球头立铣刀的制作方法

本发明涉及球头立铣刀。

背景技术：

近年来，作为球头立铣刀，提出了以精加工为目的而将末端部设成半球状的球头立铣刀(参照专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-112678号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

可是，在上述专利文献1等所公开的末端部为半球状的球头立铣刀中，由于不存在球头刃，因此存在切入量极小且实质上无法进行切削加工这样的问题。

并且，由于在末端部不存在横刃(chiseledge)，因此末端部的切削阻力变大，成为工具破损、或通过末端部加工的工件表面的性状恶化的原因。

本发明解决了上述问题，提供一种能够良好地进行切削加工和研磨加工这两者并且末端部的切削阻力小的实用的球头立铣刀。

用于解决课题的手段

参照附图对本发明的主旨进行说明。

本发明的第一方式涉及一种球头立铣刀，其在刀具主体1的外周形成有从工具末端朝向基端侧的多个切屑排出槽2，在该切屑排出槽2的前刀面3与所述刀具主体1的末端球状面4的交叉棱线部设置有球头刃5、6，其特征在于，所述球头立铣刀的工具旋转中心o存在于末端球状面4上，所述球头立铣刀具有作为一个所述球头刃的靠近中心的球头刃5，所述靠近中心的球头刃5被以如下方式设定：在工具末端观察时，该靠近中心的球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点相对于该工具旋转中心o的距离x比其他所述球头刃6的最靠近工具旋转中心o的点相对于该工具旋转中心o的距离y小。

并且，本发明的第二方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一方式中，所述末端球状面4与通过所述球头刃5、6切削后的面滑动接触。

并且，本发明的第三方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一或第二方式中，在所述末端球状面4的工具旋转方向后方侧连着设置有后刀面7。

并且，本发明的第四方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一～第三中的任一方式中，所述末端球状面4在刃直角方向上的宽度w为工具外径的0.5％以上且25％以下。

并且，本发明的第五方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一～第三中的任一方式中，所述末端球状面4在刃直角方向上的宽度w为工具外径的2.5％以上且20％以下。

并且，本发明的第六方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一～第五中的任一方式中，所述靠近中心的球头刃5的最靠近所述工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x超过工具外径的0％且在3％以下。

并且，本发明的第七方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一～第六中的任一方式中，不是所述靠近中心的球头刃5的其他所述球头刃6的最靠近所述工具旋转中心o的点相对于该工具旋转中心o的距离y为工具外径的2％以上且10％以下，并且为所述靠近中心的球头刃5的最靠近所述工具旋转中心o的点相对于该工具旋转中心o的距离x的1.3倍以上。

并且，本发明的第八方式涉及球头立铣刀，其特征在于，在所述第一～第七中的任一方式中，所述球头刃的数量是两个至四个。

发明效果

由于本发明如上述那样构成，因此成为能够良好地进行切削加工以及研磨加工这双方并且末端部的切削阻力小的实用的球头立铣刀。

附图说明

图1是本实施例的概略说明主视图。

图2是本实施例的概略说明侧视图。

图3是加工面的比较照片。

图4是另一例1的概略说明主视图。

图5是另一例2的概略说明主视图。

图6是另一例3的概略说明主视图。

图7是示出实验结果的表。

图8是示出实验条件的表和示出实验结果的图表及照片。

图9是示出实验结果的表。

图10是示出实验结果的表。

图11是示出确认球状面的方法的一例的说明图。

图12是示出高度的理论值h的说明图。

图13是示出通过测量装置测量的实际的测量画面的一例的说明图。

图14是对近似直线的倾斜度进行说明的说明图。

图15是示出球头立铣刀的末端的r的测量方法的一例的说明图。

图16是示出测量结果的表。

图17是示出测量结果的表。

具体实施方式

根据附图以示出本发明的作用的方式简单地说明本发明的优选的实施方式。

通过球头刃5、6进行切削加工，并且通过末端球状面4进行研磨加工。即，通过切削工件表面并且摩擦切削面，能够得到表面粗糙度小且有光泽的加工面。

并且，由于存在相对于旋转中心集中地配置的靠近中心的球头刃5，因此，即使在末端部不存在横刃，也能够提高对工件的咬合性，且切削阻力变小。并且，通过使另一个球头刃6不靠近中心附近，而是使其远离，由此提高了中心附近的刚性。由此，能够抑制球头刃5、6破损和工件表面的性状恶化。

