CN112584953B - 球头铣刀及切削刀片 - Google Patents

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Abstract

由于具备形成为曲率半径大于球半径(R1)的圆弧状的大径刃(111a～111e)，因此，与利用形成为单一的曲率半径的圆弧状的球头刃切削平面的情况相比，通过基于各大径刃(111a～111e)切削平面，能够改善加工面的表面粗糙度。进一步，由于各大径刃(111a～111e)形成为圆弧状，因此，与利用直线状的切削刃切削曲面的情况相比，通过利用各大径刃(111a～111e)切削曲面，能够改善加工面的表面粗糙度。因此，在基于各大径刃(111a～111e)切削平面及曲面时能够增大进给间隔，因此，在平面及曲面双方的切削中能够提高加工效率。

Description

球头铣刀及切削刀片
技术领域
本发明涉及球头铣刀及切削刀片，特别涉及在平面及曲面双方的切削中能够提高加工效率的球头铣刀及切削刀片。
背景技术
已知具备半球状的球头刃的球头铣刀。在利用形成为单一的曲率半径的圆弧状的球头刃进行平面的切削(精加工)时，为了改善加工面的表面粗糙度，需要减小进给间隔(进行加工的间距)。因此，存在加工效率下降的问题。
针对该问题，在专利文献1中记载了在球头刃(切削刃)设置多个直线状切削刃的技术。根据该技术，在以相同的进给间隔进行平面的切削时，与利用形成为单一的曲率半径的圆弧状的球头刃进行切削相比，通过利用直线状切削刃进行切削能够改善加工面的表面粗糙度。即，通过利用直线状切削刃进行平面的切削，即使增大进给间隔，也能够得到与利用圆弧状的球头刃进行切削时同等的表面粗糙度，因此能够提高加工效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-132407号公报(例如，段落0019、0026～0028，图2、3)
发明内容
但是，在上述现有技术中，如果通过直线状切削刃进行曲面的切削，则表面粗糙度容易变差。因此，存在难以在平面及曲面双方的切削中提高加工效率的问题。
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于，提供一种在平面及曲面双方的切削中能够提高加工效率的球头铣刀及切削刀片。
为了达成该目的，本发明的球头铣刀及切削刀片在轴线方向的前端具备绕所述轴线的旋转轨迹形成为大致半球状的球头刃，所述球头刃具备形成为曲率半径大于该球头刃的球半径的圆弧状的大径刃，在自所述球头刃的中心起位于所述球半径的80％以上且120％以下的区域内，从所述球头刃的前端到外周端形成有多个所述大径刃。
根据技术方案1所述的球头铣刀及技术方案6所述的切削刀片，由于球头刃具备形成为曲率半径大于该球头刃的球半径的圆弧状的大径刃，因此与利用形成为单一的曲率半径的圆弧状的球头刃切削平面的情况相比，通过利用大径刃切削平面，能够改善加工面的表面粗糙度。进一步，由于大径刃形成为圆弧状，因此与利用直线状的切削刃切削曲面的情况相比，通过利用大径刃切削曲面，能够改善加工面的表面粗糙度。
因此，在基于大径刃分别对平面及曲面切削时，能够增大进给间隔，因此具有在平面及曲面的双方的切削中能够提高加工效率的效果。
另外，由于在自球头刃的中心起位于球半径的80％以上且120％以下的区域内，从球头刃的前端到外周端形成有多个大径刃，因此即使在大径刃的曲率半径大于球半径的情况下，也能够使由大径刃形成的球头刃的刃形(轮廓形状)成为接近圆弧的形状。因此，具有在通过多个大径刃同时切削曲率半径小于大径刃的曲面时能够抑制加工效率下降的效果。
根据技术方案1所述的球头铣刀及技术方案6所述的切削刀片，在从球头刃的前端到外周端侧的规定区域内，多个大径刃的切削宽度分别相同。由此，在以三轴加工进行切削(球头铣刀相对于被切削物的相对角度不变)时，能够容易地使利用各大径刃切削角度不同的加工面(平面、曲面)时的表面粗糙度均匀。因此，具有即使在以三轴加工进行切削时，也能够均衡地提高角度不同的平面、曲面的加工效率的效果。
需要指出，规定区域至少是指“从位于球头刃的最前端侧的大径刃到与位于最外周端侧的大径刃相邻的大径刃的区域”，更优选为“从位于球头刃的最前端侧的大径刃到位于最外周端侧的大径刃的区域”。
另外，根据技术方案1所述的球头铣刀及技术方案6所述的切削刀片，由于多个大径刃的曲率半径分别相同，因此在以三轴加工进行切削时，能够容易地使利用各大径刃切削角度不同的加工面时的表面粗糙度更加均匀。因此，具有即使在以三轴加工进行切削时，也能够更加均衡地提高角度不同的平面、曲面的加工效率的效果。
另外，根据技术方案1所述的球头铣刀及技术方案6所述的切削刀片，在以球头刃的中心为中心描绘球半径的假想圆时，该假想圆与多个大径刃的各自的旋转轨迹内切，因此能够使各大径刃相对于轴线的倾斜从球头刃的前端到外周端逐渐变化。因此，具有即使在以三轴加工进行切削时，也能够进一步均衡地提高角度不同的平面、曲面的加工效率的效果。
另外，通过使各大径刃相对于轴线的倾斜从球头刃的前端到外周端逐渐变化，在以五轴加工切削角度不同的平面、曲面时，能够极力减小用于使各大径刃沿这些平面、曲面的球头铣刀的摆角。因此，具有在以五轴加工进行切削时，能够提高角度不同的平面、曲面的加工效率的效果。
进一步，在以球头刃的中心为中心描绘球半径的假想圆时，由于该假想圆与多个大径刃的各自的旋转轨迹内切，因此，能够使由大径刃形成的球头刃的刃形成为更加接近圆弧的形状。因此，具有在利用多个大径刃同时切削曲率半径小于大径刃的曲面时，能够更加有效地抑制加工效率下降的效果。
