CN107614174B

CN107614174B - 刀架、切削工具以及使用其的切削加工物的制造方法

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Publication number: CN107614174B
Application number: CN201680028427.XA
Authority: CN
Inventors: 山道一辉
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2036-05-23
Also published as: US20180154462A1; CN107614174A; JPWO2016186217A1; US10442014B2; WO2016186217A1

Abstract

基于一方式的刀架具备沿着旋转轴从第一端部朝向第二端部延伸的主体部，主体部具备：第一部位，其位于第一端部侧，且具有供切削镶刀安装的槽；第二部位，其位于比第一部位靠第二端部侧的位置，且在内部具有空洞；以及第三部位，其位于比第二部位靠第二端部侧的位置。

Description

刀架、切削工具以及使用其的切削加工物的制造方法

技术领域

本发明涉及在切削加工中使用的刀架、切削工具以及使用其的切削加工物的制造方法。

背景技术

作为金属等被切削件的切削加工中使用的切削工具，已知国际公开第2010/092807号(专利文献1)所记载的切削工具。专利文献1所记载的切削工具是铣削加工这样的旋转切削加工中使用的工具，被称作立铣刀。旋转切削加工中使用的切削工具具备绕旋转轴旋转的工具主体(刀架)、安装于刀架的镶刀安装座(槽)的切削镶刀。专利文献1所记载的切削工具还具备相对于槽伸出的上壁部，通过该上壁部而使刀架不易挠曲，因此刚性提高。

在如专利文献1所记载的刀架那样通过单纯地设置上壁部从而不易挠曲由此提高刀架的刚性的情况下，与上壁部相应地使槽的空间变窄。因此，存在切屑排出性降低的可能性。本发明提供能够通过具有高刚性而抑制颤振的发生并且切屑排出性也良好的刀架。

发明内容

基于本发明的刀架具备沿着旋转轴从第一端部朝向第二端部延伸的主体部，所述主体部具备：第一部件，其位于所述第一端部侧，且具有供切削镶刀安装的槽；第二部位，其位于比所述第一部位靠所述第二端部侧的位置，且在内部具有空洞；以及第三部位，其位于比所述第二部位靠所述第二端部侧的位置。

附图说明

图1是示出一实施方式的切削工具的立体图。

图2是图1所示的区域A1的放大图。

图3是图1所示的切削工具的第一端部的主视图。

图4是从B1方向观察图3所示的切削工具时的侧视图。

图5是图4所示的区域A2的放大图。

图6是从B2方向观察图3所示的切削工具时的侧视图。

图7是图6所示的区域A3的放大图。

图8是图4所示的切削工具的C1处的剖视图。

图9是图4所示的切削工具的C2处的剖视图。

图10是图4所示的切削工具的C3处的剖视图。

图11是示出另一实施方式的切削工具的剖视图。

图12是示出另一实施方式的切削工具的剖视图。

图13是示出另一实施方式的切削工具的剖视图。

图14是示出另一实施方式的切削工具的剖视图。

图15是示出另一实施方式的切削工具的剖视图。

图16是示出一实施方式的切削加工物的制造方法的一个工序的概要图。

图17是示出一实施方式的切削加工物的制造方法的一个工序的概要图。

图18是示出一实施方式的切削加工物的制造方法的一个工序的概要图。

具体实施方式

以下，使用附图对一实施方式的刀架以及具备该刀架的切削工具进行详细说明。其中，为了便于说明，以下参照的各图简化地示出构成各实施方式的构件中的主要构件。因此，本发明的刀架以及切削工具可以具备参照的各图中未示出的任意的构成构件。另外，各图中的构件的尺寸并未如实地示出实际的构成构件的尺寸以及各构件的尺寸比率等。

参照图1～图10，对一实施方式的切削工具1进行说明。

如图1所示，本实施方式的切削工具1具备刀架3、多个切削镶刀5(以下，也称作镶刀5)。需要说明的是，在图1中示出了具备两个镶刀5的例子，但镶刀5的数量不限于两个。镶刀5的数量可以为一个，另外也可以为三个以上。

