CN107073602A - 陶瓷立铣刀以及使用该陶瓷立铣刀的难切削材料的切削方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于，赋予工具端面的中心附近处的切削能力，采用与工具的切削刃部具有芯部的情况相同的方式，并且确保能够进行中心部分处的切削的应对插铣加工、斜向加工的能力。在旋转方向上相邻的切削刃(1A、1A)之间具有切口(8、9)的切削刃部(1)中，在构成切削刃(1A)的底刃(2a～2f)的旋转轴(O)附近形成有面向旋转轴(O)的中心刃(10a～10f)，在径向上连续的中心刃(10a～10f)与底刃(2a～2f)的旋转方向后方侧，使跨越上述两刃而形成的底刃第二面(4a～4f)连续至面向旋转轴(O)的位置、或接近旋转轴的位置，在底刃第二面(4a～4f)与位于底刃第二面的旋转方向后方侧的中心刃(10a～10f)之间形成有中心槽(10A～10F)，该中心槽通过旋转轴(O)，兼作为各中心刃(10a～10f)的前刀面，并且与切口(8)连续。

Description

陶瓷立铣刀以及使用该陶瓷立铣刀的难切削材料的切削方法

技术领域

本发明涉及能够对耐热合金等难切削材料进行超高速切削的半径型、或方形的陶瓷立铣刀以及使用该陶瓷立铣刀的难切削材料的切削方法。

背景技术

耐热性和轻量性优异，并且多用作模具、部件的原料的Ti合金、不锈钢等耐热合金为难切削材料，因此在进行通常切削的情况下加工效率差，难以提高生产性。以此为背景，开发出了能够进行对于难切削材料的高速切削的由陶瓷等高硬度材料制成的切削工具(参照专利文献1～5)。为了能够进行切削速度比高速切削更高的超高速的难切削材料的切削，切削工具的材料本身要求高耐热性、耐磨损性、强度，即使材料本身具有上述性能，有时也未能充分发挥作为切削工具的切削能力。

例如半径立铣刀、或者方形立铣刀形成为工具(立铣刀)前端的径向外周附近的拐角圆角刃、或者底刃首先对被切削件的表面进行切削的形状，不期待工具端面的中心部的切削能力，因此原则上工具不适于沿轴向推进的插铣加工、呈螺旋状切入的斜向加工。球头立铣刀以包括工具端面的中心部分在内的切削刃整体进行切削为前提，因此切削刃有时形成为通过工具端面的中心的形状(参照专利文献6)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2012/0183363号说明书(段落0020～0026、图1A、图1B、图4A～图7)

专利文献2：日本特开平2-180517号公报(权利要求1、第2页上左栏第19行～上右栏第14行)

专利文献3：日本特开2006-110683号公报(段落0015～0032、图2等)

专利文献4：日本特开2010-264592号公报(段落0010～0014、图2等)

专利文献5：日本特开2007-30074号公报(段落0024～0032、图2、图3)

专利文献6：国际公开第2013/118829号公报(权利要求1、图3、图5)

发明内容

发明要解决的课题

代表性的由高硬度材料制成的切削工具即专利文献1的立铣刀形成为如下形状，在工具轴向的端面(切削刃部的前端)侧的中心部形成有用于确保工具的刚性的芯部，在该芯部与各底刃之间形成有切屑排出槽(纵槽)连续的切口。但是，在径向上底刃未连续至芯部(图4、图6、图7)，因此工具端面的中心部附近的部分不具有切削能力。专利文献1的立铣刀在类型上属于半径立铣刀。

详细地说，在专利文献1中，在底刃(切削刃)16a(16b)的芯部48a附近，以绘出螺旋的方式形成有与纵槽24a连续的切口56a(权利要求1、段落0026)。在从前端侧观察该立铣刀的工具端面时，在径向上在底刃16a的芯部48a侧的端部与芯部48a之间，存在有相对于工具的前端向刀柄部8a侧凹陷的切口56a(图5～图7)。因此，成为在芯部48a与底刃16a之间的区域不存在底刃的状态，在该区域中无法进行切削。

在专利文献2中，工具主体的材料使用缺乏韧性的陶瓷，并且在切削刃后刀面形成棱边，使后刀面粗糙度为恒定值以下，从而能够弥补材料的韧性不足，实现工具的长寿命化。然而，未提及在半径立铣刀的情况下的由工具端面中心部附近的底刃进行的切削。

在专利文献3中，确定在通过与工具轴正交的剖面观察工具时的外周切削刃与外周切削刃后刀面的关系、从外周切削刃到旋转方向前方侧的切屑排出槽的最深部的曲面的形状、以及外周切削刃后刀面到旋转方向后方侧的切屑排出槽的最深部的曲面(段落0015～0032、图2～图4)。然而，工具端面的切削刃的中心附近的形状不确定。

在专利文献4中，底刃直至工具端面的中心附近连续，底刃的中心附近的部分向旋转方向前方侧弯曲，与位于旋转方向前方侧的底刃的后刀面和切口的边界线(端部棱线部)相交(图2)，因此形成为各底刃后刀面的中心附近的部分在工具端面的中心部集合的形状。该例子也与专利文献1同样采用形成有芯部的形状，因此成为在工具端面的中心部分不存在底刃的状态。

在专利文献5中，底刃在工具端面的中心附近跨越中心部在一方向上连续(图2)，但与专利文献4同样，形成为在沿工具轴向观察端面时底刃的中心附近的部分向旋转方向前方侧弯曲的形状，与旋转方向前方侧的底刃连续，因此底刃形成为不通过工具端面的中心的形状。在工具的立面上，底刃的中心附近的部分与工具端面相比向刀柄侧后退(段落0029、图3)，因此底刃的中心附近的部分在切削开始时无法参与切削(段落0032)。

