CN116917073A - 立铣刀 - Google Patents

Abstract

提供能够易于排出切屑并且能够抑制切屑的卷绕的立铣刀。立铣刀(10)包括：圆柱状的工具主体(11)，以轴线(O)为旋转轴进行旋转；螺旋槽(12)，绕轴线扭转地凹设于工具主体的外周；底刃(16a～16c)，形成于工具主体的前端部；后刀面(17a～17c)，从底刃沿周向延伸；以及齿隙(18a～18c)，从外周侧朝向轴线凹设于螺旋槽的前端侧，并形成底刃的前刀面(19a～19c)，前刀面形成为凹状的弯曲面，由前刀面与后刀面的棱线构成的底刃弯曲成凹状。

Description

立铣刀

技术领域

本发明涉及尤其能够易于排出切屑并且能够抑制切屑的卷绕的立铣刀。

背景技术

立铣刀是切削工具的一种，包括圆柱状的工具主体、凹设于工具主体的外周的螺旋槽以及形成于工具主体的前端部的底刃。以往，在该立铣刀中，已知一种通过凹设于螺旋槽的前端侧的齿隙形成底刃的前刀面的立铣刀。例如，在专利文献1中，通过该齿隙形成的前刀面由平坦面形成，由该前刀面与后刀面的棱线构成的底刃形成为直线状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-226048号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在如专利文献1那样底刃为直线状的情况下，存在由该底刃产生的切屑容易滞留在齿隙内而切屑难以向立铣刀的外部排出的问题。还存在由于由直线状的底刃产生的切屑相对较厚而难以切断、因此该切屑容易卷绕到立铣刀上的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供能够易于排出切屑并且能够抑制切屑的卷绕的立铣刀。

用于解决技术问题的技术方案

为了达到上述目的，本发明的立铣刀包括：圆柱状的工具主体，以轴线为旋转轴进行旋转；螺旋槽，绕所述轴线扭转地凹设于所述工具主体的外周；底刃，形成于所述工具主体的前端部；后刀面，从所述底刃沿周向延伸；以及齿隙，从外周侧朝向所述轴线凹设于所述螺旋槽的前端侧，并形成所述底刃的前刀面，所述前刀面形成为凹状的弯曲面，由所述前刀面与所述后刀面的棱线构成的所述底刃弯曲成凹状。

发明效果

根据技术方案1所述的立铣刀，通过凹状的弯曲面的齿隙，底刃弯曲成凹状，因此在通过底刃进行切削时，能够以向弯曲面的中央侧引导切屑的方式呈螺旋状地产生切屑，能够抑制切屑在齿隙内滞留。由此，能够易于将切屑从齿隙的附近向立铣刀的外部排出。另外，相比直线状的底刃，凹状的底刃能够用长的底刃切削同一量，因此易于使由底刃产生的切屑变薄。其结果，能够易于切断切屑，因此能够抑制切屑卷绕到立铣刀上。

根据技术方案2所述的立铣刀，除了技术方案1所述的立铣刀所发挥的效果以外，还发挥以下效果。将在轴线方向观察时从底刃中最向周向凹陷的点的切线至底刃的最外端的最短距离即凹量设为m，将工具主体的直径设为D。通过满足m≤0.05D，能够确保立铣刀的刚性，并能够抑制立铣刀的折损。

根据技术方案3所述的立铣刀，除了技术方案1或2所述的立铣刀所发挥的效果以外，还发挥以下效果。将在轴线方向观察时从底刃中最向周向凹陷的点的切线至底刃的最外端的最短距离即凹量设为m，将垂直于轴线的假想平面与后刀面所成的角度设为β。通过满足m<0.15/tanβ，能够易于使通过底刃形成的切削面的平面度不到0.15mm。如果该切削面的平面度不到0.15mm，则例如能够在后续的切削面的精加工中一次将平面度精加工至0.02～0.05mm，能够减少精加工的加工次数。

