铣刀以及工件加工方法与流程

本发明涉及能对具有反向凸缘(returnflange)的肋那样的根切(undercut)部高效率地且高精度地进行加工的铣刀以及工件加工方法。

背景技术：

在专利文献1中记载了在工件侧面形成根切的t形刀具。该t形刀具具有与刀柄的一端结合的刀头，使在该刀头的末端侧具有切刃的多个底刃部和在基端侧具有切刃的多个上刃部在周向交替配置，上述底刃部以及上述上刃部的切刃呈与上述刀柄以及上述刀头一体的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：wo2014068710

技术实现要素：

发明所要解决的课题

专利文献1的t形刀具的底刃部、上刃部、刀柄以及刀头呈一体的结构，因而，刚性提高，能够高效率地进行根切加工。但是，若肋的高度变高，则必须相应地加长刀柄，存在有在刀柄上作用大的横向力(弯曲应力)而导致刀柄发生变形从而加工速度、加工精度降低的问题。另外，对于专利文献1的t形刀具，在工件的肋与肋交叉的角部加工弯曲的内周面的场合，存在只能加工具有比t形刀具的刀头的半径大或者与之相同的曲率半径的内周面的问题。

本发明以解决上述的现有技术的问题为技术课题，其目的在于提供能够高效率地且高精度地对具有反向凸缘的肋那样的根切部进行加工的铣刀以及工件加工方法。

用于解决课题的方案

为了达成上述的目的，根据本发明，提供一种铣刀，该铣刀由刀柄部和设在该刀柄部的末端侧且具有切刃的刀头构成，其中，上述刀头包括从与上述刀柄部相接的基端部朝末端方向直径逐渐扩大的扩径部和从最大直径部起朝末端方向直径逐渐缩小的缩径部，在上述扩径部以及上述缩径部设有切刃。

另外，根据本发明，提供一种工件加工方法，该工件加工方法对固定于机床的工作台的工件的肋和与该肋连续形成的反向凸缘的内侧部分进行根切，其中，将技术方案1所述的铣刀安装在上述机床的主轴上并使该铣刀旋转，由上述铣刀的上述扩径部的切刃加工反向凸缘的内侧，由上述铣刀的上述缩径部的切刃加工肋的侧面。

发明的效果

根据本发明，由于铣刀的刀头包括从基端部起朝末端方向直径逐渐扩大的扩径部和从最大直径部起朝末端方向直径逐渐缩小的缩径部，在上述扩径部以及上述缩径部设置切刃，所以，能够使铣刀倾斜地接近工件的根切部，能够不与反向凸缘发生干涉地进行工件的加工，因而，能够缩短刀柄的突出长度。因而，能够在高的加工条件下高效率地且高品位地对根切部进行加工。

附图说明

图1是根据本发明的第1实施方式的铣刀的主视图。

图2是从与图1相差90°的方向观看的铣刀的侧视图。

图3是拆掉切刃来表示的图1的铣刀的主视图。

图4是拆掉切刃来表示的图2的铣刀的侧视图。

图5是从刀头侧观看的图1的铣刀的仰视图。

图6是从刀柄侧观看的图1的铣刀的俯视图。

图7是图1的铣刀中使用的上侧刀片的主视图。

图8是图7的上侧刀片的立体图。

图9是从其他方向观看的图7的上侧刀片的立体图。

图10是图1的铣刀中使用的下侧刀片的主视图。

图11是图7的下侧刀片的立体图。

图12是从其他方向观看的图10的下侧刀片的立体图。

图13a是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图13b是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图14a是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图14b是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图15a是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图15b是用于对加工具有反向凸缘的肋的方法进行说明的示意图。

