具体实施方式

现在参看图1-7，示出根据本公开的实施例的旋转切削工具10。总的来说，旋转切削工具10包括模块化钻机，模块化钻机包括工具柄12和可替换的切削头14，当组装模块化钻机10时，可替换的切削头接合工具柄12。虽然在所示的实施例中切削工具10包括模块化钻机，但应认识到，本公开的原理可应用于金属切削操作中的具有可替换切削尖端的任何旋转切削工具，例如铣削工具或另一类型的旋转工具，例如铰刀、丝锥等。另外，本文中对特定应用的描述不应限制使用旋转切削工具的范围和程度。

本文所使用的方向性短语，例如，左、右、前、后、顶部、底部及其派生词与附图中所示的元件的方向有关，并且不限制权利要求，除非其中明确陈述。在所有附图中，相同的部件具有相同的附图标记。

如本文在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大约”和“大体上”等词语修饰的值并不限于所指定的确切值。在至少一些情况下，近似用语可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以是组合和/或互换的，除非上下文或语言另外指示，否则此类范围得以确定并且包含其中所含的所有子范围。

在整个文本和权利要求中，关于值的范围(例如，“约22wt％到35wt％”)使用词“约”旨在修饰所列举的高值和低值两者，并反映与测量值、有效数字和互换性相关联的变化的模糊程度，这些全是如本公开所属领域的普通技术人员应当理解的。

出于本说明书的目的(除在操作实例中之外)，除非另有说明，否则表示成分的数量和范围、工艺条件等的所有数值在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。因此，除非相反地指示，否则本说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可取决于本公开寻求获得的期望结果而变化。最低限度地，并且不试图将等同原则的应用限于权利要求书的范围，至少应根据所报告的有效数字的数目并且通过应用一般舍入技术来解释每个数值参数。此外，如本说明书和所附权利要求中所使用，除非明确且不含糊地限于一个指示物，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在包含复数指示物。

尽管阐述本公开广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必定是由它们各自的测试测量中发现的标准偏差(包含测量仪器中发现的标准偏差)引起的。同样，应当理解，本文列举的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，范围“1至10”旨在包含在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间并且包含所述最小值和最大值的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值的范围。因为公开的数值范围是连续的，所以它们包含最小值和最大值之间的每个值。除非另有明确说明，否则本申请中指定的多种数值范围均为近似值。

在以下说明书和权利要求中，引用了具有以下含义的多个术语。

除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包含复数指代。

“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且所述描述包含事件发生的实例和事件不发生的实例。

如本文所使用，术语“伸长的”或“细长的”定义为比其宽度更长的某物。换言之，宽度小于其长度。

如本文所使用，术语“圆形”被定义为具有圆的形状的物体，即，具有简单封闭形状的物体。它是在平面中距给定点、中心的给定距离处的点的集合；等效地，它是由在平面中移动使得其距给定点的距离是恒定的点描绘出的曲线。任一个点与中心之间的距离称为半径。

如本文所用，“一对成角度的表面”定义为彼此不平行的任何两个表面，即，形成正相对角度。

如本文所用，“螺钉”定义为螺纹紧固件，其具有带螺旋形螺纹的锥形或非锥形柄，并且通过用工具旋转柄来驱动。

现在参考图1和2，模块化钻机10具有四个基本部件：

1)工具柄12；

2)切削头14；

3)联接销16；以及

4)致动构件18。

应注意，联接销16可与切削头14一体地形成，且因此模块化钻机10可仅包括三个基本部件。

现在参考图1-7，提供彼此直径相反的两个凹槽，在一些附图中仅可见一个凹槽。可见凹槽具有形成在切削头14中的凹槽或切削头凹槽部分20的一部分的侧向凹部形成部分。对应的或互补的侧向凹部或柄凹槽部分22形成于柄12中。

