CN114728352A - 球头立铣刀 - Google Patents

Abstract

一种立铣刀，包括：具有凸半球面状的底刃(5a)的立铣刀主体和包覆在立铣刀主体(1)的至少前端部的表面上的硬质皮膜。底刃(5a)的直径D(mm)为2mm以下。横刃部(10)的宽度W(mm)与直径D(mm)之比值W/D在0.020～0.060的范围内。排屑槽(7)彼此之间的错开量L(mm)与直径D(mm)之比值L/D在0.014～0.090的范围内。在横刃部(10)中形成有横刃(10a)的范围内的底刃(5a)的前角在‑15°～‑30°的范围内。

Description

球头立铣刀

技术领域

本发明涉及球头立铣刀。

本发明的实施方式涉及一种球头立铣刀，所述球头立铣刀在围绕轴线沿立铣刀旋转方向旋转的立铣刀主体的前端部外周，关于轴线旋转对称地形成有在立铣刀主体的前端后刀面上开口并延伸至后端侧的两个排屑槽，在这些排屑槽的朝向立铣刀旋转方向的壁面与立铣刀主体的前端后刀面的交叉棱线部上形成有围绕轴线的旋转轨迹在该轴线上具有中心的凸半球面状的切刃。

本申请基于2020年1月9日在日本申请的特愿2020-002442号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

作为这种球头立铣刀，例如在专利文献1中记载有一种球头立铣刀，该球头立铣刀在围绕轴线旋转的立铣刀主体(工具主体)的外周具备一对螺旋状的外周刃，并且在工具主体的前端部具备在前视中形成为圆弧状且外端部连接到外周刃的一对底刃(圆弧切削刃)，在各圆弧切削刃中的工具主体的中心侧的端部之间设置有横刃，其中，各圆弧切削刃的工具主体的中心侧中的芯部上升厚度为工具半径的1.5％～8.0％，横刃的横刃角为30°～90°，在各圆弧切削刃的后刀面上设置有小凹凸(small relief)，所述小凹凸的后角设定为2°～7°，所述小凹凸的后刀宽度设定为工具半径的0.3％～4.0％。

专利文献1：日本特开2006-088232号公报

另外，在专利文献1中还记载有作为立铣刀主体的母材的材质，除了一般的硬质合金以外，还使用立方氮化硼(CBN)烧结体或金刚石烧结体。然而，像这样以CBN烧结体或金刚石烧结体为母材的球头立铣刀，其虽然硬度高且寿命长，但价格昂贵。

另一方面，近年来正在进行硬质皮膜的改良。在高硬度材料的切削加工中开发出一种包覆切削工具，该包覆切削工具将包覆有具有与CBN烧结体工具匹敌的耐磨损性的硬质皮膜的硬质合金作为母材。通过将耐磨损性优异的硬质皮膜包覆在球头立铣刀的立铣刀主体中形成有底刃的至少前端部的表面上，从而对高硬度的工件也能进行相对长期稳定的切削加工。

在硬质皮膜被牢固地包覆在立铣刀主体的前端部表面上的状态下，能够进行稳定的切削加工。但是，硬质皮膜从表面剥离而露出母材时，立铣刀主体从露出母材的部分一下子被磨损而寿尽。特别是在围绕轴线的旋转轨迹中底刃所呈的凸半球面的直径D(mm)例如是2mm以下的小直径的球头立铣刀中，由于底刃的旋转速度较小，因此切削负荷较高，硬质皮膜易于发生剥离。

在底刃的直径为2mm以下的小直径的球头立铣刀之中，尤其对于立铣刀主体的轴线在立铣刀主体前端部与横刃部交叉的球头立铣刀来说，在与横刃部交叉的轴线的周边中的旋转速度为0。因此，如果不将横刃部的形状和尺寸设置为难以剥离硬质皮膜的形状和尺寸，则难以进行长期稳定的切削加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球头立铣刀，该球头立铣刀即使在底刃的直径为2mm以下的小直径的球头立铣刀中，也能够抑制尤其在横刃部中发生的硬质皮膜的剥离，并能确实地进行长期稳定的切削加工。

