CN105710427A - 铣刀工具及使用其的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不对工具施加过大的负载即能够获得与磨削加工同等的高精度的加工面精度的铣刀工具及使用其的加工方法。铣刀工具包括：工具主体，形状呈圆筒状或圆盘状；及多个刃部(10)，沿圆周方向以预定的间隔至少设置在工具主体的一端部的外周部。刃部(10)具有发挥切削被削材的作用的主切削刃(11)及副切削刃(12)，主切削刃(11)位于比副切削刃(12)更靠半径方向外侧，副切削刃(12)相对于与工具主体的中心轴正交的平面的切削刃角(θb)具有成为朝向半径方向外侧的仰角的角度。通过使用该铣刀工具对被削材进行平面加工，能够获得与磨削加工同等的高精度的加工面精度。

Description

铣刀工具及使用其的加工方法

技术领域

本发明涉及一种能够获得具备较高的表面精度的加工面的铣刀工具及使用其的加工方法。

背景技术

作为就表面粗糙度等表面精度而言能够高精度地精加工被削材的加工面的加工方法，以往一般为人所周知的是磨削加工，但近年来，为了通过以缩短加工时间为目的来使用铣刀工具的加工，即通过铣刀加工来获得与磨削加工同等的表面精度，而正积极地进行着研究。

而且，在被削材为铸铁的情况下，通常的铣刀加工被指出有如下问题，即露出在加工面上的石墨在切削加工时脱落而在石墨所处的部位产生凹坑，因该凹坑而使得表面粗糙度无法获得所需的精度。

因此，为了解决这种问题，以往虽有被削材为球状石墨铸铁的情况下的加工方法，但作为能够高精度地精加工表面粗糙度的铣刀加工方法，提出有下述专利文献1(日本专利特开2007-319990号公报)所公开的加工方法。

该加工方法是切削加工方法，即，使具有主切削刃及副切削刃的至少1个工具切入球状石墨铸铁的表面，并使工具与球状石墨铸铁相对移动而进行球状石墨铸铁的表面改质，且将工具与球状石墨铸铁的相对移动速度(切削速度)设为600m/min以上，利用周围的基体组织覆盖球状石墨铸铁表面的石墨。根据该加工方法，通过将切削速度设为600m/min以上而在球状石墨铸铁的基体组织的表层发生塑性流动，石墨被基体组织的塑性流动层覆盖，因此虽然略微残存表面粗糙度但不会局部性地产生极低的凹坑部分，能够获得与利用磨削加工所获得的研磨面同等的加工面。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2007-319990号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在所述以往的加工方法中，由于将切削速度设定为600m/min以上(优选800～3000m/min)的极快的切削速度，所以有工具的寿命极短，另外缺损的危险性较高的问题。即使是作为高硬度的工具而为人熟知的使用立方氮化硼(cubicboronnitride，简称CBN)的工具，在以球状石墨铸铁作为被削材的情况下，该工具的所被推荐的一般的切削速度也为500m/min以下。另外，在为铣刀工具的情况下，由于成为断续加工，因此在切削速度较高的情况下，有工具容易缺损的倾向。

这样一来，在所述以往的加工方法中，工具寿命较短，因此，加工成本相应于工具成本而上升，另外，如果工具缺损，那么有被削材成为不合格品的问题。

本发明是鉴于以上实际情况而完成的，其目的在于提供一种不对工具施加过大的负载即能够获得与磨削加工同等的高精度的加工面精度的铣刀工具、及使用其的加工方法。

[解决问题的技术手段]

用来解决所述问题的本发明是一种铣刀工具、及使用该铣刀工具对被削材进行平面加工的加工方法，该铣刀工具包括：工具主体，大致形状呈圆筒状或圆盘状；及多个刃部，沿圆周方向以预定的间隔至少设置在该工具主体的一端部的外周部；且

至少一个所述刃部具有发挥切削被削材的作用的主切削刃及副切削刃，该主切削刃位于比所述副切削刃更靠半径方向外侧，所述副切削刃相对于与所述工具主体的中心轴正交的平面的切削刃角具有成为朝向半径方向外侧的仰角的角度。

如上所述，在本发明的铣刀工具中，该铣刀工具的刃部具有发挥切削被削材的作用的主切削刃及副切削刃，主切削刃位于比副切削刃更靠半径方向外侧。因此，当使铣刀工具旋转，并且将该铣刀工具的位置设定在对被削材赋予切入的位置来使铣刀工具与被削材沿与该工具主体的中心轴正交的进给方向相对移动时，通过所述主切削刀及副切削刀而加工相当于对一个刃部设定的进给量的被削材的部分。

而且，主切削刃主要切削沿着进给方向的相当于进给量的厚度量，副切削刃由于其切削刃角被设定为成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，因此切削微量地设定在加工平面上的与进给量及自身切削刃角对应的区域。此时，副切削刃的加工裕度极小，所以对于通过该副切削刃切削的被削材的加工面，不如以往那样将铣刀工具的切削速度提高到通常速度以上也会在其表层部分产生塑性流动，当假设在加工面上存在凹坑部分的情况下，该凹坑部分会通过所述塑性流动而被填埋，从而平坦化。