根据技术方案2所述的球头铣刀，起到如下效果。位于球头刃的最前端侧的大径刃的曲率半径及切削宽度大于其他大径刃的曲率半径及切削宽度。由此，具有如下效果：例如，在以三轴加工对与轴线正交的平面进行切削时，通过利用位于球头刃的最前端侧的大径刃进行切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
根据技术方案2所述的球头铣刀，起到如下效果。位于球头刃的最外周端侧的大径刃的曲率半径及切削宽度大于其他大径刃的曲率半径及切削宽度。由此，具有如下效果：例如，在以三轴加工对与轴线平行的平面进行切削时，通过利用位于球头刃的最外周端侧的大径刃进行切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
根据技术方案2所述的球头铣刀，起到如下效果。位于通过球头刃的中心且相对于轴线呈45°角度的假想线上的大径刃的曲率半径及切削宽度大于其他大径刃的曲率半径及切削宽度。由此，具有如下效果：例如，在以三轴加工对相对于轴线倾斜的加工面进行切削时，通过利用位于相对于轴线呈45°的角度的假想线上的大径刃进行切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
根据技术方案3所述的球头铣刀，起到如下效果。大径刃具备位于球头刃的前端侧的底大径刃和位于球头刃的外周端侧的外周大径刃，球头刃具备将底大径刃与外周大径刃之间连接并形成为曲率半径与球头刃的球半径相同的圆弧状的中径刃，中径刃位于通过球头刃的中心且相对于轴线呈45°角度的假想线上。由此，具有如下效果：通过利用底大径刃及外周大径刃切削曲率半径大于中径刃的曲面、平面，利用中径刃切削曲率半径与球半径相同的曲面，在切削各种曲率半径的曲面时，能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
根据技术方案4所述的球头铣刀，在技术方案1或2所述的球头铣刀所起到的效果的基础之上，还起到如下效果。由于从球头刃的前端到外周端形成五个以上的大径刃，因此与大径刃的数量不足五的情况相比，在以三轴加工进行切削时能够利用各大径刃切削各种角度的平面、曲面。因此，具有即使在以三轴加工进行切削时，也能够更加均衡地提高角度不同的平面、曲面的加工效率的效果。
另外，由于从球头刃的前端到外周端形成有十六个以下的大径刃，因此与大径刃的数量超过十六的情况相比，能够确保各大径刃的切削宽度较大。由此，具有如下效果：能够在基于大径刃进行切削时增大进给间隔，因此能够提高基于各大径刃的加工效率。
根据技术方案5所述的球头铣刀，在技术方案1或2所述的球头铣刀所起到的效果的基础之上，还起到如下效果。由于球头刃具备将大径刃彼此之间连接并形成为曲率半径小于球半径的圆弧状的多个小径刃，因此能够通过小径刃将各大径刃之间平滑地连接。由此，具有在利用多个大径刃同时进行切削时，能够抑制在各大径刃的连接部分产生碎片的效果。
附图说明
图1的(a)是本发明的一实施方式的球头铣刀的主视图，(b)是图1的(a)的IIb-IIb线处的球头铣刀的局部放大剖面图。
图2的(a)是切削刀片的主视图，(b)是图2的(a)的箭头IIb方向观察时的切削刀片的侧视图，(c)是图2的(a)的箭头IIc方向观察时的切削刀片的仰视图。
图3是示意性地示出切削刀片的第一球头刃及第二球头刃的刃形的示意图。
图4的(a)是示出通过本发明的球头铣刀切削工件的情况的示意图，(b)是示出通过单一R的球头铣刀切削工件的情况的示意图。
图5的(a)是示出通过球头铣刀以三轴加工切削工件的情况的示意图，(b)是示出通过球头铣刀以五轴加工切削工件的情况的示意图。
图6的(a)是示意性地示出第一变形例的切削刀片的第一球头刃及第二球头刃的刃形的示意图，(b)是示意性地示出第二变形例的切削刀片的第一球头刃及第二球头刃的刃形的示意图。
图7是示意性地示出第三变形例的切削刀片的第一球头刃及第二球头刃的刃形的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。首先，参照图1对球头铣刀1的结构进行说明。图1的(a)是本发明的一实施方式的球头铣刀1的主视图，图2的(b)是图1的(a)的IIb-IIb线处的球头铣刀1的局部放大剖面图。
如图1所示，球头铣刀1具备构成其基端侧的部位的柄部2和与该柄部2的前端连接的主体部3，且构成为切削刀片100装卸自如地固定于主体部3的前端的刃头更换式的球头铣刀。
柄部2及主体部3分别形成为绕轴线O的圆柱状。柄部2安装于机床的主轴，通过绕轴线O旋转来进行被切削材料的切削加工。
在主体部3的前端侧形成有在与轴线O正交的方向(图1的(b)的上下方向)隔开规定间隔的一对固定部30。在这一对固定部30之间形成有朝向主体部3的基端侧(图1的(b)的右侧)凹陷的剖面为矩形的凹部31，且构成为切削刀片100能够插入该凹部31。
在一对固定部30中的一方(图1的(b)的上侧)的固定部30形成有贯通孔30a，在另一方(图1的(b)的下侧)的固定部30在与贯通孔30a对应的位置形成有内螺纹孔30b。在将切削刀片100插入凹部31的状态下，将插入固定部30的贯通孔30a和切削刀片100的安装孔104的螺钉4紧固于内螺纹孔30b，从而将切削刀片100固定于固定部30(凹部31)。
一对固定部30的前端侧形成为大致半球状，且构成为在将切削刀片100固定于固定部30的状态下，切削刀片100的第一球头刃110及第二球头刃120在正面观察时露出于固定部30的周围。
