CN104428089A - 球头立铣刀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够改善球头刃的前端的中心轴附近的耐磨损性并且能够抑制在切削中刀具主体振动的球头立铣刀。球头立铣刀(10)具备：刀具主体(1)，其绕中心轴(O)旋转；球头刃(2)，其从刀具主体(1)的前端侧的中心轴(O)侧朝向后方设置且在侧视观察时呈圆弧状，球头刃(2)的曲率半径(r)从中心轴(O)侧朝向外周(Q)侧逐渐减小。

Description

球头立铣刀
技术领域
本发明涉及一种球头立铣刀。
背景技术
球头立铣刀主要用于模具等的切削加工。该球头立铣刀的前端侧的切削刃在侧视观察时呈圆弧状。一般而言，该前端侧的球头刃即使在从前端观察时也呈圆弧状，且为曲率半径从内周部到外周部恒定的形状。另外，在专利文献1中公开了如下的球头立铣刀，其具备球头刃的内周侧的第一刃部、中间的第二刃部、外周侧的第三刃部，将第二刃部的曲率半径设为比第一刃部的曲率半径大，并且将第三刃部的曲率半径设为比第二刃部的曲率半径小，并且公开了提高立铣刀主体的防振性的内容。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4407975号说明书
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所公开的球头立铣刀中，当成为在精密加工中使用这种转速较快的加工条件时，有时会在球头刃的中心轴侧产生加工面的挤裂，导致加工面粗糙度劣化。另外，由于球头刃的内周侧的切削阻力增大，施加于球头刃的负载增大，有时立铣刀主体的防振性反而变差。
本发明是为了解决该问题点而完成的，其提供一种即使在转速较快的加工条件下，也提高耐磨损性且提高防振性能的球头立铣刀。
用于解决课题的手段
本发明的球头立铣刀具备：刀具主体，其绕中心轴旋转；球头刃，其从该刀具主体的前端侧朝向后方设置且在侧视观察时呈圆弧状，所述球头刃的曲率半径随着从所述中心轴侧朝向外周侧而逐渐减小。
发明效果
根据本发明的球头立铣刀，由于球头刃从中心轴朝向外周而曲率半径逐渐减小，因此即使在转速较快的加工条件下，也能够抑制球头刃的内周侧的切削阻力的增大，不产生加工面的挤裂，从而能够抑制加工面粗糙度劣化，并且提高球头刃的耐磨损性。另外，由于施加于球头刃的负载也较小，因此立铣刀主体的防振性提高。
附图说明
图1A是本发明的球头立铣刀的概要侧视图。
图1B是将图1A旋转90°的概要侧视图。
图2是从前端X侧观察图1的球头立铣刀时的前端视图。
图3A是图2的球头立铣刀的针对球头刃的点P的剖视图(I-I剖视图)。
图3B是图2的球头立铣刀的针对球头刃的点H的剖视图(II-II剖视图)。
图3C是图2的球头立铣刀的针对球头刃的点Q的剖视图(III-III剖视图)。
具体实施方式
使用图1-3对本发明的球头立铣刀进行说明。
图1-3的球头立铣刀(以下，简略为立铣刀)10是整体类型的球头立铣刀，具备绕中心轴O旋转的刀具主体1、从刀具主体1的前端(X)侧朝向后方(朝向后端(Y)侧)设置的侧视观察时呈圆弧状的球头刃2。球头刃2随着从前端(X)侧朝向后方(朝向后端(Y)侧)，在从前端观察时位于从中心轴O侧到外周侧。球头刃2的旋转轨迹为大致半球状。需要说明的是，在图2中，球头刃2设置有2个(2a、2b)，且配置为相对于中心轴O点对称。另外，在中心轴O的附近形成有深口(gash)，由此，在包含中心轴O上的球头刃2a、2b之间设置有横刃4。
刀具主体1的后方呈大致圆柱形状，刀具主体1的后端(Y)侧装配于刀架(未图示)，并安装于切削加工机。而且，以中心轴O为中心沿旋转方向T旋转，例如用于模具等的加工。
在立铣刀10上，除球头刃2以外，还具备：外周刃3，其设置于球头刃2的后方；前刀面5，其沿着球头刃2以及外周刃3的旋转方向设置；后刀面6，其沿球头刃2以及外周刃3的反转方向设置；切屑排出槽7，其与前刀面5的后方连续。切屑排出槽7随着朝向后方与旋转方向T向相反的方向扭曲。
而且，根据本实施方式，对于球头刃2的形状而言，从图2的前端视图中的中心轴O侧的球头刃2与横刃4的边界即点P(球头刃2的中心轴侧的端部的位置)朝向位于外周的点Q而曲率半径逐渐减小。需要说明的是，本发明中的球头刃2的各位置处的曲率半径r是指，通过球头刃2的各位置、以及以该点为中心位于0.2mm的距离处的球头刃2上的两点的这三点的圆弧的曲率半径。另外，在本发明中，在测定球头刃2的各位置处的曲率半径时，以0.4mm的距离的间隔进行测定。