图16是用于对使用了t形刀具的场合的根切部的加工进行说明的示意图。

图17是用于对使用了本发明的铣刀的场合的根切部的加工进行说明的示意图。

图18是用于对拐角部处的根切部的加工进行说明的示意图，在图18中，铣刀正到达拐角部的入口。

图19是在图18中沿箭头线xix的方向观看的立体图。

图20是在图18中沿箭头线xx的方向观看的侧视图。

图21是在图18中沿箭头线xxi的方向观看的侧视图。

图22是用于对拐角部处的根切部的加工进行说明的示意图，在图22中，铣刀正加工拐角部的大致中央部。

图23是在图22中沿箭头线xxiii的方向观看的立体图。

图24是在图22中沿箭头线xxiv的方向观看的侧视图。

图25是在图22中沿箭头线xxv的方向观看的侧视图。

图26是用于对拐角部处的根切部的加工进行说明的示意图，在图26中，铣刀正到达拐角部的出口。

图27是在图26中沿箭头线xxvii的方向观看的立体图。

图28是在图26中沿箭头线xxviii的方向观看的侧视图。

图29是在图26中沿箭头线xxix的方向观看的侧视图。

图30是根据本发明的第2实施方式的铣刀的主视图。

图31是图30的铣刀的立体图。

图32是从刀头侧观看的图30的铣刀的仰视图。

图33是从刀柄侧观看的图30的铣刀的俯视图。

图34是拆掉切刃来表示的图30的铣刀的主视图。

图35是拆掉切刃来表示的图30的铣刀的立体图。

图36是拆掉切刃来表示的从刀头侧观看的图30的铣刀的仰视图。

图37是拆掉切刃来表示的从刀柄侧观看的图30的铣刀的俯视图。

图38是图30的铣刀中使用的刀片的主视图。

图39是图30的刀片的立体图。

图40是从其他方向观看的图30的刀片的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

首先，参照图1～图12对本发明的铣刀的第1实施方式进行说明。

铣刀10具备圆柱状的刀柄12和一体地形成在刀柄12的末端上的刀头14。刀头14具有从与刀柄12相接的基端侧起朝末端方向直径扩大的大致圆锥台形状的扩径部14a和从扩径部14a起进一步朝末端方向直径缩小的大致圆锥台形状的缩径部14b，形成为大致算盘珠的形状。在扩径部14a与缩径部14b之间形成有作为直径最大的最大直径部的过渡部14c。另外，刀头14具有形成于扩径部14a的上侧槽16和形成于缩径部14b的下侧槽18。上侧槽16和下侧槽18围绕刀头14的中心轴线o交替地按等角度间隔配置。在图示的实施方式中，刀头14具有3个上侧槽16和3个下侧槽18。另外，在本实施方式中，上侧槽16和下侧槽18按等角度间隔配置，但为了防止微振也可以按不等角度间隔配置。

在上侧槽16分别形成有上侧座部16a，在下侧槽18分别形成有下侧座部(图3、图4)。在上侧座部16a分别安装有上侧刀片20，在下侧座部18a分别安装有下侧刀片22。在图示的实施方式中，在扩径部14a配置3个上侧刀片20，在缩径部14b配置3个下侧刀片22，但在本发明中并不将上侧刀片20以及下侧刀片22的个数限定为3个，只要配置至少1个上侧刀片20和至少1个下侧刀片22即可。因此，扩径部14a以及缩径部14b只要分别具有至少1个的上侧槽16以及下侧槽18即可。

上侧座部16a形成为，安装于该上侧座部16a的上侧刀片20的直线的主切刃20c(图7～图9)在沿该铣刀10的旋转方向逐渐接近过渡部14c的方向上倾斜地延伸。下侧座部18a形成为，安装于该下侧座部18a的下侧刀片22的直线状的主切刃22c(图10～图12)在沿该铣刀10的旋转方向逐渐接近过渡部14c的方向上倾斜地延伸。

进而，能够在铣刀10上形成用于对加工区域供给冷却剂的冷却剂通路。该冷却剂通路可以包括：沿着铣刀10的中心轴线o贯穿刀柄12的入口通路24；从该入口通路24在半径方向贯穿刀头14而在与各上侧槽16的上侧座部16a面对的侧壁16b上开口的上侧半径方向通路26a；以及在与各下侧槽18的下侧座部18a面对的侧壁18b上开口的下侧半径方向通路26b。