接着，参照图2对切削刀片100的结构进行说明。图2的(a)是切削刀片100的主视图，图2的(b)是图2的(a)的箭头IIb方向观察时的切削刀片100的侧视图，图2的(c)是图2的(a)的箭头IIc方向观察时的切削刀片100的仰视图。
需要指出，在下面的说明中，即使在单独说明切削刀片100时，也是以安装于球头铣刀1(参照图1)的状态为基准而对切削刀片100的各部进行说明的。因此，在切削刀片100安装于球头铣刀1的状态(图1的状态)下，分别将构成球头铣刀1的前端侧的部位定义为切削刀片100的前端，将与其相反的相反侧的部位定义为切削刀片100的基端，将构成球头铣刀1的外周端侧的部位定义为切削刀片100的外周端而进行说明。另外，将切削刀片100的厚度方向(图2的(a)的纸面垂直方向)简单地记载为“厚度方向”而进行说明。
如图2所示，切削刀片100使用超硬合金等硬质材料形成为大致平板状，在相对于轴线O旋转180°时成为形状相同的表里对称的形状。切削刀片100形成为在厚度方向观察时(参照图2的(a))圆的基端侧(图2的(a)的上侧)的一部分被切去的形状，切削刀片100的前端侧在厚度方向观察时形成为大致半圆状。
其中，将切削刀片100的基端侧的面、即与轴线O正交的面定义为基端面101，将朝向切削刀片100的厚度方向(与轴线O正交的方向)的面定义为一对侧面102、103。
剖面圆形的安装孔104以贯通一对侧面102、103的方式形成，该安装孔104形成于与后述的球头刃的中心C(参照图2的(a))大致一致的位置。在从切削刀片100的前端(图2的(a)的下侧的端部)到基端面101的外周端侧(图2的(a)的左右方向端部)的切削刀片100的外周缘部，一对前刀面105以从一对侧面102、103向厚度方向凹陷的方式形成。需要指出，对一对前刀面105中的第二球头刃120的前刀面105省略图示。
这一对前刀面105是朝向安装于球头铣刀1(参照图1)的状态下的切削刀片100的旋转方向T(图2的(c)的逆时针方向)的前方侧的面。在一对前刀面105的旋转方向T的后方侧，一对后刀面106、107以与前刀面105相连的方式形成，第一球头刃110及第二球头刃120形成在后刀面106、107与前刀面105的交叉棱线部。
第一球头刃110及第二球头刃120形成为朝向旋转方向T的前方侧凸出的弯曲形状(参照图2的(b))，从切削刀片100的前端观察时(参照图2的(c))，由第一球头刃110及第二球头刃120形成大致S字状的球头刃。
第一球头刃110及第二球头刃120是从厚度方向观察时形成为朝向切削刀片100的前端凸出的大致半圆状的切削刃。由于第一球刃110及第二球刃120实质上是相同的结构，因此对第二球刃120标注与第一球刃110相同的附图标记而进行说明。
第一球头刃110及第二球头刃120具备：多个(在本实施方式中为五个)大径刃111a～111e，形成为向远离这些第一球头刃110及第二球头刃120的中心C(轴线O上的中心)的方向凸出的圆弧状；以及多个(在本实施方式中为四个)小径刃112，将这些多个大径刃111a～111e彼此间连接并形成为向远离中心C的方向凸出的圆弧状。
需要指出，在以下的说明中，将多个大径刃111a～111e中位于最前端侧的大径刃定义为底大径刃111a，将位于最外周端侧的大径刃定义为外周大径刃111e，将位于底大径刃111a与外周大径刃111e之间的大径刃定义为倾斜大径刃111b～111d而进行说明，但在综合记载底大径刃111a、倾斜大径刃111b～111d以及外周大径刃111e时，省略记载为“各大径刃111”。
接着，参照图3，对第一球头刃110及第二球头刃120的详细结构进行说明。图3是示意性地示出切削刀片100的第一球头刃110及第二球头刃120的刃形的示意图。即，图3是将第一球头刃110及第二球头刃120的刃形(轮廓形状)向厚度方向投影的图，示出第一球头刃110及第二球头刃120的旋转轨迹。
如图3所示，各大径刃111形成为曲率半径(在本实施方式中为30mm)大于第一球头刃110及第二球头刃120的球半径R1(在本实施方式中为10mm)的圆弧状。各小径刃112形成为曲率半径(在本实施方式中为3mm)小于球半径R1的的圆弧状。
需要指出，球半径R1是指从轴线O朝向第一球头刃110的外周端E1(第二球头刃120的外周端E2)垂直延伸的线段的长度，该线段与轴线O的交点成为第一球头刃110及第二球头刃120的中心C。
各大径刃111及各小径刃112形成在自第一球头刃110(第二球头刃120)的中心C起位于球半径R1的105％以下的区域内。因此，即使在各大径刃111的曲率半径大于球半径R1大时，也能够使第一球头刃110(第二球头刃120)的刃形、即各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。
底大径刃111a的刃长是与外周大径刃111e的刃长(到外周端E1的刃长)相同的长度，各倾斜大径刃111b～111d的刃长是底大径刃111a的刃长的两倍的长度。即，如果将第一球头刃110(第二球头刃120)的前端定义为0°的切削位置，将第一球头刃110的外周端E1(第二球头刃120的外周端E2)定义为90°的切削位置，则在从0°到90°的切削区域，通过将第一球头刃110及第二球头刃120的刃长等分来形成各大径刃111。
因此，在从0°到90°的切削区域，基于第一球头刃110及第二球头刃120这两个底大径刃111a的切削宽度L1(在本实施方式中为3mm)是与基于各倾斜大径刃111b～111d的切削宽度L1相同的长度。
