立銑刀及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供立銑刀及其制造方法，該立銑刀為直徑2mm以下的小徑立銑刀，即使在切削深度比推薦的切削深度更淺的情況下也防止振動和缺損的產(chǎn)生，實現(xiàn)切削性的提高和長壽命化，并且還提高加工精度。所述立銑刀的直徑為2mm以下，其底刃（13）從外周端朝向軸線中心具有挖芯角度，并且在前刀面（14）與后刀面（16）之間的棱線部形成有刃口修磨面（17），刃口修磨面（17）在底刃（13）的至少外周端，與棱線部正交的截面形成為凸曲面，該凸曲面為以通過刃口修磨面（17）的方式配置長軸的橢圓面的一部分，且在將橢圓面的長徑設為2a，將短徑設為2b時，形成為a/b在6～1的范圍內隨著趨向底刃（13）的半徑方向內側而逐漸變小。
【專利說明】立銑刀及其制造方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在精密模具等的加工中使用的小徑的立銑刀及其制造方法。
【背景技術】
[0002]立銑刀具有由形成于外周部的外周刃和形成于前端的底刃構成的切削刃部及刀柄部。該立銑刀繞軸線旋轉，利用其外周刃進行沿軸向的垂直面的切削加工，并利用底刃進行與軸向正交的水平面的切削加工。
[0003]近年來，關于這種立銑刀，預計隨著模具形狀的復雜化和小型化，直徑2mm以下的小徑立銑刀的需求會增加，但若直徑變小，則會變得易產(chǎn)生振動，并且切削刃部易產(chǎn)生缺損，因此需要相應對策。
[0004]當?shù)都馀c工件接觸而刀刃產(chǎn)生扭曲并返回原狀態(tài)時產(chǎn)生振動。作為抑制該振動的方法通常有如下方法:(1)使切削深度、切深量較大，使從扭曲到返回的時間較長，并使在一定的轉速下不會充分返回的方法；(2)提高工具的轉速，并比扭曲返回的時間更早地與工件接觸的方法；及(3)設置倒棱，使施加于工具的力較小并使扭曲量本身較小的方法，但由于小徑立銑刀用于精加工，因此無法適用上述方法(1)，并且由于轉速為3萬~5萬轉而遠遠大于推薦的切削條件，因此方法(2)也很難適用。因此，(3)中的實施倒棱的方法被普遍使用。
[0005]例如專利文獻I中記載的立銑刀中，通過使倒角面的寬度和角度沿半徑方向連續(xù)發(fā)生變化，降低切削負載 ，并且抑制共振的產(chǎn)生。
[0006]專利文獻1:日本專利公開2002-187012號公報
[0007]然而，專利文獻I的立銑刀未成為考慮到如下情況的設計，即精加工時設為如低于推薦的切削深度的微小的切削深度的情況和底刃的半徑方向位置上的轉速不同的情況，因此導致精加工時產(chǎn)生振動和缺損，或在工具中央部分的加工表面精度無法達到要求。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種立銑刀及其制造方法，立銑刀為直徑2mm以下的小徑立銑刀，且在切削深度比推薦的切削深度更淺的情況下也防止振動和缺損的產(chǎn)生，能夠實現(xiàn)切削性的提高和長壽命化，并且還能夠提高加工精度。
[0009]本發(fā)明的立銑刀其直徑為2mm以下，其底刃從外周端朝向軸線中心具有挖芯角度，并且在前刀面與后刀面之間的棱線部形成有刃口修磨面，該刃口修磨面在底刃的至少外周端，與所述棱線部正交的截面形成為凸曲面，該凸曲面為以通過該刃口修磨面的方式配置長軸的橢圓面的一部分，且在將該橢圓面的長徑設為2a，將短徑設為2b時，該刃口修磨面形成為a/b在6~I的范圍內隨著趨向底刃的半徑方向的內側而逐漸變小。