实施例

根据附图对本发明的具体的实施例进行说明。

本实施例是一种球头立铣刀，如图1、图2所示，该球头立铣刀在刀具主体1的外周形成有从工具末端朝向基端侧的多个切屑排出槽2，在该切屑排出槽2的前刀面3与所述刀具主体1的末端球状面4相交叉的交叉棱线部设有球头刃5、6，其中，所述球头立铣刀的工具旋转中心o存在于末端球状面4上，所述球头立铣刀具有以如下方式设定的靠近中心的球头刃5：在工具末端观察时，一个所述球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x比其他所述球头刃6的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离y小。

本实施例通过焊接等将半球状的cbn(立方氮化硼)材料接合于超硬合金制成的钻柄侧部件的末端，实施槽加工，对该末端的cbn材料实施刃磨加工，由此形成了刃部。本实施例是设有两个切屑排出槽、且设有两个球头刃的双刃球头立铣刀，尤其用于精加工。

末端球状面4是通过将刃磨加工前的cbn材料的外表面(半球状面)的一部分保持原样地保留而形成。即，在对加工前的cbn材料进行设置底刃槽、前刀面以及后刀面等的刃磨加工时，对与包含有工具旋转中心o的末端球状面相当的部分，不实施倒角加工等，由此末端球状面成为上述形状。另外，也可以是这样的步骤：在进行所述刃磨加工之后，通过切削/研磨加工等而形成末端球状面4。而且，末端的材料并不限于cbn，也可以是将整体设成超硬合金制品等的其他结构。

通过在刃磨加工时对相当于末端球状面的部分不实施加工，由此成为这样的结构：作为半球状的cbn材料的球状表面的一部分的、末端球状面4被配置在各球头刃5、6的工具旋转方向后方侧。

在本实施例中，末端球状面4是与被球头刃5、6切削的面滑动接触的球面。即，末端球状面4不是相对于球头刃5、6避让的面，而是在旋转加工时与工件的切削加工面(精加工面)摩擦。末端球状面4通过与切削加工面滑动接触而发挥研磨作用。另外，末端球状面4并不限于球面，只要是能够与被球头刃5、6切削的面滑动接触而发挥研磨作用的结构，则能够适当地采用。例如，只要是近似于球面的阶梯状面等、大致沿着以工具旋转中心o为顶点的凸球面的形状，则能够适当地采用。并且，即使是包含有向球头立铣刀的外侧膨出的曲面(凸出的曲面)的形状(即使不是沿所述凸球面的形状)，只要是能够发挥所述研磨作用的结构，则也能够适当地采用。

并且，在末端球状面4的工具旋转方向后方侧连着设置有后刀面7。通过该后刀面7的设置方式，能够适当地设定末端球状面4在刃直角方向上的宽度w，从而能够调整与被所述球头刃5、6切削的面相接触的接触量。在本实施例中，是与第一后刀面7还连着设置有第二后刀面8的结构。

末端球状面4在刃直角方向上的宽度w被设定成工具外径(刃部的末端部的直径)的0.5％以上且25％以下。具体地说，所述宽度w被设定成在末端球状面4的整个区域中都处于上述数值范围内。并且，在本实施例中设成如下结构：在末端球状面4上，宽度w在靠近中心的球头刃5的工具旋转方向后方侧的区域中取最小值，在球头刃6的工具旋转方向后方侧的区域中取最大值。若不足0.5％，则无法充分发挥球头刃5、6的切削痕去除效果(研磨效果)，若超过25％，则在加工面产生啃削。当优选地设定成2.5％以上且20％以下时，能够得到特别良好的切削痕去除效果。

并且，靠近中心的球头刃5是为了避免由末端球状面4引起的末端部的切削阻力的增大而设置的。

即，未将球头刃相对于工具旋转中心o对称地配置，至少一个球头刃被成通过比其他球头刃靠工具末端部中心附近侧的位置的形状，由此降低了切削阻力。在由前刀面和后刀面形成球头刃的通常的球头立铣刀中，若将各刃配置在不等的位置处，则会导致刀具主体的振动，但是在如本实施例这样由前刀面3和末端球状面4形成球头刃的情况下，无论刃到达哪一个位置处，都不会产生振动，因此即使是设置有靠近中心的球头刃5的结构，也不会产生刀具主体1的振动，从而能够良好地加工。

