CN105682837B - 圆弧立铣刀以及切削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的圆弧立铣刀以及切削加工方法在能够实现高效率的切削加工的同时，能够使被切削件获得高精度的加工面粗糙度。具有绕中心轴(O)排列的多个副切削刃(3)和与副切削刃(3)的径向外周侧连续的圆弧状的多个圆弧刃(6)，将副切削刃(3)在径向上划分为内周侧副切削刃(4)和外周侧副切削刃(5)，使切削时的圆弧刃(6)的最下点(Pb)位于从外周侧副切削刃(5)与圆弧刃(6)的边界(P2)到圆弧刃(6)与外周刃(7)的边界(P4)为止的区间，使多个内周侧副切削刃(4)的第二面(40)在靠近中心轴(O)的部分处连结，使连结的第二面(40)的区域从包括中心轴(O)在内的区域朝向各内周侧副切削刃(4)的径向外周侧呈带状地连续，使带状的区域的宽度从中心轴(O)侧朝向径向外周侧逐渐扩大。

Description

圆弧立铣刀以及切削加工方法

技术领域

本发明涉及在模具的平面加工、立体加工等中使用的圆弧立铣刀、以及使用该圆弧立铣刀的切削加工方法。

背景技术

塑料成型用模具等模具在实际应用上由工具钢(淬火回火钢、HRC50～55左右)形成。为了高效率地进行此类模具的切削加工，大多使用将副切削刃和外周刃由圆弧状的拐角刃连接起来的圆弧立铣刀。由于圆弧立铣刀的拐角刃为圆弧状，因此与其它立铣刀(例如方形立铣刀)相比，参与切削的切削刃变长，并且每一刃的最大切取量变小，因此具有每一刃的切削阻力变小的优点。其结果是，通过将进给速度设定得较快等来提高加工效率，并且也能够延长工具寿命。

然而，当利用圆弧立铣刀进行切削加工时，由于有助于切削的切削刃变长，因此容易产生颤振。尤其是在增大进给速度、切入量时，该趋势越发显著。其结果是，除了存在工具寿命降低这样的问题以外，还产生加工面粗糙度降低这样的较大问题。对此，为了实现加工面粗糙度(加工面品质)的提高，在专利文献1、2中完成以下的提案。

在专利文献1的圆弧立铣刀中，如图6(a)、图6(b)所示，使对在工具主体102的副切削刃上设置的圆弧刃103的外周侧边界部103a实施倒锥而成的外周刃111从与圆弧刃103的边界部沿着共用的切线L1形成为圆弧状并圆滑地连接，并且在各圆弧刃103的旋转方向前方侧设置前刀面104。包括前刀面104的旋转方向前方侧在中心轴线O方向上形成有以水平剖视呈大致V字状被切除的切屑排出槽105。在圆弧刃103的旋转方向后方侧连续地设置具有正的后角的第一后刀面107和后角比第一后刀面107大的第二后刀面108。另外，在各圆弧刃103的另一方(中心轴线O侧)的边界部103b中，直线状的第一副切削刃112和第二副切削刃113依次向工具主体102的基部侧倾斜设置而在设于中心轴线O上的横刃部114处相互交叉。

根据专利文献1的圆弧立铣刀101，使外周刃111的半径比圆弧刃103的半径大(设定为工具主体的半径的2～10倍的尺寸)。另外，圆弧刃103在与外周刃111相反的一侧的边界部连接间隙角为0.5°～5°的第一副切削刃112，通过在第一副切削刃112连接具有更大的7°～15°的间隙角的第二副切削刃113，由此圆弧刃103与外周刃111的边界部103a处的切削得以顺畅地进行，能够抑制颤振而使表面粗糙度良好。此外，利用第一副切削刃112的间隙角，能够减少工件底面处的切削负载而抑制颤振，从而使加工面的加工质量良好。

专利文献2的圆弧立铣刀是刃径为6mm以下且将头部下方长度设为刃径的3倍以上的长颈圆弧立铣刀，如图7(a)、图7(b)所示，刃部具有多个外周刃16、圆弧刃17以及副切削刃18。副切削刃18具有与圆弧刃17连接的外周侧副切削刃19、以及与外周侧副切削刃19连接且朝向工具中心方向的内周侧副切削刃110。根据该长颈圆弧立铣刀，由于圆弧刃17与外周侧副切削刃19圆滑地连接，因此以使圆弧刃17朝内周侧略微延伸而使延伸的最终点处的圆弧刃17的切线成为外周侧副切削刃19的方式进行连接。如此，如图7(a)所示，在专利文献2中将外周侧副切削刃19的侧隙角θ1以及内周侧副切削刃110的侧隙角θ2设定在特定的范围内，使得圆弧刃17和外周侧副切削刃19在连结部处圆滑地连接。

另外，如图7(b)所示，通过将外周侧副切削刃19的长度Lc设置在特定的范围，即便在一刃的进给量大的情况下，也能够可靠地切削并除去切屑。此外，通过使副切削刃18的外周侧副切削刃19相对于内周侧副切削刃10以规定的角度θ3朝旋转方向后方倾斜，由此能够抑制长颈圆弧立铣刀中的颤振，从而防止加工面粗糙度的降低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-212744号公报

专利文献2：日本专利第5088678号公报

发明要解决的课题

专利文献1的圆弧立铣刀示出了切削刃的数量为两片的例子，当从端面侧观察工具主体的前端部时，由于副切削刃112、113的后刀面(第二面)的宽度在径向上相同(参照图6(b))，因此相对于副切削刃112、113在切削被切削件时受到的阻力(弯曲力矩)，径向外周侧相对地容易成为弱点。切削时的弯曲力矩根据距中心轴O的距离而增大，但在副切削刃后刀面的宽度相同的情况下，克服弯曲力矩的旋转方向(周向)的截面积也在径向上相同，因此弯曲应力度越是靠近径向外周越是变大，相对地变得容易破损。另外，在副切削刃后刀面的宽度相同的情况下，切削刃的数量越多，越是难以充分确保在邻接的副切削刃之间形成的槽口的旋转方向上的宽度。

