CN105939805B

CN105939805B - 立铣刀以及切削加工物的制造方法

Info

Publication number: CN105939805B
Application number: CN201580005903.1A
Authority: CN
Inventors: 黑田雅彦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2018-02-02
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: US10010951B2; US20170008098A1; JPWO2015115484A1; WO2015115484A1; CN105939805A; EP3100810B1; JP6412022B2; EP3100810A1; EP3100810A4

Abstract

本发明提供一种在切屑的排出量变多的加工条件下切屑排出性也良好的立铣刀。立铣刀(10)具备：具有旋转中心轴线(O)的立铣刀主体(1)；立铣刀主体(1)的前端侧的三个以上的副切削刃(2)；副切削刃(2)的后方的外周刃(5)；外周刃(5)间的切屑排出槽(7)；以及隔着切屑排出槽(7)而位于外周刃(5)的对面侧的后棱(3)，外周刃(5)间的各切屑排出槽(7)的与旋转中心轴线(O)垂直的横剖面的形状具有外周刃(5)侧的第一凹曲线(12)、后棱(3)侧的第二凹曲线(13)、以及两条凹曲线(12、13)间的突起(14)，突起(14)的两侧线由凹曲线构成，从以旋转中心轴线(O)为中心而在立铣刀主体(1)内描绘的最大直径的圆(c)至突起(14)的顶点(P)的距离(h)与从圆(c)至外周刃(5)的距离(H)之比(h/H)为0.1‑0.4倍。

Description

立铣刀以及切削加工物的制造方法

技术领域

本发明涉及立铣刀以及切削加工物的制造方法。

背景技术

立铣刀应用于工件的切槽、切片等，需要将因切削而产生的切屑顺畅地排出。例如，在专利文献1中记载有如下内容：在加工铝系等的延展性高的工件时，对于切屑缠绕于立铣刀主体而使切屑堵塞这样的问题，在前刀面上设置3条以上的多条断屑槽，从而改善切屑从前刀面的脱离。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-110655号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所公开的立铣刀中存在如下问题，即，关于多条断屑槽的形状，若切削刃的数量增多至三个以上，则切屑排出槽的容量变小，断屑槽的断开切屑的效果变弱，尤其是，在增大进刀量的情况下存在如下问题，即，切屑越过断屑槽而使断屑槽无法发挥出断屑的功能，切屑排出性降低而使切削长度变短。

解决方案

本实施方式的立铣刀具备：具有旋转中心轴线的立铣刀主体；设于该立铣刀主体的前端侧的三个以上的副切削刃；设于该副切削刃的后方的外周刃；分别设于该外周刃之间的切屑排出槽；以及隔着该切屑排出槽而位于所述外周刃的对面侧的后棱，设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状具有设于所述外周刃侧的第一凹曲线、设于所述后棱侧的第二凹曲线、以及设于所述第一凹曲线与所述第二凹曲线之间的突起，并且所述突起的两侧线由凹曲线构成，从以所述旋转中心轴线为中心而在所述立铣刀主体内描绘的最大直径的圆c至所述突起的顶点的距离h与从所述圆c至所述外周刃的距离H之比(h/H)为0.1～0.4倍。

发明效果

根据本实施方式的立铣刀，由于以使切屑排出槽的横剖面形状由两条凹曲线构成的方式，在切屑排出槽形成有两个凹曲面，因此在副切削刃以及与其连续的外周刃的数量较多为三个以上的多刃立铣刀中，在切屑排出槽的容积较小的情况下，也可以使包含两条凹曲线的面作为断屑部来发挥功能，切屑排出性良好。另外，由于设于两条凹曲线间的突起的高度相对于切屑排出槽的深度为0.1～0.4倍，因此切屑因突起而浮起，不会与立铣刀主体全面接触，容易从立铣刀主体脱离。并且，在脱离后的切屑进入立铣刀主体的切屑排出槽的后方时，突起不会阻碍切屑的行进，因此即使在进刀量较大而产生厚切屑的情况下，也能够抑制切屑堵塞。其结果是，能够使切削长度变长。