另外，在将从0°到90°的切削位置设为第一球头刃110(第二球头刃120)的切削区域时，基于外周大径刃111e的切削宽度L2是基于两个底大径刃111a的切削宽度L1的二分之一，但外周大径刃111e越过90°的切削位置而朝向切削刀片100的基端侧延伸设置。即，外周大径刃111e也能够以与基于两个底大径刃111a的切削宽度L1相等的切削宽度进行切削，实质上，基于各大径刃111的切削宽度分别为相同的长度。
另外，在厚度方向观察时，在以第一球头刃110及第二球头刃120的中心C为中心描绘球半径R1的假想圆V1(参照图3的放大部分)时，该假想圆V1与各大径刃111内切(各大径刃111的各自的旋转轨迹与假想圆V1相切)。因此构成为，轴线O与两个底大径刃111a的中央处的切线所成的角度为90°，相对于此，轴线O与各大径刃111b～111e的中点处的切线所成的角度从底大径刃111a到外周大径刃111e阶段性地(在本实施方式中，每22.5°)变化。
小径刃112形成为与将相邻的各大径刃111(例如，底大径刃111a及倾斜大径刃111b)延长后的两个圆弧内切的圆弧状。由此，各大径刃111彼此通过小径刃112而平滑地连接。
参照图3～图5，对基于这样构成的第一球头刃110及第二球头刃120的切削方式进行说明。图4的(a)是示出通过本发明的球头铣刀切削工件W的情况的示意图，图4的(b)是示出通过单一R的球头铣刀切削工件W的情况的示意图。图5的(a)是示出通过球头铣刀1A～1C以三轴加工切削工件W的情况的示意图，图5的(b)是示出通过球头铣刀1D～1F以五轴加工切削工件W的情况的示意图。
如图4的(a)所示，在进行工件W的平面的切削(例如，模具等的底面的精加工)时，通过切削刀片100的两个底大径刃111a以规定的切入深度切削(参照图4的(a)的双点划线)。
接着，使球头铣刀1沿着工件W的表面移动规定的进给间隔P的量来进行切削(参照图4的(a)的实线部分)，该进给间隔P的大小根据所要求的表面粗糙度适当设定。在这种情况下，由于底大径刃111a形成为曲率半径大于球半径R1(参照图3)的圆弧状，因此通过基于底大径刃111a切削工件W的平面，能够改善加工面的表面粗糙度。
即，如图4的(b)所示，例如通过形成为球半径R1(参照图3)的单一的圆弧状的球头刃510(以下，简单地记载为“单一R的球头刃510”)，以与上述利用底大径刃111a切削时相同的进给间隔P进行切削，则与利用底大径刃111a切削相比，尖顶高度h(切削残留)变大，表面粗糙度容易变差。
换言之，如果是如本实施方式那样具备曲率半径大于球半径R1的圆弧状的底大径刃111a的结构，则即使减小进给间隔P，也能够得到与利用单一R的球头刃510切削时相等的表面粗糙度。进一步，由于底大径刃111a形成为圆弧状，因此虽然省略了图示，但在切削工件W的曲面时，能够通过底大径刃111a进行沿该曲面的切削。因此，与以往那样在球头刃设置直线状的切削刃的情况相比，能够改善曲面的表面粗糙度。
因此，在基于底大径刃111a切削工件W的平面及曲面双方时，能够增大进给间隔P，因此能够提高平面及曲面双方的切削中的加工效率。需要指出，这种基于底大径刃111a的作用效果在其他的倾斜大径刃111b-111d、外周大径刃111e中也同样起效。
其中，基于球头铣刀1(参照图1)的切削以球头铣刀1相对于工件W的倾斜(相对的角度)为一定的状态的三轴加工、球头铣刀1的倾斜可变的五轴加工来进行。进一步对这些三轴加工、五轴加工中的第一球头刃110及第二球头刃120的切削方式进行说明。首先，对三轴加工进行说明。
如图的5(a)所示，工件W有时由各种角度的平面W1、曲面W2～W4构成，因此为了用一个工具(不更换工具)进行这种工件W的切削，需要均衡地提高各平面W1、曲面W2～W4的加工效率。
相对于此，在本实施方式中，从第一球头刃110及第二球头刃120的前端到外周端设有五个切削宽度L2(参照图3)为相同长度的各大径刃111。由此，在利用各大径刃111对角度(相对于轴线O的倾斜角)不同的平面W1、曲面W2、W3进行切削时(参照图5的(a)的球头铣刀1A～1C)，能够容易地使基于这些各大径刃111切削的加工面的表面粗糙度均匀。
换言之，通过具备多个大径刃111，即使在如三轴加工那样球头铣刀1A～1C相对于工件W的相对角度不能变更时，也能够容易地使各大径刃111沿着各平面W1、曲面W2、W3，因此能够均衡地提高角度不同的平面W1、曲面W2、W3的加工效率。进一步，由于各大径刃111的曲率半径分别相同，因此能够容易地使基于各大径刃111切削的加工面的表面粗糙度更加均匀。因此，能够更加均衡地提高角度不同的平面W1、曲面W2、W3的加工效率。
另外，由于各大径刃111相对于轴线O的倾斜从底大径刃111a到外周大径刃111e逐渐变化，由此，也能够在进行三轴加工时，更加均衡地提高角度不同的平面W1、曲面W2、W3的加工效率。
其中，有时不切削曲率半径大于各大径刃111的曲面W2、W3、平面W1，而切削曲率半径(例如，与球半径R1相同的半径)小于各大径刃111的曲面W4。在这种情况下，由于通过各大径刃111同时切削相关曲面W4(参照图5的(a)的球头铣刀1A)，因此为了降低曲面W4的切削残留，优选第一球头刃110及第二球头刃120的刃形接近圆弧(单一R)。
另一方面，在本实施方式中，由于各大径刃111以大于球半径R1的曲率半径形成，因此成为如下结构：与单一R的球头刃相比，切削曲面W4时容易产生切削残留，但能够极力降低该切削残留。