参照图7～图9，上侧刀片20具有上端部20a和下端部20b。上侧刀片20以下端部20b配置在过渡部14c的近旁的方式安装于上侧座部16a。另外，上侧刀片20具有当安装于上侧座部16a时配置在与该上侧座部16a相反的一侧且与上侧槽16的侧壁16b面对的前倾面20e和朝向半径方向外侧的退让面20g。利用前倾面20e和退让面20g，形成出从上端部20a大体呈直线状延伸的主切刃20c和与下端部20b邻接设置且与主切刃20c连结的圆弧状的副切刃20d。

参照图10～图12，下侧刀片22具有上端部22a和下端部22b。下侧刀片22以上端部22a配置在过渡部14c的近旁的方式安装于下侧座部18a。另外，下侧刀片22具有当安装于下侧座部18a时配置在与该下侧座部18a相反的一侧且与下侧槽18的侧壁18b面对的前倾面22e和朝向半径方向外侧的退让面20f。利用前倾面22e和退让面22f，形成出从下端部22b大体呈直线状延伸的主切刃22c和与上端部22a邻接地设置且与主切刃22c连结的圆弧状的副切刃22d。进而，下侧刀片22在其下端部22b形成有与主切刃22c连结的底切刃22g和与该底切刃22g连结的内切刃22h。

上侧刀片20和下侧刀片22安装于上侧座部16a、下侧座部18a，以便各个副切刃20d、22d在铣刀10的旋转方向相对于主切刃20c、22c朝前侧扭转地配置。也就是，上侧刀片20和下侧刀片22彼此不同地倾斜安装。进而，上侧刀片20安装于上侧座部16a，以便当使铣刀10绕中心轴线o旋转时所有的上侧刀片20的主切刃20c都沿着1个圆锥面旋转。同样，下侧刀片22安装于下侧座部18a，以便使铣刀10绕中心轴线o旋转时所有的下侧刀片22的主切刃22c都沿着1个圆锥面旋转。另外，副切刃20d、22d既可以在铣刀10的旋转方向相对于主切刃20c、22c朝后侧扭转地配置，也可以按照没有扭转的状态来配置。

在图示的实施方式中，当铣刀10旋转时由上侧刀片20以及下侧刀片22的主切刃20c、22c描绘出的2个圆锥面相对于该2个圆锥面之间的交线所规定的平面而对称，但根据作为目的的加工处理或工件形状也可以为非对称。另外，包括中心轴线o的平面与上述2个圆锥面之间的交线(各圆锥面的母线)以规定的角度交叉。该角度可以根据作为目的的加工处理而设为各种值。上述2个交线形成的角度例如可以如后述那样设为与肋和从该肋的上端伸出的反向凸缘之间的角度相一致的角度，优选的是设为90°。另外，上侧刀片20的主切刃20c形成得比上述反向凸缘的伸出尺寸(宽度)大。

进而，上侧刀片20以及下侧刀片22安装于上侧座部16a以及下侧座部18a，以便当使铣刀10绕中心轴线o旋转时，副切刃20d、22d沿着旋转体形状移动，该旋转体形状是使在刀头14的半径方向鼓出的1个圆弧绕铣刀10的中心轴线o旋转时的轨迹。该旋转体形状可形成为与当上述的铣刀10旋转时上侧刀片20以及下侧刀片22的主切刃20c、22c描绘出的2个圆锥面双方都内切的形状。

另外，使用刀具钢一体地形成刀柄12和刀头14，上侧刀片20以及下侧刀片22可采用钎焊那样的适当结合技术安装于该刀头14的上侧座部16a以及下侧座部18a。进而，也可以是，在将上侧刀片20以及下侧刀片22安装到上侧座部16a以及下侧座部18a上之后，对上侧刀片20以及下侧刀片22实施研削加工，主切刃20c、22c所描绘出的上述2个圆锥面各自的母线变成与工件的肋和从该肋的上端伸出的反向凸缘之间的角度相一致的角度，并且，副切刃20d、22d所描绘出的旋转体形状与上述2个圆锥面的双方都内切。

