球头立铣刀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种球头立铣刀，其能够以比较大的切削深度进行切削，工具前端的形状不会偏离球形状，并能够减少切削残留。本发明的球头立铣刀(1)在绕轴线x旋转的工具前端部(2)的球形状部(21)，避开前端旋转中心部分形成有圆弧状球头刃(52)，并且，在前端旋转中心部分具有十点平均粗糙度Rz≥10μm的表面粗糙度，通过该表面的凹凸对被切削材料进行磨削加工的球面状磨削实施面(6)以无高低差的方式与球头刃(52)的后刀面(7)连接而形成。
【专利说明】球头立铣刀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于铣削加工精密模具等的小径的球头立铣刀及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为冲压模具等的三维曲面的精加工用立铣刀，使用的是由金刚石烧结体(PCD)或cBN烧结体等硬质材料形成的小型的球头立铣刀。然而，根据加工条件，在通过球头立铣刀进行加工的槽中，以等间距产生因切削残留而引起的凸形形状，因此存在需要进行后期处理工序以获得高度平滑的加工面的问题。
[0003]相对于球头立铣刀的进给速度，若其转速(各速度)相对越慢，则该因切削残留而引起的凸形形状越大，在加工槽的逆铣侧几乎不出现，而在顺铣侧产生较大。并且，在切屑刃部的转速小的球头立铣刀的前端中心附近(槽的中心附近)明显地出现。
[0004]于是，为抑制这种因切削残留而引起的凸形形状，在专利文献I中，使容易产生切削残留的球头立铣刀的前端旋转中心附近的形状为平坦，以减少产生切削残留。
[0005]另外，如专利文献2所记载，若为无切削刃且对球头立铣刀的整个表面仅赋予微细凹凸的球头立铣刀，则不会产生切削残留。
[0006]专利文献1:日本专利公告平8-25086号公报
[0007]专利文献2:日本专利公开2008-49428号公报
[0008]然而，在专利文献I所记载的球头立铣刀中，由于立铣刀的前端旋转中心附近形成为平坦，因此不同于球形状。因此，存在NC加工编程困难等实用上的问题。
[0009]并且，专利文献2所记载的球头立铣刀中没有切削刃，因此被限定于以小的切削深度进行使用的情况，即被限定于切削深度较浅的最终精加工的用途。
【发明内容】
[0010]本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种球头立铣刀，其能够以较大的切削深度进行切削，并且工具前端形状不会偏离球形状，而能够减少切削残留。
[0011]本发明的球头立铣刀的特征在于，在绕轴线旋转的工具前端部的球形状部，避开前端旋转中心部形成有圆弧状球头刃，并且，在所述前端中心部分具有十点平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度，通过该表面凹凸对被切削材料进行磨削加工的球面状磨削实施面以无高低差的方式与所述球头刃的后刀面连接而形成。
[0012]通过在球头立铣刀的前端部分形成球面状磨削实施面，因槽中心附近的切削残留而引起的凸形形状消失，能够形成平滑的加工面。并且，因为具有球头刃，所以能够以与一般的球头立铣刀相同的较深的切削深度(ap)进行切削，其结果，可进行高效率的精加工。
[0013]并且，若磨削实施面的十点平均粗糙度Rz为ΙΟμπι以上，则能够防止由切屑引起的磨削实施面的堵塞。另外，虽然并未设定十点平均粗糙度Rz的上限，但是若十点平均粗糙度Rz设定得较大，则磨削实施面的磨耗会加快，因此可考虑最大极限为数十ym左右。
[0014]并且，本发明的球头立铣刀也可以构成为，在所述工具前端部的外周具有与所述球头刃连续的侧刃。
[0015]在本发明的球头立铣刀中，所述磨削实施面形成为自工具前端沿轴线方向的高度在所述工具直径D的10%以下的范围内即可。
[0016]当切削深度ap为工具直径D的约15%以下的情况下，将形成磨削实施面的高度范围设为工具直径D的10%左右，从而能够充分地发挥抑制切削残留的功能。
[0017]在本发明的球头立铣刀中，所述工具直径D为3mm以下即可。
[0018]本发明的立铣刀以精加工用的用途进行使用，因此能够适用于工具直径D为3mm以下的球头立铣刀。另一方面，当工具直径D超过3mm的情况下，大多以进给速度或切削深度ap更大的切削条件(中?粗加工)的用途而被使用，为确保切屑的排出性，设成具有较宽的前刀面的切削刃(中心槽)的形状更为有利。
[0019]根据本发明，通过在球头立铣刀的前端部分形成球面状磨削实施面，工具前端形状不会偏离球形状，并能够以比较大的切削深度进行切削，因此能够减少切削残留。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为表示本发明所涉及的球头立铣刀的一种实施方式的球头立铣刀的工具前端部的立体图。
