CN110573283B - 旋转刀具以及切削加工物的制造方法 - Google Patents

Abstract

基于一个方式的旋转刀具具有旋转轴，且具有从第一端延伸至第二端的圆柱形状的主体。所述主体具有：第一槽，其随着趋向第二端而以螺旋角θ1朝向旋转轴的旋转方向的后方；以及第一刃，其位于主体的外周与第一槽相交的棱线。另外，所述主体具有：第二槽，其随着趋向第二端而以反向螺旋角θ2朝向旋转轴的旋转方向的前方；以及第二刃，其位于主体的外周与第二槽相交的棱线。所述θ2大于所述θ1，在将第一槽的数量设为m，将第二槽的数量设为n时，m≥5、m‑n≥3，并且m与n互为质数。

Description

旋转刀具以及切削加工物的制造方法

技术领域

本发明涉及在铣削加工中使用的旋转刀具。

背景技术

作为在对被切削件进行铣削加工时使用的旋转刀具的一例，已知专利文献1所记载的立铣刀。作为被切削件，例如可以列举出如CFRP(碳纤维强化塑料)这样的FRP(纤维强化塑料)。专利文献1所记载的立铣刀具有主切削刃以及刻痕切削刃，其以相对于主切削刃的螺旋角而相反地螺旋的反向螺旋角排列。此时，主切削刃的刃槽数与刻痕切削刃的槽条数之差为2以下。在专利文献1所记载的立铣刀中，具有彼此向相反方向螺旋的主切削刃以及刻痕切削刃，从而FRP中含有的纤维的切削性提高。

在以反向螺旋角排列的刻痕切削刃中，切屑的排出性降低，因此期望增大沿着刻痕切削刃配置的刻痕槽的反向螺旋角。然而，在专利文献1所记载的立铣刀中，主切削刃的刃槽数与刻痕切削刃的槽条数之差为2以下，因此难以增大刻痕槽的反向螺旋角。

为了增大刻痕槽的反向螺旋角，考虑减少刻痕切削刃的槽条数的对策，但在仅减少刻痕切削刃的槽条数的情况下，如专利文献1所记载的那样，存在无法发挥基于刻痕切削刃的切断纤维的效果的可能性。

因此，谋求能够良好地切断如FRP这样的、含有纤维的被切削件中的纤维，并且能够良好地排出切屑的旋转刀具。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-020248号公报

发明内容

基于一个方式的旋转刀具具有旋转轴，且具有从第一端延伸至第二端的圆柱形状的主体。所述主体具有：多个第一槽，其位于所述主体的外周，且随着趋向所述第二端而以螺旋角θ1朝向所述旋转轴的旋转方向的后方；以及第一刃，其位于所述主体的外周与所述多个第一槽相交的棱线的至少一部分。另外，所述主体具有：多个第二槽，其位于所述主体的外周，且随着趋向所述第二端而以反向螺旋角θ2朝向所述旋转轴的旋转方向的前方，并且与所述多个第一槽交叉；以及第二刃，其位于所述主体的外周与所述多个第二槽相交的棱线的至少一部分。另外，所述θ2大于所述θ1，在将所述多个第一槽的数量设为m，将所述多个第二槽的数量设为n时，m≥5、m-n≥3，并且m与n互为质数。

附图说明

图1是示出一个实施方式的旋转刀具(立铣刀)的立体图。

图2是朝向第一端观察图1所示的立铣刀时的主视图。

图3是从A1方向观察图2所示的立铣刀时的侧视图。

图4是示出图1所示的立铣刀中的第一槽以及第二槽的概要的展开图。

图5是图4所示的区域A2的放大图。

图6是示出一个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7是示出一个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8是示出一个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，使用附图对一个实施方式的旋转刀具1进行详细说明。需要说明的是，在本实施方式中，作为旋转刀具1的一例示出了立铣刀1，但旋转刀具并不限定于立铣刀，例如也可以是铰刀等。

为了便于说明，以下参照的各图简化地示出构成本实施方式的构件中的主要构件。因此，旋转刀具可以具备参照的各图中未示出的任意的结构构件。另外，各图中的构件的尺寸并未如实地示出实际的结构构件的尺寸以及各构件的尺寸比率等。

如图1等所示，本实施方式的旋转刀具1(立铣刀1)具有旋转轴X1，并且具有从第一端3a延伸至第二端3b的圆柱形状的主体3。通常，将第一端3a称作“前端”，将第二端3b称作“后端”。主体3能够绕旋转轴X1旋转，主体3在为了制造切削加工物而对被切削件进行切削的工序中绕旋转轴X1旋转。需要说明的是，图1等中的箭头X2表示主体3的旋转方向。