本发明的一个方案的球头立铣刀，包括：围绕轴线沿立铣刀旋转方向旋转的立铣刀主体；以及包覆在所述立铣刀主体的至少前端部的表面上的硬质皮膜。在所述立铣刀主体的前端部外周，关于上述轴线旋转对称地形成有在上述立铣刀主体的前端后刀面上开口并延伸至后端侧的两个排屑槽。在所述两个排屑槽的朝向立铣刀旋转方向的壁面与上述前端后刀面的各自的交叉棱线部上形成有围绕上述轴线的旋转轨迹在该轴线上具有中心的凸半球面状的底刃。在围绕上述轴线的旋转轨迹中上述底刃所呈的凸半球面的直径D(mm)为2mm以下。从上述轴线方向前端侧观察时，上述排屑槽以使该轴线居间且相互不重合的方式向相反侧错开。残留在错开的上述排屑槽彼此之间的横刃部的宽度W(mm)与上述直径D(mm)之比值W/D在0.020～0.060的范围内。上述排屑槽彼此之间的错开量L(mm)与上述直径D(mm)之比值L/D在0.014～0.090的范围内。在上述横刃部中形成有横刃的范围内的上述底刃的前角在-15°～-30°的范围内。

在这样构造的球头立铣刀中，从轴线方向前端侧观察时，排屑槽以使轴线居间并相互不重合的方式向相反侧错开。残留在错开的排屑槽彼此之间的横刃部的宽度W(mm)与上述直径(底刃的直径)D(mm)之比值W/D在0.020～0.060的范围内。排屑槽彼此之间的错开量L(mm)与上述直径D(mm)之比值L/D在0.014～0.090的范围内。通过这些结构，在不会导致必要以上过大的范围内，能够确保横刃部的宽度W和作为横刃部长度的错开量L足够大。因此，能够抑制横刃部中的硬质皮膜的剥离，对于高硬度的工件也能够防止切刃的崩刀和缺损等，确实地进行长期稳定的切削加工。

在上述结构中，通过将比值W/D设为一定程度上较大，适度地确保横刃上的硬质皮膜向旋转方向后方延伸的距离(纵深)，从而能够保持横刃部的皮膜与母材的贴合，能够抑制皮膜从母材早期剥离。而且，通过将比值W/D抑制在规定的范围内，适度地抑制横刃上的皮膜向旋转方向后方延伸的距离(纵深)，从而缓和施加在横刃部的皮膜上的切削负荷增大，使横刃部的皮膜充分地耐于从母材的剥离。其结果能够抑制横刃部的崩刀和缺损。

如果横刃部的宽度W(mm)与上述直径D(mm)之比值W/D低于0.020，则横刃部的宽度过窄，不能以足够的厚度包覆硬质皮膜。有可能产生由切削负荷引起的崩刀。另外，如果比值W/D超过0.060，则在横刃部中硬质皮膜过厚，硬质皮膜从旋转轨迹在轴线上具有中心的凸半球面突出，有可能导致工件的加工面精度降低。由于排屑槽的容量较小，因此可能会损坏排屑性。

在上述结构中，通过将比值L/D抑制到一定程度的大小，从而防止残留在错开的两个排屑槽彼此之间并且较薄的横刃部过长，抑制皮膜从母材早期剥离。而且，通过将比值L/D设为一定程度上较大，还能够得到横刃附近的排屑性，还能够抑制因切屑滞留在横刃部附近而导致的皮膜的剥离。其结果能够抑制横刃部的崩刀和缺损。

即使作为横刃部的长度的排屑槽彼此之间的错开量L(mm)与上述直径D(mm)之比值L/D低于0.014，由于排屑槽的容量较小，因此也有可能损坏排屑性。另外，如果比值L/D超过0.090，则残留在错开的两个排屑槽彼此之间并且较薄的横刃部较长。即使包覆硬质皮膜，立铣刀主体的母材部分的强度也会降低而易于产生缺损等。

根据上述结构，通过使底刃的前角在负方向上较大，从而增大楔角，能够提高横刃部的强度并抑制皮膜的剥离，其中横刃部的旋转速度接近0，并且切削阻力较大。而且，通过将底刃的前角在负方向上抑制在一定程度的大小以下，从而还能够抑制切削阻力过大，抑制皮膜的剥离。

在上述结构的球头立铣刀中，横刃部中形成有横刃的范围内的底刃的前角在负角侧被较大地设定在-15°～-30°的范围内。由此，能够增大包含横刃部周边的底刃的楔角。在作为排屑槽中朝向立铣刀旋转方向的壁面(前刀面)与前端后刀面之间的交叉棱线部的底刃上也能够包覆足够厚的硬质皮膜。能够提高底刃自身的强度来防止崩刀和缺损等的发生。

