振动切削刀具的制作方法

本发明涉及振动切削刀具。本申请要求基于2016年5月26日提交的日本专利申请no.2016-105470的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术：

例如，日本专利公开no.2003-103407(专利文献1)披露了一种具有多边形主表面的切削刀具。前刀面形成在切削刀具的主表面中，并且后刀面形成在切削刀具的侧表面中。在前刀面中，平分鼻部r的方向的两侧均具有弧形。

参考列表

专利文献

ptl1：日本专利公开no.2003-103407

技术实现要素：

根据本发明的一个方面的振动切削刀具包括以下构造。振动切削刀具包括：顶表面，其具有前刀面以及与所述前刀面续接的断屑面(breakerface)；第一侧表面，其与所述前刀面续接；第二侧表面，其与所述断屑面续接；以及底表面，其与所述第一侧表面和所述第二侧表面两者续接。所述前刀面和所述第一侧表面之间的第一脊线构成切削刃。在下述截面中，在所述前刀面和平行于所述底表面的平面之间形成的前角具有正角，当沿从所述顶表面朝向所述底表面的方向观看时，所述截面包含在所述第一脊线与位于所述断屑面和所述第二侧表面间的第二脊线之间形成的角度的平分线，且所述截面平行于从所述顶表面朝向所述底表面的方向。所述第一脊线和所述第二脊线之间形成的角度为锐角。所述前刀面构成圆柱状表面。所述断屑面构成平坦表面。

附图说明

图1是示出根据本实施例的振动切削设备的构造的平面示意图。

图2是示意性地示出根据本实施例的振动切削方法的流程图。

图3是示出振动切削刀具的移动量与工件的相位之间的关系的视图。

图4是示出振动切削刀具的构造的示意性透视图。

图5是示出振动切削刀具的构造的平面示意图。

图6是示出振动切削刀具的构造的示意性正视图。

图7是示出振动切削刀具的构造的示意性左侧表面图。

图8是沿图5中的线viii-viii截取并沿箭头方向观看的示意性剖视图。

图9是沿图5中的线ix-ix截取并沿箭头方向观看的示意性剖视图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

当使用日本专利公开no.2003-103407中披露的切削刀具切削工件时，然而，切屑可能落入切削刀具与工件之间。

已作出本发明的一个方面以解决前述问题，并且本发明的该方面的目的在于提供一种能够抑制切屑落入振动切削刀具和工件之间的振动切削刀具。

[本公开的有益效果]

根据本发明的一个方面，可以提供一种能够抑制切屑落入振动切削刀具和工件之间的振动切削刀具。

[实施例的描述]

首先，将描述本发明的实施例的概述。

(1)根据本发明的一个方面的振动切削刀具包括以下构造。振动切削刀具50包括：顶表面10，其具有前刀面11以及与前刀面11续接的断屑面12；第一侧表面17，其与前刀面11续接；第二侧表面18，其与断屑面12续接；以及底表面40，其与第一侧表面17和第二侧表面18两者续接。前刀面11和第一侧表面17之间的第一脊线13构成切削刃。当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，截面41包含在第一脊线13与位于断屑面12和第二侧表面18间的第二脊线14之间形成的角度θ4的平分线l、且平行于从顶表面10朝向底表面40的方向，在截面41中，在前刀面11和平行于底表面40的平面s之间形成的前角θ1具有正角。在第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度为锐角。前刀面11构成圆柱状表面。断屑面12构成平坦表面。

根据上述(1)的振动切削刀具，前刀面11构成圆柱状表面，并且断屑面12构成平坦表面。因此，可以控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。因此，可以抑制切屑落入振动切削刀具和工件之间。

(2)在根据上述(1)的振动切削刀具中，前角θ1可以大于或等于23°且小于或等于35°。在根据本实施例的振动切削刀具的情况下，切削刃沿工件的旋转轴线的方向振动。因此，切削刃重复与工件的接触和与工件的分离。与连续切削方法相比，在振动切削方法的情况下，需要良好的咬合性能。通过将前角θ1设定为大于或等于23°，切削刃可以具有相对于工件的改进的咬合性能。结果，可以在不削弱施加到振动切削刀具的振动的情况下机加工工件。此外，通过将前角θ1设定为小于或等于35°，可以抑制振动切削刀具的强度的减小。