主体3由被称作柄部(shank)的把持部5以及被称作刀身(body)的切削部7构成。把持部5是由机床(未图示)的主轴等把持的部分。因此，把持部5的形状根据主轴的形状而设计。切削部7位于比把持部5更靠第一端3a侧的位置。切削部7是与被切削件接触的部位，是在被切削件的切削加工中具有主要作用的部位。

本实施方式中的主体3具有多个第一槽9、多个第一刃11、多个第二槽13以及多个第二刃15。多个第一槽9分别位于主体3的外周，随着趋向第二端3b而以朝向旋转方向X2的后方的方式螺旋。此时，将第一槽9的螺旋角设为θ1。多个第一槽9分别如图4所示那样，在展开图中笔直地延伸。第一槽9的数量并不限定于特定的值，例如可以设定为5～20。

多个第二槽13也与第一槽9同样地位于主体3的外周。但是，第二槽13与第一槽9相反地，随着趋向第二端3b而以朝向旋转方向X2的前方的方式螺旋。此时，将第二槽13的反向螺旋角设为θ2。多个第二槽13分别如图4所示那样，在展开图中笔直地延伸。第一槽9的数量并不限定于特定的值，例如可以设定为2～17。

本实施方式中的多个第一槽9与多个第二槽13在主体3的外周交叉，第二槽13成为被第一槽9断开的结构。第二槽13被第一槽9断开，因此如图5所示的例子那样，一个第二槽13a由被第一槽9断开的多个第二槽要素13aa构成。第二槽13在展开图中笔直地延伸，因此上述的多个第二槽要素13aa沿着一条直线配置。

多个第一刃11位于主体3的外周与多个第一槽9相交的棱线的至少一部分。在本实施方式中，第一刃11位于主体3的外周与多个第一槽9相交的各棱线，但第一刃11无需必须位于主体3的外周与多个第一槽9相交的全部棱线。第一刃11是通常被称作外周刃的切削刃的部位。另外，第一刃11是在使用立铣刀1的被切削件的切削加工中具有主要作用的切削刃的部位，也被称作主切削刃。

多个第一槽9与多个第二槽13在主体3的外周交叉，因此能够作为主切削刃而发挥功能的第一刃11被第二槽13断开。因此，通常也将第二槽13称作刻痕槽。另外，第一刃11被第二槽13断开，因此也可以换言为，位于一个第一槽9与主体3的外周相交的棱线的一个第一刃11a由被第二槽13分开的多个第一刃要素11aa构成。

本实施方式中的第二槽13并非沿着与旋转轴X1正交的方向延伸，而是沿着以反向螺旋角θ2倾斜的方向延伸。因此，多个第二刃15位于主体3的外周与多个第二槽13相交的棱线的至少一部分。

在本实施方式中，第二刃15位于主体3的外周与多个第二槽13相交的各棱线，但第二刃15无需必须位于主体3的外周与多个第二槽13相交的全部棱线。本实施方式中的第二刃15位于被称作刻痕槽的第二槽13与主体3的外周相交的棱线，因此第二刃15也被称作刻痕切削刃。

多个第一槽9与多个第二槽13在主体3的外周交叉，因此能够作为刻痕切削刃而发挥功能的第二刃15被第一槽9断开。第二刃15以及第二槽13被第一槽9断开，因此也可以换言为，位于一个第二槽13与主体3的外周相交的棱线的一个第二刃15a由被第一槽9分开的多个第二刃要素15aa构成。

在被切削件是含有纤维的材质的情况下，存在因第一刃11以螺旋角θ1螺旋而导致纤维的一部分未被第一刃11切断而残留的可能性。然而，第二刃15以反向螺旋角θ2螺旋，从而能够以第二刃15将上述残留的纤维切断。

此时，在本实施方式的立铣刀1中，第二槽13的反向螺旋角θ2大于第一槽9的螺旋槽θ1。因此，在第二刃15产生的切屑的排出性提高。θ1以及θ2的具体的值并不限定于特定的值，例如可以将θ1设定为大于0°且小于45°的值。在θ1为小于45°的值的情况下，能够将主体3的外周面的面积确保得较大，因此主体3的刚性提高。特别是，在θ1大于10°且小于30°的情况下，能够进一步提高切屑的排出性以及主体3的刚性。

在θ2大于45°的情况下，在第二刃15产生的切屑向第二槽13中的旋转方向X2的后方被送出，从而容易向第一槽9流动。因此，在第二刃15产生的切屑的排出性提高。另外，在θ2大于45°的情况下，与径向、即与旋转轴X1正交的方向的角度变小。因此，例如，在对如FRP那样、含有纤维的被切削件进行切削加工时，容易对纤维进行切削。特别是，在θ2大于55°且小于75°的情况下，能够进一步提高切屑的排出性，并且更容易对纤维进行切削。