即，即使在以球头刃2的各点为中心而描绘的圆弧的曲率半径r相同的情况下，可以看出，在投影于图2的前端视图的球头刃2的轨迹从中心轴O侧的点P朝向位于外周的点Q而曲率半径r减小，在本实施方式中，不通过投影于前端视图的球头刃2的轨迹，通过三维的立体形状进行测定，以球头刃2的各点为中心而描绘出的圆弧的曲率半径r从中心轴O侧的点P朝向位于外周的点Q而减小。
由此，即使在转速较快的加工条件下进行切削，也能够抑制球头刃2的中心轴O侧过度地与被切削件接触，因此能够抑制球头刃2的中心轴O侧的点P附近的切削阻力的增大。其结果是，不会产生加工面的挤裂，从而能够抑制加工面粗糙度劣化，并且提高球头刃2的耐磨损性。另外，由于施加于球头刃2的负载也较小，因此能够减轻因切削加工时的冲击而产生的立铣刀主体1的振动。
需要说明的是，将球头刃2的端部即点P以及点Q的曲率半径r设为如下的圆弧的曲率半径r而求出，所述圆弧以点P以及点Q作为终端，并通过球头刃2的距终端0.2mm以及0.4mm的距离的两点合计通过三点。在附图中省略曲率半径的记载。
另外，根据本实施方式，从球头刃2的中心轴O侧的端部的位置即点P到球头刃2与以中心轴O为中心的半径R/2的圆(图2中的圆C)的交点H之间的球头刃2的曲率半径rP-H与相当于立铣刀10的刃径的刀具主体1的直径D(＝2R)的比率为0.8～2，并且从刀具主体1的半径R的一半的位置H到外周的点Q之间的球头刃2的曲率半径rH-Q与刀具主体1的直径D的比率为0.2～1.2。由此，能够同时满足球头刃2的耐磨损性和立铣刀主体1的防振性。
并且，根据本实施方式，中心轴O侧的端部的位置即点P处的球头刃2的曲率半径rP与刀具主体1的直径D的比率为1.5～2，刀具主体1的半径R的一半的位置即点H处的球头刃2的曲率半径rH与刀具主体1的直径D的比率为0.8～1.2，并且外周的点Q处的球头刃2的曲率半径rQ与刀具主体1的直径D的比率为0.2～0.6。由此，能够同时满足球头刃2的耐磨损性和立铣刀主体1的防振性。
在此，球头刃2的形状为从点P朝向点Q曲率半径r逐渐减小是指，曲率半径r既可以阶段性地减小，也可以以恒定的比例连续减小。在本实施方式中，从中心轴O侧的点P朝向外周的点Q，球头刃2的曲率半径r以恒定的比例连续减小。由此，在球头刃2上不存在曲率半径r的变化显著异常的点，因此切削阻力不会局部增大，作为球头刃2整体的耐磨损性提高。
另外，根据图2的前端视图，立铣刀10的球头刃2存在两个(双刃)，但球头刃2并不限定于两个，也可以是三个或三个以上。在球头刃2为两个的方式中，具有使用刃径小的球头立铣刀进行加工时所产生的切屑的排出性良好的效果。另外，虽然未图示，但在其他实施方式中，也可以应用至少一个球头刃的前端观察形状与其他球头刃的前端观察形状不同的结构。由此，至少一个球头刃成为非对称的形状，能够抑制在切削时立铣刀10发生共振而产生振纹的情况。作为将至少一个球头刃设为非对称的形状的一个例子，可以列举将一个球头刃的形状设为使前端观察时的球头刃的曲率半径r阶段性地减小的结构，而在其他球头刃中采用使前端观察时的球头刃的曲率半径r连续地减小的结构等。需要说明的是，该一个球头刃的前端观察形状与其他球头刃不同的结构也可以适当应用于刃数为三个以上的情况。
在此，在本实施方式中，球头刃2的前角θ为0°～-20°。即，球头刃2的前角θ为零度、或所谓的负的前角。并且，根据本实施方式，如图3A～图3C的球头刃2的点P、H、Q的剖视图所示，从中心轴O侧朝向外周侧前角的负值增大。即，按照点P处的前角θP、点H处的前角θH、点Q处的前角θQ的顺序，前角θ的负值增大，从而随着离开球头刃2而前刀面5***。
由此，能够确保球头刃2的强度，抑制球头刃2的破损。即，由于在外周侧球头刃2的曲率半径较小，因此球头刃2容易成为突出的形状导致强度变弱。另外，由于在该外周侧切削速度也较快，因此磨损的进行也较快。另一方面，由于在中心轴O侧切削速度接近于零，因此存在切削阻力增大的趋势。因此，通过从中心轴O侧朝向外周侧使前角θ的负值增大，从而能够抑制外周侧的球头刃2的卷刃、破损，并且能够减小中心轴O侧的切削阻力，抑制加工面粗糙的情况。
根据本实施方式，中心轴O侧的点P处的前角θP为0°～-1°，中间的点H处的球头刃2的前角θH为-1°～-5°，并且外周的点Q处的球头刃2的前角θQ为-10°～-20°。
另外，根据本实施方式，如图3A～图3C所示，球头刃2的后角α从中心轴O侧朝向外周侧增大。即，按照点P处的后角αP、点H处的后角αH、点Q处的后角αQ的顺序增大。
需要说明的是，在上述的实施方式中，如图1A、图1B、图2所示，列举在刀具主体1本身的规定部位形成有切削刃的所谓整体类型的结构为例而进行了说明，但也可以取代该方式，采用将所谓不重磨刀片装配于刀架的所谓不重磨类型的结构。
实施例1
