专利名称：球头立铣刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球头立铣刀，特别是涉及一种通过用硬质烧结体构成切削刃而能实现加工效率的提高的球头立铣刀。
背景技术：
在通过加工中心等工作机械进行的模具等的仿形加工中，通常使用由硬质合金构成的球头立铣刀，但是在对为了实现长寿命化而淬火了的模具进行加工的情况下，球头立铣刀的切削刃磨损变快，刀具寿命变短。另外，虽然只要使切深变浅，就能延长球头立铣刀的寿命，但是在这种情况下，用于进行规定加工的加工时间增加，相应地导致加工效率下降。鉴于此，近年来，为了减少切削刃的磨损并防止加工效率的降低，采用了将具有高硬度的立方氮化硼烧结体(PCBN)用于切削刃的球头立铣刀。
在特开2001-300813号公报中，公开有具有下述切削刃的球头立铣刀，所述切削刃由含有立方氮化硼的多晶硬质烧结体构成而具有高硬度。该球头立铣刀，在采用了硬质合金的球头立铣刀主体的角部，焊接有板部件，所述板部件将多晶硬质烧结体和由硬质合金形成的台金一体化而构成为双层结构，在该板部件上形成有切削刃。
专利文献1特开2001-300813号公报(图1等)但是，在上述球头立铣刀中，沿轴心方向观察时切削刃形成为直线状，所以切削时的切削阻力大，不能以深的切深来进行切削或是进行高速切削。因此，在将构成为双层结构的板部件作为切削刃焊接到球头立铣刀的角部的结构中，存在不能得到足够的加工效率的问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题点作成的，目的在于提供一种能实现加工效率的提高的球头立铣刀。
为实现该目的，技术方案1所述的球头立铣刀包括具有轴心的刀具主体、设置在该刀具主体的末端侧的大致半球状的球头切削刃、和形成该球头切削刃的前刀面的螺旋槽，前述刀具主体中至少包括前述球头切削刃的范围由硬质烧结体构成，前述螺旋槽的螺旋角在大约10°以上大约30°以下的范围内，并且，前述球头切削刃的中心厚度相对于球头半径R来说，在大约0.03R以上大约0.1R以下的范围内。
技术方案2所述的球头立铣刀，在技术方案1所述的球头立铣刀中，前述球头切削刃的前角在大约-30°以上大约-10°以下的范围内。
技术方案3所述的球头立铣刀，在技术方案1或2所述的球头立铣刀中，前述硬质烧结体以立方氮化硼为主体构成。
根据技术方案1所述的球头立铣刀，刀具主体在其末端侧设置有大致半球状的球头切削刃，至少包括该球头切削刃的范围由硬质烧结体构成，所以与由硬质合金形成球头切削刃的球头立铣刀相比，具有下述效果能以较深的切深进行切削，而且能高速进行切削，从而能实现加工效率的提高。
此外，设置在刀具主体末端侧的球头切削刃的前刀面由螺旋槽形成，所以从刀具主体的轴心方向末端观察时构成为螺旋状(即，向切削方向凸出的弯曲状)。由此，与以往的从轴心方向末端观察时切削刃构成为直线状的球头立铣刀相比，切削阻力变小，所以具有下述效果能以较深的切深进行切削，而且能高速进行切削，从而能实现加工效率的提高。
此外，螺旋槽的螺旋角在大约10°以上大约30°以下的范围内。若螺旋槽的螺旋角角度大，则刀尖容易碎裂，刀具的寿命变短。但是，在本发明中，由于将螺旋角构成为大约30°以下，所以具有下述效果，即，能防止刀尖碎裂，从而能实现刀具的长寿命化。
另一方面，若螺旋槽的螺旋角角度小，则球头切削刃的锋利度变差，不能得到足够的加工效率。但是，在本发明中，由于将螺旋角构成为大约10°以上，所以具有下述效果，即，能防止球头切削刃的锋利度降低，从而能得到足够的加工效率。
此外，球头切削刃的中心厚度相对于球头半径R在大约0.03R以上大约0.1R以下的范围内。球头切削刃的未开槽中心部的旋转速度慢，产生的摩擦力较大。因此，若球头切削刃的中心厚度薄，则球头切削刃的未开槽中心部的刚性弱，容易破损。但是，在本发明中，将球头切削刃的中心厚度构成为相对于球头半径R在大约0.03R以上，所以具有下述效果，即，能防止球头切削刃的未开槽中心部破损，从而能实现刀具的长寿命化。
另一方面，若球头切削刃的中心厚度厚，则球头切削刃的未开槽中心部的摩擦力大，加工面粗糙，不能得到满意的加工面。但是，在本发明中，由于将球头切削刃的中心厚度构成为相对于球头半径R在大约0.1R以下，所以具有下述效果，即，能防止加工面变粗糙，能得到满意的加工面。