在专利文献2的长颈圆弧立铣刀中，由于各内周侧副切削刃的后刀面没有在工具中心部相连(参照图7(b))，因此无法充分满足近来的塑料成型用模具那样的要求高精度(亚微以下)的加工面的加工领域中的非常严苛的要求，需要进一步的改进。

发明内容

本发明基于上述背景，其目的在于提供圆弧立铣刀以及切削加工方法，在该圆弧立铣刀中，相对于副切削刃的切削时的破损的安全性高，能够进行高效率的切削加工，并且能够获得高精度的加工面粗糙度。

解决方案

用于实现上述目的的本发明的圆弧立铣刀具有：工具主体的前端部的切削刃部绕中心轴排列而成的多个副切削刃；与所述副切削刃的径向外周侧连续的圆弧状的多个圆弧刃；以及与所述圆弧刃的径向外周侧连续且沿着切屑槽向所述工具主体的后端部侧延伸设置的多个外周刃，其特征在于，

所述副切削刃在径向上被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃，

所述圆弧刃形成如下的形状：所述工具主体在切削时的所述圆弧刃的最下点位于从所述外周侧副切削刃与所述圆弧刃的边界到所述圆弧刃与所述外周刃的边界为止的区间，

所述多个内周侧副切削刃的第二面在靠近所述中心轴的部分相互连结，当从端面侧观察所述工具主体的前端部时，所述多个内周侧副切削刃的连结的第二面的区域从包括所述中心轴在内的区域朝向各内周侧副切削刃的径向外周侧呈带状地连续，该带状的区域的宽度从所述中心轴侧朝向径向外周侧逐渐扩大，

所有的所述内周侧副切削刃的靠近所述中心轴的端部在比所述中心轴靠径向外周侧的位置和如下的边界线相交，所述边界线是位于该内周侧副切削刃的旋转方向前方侧的所述内周侧副切削刃的第二面与在其旋转方向后方侧形成的槽口的边界线。

“副切削刃在径向上被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃”是指，将在副切削刃的旋转方向后方侧形成的后刀面即副切削刃的第二面在径向上划分为内周侧的第二面和外周侧的第二面。其中，内周侧副切削刃与外周侧副切削刃的边界不一定需要像折线那样在工具主体(圆弧立铣刀)的表面侧具有凸出的角度，内周侧第二面与外周侧第二面的边界也不限于像凸出的棱线那样表示为明确的边界线。

副切削刃在径向上被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃的情况还与在切削刃部形成圆弧刃和副切削刃的砂轮的磨削作业相关。多个内周侧副切削刃的第二面相互连结，在以呈连续的面的方式对切削刃进行磨削时，像技术方案1那样在以使旋转方向上邻接的副切削刃间的距离越是靠近中心轴、越是变小的方式形成第二面的情况下，在靠近中心轴的内周侧副切削刃的磨削时，难以直接使用在圆弧刃和外周侧副切削刃的磨削时使用的砂轮。在该关系下，在靠近中心轴的内周侧副切削刃的磨削时，需要使用不与邻接的副切削刃发生干涉的形状或大小的砂轮，在该影响下，副切削刃在径向上被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃。

即，副切削刃被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃的情况是以达成下述目的为结果而产生的：在形成有多个内周侧副切削刃的第二面在靠近中心轴的部分连结而成的面的基础上，以使邻接的副切削刃间的距离越是靠近中心轴、越是变小(带状的区域的宽度从中心轴侧朝向径向外周侧逐渐扩大)的方式形成第二面。因此，在径向上划分副切削刃是指，将多个第二面形成为连续的面，使得带状的区域的宽度越是成为径向外周侧、越是扩大。

“多个内周侧副切削刃的第二面在靠近中心轴部分相互连结”是指，多个内周侧副切削刃的第二面(后刀面)没有形成分离的面。这是指，具体来说，如图1、图3(a)所示，所有内周侧副切削刃4的靠近中心轴O的端部和位于该内周侧副切削刃4的旋转方向前方侧的内周侧副切削刃4的第二面40与在其旋转方向后方侧形成的槽口8(槽口壁面80)的边界线，在比中心轴O靠径向外周侧的位置相交。连结的多个第二面40的面本身例如是连续的面、或者是多面体那样的面。“连续的面”例如是曲率相同或者曲率连续变化那样的曲面、或者曲率微小变化那样的面，面主要为曲面，但有时也包括平面。多面体包括曲率变化那样的面，但也包括在砂轮对第二面40的磨削加工的基础上产生的凹凸面。

通过使多个内周侧副切削刃4的第二面40相互连结，在各内周侧副切削刃4上产生的切削时的振动分散于所有的内周侧副切削刃4，振动变得容易传播而难以在每个内周侧副切削刃4上产生振动。另外，通过使多个内周侧副切削刃4的第二面40相互连结，各切削刃2的刚度变得均匀化，由于在切削时在各切削刃2上产生的阻力相等，因此在切削中不易在工具主体上引起颤振，在被切削件上容易产生高品质的加工面。

“多个内周侧副切削刃的第二面在靠近中心轴的部分连结”是指，换言之，如图1所示，当从端面侧观察工具主体30的前端部时，多个内周侧副切削刃4的连结的第二面40的区域从包括中心轴O在内的区域朝向各内周侧副切削刃4的径向外周侧呈带状地连续。

该带状的区域的宽度从中心轴O侧朝向径向外周侧逐渐扩大，能够在径向上的任意部分均匀产生如下所述的弯曲力矩：包括各内周侧副切削刃4的第二面40且是到旋转方向后方侧的切屑槽9为止的工具主体30的部分在切削时受到的阻力所产生的弯曲力矩。