如以上那样，以往的半径立铣刀形成为无法或难以进行工具端面的中心附近的切削的形状，其结果是，无法在工具端面的整面同样地对被切削件进行切削，因此难以具有应对插铣加工、斜向加工的能力。

本发明基于上述背景，提出能够确保工具端面的中心附近的切削能力、能够在工具端面的整面对被切削件进行切削、能够应对插铣加工等的陶瓷立铣刀以及使用该陶瓷立铣刀的难切削材料的切削方法。

用于解决课题的手段

技术方案1所述的发明的陶瓷立铣刀在工具主体的轴向前端部侧具备切削刃部，该切削刃部具有在旋转方向上隔开间隔而排列的多个切削刃；以及形成在旋转方向上相邻的所述切削刃之间的切口，其特征在于，各个所述切削刃具有：中心刃，其从旋转轴附近朝向径向外周侧，且面向所述旋转轴；底刃，其与该中心刃连续；以及外周刃，其从该底刃向工具后端侧连续，在径向上连续的各个所述中心刃与各个所述底刃的旋转方向后方侧，跨越所述中心刃和底刃这两刃而形成的底刃第二面连续至面向所述旋转轴的位置、或接近所述旋转轴的位置，在各个所述底刃第二面与位于各个所述底刃第二面的旋转方向后方侧的各个所述中心刃之间形成有中心槽，该中心槽通过所述旋转轴，兼作为各个所述中心刃的前刀面，并且与所述切口连续。

“具有从底刃向工具后端侧连续的外周刃”是指，包括外周刃从底刃直接连续的方形的立铣刀、在底刃与外周刃之间夹设有与该底刃和外周刃双方连续的拐角圆角刃的半径型的立铣刀(技术方案3)。“工具后端侧”是从切削刃部观察时的“后端侧”，是指刀柄部30侧。在为半径型的情况下，如图1所示，在各底刃2a～2d的径向外周侧连续形成有拐角圆角刃3a～3d，从各拐角圆角刃3a～3d向刀柄部30侧连续形成有各外周刃13a～13d(技术方案3)。“连续形成有刃”是指，连续形成有凸出的棱线，在刃绘出曲线的情况下，该曲线的曲率无需恒定。

技术方案1中的“面向旋转轴的中心刃”是指，如图1、图2-(a)、(b)所示，在沿旋转轴O方向观察工具(立铣刀)或者切削刃部1的端面时，中心刃10a～10d从旋转轴O开始朝向径向外周侧形成为放射状，中心刃10a～10d的旋转轴O附近的端部靠向旋转轴O的状态。其中，在工具端面形成有通过旋转轴O的中心槽10A～10D，从而中心刃10a～10d形成为中心槽10A～10D的旋转方向后方侧的边缘(凸出的棱线)。严格地说，由于在旋转轴O上存在有中心槽10A～10D，因此中心刃10a～10d以面向中心槽10A～10D的形状从旋转轴O形成至切口8、9。详细情况如后述那样，切口8、9由位于径向中心侧的第一切口8和与第一切口8的径向外周侧连续的第二切口9构成，技术方案1中的切口是指第一切口8。中心槽10A～10D形成为与切削刃的个数对应的个数，且从旋转轴O起形成为放射状(图2-(a))、或者具有大致相同的宽度的带状(图2-(b))。

技术方案1中的“中心槽10A～10D兼作为各个各中心刃10a～10d的前刀面”是指，中心槽10A～10D包括呈凹状地形成在各个中心刃10a～10d的旋转方向前方侧的(中心刃)前刀面。具体地说，存在如图3-(b)所示中心槽10A～10D仅由(中心刃)前刀面25d构成的情况、以及包括(中心刃)前刀面和从该前刀面向旋转方向前方侧的底刃第二面4a～4d连接(连续)的曲面、平面的情况。此外，存在如下情况，如图3-(a)所示，在旋转方向上彼此相邻的底刃第二面4a-4b(4b-4c、4c-4d、4d-4a)之间含有(中心刃)前刀面25d，在旋转轴O方向上形成为凹陷的凹槽状。图3-(a)、(b)示出图2-(b)的z-z线的剖面。

在图3-(a)的情况下，中心槽10A～10D形成为凹槽状，从而中心槽10A～10D与旋转方向前方侧的底刃第二面4a～4d形成不连续的面，因此在中心槽10A～10D与底刃第二面4a～4d之间呈现出用G表示的边界线。在图3-(b)的情况下，能够将构成中心槽10A～10D的前刀面25d与旋转方向前方侧的底刃第二面4a～4d形成为连续的面，因此不一定呈现出边界线。中心槽10A～10D的“槽”不一定是指从工具端面向旋转轴O方向凹陷的槽状，还包括如图3-(a)、(b)所示从底刃第二面4a～4d侧朝向旋转方向后方侧凹陷的形状。

在各个底刃第二面4a～4d与位于各底刃第二面4a～4d的旋转方向后方侧的各个中心刃10a～10d之间形成有中心槽10A～10D，从而各底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分与其旋转方向后方侧的各个中心刃10a～10d被中心槽10A～10D划分。即，底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向后方侧的中心槽10A～10D形成为将底刃第二面4a～4d与中心刃10a～10d分隔。其结果是，如图2-(a)、(b)所示，在底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向前方侧与后方侧形成有中心槽10A～10D，在旋转轴O附近沿旋转轴O的旋转方向(周向)交替地排列有中心槽10A～10D与底刃第二面4a～4d。