附图说明

图1是关于本实施方式的立铣刀的实施方式而从前端观察的主视图。

图2是图1的立铣刀的具有切屑排出槽的位置处的与立铣刀的旋转中心轴线正交的横向剖视图。

图3是图2的立铣刀的突起附近的放大图。

图4是图1的立铣刀的侧视图。

图5是表示使用图1～4的立铣刀对被切削件进行切削加工的切削加工物的制造方法的示意图。

具体实施方式

图1～4的立铣刀10是整体式的立铣刀，至少包括切削刃9在内的部分由超硬合金、金属陶瓷、cBN等硬质材料构成，并具备以立铣刀10的旋转中心轴线O为中心的直径D的大致圆柱状的立铣刀主体1。如图4所示，立铣刀主体1由柄部15与切削刃部16构成。根据图1的从前端观察的主视图，立铣刀10具备：具有旋转中心轴线O的立铣刀主体1；设于立铣刀主体1的前端的三个以上(在图1中为6个)的副切削刃2；从各副切削刃2起沿立铣刀10的旋转方向分别设置的切屑排出槽7；以及在切屑排出槽7中设于副切削刃2的外周端的对面侧的位置的后棱(heel)3。在图1的从前端观察的主视图中，在副切削刃2的反转方向上设有前端后隙面4。根据本实施方式，在副切削刃2的数量为4个以上、尤其是多至6个以上、各切屑排出槽7的容量较小的情况下尤为有效。

另外，如图4所示，切屑排出槽7在立铣刀主体1的外周从立铣刀主体1的前端起在规定的长度的范围内设置为螺旋状，在切屑排出槽7的外周端，存在设于各副切削刃2的后方的外周刃5。外周刃5与副切削刃2在拐角8处圆滑地连结，作为切削刃9而发挥功能。在切屑排出槽7与副切削刃2之间，通过形成切口而设有平面状的前刀面6。在图1中，看不到前刀面6，通过标注括号而表示前刀面6的位置。前刀面6与前端后隙面4的交叉两侧线为副切削刃2。需要说明的是，在图4中，旋转中心轴线O由虚线表示。

如具有切屑排出槽7的位置处的与旋转中心轴线O正交的横向剖视图、即图2所示，立铣刀10具备外周刃5、切屑排出槽7、以及隔着切屑排出槽7位于外周刃5的对面侧的后棱3。

在本实施方式中，设于外周刃5间的各切屑排出槽7的横剖面形状具有：设于外周刃5侧的凹曲线的第一凹曲线12和设于后棱3侧的第二凹曲线13这两条凹曲线；以及将该两条凹曲线作为两侧线而设置的突起14。换句话说，在设于外周刃5间的各切屑排出槽7的横剖面形状中，突起14的前端设置在穿过旋转中心轴线O以及延长立铣刀主体1的第一凹曲线12的外周刃5侧的曲线与第二凹曲线13的后棱3侧的曲线而成的交叉部的直线上。因此，在图2的横向剖视图中，从突起14的顶点朝向裙边部的两侧线(突起14的表面的形状)为凹曲线。换句话说，在切屑排出槽7中具有第一凹曲面与第二凹曲面这两个曲面，在它们之间设有从顶点朝向裙边部的两壁面为凹曲面的突起14。即，切屑排出槽7的第一凹曲面、第二凹曲面、突起14从前刀面6的终端至切削刃部16的终端呈螺旋状延伸。在侧视观察下，突起14为突条，且呈螺旋状延伸。换句话说，突起14沿着切屑排出槽7连续存在。由此，将切屑沿着突起14顺畅地排出。

另外，从以旋转中心轴线O为中心而在立铣刀主体2内描绘的最大直径的圆c至突起14的顶点的距离h(相当于突起14的高度)与从圆c至外周刃5的距离H(相当于切屑排出槽7的深度)之比(h/H)为0.1～0.4倍。比(h/H)的期望范围为0.1～0.3倍，尤其期望的范围为0.1～0.2倍。