当内周侧副切削刃4切削被切削件W时，在内周侧副切削刃4的径向的各部分作用有与距旋转中心即中心轴O的距离相应的弯曲力矩，包括内周侧副切削刃4的第二面40且是到旋转方向后方侧的切屑槽9为止的工具主体30的部分克服该弯曲力矩。在此，通过使第二面40形成从中心轴O侧朝向径向外周侧逐渐扩大的形状，克服切削时的弯曲力矩的部分的截面积从径向中心轴侧朝向外周侧逐渐增加。其结果是，在内周侧副切削刃4的靠近径向中心轴O的部分产生的弯曲应力度(弯曲力矩/剖面系数)与在靠近径向外周的部分产生的弯曲应力度容易变得均匀。相对于弯曲力矩的阻力在径向的各部分变得相同，由此内周侧副切削刃4的径向上的任意部分不易相对地成为弱点，相对于内周侧副切削刃4的破损的安全性提高。

另外，通过使连结的第二面40的区域中的、从中心部分延伸的带状的区域的宽度从中心轴O侧朝向径向外周侧逐渐扩大，即便切削刃的片数增多为8片等，也能够充分确保在邻接的副切削刃3、3间形成的槽口8的旋转方向的宽度。

如图5所示，工具主体30(圆弧立铣刀1)处于切削状态时的圆弧刃6的最下点Pb位于从外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界(连接部)P2到圆弧刃6与外周刃7的边界(连接部)P4为止的区间。通过使圆弧刃6的最下点Pb处于该状态，在工具主体30的旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向倾斜的状态下，即便圆弧刃6切削被切削件W，也能够在切削时避免外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界P2和被切削件W接触，因此能够在被切削件W上形成良好的加工面。“工具主体30处于切削状态时的(工具主体30切削时的)圆弧刃6的最下点Pb”是，使前端部朝下、从侧面观察工具主体30时的圆弧刃6的最下点Pb。“使工具主体30的前端部朝下”是指，使工具主体30的旋转轴O朝向被切削件的厚度方向(高度方向)。

在工具主体30的旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向倾斜的状态下，在圆弧刃6切削被切削件W的过程中，在旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向的角度发生变化的情况下，圆弧刃6的从与外周侧副切削刃5的边界P2到与外周刃7的边界P4为止的区间具有恒定的曲率半径R是适当的。

若圆弧刃6的曲率半径R恒定，则图5所示的自从边界P2到边界P4的区间的曲率中心OR到圆弧刃6中的任一点为止的距离变得恒定，因此即便工具主体30的旋转轴O的倾斜角度发生变化、圆弧刃6的切削部分在圆弧刃6的周向上发生变化，也不会使切削刃2上的能够成为不连续的点的边界P2与被切削件W接触，获得始终以距曲率中心OR具有恒定距离的部分(区间)进行切削的状态。通过使参与切削的切削刃2的区间不存在不连续的点，避免给予被切削件W因不连续点导致的切削损伤等，因此，即便在出于提高加工效率的目的而增大切削速度的情况下，工具主体30的颤振也得以抑制，被切削件W能够获得高精度的加工面粗糙度。

另一方面，如图3(a)所示，在圆弧刃6的第二面60与外周侧副切削刃5的第二面50的边界(边界线)SR和外周侧副切削刃5的交点U(P2)位于不同于圆弧刃6的前刀面62与副切削刃3的前刀面31的边界(边界线)T和外周侧副切削刃5或圆弧刃6的交点V的位置的情况(技术方案2)下，具有相对于切削时的阻力对圆弧立铣刀(工具主体)造成的破损的安全性提高这样的优点。交点U(P2)也位于外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界。

例如，在图3(a)中，在外周侧副切削刃5与圆弧刃6的交点U不是连续的棱线(曲线)上的点、而是不连续且向表面侧凸出的点的情况下，如图3(c)所示，在交点V与交点U一致的情况下，切削时的阻力容易集中于交点U(V)，因此存在交点U附近容易破损的趋势，基于圆弧立铣刀1的切削加工可能变得不稳定。

与此相对，如图3(a)、(b)所示，在交点U和交点V在径向上错离而位于不同的位置的情况下，切削时的阻力分散作用于交点U和交点V，因此交点U附近和交点V附近的破损的可能性降低，其结果是，基于圆弧立铣刀1的切削加工的稳定性提高。由于交点U是外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界，因此“交点U和交点V在径向上错离”是指，存在两前刀面62、31间的边界T与切削刃2相交的点即交点V位于外周侧副切削刃5上的情况(图3)和位于圆弧刃6上的情况。图3(a)示出交点V靠近交点U(P2)的情况，图3(b)示出交点U靠近内侧周副切削刃4与外周侧副切削刃5的边界P1的情况。

尤其是如图3(a)、(b)所示，在圆弧刃6的第二面60与外周侧副切削刃5的第二面50的边界SR和外周侧副切削刃5的交点U(P2)位于比圆弧刃6的前刀面62与副切削刃3的前刀面31的边界T和外周侧副切削刃5的交点V靠径向外周侧的位置的情况(技术方案3)下，与交点U和交点V一致的情况相比，能够将圆弧刃6的前刀面62的面积确保得较大，因此能够使切屑在恒定方向上容易流动。其结果是，切屑向被切削件的干涉的影响变小，因此能够提高被切削件W的加工面精度。如图3(b)那样，越是使交点V靠近边界P1，圆弧刃6的前刀面62的面积越是扩大，因此切屑的排出性提高。

另外，当从端面侧观察工具主体30的前端部时，在多个副切削刃3绕中心轴O在工具主体30的旋转方向(周向)上均匀排列的情况(技术方案4)下，工具主体30的颤振得以抑制，获得被切削件的加工面品质变得良好的效果。在多个副切削刃3没有绕中心轴O均匀排列的情况下，各副切削刃3的切削量、切削深度可能产生差值，各副切削刃3受到的阻力也不同，因此容易引起颤振，也呈现被切削件的加工面品质下降的趋势，在多个副切削刃3均匀排列的情况下，各副切削刃3的切削量等不易产生差值。

在本发明的圆弧立铣刀1中，圆弧刃6的曲率半径R优选处于刃径D的1％～30％的范围内(技术方案5)。在曲率半径R不足刃径D的1％的情况下，因刀尖强度不足而容易产生崩刃，在超过刃径D的30％的情况下，难以形成副切削刃3。

