刀头更换式旋转切削工具的制造方法与工艺

本发明涉及能够将被切削材料精加工成良好的加工面性状的刀头更换式旋转切削工具。

背景技术：
将具备切削刃的多个镶刀以装卸自如的方式装配于工具支架而成的刀头更换式旋转切削工具能够高效地对被切削材料进行切削加工。但是，当为了进行精密的精切削加工而使用装配有小型镶刀的刀头更换式旋转切削工具时，由于针对因切削加工产生的应力而刚性不足，因此在切削刃处产生崩刃、破损的情况较多。若产生崩刃、破损，则不仅使切削刃的寿命降低，精加工面的品质也会降低。因此，提出了具有避免切削刃的崩刃、破损的形状的各种镶刀。防止崩刃、破损的一个手段是减轻切削刃的颤振。日本特开2003-19617号公开了使用这类手段的切削工具用镶刀。如图24(a)以及图24(b)所示，该切削工具用镶刀201成为具有落座面211、具有前刀面221A的上表面212以及位于上表面212与落座面211之间的后刀面213的大致多边形板状，从一个角刀刃214A延伸的主切削刃216A具备第一主切削刃217A以及通过钝角α与该第一主切削刃217A连结的第二主切削刃218A，第一主切削刃217A以与第二主切削刃218A形成钝角β的方式向落座面211侧倾斜，并且第一主切削刃217A比第二主切削刃218A短，后刀面213具有第一后刀面223A以及第二后刀面224A，副切削刃219A在与主切削刃216A相反的一侧从角刀刃214A延伸，副切削刃219A以钝角θ与棱线228A连结。通过该形状增大轴向前角Ax，减小切削刃的切削阻力，由此减少颤振。但是，在日本特开2003-19617号中，(a)在角刀刃214A的后刀面没有设置后角沿着角刀刃214A连续变化的变角面部，另外(b)由于在第一主切削刃217A的端部没有设置凹部，因此无法充分防止角刀刃214A以及第一主切削刃217A的崩刃、破损。日本特开平8-66815号公开了一种旋转切削工具用的切削用镶刀303，如图25(a)～图25(c)所示，该切削用镶刀303具有一对平行的主切削刃304a、304b、相对于主切削刃304a、304b在横向上延伸的一对副切削刃305a、305b、连结各主切削刃304a、304b与各副切削刃305a、305b的角刀刃306a、306b、前刀面313、以及后刀面321、322，各角刀刃306a、306b中的刀尖角θ为50～70°。比较主切削刃的剖视图[图25(b)]与副切削刃的剖视图[图25(c)]可知，主切削刃的后角与副切削刃的后角不同。其中，日本特开平8-66815号记载了使后角沿着切削刃的长度实质恒定，但完全没有记载使副切削刃(底刃)的后角比主切削刃(外周刃)的后角大这样的技术构思。因此，日本特开平8-66815号的切削用镶刀303无法防止副切削刃的崩刃、破损并提高外周刃的切削性能，故而无法提高被切削材料的精加工面性状。当然，对于通过在角刀刃306a、306b设置使后角在从副切削刃侧到外周刃侧的范围内连续变化的变角面部来防止角刀刃306a、306b的崩刃、破损的情况，日本特开平8-66815号没有作出任何公开或启示。

技术实现要素：