如果底刃的前角向正角侧大于-15°，则无法充分确保楔角。因短时间的切削加工导致前刀面磨损，前角变为极端的负角，因此导致切削阻力的增大。立铣刀主体的旋转驱动力也会增大。另外，如果底刃的前角向负角侧大于-30°，则从开始切削加工起切削阻力过大，立铣刀主体的旋转驱动力增大。

另外，为了这样确保底刃的楔角，并实现切削阻力的降低，优选上述前端后刀面由随着从上述底刃趋向立铣刀旋转方向的相反侧而后角变大的多个后刀面部形成。

如以上说明所示，根据本发明，即使在底刃的直径为2mm以下的小直径的球头立铣刀中，也能够抑制横刃部中硬质皮膜发生剥离。对于高硬度的工件，也能够防止切刃发生崩刀和缺损等，确实地进行长期稳定的切削加工。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的大致结构的侧视图。

图2是图1所示的实施方式的前端部的放大侧视图。

图3是从轴线方向前端侧观察图1所示的实施方式的前端部时的放大主视图。

图4是将图3所示的放大主视图的横刃部周边进一步放大的主视图。

具体实施方式

图1～图4是表示本发明的一实施方式的图。本实施方式的立铣刀具有图1所示的立铣刀主体1和形成在立铣刀主体1的表面上的硬质皮膜。在本实施方式中，立铣刀主体1通过由硬质合金等硬质材料构成的母材被一体形成为以轴线O为中心且如图1所示的多段的大致圆柱状。立铣刀主体1的后端部(图1和图2中的右侧部分)是大直径圆柱状的柄部2。立铣刀主体1的前端部(图1和图2中的左侧部分)是直径比柄部2的直径小的大致圆柱状的切刃部3。另外，柄部2与切刃部3之间由以轴线O为中心的前端尖细的圆锥台状的锥颈部4连接。

这样的球头立铣刀在柄部2被夹持在机床的主轴上并围绕轴线O沿图中用附图标记T表示的立铣刀旋转方向旋转的同时向与轴线O交叉的方向送出，从而由形成在切刃部3上的切刃5对工件实施切削加工。

在切刃部3的外周部，关于上述轴线旋转对称地形成有在作为立铣刀主体1的前端面的前端后刀面6上开口并延伸至后端侧的两个排屑槽7。排屑槽7随着趋向立铣刀主体1的后端侧，以围绕轴线O朝向立铣刀旋转方向T的相反侧的方式扭转形成为螺旋状。此外，立铣刀主体1关于轴线O形成为180°旋转对称形状。

另外，在这些排屑槽7的前端部，以随着趋向前端侧而延伸至立铣刀主体1的内周侧的方式形成有截面大致呈V字凹槽状的中心槽8。中心槽8的壁面8a是排屑槽7的朝向立铣刀旋转方向T的壁面。在中心槽8的朝向立铣刀旋转方向T的壁面8a与前端后刀面6的交叉棱线部上形成有底刃5a。底刃5a形成为围绕轴线O的旋转轨迹如图2所示那样在轴线O上具有中心的凸半球面状。底刃5a的旋转轨迹所呈的凸半球面的直径D(mm)为2mm以下。但是，如果底刃5a的直径D(mm)过小，则难以控制后述的横刃部10的宽度W以及作为横刃部10的长度的排屑槽7彼此之间的错开量L。因此，底刃5a的直径D(mm)优选为0.2mm以上。

在切刃部3的外周面，以与排屑槽7的立铣刀旋转方向T相反侧相连的方式形成有外周后刀面9。在外周后刀面9与比中心槽8更靠后端侧的排屑槽7的朝向立铣刀旋转方向T的壁面之间的交叉棱线部上形成有切刃5之中的外周刃5b。外周刃5b的围绕轴线O的旋转轨迹呈现为直径与底刃5a的旋转轨迹所呈的凸半球面的直径D(mm)相等的以轴线O为中心的圆筒面状。切刃5之中的外周刃5b形成为与底刃5a的后端相连。

如图3和图4所示，从轴线O方向的前端侧观察时，两个排屑槽7的前端部的两个中心槽8彼此之间以使轴线O居间且相互不重合的方式向相反侧错开。因此，如图2所示，中心槽8的朝向立铣刀旋转方向T的壁面8a的内周部在从与壁面8a相对的方向观察的侧视中跨越轴线O延伸。

在切刃部3的前端内周部，横刃部10以如此错开的两个中心槽8彼此之间残留的方式形成。在横刃部10中形成有与轴线O交叉的横刃10a。横刃10a被规定为与两个底刃5a的立铣刀旋转方向T相反侧相连的两个前端后刀面6彼此之间交叉而成的交叉棱线。