另外，从圆弧立铣刀1的实用性方面出发，副切削刃3(切削刃2)为2～8片(优选为3～8片)，至少构成切削刃2的基体优选由WC基超硬合金形成(技术方案6)。此外，从加工精度方面出发，优选为工具整体由一体的WC基超硬合金制基体构成的整体立铣刀。副切削刃3优选为3片以上的理由是，连结的多个内周侧副切削刃4的第二面40成为在工具主体30的旋转方向上均匀分散的形状，工具主体30的切削时的稳定性增强。此外，通过使刃数多于2片刃，能够提高工具主体30的进给速度，从而能够实现高效率的加工。

技术方案1至6中任一者记载的圆弧立铣刀中，在圆弧刃6中的、从外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界P2到圆弧刃6与外周刃7的边界P4为止的区间具有恒定的曲率半径的情况下，适应相对于形成具有凹坑形状的槽部的被切削件设定轴向切入量而进行槽部的等高线加工的切削加工。此时，优选满足下述的条件式(1)以及(2)(技术方案7)。

式(1)：ap≤R/20

ap：轴向切入量

R：圆弧刃的曲率半径

式(2)：Lw＜LR＜R；

Lw：(R²-Lz²)^1/2

LR：从外周侧副切削刃与圆弧刃的边界到圆弧刃的最下点为止的长度

Lz：(R-ap)

通过满足上述的式(2)，如图5所示，在圆弧刃6具有恒定的曲率的情况下，使圆弧刃6中的仅圆弧刃与被切削件W接触，不会产生因切削刃2上的能够成为不连续点的所述边界P2(交点U)向被切削件W的接触等所造成的伤痕，通过实验确认被切削件W能够获得高品质的加工面。圆弧刃6的从与外周侧副切削刃5的边界P2到与外周刃7的边界P4为止的区间具有恒定的曲率半径R是指，如上所述，以工具主体30的旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向倾斜的状态，圆弧刃6切削被切削件W的过程中，即便在旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向的角度发生变化的情况下，也不使边界P2与被切削件W接触，获得始终以曲率半径R恒定的部分进行切削的状态。

在上述式(1)中，尤其是优选ap≤R/20且R/50≤ap≤R/20，进一步优选为R/30≤ap≤R/20。Ap越是脱离式(1)的特定范围，越是导致加工面粗糙度恶化。满足上述式(2)的Lw＜LR＜R这样的关系是指，避免因边界P2向被切削件W的接触等引起的伤痕的产生，从而获得良好的加工面粗糙度。

发明效果

根据本发明的圆弧立铣刀，所有的内周侧副切削刃的后刀面在工具中心侧相互连结，连结的第二面的区域从包括中心轴在内的区域朝向各内周侧副切削刃的径向外周侧呈带状地连续，带状的区域的宽度朝向径向外周侧逐渐扩大，因此包括各内周侧副切削刃的第二面在内的部分在径向的任意部分均能够均匀产生由切削时受到的阻力产生的弯曲力矩。其结果是，内周侧副切削刃的径向的任意部分相对地不易成为弱点，因此相对于内周侧副切削刃的破损的安全性提高。

另外，各内周侧副切削刃的第二面在靠近中心轴的部分相互连结，由此在各内周侧副切削刃产生的切削时的振动容易分散于所有内周侧副切削刃，难以在每个内周侧副切削刃产生振动，因此在切削中不易在工具主体上引起颤振，被切削件容易形成高品质的加工面。其结果是，由于能够获得亚微以下的加工面粗糙度，因此适用于像塑料成型用模具那样要求极高精度的加工面粗糙度(例如镜面加工)的工件的切削加工。

此外，将前端部朝下、从侧面观察工具主体时的圆弧刃的最下点位于从外周侧副切削刃与圆弧刃的边界到圆弧刃与外周刃的边界为止的区间，由此在切削时避免外周侧副切削刃与圆弧刃的边界和被切削件接触，因此能够在被切削件上形成良好的加工面。

根据本发明的切削加工方法，能够在圆弧刃具有恒定的曲率的情况下，在仅使圆弧刃的圆弧刃与被切削件接触的状态下，通过等高线加工来进行凹陷部的精加工，因此获得极高精度的加工面粗糙度。同时，由于圆弧刃前端部的切削阻力减小，即便以高速进行切削加工，也能够延长工具寿命。

附图说明

图1是示出从前端侧观察工具主体的切削刃部时的圆弧立铣刀的制作例的主视图。

图2是从A方向观察图1的圆弧立铣刀时的侧视图。

图3(a)是从前端侧观察图1的圆弧立铣刀的切削刃部的端面时的立体图。

图3(b)是示出圆弧刃的前刀面与副切削刃的前刀面的边界和外周侧副切削刃的交点V靠近内侧周副切削刃与外周侧副切削刃的边界P1的情况下的切削刃和前刀面的样子的立体图。

图3(c)是示出圆弧刃的前刀面与副切削刃的前刀面的边界和外周侧副切削刃的交点V同外周侧副切削刃与圆弧刃的边界P2(交点U)一致的情况下的切削刃和前刀面的样子的立体图。

图4是示意性示出图1的圆弧立铣刀的主要部分的侧视图。

图5是用于说明本发明的切削加工方法的、图4的B部的扩大图。

图6(a)是示出专利文献1的圆弧立铣刀的前端部的侧视图。

图6(b)是专利文献1的圆弧立铣刀的仰视图。

图7(a)是示出专利文献2的圆弧立铣刀的刃部的侧视图。

图7(b)是专利文献2的圆弧立铣刀的仰视图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的圆弧立铣刀1进行详细说明。图1示出从工具主体30的前端侧观察到的本发明的圆弧立铣刀1的切削刃部20的样子，图2示出从A方向观察到的图1的圆弧立铣刀1的样子。如图1、2所示，圆弧立铣刀1在从端面侧观察工具主体30的前端部时具有：绕工具主体30的中心轴O排列的多个副切削刃3；与副切削刃3的径向外周侧连续(连接)的圆弧状的多个圆弧刃6；与圆弧刃6的径向外周侧连续(连接)并且沿着切屑槽9向工具主体30的后端部(柄部(省略图示))侧延伸配置的多个外周刃7，例如，工具主体30的整体构成一体形成的整体型的圆弧立铣刀。在图1中，Q表示工具的旋转方向。在附图中示出4片刃的圆弧立铣刀1的例子，但切削刃2的数量并不限于4片。