[0010]本發(fā)明的立銑刀在切削深度方向上使刃口修磨面的長短軸比(a/b)和曲率發(fā)生變化，以使其在進行切削深度很小的精加工時發(fā)揮作用，當切削深度較淺時，其切削深度位置上的切線角度(相對于與旋轉軸正交的方向的切線角度)較大而防止缺損，并且在推薦的切削深度成為預定的切線角度，能夠抑制振動。并且，隨著從底刃的外周端部朝向軸線中心，切削深度根據(jù)挖芯角度連續(xù)發(fā)生變化，從外周到中央部分，圓周速度變化、切削刃接觸的外力根據(jù)距中心的距離而發(fā)生變化。并且，隨著接近中心，相對于外力的工具的變形量也變小。
[0011]該立銑刀通過刃口修磨面的長短軸比和曲率沿半徑方向逐漸發(fā)生變化，來應對外力和變形量沿半徑方向的變化，能夠抑制工具的振動并提高精加工表面。由此，抑制振動和缺損的產(chǎn)生，能夠形成強度穩(wěn)定、保持平衡且切削性良好的底刃。
[0012]本發(fā)明的立銑刀中，所述刃口修磨面的相對于與旋轉軸正交的方向的切線角度，在推薦的切削深度位置上為70°~80°，在推薦的切削深度的一半的位置上為50°~70°，并且在切削深度小于I μ m處小于50°。
[0013]刃口修磨面的長短軸比、曲率在一個最佳的范圍內發(fā)生變化，能夠更可靠地防止振動和缺損。
[0014]本發(fā)明的立銑刀的制造方法為制造本發(fā)明的前述具有刃口修磨面的立銑刀的方法，其中，具有激光加工工序，在所述激光加工工序中通過向底刃的前刀面與后刀面的棱線部照射激光束，從而在所述棱線部加工形成刃口修磨面，所述激光束的截面的光強度分布呈在徑向中心大且在外周部小的高斯分布，隨著趨向所述底刃的半徑方向的外側，使該激光加工工序中的所述激光束的掃描方向從激光束的中心遠離所述棱線部的位置逐漸朝切入棱線部的方向傾斜，并且在改變激光束的照射角度的同時形成所述刃口修磨面。
[0015]在本發(fā)明的立銑刀的制造方法中，利用激光束的高斯分布的光強度分布，能夠相對于照射位置錯開光束的徑向位置的同時形成寬度連續(xù)發(fā)生變化的刃口修磨面，能夠制造從軸線側至外周部側具有 高精度切削刃的立銑刀。
[0016]如前述，預計隨著模具形狀的復雜化和小型化，直徑2mm以下的小徑立銑刀的需求會增加，關于這種小徑立銑刀，在以往的使用砂輪的加工方法中，尤其難以調整外周部側與軸線側的磨削量的同時進行磨削，但根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠提供一種提高底刃的切削性的同時抑制其消耗的小徑立銑刀，能夠適用于復雜且小型化的模具等，從而提高其制作性。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在小徑時也能夠抑制振動的產(chǎn)生，并且提高切削性的同時確保穩(wěn)定的強度，從而能夠防止切削刃部的消耗和破損的同時進行切削，能夠實現(xiàn)作為工具的長壽命化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1表示本發(fā)明所涉及的立銑刀的一實施方式，Ca)為工具前端部的立體圖，(b)為刃口修磨面的放大立體圖。
[0019]圖2是從前端方向觀察工具前端部的主視圖。
[0020]圖3是外周端的刃口修磨面的放大剖視圖。
[0021]圖4中，(a)為沿圖2的A-A線的剖視圖，(b)為沿圖2的B-B線的剖視圖，(C)為沿圖2的C-C線的剖視圖。
[0022]圖5是從前刀面方向觀察工具前端部的側視圖。
[0023]圖6是立銑刀整體的概略側視圖。[0024]圖7是表示在本發(fā)明所涉及的立銑刀的制造方法中使用的一實施方式的激光加工裝置的整體結構圖。
[0025]圖8是表示加工刃口修磨面的激光束與工具前端部的位置關系的示意圖。
[0026]圖9是表示激光束的掃描狀態(tài)的示意圖。
[0027]圖中:1-立銑刀，2-工具前端部，3-刀柄部，4-頭部，5-刀片部，6-硬質合金部，