根据技术方案4所述的立铣刀，除了技术方案1至3中任一方案所述的立铣刀所发挥的效果以外，还发挥以下效果。底刃包括面向轴线的中心刃。通过该中心刃，能够实现立铣刀向轴线方向的切削。尤其是，在进行向轴线方向的切削时，切屑的排出、卷绕容易成为问题，但如上所述，通过凹状的底刃，能够易于排出切屑，并且能够抑制切屑卷绕到立铣刀上。

根据技术方案5所述的立铣刀，除了技术方案1至4中任一方案所述的立铣刀所发挥的效果以外，还发挥以下效果。彼此相连的底刃、齿隙和螺旋槽在周向上设有多个。将齿隙的槽底相对于与轴线垂直的假想平面的斜度即齿隙角设为20°以上且65°以下。由此，能够易于使切屑从多个齿隙通过螺旋槽而排出，能够易于抑制起因于切屑的咬入等的切削阻力的增大。

根据技术方案6所述的立铣刀，除了技术方案1至5中任一方案所述的立铣刀所发挥的效果以外，还发挥以下效果。通过将螺旋槽的螺旋角设为20°以上且50°以下，能够易于排出由底刃产生的切屑，能够易于抑制起因于切屑的咬入等的切削阻力的增大。

附图说明

图1是一实施方式中的立铣刀的侧视图。

图2是立铣刀的仰视图。

图3是示出比较例和实施例的作用于立铣刀的转矩载荷的图表。

图4是示出比较例和实施例的作用于立铣刀的推力载荷的图表。

具体实施方式

下面，参照附图对优选实施方式进行说明。图1是一实施方式中的立铣刀10的侧视图。图2是立铣刀10的仰视图。需要说明的是，在图1中放大示出了立铣刀10的前端(底面)侧。

立铣刀10是用于利用从加工机械(未图示)传递来的旋转力切削加工被加工物(未图示)的工具，构成为整体式的方头立铣刀。立铣刀10包括由将碳化钨等加压烧结而得到的超硬合金构成的工具主体11。需要说明的是，工具主体11的原材料不限于超硬合金，也可以采用高速工具钢。

工具主体11形成为以轴线O为中心的圆柱状，在基端侧(图1的纸面上侧)设有柄(未图示)。通过使该柄保持在加工机械的保持架上，从而立铣刀10被安装于加工机械，通过加工机械使立铣刀10以轴线O为旋转轴旋转。

在工具主体11的前端侧(图1的纸面下侧)，主要形成有螺旋槽12、外周刃14、底刃16a～16c、齿隙(Gash)18a～18c。由这些各个部分在工具主体11上形成刃部，利用刃部进行被加工物的切削加工。

螺旋槽12用于进行切削加工中的切屑的容纳和排出。螺旋槽12从工具主体11的前端部朝向基端侧绕轴线O扭转地(呈螺旋状地)凹设于工具主体11的外周。三条螺旋槽12相对于轴线O对称地配置。

外周刃14是用于切削被加工物的部位。外周刃14沿着三条螺旋槽12的周向的一端缘(旋转方向的后端缘)在工具主体11的外周分别形成有共计三片，由普通刃构成。外周刃14的前刀面通过螺旋槽12形成。

将侧视观察立铣刀10时(从垂直于轴线O的方向观察的情况下)螺旋槽12(外周刃14)相对于轴线O的倾斜角度称为螺旋角θ1。该螺旋角θ1越大，切削时施加于外周刃14的负荷越减少而越能提高外周刃14的耐久性，另一方面，外周刃14的切削阻力变得越大。

需要说明的是，如果螺旋角θ1为20°以上，则能够易于将螺旋槽12内的切屑沿着其倾斜向基端侧送出。由此，能够使切屑不易咬入被加工物与底刃16a～16c、外周刃14之间，易于抑制起因于该咬入的切削阻力的增大。另外，如果螺旋角θ1为50°以下，则能够抑制外周刃14的长度，易于抑制通过外周刃14进行切削时的切削阻力的增大。