切削刃部20由多片切削刃2构成，在附图中由4片切削刃2a～2d构成。各切削刃2a～2d包括：将在径向上与中心轴O隔开距离的位置作为起点，在工具主体30的旋转方向上相互隔开距离的4片副切削刃3a～3d；与各副切削刃3a～3d的径向外周侧连续(连接)的4片圆弧刃6a～6d；以及与各圆弧刃6a～6d的径向外周侧连续(连接)的4片外周刃7a～7d(在图2中仅示出外周刃7a、7c、7d)。各外周刃7a～7d相对于中心轴O以规定角度倾斜，并且从工具主体30的前端部的外周侧向工具主体30的后端部侧延伸配置，在工具主体30的前端部的外周侧拐角附近与4片圆弧刃6a～6d连续(连接)。

各外周刃7a～7d为右手右切刃，扭转角例如被设定在15°～60°的范围内。在图示的例子中，由于圆弧立铣刀1为4片刃，因此与比4片刃多的情况相比，由于包括各切削刃2a～2d及其在其旋转方向后方侧形成的第二面(后刀面)在内的刃部的截面积较大，由此存在能够获得高精度的加工面粗糙度的优点。

各副切削刃3a～3d在接近中心轴O为止，如图2所示，随着朝向中心轴O向工具主体30的后端侧倾斜，并且以相等的长度形成。当从端面侧观察工具主体30时，各副切削刃3a～3d在径向上被划分为靠近中心轴O的内侧周副切削刃4a～4d和靠近外周的外周侧副切削刃5a～5d，内侧周副切削刃4a～4d与外周侧副切削刃5a～5d的边界P1成为，在径向上划分在内侧周副切削刃4a～4d和外周侧副切削刃5a～5d的旋转方向后方侧形成的作为后刀面的内周侧副切削刃的第二面40和外周侧副切削刃的第二面50的边界(边界线)Sb的旋转方向前方侧的端部。存在将边界P1和边界Sb在工具主体30的表面侧明确表示为凸出的点或者凸出的棱线的情况、以及没有明确表示的情况。

各副切削刃3a～3d构成以在绕中心轴O的圆周方向(旋转方向)上呈相等的中心角90°的方式等间隔地配置的等分割型的副切削刃。根据所述等分割配置，如后述的图5所示，各切削刃2a～2d与被切削件(工件)W接触的周期变得恒定，即便在大范围内增加进给速度、切入量，切削阻力也不会变得过大，因此能够抑制颤振。

如图1所示，各内周侧副切削刃4a～4d的各第二面40(内周侧副切削刃4的后刀面)在靠近中心轴O的部分相互连结，呈连续的或者连续的面，在4片刃的情况下，这4片的第二面40集合而形成为大致十字状。根据所述形状，与现有的圆弧立铣刀相比，施加于各刃的切削阻力变得均匀，因此即便进行高效率加工也能够抑制颤振，从而能够获得高精度的加工面粗糙度。

在各内周侧副切削刃4的第二面40的旋转方向后方侧，构成在旋转方向上邻接的切削刃2、2间的槽口8的槽口壁面80连续(邻接)，在该槽口壁面80与其旋转方向前方侧的第二面40之间表示凸出的棱线。该凸出的棱线的中心轴O侧的端部在比中心轴O靠径向外侧的位置处与该旋转方向后方侧的内周侧副切削刃4相交，该相交的点成为所述各切削刃2a～2d的靠近中心轴O的起点。

其结果是，多个内周侧副切削刃4的第二面40集合的形状形成为，从包括中心轴O在内的区域朝向各内周侧副切削刃4的径向外周侧呈带状地连续的凹多边形的形状，在4片刃的情况下成为大致十字状。“包括中心轴O在内的区域”是包括槽口壁面80与其旋转方向前方侧的第二面40之间的凸出的棱线和旋转方向后方侧的内周侧副切削刃4的交点(靠近中心轴O的起点)在内的区域，可以说是多边形或者圆形的区域。

从包括中心轴O在内的区域朝向各内周侧副切削刃4的径向外周侧而连续的带状的区域的宽度从中心轴O侧朝向径向外周侧逐渐扩大，在内周侧副切削刃4切削被切削件W时相对于绕中心轴O受到的弯曲力矩的阻力(弯曲应力度)在径向的全长的范围内变得均衡(相同)。

另外，如图4、图5所示，圆弧刃6形成为以使工具主体30(圆弧立铣刀1)处于切削状态时的圆弧刃6的最下点Pb位于从外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界(连接部)P2到圆弧刃6与外周刃7的边界(连接部)P4为止的区间的方式对最下点Pb和边界P2的位置进行调整而成的形状。工具主体30的切削状态也可以是使工具主体30的前端部向下、从侧面观察工具主体30时的样子。

在此，即使处于切削状态的工具主体30的旋转轴O的倾斜角度发生变化、并且圆弧刃6的切削部分在圆弧刃6的周向上发生变化，也始终获得在距曲率中心OR具有恒定距离的部分进行切削的状态，在此基础上，圆弧刃6形成为从图5所示的边界P2到边界P4为止的区间的曲率半径R变得恒定的形状。在这种情况下，在从边界P2到边界P4为止的区间，由于从曲率中心OR到圆弧刃6为止的距离变得恒定，因此圆弧刃6的最下点Pb位于从边界P2到边界P4为止的区间，并且避免边界P2与被切削件W接触，从而使圆弧刃6切削被切削件W，能够在被切削件W上形成良好的加工面。