在工具端面上形成(磨削)中心槽10A～10D时，同时形成中心刃10a～10d，因此根据从工具的端面侧观察中心槽10A～10D时的平面形状来确定中心刃10a～10d的形状。在图1、图2-(a)中从端面侧观察工具时，中心刃10a～10d为直线，或呈直线状，但有时也如图2-(b)所示绘出曲线。

中心槽10A～10D存在当沿旋转轴O方向观察切削刃部1的端面时如图1、图2-(a)所示形成为从旋转轴O到第一切口8逐渐产生宽度并扩大的形状的情况、以及如图2-(b)所示形成为从旋转轴O到第一切口8具有相同的宽度、或缓慢地变化的宽度Wc的带状的情况(技术方案2)。

“相同的宽度”是指，中心槽10A～10D内、包括旋转轴O在内的区域具有能够将中心刃10a～10d所切削的切屑向第一切口8排出的程度的大小的一定以上的宽度，并且从旋转轴O到第一切口8实质上、或者大致同样的宽度。“缓慢地变化的宽度”是指，如图2-(b)所示，中心槽10A～10D的宽度Wc明显在径向上不相同，但宽度的变化的程度缓慢，且在切屑的排出方面，可以说与在径向上相同的情况同等。总之，在包括技术方案2的技术方案1中，中心槽10A～10D只需在径向的全长上、或者包括旋转轴O在内的区域、或者旋转轴O附近的区域具有至少一定以上的宽度即可。因此，中心槽10A～10D在近似图2-(a)的形状中包括从旋转轴O到第一切口8宽度逐渐扩大的形状、径向上的各部分的宽度不同的形状、或者反之从第一切口8到旋转轴O逐渐扩大的形状。在图2-(b)中，中心槽10A～10D的宽度Wc从旋转轴O到第一切口8略微扩大。

如图2-(b)所示，在中心槽10A～10D从旋转轴O到第一切口8以相同的宽度、或缓慢地变化的宽度Wc形成的情况(技术方案2)下，与从旋转轴O到第一切口8逐渐产生宽度并扩大的情况(图2-(a))相比，中心槽10A～10D的收容中心刃10a～10d所切削的切屑的收容能力增加。因此，具有从中心槽10A～10D通过与之连续的切口8、9的切屑的排出性提高的优点。

如上所述，在径向上连续的各中心刃10a～10d与各底刃2a～2d的旋转方向后方侧，形成有跨越中心刃10a～10d与底刃2a～2d的底刃第二面(底刃后刀面)4a～4d。在此，技术方案1中的“底刃第二面4a～4d连续至面向旋转轴O的位置”是指，与中心刃10a～10d面向旋转轴O同样，如图2-(a)所示，底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分面向旋转轴O，且靠向旋转轴O的状态。在旋转轴O上存在有中心槽10A～10D，因此严格地说，底刃第二面4a～4d形成为经由中心槽10A～10D面向旋转轴O的状态。

另外，技术方案1中的“底刃第二面4a～4d连续至接近旋转轴O的位置”是指，如图2-(b)所示，在中心槽10A～10F形成为带状的情况下，底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分形成至接近旋转轴O的位置，经由中心槽10A～10F面向旋转轴O的状态。“底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分”是指在旋转方向前方侧与后方侧与中心槽中心槽10A～10D相接的区域，在图2-(a)所示的例子的情况下，形成为在径向中心侧与旋转轴O相接的状态。

底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向前方侧的边缘与旋转方向后方侧的边缘均在形式上成为与中心槽10A～10D的边界。底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向前方侧的边缘是中心刃10a～10d，因此形成为凸出的棱线，明确地呈现出边界线。但是，旋转方向后方侧的边缘不是刃，因此不限于如上述那样一定作为凸出的棱线而呈现出明确的边界线的情况，也可以如图2-(b)、图3-(a)所示，从底刃第二面4a～4d到中心槽10A～10D经由曲面连续，或者如图3-(b)所示经由平面与曲面而连续。

如图3-(b)所示，“底刃第二面4a～4d与中心槽10A～10D经由平面与曲面而连续”是指，在朝向径向中心侧观察各个底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分时，从底刃第二面4a～4d的旋转方向后方侧附近到中心槽10A～10D，曲率从0逐渐增加，在连续地变化从平面向曲面连续形成的情况下向中心槽10A～10D过渡。在该情况下，在从底刃第二面4a～4d向中心槽10A～10D过渡的部分未呈现出明确的边界线，中心槽10A～10D由与中心刃10a～10d连续的中心刃前刀面25d构成，或者由中心刃前刀面25d与向底刃第二面4a～4d过渡的过渡面构成。在图2-(b)中，中心槽10A～10D内的细线表示中心槽10A～10D的表面形成为凹陷的曲面。

如图1所示，在底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的旋转方向前方侧的边缘即中心刃10a～10d的径向外周侧连续形成有底刃2a～2d，在底刃第二面4a～4d的旋转方向后方侧的边缘的径向外周侧连续形成有凸出的棱线，该凸出的棱线成为与构成第一切口8的第一切口面8a～8d的边界线。

如上所述，在旋转轴O的周边，在底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向前方侧与后方侧形成有中心槽10A～10D，从而由旋转方向前方侧的边缘(中心刃10a～10d)与旋转方向后方侧的边缘(与中心槽10A～10D的边界)形成的各个底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分集中在旋转轴O的周围，成为在旋转轴O的周围具有一定的面积的区域(中心刃部10)。这里所说的底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分是指，被旋转方向前方侧的中心刃10a～10d与后方侧的与中心槽10A～10D的边界夹持的、假想的形成为三角形、或者扇形的形状的区域。底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分在向工具端面上形成中心槽10A～10D时残留于工具的端面，因此通过集中在旋转轴O的周围，从而在形式上与专利文献1同样地成为与在工具的中心部实质上形成有芯部同等的方式，有助于确保工具的刚性。