(3)在根据上述(1)或(2)的振动切削刀具中，在垂直于平分线l的截面42中断屑面12与平行于底表面40的平面s之间形成的角度θ2可以大于或等于30°且小于或等于50°。通过将角度θ2设定为大于或等于30°，切屑滑过断屑面，这可以抑制切屑的流动变得难以控制。通过将角度θ2设定为小于或等于50°，可以抑制切削阻力的增加。

(4)在根据上述(1)至(3)中任一项的振动切削刀具中，当从平分线l观看时，前刀面11和断屑面12之间的边界线15可以位于第一脊线13的相反侧。因此，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

(5)在根据上述(4)的振动切削刀具中，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，边界线15和第一脊线13之间形成的角度θ3可以在第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4的一半的±20％内。因此，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

(6)在根据上述(4)的振动切削刀具中，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，边界线15和平分线l之间的距离b可以大于或等于0.2mm且小于或等于0.3mm。通过将距离b设定为大于或等于0.2mm，可以确保大的前刀面，并且由此可以抑制切削刃的锐度受损。通过将距离b设定为小于或等于0.3mm，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

(7)在根据上述(1)至(6)中任一项的振动切削刀具中，前刀面11在垂直于平分线l的截面42中可以具有大于或等于3mm且小于或等于6mm的曲率半径。

(8)在根据上述(1)至(7)中任一项的振动切削刀具中，第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4可以小于或等于80°。

[本发明的实施例的细节]

下面，将参考附图描述本发明的实施例细节。应注意的是，在下文中相同的附图标记将表示附图中相同或相应的部分，并且将省略其详细描述。

首先，将描述根据本实施例的振动切削设备100的构造。

如图1所示，根据本实施例的振动切削设备100主要具有切削工具保持器60、工件保持器80、振动施加器90和控制器95。切削工具保持器60构造为保持用于切削工件70的振动切削刀具50。工件保持器80构造为保持工件70。工件保持器80例如具有卡盘。工件保持器80构造为能围绕旋转轴线a旋转。因此，由工件保持器80保持的工件沿旋转方向6围绕旋转轴线a旋转。工件保持器80构造为能沿平行于旋转轴线a的z轴移动。切削工具保持器60构造为能沿与平行于旋转轴线a的z轴垂直的x轴移动。

振动施加器90构造为使工件70和振动切削刀具50相对振动。振动施加器90构造为使切削工具保持器60振动，使得振动切削刀具50例如沿平行于旋转轴线a的方向振动。振动施加器90可以包括例如能沿平行于旋转轴线a的方向移动的振动马达。振动施加器90例如向切削工具保持器60施加振动。例如，低频为大于或等于25hz且小于或等于1000hz的频率。

控制器95构造为控制振动施加器90的运行。控制器95构造为控制例如振动施加器90的振动的频率、振幅等。控制器95构造为例如与工件保持器80的转数同步地控制振动施加器90的运行。控制器95可以构造为例如与切削工具保持器60的单位时间的进给速度同步地控制振动施加器90的运行。

如上文所述，根据本实施例的振动切削设备100主要具有切削工具保持器60、工件保持器80、振动施加器90和控制器95，并且构造为执行下述振动切削方法。应注意的是，尽管以上实施例描述了构造为使切削工具保持器60沿z轴振动的振动施加器90的情况，但本发明不限于该构造。振动施加器90仅需要构造为使工件70和振动切削刀具50相对振动，并且可以构造为例如使工件保持器80沿z轴振动。