靠近中心的球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x被设定为超过工具外径的0％且为3％以下。这是因为，若超过工具外径的3％，则无法得到减小切削阻力的效果，若一点距离都不存在，则无法充分发挥切削痕的去除效果。

并且，优选的是，另一球头刃6的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离y被设定为工具外径的2％以上且10％以下，并且为所述距离x的1.3倍以上。通过将距离y设成距离x的1.3倍以上，能够通过基于不等分割的防振效果而得到更加良好的加工面。

通过以上结构，本实施例在加工时通过球头刃5、6的切削和末端球状面4的摩擦而能够减小工件的加工面的表面粗糙度，并且能够得到美丽的光泽。即，在利用通常的在前刀面与后刀面之间的交叉棱线部形成有切刃的旋转切削工具来进行加工的情况下，在工件的加工面上会出现切削痕、即所谓的刀痕(cuttermark)(参照图3的(a))。这样的刀痕成为失去工件表面的光泽且使表面粗糙度恶化的因素。

并且，对于如专利文献1那样以精加工为目的的将末端部设成半球状的球头立铣刀来说，由于其目的只是摩擦，不具有切削刃，因此只能以极小的切入量使用，从而，要求使用进一步高精度的加工机，且为了保持机械姿势而要求长时间保持恒温等严苛的加工环境。在该环境下，使精加工前的加工的剩余量均匀，在此基础上使精加工的切入量也均匀，从而勉强得到目标加工面。实际上，在如下情况下，加工面被啃削而无法得到光泽：该情况是，制作与专利文献1相同的在末端没有球头刃而只是球面的工具，在没有设成前述的严苛的加工环境的情况下使用该工具实施精加工(参照图3的(b))。

关于这一点，根据本实施例，通过球头刃5、6所形成的切割线成为了被末端球状面4平整后的无凹凸感的美丽的表面性状(参照图3的(c))，能够得到有美丽光泽的加工面(镜面)。并且，本实施例由于具有切削刃，因此能够切入，与专利文献1那样的只是球面的精加工工具相比，不要求严苛的加工环境，能够在通常的精加工的水平下使用，而且由于还通过切削刃高效地进行切削，因此与以往产品相比，能够在短时间内实现精加工。

另外，本实施例对双刃球头立铣刀进行了说明，但是关于三刃以上的球头立铣刀也相同。在该情况下，例如在三刃球头立铣刀中，能够如图4所示的另一例1那样相对于工具旋转中心o非对称地配置球头刃，将最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x、y1、y2最小的球头刃作为靠近中心的球头刃5。

并且，在四刃球头立铣刀中，能够如图5所示的另一例2以及图6所示的另一例3那样相对于工具旋转中心o非对称地配置球头刃，将最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x、y1、y2、y3最小的球头刃作为靠近中心的球头刃5。另一例2是使任意一个球头刃极端地靠近工具旋转中心o的结构，另一例3是这样的结构：隔着工具旋转中心o的一对球头刃的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x、y2比较靠近工具旋转中心o。

本实施例由于如上所述构成，因此通过球头刃5、6进行切削加工，并且通过末端球状面4进行研磨加工。即，通过切削工件表面并且摩擦切削面，能够得到表面粗糙度小且有光泽的加工面。

并且，由于存在相对于旋转中心集中配置的靠近中心的球头刃5，因此即使在末端部不存在横刃，也能够提高对工件的咬合性，且切削阻力变小。并且，通过使另一球头刃6不靠近中心附近，而是使其远离，由此提高了中心附近的刚性。由此，能够抑制球头刃5、6破损或工件表面的性状恶化。

由此，本实施例成为能够良好地进行切削加工及研磨加工双方、而且末端部的切削阻力小的实用的球头立铣刀。

对用于证明本实施例的效果的实验例进行说明。

图7示出了对加工面(精加工面)相对于末端球状面4在刃直角方向上的宽度w的状态进行比较的实验结果。在此，关于目视观察下的精加工面的状态的判定，将特别良好的状态标注为◎，将良好的状态标注为〇，将与末端为半球状的以往品等同的状态标注为△，将比以往品差的状态标注为×。

具体地说，使用本实施例的工具外径为1mm的双刃球头立铣刀，在转速为30000min^-1、进给速度为750mm/min、精加工量为0.005mm、周期进给量为0.02mm的条件下，对作为被切削件的高速工具钢(64hrc)进行了加工。