以下，参照图13a～图15b对使用铣刀10的肋加工方法进行说明。在图13a～图15b中，作为工件的制品100具有底壁102、形成从底壁102垂直延伸的薄壁的肋104、以及从肋104的上端起与底壁102大致平行地朝彼此相反的方向突出的第1和第2反向凸缘106、108。在图13a～图15b的例子中，例如，在具有正交3轴的直线进给轴和至少1个旋转进给轴的至少4轴的加工中心，优选的是具有正交3轴的直线进给轴和2个旋转进给轴的5轴的加工中心那样的机床(未图示)中，将端铣刀具70、根据本实施方式的铣刀10以及t形刀具72依次安装到上述机床的主轴80的末端上，从由铝合金那样的金属材料形成的厚板切出制品100。另外，端铣刀具70、铣刀10以及t形刀具72分别经由刀架74而安装于主轴80。另外，工件被固定到机床的工作台(未图示)上。

第1和第2反向凸缘106、108中的一方在本例中从第1反向凸缘106的那侧被加工。首先，对应于第1反向凸缘106的宽度尺寸，使用如端铣刀具70(图13a)那样能够利用刀具的侧面进行切削的旋转刀具，在底壁102、第1和第2反向凸缘106、108、以及第1和第2反向凸缘106、108与底壁102之间的部分110、112以外的区域，从上述厚板除去材料(图13b)。

接着，将端铣刀具70更换为铣刀10(图14a)，从第1反向凸缘106与底壁102之间的部分110将材料除去(根切)。此时，如图14a所示那样，将机床的旋转进给轴设定成能够由下侧刀片22对肋104的侧面进行加工。在图14a中，铣刀10相对于工件朝与纸面垂直的方向被进给，接着，如箭头z所示那样，从反向凸缘106向底壁102的方向被进给规定距离(周期进给量)，再次朝与纸面垂直的方向被进给，在部分110从第1反向凸缘106侧朝底壁102侧以与周期进给量相当的宽度的带状逐渐除去材料。在下侧刀片22与底壁102的表面接触之前，都朝箭头z所示的方向反复进行周期进给，同时朝与纸面垂直的方向进给铣刀10，从而从部分110除去材料，这样，最终如图14b所示那样，在肋104与底壁102之间留下朝与纸面垂直的方向延伸的三棱柱状的部分110a。该部分110a可利用t形刀具72(图15a)来除去(图15b)。在由铣刀10进行根切的期间，不仅是主切刃20c、22c、副切刃20d、22d，底切刃22g以及内切刃22h也有助于加工处理，从而能够不发生挤裂地进行加工。

第2反向凸缘108和底壁102之间的部分112也可通过与上述方法同样的方法来除去。这样，具有底壁102、从底壁102垂直地延伸的肋104、以及从肋104的上端起与底壁102大致平行地朝彼此相反的方向突出的第1和第2反向凸缘106、108的制品100能够从铝合金等金属制厚板材料切削出来。制品100可以是例如飞机的机翼的部件。

部分110a如图16所示那样，即便使用t形刀具72也能够除去。在该场合，t形刀具72被定向成其旋转轴线与肋104平行。因此，t形刀具72的突出长度、也就是自刀架74的下端面至t形刀具72的末端的距离ltc必须大于肋104的高度。相对于此，在根据本实施方式的铣刀10中，以下侧刀片22所描绘的圆锥面与肋104相接的方式被倾斜定向。因此，铣刀10的突出长度ltp可以设为反向凸缘106或108与刀架74不干涉的长度。反向凸缘106、108的伸出长度通常相比肋104的高度而格外地短，因而，铣刀10的突出长度ltp能够比t形刀具72的突出长度ltc短。通过缩短突出长度，通常，刀具相对于弯曲或倒塌的静刚性也好相对于振动的动刚性也好都变高，因而能提高刀具的旋转速度或进给速度。因此，通过使用根据本实施方式的铣刀10，相比使用现有的t形刀具72的场合，能够高效率地加工制品100。另外，难以发生微振，加工面品位也得到提高。

进而，铣刀10不仅仅是如图13a～图15b所示那样的加工直线状的肋的场合，也可以加工如图18～图29所示那样以规定的角度、图示例中以90°弯折了的肋。在图18～图29中，具有：平板状的底壁202、从底壁202垂直突出的第1和第2肋204、206、从第1肋204的上端垂直地突出的反向凸缘208、以及第1和第2肋204、206交叉的拐角部210。由拐角部210彼此结合的第1和第2肋204、206相互以90°的角度沿着底壁202延伸设置。另外，工件200固定于机床的工作台(未图示)。