在本实施方式中，前端后刀面6由随着从底刃5a趋向立铣刀旋转方向T的相反侧而后角阶段性地变大的第一后刀面部6a和第二后刀面部6b这样的多个(两个)后刀面部形成。在两个后刀面部之中的第一后刀面部6a彼此之间的交叉棱线上形成有横刃10a。

如图4所示，从轴线O方向前端侧观察时，残留在两个排屑槽7的中心槽8彼此之间的横刃部10的宽度W(mm)被设定为该宽度W与横刃部10的直径D(mm)之比值W/D在0.020～0.060的范围内的长度。另外，作为横刃部10的长度的两个排屑槽7的中心槽8彼此之间的错开量L(mm)被设定为该错开量L与直径D(mm)之比值L/D在0.014～0.090的范围内的长度。

如图4所示，从轴线O方向前端侧观察时，横刃部10的宽度W(mm)为错开的两个排屑槽7的中心槽8中的朝向立铣刀旋转方向T的壁面8a彼此之间最薄的部分的宽度。另外，如图4所示，从轴线O方向前端侧观察时，两个排屑槽7的中心槽8彼此之间的错开量L(mm)为与横刃部10侧的底刃5a垂直且从立铣刀主体1的外周侧与两个中心槽8相切的相互平行的两条直线M彼此之间的间隔。

中心槽8的朝向立铣刀旋转方向T的壁面8a为随着远离底刃5a并趋向由底刃5a的旋转轨迹所呈的凸半球面的中心侧而朝向立铣刀旋转方向T侧的倾斜面。由此，横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a被赋予负的前角。本说明书中的底刃5a的前角表示垂直于底刃5a的截面中的底刃5a的实际前角。底刃5a的前角在-15°～-30°的范围内。

更进一步，在立铣刀主体1的前端部的至少切刃部3的表面上，虽然省略了附图标记但是包覆有硬质皮膜。在本实施方式中，在包括柄部2和锥颈部4在内的立铣刀主体1的整个表面上包覆有硬质皮膜。本实施方式的硬质皮膜使用包覆温度相对较低的物理气相沉积法进行包覆。另外，在物理气相沉积法之中尤其优选使用皮膜的贴合性优异的电弧离子镀法进行包覆。作为硬质皮膜的膜种，优选采用作为耐热性和耐磨损性优异的膜种的金属(含半金属)的氮化物或碳氮化物。具体而言，优选包覆作为耐热性和耐磨损性优异的膜种的由Al的含有比率最多且Al和Cr的合计含有比率在90原子％以上的氮化物或碳氮化物构成的硬质皮膜。另外，在硬质皮膜之中尤其优选包覆对皮膜组织进行微细化后的硬质皮膜。此外，该硬质皮膜的硬度比形成立铣刀主体1的母材的硬度高。

作为硬质皮膜，例如优选使用日本专利第6410797号公报中记载的硬质皮膜。在上述文献中记载的硬质皮膜由相对于金属(含半金属)元素的总量，铝(Al)的含有比率为50原子％以上且68原子％以下，铬(Cr)的含有比率为20原子％以上且46原子％以下，硅(Si)的含有比率为4原子％以上且15原子％以下的氮化物或碳氮化物构成。而且，将金属(含半金属)元素、氮、氧和碳的合计设为100原子％时，金属(含半金属)元素的原子比率(原子％)A与氮原子比率(原子％)B满足1.03≤B/A≤1.07的关系。在根据X射线衍射图或透射式电子显微镜的限制视场衍射图求出的强度分布中，由面心立方晶格结构的(200)面或(111)面引起的峰值强度示出最大强度。

此外，硬质皮膜的膜厚优选为1.0μm以上，更优选为2.0μm以上。另外，硬质皮膜的膜厚优选为3.0μm以下。此外，如日本专利第6410797号公报中记载所示，可以在硬质皮膜上包覆保护皮膜。保护皮膜是由相对于金属(含半金属)元素的总量，Ti的含有比率为50原子％以上，Si的含有比率为1原子％以上且30原子％以下的氮化物或碳氮化物构成的膜。通过包覆保护皮膜，对于高硬度的工件也能够进一步提高耐磨损性。