即，由于各大径刃111及各小径刃112形成在自第一球头刃110(第二球头刃120)的中心C(参照图3)起位于球半径R1的105％以下的区域内，因此，即使在各大径刃111的曲率半径大于球半径R1时，也能够使各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。
另外，由于构成为在以第一球头刃110及第二球头刃120的中心C为中心描绘球半径R1的假想圆V1(参照图3的放大部分)时，假想圆V1与各大径刃111的旋转轨迹相切，由此也能够使各大径刃111的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。
进一步，由于各大径刃111彼此之间通过形成为曲率半径小于球半径R1的圆弧状的各小径刃112(参照图3)而平滑地连接，因此与未形成各小径刃112的情况相比，能够使各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。
这样，通过使各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹(第一球头刃110及第二球头刃120的刃形)成为接近圆弧的形状，即使在切削半径小于各大径刃111的曲率半径的曲面W4时，也能够极力降低切削时的切削残留。因此，能够抑制切削相关曲面W4时加工效率下降。
另外，由于各大径刃111彼此之间通过各小径刃112平滑地连接，因此即使在通过各大径刃111同时切削工件W的曲面W4时，也能够抑制在各大径刃111的连接部分产生碎片。另外，由于各小径刃112的切削宽度小于各大径刃111的切削宽度，因此即使在各大径刃111之间设置小径刃112时，也能够确保各大径刃111的切削宽度。因此，能够在基于各大径刃111切削平面及曲面时增大进给间隔，从而在平面及曲面双方的切削中能够提高加工效率。接着，对五轴加工进行说明。
如图的5(b)所示，在以五轴加工进行工件W的切削时，能够任意地设定球头铣刀1A～1C相对于工件W的相对角度，因此与以三轴加工进行切削的情况相比，能够改善角度不同的平面W5、曲面W6、W7的表面粗糙度。
即，例如在使曲率半径比各大径刃111小的各小径刃112向工件W侧最突出的状态下进行切削，则加工面的表面粗糙度容易变差。相对于此，在本实施方式中，能够使各大径刃111沿角度不同的平面W5、曲面W6、W7而使球头铣刀1A～1C倾斜地进行切削，因此能够改善切削角度不同的平面W5、曲面W6、W7时的表面粗糙度(加工效率)。
另外，从第一球头刃110及第二球头刃120(参照图3)的前端到外周端形成有五个大径刃111，各大径刃111相对于轴线O的角度从底大径刃111a到外周大径刃111e逐渐变化，因此在使各大径刃111沿角度不同的平面W5、曲面W6、W7时，能够极力减小球头铣刀1D～1F的摆角(相对于工件W的相对角度的调整量)。因此，能够提高以五轴加工切削角度不同的平面W5、曲面W6、W7时的加工效率。
接着，参照图6及图7对切削刀片100的变形例进行说明，对与上述切削刀片100相同的部分标注相同的附图标记而进行说明。首先，参照图6对切削刀片100的第一变形例及第二变形例进行说明。
图6的(a)是示意性地示出第一变形例的切削刀片200的第一球头刃210及第二球头刃220的刃形的示意图，图6的(b)是示意性地示出第二变形例的切削刀片300的第一球头刃310及第二球头刃320的刃形的示意图。
需要指出，图6是将第一球头刃210、310及第二球头刃220、320的刃形(轮廓形状)向厚度方向投影的图，示出第一球头刃210、310及第二球头刃220、320的旋转轨迹。
另外，第一变形例及第二变形例的切削刀片200、300除了各大径刃111的切削宽度、曲率半径不同之外，是与上述实施方式的切削刀片100实质上相同的结构。因此，对第一变形例及第二变形例的切削刀片200、300的各大径刃111标注与上述实施方式的切削刀片100的各大径刃111相同的附图标记而进行说明。
如图6的(a)所示，第一变形例的切削刀片200的各大径刃111形成为曲率半径大于第一球头刃210及第二球头刃220的球半径(在本实施方式中为10mm)的圆弧状。另外，各小径刃112形成为曲率半径(在本实施方式中为3mm)小于第一球头刃210及第二球头刃220的球半径的圆弧状。
需要指出，球半径是指从轴线O朝向第一球头刃210(第二球头刃220)的外周端垂直延伸的线段的长度，该线段与轴线O的交点成为第一球头刃210及第二球头刃220的中心C。
基于第一球头刃210及第二球头刃220这两个的底大径刃111a的切削宽度L3、基于外周大径刃111e的切削宽度L3以及基于与底大径刃111a及外周大径刃111e相邻的倾斜大径刃111b、111d的切削宽度L3分别为相同的长度(在本实施方式中为2.5mm)。另外，底大径刃111a、外周大径刃111e以及倾斜大径刃111b、111d的曲率半径(在本实施方式中为30mm)分别相同。
另一方面，三个倾斜大径刃111b～111d中，位于通过第一球头刃210及第二球头刃220的中心C且相对于轴线O呈45°的角度的假想线V2上的倾斜大径刃111c(假想线V2上具有旋转轨迹的倾斜大径刃111c)的切削宽度L4(在本实施方式中为5.6mm)及曲率半径(在本实施方式中为40mm)大于其他大径刃111a、111b、111d、111e。
由此，在以三轴加工对相对于轴线O倾斜45°左右的工件的加工面进行切削时，通过利用倾斜大径刃111c切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。另一方面，对于以与其不同的角度倾斜的工件的加工面，通过利用其他大径刃111a、111b、111d、111e进行切削，能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