首先，铣刀10如图14a、图14b所说明的那样，对第1肋204的上缘部和反向凸缘208的下表面进行加工。更详细来讲，铣刀10以由上侧刀片20的主切刃20c加工反向凸缘208的下表面并同时由下侧刀片22的主切刃22c加工第1肋204的侧面的方式，从第1肋204的一端(图18中的下端部)朝拐角部210(图18中朝上方)沿着第1肋204的上缘部的侧面被直线进给。在第1肋204的上缘部的侧面和反向凸缘208的下表面被加工(根切)的期间，利用上侧刀片20以及下侧刀片22的副切刃20d、22d，同时对第1肋204与反向凸缘208之间的拐角r部(圆角部)208a进行加工。

如图18～图21所示那样，若铣刀10到达拐角部210的入口，则铣刀10没有中断地继续沿着拐角部210的上缘部的内周面210a并沿着大体圆弧状的刀具路径被进给(图22～图25)。如已说明那样，铣刀10由于下侧刀片22具有底切刃22g和内切刃22h，所以，能够通过5轴同时控制而自由地变更切入方向(铣刀10的旋转轴线o的方向)并同时进行切削，不会在加工面上形成台阶差那样的加工痕迹，能够加工如图示那样具有反向凸缘的拐角部210。

如图26～图29所示那样，若铣刀10到达拐角部210的出口，则铣刀10没有中断地继续沿着第2肋206的侧面朝第2肋206的末端(图22、图24中朝右方)被直线进给。在此期间，通过下侧刀片22的主切刃22c，对第2肋206的上缘部的侧面进行加工。铣刀10到达第2肋206的末端(图22、图24中的右部)，第2肋206的上缘部的加工结束，这样，铣刀10在接近底壁202的方向(下方)被赋予周期进给。接着，朝拐角部210沿着第2肋206的侧面被直线进给，在第2肋206的侧面，对通过前次的加工工序而完成的加工面的下侧进行加工。

另外，在图18～图29中，在第1肋204与拐角部210之间以及拐角部210与第2肋206之间示出了直线，但该直线仅仅是出于容易理解第1肋204、拐角部210、第2肋206这样的目的而记载在附图中的要素，在实际的加工面上并不会形成像这样的直线状的台阶差或槽的加工痕迹。

这样，第1肋204的上缘部的侧面连同反向凸缘208的下表面一起被加工，拐角部210以及第2肋206的上缘部的侧面被加工，进而第1肋204、拐角部210以及第2肋206的侧面被加工，这样，最终在第1肋204、拐角部210以及第2肋206与底壁202之间形成出图14b所示的截面为三角形的类似于部分110a的切削残余部分(未图示)。该切削残余部分如图15a所示那样通过t形刀具来除去。此时，可根据t形刀具的形状，在第1肋204、拐角部210以及第2肋206与底壁202之间形成拐角r部(圆角部)204a、210b、206a。

另外，在图18～图29所示的实施方式中，反向凸缘208沿着第1肋204的上端相对于底壁202大致平行且以一定的宽度延伸设置。反向凸缘208在拐角部210随着接近第2肋206而宽度逐渐减小，在第2肋206上实质上未设置反向凸缘。但是，工件200也可以沿着第2肋206的上端具有与反向凸缘208同样的反向凸缘。

接着，参照图30～图40对本发明的铣刀的第2实施方式进行说明。

在第1实施方式中，将刀片分割成上侧刀片20和下侧刀片22，而在第2实施方式中，将两刀片20、22一体化，形成为v字形的1个刀片，成为从刀头的扩径部遍及至缩径部地安装该刀片的形态。

铣刀50具备圆柱状的刀柄52和与刀柄52的末端形成为一体的刀头54。刀头54具有从与刀柄52相接的基端侧朝末端方向直径扩大的大致圆锥台形状的扩径部54a和从扩径部54a进一步朝末端方向直径缩小的大致圆锥台形状的缩径部54b，形成为大致算盘珠的形状。在扩径部54a与缩径部54b之间形成有作为直径最大的最大直径部的过渡部54c。在本实施方式中，过渡部54c呈使朝刀头54的半径方向鼓出的圆弧绕铣刀50的中心轴线o旋转而得的旋转体形状。