接下来，将描述根据本实施例的振动切削方法。

首先，执行准备振动切削刀具和工件的步骤(s10：图2)。具体地说，将工件70附接到工件保持器80。工件70例如由卡盘保持。尽管工件70例如由不锈钢(诸如sus304、sus316等)制成，但材料不限于不锈钢。工件70可以由例如铝、铁等制成。将振动切削刀具50附接到切削工具保持器60。振动切削刀具50例如通过将附接螺钉(未示出)插入通孔h中而固定于切削工具保持器60。振动切削刀具50的详细构造将在后文中描述。

随后，执行用振动切削刀具切削工件的步骤(s20：图2)。例如，通过使用马达(未示出)等旋转工件保持器80，工件70围绕旋转轴线a旋转。通过调整切削工具保持器60在x轴方向上的位置来调整振动切削刀具50相对于工件70的位置。工件70沿z轴方向靠近振动切削刀具50移动。当工件70与振动切削刀具50的切削刃接触时，开始工件70的切削。在用振动切削刀具切削工件的步骤中，通过振动施加器90将振动施加给切削工具保持器60，使得振动切削刀具50沿平行于旋转轴线a的方向振动。切削刃与工件70接触的长度例如为3mm。与工件70的转数同步地确定振动切削刀具50的进给速度。

图3示出了工件70的旋转的相位与振动切削刀具在z轴方向上的移动量之间的关系。在图3中，区域r1、区域r2和区域r3是切削工件70在第一(圈)旋转中被切削的区域1。区域r4、区域r5和区域r6是切削工件70在第二(圈)旋转中被切削的区域2。在区域r1中，在工件70从0°旋转到120°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向靠近工件70移动而切削工件70。在区域r2中，在工件70从120°旋转到240°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向远离工件70移动而切削工件70。在区域r3中，在工件70从240°旋转到360°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向靠近工件70移动而切削工件70。

类似地，区域r4中，在工件70从0°旋转到120°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向远离工件70移动而切削工件70。在区域r5中，在工件70从120°旋转到240°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向靠近工件70移动而切削工件70。在区域r6中，在工件70从240°旋转到360°的同时，振动切削刀具50随着其沿z轴方向远离工件70移动而切削工件70。应注意的是，区域r4的后半部分、区域r5的前半部分以及区域r6的后半部分是振动切削刀具50在第二旋转中的移动量小于振动切削刀具50在第一旋转中的移动量的非接触旋转区域3。在非接触旋转区域3中，振动切削刀具50的切削刃不接触工件70，并且由此基本不执行工件70的切削。因此，在非接触旋转区域3中不产生切屑。

接下来，将描述根据本实施例的振动切削刀具50的构造。

如图4、5、6和7所示，根据本实施例的振动切削刀具50主要具有第一顶表面10、第二顶表面20、上表面30、底表面40、第一侧表面17、第二侧表面18、第三侧表面27和第四侧表面28。当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，振动切削刀具50具有基本为菱形的形状。振动切削刀具50设置有在上表面30和底表面40两者中开口的通孔h。上表面30基本平行于底表面40。当从通孔h观看时，第二顶表面20位于第一顶表面10的相反侧。第一顶表面10的形状和第二顶表面20的形状关于通孔h的中央基本旋转对称。底表面40是在将振动切削刀具50附接到切削工具保持器60时与切削工具保持器60接触的部分(见图1)。

第一顶表面10具有第一前刀面11和第一断屑面12。第一断屑面12沿第一边界线15与第一前刀面11续接。第一侧表面17与第一前刀面11续接。第二侧表面18与第一断屑面12续接。底表面40与第一侧表面17和第二侧表面18两者续接。第一前刀面11和第一侧表面17之间的第一脊线13构成切削刃。通常，第一脊线13具有大于或等于1.0mm且小于或等于5.0mm的长度。第一断屑面12和第二侧表面18之间的脊线被限定为第二脊线14。第一脊线13与第二脊线14续接的第一顶点16也可以构成切削刃。第一顶表面10沿第三边界部分19与上表面30续接。第一顶表面10是被第一脊线13、第二脊线14和第三边界部分19包围的区域。