在图1-4的描绘中，切削头凹槽部分20在切削工具10的前端30处出现。前端30针对语义目的限定，并且是在切削操作期间接合工件(未示出)的一端。在切削操作期间，切削工具10安装在旋转切削工具中，随着切削进展而旋转并逐渐推进到工件(未示出)中。切削头14的与前端30相对的一端称为后端32。术语“前端”和“后端”是相同应用于轴杆12和切削头14的语义装置，因为它们表示相对于中心纵向轴线C_L的方向定向，而不是特定结构。前端30是穿透工件(未示出)的一端，并且后端32是与前端30相对的一端。

柄12的联接到切削头14且旋转切削头的部分称为凹穴34。凹穴34的主要元件包括两个大体上对称且相似的堞形壁区段36、38。将描述壁区段36，应理解，壁区段38是其大体上对称的对应物。每个壁区段36、38基本上是柄12的本体的连续部分，其沿着柄12的外周从柄12的中心底板部分40向上突出。每个壁区段36、38具有平滑外表面42，其与切削工具10的大体圆柱形外表面一致且大体上共同延伸。开孔44从工具柄12的中心底板部分40向下延伸以用于容纳联接销16的一部分。

每个壁区段36、38具有平面的竖直成角度的保持表面46、48和分别在竖直成角度的保持表面46、48和中心底板部分40之间的底切50、52。术语“竖直成角度的”限定为相对于切削工具10的中心纵向轴线C_L以非零角度A1(即，非平行)形成。换句话说，竖直成角度的保持表面46、48的角度A1相对于工具柄12的中心底板部分40不等于90度(即，非垂直的)。如图2所示，保持表面46、48的角度A1可以相对于工具柄12的中心底板部分40在约92度与约95度之间。位于中心底板部分40与保持表面46、48之间的底切50、52提供中心底板部分40与保持表面46、48之间的平滑过渡，从而减少由工具柄12与切削头12之间的过盈配合引起的应力并且机械加工操作期间施加在切削工具10上的力减小。在所示实施例中，底切50、52具有弓形轮廓。然而，应认识到，底切50、52可具有任何期望的轮廓以减少应力和力以在中心底板部分40与保持表面46、48之间提供断裂或释放。

一方面，每个壁区段36、38具有由底切58分开的一对V形接触表面54、56。一对V形接触表面54、56与另一对V形接触表面54、56相对地(即180度)定位。如下文更详细地描述，每对V形接触表面54、56与切削头14的V形接触表面形状互补。尽管在所示实施例中示出两对V形接触表面，但应认识到，本公开可以用任何所需数目的V形接触表面54、56来实践。

如图3和7中所示，一对V形接触表面54、56在轴线84处相交，该轴线位于在轴向方向上平行于中心纵向轴线C_L的竖直平面PV上。然而，竖直平面PV从中心纵向轴线C_L偏移一定距离D，以优化轴向支承和在切削操作期间产生的转矩的传递。此外，轴线84在径向方向上不垂直于中心纵向轴线C_L，这在将切削头14安装在工具柄12上时改善切削头14相对于工具柄12的居中。

如图6所示，V形接触表面54、56以约50度与约130度之间的范围内的角度A3形成。如图3所示，接触表面54相对于水平面PH以向上的角度A6定位在约45度至约85度之间的范围内。换句话说，接触表面54朝向切削头14的前圆锥形表面64向上成角度。相比之下，接触表面56相对于水平面PH以向上角度A7定位在约95度到约135度的范围内。应注意，水平平面PH基本上垂直于竖直平面PV。底切58提供接触表面54、56之间的连续且平滑的过渡，这允许减少在机械加工操作期间产生的应力。另外，当安装在工具柄12上时，底切58为切削头14提供间隙。在所示实施例中，底切58具有弓形轮廓。然而，应认识到，底切58可具有任何期望的轮廓以提供接触表面54、56之间的平滑过渡。

切削头14具有至少两个主切削边缘60(在图1中仅可见一个主切削边缘)、外围大体圆柱形外表面62，以及由于凹槽20的存在而中断或不完整的前圆锥表面64。

切削头14具有与切削部分相对或换言之面向切削头14的后端32的柄连接部分，其呈互锁构件的形式，该互锁构件布置成将切削头14保持在柄12的凹穴34内。在图1-7的实施例中，此互锁构件包括大体上截头圆锥形构件66，其沿着中心纵向轴线C_L居中定位。