在构成切削刃2(2a～2d)的内周侧副切削刃4(4a～4d)以及外周侧副切削刃5(5a～5d)和圆弧刃6(6a～6d)的旋转方向后方侧形成有后刀面。与内周侧副切削刃4的旋转方向后方侧连续(邻接)的后刀面是所述的内周侧副切削刃4的第二面40，在外周侧副切削刃5的旋转方向后方侧连续有外周侧副切削刃5的第二面50，在圆弧刃6的旋转方向后方侧连续有圆弧刃6的第二面60。存在内周侧副切削刃4的第二面40与外周侧副切削刃5的第二面50成为相互不同的面的情况、以及成为经由曲率连续变化那样的曲面进行连续的面的情况。同样，存在外周侧副切削刃5的第二面50和圆弧刃6的第二面60也成为相互不同的面的情况、以及成为经由曲面进行连续的面的情况。

在图1中，为了方便，作为划分内周侧副切削刃4的第二面40和外周侧副切削刃5的第二面50的边界线而标记Sb，作为划分外周侧副切削刃5的第二面50和圆弧刃6的第二面60的边界线而标记SR，存在任一条边界线Sb、SR被明确表示的情况以及没有被明确表示的情况。

在外周侧副切削刃5的第二面50和圆弧刃6的第二面60的旋转方向后方侧，形成有呈比各个第二面50、60的后角大的后角且呈相互不同的面的外周侧副切削刃的第三面51和圆弧刃6的第三面61。外周侧副切削刃的第三面51和圆弧刃6的第三面61在径向上邻接。

在径向上连续的各副切削刃3(3a～3d)以及各圆弧刃6(6a～6d)的旋转方向前方侧、以及从内周侧副切削刃4的第二面40到经由外周侧副切削刃5的第三面51的圆弧刃6的第三面61为止的区间之间，形成有用于便于排出切屑的所述槽口8。如图1～图3所示，槽口8包括：副切削刃3的前刀面31以及圆弧刃的前刀面62；所述槽口壁面80；以及与前刀面62的旋转方向前方侧邻接的槽口底面81。

在各副切削刃3(3a～3d)的旋转方向前方侧形成有前刀面31(31a～31d)(在图2仅看到31a)，如图2、图3(a)所示，该前刀面31经由边界(边界线)T而与圆弧刃6的前刀面62连续(邻接或者连接)。边界T主要呈凸出的棱线。

如图3(a)、(b)所示，圆弧刃6的第二面60与外周侧副切削刃5的第二面50的边界(边界线)SR、以及外周侧副切削刃5的交点U(圆弧刃6与外周侧副切削刃5的边界P2)位于与圆弧刃6的前刀面62与副切削刃3的前刀面31a的边界(边界线)T、以及外周侧副切削刃5或圆弧刃6的交点V不同的位置。在交点U与交点V一致的情况(图3(c))下，在从副切削刃3到圆弧刃6为止的区间，切削被切削件W时的阻力(弯曲力矩)集中作用于交点U(交点V)，因此交点U(交点V)可能发生破损。

与此相对，在交点U与交点V位于不同的位置的情况下，在从副切削刃3到圆弧刃6为止的区间，切削被切削件W时的阻力分散作用于交点U和交点V，因此交点U和交点V发生破损的可能性降低，获得从副切削刃3到圆弧刃6为止的区间稳定而切削被切削件W的状态。在图3(a)、(b)中，交点V位于比交点U靠径向中心的位置，交点V位于外周侧副切削刃5上，但在使切削时的阻力分散于交点U和交点V的基础上，也可以是交点V位于比交点U靠径向外周的位置，且位于圆弧刃6上。

然而，如图3(a)、(b)所示，在交点V位于比交点U靠径向中心的位置的情况下，比起两交点V、U一致的情况，更能够将圆弧刃6的前刀面62的面积(表面积)确保得较大，因此具有容易产生沿着前刀面62的切屑流的优点。其结果是，切屑容易在恒定方向上流动，减少切屑向被切削件的干涉，因此能够提高被切削件W的加工面精度。在图3(a)中，关于中心轴O，虽然在左上(切削刃2a的上侧)部分标记交点V、U，但交点V位于比交点U靠径向中心的位置这点在其它的切削刃2b～2d中也是相同的。图3(b)示出尤其是使交点V位于靠中心轴O的位置且与(a)的例子相比扩大了圆弧刃6的前刀面62的面积的情况下的例子。

各切削刃2(2a～2d)内的、如图4、图5所示以立视观察时形成为直线状的副切削刃3如上所述经由边界(连接部)P1被划分(区划)为内周侧副切削刃4(O-P1间)和外周侧副切削刃5(P1-P2间)。在图4中，内周侧副切削刃4形成得比外周侧副切削刃5长，但如图3(a)所示，外周侧副切削刃5有时形成得比内周侧副切削刃4长。圆弧刃6的区间即从外周侧副切削刃5与圆弧刃6的边界(连接部)P2到圆弧刃6与外周刃7的边界(连接部)P4为止的区间形成为具有恒定的曲率半径R(曲率中心：OR)的圆弧状。

圆弧刃6的从与外周侧副切削刃5的边界P2到与外周刃7的边界P4为止的区间具有恒定的曲率半径R，由此如上所述，在圆弧刃6切削被切削件W的过程中，与旋转轴O相对于被切削件W的厚度方向的角度的变化无关地、避免在圆弧刃6与外周侧副切削刃5之间曲率变得不连续的边界P2与被切削件W接触，从而获得始终以圆弧刃6的恒定曲率的部分切削被切削件W的状态。

圆弧状的圆弧刃6的曲率半径R如上所述优选为刃径D的1％～30％，进一步优选为5％～20％。在曲率半径R不足刃径D的1％的情况下，因刀尖强度的不足而容易产生崩刃，在超出刃径D的30％的情况下，难以形成副切削刃3，所以无法起到本发明的效果。需要说明的是，从实用性出发，刃径D处于0.5～20mm的范围是适当的，优选的范围为1～16mm。