本实施方式的刀架3具备主体部3a，主体部3a是具有旋转轴X1且沿着该旋转轴X1从第一端部朝向第二端部延伸的棒形状的构件。具体地说，本实施方式的主体部3a为圆柱状体。在用于制造被切削加工物的被切削件的切削加工时，主体部3a以旋转轴X1为中心而绕旋转轴X1沿旋转方向X2旋转。在本实施方式中，作为圆柱状体的主体部3a的中心轴与主体部3a的旋转轴X1一致。

以下，将第一端部设为前端并且将第二端部设为后端。另外，将接近旋转轴X1的一侧设为旋转轴侧，将远离旋转轴X1的一侧设为外周面侧。另外，将从主体部3a的后端朝向前端的方向设为前端方向，将从主体部3a的前端朝向后端的方向设为后端方向。

本实施方式的主体部3a具备第一部位7、第二部位9以及第三部位11，整体为圆柱状体。第一部位7位于主体部3a的前端侧，具有供镶刀5安装的槽13。本实施方式的切削工具1具备多个镶刀5，因此第一部位7具有多个槽13。因此，在本实施方式中，将主体部3a中的从沿着旋转轴X1的方向上的前端到槽13的区域设为第一部位7。

第三部位11位于主体部3a的后端侧。第三部位11是由机床(未图示)把持、连接的外径大致恒定的部位，是也被称作刀柄的部位。第二部位9是位于第一部位7与第三部位11之间的部位。在本实施方式中，第二部位9的外径从前端侧朝向后端侧逐渐增大。

换言之，本实施方式的主体部3a具备位于前端侧的第一部位7、位于比第一部位7靠后端侧的位置的第二部位9、以及位于比第二部位9靠后端侧的位置的第三部位11。

设置于第一部位7的多个槽13分别在主体部3a的前端侧以及外周面侧开口，各槽13具有供镶刀5载置的载置面15。在载置面15设置有螺纹孔，通过将螺钉31安装于该螺纹孔从而将镶刀5固定于刀架3。

多个槽13在从前端观察刀架3的情况下，可以以相对于旋转轴X1旋转对称的方式等间隔设置，也可以以不等间隔设置。若各槽13中，在旋转方向上相邻的槽13的间隔恒定，则能够抑制对所安装的镶刀5施加的切削负荷的偏差。

另一方面，当在旋转方向上相邻的槽13的间隔不恒定时，能够抑制颤振。在旋转方向上相邻的槽13的间隔不恒定时是指，例如，作为槽13，具有在旋转方向上相邻的第一槽以及第二槽、在旋转方向上相邻的第三槽以及第四槽，在该情况下，第一槽与第二槽的间隔比第三槽与第四槽的间隔大的状态。

如图5、7、9所示，本实施方式的第二部位9在其内部具有空洞17。通过使第二部位9具有这种空洞17，从而使与旋转轴X1正交的剖面中的第二部位9的剖面积减少与空洞17相应的量。因此，第二部位9变得容易扭转。

具体地说，在切削加工时，经由镶刀5从被切削件对主体部3a的第一部位7向与旋转方向X2相反的方向施加有切削阻力的主分力。在第三部位11由机床把持的状况下，存在因该主分力而使切削工具1产生颤振的可能性。然而，通过满足上述结构，第二部位9容易扭转，通过第二部位9扭转，从而在该第二部位9处抑制颤振这样的振动。另外，无需设置如专利文献1所记载那样的上壁部，因此还抑制了切屑排出性的降低。

需要说明的是，通过使第二部位9的外径比第一部位7以及第三部位11的外径小，也能够减小第二部位9的剖面积。然而，在减小第二部位9的外径的情况下，第二部位9的刚性降低。

具体地说，在切削加工时，经由镶刀5从被切削件对主体部3a的第一部位7向与切削工具1的进给方向相反的方向施加有切削阻力的进给分力。在这种状况下，当第二部位9的外径较小时，第二部位9的刚性降低，存在针对上述的进给分力的耐久性降低的可能性。