截头圆锥形构件66提供对应于且接合凹穴34的互锁构件，凹穴34充当柄12的互锁构件。截头圆锥形构件66由于其相对于切削头14的底表面70成角度A2形成的特征截头圆锥形表面68而如此命名。如图2所示，截头圆锥形表面68的角度A2可以相对于工具柄12的中心底板部分40在约92度与约95度之间。如图2所示，角度A2可以不同于中心底板部分40与保持表面46、48之间的角度A1。例如，角度A1可以是约92度，并且角度A2可以是约93度。

当将切削头14组装到柄12中时，两个截头圆锥形构件66、68之间的尺寸差异引起过盈配合并且相对于中心纵向轴线C_L使切削头14准确地居中。结果，当圆锥形表面46和48在实现最终夹持之前进行初始接触时，与切削头14的V形接触表面76、78形状互补的V形接触表面54、56分开距离“d”(沿轴向方向测量)。一旦距离“d”闭合，截头圆锥形构件66、68将形成过盈配合。

截头圆锥形构件66包括在圆柱构件66的截头圆锥形表面68与底表面70之间延伸的倒角72。倒角72在切削头14安装到轴12上时为切削头提供间隙。截头圆锥形构件66还包括侧向凹部74，侧向凹部修改截头圆锥形表面68并且形成切削头凹槽部分20的一部分。

另一方面，切削头14具有由半径表面80分开的两对V形接触表面76、78(图4中仅一对可见)。一对V形接触表面76、78与另一对V形接触表面76、78相对地(即180度)定位。切削头14的V形接触表面76、78与工具柄12的V形接触表面54、56形状互补并协作。尽管在所示实施例中示出两对V形接触表面，但应认识到，本公开可以用单对V形接触表面76、78来实践。

类似于柄12的V形接触表面54、56，切削头14的V形接触表面76、78以相对于彼此在约50度与约130度之间的范围内的角度A4形成。半径表面80提供接触表面76、78之间的连续且平滑的过渡，这允许减少在机械加工操作期间产生的应力。另外，半径表面80与工具柄12的底切58协作。

本公开的切削工具10的一个益处和优点是当切削头14安装在工具柄12上时，工具柄12的V形接触表面54、56与切削头14的V形接触表面76、78接触。如图3所示，在机械加工操作期间，切削力在x和y两个方向上产生。与常规切削工具相比，V形接触表面54、56、76、78之间的接触提供了针对在机械加工操作期间产生的切削力的更大稳定性。这是因为与常规切削工具中仅在一个方向上相比，切削工具10的接触表面54、56、76、78的V形支承由切削力在x和y方向上产生的动量。当朝向工件驱动切削头时，表面78与54之间的接触力将使切削头的表面76保持与工具柄的表面56的接合，从而防止切削头与工具柄之间的相对运动。当钻机首次与工件接合且转矩低时(切削插入件的仅尖端是切削的)，这一点尤其重要。

如图5所示，螺纹开孔82形成于切削头14的底表面70中。因此，当组装切削工具10时，将切削头14和联接销16拧在一起。切削头14和联接销16两者均可供应在一起组装，因为当与切削头14相比时，联接销16的制造成本非常低。

如图1、2、5和7中所示，倒角表面86可形成于截头圆锥形表面68与向下面向V形接触表面76、78之间，以提供其间的平滑过渡且提供了抗裂纹能力。

如图1所示，致动构件18包括螺纹构件，如螺钉、螺栓等，并且在一端处具有螺纹部分88，并且在相对端处具有非螺纹部分90。另外，联接销16在一端处具有螺纹部分24，圆柱部分26的外径略微小于工具柄12中的开孔44的直径，使得圆柱部分26可至少部分地设置在其中。圆柱部分26具有凹口部分28，凹口部分具有一对成角度的侧壁28a、28b和其间的底表面或底座表面28c。