11-切削刃部，12-外周刃，13-底刃，14-前刀面，15、16-后刀面，17-刃口修磨面，20-圓柱狀坯料，22-激光照射機構，24-坯料保持機構，25-控制部，26-激光光源，27-電流掃描儀，3Ix~31Z-載物臺部，32-回轉機構，33-旋轉機構，100-激光加工裝置。
【具體實施方式】
[0028]以下，參照附圖對本發(fā)明所涉及的立銑刀及其制造方法的一實施方式進行說明。
[0029]如圖1~圖6所示，本實施方式的立銑刀I為在繞軸線D旋轉的工具前端部2上由一對切削刃部11夾著軸線D形成于180°相反側的2刃直角型立銑刀，工具前端部2的外徑被設置成2_以下的小徑。
[0030]如圖6所示呈如下結構，即在立銑刀I上設置有圓柱狀的刀柄部3，該刀柄部3的前端部形成為小徑，在該小徑的頭部4的前端接合有大致圓周狀的刀片部5。刀片部5由接合于頭部4的硬質合金部6及連接于該硬質合金部6且形成切削刃部11的cBN燒結體、燒結金鋼石等的工具前端部2構成。
[0031]切削刃部11由配置于工具前端部2的外周部的外周刃12和配置于工具前端部2的前端的底刃13形成，這些外周刃12的前端與底刃13的外周端在鋒利的角部交叉。而且，這一對切削刃部11配置在沿圓周方向隔開180°的位置上。
[0032]該情況下，外周刃12由在工具前端部2上沿圓周方向隔開180°而形成的前刀面14和外周的后刀面15形成，底刃13由前刀面14和前端的后刀面16形成。
[0033]該底刃13從外周端朝向半徑方向的內側設定有呈2°~10°的挖芯角度β (相對于半徑方向的底刃13的角度:參照圖5)，另外，在底刃13的前刀面14與后刀面16之間的棱線部形成有刃口修磨面17。該刃口修磨面17在其大部分上與棱線部正交的截面形成為凸曲面，該凸曲面為以通過刃口修磨面17的方式配置長軸X的橢圓面的一部分，該凸曲面的長短軸比和曲率沿半徑方向發(fā)生變化。
[0034]具體而言，如圖3所示，該凸曲面呈如下橢圓形狀，即橢圓的長軸X相對于前刀面14的法線以45°~110°的傾斜角度α傾斜，就相對于與旋轉軸正交的方向的切線角度而言，在推薦的切削深度AP的位置上的切線角度Θ1為60°~80°，在推薦的切削深度的一半(ΑΡ/2)的位置上的切線角度Θ2為50°~70°，在切削深度小于I μπι處小于50°。
[0035]例如，直徑為0.5mm的立銑刀中，挖芯角度β為2°，推薦的切削深度AP為5 μ m時，橢圓的長軸X的傾斜角度α為70°，切線角度呈在推薦的切削深度AP的位置上的切線角度Θ1為70°，在推薦的切削深度的一半的位置上的切線角度Θ2為50°，在Iym的切削深度的位置上的切線角度Θ3為30°。
[0036]另外，圖4中示出底刃的外周端位置及距該外周端規(guī)定距離的位置上的刃口修磨面的截面形狀，(a)為外周端位置，且隨著趨向半徑方向的內側而變化成(b)和(C)。
[0037]將橢圓面的長徑設為2a、短徑設為2b時，該刃口修磨面形成為a/b在6~I的范圍內隨著從底刃的外周端趨向半徑方向的內側而逐漸變小。此時b的減少程度被設定為小于a的減少程度，當將從底刃的外周端的半徑方向的距離設為1，將由于挖芯角度β，在推薦的切削深度下刀刃不再接觸的半徑方向的距離設為I’(參照圖5)，將外周部上的橢圓的長軸長度設為a’、短軸長度設為b’時，a隨著從外周端趨向半徑方向的內側，以lXa’ /I’(V- m)的比例減小，b隨著從外周端趨向半徑方向的內側，以I Xb’ /I’ ( μ m)的比例減小。
[0038]例如，在直徑為0.5mm的立銑刀中，當挖芯角度β為2°時，I’ =143 μ m，因此，當在外周端上a=40 μ HKb=IOym時，a以I X40/143 μ m的比例變小，b以I X 10/143 μ m的比例變小。
