考號。
如在此使用的，術語“多個(number)”應該被用于是指任何非零的數量(B卩，一或大于一的任何數量)。
如在此使用的，術語“多個”或“復數個”應該被用于指代任何兩個或更多的數量(即，大于一的任何數量)。
如在此使用的，術語“大約”應該被用于指在一個在具體確定的點的附近、或者在該點處的點(即，鄰近)。
圖1和2分別描繪了根據本發明的一個實施方案用于在一個旋轉切削刀具中同時成形多個槽的一種實例系統10的不意性側視圖和仰視圖。系統10包括一個夾頭12或其他被適配成以受控的方式圍繞一條第一軸線14選擇性旋轉并且平移的適當機構。優選地，夾頭12圍繞第一軸線14的選擇性旋轉和平移受到一種處理裝置的控制，例如該處理裝置如計算機15或其他合適的機構。夾頭12被適配成用于牢固地夾持一個生坯桿構件16。優選地，夾頭12的夾鉗應以足夠的剛性來把持生坯桿構件16以便在不粉碎或捏碎該生坯材料的情況下操作。如在此使用的，術語“生坯”應該被用于指代一種尚未被完全燒結的材料(即，未被燒結的或部分燒結的)。生坯桿構件16可以由以下材料形成:碳化物、金屬陶瓷、陶瓷、鋼、或其他在被放置在夾頭12中之前通過擠出、壓制或任何其他合適的成形過程在一個總體上圓柱形的桿構件上已經成形的適當材料。在一些實施方案中，生坯桿構件16可以包括一個或多個可以用于將冷卻劑遞送至完成的切削刀具的選定部分處的通孔。取決于所希望的應用，能以預定的間距形成直的或螺旋的此類通孔。此外，生坯桿構件16可以是由一個末端封閉的管形成的一個中空桿(為了減少使用的材料)或可以是由多種材料形成的一個復合桿(例如而不限于由一種不太貴的材料和用于該切削部分的生坯材料形成的一個柄部)。
該系統10進一步包括一個機構18，該機構被適配成用于當該生坯桿構件16通過夾頭12的受控移動而圍繞第一軸線14轉動并且沿著它平移時在生坯桿構件16中同時機加工多個槽。在圖1和2展示的一個示例性實施方案中，機構18包括一個第一旋轉切削刀具20，該第一旋轉切削刀具被適配成用于圍繞一條第二軸線22選擇性地旋轉并且平移；以及一個第二旋轉切削刀具24，該第二旋轉切削刀具被適配成用于圍繞一條第三軸線26選擇性地旋轉并且平移，使得該第一和第二旋轉切削刀具20、24可以選擇性地接合生坯桿構件16并且對該生坯桿構件同時進行機加工操作，以便在生坯桿構件16中形成對應的槽28a和28b。優選地，在不背離本發明的范圍的情況下，第一和第二旋轉切削刀具20、24是球頭立銑刀，但還可以利用其他適合的旋轉切削刀具。第一和第二旋轉切削刀具20、24的選擇性旋轉和平移可以通過使用類似于夾頭12的機構或任何其他至少能以預定的方式旋轉并且平移一個切削刀具的適當機構來進行。應理解，一個或多個生坯桿構件16、第一旋轉切削刀具20和第二旋轉切削刀具24的旋轉和平移的不同方案可以被設計為以所希望的安排來形成槽28a和28b。
應了解的是，通過選擇性控制生坯桿構件16圍繞第一軸線14的旋轉和平移，當僅使第一和第二旋轉切削刀具20、24圍繞其相應的軸線22、26旋轉(即，不平移切削刀具20、24)時，就可以選擇性地改變在生坯桿構件16中形成的槽28a和28b的螺旋角Θ (圖1)。同樣地，通過控制第一和第二旋轉切削刀具20和24之一或二者沿著第二和第三軸線22和26的平移可以選擇性地改變槽28a或28b之一的深度(未編號)。此外，通過改變旋轉切削刀具20、24的前導端(未編號)的形狀可以改變槽28a或28b之一的軸向截面形狀。
盡管在圖2中顯示的是圍繞生坯桿構件16相對彼此總體上以180°間隔開，但應了解的是，可以將第一和第二旋轉切削刀具24和24圍繞生坯桿構件16以其他間隔布置，而不背離本發明的范圍。