在本实施方式的刀架3中，在第二部位9的内部设置有空洞17，因此将第二部位9的外径设为与第一部位7以及第三部位11的外径相同的程度从而抑制第二部位9的刚性的降低，并且容易扭转。因此，能够形成可抑制颤振的发生的刀架3。

在本实施方式的刀架3中，第二部位9在内部具有横弹性模量小的部位、即容易扭转的部位。而且，作为横弹性模量小的部位，具体而言具有空洞17。因此，第二部位9成为容易扭转的结构。

空洞17可以如图11所示在第二部位9的外周面开口，但为了提高第二部位9的刚性，优选不在外周面开口。基于同样的理由，优选空洞17不在槽13开口。需要说明的是，图11是与一实施方式的切削工具1的图9对应的剖视图。

另外，为了提高第二部位9的刚性，即使在空洞17在第二部位9的外周面开口的情况下，也优选使开口部分较小。具体地说，如图11所示，在剖视观察的情况下，优选开口部分的宽度比第二部位9的与旋转轴X1正交的方向上的宽度的最大值窄。

空洞17设置于第二部位9的内部。即，至少在经由镶刀5施加来自被切削件的切削阻力的第一部位7与被机床把持的第三部位11之间，配置通过空洞17而作为容易扭转的部位的第二部位9。因此，本实施方式的空洞17仅设置于第二部位9，但不限定于这种结构。

例如，也可以采用如下结构：如图12所示，空洞17从第二部位9延伸至第一部位7，换言之，在第一部位7以及第二部位9的内部设置有空洞17。但是，为了提高第一部位7的刚性，优选空洞17不设置于第一部位7。需要说明的是，图12是与一实施方式的切削工具1的图8对应的剖视图。

另外，空洞17也可以从第二部位9延伸至第三部位11。然而，第三部位11是由机床把持的部位，因此为了通过机床稳定地把持第三部位11，优选空洞17不设置于第三部位11。

作为主体部3a的材质，可以使用钢、铸铁、铝合金等。在本实施方式的切削工具1中，使用在上述构件中强度高的钢。主体部3a的大小根据进行切削加工的被切削件的大小、或安装有切削工具1的机床的大小来适当设定。

例如，主体部3a的沿着旋转轴X1的方向上的长度设定为50～300mm左右。另外，主体部3a的与旋转轴X1正交的方向上的宽度(直径)设定为20～100mm左右。由在第一部位7形成有多个槽13也可知，主体部3a并不是严格意味上的圆柱状体。

本实施方式的主体部3a除具有上述的空洞17以外，还具有贯通孔19，该贯通孔19从第三部位11穿过第二部位9延伸至第一部位7的槽13。在具有贯通孔19时，能够从外部供给冷却液(冷却剂)，而对镶刀5进行冷却。

贯通孔19可以在第三部位11的后端面、第三部位11的外周面开口，开口位置不限。另外，虽然贯通孔19延伸至槽13，但槽13中的开口部可以是供镶刀5载置的载置面15，也可以是除此以外的区域。在本实施方式中，为了高效地对镶刀5的切削刃进行冷却，贯通孔19在载置面15以外的区域朝向镶刀5开口。

本实施方式的贯通孔19位于从空洞17离开的位置。换言之，贯通孔9的内部与空洞17的内部不相连。当贯通孔19与空洞17相连时，冷却液也进入空洞17，因此存在阻碍空洞17中的冷却液的流动的可能性。然而，在贯通孔19位于远离空洞17的位置的情况下，冷却液不流入空洞17，因此能够使冷却液的流动顺畅。

位于第二部位9的内部的空洞17可以如图11～图12所示为多个，也可以如例如图13以及图14所示为一个。在图13以及图14所示的例子中，空洞17位于包括旋转轴X1的第二部位9的中心部分。如图13以及图14所示，一个空洞17位于第二部位9的中心部分，从而旋转轴X1不易抖动。需要说明的是，图13以及图14是另一实施方式的与图4的C2对应的位置处的剖视图。在图13以及图14所示的例子中，空洞17也可以兼作为贯通孔19。