如上所述，各内周侧副切削刃4的后刀面40在圆弧立铣刀1的中心部相互连结，呈连续的面，因此中心轴O附近的工具刚度高，能够使施加于所有的切削刃2(2a～2d)的切削阻力变得均匀。其结果是，切削时的工具主体30的振动得以抑制，从而能够提高被切削件W的面精度。

在此基础上，通过使各外周侧副切削刃5(5a～5d)以及各圆弧刃6(6a～6d)具有后角不同的多个后刀面(第二面和第三面)，由于各副切削刃3(内周侧副切削刃4以及外周侧副切削刃5)和各圆弧刃6圆滑地连接(邻接)，因此各内周侧副切削刃4以及外周侧副切削刃5的梯度变得比较舒缓。由此，例如在进行模具的凹陷加工的情况下，如图5所示，通过设定轴向切入量ap，使得仅圆弧刃6的一部分(从Pa到Pc的圆弧)与被切削件(工件W)相接，由此能够实现对加工面进行镜面加工这样的高精度加工。

在使用图1所示的本发明的圆弧立铣刀1而进行在模具等形成的凹陷状的槽部的精加工的情况下，通过进行图5所示的等高线加工(浅切入量且高速进给)，能够获得高精度的加工面。在该等高线加工中，需要将轴向切入量ap设定为满足下面的条件式(1)以及(2)。

式(1)：ap≤R/20

其中，ap：轴向切入量；

R：圆弧刃的曲率半径。

式(2)：Lw＜LR＜R

其中，Lw：(R²-Lz²)^1/2；

LR：从圆弧刃与外周侧副切削刃的边界P2到圆弧刃的最下点Pb为止的长度；

Lz：(R-ap)。

如上述那样，通过设定轴向切入量ap而进行等高线加工，具有恒定曲率的圆弧刃6的区间(P2～P4)中的、仅一部分的区间(Pa～Pc)与被切削件W接触，圆弧刃6与外周侧副切削刃5的边界P2不与被切削件W接触，因此被切削件W能够获得高精度的加工面。

当在中心轴O的方向上观察本发明的圆弧立铣刀1的切削刃部20时，如图1所示，与中心轴O正交的端面上，多个切削刃2和后刀面以相对于中心轴O点对称的状态在旋转方向上等间隔地排列，因此基于包括各切削刃2在内的部分的切削阻力的振动不易产生差值。在该关系下，在包括相互正交的切削刃2在内的部分之间，可能容易产生由共振引起的颤动，但如上述那样，通过设定避免切削阻力增大那样的切削条件，能够避免由共振引起的颤动的产生，能够获得更高精度的加工面。

(实验例1)

作为被切削件(试料)，准备长方体状的钢材(工具钢(淬火回火钢)、HRC52)，进行长度为50mm、宽度为20mm、深度为6mm(角部全部为R＝3mm)的凹陷加工。首先，使用日立工具株式会社制的圆弧立铣刀(商品名：ETM4040-10-TH，4片刃，刃径为4mm，圆弧刃的曲率半径为1mm，刃长为2mm，头部下方的长度为12mm，头径为3.8mm，全长为60mm，柄径为6mm，在切削刃上覆盖有TiSiN皮膜。)，以下述的切削条件进行粗加工。

＜粗加工条件＞

工具转速：9000min^-1

进给速度：1100mm/min

ap(轴向切入量)：0.2mm

ae(径向切入量)：1.5mm

冷却液：水溶性切削液

接下来，使用图1所示的本发明的圆弧立铣刀1(使用Co含有量为11质量％的WC基超硬合金制基体，4片刃，刃径为4mm，圆弧刃的曲率半径为1mm，刃长为4mm，头部下方的长度为6mm，头径为3.8mm，全长为60mm，柄径为4mm，切削刃具有平均膜厚为2μm的TiSiN皮膜。)，以下述的切削条件进行精加工。

＜精加工条件＞

工具转速：22000min^-1

进给速度：1200mm/min

ap(轴向切入量)：0.01mm

ae(径向切入量)：0.05mm

冷却液：水溶性切削液

测定所获得的精加工后的试料的凹陷部的表面粗糙度的结果是，进给方向是Ra：0.03μm、Rz＝0.25μm，与工具进给正交的方向是Ra：0.02μm、Rz＝0.13μm，没有发现底面与角部的阶梯差而确认获得极为良好的加工面。

(实验例2)

除了使用日立工具株式会社制的圆弧立铣刀(商品名：EPP4040-10-TH，4片刃，刃径为4mm，拐角半径为1mm，刃长为4mm，头部下方的长度为6mm，头径为3.8mm，全长为60mm，柄径为4mm，具有与实验例1的本发明的圆弧立铣刀1相同的WC基超硬合金制基体以及相同的TiSiN皮膜。)进行精加工以外，在与实验例1相同的条件下进行凹陷加工。

测定所获得的精加工后的试料的凹陷部的表面粗糙度的结果是，进给方向是Ra：0.05μm、Rz＝0.4μm，与工具进给正交的方向是Ra：0.04μm、Rz＝0.32μm，没有发现底面与角部的阶梯差而确认获得良好的加工面。

根据本发明的圆弧立铣刀(实验例1)，由于与现有品(实验例2)相比能够获得高精度的加工面，因此适用于模具(塑料用模具)。

在图1中，示出各副切削刃3a～3d在绕中心轴O的圆周方向(旋转方向)上以相等的中心角90°为间隔进行配置的例子，但邻接的副切削刃3、3间所成的角度的大小并不限于图1的例子，多个副切削刃3也不一定等间隔排列。例如，各副切削刃3a～3d在绕中心轴O的圆周方向上配置在中心角为89°～91°的范围内的情况也能够起到本发明的效果。另外，即便是所述范围外的不等分割的副切削刃的配置，只要适当地选择切削条件，也能够期待起到本发明的效果。