還應了解的是，本發明考慮了能以預定的方式選擇性地調整第二和第三軸線22和26的位置和取向(即，圍繞一條或多條其他軸線平移和/或旋轉)以便如具體應用所希望的來改變在生坯桿構件16中的槽的形成，并且這樣，第二和第三軸線22和26的取向不局限于在此所述和描繪的位置。
圖3和4描繪了根據本發明的另一個實施方案的一種實例系統40的示意性側視圖，該實例系統是用于在一個旋轉切削刀具中同時地形成多個槽。正如此前所討論的系統10 一樣，系統40包括一個夾頭12或其他合適的機構，該機構被適配成夾持一個生坯桿構件16并且以受控制的方式圍繞一條第一軸線14來選擇性地旋轉和平移的此類桿構件。然而，不同于系統10 (其米用第一和第二旋轉切削刀具20和24作為機構18的用于同時機加工多個槽的這些部分)，圖3和4的系統40利用一種機構42，該機構相反地采用了一個第一磨削輪44和一個第二磨削輪46以便在生坯桿構件16中分別形成槽48a和48b。在這樣的實施方案中，第一和第二磨削輪44和46各自被連接至可旋轉構件(未顯示)上，該可旋轉構件被適配成使連接至其上的磨削輪44和46中的相應一個圍繞各自的軸線50、52選擇性地旋轉。具有這樣的可旋轉構件的適當機構在本領域是公知的。
繼續參見圖3和4，通過改變第一或第二軸線50、52相對于一個垂直于第一軸線14的平面的角度Ψ，可以選擇性地改變在生坯桿構件16中形成的槽48a、48b的螺旋角Θ(圖3)。通過改變軸線50、52之任一者與第一軸線14之間的相應距離da、db圖3)可以選擇性地改變槽48a和48b各自的深度(未編號)。此外，通過改變以下之一或二者可以改變槽48a或48b之任一者的軸向截面形狀:磨削輪44和46的磨削邊緣(未編號)的形狀和/或此類磨削輪繞之轉動的軸線的角度零連同生坯桿構件16的平移和/或轉動速度(B卩，Θ將不等于零)。
盡管在圖3和4中顯示的是圍繞生坯桿構件16相對于彼此總體上以180°間隔開，但應了解的是，可以將第一和第二磨削輪44和46圍繞生坯桿構件16以其他間隔來布置，而不背離本發明的范圍。
還應了解的是，本發明考慮了能以預定的方式選擇性地調整軸線50和52之任一或兩者的位置和/或取向(即，圍繞一條或多條其他軸線平移和/或旋轉)以便如具體應用所希望的來改變在生坯桿構件16中的槽的形成，并且這樣，軸線50和52的取向不局限于在此所述的和描繪的位置。
圖5和6描繪了本發明的另外的實施方案的實例的示意性仰視圖，展示了如先前所述的用于在被安裝在一個夾頭12中的生坯桿構件16中同時機加工其他個數的多個槽的系統。更特別地，圖5描繪了一種系統10’，該系統類似于系統10 (如先前所討論的)，其中添加了一個第三旋轉切削刀具60以及一個第四旋轉切削刀具64，該第三旋轉切削刀具圍繞一條第四軸線62可轉動并且可平移的并且該第四旋轉切削刀具也圍繞一條第五軸線66可旋轉和可平移的，使得第一、第二、第三以及第四旋轉切削刀具20、24、60、64各自被適配成同時接合在生坯桿構件16的多個部分上并且在這些部分上進行機加工操作。同樣地，圖6描繪了一種系統10”，該系統利用三個旋轉切削刀具20、24以及60來同時接合在被安裝于夾頭12上的生坯桿構件16的多個部分上并且在這些部分上進行機加工操作。
盡管圖5和6顯示了旋轉切削刀具(比如端銑刀)用于在生坯桿構件16中同時形成多個槽的用途，但應了解的是，本發明考慮了能以圖5和6中所示的類似構型來相反地使用磨削輪(例如結合圖3和4所述的)。