因此，本发明的目的在于提供通过改善切削刃的耐破损性以及耐磨损性而提高被切削材料的精加工面性状的刀头更换式旋转切削工具。用于解决课题的手段即，以装卸自如的方式将镶刀装配于工具支架而成的本发明的刀头更换式旋转切削工具的特征在于，(a)所述镶刀具备：上表面部；与所述上表面部对置并且与所述工具支架的落座面抵接的下表面部；连结所述上表面部与所述下表面部的侧面部；从所述上表面部至所述下表面部贯通所述镶刀的止动螺丝用中央孔；以及设置于所述上表面部与所述侧面部的棱线的切削刃，所述镶刀具有相对于所述中央孔的中心轴线P旋转对称的多边形状，并具有90°或者锐角的角部，所述切削刃包括设置于各角部的角刀刃、以及设置于所述角刀刃的两侧的棱线的副切削刃以及外周刃，所述副切削刃以及所述外周刃具有不同的后角，所述角刀刃的后刀面具有使后角在从副切削刃侧至外周刃侧的范围内连续变化的变角面部，沿着从所述外周刃的上端延伸的所述上表面部的棱线，形成有限定所述外周刃的长度的凹部，(b)在所述镶刀装配于所述工具支架的状态下，所述副切削刃以及所述角刀刃具有负的径向前角，所述外周刃具有从负向正变化的径向前角，所述外周刃中的径向前角为正的区域的长度是所述外周刃的全长的50％以上。优选的是，所述副切削刃的后角比所述外周刃的后角大。优选的是，所述副切削刃的后角α是6～12°，所述外周刃的后角β是3～11°，并且所述后角α比所述后角β大2°以上。优选的是，所述副切削刃、所述角刀刃以及所述外周刃均与平坦的前刀面接触。优选的是，所述变角面部的沿着所述角刀刃的长度至少是所述角刀刃的全长的80％。优选的是，所述上表面部包括具有所述中央孔的第一上表面区域、以及形成所述前刀面的第二上表面区域，所述前刀面比所述第一上表面区域低，并且以所述角刀刃作为顶部向下方倾斜。优选的是，各角部的刀尖角ε是80～90°。优选的是，所述镶刀具有大致平行四边形或者正三角形的形状。优选的是，在所述镶刀具有包括一对平行的长边以及一对平行的短边的大致平行四边形的形状的情况下，长边间距离T1是4～6mm，短边间距离T2是6～10mm。所述副切削刃的长度T3相对于所述长边间距离T1的比例是10～40％，所述外周刃的长度T4相对于所述长边间距离T1的比例是25～50％，所述角刀刃的半径Rc相对于所述长边间距离T1的比例是4～25％。优选的是，所述镶刀为大致正三角形状的情况下，一个外周刃与距离该外周刃最远的角刀刃之间的垂直距离T5是5～8mm。所述副切削刃的长度T6相对于所述垂直距离T5的比例是10～35％，所述外周刃的长度T7相对于所述垂直距离T5的比例是15～40％，所述角刀刃的半径Rc相对于所述垂直距离T5的比例是2.5～20％。优选的是，固定于所述工具支架的所述镶刀的所述副切削刃的径向前角是-3°～-0.5°，所述外周刃的径向前角是-0.5°～+3°。在本发明的刀头更换式旋转切削工具中，优选的是，所述径向前角在从所述角刀刃的内端至所述外周刃的上端的范围内线性变化。优选的是，固定于所述工具支架的所述镶刀的副切削刃的后角处于5～10°的范围内，外周刃的后角处于10～18°的范围内。发明效果由于在以装卸自如的方式装配于本发明的刀头更换式旋转切削工具的镶刀中，使副切削刃的后角比较大，使外周刃的后角比较小，并且在对较大后角的副切削刃与较小后角的外周刃进行连结的角刀刃的后刀面上具有后角连续变化的变角面部，因此副切削刃的耐磨损性较高，进行高速切削的外周刃具有高强度以及耐破损性，并且在切削加工时受到较大负载的角刀刃的耐破损性显著提高。因此，当利用装配有所述镶刀的本发明的刀头更换式切削工具进行切削加工时，能够防止在副切削刃、角刀刃以及外周刃处产生崩刃、破损，并且能够以较高的加工面精度高效地进行精加工，工具寿命也较长。附图说明图1是示出构成本发明的刀头更换式旋转切削工具的工具支架的一个例子的立体图。图2是示出本发明的第一实施方式的镶刀的立体图。图3是示出图2的镶刀的俯视图。图4是示出图2的镶刀的侧视图。