其结果是，能够确认到下述方案特别优选：将末端球状面4在刃直角方向上的宽度w的最小值以及最大值(如上所述，在本实施例所涉及的工具中，宽度w在靠近中心的球头刃5的工具旋转方向后方侧的区域中取最小值，在球头刃6的工具旋转方向后方侧的区域中取最大值。)设定为处于工具外径的2.5％以上且20％以下的范围内。并且，确认到，即使在其他工具外径的情况下，也能够得到相同的结果。

并且，图8示出了通过以往例(通常的在前刀面与后刀面的交叉棱线部形成有切刃的旋转切削工具)和本实施例所涉及的实验例，对以0.005mm的切入量进行工件表面的精加工之后的加工面的表面粗糙度和表面状态进行比较的结果。在图8的(a)中示出了实验例的规格以及实验条件。另外，关于实验例的末端球状面4在刃直角方向上的宽度w，将最小值设定为0.041mm(工具外径的6.8％)，将最大值设定为0.065mm(工具外径的10.8％)。

根据实验结果能够确认到：无论实验例的加工面是15°的倾斜面还是45°的倾斜面，都是表面粗糙度小(图8的(b))，且表面的光泽强，如镜面那样(图8的(c))。

并且，图9示出了针对距离x和距离y的、对加工面(精加工面)、工具末端的状态以及综合评价进行比较的实验结果，其中，所述距离x是靠近中心的球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离，所述距离y是另一个的所述球头刃6的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离。在此，关于目视观察下的精加工面的状态，将特别良好的状态标注为◎，将良好的状态标注为〇，将与末端为半球状的以往品等同的状态标注为△，将比以往品差的状态标注为×。并且，关于加工后的工具末端的状态，将在加工后的工具末端未看到异常损伤的状态标注为〇，将有较大的缺损或微小的缺口等异常损伤的状态标注为×。而且，同样地利用◎、○、△、×来表示将精加工面和工具的状态合并在一起的综合评价。

具体地说，使用本实施例的工具外径为1mm的双刃球头立铣刀，在转速为30000min^-1、进给速度为750mm/min、精加工量为0.005mm、周期进给量为0.02mm的条件下，对作为被切削件的高速工具钢(64hrc)进行了加工。

其结果是，能够确认到下述方案特别优选：将球头刃6的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离y设定为工具外径的2％以上且10％以下、并且为所述距离x的1.3倍以上。

并且，图10示出了靠近中心的球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x、和工具末端部的工具状态的实验结果。

具体地说，使用本实施例所涉及的工具外径为0.8mm的双刃球头立铣刀，在转速30000为min^-1、进给速度为750mm/min、精加工量为0.005mm、周期进给量为0.016mm的条件下，对作为被切削件的高速工具钢(64hrc)进行了加工。

其结果是，能够确认到：通过使靠近中心的球头刃5的最靠近工具旋转中心o的点与该工具旋转中心o之间的距离x为0.005mm且为工具外径的0.6％来相对于工具中心集中配置，由此，能够减小切削阻力，抑制工具损伤。

另外，关于球头立铣刀的末端面是否为本实施例的末端球状面4，能够通过球面测量来进行确认，其中，在该球面测量中使用接触探头式三维形状测量装置、激光探头式三维形状测量装置(激光显微镜)等不限于接触式或非接触式的通常的三维形状测量装置。具体地说，只要能够确认到如下情况即可：末端面与通过磨具等加工之后的平坦的后刀面、即平面不同，且成为了大致沿着以工具旋转中心o为顶点的凸球面的曲面形状。

并且，例如还能够使用激光显微镜(例如keyencecorporation制造的形状分析激光显微镜vk-x160等)作为测量装置，并如下这样来确认。

如图11所示，描绘以从正面观察球(半球)时成为顶点的部分为中心的任意半径r的圆，此时，在该半径r的圆上的任意部分，高度(工具轴向高度)均相同(a)。并且，该高度与如图12所示那样在侧面观察的方向上根据所述半径r和球的半径r的正圆所计算出的高度的理论值h(r-rcosθ)一致(b)。因此，例如，如果球头立铣刀的末端面在半径不同的多个所述圆中满足该(a)以及(b)，则能够判断为球状面。