其中，在使切削刀片200旋转时，由于形成于最接近轴线O的位置的底大径刃111a的圆周速度变慢，所以在底大径刃111a切削时，加工面的表面粗糙度比较容易变差。另一方面，虽然形成于距离轴线O最远的位置的外周大径刃111e的圆周速度比较快，但如果利用外周大径刃111e进行切削，则与轴线O正交的方向的力容易施加于球头铣刀(球头铣刀容易挠曲)，因此在外周大径刃111e切削时，加工面的表面粗糙度比较容易变差。
即，从刃的圆周速度、工具的挠曲的观点出发，优选利用各大径刃111中位于相对于轴线O呈45°的角度的假想线V2上的倾斜大径刃111c进行切削。相对于此，在本实施方式中，由于倾斜大径刃111c的切削宽度L4及曲率半径最大，因此，由于通过五轴加工能够使倾斜大径刃111c沿角度不同的平面、曲面进行切削，所以与利用其他大径刃111a、111b、111d、111e进行切削的情况相比，尤其能够有效地改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
需要指出，在以第一球头刃210及第二球头刃220的中心C为中心描绘球半径的假想圆(未图示)时，该假想圆与除了倾斜大径刃111c以外的其他大径刃111a、111b、111d、111e内切，另一方面，倾斜大径刃111c形成在该假想圆的内侧。这样，在各大径刃111的一部分不与以中心C为中心的球半径的假想圆接触时，第一球头刃210及第二球头刃220的刃形的形状容易成为与圆弧不同的形状。
相对于此，在第一变形例中，各大径刃111及各小径刃112形成在自第一球头刃210(第二球头刃220)的中心C起位于球半径的90％以上且110％以下的区域内。因此，即使在倾斜大径刃111b的切削宽度L4、曲率半径大于其他大径刃111a、111b、111d、111e的切削宽度L3、曲率半径时，也能够使第一球头刃210(第二球头刃220)的刃形、即各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。由此，利用各大径刃111同时切削半径小于各大径刃111的曲率半径的曲面时，能够抑制加工效率下降。
如图6的(b)所示，第二变形例的切削刀片300的各大径刃111形成为曲率半径大于第一球头刃310及第二球头刃320的球半径(在本实施方式中为10mm)的圆弧状。各小径刃112形成为曲率半径(在本实施方式中为3mm)小于第一球头刃310及第二球头刃320的球半径的圆弧状。
需要指出，球半径是指从轴线O朝向第一球头刃310(第二球头刃320)的外周端垂直延伸的线段的长度，该线段与轴线O的交点成为第一球头刃310及第二球头刃320的中心C。
基于各倾斜大径刃111b～111d及外周大径刃111e的切削宽度L5(在本实施方式中为2.5mm)分别为相同的长度。另外，这些各倾斜大径刃111b～111d及外周大径刃111e分别形成为相同的曲率半径(在本实施方式中为30mm)的圆弧状。
另一方面，第一球头刃310及第二球头刃320的两个底大径刃111a的切削宽度L6(在本实施方式中为7.5mm)及曲率半径(在本实施方式中为40mm)大于其他大径刃111b～111e。
由此，在以三轴加工对相对于轴线O正交的工件的加工面进行切削时，通过利用底大径刃111a切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。另一方面，对于以与其不同的角度倾斜的工件的加工面，通过利用其他大径刃111b～111e进行切削，能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
需要指出，在以第一球头刃310及第二球头刃320的中心C为中心描绘球半径的假想圆(未图示)时，构成为该假想圆与两个底大径刃111a及外周大径刃111e内切，但其他的倾斜大径刃111b～111d形成在该假想圆的外侧。如上所述，在各大径刃111的一部分不与球半径的假想圆相接时，由各大径刃111形成的刃形的形状容易成为与圆弧不同的形状。
相对于此，在第二变形例中，各大径刃111及各小径刃112也形成在自第一球头刃310(第二球头刃320)的中心C起位于球半径的90％以上且110％以下的区域内。因此，能够使第一球头刃310(第二球头刃320)的刃形、即各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。由此，在利用各大径刃111同时切削半径小于各大径刃111的曲率半径的曲面时，能够抑制加工效率下降。
接着，参照图7对切削刀片100的第三变形例进行说明。图7是示意性地示出第三变形例的切削刀片400的第一球头刃410及第二球头刃420的刃形的示意图。需要指出，图7是将第一球头刃410及第二球头刃420的刃形(轮廓形状)向厚度方向投影的图，示出第一球头刃410及第二球头刃420的旋转轨迹。
如图7所示，第三变形例的切削刀片400的各大径刃111形成为曲率半径大于第一球头刃410及第二球头刃420的球半径(在本实施方式中为10mm)的圆弧状。另外，各小径刃112形成为曲率半径(在本实施方式中为3mm)小于第一球头刃410及第二球头刃420的球半径的圆弧状。
需要指出，球半径是指从轴线O朝向第一球头刃410(第二球头刃420)的外周端垂直延伸的线段的长度，该线段与轴线O的交点成为第一球头刃410及第二球头刃420的中心C。