图5是示出图2的镶刀的主视图。图6是示出装配于工具支架的本发明的第一实施方式的镶刀的局部放大图。图7(a)是图3的A-A剖视图。图7(b)是图3的B-B剖视图。图8是本发明的第一实施方式的镶刀的从角刀刃侧观察时的立体图。图9是示出在图1的工具支架上装配有图2的镶刀的刀头更换式旋转切削工具的立体图。图10是示出图9的刀头更换式旋转切削工具的侧视图。图11是从与图10正交的方向观察图9的刀头更换式旋转切削工具时的侧视图。图12是示出图9的刀头更换式旋转切削工具的主视图。图13是图10的C-C剖视图。图14是示出装配有本发明的第一实施方式的镶刀的刀头更换式旋转切削工具中的、角刀刃以及外周刃的径向前角与旋转轴线方向距离之间的关系的图表。图15是示出使用装配有本发明的第一实施方式的镶刀的刀头更换式旋转切削工具进行平面铣削加工的状况的图。图16是示出使用装配有本发明的第一实施方式的镶刀的刀头更换式旋转切削工具对垂直壁面进行切削加工的状况的图。图17是示出装配于工具支架的本发明的第二实施方式的镶刀的局部放大图。图18是示出本发明的第三实施方式的镶刀的立体图。图19是示出图18的镶刀的俯视图。图20是示出使用实施例2的刀头更换式旋转切削工具进行平面铣削加工后的被切削材料的加工面性状的显微镜照片。图21是示出使用比较例1的刀头更换式旋转切削工具进行平面铣削加工后的被切削材料的加工面性状的显微镜照片。图22是示出进行垂直壁面加工后的实施例2的刀头更换式旋转切削工具的镶刀切削刃的损伤状态的显微镜照片。图23是示出进行垂直壁面加工后的比较例1的刀头更换式旋转切削工具的镶刀切削刃的损伤状态的显微镜照片。图24(a)是示出日本特开2003-19617号所公开的切削工具用镶刀的俯视图。图24(b)是沿X方向观察图24(a)的镶刀时的侧视图。图25(a)是示出日本特开平8-66815号所公开的切削用镶刀的立体图。图25(b)是图25(a)的切削用镶刀的主切削刃的剖视图。图25(c)是图25(a)的切削用镶刀的副切削刃的剖视图。具体实施方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明，当然，本发明不限于此，能够在本发明的技术构思的范围内进行各种变更以及追加。另外，与各实施方式相关的说明只要不特别说明也能够应用于其他实施方式。图1示出本发明的刀头更换式旋转切削工具1用的工具支架2的一个例子。该工具支架2在前端部的以旋转轴线O为中心的对称的位置具有两个镶刀安装座3，各镶刀安装座3包括供镶刀7的下表面部抵接的平坦的落座面4、为了限制镶刀7的短侧面而设于落座面4的后方的两个后壁面5、以及为了限制镶刀7的长侧面而设于旋转轴线O侧的侧壁面6。落座面4具有供用于装卸自如地装配镶刀7的紧固螺丝18螺合的螺纹孔17。图1所示的工具支架2虽具有两个镶刀安装座3，但只要能够确保强度，也可以具有三个以上的镶刀安装座。[1]第一实施方式(1)镶刀如图2～图5所示，本发明的第一实施方式的镶刀7具有大致平行四边形状的上表面部8、与上表面部8对置的平坦的下表面部9、以及连结上表面部8与下表面部9的侧面部10。上表面部8包括中央的第一上表面区域8a以及位于其两侧的第二上表面区域8b。第一上表面区域8a具有从上表面贯通至下表面的止动螺丝用中央孔14。关于中央孔14的中心轴线P，镶刀7旋转对称。如图2～图4所示，中央孔14是在镶刀7的厚度方向上朝向下表面部9逐渐缩径的锥形孔。第二上表面区域8b如后述那样构成副切削刃11、角刀刃12以及外周刃13的前刀面。