根据技术方案2所述的球头立铣刀，除起到技术方案1所述球头立铣刀的效果外，球头切削刃的前角在大约-30°以上大约-10°以下的范围内。若在正方向上增大球头切削刃的前角的角度，则刀尖容易碎裂，刀具的寿命变短。但是，在本发明中，由于球头切削刃的前角构成为大约-10°以下，所以具有下述效果，即，能防止刀尖碎裂，从而能实现刀具的长寿命化。
另一方面，若在负方向上增大球头切削刃的前角角度，则球头切削刃的锋利度变差，不能得到足够的加工效率。但是，在本发明中，由于将球头切削刃的前角构成为大约-30°以上，所以具有下述效果，即，能防止球头切削刃的锋利度降低，从而能得到足够的加工效率。
此外，由硬质合金构成的球头立铣刀中，通常为了得到较好的锋利度而将球头切削刃的前角构成在正角的范围内，但是这样刀尖容易碎裂，所以为了防止刀尖的碎裂而实施倒角加工。与此相对，本发明用硬质烧结体构成球头切削刃，并将前角构成在负角的范围内，从而能确保刀尖的强度，所以不需要实施倒角加工，可简化球头立铣刀的制作工序。
根据技术方案3所述的球头立铣刀，除起到技术方案1或2所述球头立铣刀的效果外，硬质烧结体以立方氮化硼为主体构成。通过将比硬质合金更硬的立方氮化硼用于球头切削刃，具有下述效果，即，具有良好的耐磨损性，并能防止加工面变粗糙。
图1是作为本发明一实施例的球头立铣刀的主视图。
图2是球头立铣刀的末端侧的放大图。
图3是从图1的箭头II方向观察的球头立铣刀的侧视图。
图4是放大表示图3的虚线A部分的放大图。
图5是表示切削试验中本发明产品A及现有技术产品B的结果的图。
图6是表示切削试验中本发明产品A及现有技术产品B的结果的图。
附图标记说明1球头立铣刀2刀具主体3刃部10a、10b切屑排出槽11a、11b外周切削刃12a、12b球头切削刃14a、14b螺旋槽θ1外周切削刃的螺旋角θ2螺旋槽的螺旋角(球头切削刃的螺旋角)t中心厚度具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。图1是作为本发明一实施例的多刃球头立铣刀(以下简称为球头立铣刀)1的主视图，图2是球头立铣刀1的末端侧(图1中的右侧)的放大图，图3是从图1的箭头II方向观察的球头立铣刀1的侧视图。首先，参照该图1～图3，对球头立铣刀1的整体结构进行说明。
球头立铣刀1主要包括具有轴心L的刀具主体2、和同轴地连结在该刀具主体2的末端侧的刃部3，用于作为被加工物的模具等的自由曲面加工或倒角的精加工等。该球头立铣刀1经由保持刀具主体2的刀柄部2a的刀夹(未图示)安装到加工中心等加工机械上，通过驱动其绕轴心L旋转并使其移动，来进行切削加工。此外，刀具主体2由加压烧结碳化钨(WC)等而成的硬质合金构成。另外，本实施例中，刀柄部2a的直径为大约6mm。
刃部3主要具有切屑排出槽10a、10b、外周切削刃11a、11b、球头切削刃12a、12b、刃背13a、13b、螺旋槽14a、14b等，由该刃部3进行模具等的自由曲面加工。
刃部3中至少包括球头切削刃12a、12b的范围由以立方氮化硼烧结体(PCBN)为主体构成的硬质烧结体形成。另外，在本实施例中，刃部3的直径为大约2mm。即，球头半径R为1mm。此外，球头切削刃12a、12b也可由以具有高硬度特性的多晶金刚石(PCD)为主体构成的硬质烧结体形成。
关于该刃部3的制作，首先，将硬质烧结体和硬质合金烧结固结成双层的叠层体，将该叠层体焊接到刀具主体2的末端部。此后，在该焊接后的末端部上，形成上述切屑排出槽10a、10b、外周切削刃11a、11b、球头切削刃12a、12b、刃背13a、13b、螺旋槽14a、14b等，而形成刃部3。
另外，硬质烧结体由于具有高硬度，所以很难加工。因此，若刃部3的直径较大，则花费的制作成本较高，不实用，所以优选刃部3的直径为大约6mm以下的较小直径，在本实施例中为大约2mm。
切屑排出槽10a、10b用于进行切削加工中切屑的生成、收纳及排出，扭曲的两条切屑排出槽10a、10b相对于刀具主体2的轴心L对称地配置。
外周切削刃11a、11b是在刃部3上形成的切削刃，在刃背13a、13b和切屑排出槽10a、10b交叉的棱线部分形成有两条外周切削刃，所述刃背13a、13b以规定宽度形成在刃部3a的外周侧。外周切削刃11a、11b的螺旋角θ1在本实施例中为大约30°。