如图1和7所示，螺纹部分24能够接收在切削头14的螺纹开孔82中。一旦联接销16适当地旋入到切削头14中，切削头14就可以组装到工具柄12。为了将切削头14组装到工具柄12，操作员可以单手保持切削头14，并且沿着图3中的箭头方向朝工具柄12向下移动切削头14。如图3和4所示，在移动期间，切削头14的V形接触表面76、78使切削头14与工具柄12的对应V形接触表面54、56对准。

一旦V形接触表面54、56、76、78彼此对准，操作者将致动构件18拧入工具柄12中的螺纹开孔92中。如图7所示，使致动构件18沿第一方向旋转，如顺时针旋转，使得致动构件18沿箭头94的方向移动。当然，使致动构件18沿第二相反方向，如逆时针旋转，使得致动构件18沿与箭头94的方向相反的方向移动。

随着致动构件18沿箭头94的方向移动，致动构件18的非螺纹部分90最终接合联接销16的成角度的侧壁28a、28b中的一个，这使切削头14沿箭头96的方向相对于工具柄12向下移动，从而减小切削头14的底表面70与工具柄12的中心底板部分40之间的距离“d”。致动构件18拧入工具柄12中，直到底表面70中的任一个或全部以及中心底板部分40中的任一个或全部彼此邻接。同时，V形接触表面54、56、76、78中的任一个或全部彼此邻接。此时，切削工具10已放置在致动位置，并且从而适当地且牢固地安装在工具柄12上，准备好操作。

由于例如磨损等原因，切削头14从工具柄12的移除可以以下方式实现。首先，致动构件18沿第二方向(与箭头94相对)旋转以相对于工具柄12移动切削头14以将切削工具10放置在非致动位置。然后，如图1、图3、4和图5所示，使用扳手(未示出)逆时针旋转切削头14，扳手接合切削头14的相对侧上的一对工具凹部或凹口98。因此，切削头14和联接销16一起最终平移离开工具柄12。然而，旋转切削头14的每次发生都会引起工具柄12上的磨损。另外，取决于工具柄12与切削头14之间的过盈配合，可能需要过度的转矩来旋转切削头12，这给操作者造成一些困难。

除了在机械加工操作期间针对切削力提供高稳定性之外，与常规切削工具相比，V形接触表面54、56、76、78还充当斜坡以增加机械优点，并且有助于在切削头14从工具柄12移除期间以较少的切削头14旋转推动切削头。例如，可能仅需要旋转切削头14约60度就能从工具柄12移除切削头14。

应当认识到，本公开不受联接销16和致动构件18的设计限制，并且本公开可以用任何设计实践，只要联接销16与致动构件18协作以实现切削头14相对于工具柄12的向下移动。例如，图8-10中示出了图1-7的切削工具10的备选实施例。

现在参看图8-10，示出根据本公开的第二实施例的切削工具100，如模块化钻机。类似于第一实施例，第二实施例包括四个基本部件：

1)工具柄12；

2)切削头14；

3)联接销116；以及

4)致动构件118。

第二实施例与第一实施例基本上相同，但第二实施例中的销116和致动构件118不同于第一实施例中的销16和致动构件18。

类似于销16，销116具有一端处的螺纹部分124、圆柱部分126和减小的直径部分128。然而，第一实施例的凹口部分28具有在第二实施例中不存在的成角度的侧壁28a、28b。相反，第二实施例的销116的圆柱部分126和减小的直径部分128大体上是细长的，以便增加刚度以支承夹持力。另外，减小的直径部分128有助于沿着切削工具100的中心纵向轴线C_L对准切削头14和工具柄12。

销116的圆柱部分126包括凹口130，凹口由一对侧壁130a、130b，以及其间的底表面或底座表面130c限定。侧壁130a、130b可以彼此平行或不平行。另外，侧壁130a、130b可以垂直于或不垂直于底表面130c。在所示的实施例中，侧壁130a、130b彼此不平行，即侧壁130a、130b相对于彼此形成非零角度。另外，侧壁130a、130b不垂直于底表面130c，即，侧壁130a、130b相对于底表面130c形成不等于90度的角度。在所示实施例中，侧壁130a、130b中的每一个相对于底表面130c形成大于90度的角度。因此，侧壁130a、130b在远离底表面130c前进中彼此发散。