在本实施方式的立铣刀1中，在将多个第一槽9的数量设为m，将多个第二槽13的数量设为n时，上述的数量m、n满足m≥5、m-n≥3的关系，并且，m与n互为质数。需要说明的是，在图4所示的例子中，m＝10(≥5)、n＝7(m-n＝10-7＝3≥3)。但是，图4所示的例仅为一例，例如也可以是m＝12、n＝5。

第一槽9的数量为5以上，因此对沿着各第一槽9配置的第一刃11施加的切削负载被分散，从而避免切削负载过度地集中于特定的第一刃11，主体3的耐久性提高。另外，第二槽13的数量第一槽9的数量相比减少3个以上，因此能够增大第二槽13的反向螺旋角。

在m与n并非互为质数而具有1以外的公约数的情况下，第二槽13的位置同步，因此存在仅被第一刃11切削的区域增加的可能性。然而，在本实施方式中，m与n互为质数。由此，第二槽13的位置变得不再同步，因此即使在第二槽13的数量与第一槽9的数量相比减少3个以上的情况下，也能够减少、或消除仅被第一刃11切削的区域。

如上所述，在本实施方式的立铣刀1中，通过减少第二槽13的数量而增大第二槽13的反向螺旋角，从而提高在第二刃15产生的切屑的排出性，并且良好地发挥基于第二刃15的切断纤维的效果。

本实施方式中的立铣刀1是在右旋转中使用的工具，因此第一槽9以及第一刃11是右螺旋，且第二槽13以及第二刃15是左螺旋，但立铣刀1并不限定于这样的实施方式。例如，立铣刀1也可以是在左旋转中使用的工具，第一槽9以及第一刃11是左螺旋，且第二槽13以及第二刃15是右螺旋。

第一槽9以及第二槽13的宽度以及深度分别不限定于特定的值，例如，在侧视观察的情况下，第一槽9的宽度可以大于第二槽13的宽度。在第一刃11是主切削刃且第二刃15是刻痕切削刃时，在第一刃11产生的切屑的量容易比在第二刃15产生的切屑的多，在这样的结构中，在第一槽9的宽度大于第二槽13的宽度的情况下，立铣刀1的切屑的排出性提高。

另外，如图4所示的例子那样，多个第二槽13的宽度W2可以比多个第一槽9中在旋转轴X1的旋转方向X2上相邻的多个第一槽9的间隔W1窄。在该情况下，位于在旋转轴X1的旋转方向X2上相邻的多个第一槽9之间的第二槽13的形状成为在沿着反向螺旋角θ2的方向上细长的形状。

在被切削件是含有纤维的材质的情况下，第二刃15主要用于切断未被第一刃11切断而残留的纤维。此时，在第二槽13为上述那样细长的形状的情况下，残留的纤维的可动区域容易被第二槽13限制，因此容易以第二刃15切断残留的纤维。因此，能够使被切削件的精加工面良好。

需要说明的是，在此，在多个第二槽13的深度比多个第二槽13的宽度深的情况下，也能够确保第二槽13中的排出切屑的空间，因此第二槽13的切屑的排出性提高。

另外，在第二刃15在侧视观察时与第一刃要素11aa的第二端3b侧的端部处的与旋转轴X1正交的线重叠的情况下，容易稳定地切断被切削件所含有的纤维。因此，能够进一步使被切削件的精加工面良好。

本实施方式中的主体3的大小并不限定于特定的大小，例如，将主体3的直径(外径)D设定为5mm～40mm。另外，将切削部7的沿着旋转轴X1的方向的长度设定为1.5Dmm～25Dmm左右。

此时，主体3的外径从第一端3a侧至第二端3b侧可以为恒定，也可以发生变化。例如，主体3的外径可以从第一端3a侧至第二端3b侧而变小。

作为构成主体3的材质，例如，可以举出金属、硬质合金、金属陶瓷以及陶瓷等。作为金属，例如，可以举出不锈钢以及钛。作为硬质合金的组成，例如，可以举出WC(碳化钨)-Co(钴)、WC-TiC(碳化钛)-Co、WC-TiC-TaC(碳化钽)-Co以及WC-TiC-TaC-Cr₃C₂(碳化铬)-Co。在此，WC、TiC、TaC以及Cr₃C₂是硬质粒子，Co是结合相。

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，作为金属陶瓷的一例，可以举出以TiC以及TiN(氮化钛)等钛化合物为主要成分的物质。作为陶瓷，例如，可以举出Al₂O₃(氧化铝)、Si₃N₄(氮化硅)、cBN(立方晶氮化硼：Cubic BoronNitride)。

主体3可以仅由上述的材质构成，另外，也可以由以上述的材质构成的构件、以及将该构件覆盖的涂层(未图示)构成。作为构成涂层的材质，例如，可以举出从金刚石、类金刚石碳(DLC)、TiC、TiN、TiCN(碳氮化钛)、TiMN(M是从Ti以外的周期表4、5、6族金属、Al、Si中选择的至少一种金属元素)、Al₂O₃中选择的至少一种。