球头切削刃12a、12b是在刃部3上形成的切削刃，其旋转轨迹呈大致半球状。而且，球头切削刃12a、12b相对于轴心L对称地形成为一对，在从轴心L末端观察时，呈大致S字状(参照图3)。该球头切削刃12a、12b与上述两条外周切削刃11a、11b连续地形成。
螺旋槽14a、14b是用于提高球头切削刃12a、12b处的切屑排出性的槽，在切屑排出槽10a、10b上分别凹设有一条共计两条螺旋槽。该螺旋槽14a、14b，其一侧(在螺旋槽14a中是图2的左侧)的螺旋面形成球头切削刃12a、12b的前刀面，在该螺旋槽14a、14b与刃背13a、13b交叉的各棱线部分，形成有两条球头切削刃12a、12b。
在此，螺旋槽14a、14b的螺旋角(即，球头切削刃12a、12b的螺旋角)θ2优选为大约10°以上大约30°以下的范围内的角度。这是因为，若螺旋槽14a、14b的螺旋角θ2为比大约10°更小的角度，则球头切削刃12a、12b的锋利度变差，加工效率降低。另一方面，若其螺旋角θ2为超过大约30°的角度，则刀尖容易碎裂，球头立铣刀1的寿命降低。在本实施例中，螺旋槽14a、14b的螺旋角θ2为大约20°。由此，能防止加工效率的降低，并且能防止刀具寿命的降低。
此外，由螺旋槽14a、14b形成的球头切削刃12a、12b的前刀面的前角优选为大约-30°以上大约-10°以下的范围内的角度。这是因为，若前角为比大约-30°在负方向上更大的角度，则球头切削刃12a、12b的锋利度变差，加工效率降低。另一方面，若前角为比大约-10°在正方向上更大的角度，则刀尖容易碎裂，球头立铣刀1的寿命降低。在本实施例中，球头切削刃12a、12b的前角为大约-20°。由此，能防止加工效率的降低，并且能防止刀具寿命的降低。
另外，在由硬质合金构成的球头立铣刀中，为了得到较好的锋利度，通常将球头切削刃的前角形成在正角的范围内，但是由于刀尖容易碎裂，所以为了防止刀尖的碎裂还要实施倒角加工。与此相对，在本实施例的球头立铣刀1中，通过用硬质烧结体构成球头切削刃12a、12b，并将前角形成在负角的范围内，能确保刀尖的强度，所以不需要实施倒角加工，可简化球头立铣刀1的制作工序。
接着，参照图4，对球头切削刃12a、12b的中心厚度进行说明。图4是放大表示图3的虚线A部分的放大图。
如图4所示，以轴线L为中心连接球头切削刃12a、12b的未开槽中心部的厚度、即中心厚度t，优选形成为大约0.03mm以上大约0.1mm以下的范围内的厚度(即，在本实施例中，由于将球头半径R设为1mm，所以中心厚度t为0.03R以上0.1R以下)。由于球头切削刃12a、12b的未开槽中心部的旋转速度慢并产生较大的摩擦力，所以若中心厚度t比大约0.03mm更薄，则未开槽中心部的刚性变弱而容易破损，球头立铣刀1的寿命降低。另一方面，若中心厚度t比大约0.1mm更厚，则摩擦力变大，加工面变粗糙，切削速度不能达到高速，所以加工效率降低。在本实施例中，中心厚度t形成为大约0.03mm。由此，能防止加工效率的降低，并且能防止刀具寿命的降低。
接着，下面示出使用上述那样构成的球头立铣刀1进行的切削试验。切削试验是下述试验使球头立铣刀1沿着被切削面以规定的条件进行往复直线移动，测定由于该移动而在球头切削刃上产生的磨损宽度和被切削面的表面粗糙度。
切削试验的详细参数为，被切削材料JIS-SKH51(65HRC)；切削方法顺铣；切削油供给方法喷雾供给；使用机械立式加工中心；切削速度251.2m/min；进给速度0.075mm/t；轴向切深aa0.05mm；周期进给量Pf0.02mm。
此外，切削试验是使用下述两种球头立铣刀进行的，即，在本实施例中说明了的、至少球头切削刃12a、12b由硬质烧结体构成的球头立铣刀1(以下称为“本发明产品A”)，和由硬质合金构成的球头立铣刀(以下称为“现有技术产品B)。另外，本发明产品A和现有技术产品B为同一形状。
图5是表示上述切削试验中本发明产品A及现有技术产品B的结果的图，示出了切削距离X1和磨损宽度Y1的关系。图5中，横轴23表示切削试验中切削被切削材料的切削距离X1，纵轴24表示球头切削刃的磨损宽度Y1。此外，图5中的折线25是本发明产品A(实线、黑三角(▲))的曲线，折线26表示现有技术产品B(实线、黑四角(◆))的曲线。