底大径刃111a与外周大径刃111e之间通过中径刃113连接，中径刃113形成为曲率半径与第一球头刃410及第二球头刃420的球半径相同的圆弧状。中径刃113的外周端侧与外周大径刃111e直接连接，另一方面，中径刃113的前端侧经由小径刃112与底大径刃111a连接。
底大径刃111a形成为未达到轴线O的长度，第一球头刃410的底大径刃111a与第二球头刃420的底大径刃111a通过位于轴线O上的一对小径刃112连接。即，这一对小径刃112构成第一球头刃410及第二球头刃420各自的最前端侧的切削刃。
基于底部大径刃111a的切削宽度L7和基于外周大径刃111e的切削宽度L7分别为相同的长度(在本实施方式中为3mm)。另外，外周大径刃111e的曲率半径(在本实施方式中为20mm)小于底大径刃111a的曲率半径(在本实施方式中为50mm)。另一方面，中径刃113的切削宽度L8(在本实施方式中为10mm)大于各大径刃111。
这样，通过设置曲率半径小于各大径刃111的中径刃113，将该中径刃113的切削宽度L8设为最大，尤其能够提高曲率半径小于各大径刃111的曲面(即，曲率半径与球半径相同的曲面)的加工效率。
另外，通过使用该切削刀片400进行五轴加工，利用各大径刃111切削曲率半径大于中径刃113的曲面、平面，利用中径刃113切削曲率半径小于各大径刃111的曲面，从而，在切削各种曲率半径的曲面时，能够改善加工面的表面粗糙度(加工效率)。
其中，在通过球头刃进行工件的粗加工时，例如，如果存在比球半径更向外侧突出的刃，则为了抑制加工余量过剩，需要以该突出的刃为基准进行加工轨迹的运算。因此，如果是多个大径刃、小径刃比球半径更突出的结构，则加工轨迹的运算容易变得复杂。
相对于此，在本实施方式中，在以第一球头刃410及第二球头刃420的中心C为中心描绘球半径的假想圆V3(参照图7的放大部分)时，中径刃113沿该假想圆V3而形成，另一方面，底大径刃111a及外周大径刃111e形成在假想圆V3的内侧。即，各大径刃111、各小径刃112以及中径刃113分别构成为不比球半径的假想圆V3更向外侧突出。
这样，通过在假想圆V3(预先确定的基准圆)内设置各大径刃111、各小径刃112以及中径刃113，如果以球半径的球头刃的形状为基准的加工轨迹进行粗加工，则能够防止加工余量过剩。换言之，由于能够以球半径的球头刃的形状为基准的加工轨迹进行粗加工，因此能够容易地进行相关加工轨迹的运算。
另一方面，底大径刃111a及外周大径刃111e形成在假想圆V3的内侧，但在第三变形例中，各大径刃111及各小径刃112形成在自第一球头刃410(第二球头刃420)的中心C起位于球半径的95％以上的区域内。由此，能够使第一球头刃410(第二球头刃420)的刃形、即各大径刃111及各小径刃112的旋转轨迹成为接近圆弧的形状。因此，在利用各大径刃111、各小径刃112以及中径刃113同时切削半径(例如，球半径)小于各大径刃111的曲率半径的曲面时，能够抑制加工效率下降。
以上，基于上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述方式，能够容易地推测，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形改良。例如，各大径刃111、各小径刃112以及中径刃113的切削宽度或曲率半径的数值是例示的，能够适当设定。
在上述实施方式中，对在装卸自如地构成于球头铣刀1的切削刀片100、200、300、400形成有第一球头刃110、210、310、410及第二球头刃120、220、320、420的情况进行了说明，但并不一定限定于此。例如，也可以在实心型的球头铣刀或刃尖钎焊型的球头铣刀设置相当于第一球头刃110、210、310、410及第二球头刃120、220、320、420的球头刃。
在上述实施方式中，对在切削刀片100、200、300、400形成有第一球头刃110、210、310、410及第二球头刃120、220、320、420(两片切削刃)的情况进行了说明，但并不一定限定于此。例如，也可以是如下结构：在一个切削刀片形成一片第一球头刃110、210、310、410(第二球头刃120、220、320、420)，并在球头铣刀1安装多个该切削刀片。另外，也可以是，在一个切削刀片形成三片以上相当于第一球头刃110、210、310、410或第二球头刃120、220、320、420的球头刃。
在上述实施方式中，对在第一球头刃110、210、310(第二球头刃120、220、320)形成有五个大径刃111的情况、即在一片球头刃形成有五个大径刃111的情况进行了说明，但并不一定限定于此。如第一球头刃410(第二球头刃420)，只要在一片球头刃形成有至少两个以上的大径刃111即可，但优选在一片球头刃以五以上且十六以下的数量设置大径刃111。
即，在大径刃111的数量小于五时，能够使各大径刃111的刃长(切削宽度)形成得较长，另一方面，在进行三轴加工时，对能够利用各大径刃111加工的加工面(平面、曲面)的角度产生制约。另外，在大径刃111的数量超过十六时，在进行三轴加工时，能够利用各大径刃111切削各种角度的平面、曲面，另一方面，由于各大径刃111的刃长(切削宽度)变小，因此在利用一个大径刃111进行切削时，加工效率下降。