底刃16a～16c与外周刃14同样地是用于切削被加工物的部位，形成于工具主体11的前端部。三片底刃16a～16c设置成分别与三片外周刃14相连。

从底刃16a～16c沿周向延伸的后刀面17a～17c形成于工具主体11的前端面。后刀面17a～17c随着远离底刃16a～16c而以远离垂直于轴线O的假想平面的方式上升倾斜。该假想平面与后刀面17a～17c所成的角度即后角β越大，通过底刃16a～16c进行切削时的摩擦越降低，另一方面，底刃16a～16c的强度越降低。

齿隙18a～18c是用于将底刃16a～16c延长至轴线O侧、并且提高由底刃16a～16c产生的切屑的排出性能的槽。齿隙18a～18c从外周侧朝向轴线O在三条螺旋槽12的前端侧分别各凹设一条，共计三条。

齿隙18a～18c形成为随着去往立铣刀10的前端而变深。齿隙18a在立铣刀10的前端与齿隙18b相连，齿隙18b在立铣刀10的前端与齿隙18c相连。齿隙18c形成得比两条齿隙18a、18b浅，不与齿隙18a相连。

由此，在面向齿隙18a的底刃16a上形成有面向轴线O的中心刃24。通过该中心刃24，底刃16a变得比工具主体11的半径(D/2)长，即使是在轴线O附近也能够用底刃16a(中心刃24)切削被加工物。即，通过中心刃24，立铣刀10能够向轴线O方向进行切削(螺旋铣加工、坡铣加工、插铣加工等)。

齿隙18a～18c形成底刃16a～16c的前刀面19a～19c，并且形成在周向上与该前刀面19a～19c相对的齿隙面20a～20c。前刀面19a～19c与齿隙面20a～20c的边界部分是齿隙18a～18c的槽底21a～21c。在本实施方式中，槽底21a～21c形成为直线状，但也可以将槽底21a～21c形成为宽度宽的带状。

将槽底21a～21c相对于与轴线O垂直的假想平面的斜度称为齿隙角(Gash角)θ2。该齿隙角θ2越大，越能增大齿隙18a～18c对于切屑的容纳空间的容积，另一方面，工具主体11的前端部的壁厚变得越薄而刚性越降低。

需要说明的是，如果齿隙角θ2为20°以上，则能够充分确保齿隙18a～18c对于切屑的容纳空间的容积。由此，能够使切屑不易咬入被加工物与底刃16a～16c、外周刃14之间，易于抑制起因于该咬入的切削阻力的增大。另外，如果齿隙角θ2为65°以下，则能够充分确保齿隙18a～18c附近的工具主体11的刚性，易于抑制例如随着工具主体11的变形、出缺口而产生的切削阻力的增大。

前刀面19a～19c由凹状的弯曲面形成。更具体而言，前刀面19a～19c是由与相对于轴线O倾斜的槽底21a～21c平行地延伸且径向的中央部分凹陷的槽形成的。由此，相比前刀面19a～19c为平坦面的情况，为凹状的弯曲面尤其易于增大底刃16a～16c的外周侧的齿隙前角(Gash前角)。其结果，易于使由底刃16a～16c产生的切屑变薄。

需要说明的是，齿隙前角是指，相对于包括轴线O和底刃16a～16c的一点的假想平面的、与该一点相连的部分的前刀面19a～19c的倾斜角度。若无特别限定，则齿隙前角是指在底刃16a～16c的径向的中央的一点处的角。另外，关于齿隙前角，将前刀面19a～19c相对于包括轴线O的假想平面处于切削方向的后方侧的情况设为正，处于切削方向的前方侧的情况设为负。

需要说明的是，若齿隙前角在-20°～20°的范围内，则能够取得底刃16a～16c的耐久性与所需的切削力的平衡，易于抑制随着底刃16a～16c的变形、出缺口而产生的切削阻力的增大，并易于抑制与切削力相应的切削阻力的增大。

齿隙面20a～20c由平坦面形成。需要说明的是，在垂直于齿隙面20a～20c的截面中，该齿隙面20a～20c与相对的前刀面19a～19c相互平行。

另外，由于前刀面19a～19c为凹状的弯曲面，因此由前刀面19a～19c与后刀面17a～17c的棱线形成的底刃16a～16c也弯曲成凹状。具体而言，底刃16a～16c以在轴线O方向观察时径向的中央部分在周向上凹陷的方式弯曲。