由此，即使在切屑排出槽7较小的情况下，也可以将包含两条凹曲线的面作为断屑部来发挥功能，切屑排出性良好。并且，切屑因突起而浮起，不会与切屑排出槽7的立铣刀主体1的表面进行全面接触，容易从立铣刀主体1脱离，并且在从立铣刀主体1脱离的切屑进入切屑排出槽7的后方时，突起不会阻碍切屑的行进，因此即使在进刀量较大而产生厚切屑的情况下，也能够抑制切屑堵塞。

需要说明的是，在立铣刀1的横向剖视图即图2中，切屑排出槽7的深度H是从旋转中心轴线O与外周刃5的线段长度减去芯厚度d的一半的长度(d/2)后的长度。另外，在图2中，芯厚度d是以立铣刀主体1的旋转中心轴线O为中心而在立铣刀主体1内描绘的最大的直径，且是通过切屑排出槽7的最深点的圆c的直径。在立铣刀10的横向剖视图即图2中，突起14的高度h是从旋转中心轴线O与突起14的顶点的距离减去芯厚度d的一半的长度(d/2)后的长度。

另外，根据本实施方式，在副切削刃2与切屑排出槽7之间设有平面状的前刀面6。即，通过形成切口而成为平面状的前刀面6，在前刀面6上未设置第一凹曲线12、第二凹曲线13、突起14。因此，在副切削刃2上也不会形成与第一凹曲线12、第二凹曲线13、突起14连续的凹凸。其结果是，副切削刃2中的切削阻力不会变高，能够抑制加工面粗糙、切屑堵塞、或副切削刃破损等情况。

在此，在图2的横向剖视图中，从突起14的顶点朝向裙边部的两侧线是由第一凹曲线12以及第二凹曲线13的一部分构成的凹曲线，也可以在突起14的顶部存在不是第一凹曲线12或者第二凹曲线13的平坦面。另外，也可以通过喷砂处理等对该平坦面进行研磨而将顶部设为凸曲面。与顶部的形状无关地，突起14的裙边部分为凹曲面。在突起14的顶部为凸曲面的情况下，关于凸曲面的范围，可以是相对于突起14的高度h而从突起14的顶点起处于1/5h以内。换句话说，期望从突起14的底面起4/5h的高度的部分的两侧线为凹曲线。

根据本实施方式，第一凹曲线12的曲率半径以及第二凹曲线13的曲率半径在曲面整体范围内并非恒定。关于第一凹曲线12的曲率半径，隔着与决定芯厚度d的圆c相接的第一凹曲线12的最深点，在外周刃5侧与突起14侧不同。另外，关于第二凹曲线13的曲率半径，隔着与决定芯厚度d的圆c相接的第二凹曲线13的最深点，在后棱3侧与突起14侧不同。根据本实施方式，第一凹曲线12以及第二凹曲线13的任一者中，突起14侧的曲线的曲率半径较小。需要说明的是，任意的曲线均为凹曲线。根据本实施方式，第一凹曲线12的最靠外周刃5侧的曲线的曲率半径小于第二凹曲线13的最靠后棱3侧的曲线的曲率半径。由此，在外周刃5处产生的切屑因突起14而容易从立铣刀主体1脱离，不会使切削阻力过度增大。另外，也不会使切屑排出槽7的后棱3侧的壁厚变小，从而不会使后棱3破损。

另外，通过改变第一凹曲线12以及第二凹曲线13的曲率半径，能够改变突起14的位置。根据本实施方式，在横剖面形状中，突起14设置在穿过旋转中心轴线O与槽底11的直线L1上。如图3所示，槽底11是延长第一凹曲线12的外周刃5侧的曲面与第二凹曲线13的后棱3侧的曲面而成的交叉部。换句话说，延长第一凹曲线12的外周刃5侧的曲线(图3的曲率半径R的曲线)与第二凹曲线13的后棱3侧的曲线(图3的曲率半径r的曲线)而成的交点为槽底11。而且，在将穿过外周刃5的外周端5a与旋转中心轴线O的直线设为L2、并将穿过后棱3与旋转中心轴线O的直线设为L3时，突起14的前端处的距直线L2的距离x1与距直线L3的距离x2之比和槽底11处的距直线L2的距离y1与距直线L3的距离y2之比是相同的。