例如在专利文献1中，在工具端面的旋转轴附近残留有芯部，并且在从底刃的径向中间部附近到芯部的区间，形成有从底刃后刀面深深地切入至旋转方向后方侧的底刃前刀面的切口56a，因此与底刃连续至芯部的情况相比，各个切削刃的刚性被牺牲而降低。相对于此，在本发明的立铣刀中，第一切口8从底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向外周侧的位置(底刃第二面4a～4d与底刃第三面6a～6f的边界线与第一切口面8a～8f的交点)形成至旋转方向后方侧的底刃前刀面11a～11d。其结果是，在本发明中，底刃第二面(底刃后刀面)4a～4d的旋转轴O附近的部分不从径向外周侧深深地切入而是残留，因此与专利文献1相比，各个切削刃的刚性与工具(立铣刀)本身的刚性提高。

另一方面，在工具端面的旋转轴O附近的部分中，中心刃10a～10d形成为面向通过旋转轴O的中心槽10A～10D，在中心刃10a～10d的径向外周侧连续形成有底刃2a～2d，从而工具从切削侧的端面的旋转轴O至径向外周侧连续地具有切削能力。即，工具在工具端面的整面保有同样地对被切削件进行切削的能力。其结果是，立铣刀采用如上述那样与工具的切削刃部1具有芯部相同的方式，并且确保能够进行中心部分处的切削的应对插铣加工、斜向加工的能力。

在工具端面的中心部分对被切削件进行切削的各个中心刃10a～10d面向通过旋转轴O的各个中心槽10A～10D，因此切削刃部1确保将中心刃10a～10d所切削的切屑从旋转轴O中心通过中心槽10A～10D沿放射(半径)方向排出的排出路线。中心槽10A～10D在径向上与第一切口8连续，因此进入中心槽10A～10D的切屑通过第一切口8，向在旋转方向上相邻的外周刃13a～13d之间形成的作为切屑排出槽的刃槽20a～20d排出。

中心槽10A～10D成为中心刃10a～10d所切削的切屑的排出路线，在中心槽10A～10D连续形成有第一切口8与刃槽20a～20d，从而避免了中心槽10A～10D内的切屑的堵塞，因此还避免了在插铣加工、斜向加工时中心刃10a～10d的切削能力降低的情况。

在底刃第二面4a～4d的旋转轴O附近的部分的旋转方向后方侧连续形成有构成第一切口8的第一切口面8a～8d，在第一切口面8a～8d的径向外周侧连续形成有构成第二切口9的第二切口面9a～9d。第一切口8由第一切口面8a～8d与底刃前刀面11a～11d构成，第二切口9由第二切口面9a～9d与底刃前刀面11a～11d构成。第一切口8(的空间)与上述的刃槽20a～20d(的空间)连续。“连续形成有面”是指，连续的面形成相互不同的面，隔着凸出的或凹陷的棱线(边界线)而邻接。

在底刃第二面4a～4d的径向外周附近的部分的旋转方向后方侧连续形成有底刃第三面6a～6d，在该底刃第三面6a～6d的旋转方向后方侧连续形成有第二切口面9a～9d。在第二切口面9a～9d的径向内周侧连续形成有第一切口面8a～8d。在如图所示的半径型(技术方案3)的情况下，如图1所示，在拐角圆角刃3a～3d的旋转方向后方侧连续形成有拐角圆角刃第二面5a～5d，在拐角圆角刃第二面5a～5d的旋转方向后方侧连续形成有拐角圆角刃第三面7a～7d。拐角圆角刃第三面7a～7d与底刃第三面6a～6d的径向外周侧连续。

存在如图4所示底刃2a～2d带有中低斜度角(侧隙角)α的情况(技术方案4)，在该情况下，在沿径向观察利用通过旋转轴O的轴向上的剖切线剖开工具而成的剖面、或者工具的侧面时，形成为在工具前端侧底刃2a～2d的径向外周附近的部分比中心刃10a～10d突出的状态。因此，在工具进行插铣加工、斜向加工时，形成为中心刃10a～10d迟于底刃2a～2d而与被切削件的表面接触并进行切削的状态。因此，形成有从旋转轴O连续至径向外周的切削刃1A(中心刃10a～10d与底刃2a～2d)的结果是，工具端面的整面保有切削能力，并且在切削开始时工具从被切削件受到的阻力(扭转力矩)降低，因此能够防止工具的折损。

由高硬度材料制成的切削工具即技术方案1至5中任一项所述的陶瓷立铣刀以切削速度Vc为500m/min～1200m/min的超高速对难切削材料进行切削(技术方案6)，因此有时伴随于切削，而在切削工具前端部的切削刃部1产生磨损。但是，若磨损的发展为工具直径的一成左右以内，则具有如下特征，磨损后的切削刃1A的从底刃2a～2f至拐角圆角刃3a～3f的残存部分也能够作为切削刃1A而发挥功能，从而能够维持切削能力。切削速度Vc的适当或者优选的范围为500m/min～1200m/min，但在低速侧为300m/min以上即可。

对于该磨损后的残存部分作为切削刃1A而发挥功能的能力而言，具体地说，在工具的母材使用氮化硅系陶瓷，特别是SiAlON的情况(技术方案5)下显著地呈现。作为工具的母材，特别是使用含有RE元素化合物(其中，RE是稀土类元素的至少一种元素)，并且含有镁和镁化合物的至少任一方的烧结体，通过选择上述材料，即使在本发明的工具进行难切削材料的高进给切削加工时，也能够得到优异的耐磨损性、耐热性、强度。