由此，在通过凹状的底刃16a～16c切削被加工物时，能够以向前刀面19a～19c的弯曲面的中央侧引导切屑的方式呈螺旋状地产生切屑。因而，能够抑制切屑在齿隙18a～18c内滞留，从而能够易于将切屑从齿隙18a～18c的附近向立铣刀10的外部排出。

另外，相比底刃16a～16c为直线状的情况，为凹状则能够用长的底刃16a～16c切削同一量的被加工物，因此易于使由底刃16a～16c产生的切屑变薄。其结果，能够易于利用随着立铣刀10的旋转而产生的离心力切断切屑，从而能够抑制切屑卷绕到立铣刀10上。

尤其是，具有中心刃24的立铣刀10能够进行向轴线O方向的切削，在进行向该轴线O方向的切削时，切屑的排出、卷绕容易成为问题。但是，如上所述，通过凹状的底刃16a～16c，能够易于排出切屑，并且能够抑制切屑卷绕到立铣刀10上。

在立铣刀10的前端部，前刀面19a～19c设置至外周刃14，由此，通过前刀面19a～19c形成的凹状的底刃16a～16c设置至立铣刀10的外周端，形成齿隙刃带(未图示)。由此，能够提高通过底刃16a～16c和外周刃14形成的刀尖拐角的强度，并能够抑制立铣刀10的折损。

将在轴线O方向观察时从底刃16a～16c中在周向上最为凹陷的点的切线至该底刃16a～16c的最外端的最短距离设为凹量m。凹量m优选相对于工具主体11的直径(外周刃14的直径)D满足m≤0.05D。若m>0.05D，则存在如下担忧：凹量m相对于工具主体11的直径D过大，而无法确保齿隙18a～18c附近的工具主体11的壁厚，导致立铣刀10易于折损。与此相对地，通过满足m≤0.05D，能够确保立铣刀10的刚性，并能够抑制立铣刀10的折损。

另外，通过由凹状的弯曲面形成的前刀面19a～19c与随着远离底刃16a～16c而上升倾斜的后刀面17a～17c的组合，在从正面观察该前刀面19a～19c的情况下，底刃16a～16c的径向的中央部分也稍微向基端侧(上侧)凹陷。该底刃16a～16c在轴线O方向上的凹量使用周向的凹量m和后角β而算出为m×tanβ。

该底刃16a～16c在轴线O方向上的凹量与通过底刃16a～16c形成的切削面的平面度大致相同。为了在通过立铣刀10切削后的精加工中一次将切削面的平面度精加工至0.02～0.05mm，优选使刚通过立铣刀10切削后的平面度不到0.15mm。通过满足m<0.15/tanβ，能够易于使通过底刃16a～16c形成的切削面的平面度不到0.15mm(轴线O方向的凹量不到0.15mm)，并能够减少后续的精加工的加工次数。

实施例

下面，通过实施例更具体地说明本发明。在以下的实施例中，使用了上述实施方式中说明过的立铣刀10。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施例。

在实施例的立铣刀中，工具主体11的原材料设为超硬合金，工具主体11的直径D设为6mm，螺旋角θ1设为41°，后角β设为6°，齿隙角θ2设为45°，凹量m设为0.15mm，齿隙前角设为3°。

在实施例的立铣刀中，如上所述，前刀面19a～19c为凹状的弯曲面，底刃16a～16c为凹状。与此相对地，比较例的立铣刀是前刀面设为平坦面、通过该前刀面与后刀面的棱线形成的底刃设为直线状的立铣刀，其他构成与实施例相同。

使用这些实施例和比较例的立铣刀，进行插铣加工试验，对切屑在立铣刀上的卷绕进行了评估。用于卷绕评估的插铣加工试验的各条件设为，被加工物：SCM440(30HRC)、切削速度：80m/min、转速：4244min^-1、进给速度：127mm/min、轴向的切入深度：3mm、冷却方法：干式、停留(立铣刀在加工孔的底部等待进给)：0.5sec。