還應了解的是，本發明考慮了能以預定的方式選擇性地調整軸線22、26、62或66中的任一個的位置和取向(即，圍繞一條或多條另外軸線平移和/或旋轉)以便如具體應用所希望的來改變在生坯桿構件16中的槽的形成，并且這樣，軸線22、26、62或66的取向不局限于在此所述的和描繪的位置。
已經如此描述了根據本發明的多個機加工系統的示例性實施方案，現在將結合圖7來描述一種使用圖1和2中的系統10來形成根據本發明的旋轉切削刀具的實例方法100。然而，應了解的是此類方法可以使用根據本發明的任何系統類似地來執行，并且這樣，對圖1和2中的要素的具體引用并不旨在進行限制，而是僅為舉例的目的提供的。
作為一個第一步驟102，將生坯桿構件16 (先前通過任何合適的裝置形成)安裝在夾頭12上。接著在步驟104，在生坯桿構件16中同時形成多個槽28a、28b。可以通過由兩個或更多個旋轉切削刀具(例如而不限于端銑刀)或磨削輪進行的機加工或磨削操作來進行多個槽的同時形成。此類機加工或磨削操作可以在使該生坯桿構件16圍繞第一軸線14(通過夾頭12)旋轉并且平移時進行。
一旦已經形成槽28a和28b，就將該帶槽的生坯桿構件16從夾頭12中移出，比如在步驟106中所示。
從夾頭12中移出后，燒結該帶槽的生坯桿構件16，比如在步驟108中所示，是通過任何合適的裝置，從而產生一個燒結的桿構件。
燒結后，接著在必要時將該燒結的桿構件磨削成所希望的成品形狀和/或公差，比如在步驟110中所示。
任選地，如步驟112所示，可以珩磨該燒結的帶槽的桿構件的切削刃，或者在必要時可以通過任何合適的手段將這些槽拋光，由此產生了根據本發明的最終的旋轉切削刀具。
任選地，如步驟114所示，通過合適的手段(例如而不限于CVD、PVD)可以對該燒結的桿構件施加一個涂層(例如而不限于TiN或TiAIN)。
應了解的是，該形成旋轉切削刀具的方法因為許多原因而總體上比其他已知的方法更快。首先，一次形成多個槽總體上比在給定的時間單獨形成各個槽更快。其次，這些桿和槽的最終磨削可以更快完成，因為相比于從實心桿磨削將需要去除較少的材料。另外，應了解的是，通過在生坯桿構件上進行大部分機加工操作，實現了更多的優點。作為一個優點，如該生坯材料總體上是特別軟的，用于在生坯桿構件中形成這些槽的機加工工具的磨損速率被減小，因此增加了每個機床在需要更換之前生產的工具的量。作為另一個優點，在機加工過程中從生坯桿構件中去除的材料容易回收用于形成其他生坯桿，因此總體上消除了昂貴的廢物材料。
雖然已對本發明的具體實施方案進行了詳細的說明，但本領域的普通技術人員應認識到鑒于本披露的整體傳授內容可以對在此提供的這些細節發展出不同的修改和替代方案。因此，所披露的具體安排僅是說明性的，而不作為對本發明的范圍的限制，本發明的范圍應涵蓋在所附權利要求以及其任何和所有的等效物的全部廣度內。
在權利要求中，置于括號之間的任何參考符號不應被解釋為限制該權利要求。詞語“包括(comprising)”或“包含(including)”不排除存在除一項權利要求中列出的那些以外的要素或步驟。在列舉了若干個手段的裝置權利要求中，這些手段中的若干可以通過同一款硬件來實施。在一個要素之前的詞語“一個”或“一種”并不排除存在多個這樣的要素。在列舉了若干手段的任何裝置權利要求中，這些手段中的若干可以通過同一個硬件物體來實施。在相互不同的從屬權利要求中敘述了某些要素這個事實并不表示這些要素不能以組合方式使用。
權利要求