另外，硬质皮膜可通过日本专利第6410797号公报中记载的包覆方法包覆在立铣刀主体1的表面上。在上述文献中记载的包覆方法具有以下工序。将相对于金属(含半金属)元素的总量，铝(Al)的含有比率为55原子％以上且70原子％以下，铬(Cr)的含有比率为20原子％以上且35原子％以下，硅(Si)的含有比率为7原子％以上且20原子％以下的合金靶设置在阴极上。在施加到基材的偏压为-220V以上且-60V以下且阴极电压为22V以上且27V以下的条件下，或者在施加到基材的偏压为-120V以上且-60V以下且阴极电压为28V且32V以下的条件下，通过电弧离子镀法在基材的表面上包覆氮化物或碳氮化物，从而在基材的表面上形成硬质皮膜。

在本实施方式的球头立铣刀中，从立铣刀主体1的轴线O方向前端侧观察时，排屑槽7的中心槽8以使轴线O居间且相互不重合的方式向相反侧错开。残留在错开的排屑槽彼此之间的横刃部的宽度W(mm)与直径(底刃5a的直径)D(mm)之比值W/D在0.020～0.060的范围内。排屑槽7的中心槽8彼此之间的错开量L(mm)与直径D(mm)之比值L/D在0.014～0.090的范围内。根据本实施方式的球头立铣刀，在不会导致必要以上过大的范围内，能够确保横刃部10的宽度W和作为横刃部10的长度的错开量L足够大。

因此，能够在切刃5(底刃5a)的直径小至2mm以下且特别是旋转速度慢而切削负荷大的横刃部10的周边中抑制硬质皮膜的剥离。因此，对于高硬度的工件，也能够防止切刃5(底刃5a)发生崩刀和缺损等，能够确实地进行长期稳定的切削加工。

横刃部10的宽度W(mm)与直径D(mm)之比值W/D，无论过大还是过小，都容易发生硬质皮膜的剥离。因此，将比值W/D设置在适当的范围对于提高工具寿命来说是重要的。在本实施方式中，通过将比值W/D设为在一定程度上较大，适度地确保横刃10a上的硬质皮膜向立铣刀旋转方向T后方延伸的距离(纵深)，从而保持横刃部10中的硬质皮膜与立铣刀主体1(母材)的贴合。由此，能够抑制硬质皮膜从母材早期剥离。而且，通过将比值W/D抑制在规定的范围内，将横刃10a上的硬质皮膜向立铣刀旋转方向T后方延伸的距离(纵深)抑制在适度的范围内，从而缓和施加到横刃部10的硬质皮膜上的切削负荷增大，使横刃部10的硬质皮膜能够充分耐于从母材的剥离。其结果能够抑制横刃部10的崩刀和缺损。

如果横刃部10的宽度W(mm)与直径D(mm)之比值W/D低于0.020，则横刃部10的宽度过窄，不能以足够的厚度包覆硬质皮膜。有可能立铣刀主体1的母材提前露出而产生因切削负荷造成的崩刀。另一方面，如果比值W/D大于0.060，则在横刃部10中硬质皮膜过厚。硬质皮膜会从围绕轴线O的旋转轨迹在轴线O上具有中心的半凸球面突出，有可能导致工件的加工面精度降低。另外，由于排屑槽7的容量较小，因此有可能排屑性受损而发生切屑堵塞。

进而，中心槽8彼此之间的错开量L(mm)与直径D(mm)之比值L/D，同样无论过大还是过小，都容易发生硬质皮膜的剥离。因此，除了上述的比值W/D之外，将比值L/D设在适当的范围对于提高工具寿命来说也是重要的。在本实施方式中，通过将比值L/D抑制到一定程度的大小，防止残留在错开的两个排屑槽7彼此之间的较薄的横刃部10过长，从而抑制硬质皮膜从母材早期剥离。而且，通过将比值L/D设为在一定程度上较大，从而在横刃10a附近还能获得良好的排屑性，还能够抑制由于切屑滞留在横刃部10附近而导致的硬质皮膜的剥离。其结果能够抑制横刃部10的崩刀和缺损。

即使作为横刃部10的长度的排屑槽7的中心槽8彼此之间的错开量L(mm)与直径D(mm)之比值L/D小于0.014，由于排屑槽的容量较小，也有可能损坏排屑性。另一方面，如果比值L/D超过0.090，则残留在错开的两个排屑槽7的中心槽8彼此之间的较薄的横刃部10较长。即使包覆有硬质皮膜，也会造成立铣刀主体1的母材部分的强度降低而易于产生缺损等。