由此，由于突起14没有设置在比槽底11更靠前刀面6的位置，因此在外周刃5处产生的切屑不会在早期阶段与突起14碰撞，不会使切削阻力过度地增大。另外，由于突起14没有设置在比槽底11更靠后棱3的位置，因此切屑滞留在切屑排出槽7内的时间不会变长。其结果是，能够排出稳定的切屑。

另外，在图2所示的具有切屑排出槽7的位置处的与旋转中心轴线O正交的剖面中，芯厚度d相对于立铣刀10的直径D为0.5～0.8倍。若处于该范围，则立铣刀10的强度较高，能够抑制立铣刀10的折损。需要说明的是，芯厚度d被定义为在立铣刀10的中心部描绘的最大的圆c的直径，与切屑排出槽7的最深点间的距离相等。

此外，虽根据切削刃9的数量而不同，但在图2所示的6片刃的情况下，切屑排出槽7的开口角β的期望范围为30°～60°。根据该范围，切屑不会堵塞切屑排出槽7，并且切屑不会因切屑排出槽7卷曲而飞出切屑排出槽7。需要说明的是，在图2中，切屑排出槽7的开口角β被定义为连结切屑排出槽7的切削刃9侧的外周端P与旋转中心轴线O的直线L2(由虚线表示。)、以及连结切屑排出槽7的后棱3即外周端Q与旋转中心轴线O的直线L3(由虚线表示。)所成的角度。

在本实施方式中，外周刃5的螺旋角α为30°～45°。采用该角度，减少向与旋转中心轴线O正交的方向施加的切削阻力成分，因此具有能够降低向工具施加的负载这样的效果。从前端侧观察的邻接的外周刃5、5间的间隔(距离)w相对于立铣刀10的直径D成为0.25～0.5倍。根据本实施方式，即使切屑排出槽7像这样变得狭窄，也能够发挥良好的切屑排出性。外周刃5的螺旋角α被定义为，在立铣刀10的侧视观察下，旋转中心轴线O与外周刃5所成的角度。

在本实施方式中，成为多个切削刃9中的至少一个不具有与其它切削刃9点对称的形状的不等分割。换句话说，至少一个切削刃9相对于其它切削刃9成为非对称的形状，从而能够抑制在切削时立铣刀10发生共振而产生颤振。作为将至少一个切削刃9设为非对称的形状的一例，举出使一部分的切屑排出槽的开口角β与其它切屑排出槽7的开口角β’不同的形状(不等分割)。作为其它实施方式，具有改变螺旋角α的形状(不等导程)等。

在本实施方式中，在由不等分割形状构成的立铣刀10中，在设于外周刃5间的各切屑排出槽7的横剖面形状中，一部分的切屑排出槽7(开口角β)中的第一凹曲线12的长度x1与第二凹曲线13的长度x2之比(x1/x2)和其它切屑排出槽7(开口角β’)中的比(x1/x2)之比为0.9～1.1。换句话说，一部分的切屑排出槽7中的突起14的位置相对于其它切屑排出槽7中的突起14的位置而具有大致相似的关系。由此，在具有开口角不同的切屑排出槽7的情况下，一部分的切屑排出槽7中的切屑排出性相对于其它切屑排出槽7中的切屑排出性不易降低，作为立铣刀10整体的切屑排出性提高。

本实施方式的立铣刀10能够通过再研磨使切削刃再生。具体来说，通过切屑排出槽7的再研磨加工与前刀面6的切口的再研磨加工，能够使副切削刃2以及外周刃5再生。

<切削加工物的制造方法>

使用图5对本实施方式的切削加工物的制造方法进行说明。

在本实施方式中，如图5A所示，使安装于刀杆(未图示)的立铣刀10以立铣刀10的旋转中心轴线O为基准沿箭头A方向旋转且沿箭头B方向移动，靠近被切削件100。

接下来，如图5B所示，使进行旋转的立铣刀10的副切削刃2以及外周刃5与被切削件100的表面接触。具体来说，使进行旋转的立铣刀10沿与旋转中心轴线O垂直的方向、即箭头C方向移动，使副切削刃2以及外周刃5与被切削件100的表面接触。由此，与切削刃中的主要是外周刃5接触而被切削的被切削件100的被削面成为切削面101。另外，被切削件100的被削面中的由副切削刃2切削的部位成为切屑而从加工部除去，露出的被切削件的平面成为加工表面102。