对图5的折线25、26进行比较可知，若切削距离X1为大约100m以上，则本发明产品A的磨损宽度Y1及现有技术产品B的磨损宽度Y1二者都以大致直线形式的斜率增加，切削距离X1延长，则磨损宽度Y1增大。但是，关于该斜率，相对于本发明产品A的斜率来说，现有技术产品B的斜率更大。即，根据本发明产品A，与现有技术产品B相比，能使对应于切削距离X1的磨损宽度Y1的扩大速度变慢。
图6是表示上述切削试验中本发明产品A及现有技术产品B的结果的图，示出了切削距离X2和被切削面的表面粗糙度Y2的关系。
图6中，横轴27表示切削试验中切削被切削材料的切削距离X2，纵轴28表示被切削材料的表面粗糙度Y2。此外，图6中的折线29是本发明产品A(实线、黑三角(▲))的曲线，折线30是表示现有技术产品B(实线、黑四角(◆))的曲线。另外，被切削面的表面粗糙度Y2的测量方法是根据最大高度Rz(JIS B0601-2001)求出的。
对图6的折线29、30进行比较可知，若切削距离X2为大约134m以上，则本发明产品A的表面粗糙度Y2及现有技术产品B的表面粗糙度Y2二者都是切削距离X2越长表面粗糙度Y2越大。但是，若切削距离X2为大约288m以上，则相对于本发明产品A的表面粗糙度Y2的增加量来说，现有技术产品B的表面粗糙度Y2的增加量要大得多。即，在切削距离X2较长的情况下，本发明产品A中相对于切削距离X2的延长，表面粗糙度Y2的增加量变少，而现有技术产品B中相对于切削距离Z2的延长，表面粗糙度Y2的增加量变得非常大。
此外，在切削距离X2为大约10m～大约134m之间时，与本发明产品A的表面粗糙度Y2的变化相比，现有技术产品B的表面粗糙度Y2的变化的离散大。进而，本发明产品A的表面粗糙度Y2始终比现有技术产品B的表面粗糙度Y2小。即，本发明产品A能得到比现有技术产品B更稳定的表面粗糙度Y2。
如以上说明的那样，本实施例的球头立铣刀1(本发明产品A)，通过用硬质烧结体构成球头切削刃12a、12b，与用硬质合金构成为相同形状的球头立铣刀(现有技术产品B)相比，具有更好的耐磨损性，而且能实现表面粗糙度的改善，还能得到更稳定的表面粗糙度Y2。由此，可将球头立铣刀1的切削速度高速化，并且能以较深的切深进行切削。
以上，基于实施例说明了本发明，但是本发明并不受上述实施例任何限定，能容易地推导出在不脱离本发明宗旨的范围内能进行各种改进变形。
例如，在上述各实施例中，例示了由两条球头切削刃12a、12b构成的球头立铣刀，但是也可由3条以上的多条球头切削刃构成。
权利要求
1.一种球头立铣刀，包括具有轴心的刀具主体、设置在该刀具主体的末端侧的大致半球状的球头切削刃、和形成该球头切削刃的前刀面的螺旋槽，其特征在于，前述刀具主体中至少包括前述球头切削刃的范围由硬质烧结体构成，前述螺旋槽的螺旋角在大约10°以上大约30°以下的范围内，并且，前述球头切削刃的中心厚度相对于球头半径R来说，在大约0.03R以上大约0.1R以下的范围内。
2.如权利要求1所述的球头立铣刀，其特征在于，前述球头切削刃的前角在大约-30°以上大约-10°以下的范围内。
3.如权利要求1或2所述的球头立铣刀，其特征在于，前述硬质烧结体以立方氮化硼为主体构成。
全文摘要
本发明提供一种可实现加工效率的提高的球头立铣刀。在球头立铣刀的末端侧的刃部(3)上，相对于轴心对称地形成有一对大致半球状的球头切削刃(12a、12b)，刃部(3)中至少包括球头切削刃(12a、12b)的范围由硬质烧结体(PCBN)构成。此外，球头切削刃(12a、12b)的前刀面由螺旋槽(14a、14b)形成，该螺旋槽(14a、14b)的螺旋角为大约20°。这样，球头切削刃(12a、12b)由具有高硬度特性的硬质烧结体构成，并且形成为螺旋状，所以能以较深的切深进行切削，并且能高速进行切削，从而能实现加工效率的提高。
文档编号B23C5/10GK1942277SQ200580011839
公开日2007年4月4日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年4月20日
发明者永井保 申请人:Osg株式会社