在本实施方式中，横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角，同样无论过大还是过小，都容易发生硬质皮膜的剥离。因此，除了上述的比值W/D和比值L/D之外，将底刃5a的前角设在适当的范围也对提高工具寿命来说是重要的。在本实施方式中，通过使底刃5a的前角在负方向上较大，从而增大楔角，能够提高横刃部的强度并抑制皮膜的剥离，其中横刃部的旋转速度接近0，并且切削阻力较大。而且，通过将底刃的前角在负方向上抑制在一定程度的大小以下，从而还能够抑制切削阻力过大，抑制皮膜的剥离。

另外，在上述结构的球头立铣刀中，横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角(实际前角)在负角侧被较大地设定在-15°～-30°的范围内。由此，能够较大地确保横刃部10中的底刃5a的楔角。横刃部10是在排屑槽7中的中心槽8的朝向立铣刀旋转方向的壁面8a(前刀面)与前端后刀面6之间的交叉棱线部。在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a上也能够包覆足够厚度的硬质皮膜，并且能够提高底刃5a自身的强度。能够防止在底刃5a上发生崩刀和缺损等。

这里，如果在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角向正角侧大于-15°，则不能充分确保底刃5a的楔角。因短时间的切削加工而造成壁面8a(前刀面)磨损，前角变为极端的负角，因此会导致切削阻力的增大，立铣刀主体1的旋转驱动力也会增大。另外，如果在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前刀面向负角侧大于-30°，则从开始切削加工起的切削阻力过大。其结果立铣刀主体1的旋转驱动力增大。此外，底刃5a的前角也可以从横刃部10朝向外周刃5b侧逐渐变化。外周刃5b侧的底刃5a的前角可以是负角，也可以是正角。

进而，在本实施方式中，前端后刀面6由随着从底刃5a趋向立铣刀旋转方向T的相反侧而后角变大的多个(两个)第一、第二后刀面部6a、6b形成。因此，能够通过第一后刀面部6a进一步较大地确保底刃5a的楔角，从而进一步提高强度，同时通过后角较大的第二后刀面部6b实现切削阻力的确实的降低。此外，如果第一后刀面部6a的后角过小，则加工面的粗糙度降低，因此第一后刀面部6a的后角优选在5°～10°的范围内。第一后刀面部6a的后角优选在7°～10°的范围内。另外，第二后刀面部6b的后角优选在10°～20°的范围内。

实施例

[第一实施例]

(实施例1、2)

接下来，举出本发明的实施例，特别对本发明中的横刃部10的宽度W(mm)与直径D(mm)之比值W/D和排屑槽7(中心槽8)彼此之间的错开量L(mm)与直径D(mm)之比值L/D的效果进行实证。在本实施例中，对于基于上述实施方式的、底刃5a的直径D(mm)为0.6mm、在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角为-20°的球头立铣刀，制造出比值W/D为0.023且比值L/D为0.075的球头立铣刀、以及比值W/D为0.045且比值L/D为0.077的球头立铣刀。将这些球头立铣刀依次设为实施例1、2。

(实施例3、4)

另外，对于基于上述实施方式的、底刃5a的直径D(mm)为0.6mm的球头立铣刀，制造出在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角为-25°、比值W/D为0.040且比值L/D为0.052的球头立铣刀、以及在横刃部10中形成有横刃10a的范围内的底刃5a的前角为-15°、比值W/D为0.040且比值L/D为0.052的球头立铣刀。将这些球头立铣刀依次设为实施例3、4。此外，在这些实施例1～4的球头立铣刀中，第一后刀面部6a的后角为6°，第二后刀面部6b的后角为14°。

(比较例1～6)

另一方面，作为相对于这些实施例1～4的比较例，制造出如下的六个球头立铣刀：在该六个球头立铣刀中，与实施例1、2同样地底刃的直径D(mm)为0.6mm，在横刃部中形成有横刃的范围内的底刃的前角为-20°。比较例的球头立铣刀是比值W/D为小于0.020的0.007且比值L/D为0.067的球头立铣刀、比值W/D为大于0.060的0.070且比值L/D为0.052的球头立铣刀、比值W/D设为0.040且比值L/D为小于0.014的0.010的球头立铣刀、比值W/D为0.040且比值L/D为大于0.090的0.100的球头立铣刀、比值W/D为小于0.020的0.012且比值L/D为0.048的球头立铣刀、以及比值W/D为小于0.020的0.008且比值L/D为0.022的球头立铣刀。将这些球头立铣刀依次设为比较例1～6。

(比较例7)