类似地，第二顶表面20具有第二前刀面21和第二断屑面22。第二断屑面22沿第二边界线25与第二前刀面21续接。第三侧表面27与第二前刀面21续接。第四侧表面28与第二断屑面22续接。底表面40与第三侧表面27和第四侧表面28两者续接。第二前刀面21和第三侧表面27之间的第三脊线23构成切削刃。第二断屑面22和第四侧表面28之间的脊线被限定为第四脊线24。第三脊线23与第四脊线24续接的第二顶点26也可以构成切削刃。第二顶表面20沿第四边界部分29与上表面30续接。第二顶表面20是被第三脊线23、第四脊线24和第四边界部分29包围的区域。

如图5所示，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，在第一脊线13与位于第一断屑面12和第二侧表面18之间的第二脊线14之间形成的角度θ4是锐角。当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4例如小于或等于80°，优选地小于或等于60°，并且更优选地小于或等于55°。形成在第一脊线13和第二脊线14之间的角度θ4与形成在第三脊线23和第四脊线24之间的角度基本相同。

如图5所示，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，第一边界线15和第一脊线13之间形成的角度θ3可以在第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4的一半的±20％内。例如，当第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4为80°时，第一边界线15和第一脊线13之间形成的角度θ3大于或等于32°且小于或等于48°。当角度θ4为55°时，角度θ3大于或等于22°且小于或等于33°。当角度θ4为35°时，角度θ3大于或等于14°且小于或等于21°。

如图5所示，当从第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4的平分线l观看时，第一前刀面11和第一断屑面12之间的第一边界线15可以位于第一脊线13的相反侧。换言之，平分线l位于第一脊线13与第一边界线15之间，第一边界线15在第一前刀面11和第一断屑面12之间。平分线l例如平行于上表面30和底表面40。第一边界线15与第一脊线13间隔开，并且与第二脊线14接触。当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，第一边界线15和平分线l之间的距离b(最短距离)例如大于或等于0.2mm且小于或等于0.3mm。距离b优选地大于或等于0.20mm且小于或等于0.27mm，并且更优选地大于或等于0.20mm且小于或等于0.24mm。

如图8所示，在截面41中，第一前刀面11和平行于底表面40的平面s之间形成的前角θ1具有正角，截面41包含形成在第一脊线13和第二脊线14之间的角度θ4的平分线l，且截面41平行于从第一顶表面10朝向底表面40的方向。即，在截面41中，第一前刀面11相对于平面s朝向底表面40倾斜，平面s穿过第一顶点16并平行于底表面40。第一前角θ1例如大于或等于23°且小于或等于35°。前角θ1优选地大于或等于24°且小于或等于30°，并且更优选地大于或等于25°且小于或等于27°。

截面41与第一顶表面10相交的线10b具有第一倾斜部分11b、第一底部部分11c和第二倾斜部分11d。第一倾斜部分11b与第一顶点16续接。第二倾斜部分11d与上表面30续接。第一底部部分11c位于第一倾斜部分11b和第二倾斜部分11d之间。从第一顶点16朝向通孔h，第一倾斜部分11b变得靠近底表面40。从第一顶点16朝向通孔h，第二倾斜部分11d变得远离底表面40。

类似地，截面41与第二顶表面20相交的线20b具有第三倾斜部分21b、第二底部部分21c和第四倾斜部分21d。第三倾斜部分21b与第二顶点26续接。第四倾斜部分21d与上表面30续接。第二底部部分21c位于第三倾斜部分21b和第四倾斜部分21d之间。从第二顶点26朝向通孔h，第三倾斜部分21b变得靠近底表面40。从第二顶点26朝向通孔h，第四倾斜部分21d变得远离底表面40。

如图9所示，前刀面11构成圆柱状(cylindrical)表面。圆柱状表面是圆柱面(cylindersurface)的一部分。第一断屑面12构成平坦表面。垂直于平分线l的截面42与第一顶表面10相交的线10a具有弧部分11a、边界部分15a和直线部分12a。弧部分11a在边界部分15a处与直线部分12a续接。弧部分11a在第一脊线13处与第一侧表面17续接。直线部分12a在第二脊线14处与第二侧表面18续接。截面42例如垂直于上表面30和底表面40。