在主体3具有上述的涂层的情况下，能够提高第一刃11以及第二刃15的耐磨损性。特别是，在涂层含有金刚石的情况下，即使被切削件是陶瓷素材，立铣刀1也会发挥良好的耐磨损性。

涂层例如能够通过气相合成法成膜。作为气相合成法，例如，可以举出化学蒸镀(CVD)法或物理蒸镀(PVD)法。将涂层的厚度设定为例如0.3μm～20μm。需要说明的是，优选的范围根据涂层的组成而不同。

以上，例示出一个实施方式的立铣刀1，但本发明并不局限于此，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内采用任意的结构。

＜切削加工物(machined product)的制造方法＞

接下来，以使用上述的实施方式的立铣刀1的情况为例，对一个实施方式的切削加工物的制造方法进行详细说明。以下，参照图6～图8进行说明。需要说明的是，在图6～图8中，作为切削加工物的制造方法的一例，图示出了对切削件进行方肩加工的工序。另外，为了便于视觉上的理解，在图7以及图8中，将被立铣刀1切削的加工面着色示出。

本实施方式的切削加工物的制造方法具备以下的(1)～(3)的工序。

(1)使立铣刀1以旋转轴为中心向箭头X2的方向旋转，并使立铣刀1沿Y1方向朝向被切削件101接近(参照图6)。

本工序例如能够通过将被切削件101固定在安装有立铣刀1的机床的工作台上，使立铣刀1以旋转的状态接近被切削件101来进行。需要说明的是，在本工序中，只要被切削件101与立铣刀1相对接近即可，也可以使被切削件101接近立铣刀1。

(2)通过使立铣刀1进一步接近被切削件101，从而使旋转的立铣刀1与被切削件101的表面的所期望的位置接触，对被切削件101进行切削(参照图7)。

在本工序中，使第一刃以及第二刃与被切削件101的表面的所期望的位置接触。需要说明的是，作为切削加工，例如，除了图7所示的方肩加工以外，还可以举出槽加工以及铣削加工等。

(3)使立铣刀1从被切削件101沿Y2方向离开(参照图8)。

在本工序中，与上述的(1)的工序同样地，只要使立铣刀1从被切削件101相对离开即可，例如也可以使被切削件101从立铣刀1离开。

通过经过以上那样的工序，能够发挥优异的加工性。

需要说明的是，在多次进行以上所示的被切削件101的切削加工的情况下，例如，在对一个被切削件101进行多次切削加工的情况下，只要保持使立铣刀1旋转的状态，并且反复进行使立铣刀1与被切削件101的不同部位接触的工序即可。

附图标记说明

1···旋转刀具(立铣刀)

3···主体

3a··第一端

3b··第二端

5···把持部

7···切削部

9···第一槽

11···第一刃

13···第二槽

15···第二刃

101···被切削件。

Claims (4)

1.一种旋转刀具，其特征在于，

所述旋转刀具具有旋转轴，且具有从第一端延伸至第二端的圆柱形状的主体，

所述主体具有：

多个第一槽，其位于所述主体的外周，且随着趋向所述第二端而以螺旋角θ1朝向所述旋转轴的旋转方向的后方；

第一刃，其位于所述主体的外周与所述多个第一槽相交的棱线的至少一部分；

多个第二槽，其位于所述主体的外周，且随着趋向所述第二端而以反向螺旋角θ2朝向所述旋转轴的旋转方向的前方，并且与所述多个第一槽交叉；以及

第二刃，其位于所述主体的外周与所述多个第二槽相交的棱线的至少一部分，

所述θ2大于所述θ1，

在将所述多个第一槽的数量设为m，将所述多个第二槽的数量设为n时，m＞5、m-n≥3，并且m与n互为质数，

所述θ1为0°＜θ1＜45°，并且所述θ2为55°＜θ2＜75°，

所述第一刃具有被所述第二槽分开的多个第一刃要素，

所述第二刃在侧视观察时与所述第一刃要素的所述第二端侧的端部处的与所述旋转轴正交的线重叠。

2.根据权利要求1所述的旋转刀具，其特征在于，

所述多个第二槽的宽度比所述多个第一槽中在所述旋转轴的旋转方向上相邻的所述多个第一槽的间隔窄。

3.根据权利要求2所述的旋转刀具，其特征在于，

所述多个第二槽的深度比所述多个第二槽的宽度大。

4.一种切削加工物的制造方法，其包括如下工序：

使权利要求1至3中任一项所述的旋转刀具旋转；

使旋转的所述旋转刀具与被切削件接触；以及

使所述旋转刀具从所述被切削件离开。

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