关于上述(a)，能够通过如下方法来确认：使用激光显微镜以适当的间隔测量任意半径的圆上的z坐标(工具轴向高度)，用最小平方法对工具末端面的该圆上的所有z坐标值画出近似直线(图13)。即，若所有的z坐标值都如理论值那样相同，则近似直线的倾斜度为0。因而，只要倾斜度大致为0，就能够判断为球状面，在近似直线的倾斜度明显较大的情况(例如为±5°以上的情况)下，能够判断出不是球面状。另外，在此，如图14所示，关于所述近似直线的倾斜度，以相对于球头刃避让的方向为正，以从球头刃突出的方向为负。并且，在以μm表示倾斜度的情况下，表示所述近似直线的左右两端的高度之差，在以角度表示倾斜度的情况下，表示近似直线相对于轴直角方向的角度。

具体地说，近似直线的倾斜度优选如上所述那样为0，但是，只要是在相对于球头刃避让的方向上为2°以下、且在从球头刃突出的方向上为2°以下的范围(±2°的范围)，则能够得到良好的切削痕去除效果。即，通过在加工时施加推力载荷，由此，工件在工具轴向上发生弹性变形，并且在球头刃通过之后通过弹性变形的恢复而与末端球状面接触，因此，末端球状面即使在轴向上相对于球头刃稍微避让，也会与切削加工面滑动接触，但是，超过2°得越多，则接触量越小，研磨的效果逐渐丧失。并且，即使末端球状面相对于球头刃突出，也能够发挥切削痕去除效果，但是，若超过2°而大幅地突出，则会导致过度摩擦而啃削加工面。优选为±0.5°以内的范围。

并且，关于上述(b)，能够通过如下方法来确认：例如利用使用了ccd相机的非接触工具直径测量仪，从工具侧面测量作为对象的球头刃的0°、10°、20°……90°位置处的x坐标(相对于工具旋转中心的距离)和y坐标(相对于末端的距离)，根据由该非接触工具直径测量仪测量出的x-y坐标，并利用最小平方法计算近似圆的半径r(参照图15)，对根据该半径r计算出的所述高度的理论值h与任意圆上的工具轴向高度(通过激光显微镜测量出的z坐标值)进行比较。

具体地说，在满足上述(a)的末端面中，若所述近似直线的最大值侧(向工具末端侧突出的一侧)的值与所述高度的理论值h一致或者近似，则能够判断为球状面，在所述近似直线的最大值侧的值与所述高度的理论值h之差较大的情况下，能够判断出不是球面状。

另外，球头刃的所述x-y坐标并非必须从0°起每隔10°测量至90°，只要以规定间隔测量多个点即可。例如，并不限于如图15的(a)那样的通常的球头立铣刀，在如图15的(b)那样的锥形球头立铣刀的情况下，也可以将球头刃的所述x-y坐标从0°起每隔10°测量至60°来计算r。

将r实际上为0.5mm的本实施例所涉及的球头立铣刀的上述(a)以及(b)的测量结果在图16中示出，将以往品(不是球状面而是通常的后刀面的例子)的上述(a)的测量结果在图17中示出。

关于上述(a)，分别以规定间隔测量所述球头立铣刀的以工具旋转中心o为中心的半径为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25mm的各圆上的z坐标，用最小平方法对工具末端面的该圆上的所有z坐标值画出近似直线来进行确认。

关于上述(b)，对所述球头立铣刀的实际的r进行了测量，结果是，本实施例所涉及的球头立铣刀的实际的r为0.5018mm。然后，对能够根据r＝0.5018mm的近似圆计算出的高度的理论值h与z坐标(近似直线的最大值)进行比较来确认。另外，关于以往品，其明显不满足上述(a)，因此未进行上述(b)的确认。

根据这些结果能够确认到：关于本实施例所涉及的球头立铣刀，近似直线的倾斜度无论是用μm标记还是用角度标记均为大致0，高度的理论值h与z坐标(近似直线的最大值)之差也大致为0，因此为球状面。

另一方面，关于以往品，能够确认到：在近似直线中确认到了明显的倾斜度，其不具有球面的特征，不是球状面。

标号说明

1：刀具主体

2：切屑排出槽

3：前刀面

4：末端球状面

5、6：球头刃

7：后刀面

o：工具旋转中心

w：末端球状面在刃直角方向上的宽度

x、y：相对应工具旋转中心的距离