在切削加工结束之后，如图5C所示，立铣刀10沿箭头C方向继续移动，使立铣刀10从被切削件100分离，由此获得期望的切削加工物110。立铣刀10根据上述理由而具备优异的切削能力，因此能够获得加工面精度优异的切削加工物110。

需要说明的是，在继续切削加工的情况下，保持使立铣刀10旋转的状态，重复使立铣刀10的切削刃5与被切削件100的不同位置接触的工序即可。在本实施方式中，使立铣刀10接近被切削件100，但只要使立铣刀10以及被切削件100相对接近即可，例如也可以使被切削件100接近立铣刀10。关于这点，对于使立铣刀10从被切削件100分离的工序也是相同的。

以上，对于本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下能够设为任意结构是不言而喻的。

实施例

准备由超硬合金制的立铣刀主体构成且涂层有(TiAl)N系的硬质层的表1所示的第一凹曲线的外周刃侧的曲率半径(mm)、第二凹曲线的后棱侧的曲率半径(mm)、相对于穿过旋转中心轴线O与槽底的直线的突起的顶点的位置、突起的高度h相对于切屑排出槽的深度H之比(h/H)的形状的立铣刀。需要说明的是，各试料均设为6片刃、D＝8mm、d＝5.4mm、w＝2.8mm。

另外，关于试料No.1～12，设为α＝42°、43°、44°(外周刃6片中的对置的2片各自中螺旋角α不同的不等导程形状)、β＝63°、56°、51°。此时，关于试料No.4～10，设为开口角β＝63°、51°的切屑排出槽中的第一凹曲线的长度x1和第二凹曲线的长度x2之比(x1/x2)与开口角β＝56°的切屑排出槽中的比(x1/x2)之比为0.9～1.1。另一方面，关于试料No.13，设为α＝43°(螺旋角α全部相同的等导程形状)、β＝60°(开口角β全部相同的等分割形状)。

另外，关于试料No.1～11、13，设为设置切口而在副切削刃与切屑排出槽之间设有平面状的前刀面的形状。关于试料No.12，设为在副切削刃与切屑排出槽之间不设置切口、且在副切削刃与切屑排出槽之间不设置平面状的前刀面的形状。

需要说明的是，在表中，关于突起的前端与槽底的关系，记载表示为突起位置，关于突起的前端在直线L1(穿过延长第一凹曲线的外周刃侧的曲面和第二凹曲线的后棱侧的曲面而成的交叉部即槽底、与旋转中心轴线的直线)上设置的位置记载为槽底，将突起的前端位于比直线L1靠前刀面侧的位置记载为前刀面侧，将突起的前端位于比直线L1靠后隙面侧的位置记载为后隙面侧。另外，在试料No.3中，将第一凹曲线的突起侧以及第二凹曲线的突起侧加工为凸曲面，在横剖面中突起的两侧线为凸曲线。

然后，根据下述切削条件来评价立铣刀的性能。结果在表1中示出。

(切削条件)

被切削件：SUS304

加工直径：φ8mm

加工速度：83m/分钟

转速：3300转/分钟

进给量：0.035mm/刀

进刀深度：5mm

进刀宽度：3mm

切削方式：轴肩加工

切削环境：湿式切削

评价项目：切削长度、加工结束时刻下的立铣刀的状态

[表1]

*试料No.3的曲面的突起的两侧线为凸曲线

**试料No.12是在副切削刃与切屑排出槽之间没有设置平面状的前刀面的形状。

***试料No.13是α＝43°、β＝60°的等导程、等分割形状。

如表1所示，在切屑排出槽由一个凹曲线构成且没有设置突起的试料No.1中，切屑排出性较差，存在切屑堵塞的趋势，切削长度较短。在突起为凸曲面的试料No.3中，切屑向切屑排出槽的外部飞出而咬入外周刃，使外周刃产生缺损。在突起的高度h相对于切屑排出槽的深度H之比(h/H)超过0.4倍的试料No.4中，突起成为切屑排出的阻碍，切屑堵塞而使立铣刀折损。在比(h/H)不足0.1倍的试料No.8中，切屑与立铣刀主体全面接触，成为切屑堵塞的趋势，在副切削刃上观察到崩刃，切削长度较短。