类似于致动构件18，致动构件118在一端处具有螺纹部分188。与在相对端处具有非螺纹部分90的致动构件18不同，致动构件118具有由一对截头圆锥形表面190a、190b限定的球状前部190。确切地说，截头圆锥形表面190a、190b彼此相邻设置，且在实施例中，由直径等于截头圆锥形表面190a、190b中的每一个的最大直径的薄圆柱形条分隔(如所示)。应注意，截头圆锥形表面190b设置成比截头圆锥形表面190a更靠近螺纹部分188。

类似于联接销16的螺纹部分24，联接销116的螺纹部分124能够接收在切削头14的螺纹孔82中，如图8-10中所示。一旦联接销116适当地旋入到切削头14中，切削头14就可以组装到工具柄12。类似于先前实施例，一旦V形接触表面54、56、76、78彼此对准，操作者将致动构件18沿图9中的箭头94的方向拧入工具柄12中的螺纹开孔92中。

致动构件118沿第一方向的旋转，如顺时针旋转，使致动构件118相对于工具柄12沿箭头94的方向移动。当致动构件118沿箭头94的方向移动时，致动构件118的截头圆锥形前部190最终接合联接销116的侧壁130a、130b中的一个，这造成切削头14沿箭头96的方向向下移动。由于切削头14相对于工具柄12的向下移动，切削头14的底表面70与工具柄12的中心底板部分40之间的距离d减小。确切地说，致动构件118的截头圆锥形前部190的成角度的表面190a接合联接销116的侧壁130a。如图10所示，致动构件118拧入工具柄12中，直到底表面70中的任一个或全部以及中心底板部分40中的任一个或全部彼此邻接。同时，V形接触表面54、56、76、78中的任一个或全部彼此邻接。此时，切削头14已放置在致动位置，并且从而牢固地安装在工具柄12上，准备好操作。

由于例如磨损等原因，切削头14从工具柄12的移除可以以下方式实现。致动构件118沿与第一方向相反的第二方向旋转，如逆时针旋转，使得致动构件118沿图10中的箭头194的方向移动。当致动构件118沿箭头194的方向移动时，致动构件118的截头圆锥形前部190接合联接销116以使联接销116沿由箭头196指示的向上方向移动。确切地说，致动构件118的截头圆锥形前部190的成角度的表面190b接合联接销116中的凹口130的侧壁130b，从而使切削头14沿箭头196方向相对于工具柄12移动。在此实施例中，与图1-7中所示的先前实施例不同，不需要扳手来相对于工具柄12旋转切削头14。

除了在机械加工操作期间针对不同方向(即，x和y方向)上的切削力提供高稳定性之外，V形接触表面54、56、76、78还充当在最终夹持之前定位切削头的引导件。与常规模块化切削工具不同，切削头14的旋转对于夹持是不必要的。在图8-10中所示的实施例中，不需要切削头14的旋转来从工具柄12完全移除切削头14。

如上文所描述，本公开的切削工具10、100具有以下益处和优点：

1)V形接触表面54、56、76、78针对在机械加工操作期间产生的切削力提供高稳定性。

2)切削工具10、100易于制造，从而降低制造成本。

3)V形接触表面54、56、76、78在切削头14安装到工具柄12期间充当引导表面。

4)当工具柄由于在机械加工操作期间产生的切削力而可能变形时，切削头14与工具柄12之间的过盈配合有助于在机械加工操作期间保持它们之间的接触。

5)在致动构件18、118的移动期间产生的转矩可以用转矩扳手控制。

6)由于损坏，移除切削头14不需要切削头14的旋转。

7)有限元分析(FEA)模拟显示，与常规切削工具相比，工具柄12和切削头14在机械加工操作期间展现较低的应力，从而延长工具寿命。

尽管已经描述了当前的优选实施例，但是本公开可以在所附权利要求的范围内以其它方式实施。