球頭立銑刀的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種球頭立銑刀，其能夠以比較大的切削深度進行切削，工具前端的形狀不會偏離球形狀，并能夠減少切削殘留。本發明的球頭立銑刀(1)在繞軸線x旋轉的工具前端部(2)的球形狀部(21)，避開前端旋轉中心部分形成有圓弧狀球頭刃(52)，并且，在前端旋轉中心部分具有十點平均粗糙度Rz≥10μm的表面粗糙度，通過該表面的凹凸對被切削材料進行磨削加工的球面狀磨削實施面(6)以無高低差的方式與球頭刃(52)的后刀面(7)連接而形成。
【專利說明】球頭立銑刀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于銑削加工精密模具等的小徑的球頭立銑刀及其制造方法。
【背景技術】
[0002]作為沖壓模具等的三維曲面的精加工用立銑刀，使用的是由金剛石燒結體(PCD)或cBN燒結體等硬質材料形成的小型的球頭立銑刀。然而，根據加工條件，在通過球頭立銑刀進行加工的槽中，以等間距產生因切削殘留而引起的凸形形狀，因此存在需要進行后期處理工序以獲得高度平滑的加工面的問題。
[0003]相對于球頭立銑刀的進給速度，若其轉速(各速度)相對越慢，則該因切削殘留而引起的凸形形狀越大，在加工槽的逆銑側幾乎不出現，而在順銑側產生較大。并且，在切屑刃部的轉速小的球頭立銑刀的前端中心附近(槽的中心附近)明顯地出現。
[0004]于是，為抑制這種因切削殘留而引起的凸形形狀，在專利文獻I中，使容易產生切削殘留的球頭立銑刀的前端旋轉中心附近的形狀為平坦，以減少產生切削殘留。
[0005]另外，如專利文獻2所記載，若為無切削刃且對球頭立銑刀的整個表面僅賦予微細凹凸的球頭立銑刀，則不會產生切削殘留。
[0006]專利文獻1:日本專利公告平8-25086號公報
[0007]專利文獻2:日本專利公開2008-49428號公報
[0008]然而，在專利文獻I所記載的球頭立銑刀中，由于立銑刀的前端旋轉中心附近形成為平坦，因此不同于球形狀。因此，存在NC加工編程困難等實用上的問題。
[0009]并且，專利文獻2所記載的球頭立銑刀中沒有切削刃，因此被限定于以小的切削深度進行使用的情況，即被限定于切削深度較淺的最終精加工的用途。
【發明內容】
[0010]本發明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種球頭立銑刀，其能夠以較大的切削深度進行切削，并且工具前端形狀不會偏離球形狀，而能夠減少切削殘留。
[0011]本發明的球頭立銑刀的特征在于，在繞軸線旋轉的工具前端部的球形狀部，避開前端旋轉中心部形成有圓弧狀球頭刃，并且，在所述前端中心部分具有十點平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度，通過該表面凹凸對被切削材料進行磨削加工的球面狀磨削實施面以無高低差的方式與所述球頭刃的后刀面連接而形成。
[0012]通過在球頭立銑刀的前端部分形成球面狀磨削實施面，因槽中心附近的切削殘留而引起的凸形形狀消失，能夠形成平滑的加工面。并且，因為具有球頭刃，所以能夠以與一般的球頭立銑刀相同的較深的切削深度(ap)進行切削，其結果，可進行高效率的精加工。
[0013]并且，若磨削實施面的十點平均粗糙度Rz為ΙΟμπι以上，則能夠防止由切屑引起的磨削實施面的堵塞。另外，雖然并未設定十點平均粗糙度Rz的上限，但是若十點平均粗糙度Rz設定得較大，則磨削實施面的磨耗會加快，因此可考慮最大極限為數十ym左右。