为了确保与旋转轴X1正交的剖面中的空洞17的面积较大，并且确保空洞17与外周面之间的第二部位9的厚度，与图13所示的例子相比，优选如图14所示的例子那样，剖面中的空洞17为以旋转轴X1为中心的圆形。

在本实施方式中，第二部位9具有多个空洞17，在与旋转轴X1正交的剖面中，多个空洞17可以配置为相对于旋转轴X1旋转对称。在多个空洞17的至少一部分配置为相对于旋转轴X1旋转对称的情况下，能够减少切削加工时的旋转轴X1的抖动。由于旋转轴X1的抖动变小，从而加工精度提高。

需要说明的是，空洞17配置为相对于旋转轴X1旋转对称是指，在将旋转轴X1作为基准而使一个空洞17旋转的情况下，可以具有部分不重叠的区域，但除该区域以外相互重叠。此时，为了使旋转轴X1不易抖动，优选配置为旋转对称的多个空洞17呈相同的形状，以使得在使空洞17绕旋转轴X1旋转的情况下，彼此整体重叠。

另外，也可以为，如图9所示，在第二部位9具有空洞17时，在与旋转轴X1正交的剖面中，第二部位9的外周面与空洞17之间的厚度D1比旋转轴X1侧的多个空洞17之间的厚度D2大。

在与旋转轴X1正交的剖面中，外周面与空洞17之间的厚度D1相对较厚，从而能够提高第二部位9的刚性。另外，在与旋转轴X1正交的剖面中，旋转轴X1侧的多个空洞17之间的厚度D2相对较薄，从而第二部位9容易扭转。因此，在外周面与空洞17之间的厚度D1比旋转轴X1侧的多个空洞17之间的厚度D2大的情况下，能够在第二部位9具有高刚性并且更加稳定地抑制颤振的发生。

另外，本实施方式的空洞17可以沿旋转轴X1延伸。具体地说，也可以采用如下结构：在沿着旋转轴X1的方向上的剖面中，空洞17的沿着旋转轴X1的方向上的长度比与旋转轴X1正交的方向上的宽度大。在像这样空洞17沿着旋转轴X1延伸的情况下，第二部位9更加容易扭转。因此，能够进一步抑制颤振的发生。

另外，也可以为，如图9所示，在与旋转轴X1正交的剖面中，空洞17的外周面侧、即远离旋转轴X1的一侧的宽度比旋转轴X1侧的宽度大。在像这种形成空洞17的情况下，第二部位9的接近外周面的部分中的空洞17的空间变大。因此，第二部位9更加容易扭转。需要说明的是，在图9中，将外周面侧的宽度作为W1而示出，将旋转轴X1侧的宽度作为W2而示出。

特别是，更优选为，在与旋转轴X1正交的剖面中，空洞17随着远离旋转轴X1而与旋转轴X1的径向正交的方向上的宽度增大。由此，第二部位9更加容易扭转。

在与旋转轴X1正交的剖面中，空洞17的径向的长度例如相对于第二部位9的半径设定为30～70％左右。另外，在与旋转轴X1正交的剖面中，空洞17所占据的剖面积相对于第二部位9的外接圆的面积设定为10～40％左右。

在本实施方式的刀架3中，可以形成为在空洞17的内部不配设任何构件的状态，但也可以如图15所示，在空洞17中包括与构成主体部3a的材质不同且横弹性模量小的材质的构件33。即，刀架3可以具备主体部3a、位于空洞17的内部的构件33。需要说明的是，图15是与一实施方式的切削工具1的图9对应的剖视图。

在包括与构成主体部3a的材质不同的材质的构件33的情况下，能够确保第二部位9容易扭转的状态。具体地说，作为与构成刀架3的材质不同的材质的构件，例如可以列举环氧树脂等树脂材料。与构成刀架3的材质不同的材质的构件可以部分配设于空洞17。

在刀架3所具有的多个槽13中分别安装有镶刀5。如图1～7所示，本实施方式的镶刀5呈具有切削刃21的四棱柱形状。具体地说，镶刀5呈具备四边形状的上表面23、四边形状的下表面25、以及位于上表面23以及下表面25之间的侧面27的四角板形状。在将镶刀5向刀架3安装时，上表面23位于旋转轴X1的旋转方向X2的前方，下表面25位于旋转轴X1的旋转方向X2的后方。侧面27与四边形状的上表面23以及下表面25的四个边部对应且由四个面区域构成。