本发明的立铣刀通过根据需要，在切削刃部覆盖硬质皮膜(例如TiSiN、TiAlN、TiAlSiN、CrN、CrSiN、AlCrN、A1CrSiN、AlTiCrN或者AlCrVBN等)，能够进一步提高工具性能。

发明效果

各个切削刃具有从旋转轴附近朝向径向外周侧且面向旋转轴的中心刃、以及与该中心刃连续的底刃，使位于该中心刃与底刃的旋转方向后方侧的底刃第二面连续至面向或接近旋转轴的位置，在底刃第二面与该底刃第二面的旋转方向后方侧的中心刃之间形成有中心槽，该中心槽通过旋转轴且划分底刃第二面与中心刃。因此，能够在工具端面的旋转轴附近的部分以通过旋转轴且面向中心槽的方式形成中心刃，能够使立铣刀从切削侧的端面的旋转轴至径向外周侧连续地具有切削能力。

其结果是，立铣刀在工具端面的整面保有同样对被切削件进行切削的能力，因此能够采用与工具的切削刃部具有芯部相同的方式，并且确保能够进行中心部分处的切削的应对插铣加工、斜向加工的能力。

附图说明

图1是示出切削刃为四个的情况下的(半径)立铣刀的切削刃部侧的端面的端面视图。

图2-(a)是中心槽形成为扇形的情况下的图1的旋转轴附近的放大图。

图2-(b)是中心槽形成为在径向具有相同或缓慢变化的宽度的形状的情况下的图1的旋转轴附近的放大图。

图3的(a)是示出中心刃含有前刀面且在沿旋转轴方向观察工具端面时形成为凹槽状的情况下的中心槽的形成例的图2-(b)的z-z线剖视图，(b)是示出中心刃由中心刃前刀面、从该中心刃前刀面起与旋转方向前方侧的底刃第二面连续的曲面、平面构成的情况下的中心槽的形成例的图2-(b)的z-z线剖视图。

图4是图1的侧视图，并且是x-x线的向视图。

图5是从略靠端面侧观察图4时的情形的立体图。

图6是示出立铣刀的芯厚Dw与工具直径D的关系、以及外周刃前角的情形的图4的I-I线剖视图。

图7是示出切削刃为六个的情况下的(半径)立铣刀的切削刃部侧的端面的端面视图。

图8是图7的旋转轴附近的放大图。

图9是图7的侧视图，并且是y-y线的向视图。

图10是从略靠端面侧观察图9时的情形的立体图。

图11是示出立铣刀的芯厚Dw与工具直径D的关系、以及外周刃前角的情形的图9的I-I线剖视图。

具体实施方式

图1示出具备切削刃部1的四刃的半径型的陶瓷立铣刀(以下，也称作立铣刀(工具))40的端面，该切削刃部1具备：在工具主体的轴向前端部侧沿旋转方向隔开间隔而排列的多个切削刃1A、形成于工具主体的轴向后端部侧的圆柱状的刀柄部30、以及形成在旋转方向上相邻的切削刃1A、1A之间的切口8、9。

各切削刃1A具有：中心刃10a～10f，其从旋转轴O附近朝向径向外周侧，且面向旋转轴O；底刃2a～2f，其与中心刃10a～10f连续；以及外周刃13a～13f，其从底刃2a～2f向工具后端(刀柄部30)侧连续。在附图中，在各底刃2a～2f的径向外周侧连续形成有拐角圆角刃3a～3f，如图4所示，示出了从各拐角圆角刃3a～3f朝向工具后端侧连续形成有各外周刃13a～13f的半径型的立铣刀40的例子，但立铣刀40也有不存在拐角圆角刃3a～3f的方形的情况。中心刃10a～10f等的e、f是切削刃1A具有六个的情况下(图7～图11)的附图标记，切削刃为四个的情况下(图1～图6)的附图标记为a～d。

如图4所示，在各外周刃13a～13f的旋转方向后方侧形成有外周刃第二面14a～14f，在外周刃第二面14a～14f的旋转方向后方侧形成有外周刃第三面15a～15f。优选外周刃第二面14a～14d形成为朝向径向外周侧凸起的凸形状(偏心刃形)，外周刃第三面15a～15d形成为朝向径向外周侧凹陷的凹形状(凹形刃形)。外周刃第二面14a～14d呈凸形状，从而外周刃13a～13f的刃尖的刚性提高，外周刃第三面15a～15d呈凹形状，从而切削时的刃尖处产生的阻力降低，从而抑制了磨损的发展。

在径向上连续的各中心刃10a～10f与各底刃2a～2f的旋转方向后方侧形成有底刃第二面(底刃后刀面)4a～4f，该底刃第二面(底刃后刀面)4a～4f如图1、图2-(a)所示跨越各连续的中心刃10a～10f与底刃2a～2f连续至面向旋转轴O的位置，或如图2-(b)所示连续至接近旋转轴O的位置。如图2-(a)、(b)所示，在各底刃第二面4a～4f与位于其旋转方向后方侧的各中心刃10a～10f之间形成有中心槽10A～10F，该中心槽10A～10F通过旋转轴O，兼作为各中心刃10a～10f的前刀面，且与切口8、9连续。形成中心槽10A～10F的结果是，各中心刃10a～10f在各中心槽10A～10F的旋转方向后方侧形成为凸出的棱线。底刃第二面4a～4f存在平面的情况和曲面的情况。中心槽10A～10F有时与旋转方向前方侧的底刃第二面4a～4f之间不具有明确的边界(图3-(b))，但在形式上划分各底刃第二面4a～4f与各中心刃10a～10f。