[0014]并且，本發明的球頭立銑刀也可以構成為，在所述工具前端部的外周具有與所述球頭刃連續的側刃。
[0015]在本發明的球頭立銑刀中，所述磨削實施面形成為自工具前端沿軸線方向的高度在所述工具直徑D的10%以下的范圍內即可。
[0016]當切削深度ap為工具直徑D的約15%以下的情況下，將形成磨削實施面的高度范圍設為工具直徑D的10%左右，從而能夠充分地發揮抑制切削殘留的功能。
[0017]在本發明的球頭立銑刀中，所述工具直徑D為3mm以下即可。
[0018]本發明的立銑刀以精加工用的用途進行使用，因此能夠適用于工具直徑D為3mm以下的球頭立銑刀。另一方面，當工具直徑D超過3mm的情況下，大多以進給速度或切削深度ap更大的切削條件(中?粗加工)的用途而被使用，為確保切屑的排出性，設成具有較寬的前刀面的切削刃(中心槽)的形狀更為有利。
[0019]根據本發明，通過在球頭立銑刀的前端部分形成球面狀磨削實施面，工具前端形狀不會偏離球形狀，并能夠以比較大的切削深度進行切削，因此能夠減少切削殘留。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為表示本發明所涉及的球頭立銑刀的一種實施方式的球頭立銑刀的工具前端部的立體圖。
[0021 ] 圖2為球頭立銑刀的概要圖。
[0022]圖3為說明圖1所示的球頭立銑刀的工具前端部的圖，(a)為從軸線方向觀察的圖，(b)為側視圖。
[0023]圖4為說明圖1所示的球頭立銑刀的工具前端部的各尺寸的示意圖。
[0024]圖5為說明使用實施例的球頭立銑刀的槽加工的圖。
[0025]圖6為說明使用現有例的球頭立銑刀的槽加工的圖。
[0026]圖7表示使用磨削實施面的高度Gh為Omm的球頭立銑刀的槽加工模擬實驗結果的加工槽的形狀。
[0027]圖8表示使用磨削實施面的高度Gh為0.0lmm的球頭立銑刀的槽加工模擬實驗結果的加工槽的形狀。
[0028]圖9表示使用磨削實施面的高度Gh為0.03mm的球頭立銑刀的槽加工模擬實驗結果的加工槽的形狀。
[0029]符號說明
[0030]1-球頭立銑刀，2-工具前端部，3-工具基端部，5-切削刃部，6-磨削實施面7_后刀面，10-被切削材料，11-槽，12-凸形形狀，20-球頭立銑刀，21-球形狀部，51-側刃，52-球頭刃。
【具體實施方式】
[0031]以下，參考附圖，對本發明所涉及的球頭立銑刀的一種實施方式進行說明。
[0032]如圖2所示，本實施方式的球頭立銑刀I具有如下結構，形成為以軸線X為中心的大致圓柱狀，并且在形成有切削刃5的工具前端部2上接合有形成圓柱狀刀柄部的工具基端部3。并且，工具前端部2由cBN燒結體或金剛石燒結體等硬質材料形成，工具基端部3由硬質合金形成。
[0033]并且，該球頭立銑刀I以精加工用的用途而被使用，適用于工具前端部2的工具直徑D為3mm以下的球頭立銑刀。另外，當工具直徑D超過3mm的情況下，大多以進給速度或切削深度ap更大的切削條件(中?粗加工)的用途而被使用，為確保切屑的排出性，設置成具有較寬前刀面的切屑刃(中心槽)的形狀更為有利。
[0034]如圖1及圖3所示，在球頭立銑刀I的工具前端部2，以軸線X為中心點對稱的方式，形成有由配置于外周的側刃51和配置于該工具前端部2的前端側的圓弧狀球頭刃52構成的至少一對切削刃部5，在工具前端部2的球形狀部21上，避開前端旋轉中心部分形成有球頭刃52，并且，在前端旋轉中心部分形成有具有十點平均粗糙度Rz > 10 μ m的表面粗糙度的球面狀磨削實施面6。磨削實施面6通過其表面的凹凸而發揮如砂輪那樣的作用，并對被切削材料進行磨削加工。并且，切削刃部5的后刀面7與磨削實施面6平滑地連接而形成，后刀面7也以十點平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度形成。