上表面部8具有对置的一对长边10a、10c、对置的一对短边10b、10d、以及连结各长边10a、10c与各短边10b、10d的四个角部。其中，在两个锐角的角部设置有角刀刃12，在角刀刃12的一侧，上表面部8与侧面部10的棱线(短边)的一部分构成副切削刃11，在角刀刃12的另一侧，上表面部8与侧面部10的棱线(长边)的一部分构成外周刃13。如图6所示，在将本发明的第一实施方式的镶刀7以外周刃13形成为垂直的方式装配于工具支架2时，副切削刃11从与角刀刃12连结的连结点朝向后方逐渐升高。因此，角刀刃12的刀尖角ε(副切削刃11与外周刃13所成的角度)不足89.5°。刀尖角ε的下限优选为75°。若刀尖角ε不足75°，则角刀刃12过于尖锐，不具有足够的强度。优选的刀尖角ε是85～89°。在将镶刀7装配于工具支架2时(外周刃13为垂直时)，副切削刃11的倾斜角γ为90°-ε。镶刀7的特征在于，副切削刃11的后角α与外周刃13的后角β不同。优选副切削刃11的后角α比外周刃13的后角β大。需要说明的是，如图7(a)所示，副切削刃11的后刀面21从第二上表面区域8b延伸至下表面部9，如图7(b)所示，外周刃13的后刀面23仅位于长侧面部10a中的上表面侧的局部。仅将后刀面23设于局部的目的在于，避免镶刀装配于工具主体进行旋转时与被切削材料干扰。需要说明的是，在外周刃13的后刀面23的下方具有比后刀面23更靠后方的侧面部24，但由于侧面部24与被切削材料以及工具支架2均不接触，因此也可以保持未加工的状态。为了提高副切削刃11的耐磨损性，并且在装配于工具支架2时具有所希望的后角，如图3的A-A剖视图即图7(a)所示，优选使副切削刃11的后角α相对增大为6～12°。在后角α不足6°的情况下，副切削刃11的后刀面磨损的进展迅速，因此副切削刃11的寿命变短。另一方面，若后角α超过12°，则因副切削刃11的强度不足而导致耐破损性恶化。副切削刃11的后角α更优选为10.5～11.5°。另外，为了提高因高切削速度而受到高负载的外周刃13的耐破损性，优选使外周刃13的后角β相对减小为4～6°。外周刃13的更优选的后角β是4.5～5.5°。如图8所示，在后角不同的副切削刃11与外周刃13之间的角刀刃12的后刀面，设置有后角从α连续变化至β的变角面部15。例如，在副切削刃11的后角α为11°且外周刃13的后角β为5°的情况下，在角刀刃12的后刀面设置后角沿着角刀刃从11°连续变化为5°的变角面部15。通过这样的角面部15将副切削刃11的后刀面21与外周刃13的后刀面23圆滑地连结。为了尽可能减小后角的变化率，优选将变角面部15设置于角刀刃12的全长范围，至少存在于角刀刃12的全长的80％即可。通过在角刀刃12的后刀面的至少80％设置后角从α连续变化为β的变角面部15，能够防止负载在切削加工时集中于角刀刃12，故而能够减少角刀刃12的崩刃、破损、磨损等。如图3以及图4所示，沿着比外周刃13进一步向上方延伸的长边10a、10c的棱线，在与外周刃13的上端13a(与角刀刃12连结的连结点的相反侧)邻接的位置形成有切口形状的凹部16。凹部16比沿着长边的棱线的直线N向内侧凹陷。凹部16具有如下功能：(a)通过限制外周刃13的长度而防止切削阻力的增大，减少颤振等，由此改善被切削材料的精加工面的性状，并且(b)提高切屑的排出性。镶刀7是小型的，以便适于精密的精加工。例如在图2～图5所示的大致平行四边形的镶刀7的情况下，对置的一对平行的长边10a、10c间的距离T1优选为4～6mm，对置的一对平行的短边10b、10d间的距离T2优选为6～10mm。