进而，作为相对于实施例1～4的比较例，制造出如下的球头立铣刀：该球头立铣刀的底刃的直径D(mm)与实施例1～4和比较例1～6中底刃的直径同样为0.6mm，该球头立铣刀的横刃部中形成有横刃的范围内的底刃的前角为-5°，并且比值W/D为0.040且比值L/D为0.052。将该球头立铣刀设为比较例7。此外，在这些比较例1～7的球头立铣刀中，第一后刀面部6a的后角也为6°，第二后刀面部6b的后角也为14°。

(切削试验和损伤观察)

通过实施例1～4和比较例1～7的球头立铣刀，对由硬度64HRC的ASP23构成的工件进行30分钟切削加工，切削出具有8mm×8mm的正方形底面的凹部，并且观察此时的球头立铣刀的切削情况和损伤情况。切削条件如下：立铣刀主体1的旋转数40000min^-1、旋转速度75m/min、切削速度800mm/min、每刃的进给量0.01mm/t、轴向切削深度0.005mm、径向切削深度0.01mm，在将薄雾作为冷却剂吹送的情况下进行切削加工。

在实施例1～4和比较例1～7的球头立铣刀中，在立铣刀主体的表面上形成相同组成的硬质皮膜。以平均膜厚2μm包覆上述日本专利第6410797号公报中记载的物质(AlCrSiN)作为硬质皮膜，在其上面以平均膜厚1μm包覆同样在日本专利第6410797号公报中记载的物质(TiSiN)作为保护皮膜。

损伤观察的结果是，在比值W/D为小于0.020的0.007的比较例1的球头立铣刀、比值W/D为小于0.020的0.012的比较例5的球头立铣刀、比值W/D为小于0.020的0.008的比较例6的球头立铣刀的情况下，在底刃中特别在横刃部中发生崩刀。另外，在比值W/D为大于0.060的0.070的比较例2的球头立铣刀的情况下，排屑性降低而立铣刀主体的旋转驱动力增大，并且形成在工件上的凹部底面的加工面精度变差。

在比值L/D为小于0.014的0.010的比较例3的球头立铣刀的情况下，也确认到因排屑性的降低而造成立铣刀主体的旋转驱动力增大。在比值L/D为大于0.090的0.100的比较例4的球头立铣刀的情况下，确认到因底刃中的特别在横刃部周边的强度降低，从而在立铣刀主体上发生缺损。

另外，在横刃部中形成有横刃的范围内的底刃的前角为-5°的比较例7的球头立铣刀的情况下，由于刀尖强度降低，因此提前发生崩刀。相对于这些比较例1～7的球头立铣刀，在实施例1～4的球头立铣刀的情况下，未发现包含底刃5a的切刃5的崩刀和缺损，而是发生稳定的正常磨损。

(实施例5、6)

接着，以实施例1的球头立铣刀为基础，制造出第一后刀面部6a的后角为3°的球头立铣刀和第一后刀面部6a的后角为9°的球头立铣刀。将这些球头立铣刀依次设为实施例5、6。为了进行精加工中的加工面粗糙度的评价，通过实施例5、6的球头立铣刀和实施例1的球头立铣刀，在与上述切削条件相同的条件下进行60分钟切削加工，并且测量此时工件的凹部底面的加工面粗糙度。

其结果，在实施例1、5、6中的任一个球头立铣刀的情况下，在60分钟加工后的工件的加工面粗糙度Rz(μm)均为0.3μm左右。在第一后刀面部6a的后角为3°的实施例5的球头立铣刀的情况下，确认到在进给速度较低的地方存在因第一后刀面部6a较长地摩擦而加工面局部粗糙的地方。另一方面，在第一后刀面部6a的后角为9°的实施例6的球头立铣刀的情况下，确认到形成了均匀的加工面。因此，如上所述，可以看出第一后刀面部6a的后角优选在5°～10°的范围内。如果第一后刀面部6a的后角在7°～10°的范围内，则能够进一步提高加工面的品位。

[第二实施例]

(与市售品的比较)

进而，假设实际的模具加工，使用在市场上流通的CBN球头立铣刀和实施例1的球头立铣刀来进行切削试验和磨损量测量，其中在市场上流通的CBN球头立铣刀的底刃直径D(mm)为0.6mm，在横刃部中形成有横刃的范围内的底刃的前角为-18°，比值W/D为0.035，比值L/D为0.070。切削试验如下：对由硬度64HRC的ASP23构成的工件进行切削加工，精加工出两个口袋形状的凹部，该两个口袋形状的凹部的纵向尺寸为4mm、横向尺寸为73mm、深度为1.5mm，且在底面的角落部具有半径0.5mm的凹曲面，对此时的工件的加工精度，对第一个凹部和第二个凹部进行比较来进行评价。作为磨损量测量，对切削加工后的球头立铣刀的后刀面磨损进行测量。