[0039]當制造如此構成的立銑刀I時，通過激光加工，在成為工具前端部2的圓柱狀坯料20上形成中心槽及前刀面14，并且形成外周側的后刀面15而形成外周刃12，形成前端側的后刀面16而形成底刃13。并且，在底刃13的前刀面14與后刀面16之間的棱線部形成刃口修磨面17。
[0040]如圖7所示，用于該制造方法中的激光加工裝置100為向由硬質合金構成的圓柱狀坯料20照射激光束L而對工具前端部2整體進行三維加工的裝置。該激光加工裝置100具備:激光照射機構22，脈沖振蕩激光束L并以一定的重復頻率照射于圓柱狀坯料20的同時進行掃描；坯料保持機構24，能夠以保持坯料20的狀態(tài)進行旋轉、回轉以及分別沿xyz軸方向移動；及控制部25，對所述激光照射機構22及坯料保持機構24進行控制。
[0041]坯料保持機構24具有能夠使被加工物沿x-y-z的各方向平移運動，并且能夠進行回轉運動及自轉運動的機構。具體而言，被設為具備如下的結構，即具備:x軸載物臺部31x,沿與水平面平行的X方向移動；y軸載物臺部31y,設置在該X軸載物臺部31x上,能夠沿相對于X方向垂直 且與水平面平行的I方向移動軸載物臺部31z，設置在y軸載物臺部31y上，能夠沿相對于水平面垂直的方向移動；回轉機構32，設置在z軸載物臺部上；及旋轉機構33，固定在回轉機構32上，能夠保持坯料20。這些各載物臺部3Ix~3Iz、回轉機構32及旋轉機構33的各驅動部例如能夠利用步進馬達且通過編碼器來對相位進行反饋。
[0042]激光照射機構22具備:激光光源26，具有通過Q開關對成為激光束L的激光進行脈沖振蕩的同時使其聚光為斑點狀的光學系統(tǒng)；及電流掃描儀27,掃描所照射的激光束L。
[0043]激光光源26可使用能夠照射190nm~550nm的短波長的激光的光源,例如在本實施方式中使用能夠振蕩波長355nm的激光而使其射出的光源。并且，電流掃描儀27配置在坯料保持機構24的正上方。
[0044]對利用如此構成的激光加工裝置100制造立銑刀I的方法進行說明。
[0045]移動圓柱狀坯料20的同時掃描激光束L，在圓柱狀坯料20上形成中心槽及前刀面14，并且分別形成外周側的后刀面15和前端側的后刀面16，從而形成預定形狀的外周刃12和底刃13。
[0046]對形成該底刃13的方法進行進一步詳述，則設置為使坯料保持機構24上的旋轉機構33的旋轉軸與圓柱狀坯料20的軸線D對齊，并且也與電流掃描儀27的X軸對齊。在該狀態(tài)下，激光束L的截面強度分布使圓柱狀坯料20移動到通常的加工區(qū)域，通過激光束L的掃描從前端部去除不需要的部分并進行前刀面14和后刀面16的形態(tài)形成。之后，對前刀面14與后刀面16之間的棱線部實施刃口修磨加工。
[0047]如圖5所示，挖芯角度β通常呈2°~10°的角度，激光束L作為整體而言，沿該挖芯角度β從軸線D側朝向外周端側進行掃描。此時，如圖9的(a)所示那樣隨著趨向底刃13的半徑方向的外側，使激光束L的掃描方向從激光束L的徑向中心Ltl遠離底刃(前刀面14與后刀面16的棱線部)13的位置逐漸向切入底刃13的方向稍微傾斜。圖9中以雙點劃線示出的區(qū)域S為激光束的照射范圍。
[0048]即，如圖8中的陰影線所示，激光束L的徑向截面的光強度分布呈在光束中心Ltl較大且在外周部較小的高斯分布，通過稍微傾斜而進行掃描，在工具前端部2的中心側如圖8的實線所示，用激光束L的徑向邊緣附近進行照射，而在外周側如圖8的雙點劃線所示，用超過激光束L的半徑程度的范圍進行照射。將該激光束L的徑向照射位置如圖8的箭頭所示那樣漸漸改變的同時沿底刃13的半徑方向進行掃描。并且，根據(jù)需要將圓柱狀坯料20的方向與激光束L的照射角度如圖9的(a)、(b)所示那樣改變的同時反復進行對底刃13的加工，由此在底刃13形成前述的成為橢圓面的一部分的凸曲面形狀的刃口修磨面17。