与之相对地，在各切屑排出槽的横剖面具有设于外周刃侧的第一凹曲线与设于后棱侧的第二凹曲线这两条凹曲线、以及将该两条凹曲线设为两侧线的突起、并且比h/H为0.1～0.4倍的试料No.2、5～7、9～13中，切削长度较长且为28m以上。

尤其是在向副切削刃与切屑排出槽之间设有平面状的前刀面、并且切屑排出槽为不等导程形状且是不等分割形状的试料No.2、5～7、9～11中，切削长度较长且为37m以上。

其中，在突起的前端设置在直线L1上(表1的突起位置为槽底)、并且第一凹曲线的外周刃侧的曲率半径小于第二凹曲线的后棱侧的曲率半径的试料No.5～7中，切屑排出性良好，切削长度也较长且为40m以上。

附图标记说明：

1 立铣刀主体

2 副切削刃

3 后棱

4 前端后隙面

5 外周刃

6 前刀面

7 切屑排出槽

8 拐角

9 切削刃

10 立铣刀

11 槽底

12 第一凹曲线

13 第二凹曲线

14 突起

15 柄部

16 切削刃部

O 旋转中心轴线

D 立铣刀的直径

H 切屑排出槽的深度

h 突起的高度

α 螺旋角

β 开口角

c 在具有屑排出槽的位置处的与旋转中心轴线正交的剖面中，在立铣刀的中心部描绘的最大的圆

d 芯厚度

Claims

1.一种立铣刀，其具备：

具有旋转中心轴线的立铣刀主体；

设于该立铣刀主体的前端侧的三个以上的副切削刃；

设于该副切削刃的后方的外周刃；

分别设于该外周刃之间的切屑排出槽；以及

隔着该切屑排出槽而位于所述外周刃的对面侧的后棱，

其中，

设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状具有设于所述外周刃侧的第一凹曲线、设于所述后棱侧的第二凹曲线、以及设于所述第一凹曲线与所述第二凹曲线之间的突起，并且所述突起的两侧线由凹曲线构成，从以所述旋转中心轴线为中心而在所述立铣刀主体内描绘的最大直径的圆c至所述突起的顶点的距离h与从所述圆c至所述外周刃的距离H之比(h/H)为0.1～0.4倍，

在设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状中，所述突起的前端设置在穿过所述旋转中心轴线以及交叉部的直线上，所述交叉部是延长所述立铣刀主体的所述第一凹曲线的所述外周刃侧的曲面与所述第二凹曲线的所述后棱侧的曲面而成的。

2.根据权利要求1所述的立铣刀，其中，

在所述副切削刃与所述切屑排出槽之间设有平面状的前刀面。

3.根据权利要求1所述的立铣刀，其中，

在设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状中，所述第一凹曲线的所述外周刃侧的曲率半径小于所述第二凹曲线的所述后棱侧的曲率半径。

4.根据权利要求2所述的立铣刀，其中，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的立铣刀，其中，

在设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状中，一部分的切屑排出槽的开口角与其它切屑排出槽的开口角不同。

6.根据权利要求5所述的立铣刀，其中，

在设于所述外周刃之间的各切屑排出槽的横剖面形状中，所述一部分的切屑排出槽中的所述第一凹曲线的长度x1与所述第二凹曲线的长度x2之比(x1/x2)、和其它切屑排出槽中的所述比(x1/x2)之比为0.9～1.1。

7.一种切削加工物的制造方法，其中，

所述切削加工物的制造方法包括如下工序：

使权利要求1至6中任一项所述的立铣刀旋转；

使进行旋转的所述立铣刀的所述副切削刃以及所述外周刃与被切削件接触；以及

使所述立铣刀从所述被切削件分离。