与各中心刃10a～10f的旋转方向前方侧连续的中心槽10A～10F的中心刃10a～10f侧的面成为中心刃前刀面(25d)，与中心刃10a～10f的旋转方向后方侧连续的面成为中心刃第二面(中心刃后刀面)。其中，在中心刃10a～10f的径向外周侧连续形成有底刃2a～2f，跨越中心刃10a～10f与底刃2a～2f而在双方的旋转方向后方侧形成有底刃第二面4a～4f，从而中心刃第二面成为底刃第二面4a～4f的旋转轴O附近的一部分，中心刃前刀面(25d)成为底刃前刀面11a～11f的一部分。包括中心刃前刀面(25d)在内的底刃前刀面11a～11f存在平面的情况和曲面的情况。

在中心槽10A～10F的径向外周侧、底刃第二面4a～4f的旋转轴O附近的部分的旋转方向后方侧形成有第一切口面8a～8f，该第一切口面8a～8f与径向中心附近的底刃前刀面11a～11f一起构成第一切口8。在第一切口面8a～8f的径向外周侧连续形成有第二切口面9a～9f，该第二切口面9a～9f与径向外周附近的底刃前刀面11a～11f一起构成第二切口9。

第一切口8由底刃前刀面11a～11f和形成在底刃前刀面11a～11f的旋转方向前方侧的第一切口面8a～8f构成，第二切口9由底刃前刀面11a～11f和第二切口面9a～9f构成。如图4所示，在第二切口面9a～9f(第二切口9)的径向外周侧连续形成有刃槽20a～20f，该刃槽20a～20f成为呈螺旋状地形成在图1中用R表示的工具的旋转方向上相邻的外周刃13a-13b、13b-13c、13c-13d、13d-13e、13e-13f之间的切屑排出槽。第一切口面8a～8f与第二切口面9a～9f也存在平面的情况和曲面的情况。

如图1所示，在底刃第二面4a～4f的径向外周附近的部分的旋转方向后方侧，连续形成有与第一切口面8a～8f连续的底刃第三面6a～6f，在底刃第三面6a～6f的旋转方向后方侧连续形成有第二切口面9a～9f。底刃第三面6a～6f也存在平面的情况和曲面的情况。

在立铣刀40为半径型的情况下，如图1、图4所示，在拐角圆角刃3a～3f的旋转方向后方侧连续形成有拐角圆角刃第二面5a～5f，在拐角圆角刃第二面5a～5f的旋转方向后方侧连续形成有拐角圆角刃第三面7a～7d。如图4所示，在拐角圆角刃第二面5a～5f与拐角圆角刃第三面7a～7d的旋转方向后方侧连续形成有刃槽20a～20f。刃槽20a～20f与旋转方向后方侧的外周刃前刀面16a～16f以不成为不连续的面，例如成为曲率连续变化的曲面的方式平滑地连续。拐角圆角刃第二面5a～5f与拐角圆角刃第三面7a～7d也存在平面的情况和曲面的情况。

形成中心刃10a～10f的中心槽10A～10F形成为，如图1及其放大图即图2-(a)所示中心刃10a～10f与底刃2a～2f的连结点F1～F6以旋转轴O为中心而旋转那样的形状的扇形、或者如图2-(b)所示通过旋转轴O且在径向上具有实质上(大致)相同的宽度的带状、或者在径向上具有缓慢变化的宽度的带状。在为扇形的情况下，中心槽10A～10F的宽度随着从旋转轴O趋向第一切口8而逐渐产生并扩大。

中心槽10A～10F形成为，在旋转轴O方向(深度方向)上增加中心槽10A～10F的容积，确保中心刃10a～10f所切削的切屑的排出性的基础上，如图3-(a)、(b)所示从各中心槽10A～10F的旋转方向后方侧的底刃第二面4a～4f观察时、或者从各中心槽10A～10F的径向外周侧的第一切口面8a～8f观察时，具有恒定的深度的槽状。利用通过中心槽10A～10F且与旋转轴O平行的剖面观察时的中心槽10A～10F的剖面形状存在如图3所示形成成为工具主体侧凹陷的曲线状(凹曲面状)的情况和形成为多边形状(凹多面体状)的情况。

在附图中，由于在沿旋转轴O方向观察工具端面时的、中心刃10a～10f的曲率与底刃2a～2f的曲率不同，因此如图2-(a)所示中心刃10a～10f与底刃2a～2f的边界作为连结点F1～F4而被明确地示出，但在中心刃10a～10f的曲率与底刃2a～2f的曲率连续地变化的情况下，连结点F1～F4有时不明确地示出。在图2-(b)中未示出连结点F1～F4，但示出了中心刃10a～10f与底刃2a～2f的边界。在中心槽10A～10F的径向外周侧连续形成有第一切口8，因此连结点F1～F4也是中心刃10a～10f上的中心槽10A～10F与第一切口8的边界。

在工具主体上形成(磨削)中心槽10A～10F的结果是，中心刃10a～10f如上述那样形成为中心槽10A～10F的旋转方向后方侧的凸出的棱线，中心槽10A～10F以通过旋转轴O的方式而形成。因此，中心刃10a～10f以面向旋转轴O的方式而形成，或者以通过旋转轴O且朝向径向外周侧(放射方向外侧)的方式而形成。因此，中心刃10a～10f在进行工具的旋转时能够在从旋转轴O至径向外周侧的区域呈圆形状地对被切削件进行切削，因此立铣刀40具有能够应对沿旋转轴O方向行进的插铣加工、呈螺旋状地切入的斜向加工的能力。