相对于此，通过在一片球头刃设置五个以上的大径刃111，与大径刃111的数量小于五的情况相比，在进行三轴加工时，能够利用各大径刃111切削各种角度的平面、曲面。因此，即使在以三轴加工进行切削时，也能够更加均衡地提高角度不同的平面、曲面的加工效率。另外，通过在一片球头刃设置十六个以下的大径刃111，与大径刃111的数量超过十六的情况相比，能够确保各大径刃111的切削宽度较大。由此，能够在基于各大径刃111切削平面及曲面时增大进给间隔，因此，在平面及曲面双方的切削中能够提高加工效率。
在上述实施方式中，对在第一球头刃110、210、310、410(第二球头刃120、220、320、420)中各大径刃111的切削宽度(曲率半径)分别相同的情况，或倾斜大径刃111c的切削宽度(曲率半径)大于其他大径刃111a、111b、111d、111e的情况，或底大径刃111a的切削宽度(曲率半径)大于其他大径刃111b～111e的情况进行了说明，但不一定限定于此。例如，切削宽度、曲率半径在各大径刃111中可以分别不同，也可以是各大径刃111中两个以上的大径刃111的切削宽度、曲率半径大于(小于)其他大径刃111的结构。
另外，也可以是将各大径刃111中位于最外周端侧的外周大径刃111e的切削宽度及曲率半径设为大于其他大径刃111a～111d的结构。由此，在以三轴加工切削与轴线O平行的平面(例如，工件的壁面)时，通过利用外周大径刃111e切削，尤其能够改善加工面的表面粗糙度。
即，各大径刃111的切削宽度、曲率半径只要根据进行切削的工件适当设定即可，各大径刃111的切削宽度、曲率半径可以是任何值，但优选使各大径刃111及各小径刃112(中径刃113)形成在自球头刃的中心C起位于球半径的至少80％以上且120％以下的区域内(从球头刃的中心C到各大径刃111及各小径刃112(中径刃113)的各中点的长度为球半径的80％以上且120％以下)。相关形成区域越接近球半径的100％，越能够使由各大径刃111及各小径刃112(中径刃113)形成的刃形的形状成为越接近圆弧的形状。
更优选地，使各大径刃111及各小径刃112(中径刃113)分别形成在自球头刃的中心C起位于球半径的100％以下的区域内。由此，由于能够以球半径的球头刃的形状为基准的加工轨迹进行粗加工，因此能够容易地进行相关加工轨迹的运算。
在上述实施方式中，对通过小径刃112将各大径刃111彼此之间、大径刃111与中径刃113之间连接的情况进行了说明，但并不一定限定于此。例如，也可以是省略小径刃112而将各大径刃111彼此直接连接的结构、将大径刃111与中径刃113直接连接的结构。
附图标记说明
1…球头铣刀；100、200、300、400…切削刀片；110、210、310、410…第一球头刃(球头刃)；111a…底大径刃(大径刃)；111b、111c、111d…倾斜大径刃(大径刃)；111e…外周大径刃(大径刃)；112…小径刃；113…中径刃；120、220、320、420…第二球头刃(球头刃)；C…球头刃的中心；
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7…大径刃的切削宽度；O…轴线；R1…球半径；V1…假想圆；V2…假想线。

Claims (6)

1.一种球头铣刀，在轴线方向的前端具备绕所述轴线的旋转轨迹形成为大致半球状的球头刃，其特征在于，
所述球头刃具备形成为曲率半径大于该球头刃的球半径的圆弧状的大径刃，
在自所述球头刃的中心起位于所述球半径的80％以上且120％以下的区域内，从所述球头刃的前端到外周端形成有多个所述大径刃，
在从所述球头刃的前端到外周端侧的规定区域内，多个所述大径刃的切削宽度分别相同，
多个所述大径刃的曲率半径分别相同，
在以所述球头刃的中心为中心描绘所述球半径的假想圆时，该假想圆与多个所述大径刃的各自的旋转轨迹内切。
2.一种球头铣刀，在轴线方向的前端具备绕所述轴线的旋转轨迹形成为大致半球状的球头刃，其特征在于，
所述球头刃具备形成为曲率半径大于该球头刃的球半径的圆弧状的大径刃，
在自所述球头刃的中心起位于所述球半径的80％以上且120％以下的区域内，从所述球头刃的前端到外周端形成有多个所述大径刃，
位于所述球头刃的最前端侧的所述大径刃、位于所述球头刃的最外周端侧的所述大径刃、或者位于通过所述球头刃的中心且相对于所述轴线呈45°角度的假想线上的所述大径刃中的任意一个所述大径刃的曲率半径及切削宽度大于其他所述大径刃的曲率半径及切削宽度。
3.一种球头铣刀，在轴线方向的前端具备绕所述轴线的旋转轨迹形成为大致半球状的球头刃，其特征在于，
所述球头刃具备形成为曲率半径大于该球头刃的球半径的圆弧状的大径刃，
在自所述球头刃的中心起位于所述球半径的80％以上且120％以下的区域内，从所述球头刃的前端到外周端形成有多个所述大径刃，
所述大径刃具备位于所述球头刃的前端侧的底大径刃和位于所述球头刃的外周端侧的外周大径刃，
所述球头刃具备将所述底大径刃与所述外周大径刃之间连接并形成为曲率半径与所述球头刃的球半径相同的圆弧状的中径刃，
所述中径刃位于通过所述球头刃的中心且相对于轴线呈45°角度的假想线上。
4.根据权利要求1或2所述的球头铣刀，其特征在于，
从所述球头刃的前端到外周端形成有五个以上且十六个以下的所述大径刃。
5.根据权利要求1或2所述的球头铣刀，其特征在于，
所述球头刃具备将所述大径刃彼此之间连接并形成为曲率半径小于所述球半径的圆弧状的多个小径刃，
所述大径刃的切削宽度大于所述小径刃的切削宽度。
6.一种切削刀片，安装在权利要求1至5中任一项所述的球头铣刀的前端，其特征在于，
在所述切削刀片形成有所述球头刃。
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