[0049]由此制造出的立統(tǒng)刀I中，底刃13的刃口修磨面17由橢圓面的一部分形成,且形成為圖4所示的a/b在6~I的范圍內，從底刃13的外周端趨向半徑方向的內側而逐漸變小，能夠在軸線D上成為不具有刃口修磨面的鋒利的切削刃，并在外周側成為具有較大刃口修磨面17的切削刃。因此，在圓周速度較慢的軸線側能夠通過鋒利的切削刃來抑制切削阻力，而在圓周速度較大的外周側通過形成較大的刃口修磨面17來防止缺損，強度上穩(wěn)定。
[0050]該情況下，使橢圓的長短軸比(a/b)隨著趨向半徑方向的內側而在6~I的范圍內逐漸變小，由此抑制在施加有較大負載的推薦的切削深度AP處的振動，并且如圖3的Θ I~Θ 3所示，在終點附近進行切削深度較小的加工，也能夠減小切線角度，減少崩刀等，得到良好的加工表面。 [0051]作為實施例，在直徑為0.5mm、挖芯角度β為2°、推薦的切削深度ΑΡ=5 μ m的條件下，將橢圓的切線角度在推薦的切削深度的位置(5ym)上設定為70°、在切削深度為
2.5 μ m的位置上設定為50°、且在切削深度為I μπι的位置上設定為30°，對橢圓形狀的刃口修磨面進行加工。作為該橢圓形狀，長軸相對于前刀面的法線以傾斜角度α=50°傾斜，在刀尖的外周側前端設為a=40 μ m、b=10 μ m。
[0052]由于挖芯角度，工件在從刀尖的外周端的I’ =143μπι處不再接觸。將該地點處的刃口修磨面設為a=b < I μ m，相對于距刀尖的外周前端的距離1，使刃口修磨面發(fā)生變化，以使 a=-0.273Xl+40、b=-0.063X1+10。
[0053]其結果，抑制施加有較大負載的推薦的切削深度上的振動，并且即使在終點附近進行切削深度較小的加工，也能減少崩刀等而得到良好的加工表面。
[0054]另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內可施加各種變更。
[0055]并且，本實施方式中，外周刃、底刃均通過激光加工而形成，但除底刃以外的方式也能夠通過除激光以外的方法進行加工。
【權利要求】
1.一種立銑刀，其特征在于， 該立銑刀的直徑為2mm以下，其底刃從外周端朝向軸線中心具有挖芯角度，并且在前刀面與后刀面之間的棱線部形成有刃口修磨面，該刃口修磨面在底刃的至少外周端，與所述棱線部正交的截面形成為凸曲面，該凸曲面為以通過該刃口修磨面的方式配置長軸的橢圓面的一部分，且在將該橢圓面的長徑設為2a，將短徑設為2b時，該刃口修磨面形成為a/b在6~I的范圍內隨著趨向底刃的半徑方向的內側而逐漸變小。
2.根據(jù)權利要求1所述的立銑刀，其特征在于， 所述刃口修磨面的相對于與旋轉軸正交的方向的切線角度，在推薦的切削深度位置上為70°~80°，在推薦的切削深度的一半的位置上為50°~70°，并且在切削深度小于I μ m處小于50。。
3.—種立銑刀的制造方法，該方法為制造權利要求1或2所述的立銑刀的方法，其特征在于， 具有激光加工工序，所述激光加工工序通過向底刃的前刀面與后刀面之間的棱線部照射激光束，從而在所述棱線部加工形成刃口修磨面，所述激光束的截面的光強度分布呈在徑向中心大且在外周部小的高斯分布，隨著趨向所述底刃的半徑方向的外側，使該激光加工工序中的所述激光束的掃描方向從激光束的中心遠離所述棱線部的位置逐漸朝切入棱線部的方向傾斜， 并且在改變激光束的照射角度的同時形成所述刃口修磨面。
【文檔編號】B23C5/10GK104014859SQ201410022583
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2013年2月28日
【發(fā)明者】日向野哲, 高橋正訓, 久保拓矢 申請人:三菱綜合材料株式會社