此外，切削条件与第一实施例的切削条件相同，即在立铣刀主体1的转数40000min^-1、转速75m/min、切削速度800mm/min、每刃的进给量0.01mm/min、轴向切削深度0.005mm、径向切削深度0.01mm，并且将薄雾作为冷却剂来吹送的情况下进行切削加工。

其结果，对于凹部的纵壁部的切削量来说，在实施例1的球头立铣刀中，第一个凹部中为0.012mm，第二个凹部中为0.014mm。与此相对，在CBN球头立铣刀中，对于凹部的纵壁部的切削量来说，第一个凹部中为0.012mm，第二个凹部中为0.016mm。另外，对于第一个凹部与第二个凹部的底面的切削剩余量之差来说，在实施例1的球头立铣刀中，在直线部和角落部中为0.001mm。与此相对，在CBN球头立铣刀中，对于第一个凹部与第二个凹部的底面的切削剩余量之差来说，在直线部中为0.002mm，在角落部中为0.003mm～0.005mm。

进而，对于底面的加工面粗糙度来说，在实施例1的球头立铣刀中，第一个凹部的加工面粗糙度Rz(μm)为0.5μm，第二个凹部的加工面粗糙度Rz(μm)为0.69μm。与此相对，在CBN球头立铣刀中，对于底面的加工面粗糙度来说，第一个凹部的加工面粗糙度Rz为0.62μm，第二个凹部的加工面粗糙度Rz为2.20μm。此外，对于后刀面磨损宽度来说，实施例1的球头立铣刀为0.017mm，CBN球头立铣刀为0.029mm。从这些结果可以看出，本发明的实施例1的球头立铣刀可以得到与市场上流通的CBN球头立铣刀相比毫不逊色或者更优异的加工精度和耐磨损性。

[表1]

[表2]

[表3]

附图标记说明

1 立铣刀主体

2 柄部

3 切刃部

4 锥颈部

5 切刃

5a 底刃

5b 外周刃

6 前端后刀面

6a 第一后刀面部

6b 第二后刀面部

7 排屑槽

8 中心槽

8a 排屑槽7(中心槽8)的朝向立铣刀旋转方向T的壁面(底刃5a的前刀面)

9 外周后刀面

10 横刃部

10a 横刃

O 立铣刀主体1的轴线

T 立铣刀旋转方向

D 围绕轴线O的旋转轨迹中底刃5a所呈的凸半球面的直径

W 横刃部10的宽度

L 排屑槽7(中心槽8)彼此之间的错开量

Claims (3)

1.一种球头立铣刀，包括：围绕轴线沿立铣刀旋转方向旋转的立铣刀主体；以及包覆在所述立铣刀主体的至少前端部的表面上的硬质皮膜，其特征在于，

在所述立铣刀主体的前端部外周，关于所述轴线旋转对称地形成有在所述立铣刀主体的前端后刀面上开口并延伸至后端侧的两个排屑槽，

在所述两个排屑槽的朝向立铣刀旋转方向的壁面与所述前端后刀面的各自的交叉棱线部上形成有围绕所述轴线的旋转轨迹在该轴线上具有中心的凸半球面状的底刃，

在围绕所述轴线的旋转轨迹中所述底刃所呈的凸半球面的直径D为2mm以下，

从所述轴线方向前端侧观察时，所述排屑槽以使该轴线居间且相互不重合的方式向相反侧错开，残留在错开的所述排屑槽彼此之间的横刃部的宽度W与所述直径D之比值W/D在0.020～0.060的范围内，并且所述排屑槽彼此之间的错开量L与所述直径D之比值L/D在0.014～0.090的范围内，

其中，所述直径D、所述宽度W、所述错开量L的单位为mm，

在所述横刃部中形成有横刃的范围内的所述底刃的前角在-15°～-30°的范围内。

2.根据权利要求1所述的球头立铣刀，其特征在于，所述前端后刀面由随着从所述底刃趋向立铣刀旋转方向的相反侧而后角变大的多个后刀面部形成。

3.根据权利要求2所述的球头立铣刀，其特征在于，在所述前端中外表面具有从所述底刃朝向立铣刀旋转方向的相反侧而并排的第一后刀面部和第二后刀面部，

所述第一后刀面部的后角为5°以上且10°以下。

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