刀头54具有形成于扩径部54a的上侧槽56和形成于缩径部54b的下侧槽58。在刀头54，形成有围绕刀头54的中心轴线o按等角度间隔配置的四对的上侧槽56和下侧槽58。各对的上侧槽56和下侧槽58连续，形成出遍及扩径部54a、过渡部54c以及缩径部54b地形成的1个槽部。另外，槽部的个数并非本发明的必要条件，可设置至少1个槽部。

在槽部56、58中，形成有用于安装刀片60的座部62。座部62由对形成为v字形的刀片60进行承接的平面形成。在本实施方式中，形成座部62的平面与铣刀50的中心轴线o平行。

进而，可在铣刀50形成用于对加工区域供给冷却剂的冷却剂通路。该冷却剂通路可包括：沿着铣刀50的中心轴线o贯穿刀柄52的入口通路64；从该入口通路64在半径方向贯穿刀头54并在各上侧槽56中的与座部62面对的侧壁56a开口的上侧半径方向通路66a；以及在各下侧槽58中的与座部62面对的侧壁58a开口的下侧半径方向通路66b。

参照图38～图40，刀片60具有第1和第2腕部60a、60b和将该第1和第2腕部60a、60b结合的弯折部61，整体上形成为v字形。另外，刀片60具有当安装于座部62时配置在与该座部62相反的一侧且与上侧槽56的侧壁56a面对的前倾面60f和朝向半径方向外侧的退让面60g。利用前倾面60f和退让面60g，形成出在第1腕部60a大体呈直线状延伸的第1主切刃60c、在第2腕部60b大体呈直线状延伸的第2主切刃60d、以及设于弯折部61且与第1和第2主切刃60c、60d连结的圆弧状的副切刃60e。

刀片60被安装于座部62，以便当使铣刀50绕中心轴线o旋转时，第1主切刃60c沿着同一圆锥面旋转，第2主切刃60d沿着同一圆锥面旋转。当铣刀50旋转时，第1和第2主切刃60c、60d描绘出的圆锥面与包含中心轴线o的平面之间的2根交线(各圆锥面的母线)以规定的角度交叉。该角度可根据作为目的的加工处理而设为各种值。上述2个交线所形成的角度例如可以像后述那样设为与肋和从该肋的上端伸出的反向凸缘之间的角度相一致的角度，优选的是设为90°。

另外，刀片60优选的是如图32、33所示那样，当安装于座部62时，其第1和第2主切刃60c、60d、副切刃60e、底切刃60h以及内切刃60j被配置在包含铣刀50的中心轴线o的1个平面内。进而，第1和第2主切刃60c、60d、副切刃60e、底切刃60h以及内切刃60j被配置在配置有直径上相反侧的刀片60的第1和第2主切刃60c、60d、副切刃60e、底切刃60h以及内切刃60j的同一平面内。

进而，刀片60被安装于座部62，以便当使铣刀50绕中心轴线o旋转时，副切刃60e描绘出使朝刀头14的半径方向鼓出的圆弧绕铣刀50的中心轴线o旋转而成的1个旋转体形状的轨迹。该旋转体形状可以形成为与当上述的铣刀50旋转时刀片60的第1和第2主切刃60c、60d描绘出的2个圆锥面的双方都内切的形状。

另外，刀片60可以采用钎焊那样的适当结合技术安装在座部62。进而，可以也是，在将刀片60安装于座部62之后，对刀片60施加研削加工，第1和第2主切刃60c、60d描绘出的上述2个圆锥面各自的母线变成与肋和从该肋的上端伸出的反向凸缘之间的角度相一致的角度，并且，副切刃60e描绘出的旋转体形状与上述2个圆锥面的双方都内切。

附图标记的说明

10铣刀

12刀柄

14刀头

14a扩径部

14b缩径部

20上侧刀片

22下侧刀片

104肋

106第1反向凸缘

108第2反向凸缘

204第1肋

206第2肋

208反向凸缘

210拐角部