如图9所示，在垂直于平分线l的截面42中第一断屑面12与平行于底表面40的平面s之间形成的角度θ2例如大于或等于30°且小于或等于50°。角度θ2优选地大于或等于30°且小于或等于40°，并且更优选地大于或等于30°且小于或等于35°。前刀面11在垂直于平分线l的截面42中可以具有大于或等于3mm且小于或等于6mm的曲率半径。前刀面11的曲率半径优选地大于或等于3.5mm且小于或等于5mm，并且更优选地大于或等于4mm且小于或等于4.5mm。

接下来，将描述根据本实施例的振动切削刀具的作用和效果。

根据本实施例的振动切削刀具50，断屑面12构成平坦表面。因此，可以控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。因此，可以抑制切屑落入振动切削刀具50和工件70之间。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，前角θ1大于或等于23°且小于或等于35°。在振动切削方法的情况下，切削刃沿工件的旋转轴线的方向振动。因此，切削刃重复与工件的接触和与工件的分离。与连续切削方法相比，在振动切削方法的情况下，需要良好的咬合性能。通过将前角θ1设定为大于或等于23°，切削刃可以具有相对于工件的改进的咬合性能。结果，可以在不削弱施加到振动切削刀具的振动的情况下机加工工件。此外，通过将前角θ1设定为小于或等于35°，可以抑制振动切削刀具的强度的减小。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，在垂直于平分线l的截面42中断屑面12与平行于底表面40的平面s之间形成的角度θ2大于或等于30°且小于或等于50°。通过将角度θ2设定为大于或等于30°，切屑滑过断屑面，这可以抑制切屑的流动变得难以控制。通过将角度θ2设定为小于或等于50°，可以抑制切削阻力的增加。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，当从平分线l观看时，前刀面11和断屑面12之间的边界线15位于第一脊线13的相反侧。因此，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，边界线15和第一脊线13之间形成的角度θ3在第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4的一半的±20％内。因此，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，当沿从顶表面10朝向底表面40的方向观看时，边界线15和平分线l之间的距离b大于或等于0.2mm且小于或等于0.3mm。通过将距离b设定为大于或等于0.2mm，可以抑制切削刃的锐度受损。通过将距离b设定为小于或等于0.3mm，可以有效地控制切屑的流动以使切屑沿远离工件的方向移动。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，前刀面11在垂直于平分线l的截面42中具有大于或等于3mm且小于或等于6mm的曲率半径。

此外，根据本实施例的振动切削刀具50，第一脊线13和第二脊线14之间形成的角度θ4小于或等于80°。

应理解的是，本文所述披露的实施例在各方面是示例性的且非限制性的。本发明的范围由权利要求的范围来限定，而不是由上文的说明来限定，并且本发明旨在涵盖与权利要求的范围等同的范围和含义内的任何更改。

引用标号列表

1：第一旋转中被切削的区域；2：第二旋转中被切削的区域；3：非接触旋转区域；10：顶表面(第一顶表面)；10a、10b、20b：线；11：前刀面(第一前刀面)；11a：弧部分；11b：第一倾斜部分；11c：第一底部部分；11d：第二倾斜部分；12：断屑面(第一断屑面)；12a：直线部分；13：第一脊线；14：第二脊线；15：第一边界线(边界线)；15a：边界部分；16：第一顶点；17：第一侧表面；18：第二侧表面；19：第三边界部分；20：第二顶表面；21：第二前刀面；21b：第三倾斜部分；21c：第二底部部分；21d：第四倾斜部分；22：第二断屑面；23：第三脊线；24：第四脊线；25：第二边界线；26：第二顶点；27：第三侧表面；28：第四侧表面；29：第四边界部分；30：上表面；40：底表面；41、42：截面；50：振动切削刀具；60：切削工具保持器；70：工件；80：工件保持器；90：振动施加器；95：控制器；100：振动切削设备；a：旋转轴线；h：通孔；l：平分线；r1、r2、r3、r4、r5、r6：区域；a：长度；b：距离。