1.一種用于在旋轉切削刀具中同時形成多個槽的系統，該系統包括: 一個夾頭，該夾頭被適配成用于夾持一個生坯桿構件并且將該生坯桿構件圍繞一條第一軸線選擇性地轉動并且使該生坯桿構件沿著該第一軸線平移；以及 一個機構，該機構被適配成用于當該生坯桿構件圍繞該第一軸線轉動并且沿著該第一軸線平移時在該生坯桿構件中同時機加工多個槽。
2.如權利要求1所述的系統，其中，該機構包括: 一個第一切削刀具，該第一切削刀具被適配成用于圍繞一條第二軸線選擇性地轉動并且平移；以及 一個第二切削刀具，該第二切削刀具被適配成用于圍繞一條第三軸線選擇性地轉動并且平移；其中該第一和第二切削刀具被適配成用于接合在該生坯桿構件的多個部分上并且在這些部分上同時進行機加工操作。
3.如權利要求2所述的系統，其中該第一和第二切削刀具各自包括一個端銑刀。
4.如權利要求2所述的系統，其中該第一和第二切削刀具各自包括一個磨削輪。
5.如權利要求2所述的系統，其中該機構進一步包括: 一個第三切削刀具，該第三切削刀具被適配成用于圍繞一條第四軸線選擇性地轉動并且平移，其中該第三切削刀具被適配成用于與該第一和第二切削刀具同時地接合在該生坯桿構件上并且在該生還桿構件上進行機加工操作。
6.如權利要求5所述的系統，其中該機構進一步包括: 一個第四切削刀具，該第四切削刀具被適配成用于圍繞一條第五軸線選擇性地轉動并且平移，其中該第四切削刀具被適配成用于與該第一、第二和第三切削刀具同時地接合在該生還桿構件上并且在該生還桿構件上進行機加工操作。
7.一種用于形成旋轉切削刀具的方法，該方法包括: 將一個生坯桿構件固定在一個夾頭機構中，該夾頭機構被適配成以預定的方式圍繞一條第一軸線轉動并且沿著該第一軸線平移； 在該生坯桿構件中同時成形多個槽； 將該生坯桿構件從該夾頭機構中移除； 燒結該生坯桿構件以便產生一個燒結的桿構件；并且 在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作以便產生最終的旋轉切削刀具。
8.如權利要求7所述的的方法，其中在該生坯桿構件中同時成形多個槽包括使用多個端銑刀同時機加工多個槽。
9.如權利要求7所述的的方法，其中在該生坯桿構件中同時成形多個槽包括使用多個磨削輪同時機加工多個槽。
10.如權利要求8所述的方法，其中使用多個端銑刀同時機加工多個槽包括當通過該多個端銑刀來機加工該生坯桿構件時將該生坯桿構件圍繞該第一軸線轉動并且使該生坯桿構件沿著該第一軸線平移。
11.如權利要求7所述的的方法，其中在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作包括: 在該燒結的桿構件上進行磨削操作；并且對該燒結的桿構件的至少多個選定的部分進行最終的珩磨。
12.如權利要求11所述的方法，其中在該燒結的桿構件上進行一個或多個磨削操作包括: 對該燒結的 桿構件施加一個涂層。
全文摘要
本發明涉及在實心碳化物工具中同時成形多個槽的系統和方法。一種用于在碳化物旋轉切削刀具中同時成形多個槽的系統包括一個夾頭，該夾頭被適配成用于夾持一個生坯桿構件并且將該生坯桿構件圍繞一條第一軸線選擇性地轉動并且使該生坯桿構件沿著該第一軸線平移。該系統進一步包括一個機構，該機構被適配成用于當該生坯桿構件圍繞該第一軸線轉動并且沿著該第一軸線平移時在該生坯桿構件中同時機加工多個槽。
文檔編號B24B19/04GK103100949SQ20121045679
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者P·K·梅洛特拉, C·R·達弗斯, E·T·雷布托伊 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司