以图1A、图1B、图2的概要形状的球头立铣刀形状，制作球头刃的曲线形状以及相对于刀具主体的直径的点P(中心轴侧)、点Q(外周)、点H(半径的一半)的各位置处的曲率半径rP、rH、rQ、曲率半径相对于直径(D)的比率rP/D、rH/D、rQ/D、前角θP、θH、θQ、后角αP、αH、αQ具有表1的尺寸的试样编号1～10的球头立铣刀，在下述条件下进行切削加工评价。结果在表2中示出。需要说明的是，使用了立铣刀的球头刃为两个、刀具主体的直径(刃径D＝2R)为6mm的立铣刀。
(切削条件)
被切削件：HPM38钢
加工直径：φ6mm
加工速度：220m/分
转速：11700转/分
进给：0.058mm/刃
切入深度：0.6mm×0.3mm
切削方式：台肩加工
切削环境：干式切削
评价项目：在切削长度100m的加工时刻，前端观察球头刃的状态下的最大磨损量和加工面粗糙度(最大高度)
[表1]
[表2]
试样编号 最大磨损幅度(mm) 加工面粗糙度(μm)
1 0.060 4.36
2 0.057 2.68
3 0.050 2.60
4 0.040 1.85
5 0.058 3.87
6 0.062 5.65
7 0.058 2.89
8 0.056 3.25
9 0.052 3.31
10 0.051 3.15
根据表1、2的结果可知，在球头刃的曲率半径从中心轴侧到外周侧相同的试样编号1中，刀具主体的振动较大加工面粗糙度变差。另外，在球头刃的曲率半径在中心轴侧与外周侧的中间位置处较大的试样编号6中，在加工面产生挤裂导致加工面粗糙度恶化，并且磨损量也较大。
与此相对，根据本发明，在球头刃的曲率半径从中心轴侧朝向外周侧逐渐减小的试样编号2～5、7-10中，刀具主体的振动较小并且加工面粗糙度也较小。
实施例2
制作刃数为三个、刀具主体的直径(刃径D)为6mm、并且三个刃均由实施例1的试样编号4的形状构成的球头立铣刀(试样编号11)。同样地，制作刃数为三个、刀具主体的直径(刃径D＝2R)为6mm、并且两个刃为实施例1的试样编号4的形状而一个刃由实施例1的试样编号2构成的球头立铣刀(试样编号12)。对于试样编号11、12，在实施例1的条件下进行切削加工评价。在切削长度100m的加工时刻，对于前端观察球头刃的状态下的最大磨损量而言，试样编号11为0.050mm，试样编号12为0.047mm，对于加工面粗糙度(最大高度)而言，试样编号11为2.02μm，试样编号12为1.34μm。
符号说明
1：刀具主体
2：球头刃
3：外周刃
4：横刃
5：前刀面
6：后刀面
7：切屑排出槽
10：立铣刀
X：前端
Y：后端
O：中心轴
P：球头刃的中心轴侧端部
Q：球头刃的外周侧端部
H：球头刃的中间位置
T：旋转方向

Claims (6)

1.一种球头立铣刀，其中，
具备：刀具主体，其绕中心轴旋转；球头刃，其从该刀具主体的前端侧朝向后方设置且在侧视观察时呈圆弧状，
所述球头刃的曲率半径随着从所述中心轴侧朝向外周侧而逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的球头立铣刀，其中，
从中心轴朝向所述外周侧直至所述刀具主体的半径的一半的位置之间的所述球头刃的曲率半径与所述刀具主体的直径的比率为0.8～2，并且从所述刀具主体的半径的一半的位置到外周的位置之间的所述球头刃的曲率半径与所述刀具主体的直径的比率为0.2～1.2。
3.根据权利要求1或2所述的球头立铣刀，其中，
所述球头刃的中心轴侧的端部的位置处的曲率半径与所述刀具主体的直径的比率为1.5～2，从所述中心轴到所述刀具主体的半径的一半的位置处的所述球头刃的曲率半径与所述刀具主体的直径的比率为0.8～1.2，并且所述球头刃的所述外周的位置处的曲率半径与所述刀具主体的直径的比率为0.2～0.6。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的球头立铣刀，其中，
从所述中心轴朝向所述外周侧，所述球头刃的曲率半径以恒定的比例连续地减小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的球头立铣刀，其中，
在从前端观察时，存在有两个以上所述球头刃，并且至少一个球头刃的前端观察形状与其他球头刃的前端观察形状不同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的球头立铣刀，其中，
所述球头刃前角为0°～-20°，且前角的负值随着从所述中心轴侧朝向所述外周侧而增大。
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