需要说明的是，优选图2-(a)所示的中心刃10a～10f的长度Lc处于图4所示的工具直径D的0.01～0.3倍左右的范围。若Lc＜0.01D，则中心刃10a～10f的长度极度变小，中心刃10a～10f的对于在切削时受到的来自被切削件的阻力的抵抗力(刚性)降低，其结果是，容易发生因中心刃10a～10f的切削性降低导致的卷刃。另一方面，若Lc＞0.3D，则底刃2a～2f占据切削刃1A的长度缩短，从而形成于底刃2a～2f的旋转方向前方侧的底刃前刀面11a～11f所构成的第一切口8的旋转方向上的宽度变窄，切屑的排出性降低。

优选中心刃10a～10f的中低斜度角(侧隙角)与图4所示的底刃2a～2f的中低斜度角α相等、或者为同等程度，处于0.5～3.0°左右的范围。若α＜0.5°，则在插铣加工时底刃2a～2f与中心刃10a～10f容易同时与被切削件接触，从而立铣刀40本身从被切削件受到的切削阻力变大，担心发生卷刃、缺损。另一方面，若α＞3.0°，则从底刃2a～2f与被切削件接触到中心刃10a～10f与被切削件接触的时间变长，与之相应地，仅底刃2a～2f对被切削件进行切削的时间变长，从而底刃2a～2f受到的切削阻力增大，容易在底刃2a～2f发生卷刃。

优选图6、图11所示的立铣刀40的外周刃前角β1、β2处于-20～-12°左右的范围。“-”表示外周刃前刀面16a～16f比通过旋转轴O的径向的直线向旋转方向后方侧倾斜。若外周刃前角β1、β2＜-20°(前角β1、β2的绝对值大于20°)，则存在外周刃13a～13f的切削能力降低的趋势。另一方面，若β1、β2＞-12°(前角β1、β2的绝对值小于12°)，则外周刃13a～13f的刚性容易降低，因此难以进行稳定的切削。

图4、图9所示的立铣刀40的扭转角γ1、γ2优选处于35～55°左右的范围，更优选为40～50°。若扭转角γ1、γ2＜35°，则在插铣加工时各外周刃13a～13f在旋转方向上受到的切削阻力大，因此难以进行稳定的切削加工。另一方面，若扭转角γ1、γ2＞55°，则由于立铣刀40的轴向上的插铣加工、斜向加工，各外周刃13a～13f提拉被切削件的力变强，难以进行稳定的切削，并且拐角圆角刃3a～3f的刃厚变薄，容易因刃尖强度的降低而发生卷刃、损伤等。

对于立铣刀40的芯厚Dw而言，在确保通过插铣加工、斜向加工进行切削时的稳定性的基础上，如图6所示，设定为处于图4所示的工具直径D的60～75％的范围内，更优选为处于65～70％的范围内。如图6所示，在沿旋转轴O方向观察立铣刀40的与旋转轴O正交的剖面时的、包括外周刃前刀面16a～16f的刃槽20a～20f的形状为凹曲面。在此，在将以立铣刀40的工具直径D作为直径的圆的面积设为S时，优选外周刃13a～13f的与旋转轴O正交的剖面上的多个刃槽20a～20f的面积的合计处于0.3～0.4S左右的范围。立铣刀40的与旋转轴O正交的剖面上的刃槽20a～20f的面积相对于立铣刀40的面积S的合计成为表示通过刃槽20a～20f的切屑的排出性的优劣的指标。

若刃槽20a～20f的面积的合计小于0.3S，则切屑的排出性容易降低，因此立铣刀40容易产生折损，若大于0.4S，则难以维持最佳的楔角，立铣刀40的刚性极度降低，立铣刀40的折损的可能性变高。基于上述方面，若刃槽20a～20f的面积的合计处于0.3～0.4S左右的范围，则确保了由较大的刃槽20a～20f的区域带来的良好的切屑排出性。

在利用切削工具中一般广泛使用的由超硬工具制成的立铣刀，以切削速度Vc大于300m/min、特别是大于500m/min这样的超高速对难切削材料进行切削加工的情况下，因过大的切削负载而使立铣刀发生折损的可能性高。相对于此，在本发明中如上所述，立铣刀40的母材由氮化硅系陶瓷构成，因此即使为60～75％的芯厚，并且进行超高速切削加工，也能够因高耐热性而长期地将工具的损伤抑制得较小，由此不发生折损而持续进行切削。其结果是，即使假设切削刃1A产生磨损，磨损后的切削刃1A，特别是从底刃2a～2f至拐角圆角刃3a～3f的区间也能够继续作为切削刃而发挥功能。

需要说明的是，在本发明的立铣刀40、60中，通过对切削刃1A的刃尖棱线部实施处理使其带有微小的曲率，能够提高刃尖强度，延长切削寿命。在该情况下，优选底刃2a～2f的刃尖棱线的曲率半径比外周刃13a～13f的刃尖棱线的曲率半径小，更优选底刃2a～2f的刃尖棱线的曲率半径为1.0μm～4.0μm，外周刃13a～13f的刃尖棱线的曲率半径为4.5μm～15.0μm。基于上述的效果，能够在提高圆周速度快且切削时的负载大的外周刃13a～13f的刃尖强度的同时，提高圆周速度慢的底刃2a～2f的切削性。