在该插铣加工试验中，在比较例中，确认了切屑卷绕到立铣刀上，也存在起因于切屑的卷绕而导致立铣刀折损的情况。另一方面，在实施例中，确认了立铣刀上没有卷绕切屑。由此，显然的是，通过将前刀面19a～19c设为凹状的弯曲面并使底刃16a～16c弯曲成凹状，能够抑制切屑卷绕到立铣刀上。

接着，使用实施例和比较例的立铣刀，测量了插铣加工试验时的立铣刀的切削阻力(负荷转矩和推力载荷)。该插铣加工试验的各条件设为，被加工物：SUS304、切削速度：50m/min、转速：2650min^-1、进给速度：60mm/min、轴向的切入深度：3mm、冷却方法：湿式(切削液)、停留：0.5sec。

将比较例中的负荷转矩-加工时间的图表示于图3的(a)中，将实施例中的负荷转矩-加工时间的图表示于图3的(b)中。将比较例中的推力载荷-加工时间的图表示于图4的(a)中，将实施例中的推力载荷-加工时间的图表示于图4的(b)中。

不管哪个图表都是横轴为加工时间(Time)[s]。横轴的左端为加工开始时间点，右端为加工结束时间点。在图3的(a)和图3的(b)中，纵轴为负荷转矩(Torque)[N·cm]，在图4的(a)和图4的(b)中，纵轴为推力载荷(Thrust)[N]。

如图3的(a)和图4的(a)所示，在比较例中，确认了在插铣加工即将结束时负荷转矩和推力载荷增大。推测是，起因于由直线状的底刃产生的切屑滞留在齿隙、螺旋槽12内、且该切屑咬入被加工物与底刃、外周刃14之间，导致负荷转矩和推力载荷增大。

与此相对地，如图3的(b)和图4的(b)所示，在底刃16a～16c为凹状的实施例中，确认了在插铣加工即将结束时负荷转矩和推力载荷没有增大，而以大致一定的负荷转矩和推力载荷进行加工。此时，在实施例中，确认了相比比较例，切屑被良好地向立铣刀的外部排出。作为以上的结果，推测是，通过将前刀面19a～19c设为凹状的弯曲面并使底刃16a～16c弯曲成凹状，能够易于向立铣刀的外部排出切屑，因此能够抑制切削阻力。

接着，制作了改变实施例的立铣刀的螺旋角θ1、齿隙角θ2、齿隙前角的多个样品，并对插铣加工试验时的各样品的切削阻力进行了评估。该插铣加工试验的各条件与上述的实施例和比较例的切削阻力的测量时相同。

将各样品的立铣刀的切削阻力的评估示于以下的表1中。需要说明的是，各样品的切削阻力的评估是：在如图3的(b)和图4的(b)所示、用样品进行加工时的切削阻力(负荷转矩和推力载荷)为大致一定的情况下评估为“○”。另外，在用样品进行加工时的负荷转矩和推力载荷中观察到如图3的(a)和图4的(a)所示的切削阻力的增大的情况下，将排出性能评估为“△”。另外，在切削阻力的增大比图3的(a)和图4的(a)大的情况下，或者样品的制造在结构上不可能的情况下，将排出性能评估为“×”。

需要说明的是，用样品进行加工时的切削阻力的增大的原因不仅在于滞留的切屑的咬入，还可列举出工具主体11的变形、出缺口、通过外周刃14形成的切削部分的增大等。由此，即便是在观察到样品的切削阻力的增大的情况下，也未必可以说该样品的切屑的排出性降低。

[表1]

如表1所示，显然的是，在齿隙角θ2为20°以上且65°以下、齿隙前角为-20°～20°的范围、且螺旋角θ1为20°以上且50°以下的情况下，能够抑制样品的切削阻力。推测是，在这些角度的条件下，能够易于向立铣刀的外部排出切屑，并且没有其他增大切削阻力的主要原因，因此能够抑制切削阻力。