[0035]另外，圖1及圖3所示的球頭立銑刀I的工具前端部2，構成一對切削刃部5以軸線X為中心點對稱的方式形成有3組的6刃球頭立銑刀。
[0036]并且，如圖4所示，磨削實施面6形成為自工具前端沿軸線X方向的高度Gh在工具直徑D的10%以下的范圍內。
[0037]當切削深度ap為工具直徑D的約15%以下的情況下，將形成有磨削實施面6的高度范圍設為工具直徑D的10%左右，從而能夠充分地發揮抑制切削殘留的功能。
[0038]另外，希望磨削實施面6的高度Gh被設定為比磨削實施面6的十點平均粗糙度Rz的值小。通過將高度Gh設定為比磨削實施面6的十點平均粗糙度Rz的值小，在將槽加工時的切削深度ap設為高度Gh以上的情況下，能夠減少產生磨削實施面6堵塞的概率。然而，堵塞的易產生性也會受到其他切削條件或被切削材料的種類等的影響，因此磨削實施面6的十點平均粗糙度Rz的值比高度Gh大，這并不構成用于避免堵塞的條件。
[0039]具有這種結構的球頭立銑刀1，通過對形成工具前端部2的圓柱狀坯料進行磨削加工、放電加工、激光加工等一般的加工方法而形成切削刃部5的形狀。
[0040]并且，磨削實施面6的微細的凹凸形狀，例如使用飛秒激光器等對材料不賦予熱損傷而能夠進行微細加工的裝置來形成，并通過賦予無數個因照射脈沖束而產生的微細的凹坑狀加工痕跡，能夠形成成為目標十點平均粗糙度Rz值的表面。尤其，對金剛石燒結體來講，通過磨削加工(研磨加工)或放電加工，內部的金剛石粒子容易集體脫落，從而，能夠在表面形成不規則的凹凸形狀，無需對通過磨削或放電加工等形成形態的表面施加后期處理，便能夠直接用作磨削實施面。
[0041]并且，如圖5所示，利用具有這種結構的球頭立銑刀I對被切削材料10實施槽加工時，工具基端部3保持在機床(省略圖示)的主軸上并繞軸線X旋轉。并且，通過向與軸線X交叉的方向送出球頭立銑刀I或被切削材料10，從而能夠通過切削刃部5以及磨削實施面6而在被切削材料10形成槽11。
[0042]另外，如圖6所示，通過一般的球頭立銑刀20進行槽加工時，相對于球頭立銑刀20的進給速度，若其轉速相對較慢，則在槽11的順銑側(槽11的右側)產生因切削殘留而引起的凸形形狀12。該由切削殘留引起的凸形形狀12在切削刃部5的轉速小的球頭立銑刀20的前端中心附近明顯地出現。
[0043]另一方面，如圖5所示，本實施方式的球頭立銑刀I中，在球頭立銑刀I (工具前端部)的前端部分形成有球面狀磨削實施面6，因此通過磨削實施面6實施被切削材料10表面的磨削加工，在槽中心附近不會產生切削殘留，而能夠形成平滑的加工面。
[0044]并且，由于具有球頭刃52，因此能夠以與一般的球頭立銑刀相同的較深的切削深度ap來實施切削加工。從而，通過減少切削殘留且設定到達該球頭刃52的切削深度ap，可以進行高效率的精加工。
[0045]并且，若磨削實施面6的十點平均粗糙度Rz為ΙΟμπι以上，則能夠防止由切屑引起的磨削實施面6的堵塞。另外，并未設定十點平均粗糙度Rz的上限，但若十點平均粗糙度Rz設定得較大，則磨削實施面的磨耗會加快，因此可考慮最大極限為數十Pm左右。
[0046][實施例]