即便T1以及T2分别选用作为上限的6mm以及10mm，也能够将在工具支架2上装配两个镶刀7而成的刀头更换式旋转切削工具1的外径缩小为12mm以下。另外，基于上述范围的T1以及T2，能够形成用于将镶刀7固定于工具支架2的止动螺丝用孔14。若是比上述下限小的T1以及T2，则难以通过足够的强度形成止动螺丝用孔14。副切削刃11的长度T3相对于长边间距离T1的比例优选为10～40％，更优选为15～35％。若副切削刃11的长度T3所占的比例不足10％，则副切削刃11过短，精加工效率低。另外，若副切削刃11的长度T3所占的比例超过40％，则副切削刃11过长而引起颤振，无法获得良好的精加工面。外周刃13的长度T4相对于长边间距离T1的比例优选为25～50％，更优选为30～50％。若外周刃13的长度T4所占的比例不足25％，则外周刃13过短，立壁的精加工效率低。另外，若外周刃13的长度T4所占的比例超过50％，则外周刃13过长而引起颤振，无法获得良好的精加工面。角刀刃12的半径Rc相对于长边间距离T1的比例优选为4～25％。若角刀刃12的半径Rc所占的比例不足4％，则角刀刃12过尖且过短，机械强度不足，存在崩刃、破损的担忧。另外，若角刀刃12的半径Rc所占的比例超过25％，则角刀刃12过长，无法确保足够长度的副切削刃11以及外周刃13。(2)刀头更换式旋转切削工具如图9所示，当将各镶刀7装配于工具支架2的各镶刀安装座3，将装入各镶刀7的中央孔14的紧固螺丝18螺纹固定于落座面4的螺纹孔17时，各镶刀7的短侧面部10b(或者10d)被稳固地按压固定于各镶刀安装座3的两个后壁面5，各镶刀7的长侧面部10c(或者10a)被稳固地按压固定于镶刀安装座3的侧壁面6，由此各镶刀7被固定于各镶刀安装座3。固定于镶刀安装座3的镶刀7的外周刃13如图10所示与旋转轴线O平行。另外，在本例中，如图11所示，镶刀7的上端略微向后方倾斜。在装配于工具支架2的镶刀安装座3的镶刀7中，一方的角刀刃12以及设置于其两侧的副切削刃11和外周刃13应用于切削加工。在应用于切削加工的副切削刃11、角刀刃12以及外周刃13磨损后，为了使用未使用的另一方的副切削刃11、角刀刃12以及外周刃13，松开紧固螺丝18而使镶刀7旋转180°，之后再次装配于镶刀安装座3。在将镶刀7以装卸自如的方式装配于工具支架2而成的刀头更换式旋转切削工具1中，其特征在于，副切削刃11以及角刀刃12具有负(negative)的径向前角，外周刃13具有从负变化为正(positive)的径向前角，外周刃13中的径向前角为正的区域的长度为外周刃13的全长的50％以上。在此，副切削刃11的径向前角为负是指，如图12所示，相对于连结旋转轴线O与副切削刃11的最外端的直线L1，从副切削刃11延长的直线M1位于工具旋转方向R后方。另外，外周刃13的径向前角为正是指，如图13所示，相对于连结旋转轴线O与外周刃13的最外端的直线L2，从外周刃13的前刀面23延长的直线M2位于工具旋转方向R前方。装配于工具支架2的镶刀7的副切削刃11的径向前角优选为-3°～-0.5°。若副切削刃11的径向前角不足-3°，则副切削刃11的径向前角过小，因此难以设计为使径向前角在从副切削刃到外周刃的范围内从负变为正。另外，若副切削刃11的径向前角超过-0.5°，则存在使被切削材料的表面性状恶化的担忧。装配于工具支架2的镶刀7的外周刃13的径向前角从负变为正，优选为在-0.5°～+3°的范...