接着，制作了改变实施例的立铣刀的直径D[mm]和凹量m[mm]的多个样品以及改变比较例的立铣刀的直径D的多个比较品。对这些各样品和各比较品进行插铣加工试验，评估了各样品的立铣刀的耐久性。该插铣加工试验的各条件与上述实施例和比较例的切削阻力的测量时相同。

将各样品的立铣刀的耐久性示于以下的表2中。需要说明的是，各样品的耐久性基于可加工数进行了评估，该可加工数是相同直径D的比较品到折损为止加工完成的数量。在样品的可加工数相对于比较品的可加工数为0.9～1.1倍的情况下，即它们的可加工数大致相同的情况下，将耐久性评估为“△”。在样品的可加工数相对于比较品的可加工数大于1.1倍的情况下，将耐久性评估为“○”。在样品的可加工数相对于比较品的可加工数小于0.9倍的情况下，或者样品的制造在结构上不可能的情况下，将耐久性评估为“×”。

[表2]

如表2所示，确认了不论直径D的大小如何，通过满足m≤0.05D，相对于具有直线状的底刃的比较品，能够提高实施例的各样品的耐久性(刚性)。

以上，基于实施方式和实施例进行了说明，但能够容易推测的是，本发明并不受上述方式等的任何限定，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种改良变形。外周刃14、底刃16a～16c等的数量、螺旋角θ1、齿隙角θ2等的数值也可以适当变更。

在上述实施方式中，对立铣刀10构成为方头立铣刀的情况进行了说明，但不限于此。例如，也可以将立铣刀10构成为圆弧头立铣刀。另外，立铣刀10不限于整体式，也可以采用可转位式。

在上述实施方式中，对外周刃14由普通刃构成的情况进行了说明，但不限于此。也可以由设有多个槽的槽口刃、波状的粗加工刃构成外周刃14。

在上述实施方式中，对在刀尖拐角形成有齿隙刃带的立铣刀10进行了说明，但不限于此。在立铣刀10的前端部，也可以通过不将前刀面19a～19c设置至外周刃14而将刀尖拐角设为尖角。另外，也可以在刀尖拐角设置防碎屑用的微小R。

附图标记说明

10 立铣刀

11 工具主体

12 螺旋槽

16a～16c 底刃

17a～17c 后刀面

18a～18c 齿隙

19a～19c 前刀面

21a～21c 槽底

24 中心刃

O 轴线

D 直径

m 凹量

β 后角

θ1 螺旋角

θ2 齿隙角。

Claims (6)

1.一种立铣刀，其特征在于，包括：

圆柱状的工具主体，以轴线为旋转轴进行旋转；

螺旋槽，绕所述轴线扭转地凹设于所述工具主体的外周；

底刃，形成于所述工具主体的前端部；

后刀面，从所述底刃沿周向延伸；以及

齿隙，从外周侧朝向所述轴线凹设于所述螺旋槽的前端侧，并形成所述底刃的前刀面，

所述前刀面形成为凹状的弯曲面，由所述前刀面与所述后刀面的棱线构成的所述底刃弯曲成凹状。

2.根据权利要求1所述的立铣刀，其特征在于，

在将轴线方向观察时从所述底刃中最向周向凹陷的点的切线至所述底刃的最外端的最短距离即凹量设为m、将所述工具主体的直径设为D的情况下，

满足m≤0.05D。

3.根据权利要求1或2所述的立铣刀，其特征在于，

在将轴线方向观察时从所述底刃中最向周向凹陷的点的切线至所述底刃的最外端的最短距离即凹量设为m、将垂直于所述轴线的假想平面与所述后刀面所成的角度设为β的情况下，

满足m<0.15/tanβ。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的立铣刀，其特征在于，

所述底刃包括面向所述轴线的中心刃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的立铣刀，其特征在于，

彼此相连的所述底刃、所述齿隙和所述螺旋槽在周向上设有多个，

所述齿隙的槽底相对于与所述轴线垂直的假想平面的斜度即齿隙角为20°以上且65°以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的立铣刀，其特征在于，

所述螺旋槽的螺旋角为20°以上且50°以下。