[0021 ] 图2为球头立铣刀的概要图。
[0022]图3为说明图1所示的球头立铣刀的工具前端部的图，(a)为从轴线方向观察的图，(b)为侧视图。
[0023]图4为说明图1所示的球头立铣刀的工具前端部的各尺寸的示意图。
[0024]图5为说明使用实施例的球头立铣刀的槽加工的图。
[0025]图6为说明使用现有例的球头立铣刀的槽加工的图。
[0026]图7表示使用磨削实施面的高度Gh为Omm的球头立铣刀的槽加工模拟实验结果的加工槽的形状。
[0027]图8表示使用磨削实施面的高度Gh为0.0lmm的球头立铣刀的槽加工模拟实验结果的加工槽的形状。
[0028]图9表示使用磨削实施面的高度Gh为0.03mm的球头立铣刀的槽加工模拟实验结果的加工槽的形状。
[0029]符号说明
[0030]1-球头立铣刀，2-工具前端部，3-工具基端部，5-切削刃部，6-磨削实施面7_后刀面，10-被切削材料，11-槽，12-凸形形状，20-球头立铣刀，21-球形状部，51-侧刃，52-球头刃。
【具体实施方式】
[0031]以下，参考附图，对本发明所涉及的球头立铣刀的一种实施方式进行说明。
[0032]如图2所示，本实施方式的球头立铣刀I具有如下结构，形成为以轴线X为中心的大致圆柱状，并且在形成有切削刃5的工具前端部2上接合有形成圆柱状刀柄部的工具基端部3。并且，工具前端部2由cBN烧结体或金刚石烧结体等硬质材料形成，工具基端部3由硬质合金形成。
[0033]并且，该球头立铣刀I以精加工用的用途而被使用，适用于工具前端部2的工具直径D为3mm以下的球头立铣刀。另外，当工具直径D超过3mm的情况下，大多以进给速度或切削深度ap更大的切削条件(中?粗加工)的用途而被使用，为确保切屑的排出性，设置成具有较宽前刀面的切屑刃(中心槽)的形状更为有利。
[0034]如图1及图3所示，在球头立铣刀I的工具前端部2，以轴线X为中心点对称的方式，形成有由配置于外周的侧刃51和配置于该工具前端部2的前端侧的圆弧状球头刃52构成的至少一对切削刃部5，在工具前端部2的球形状部21上，避开前端旋转中心部分形成有球头刃52，并且，在前端旋转中心部分形成有具有十点平均粗糙度Rz > 10 μ m的表面粗糙度的球面状磨削实施面6。磨削实施面6通过其表面的凹凸而发挥如砂轮那样的作用，并对被切削材料进行磨削加工。并且，切削刃部5的后刀面7与磨削实施面6平滑地连接而形成，后刀面7也以十点平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度形成。
[0035]另外，图1及图3所示的球头立铣刀I的工具前端部2，构成一对切削刃部5以轴线X为中心点对称的方式形成有3组的6刃球头立铣刀。
[0036]并且，如图4所示，磨削实施面6形成为自工具前端沿轴线X方向的高度Gh在工具直径D的10%以下的范围内。
[0037]当切削深度ap为工具直径D的约15%以下的情况下，将形成有磨削实施面6的高度范围设为工具直径D的10%左右，从而能够充分地发挥抑制切削残留的功能。
[0038]另外，希望磨削实施面6的高度Gh被设定为比磨削实施面6的十点平均粗糙度Rz的值小。通过将高度Gh设定为比磨削实施面6的十点平均粗糙度Rz的值小，在将槽加工时的切削深度ap设为高度Gh以上的情况下，能够减少产生磨削实施面6堵塞的概率。然而，堵塞的易产生性也会受到其他切削条件或被切削材料的种类等的影响，因此磨削实施面6的十点平均粗糙度Rz的值比高度Gh大，这并不构成用于避免堵塞的条件。
[0039]具有这种结构的球头立铣刀1，通过对形成工具前端部2的圆柱状坯料进行磨削加工、放电加工、激光加工等一般的加工方法而形成切削刃部5的形状。
[0040]并且，磨削实施面6的微细的凹凸形状，例如使用飞秒激光器等对材料不赋予热损伤而能够进行微细加工的装置来形成，并通过赋予无数个因照射脉冲束而产生的微细的凹坑状加工痕迹，能够形成成为目标十点平均粗糙度Rz值的表面。尤其，对金刚石烧结体来讲，通过磨削加工(研磨加工)或放电加工，内部的金刚石粒子容易集体脱落，从而，能够在表面形成不规则的凹凸形状，无需对通过磨削或放电加工等形成形态的表面施加后期处理，便能够直接用作磨削实施面。
[0041]并且，如图5所示，利用具有这种结构的球头立铣刀I对被切削材料10实施槽加工时，工具基端部3保持在机床(省略图示)的主轴上并绕轴线X旋转。并且，通过向与轴线X交叉的方向送出球头立铣刀I或被切削材料10，从而能够通过切削刃部5以及磨削实施面6而在被切削材料10形成槽11。