在将镶刀5向刀架3安装时，下表面25为位于旋转方向X2的后方的面，与刀架3的载置面15抵接。另外，在将镶刀5向刀架3安装时，侧面27的一部分与刀架3相比分别向外侧以及前端方向突出。切削刃21形成于上表面23与侧面27交叉的棱线部。

需要说明的是，上表面23、下表面25呈四边形状是指大体呈四边形状即可，无需呈严格意味上的四边形状。四个角部可以在分别主视观察的情况下呈带有圆角的形状，以将相邻的角部连接的方式配置的边部可以不呈严格的直线形状，而是呈一部分具有凹凸的形状。

在上表面23与侧面27交叉的棱线部形成有切削刃21，上表面23位于旋转轴X1的旋转方向X2的前方，因此上表面23的至少一部分在进行切削加工时作为供切屑流动的“前刀面”而发挥功能。另外，侧面27的至少一部分在进行切削加工时作为“后刀面”而发挥功能。需要说明的是，切削刃21配置于镶刀5的两个面交叉的棱线部的至少一部分即可，可以不配置于上表面23与侧面27交叉的棱线部的整体。

作为镶刀5的材质，可以列举例如超硬合金或金属陶瓷等。作为超硬合金的组成，例如可以列举WC-Co、WC-TiC-Co以及WC-TiC-TaC-Co。WC-Co通过向炭化钨(WC)添加钴(C_o)的粉末并进行烧结而生成。WC-TiC-Co通过向WC-Co添加炭化钛(TiC)而成。WC-TiC-TaC-Co通过向WC-TiC-Co添加炭化钽(TaC)而成。

另外，金属陶瓷是使金属与陶瓷成分复合而成的烧结复合材料。具体而言，作为金属陶瓷，可以列举以炭化钛(TiC)、或者氮化钛(TiN)等钛化合物为主要成分的物质。

构成镶刀5的上述部件的表面可以采用化学蒸镀(CVD)法或物理蒸镀(PVD)法而由被膜覆盖。作为被膜的组成，可以列举碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氧化铝(Al₂O₃)等。

另外，为了提高切削刃部分的强度，镶刀5可以在由上述的材质构成的基体上钎焊例如金刚石烧结体、CBN烧结体。

本实施方式的镶刀5具有与下表面25交叉且从下表面25形成至上表面23的孔部。本实施方式的孔部从下表面25在沿着旋转方向X2的方向上形成。

孔部是用于将镶刀5螺纹紧固于刀架3的部位。即，通过将螺钉31***镶刀5的孔部，并将该螺钉31的前端***到形成于载置面15的螺纹孔，将螺钉31固定于螺纹孔，从而将镶刀5固定于刀架3。

镶刀5的大小并不特别限定，例如，对于本实施方式的镶刀5而言，在从前端观察的情况下的从上表面23朝向下表面25的方向上的厚度的最大值设定为3～10mm左右。另外，上表面23的各边的长度设定为5～20mm左右。

在本实施方式的切削工具1中，以在侧视观察时上表面23相对于旋转轴X1倾斜的方式将镶刀5安装于刀架3。该倾斜角度是所谓的轴向前角，在本实施方式中，例如设定为0～20°左右。

以上，利用附图对一实施方式的切削工具1进行了详细说明，但本发明的切削工具不限于上述的实施方式的结构。

接下来，利用附图对一实施方式的切削加工物的制造方法进行说明。

切削加工物通过对被切削件进行切削加工而制成。本实施方式中的切削加工物的制造方法包括以下的工序。即，

(1)使以上述实施方式为代表的切削工具绕旋转轴X1旋转的工序；

(2)使旋转的切削工具的切削刃与被切削件101接触的工序；以及

(3)使切削工具从被切削件101离开的工序。

更具体而言，首先，如图16所示，通过使切削工具绕旋转轴X1旋转并且沿Y1方向移动，从而使切削工具相对接近被切削件101。接下来，如图17所示，使切削工具的切削刃与被切削件101接触，对被切削件101进行切削。然后，如图18所示，通过使切削工具沿Y2方向移动，从而使切削工具相对远离被切削件101。