图7～图11示出六刃的半径型的立铣刀60的制作例。六刃的情况下的各切削刃1A的结构、在各切削刃1A的旋转方向前方侧连续的各前刀面、在旋转方向后方侧连续的各后刀面的结构原则上与四刃的情况无变化。在图7～图11中，在拐角圆角刃第二面5a～5f的旋转方向后方侧形成有刃槽20a～20f，该刃槽20a～20f兼作为拐角圆角刃第三面7a～7d。

(实施例)

以下，在表1中对比地示出将具备上述特征的作为本发明的实施例1的立铣刀60、以及不具备本发明的特征的比较例1、2的立铣刀用于被切削件的侧面加工的情况下的结果。本发明例1与比较例1、2的不同之处在于，本发明的立铣刀60的母材是SiAlON系的陶瓷，相对于此，比较例1、2的立铣刀的母材是超硬合金，且在工具表面实施了硬质涂层。比较例2与本发明例1以及比较例1的不同之处在于，将切削速度Vc设定得较慢，以使得切削温度不会成为高温。另外，本发明例1的立铣刀60与比较例1的立铣刀以同样的加工条件进行切削，比较例2的加工条件采用一般的超硬半径立铣刀的Ni基耐热合金的侧面切削条件。

[表1]

由表1可知，本发明例1的立铣刀60在25m之前未发生折损，在7分钟这样的短时间内能够对Ni基耐热合金进行切削加工(寿命距离、加工时间)。相对于此，比较例1的立铣刀在切削开始后，工具立刻大幅缺损(0.2m)，不得不中断切削加工。另外，在比较例2的条件下，直至寿命用尽的加工时间比本发明例1长为1.17倍左右(8.2分钟)，但只能加工本发明例1的寿命距离的1/5即5m，切屑排出量也为本发明例1的1/3.5(28％)左右。

作为比较例1的立铣刀缺损的理由，认为因超高速切削而使切削温度急剧上升，大幅超过涂层以及超硬母材的耐热温度，因此涂层剥离，露出的超硬母材的磨损迅速发展。在比较例2中，与比较例1相比将切削速度设定得较慢(1/7.85(12.7％))，因此能够与比较例1相比将切削温度抑制为低温，但Ni基耐热合金(被切削件)的软化区域为约1000℃以上的高温，因此若按照比较例2的条件，则无法将被切削件的切削温度提高至所述软化区域。其结果是，以未达到软化区域的切削温度对被切削件进行切削，因此刃尖磨损发展，从而过早地发生卷刃。

本发明的立铣刀的母材是陶瓷，与比较例1、2相比具有高耐热性。根据该性质，能够在将切削温度提高至Ni基耐热合金的软化区域即1000℃以上的状态下进行超高速切削，因此抑制了刃尖的磨损，从而避免卷刃的发生。

附图标记说明

1……切削刃部；

1A……切削刃；

2a～2f……底刃；

3a～3f……拐角圆角刃；

4a～4f……底刃第二面；

5a～5f……拐角圆角刃第二面；

6a～6f……底刃第三面；

7a～7d……拐角圆角刃第三面；

8……第一切口；

8a～8f……第一切口面；

9……第二切口；

9a～9f……第二切口面；

10……中心刃部；

10a～10f……中心刃；

10A～10F……中心槽；

11a～11f……底刃前刀面；

12a～12f……拐角圆角刃前刀面；

13a～13f……外周刃；

14a～14f……外周刃第二面；

15a～15f……外周刃第三面；

16a～16f……外周刃前刀面；

20a～20f……刃槽；

30……刀柄部：

40……四刃半径立铣刀；

60……六刃半径立铣刀；

Wc……中心槽的宽度；

D……工具直径；

Dw……芯厚；

F1～F6……中心刃与底刃的连结点；

O……旋转轴

α……中低斜度角；

β1、β2……外周刃前角；

γ1、γ2……扭转角。

Claims (6)

1.一种陶瓷立铣刀，其在工具主体的轴向前端部侧具备切削刃部，该切削刃部具有：在旋转方向上隔开间隔而排列的多个切削刃；以及形成在旋转方向上相邻的所述切削刃之间的切口，其特征在于，

各个所述切削刃具有：中心刃，其从旋转轴附近朝向径向外周侧，且面向所述旋转轴；底刃，其与该中心刃连续；以及外周刃，其从该底刃向工具后端侧连续，

在径向上连续的各个所述中心刃与各个所述底刃的旋转方向后方侧，跨越所述中心刃和底刃这两刃而形成的底刃第二面连续至面向所述旋转轴的位置、或接近所述旋转轴的位置，在各个所述底刃第二面与位于各个所述底刃第二面的旋转方向后方侧的各个所述中心刃之间形成有中心槽，该中心槽通过所述旋转轴，兼作为各个所述中心刃的前刀面，并且与所述切口连续。

2.根据权利要求1所述的陶瓷立铣刀，其特征在于，

在沿所述旋转轴方向观察所述切削刃部的端面时，所述中心槽形成为从所述旋转轴至所述切口具有相同的宽度、或具有缓慢地变化的宽度的带状。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷立铣刀，其特征在于，

在各个所述底刃的径向外周侧连续形成有拐角圆角刃，从各个该拐角圆角刃向所述工具后端侧连续形成有各个外周刃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷立铣刀，其特征在于，

所述底刃带有中低斜度角。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的陶瓷立铣刀，其特征在于，

所述立铣刀的母材为SiAlON。

6.一种难切削材料的切削方法，该方法中使用权利要求1至5中任一项所述的陶瓷立铣刀对难切削材料进行切削，其特征在于，

使所述陶瓷立铣刀以500～1200m/min的切削速度(Vc)进行旋转的情况下，对所述难切削材料进行切削。