[0047]關于上述說明的本發明所涉及的球頭立銑刀，為確認其效果而進行了模擬實驗。
[0048]作為模擬實驗的模型，設定了工具刃徑D(側刃的刃徑)為2.0mm的雙刃球頭立銑刀。并且，對于將磨削實施面的高度Gh變更為0mm、0.01mm、0.03mm的各種模型,進行了對被切削材料進行槽加工的模擬實驗。并且，被切削材料為可轉印切削刃的軌跡且不產生毛刺和擠裂的理想的材料種類。另外，磨削實施面的高度Gh為Omm的球頭立銑刀表示的是不具有磨削實施面的形式。
[0049]并且，切削深度ap為0.1mm、轉速為lOOOOrpm、工作臺進給速度(被切削材料的進給速度)為4000mm/min。另外，這些數值為比一般的切削條件更為粗加工的數值。
[0050]圖7?圖9中表示模擬實驗的結果。這些圖7?圖9表示的是根據各種模型而加工的加工槽的順銑側的形狀，圖7表示磨削實施面的高度Gh為0mm(Gw = 0mm)的情況的各種模型的模擬實驗結果、圖8表示磨削實施面的高度Gh為0.0Imm(Gw = 0.28mm)的情況的各種模型的模擬實驗結果、圖9表示磨削實施面的高度Gh為0.03mm(Gw = 0.49mm)的情況的各種模型的模擬實驗結果。這里的Gw表示與軸線X正交方向的磨削實施面的寬度。
[0051]并且，由這些圖7?圖9可知，磨削實施面的高度Gh的值越大，則具有切削殘留減少的傾向，可知圖9所示的磨削實施面的高度Gh為0.03mm的模型時，切削殘留消失。
[0052]然而，在磨削實施面的高度Gh設定為較高的情況下，為抑制磨削實施面的堵塞，需要將磨削實施面的十點平均粗糙度Rz設為較大，存在磨削實施面的強度降低的問題。由于有這些限制，希望將磨削實施面的高度Gh設定為比磨削實施面的十點平均粗糙度Rz的值小(工具直徑D的I?3%左右)。另外，該情況下的磨削實施面的寬度Gw為工具直徑D的14?25%左右。
[0053]例如，在工具直徑D為3mm、磨削實施面的高度Gh為工具直徑D的I %的情況下，磨削實施面的高度Gh為0.03mm左右，在該情況下，只要十點平均粗糙度Rz為比高度Gh大的約30 μ m以上即可。
[0054]另外，本發明并不限定于上述實施方式，在不脫離本發明的宗旨的范圍內可追加各種變更。
[0055]例如，在上述實施方式中，對具有由側刃51和球頭刃52構成的切削刃部5的球頭立銑刀I進行了說明，但本發明的立銑刀的形式并不限定于具有側刃的結構，也可以通過不具有側刃的形式而構成。
【權利要求】
1.一種球頭立銑刀，其特征在于， 在繞軸線旋轉的工具前端部的球形狀部，避開前端旋轉中心部分形成有圓弧狀球頭刃，并且，在所述前端旋轉中心部分具有十點平均粗糙度Rz ^ 1ym的表面粗糙度，通過該表面的凹凸對被切削材料進行磨削加工的球面狀磨削實施面以無高低差的方式與所述球頭刃的后刀面連接而形成。
2.根據權利要求1所述的球頭立銑刀，其中， 在所述工具前端部的外周形成有與所述球頭刃連續的側刃。
3.根據權利要求1或2所述的球頭立銑刀，其中， 所述磨削實施面形成為自工具前端起沿軸線方向的高度在所述工具的直徑D的10%以下的范圍內。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的球頭立銑刀，其中， 所述工具的直徑D為3mm以下。
【文檔編號】B23C5/10GK104416207SQ201410366333
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】久保拓矢, 日向野哲, 高橋正訓 申請人:三菱綜合材料株式會社