另外，在本实施方式中，将被切削件101固定并且在使切削工具绕旋转轴X1旋转的状态下使切削工具接近被切削件101。另外，在图17中，通过使旋转的镶刀的切削刃与被切削件101接触，从而对被切削件101进行切削。另外，在图18中，在使切削工具旋转的状态下使切削工具远离被切削件101。

需要说明的是，在本实施方式的制造方法的切削加工中，在各个工序中，通过使切削工具运动，从而使切削工具与被切削件101接触、或者使切削工具从被切削件101离开，当然不限于这种方式。

例如，也可以在(1)的工序中，使被切削件101接近切削工具。同样地，也可以在(3)的工序中，使被切削件101远离切削工具。在继续切削加工的情况下，反复进行维持使切削工具旋转的状态，使镶刀的切削刃与被切削件101的不同部位接触的工序即可。

需要说明的是，作为被切削件101的材质的代表例，可以列举铝、碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、或者非铁金属等。

附图标记说明

1…切削工具；

3…刀架；

5…切削镶刀(镶刀)；

7…第一部位；

9…第二部位；

11…第三部位；

13…槽；

15…载置面；

17…空洞；

19…贯通孔；

21…切削刃；

23…上表面；

25…下表面；

27…侧面；

31…螺钉；

101…被切削件。

Claims

1.一种刀架，其具有沿着旋转轴从第一端部朝向第二端部延伸的主体部，其中，

所述主体部具备：

第一部位，其位于所述第一端部侧，且具有供切削镶刀安装的槽；

第二部位，其位于比所述第一部位靠所述第二端部侧的位置；以及

第三部位，其位于比所述第二部位靠所述第二端部侧的位置，

所述第二部位具有从所述第一端部侧向所述第二端部侧延伸的多个空洞，

所述第二端部侧的所述第二部位的外径大于所述第一端部侧的所述第二部位的外径，

在与所述旋转轴正交的剖面中，所述第二部位的外周面与所述空洞之间的厚度比所述第二部位的所述旋转轴侧的所述空洞彼此之间的厚度大。

2.根据权利要求1所述的刀架，其特征在于，

所述主体部还具有从所述第三部位延伸至所述槽的贯通孔，

所述贯通孔远离所述空洞。

3.根据权利要求1或2所述的刀架，其特征在于，

在与所述旋转轴正交的剖面中，多个所述空洞的至少一部分配置为相对于所述旋转轴旋转对称。

4.根据权利要求1或2所述的刀架，其特征在于，

所述空洞具有在所述第二部位的外周面开口的开口部分，

在与所述旋转轴正交的剖面中，所述开口部分的宽度比所述空洞的宽度的最大值小。

5.根据权利要求1或2所述的刀架，其特征在于，

所述空洞沿着所述旋转轴延伸。

6.根据权利要求1或2所述的刀架，其特征在于，

在与所述旋转轴正交的剖面中，所述空洞的外周面侧的宽度比所述空洞的所述旋转轴侧的宽度大。

7.根据权利要求6所述的刀架，其特征在于，

在与所述旋转轴正交的剖面中，所述空洞随着远离所述旋转轴而宽度增大。

8.根据权利要求1或2所述的刀架，其特征在于，

所述刀架包括配置于所述空洞且横弹性模量比构成所述第二部位的材质小的构件。

9.一种切削工具，其具备：

权利要求1至8中任一项所述的刀架；以及

切削镶刀，其在两个面相交的棱部的至少一部分具有切削刃，且配置于所述槽。

10.一种切削加工物的制造方法，其包括：

使权利要求9所述的切削工具绕所述旋转轴旋转的工序；

使旋转的所述切削工具的所述切削刃与被切削件接触的工序；以及

使所述切削工具从所述被切削件离开的工序。