[0042]另外，如图6所示，通过一般的球头立铣刀20进行槽加工时，相对于球头立铣刀20的进给速度，若其转速相对较慢，则在槽11的顺铣侧(槽11的右侧)产生因切削残留而引起的凸形形状12。该由切削残留引起的凸形形状12在切削刃部5的转速小的球头立铣刀20的前端中心附近明显地出现。
[0043]另一方面，如图5所示，本实施方式的球头立铣刀I中，在球头立铣刀I (工具前端部)的前端部分形成有球面状磨削实施面6，因此通过磨削实施面6实施被切削材料10表面的磨削加工，在槽中心附近不会产生切削残留，而能够形成平滑的加工面。
[0044]并且，由于具有球头刃52，因此能够以与一般的球头立铣刀相同的较深的切削深度ap来实施切削加工。从而，通过减少切削残留且设定到达该球头刃52的切削深度ap，可以进行高效率的精加工。
[0045]并且，若磨削实施面6的十点平均粗糙度Rz为ΙΟμπι以上，则能够防止由切屑引起的磨削实施面6的堵塞。另外，并未设定十点平均粗糙度Rz的上限，但若十点平均粗糙度Rz设定得较大，则磨削实施面的磨耗会加快，因此可考虑最大极限为数十Pm左右。
[0046][实施例]
[0047]关于上述说明的本发明所涉及的球头立铣刀，为确认其效果而进行了模拟实验。
[0048]作为模拟实验的模型，设定了工具刃径D(侧刃的刃径)为2.0mm的双刃球头立铣刀。并且，对于将磨削实施面的高度Gh变更为0mm、0.01mm、0.03mm的各种模型,进行了对被切削材料进行槽加工的模拟实验。并且，被切削材料为可转印切削刃的轨迹且不产生毛刺和挤裂的理想的材料种类。另外，磨削实施面的高度Gh为Omm的球头立铣刀表示的是不具有磨削实施面的形式。
[0049]并且，切削深度ap为0.1mm、转速为lOOOOrpm、工作台进给速度(被切削材料的进给速度)为4000mm/min。另外，这些数值为比一般的切削条件更为粗加工的数值。
[0050]图7?图9中表示模拟实验的结果。这些图7?图9表示的是根据各种模型而加工的加工槽的顺铣侧的形状，图7表示磨削实施面的高度Gh为0mm(Gw = 0mm)的情况的各种模型的模拟实验结果、图8表示磨削实施面的高度Gh为0.0Imm(Gw = 0.28mm)的情况的各种模型的模拟实验结果、图9表示磨削实施面的高度Gh为0.03mm(Gw = 0.49mm)的情况的各种模型的模拟实验结果。这里的Gw表示与轴线X正交方向的磨削实施面的宽度。
[0051]并且，由这些图7?图9可知，磨削实施面的高度Gh的值越大，则具有切削残留减少的倾向，可知图9所示的磨削实施面的高度Gh为0.03mm的模型时，切削残留消失。
[0052]然而，在磨削实施面的高度Gh设定为较高的情况下，为抑制磨削实施面的堵塞，需要将磨削实施面的十点平均粗糙度Rz设为较大，存在磨削实施面的强度降低的问题。由于有这些限制，希望将磨削实施面的高度Gh设定为比磨削实施面的十点平均粗糙度Rz的值小(工具直径D的I?3%左右)。另外，该情况下的磨削实施面的宽度Gw为工具直径D的14?25%左右。
[0053]例如，在工具直径D为3mm、磨削实施面的高度Gh为工具直径D的I %的情况下，磨削实施面的高度Gh为0.03mm左右，在该情况下，只要十点平均粗糙度Rz为比高度Gh大的约30 μ m以上即可。
[0054]另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可追加各种变更。
[0055]例如，在上述实施方式中，对具有由侧刃51和球头刃52构成的切削刃部5的球头立铣刀I进行了说明，但本发明的立铣刀的形式并不限定于具有侧刃的结构，也可以通过不具有侧刃的形式而构成。
【权利要求】
1.一种球头立铣刀，其特征在于， 在绕轴线旋转的工具前端部的球形状部，避开前端旋转中心部分形成有圆弧状球头刃，并且，在所述前端旋转中心部分具有十点平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度，通过该表面的凹凸对被切削材料进行磨削加工的球面状磨削实施面以无高低差的方式与所述球头刃的后刀面连接而形成。
2.根据权利要求1所述的球头立铣刀，其中， 在所述工具前端部的外周形成有与所述球头刃连续的侧刃。
3.根据权利要求1或2所述的球头立铣刀，其中， 所述磨削实施面形成为自工具前端起沿轴线方向的高度在所述工具的直径D的10%以下的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的球头立铣刀，其中， 所述工具的直径D为3mm以下。
【文档编号】B23C5/10GK104416207SQ201410366333
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】久保拓矢, 日向野哲, 高桥正训 申请人:三菱综合材料株式会社