在附图中虽然示出切削刃2为4片的例子，但在本发明的圆弧立铣刀1中，出于当刃数超过8片时产生切削阻力增大、加工面品质降低这样的不良状况的关系，切削刃2的刃数优选为2～8片，从工具主体30的稳定方面出发，更优选为3～8片。

需要说明的是，本发明的圆弧立铣刀1也可以不是整体型。例如由将作为圆弧立铣刀1的一部分的切削刃部20和独立的柄部通过机械式紧固手段或者扩散接合等形成为一体而构成的圆弧立铣刀也包含在本发明的技术范围内。

附图标记说明：

1……圆弧立铣刀，

2、2a、2b、2c、2d……切削刃，

3、3a、3b、3c、3d……副切削刃，

4、4a、4b、4c、4d……内周侧副切削刃，

5、5a、5b、5c、5d……外周侧副切削刃，

6、6a、6b、6c、6d……圆弧刃，

7、7a、7b、7c、7d……外周刃，

8……槽口，

9……切屑槽，

10、11……连接部，

20……切削刃部，

30……工具主体，

31、31a、31b、31d……副切削刃的前刀面，

40……内周侧副切削刃的第二面，

50……外周侧副切削刃的第二面，

51……外周侧副切削刃的第三面，

60……圆弧刃的第二面，

61……圆弧刃的第三面，

62……圆弧刃的前刀面，

70……外周刃的第二面，

72……外周刃的前刀面，

80……槽口壁面，

81……槽口底面，

D……刃径，

O……中心轴，

OR……圆弧刃的圆弧的中心位置，

P1……内周侧副切削刃与外周侧副切削刃的边界(连接部)，

P2……外周侧副切削刃与圆弧刃的边界(连接部)，

P3……用于说明B部的显示点，

P4……圆弧刃与外周刃的边界(连接部)，

Pa～Pc……与被切削件相接的圆弧刃的圆弧，

Pb……圆弧刃的最下点，

Sb……外周侧副切削刃的第二面与内周侧副切削刃的第二面的边界，

SR……圆弧刃的第二面与外周侧副切削刃的第二面的边界，

T……圆弧刃的前刀面与副切削刃的前刀面的边界，

U……边界SR与外周侧副切削刃的交点，

V……边界T与外周侧副切削刃的交点，

W……被切削件(工件)。

Claims (11)

1.一种圆弧立铣刀，其具有：工具主体的前端部的切削刃部绕中心轴排列而成的多个副切削刃；与所述副切削刃的径向外周侧连续的圆弧状的多个圆弧刃；以及与所述圆弧刃的径向外周侧连续且沿着切屑槽向所述工具主体的后端部侧延伸设置的多个外周刃，

所述圆弧立铣刀的特征在于，

所述副切削刃在径向上被划分为内周侧副切削刃和外周侧副切削刃，

所述圆弧刃形成如下的形状：所述工具主体在切削时的所述圆弧刃的最下点位于从所述外周侧副切削刃与所述圆弧刃的边界到所述圆弧刃与所述外周刃的边界为止的区间，

多个所述内周侧副切削刃的第二面在靠近所述中心轴的部分相互连结，当从端面侧观察所述工具主体的前端部时，多个所述内周侧副切削刃的连结的第二面的区域从包括所述中心轴在内的区域朝向各内周侧副切削刃的径向外周侧呈带状地连续，该带状的区域的宽度从所述中心轴侧朝向径向外周侧逐渐扩大，

所有的所述内周侧副切削刃的靠近所述中心轴的端部在比所述中心轴靠径向外周侧的位置和如下的边界线相交，所述边界线是位于该内周侧副切削刃的旋转方向前方侧的所述内周侧副切削刃的第二面与在其旋转方向后方侧形成的槽口的边界线，所述边界线的延长线不通过所述中心轴。

2.根据权利要求1所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

下述两个交点位于不同的位置，其一是所述圆弧刃的第二面与所述外周侧副切削刃的第二面的边界、和所述外周侧副切削刃的交点，其二是所述圆弧刃的前刀面与所述副切削刃的前刀面的边界、和所述外周侧副切削刃或所述圆弧刃的交点。

3.根据权利要求2所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述圆弧刃的第二面与所述外周侧副切削刃的第二面的边界、和所述外周侧副切削刃的交点，位于比所述圆弧刃的前刀面与所述副切削刃的前刀面的边界、和所述外周侧副切削刃的交点靠径向外周侧的位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

当从端面侧观察所述工具主体的前端部时，所述多个副切削刃绕中心轴在工具主体的旋转方向上均匀排列。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述圆弧刃的曲率半径处于刃径的1％～30％的范围内。

6.根据权利要求4所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述圆弧刃的曲率半径处于刃径的1％～30％的范围内。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述副切削刃为2～8片，至少构成切削刃的基体由WC基超硬合金形成。

8.根据权利要求4所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述副切削刃为2～8片，至少构成切削刃的基体由WC基超硬合金形成。

9.根据权利要求5所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述副切削刃为2～8片，至少构成切削刃的基体由WC基超硬合金形成。

10.根据权利要求6所述的圆弧立铣刀，其特征在于，

所述副切削刃为2～8片，至少构成切削刃的基体由WC基超硬合金形成。

11.一种切削加工方法，其特征在于，

所述切削加工方法使用权利要求1至10中任一项所述的圆弧立铣刀，所述圆弧立铣刀在所述圆弧刃中的、从所述外周侧副切削刃与所述圆弧刃的边界到所述圆弧刃与所述外周刃的边界为止的区间具有恒定的曲率半径，相对于形成具有凹坑形状的槽部的被切削件，以满足如下的条件式(1)以及(2)的方式设定轴向切入量，从而进行所述槽部的等高线加工，

式(1)：ap≤R/20

ap：轴向切入量

R：圆弧刃的曲率半径

式(2)：Lw＜LR＜R

Lw：(R²-Lz²)^1/2

LR：从外周侧副切削刃与圆弧刃的边界到圆弧刃的最下点为止的长度

Lz：(R-ap)。