因此，在使用本发明的铣刀工具对被削材进行平面加工的情况下，即便是如铸铁那样容易因石墨脱落而在加工面上产生凹坑的被削材，也能够获得与磨削加工同等的表面精度，与磨削加工相比，能够高效率地获得具有所需的表面精度的加工面。

另外，无需如以往那样设定为较高的切削速度，而能够以通常的切削速度获得高精度的表面精度，因此无需对铣刀工具的刃部施加过大的负载而能够避免工具的短寿命化，并且能够避免加工成本上升。另外，由于工具缺损的风险也比以往低，因此也能够避免因工具缺损而导致被削材成为不合格品的问题。

此外，为了通过塑性流动而获得良好的表面精度，优选将所述副切削刃的所述切削刃角设为0.025度以上且0.11度以下的范围内，且优选将所述副切削刃的长度设为2mm以上且4mm以下的范围内。

原因在于，在副切削刃的切削刃角小于0.025度的情况下，副切削刃的切削区域过小，所以无法获得良好的塑性流动，另外，在副切削刃的切削刃角大于0.11度的情况下，副切削刃的切削区域反而过大而无法获得良好的塑性流动，在任一情况下均难以获得良好的加工面精度。此外，也有以下方面的原因，即在副切削刃的切削刃角大于0.11度的情况下，切削阻力变大，加工面反而粗糙。

另外，原因在于，如果副切削刃的长度短于2mm，那么无法获得良好的塑性流动，如果长于4mm，那么切削阻力变大，加工面反而粗糙。

另外，本发明是一种加工方法，其是使用铣刀工具对被削材进行平面加工的方法，该铣刀工具包括：工具主体，大致形状呈圆筒状或圆盘状；及多个刃部，沿圆周方向以预定的间隔至少设置在该工具主体的一端部的外周部；且

至少一个所述刃部具有发挥切削所述被削材的作用的主切削刃及副切削刃，该主切削刃位于比所述副切削刃更靠半径方向外侧，所述副切削刃相对于与所述工具主体的中心轴正交的平面的切削刃角具有成为朝向半径方向外侧的仰角的角度；

使所述铣刀工具以其中心轴相对于针对所述被削材的进给方向前倾，并且所述至少一个刃部的所述副切削刃与进给平面在切削作用时所成的角度维持成为朝向半径方向外侧的仰角的角度的方式倾斜来对所述被削材进行平面加工。

根据该加工方法，在加工时，至少一个刃部的副切削刃与进给平面在切削作用时所成的角度维持在成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，因此，如上所述，对于通过副切削刃切削的被削材的加工面，不如以往那样将铣刀工具的切削速度提高到通常速度以上也会在其表层部分产生塑性流动，当假设在加工面上存在凹坑部分的情况下，该凹坑部分通过所述塑性流动而被填埋，从而平坦化。这样一来，即便是如铸铁那样容易因石墨脱落而在加工面上产生凹坑的被削材，也能够获得与磨削加工同等的表面精度，与磨削加工相比，能够高效率地获得具有所需的表面精度的加工面。

另外，无需如以往那样设定为较高的切削速度，而能够以通常的切削速度获得高精度的表面精度，因此无需对铣刀工具的刃部施加过大的负载而能够避免工具的短寿命化，并且能够避免加工成本上升。另外，由于工具缺损的风险也比以往低，因此也能够避免因工具缺损而导致被削材成为不合格品的问题。

此外，在该加工方法中，为了通过塑性流动而获得良好的表面精度，铣刀工具的至少一个刃部的副切削刃与进给平面在切削作用时所成的角度也优选设定为0.025度以上且0.11度以下的范围内。

此外，本发明的铣刀工具只要具备所述特征即可，作为具体化的具体态样包含例如正面铣刀工具、偏铣刀、端铣刀等。

[发明的效果]

如上所述，根据本发明，在切削时，副切削刃的切削刃角被设定为成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，因此对于通过副切削刃切削的被削材的加工面，不如以往那样将铣刀工具的切削速度提高到通常速度以上也会在其表层部分产生塑性流动，即便是如铸铁那样容易因石墨脱落而在加工面上产生凹坑的被削材，也能够获得与磨削加工同等的表面精度，与磨削加工相比，能够高效率地获得具有所需的表面精度的加工面。

另外，无需如以往那样设定为较高的切削速度，而能够以通常的切削速度获得高精度的表面精度，因此无需对铣刀工具的刃部施加过大的负载而能够避免工具的短寿命化，并且能够避免加工成本上升。另外，由于工具缺损的风险也比以往低，因此也能够避免因工具缺损而导致被削材成为不合格品的问题。

附图说明

图1是以局部剖面表示本发明的一实施方式的正面铣刀工具的前视图；

图2是将图1中的A部放大表示的放大图；

图3是用以说明使用本实施方式的正面铣刀工具的平面加工的作用的说明图；

图4是实验例的床身滑动面的照片；

图5是实验例的床身滑动面的显微镜照片；

图6是表示实验例的床身滑动面的表面粗糙度的测定结果的曲线图；

图7是用来说明比较例的正面铣刀工具的态样的说明图；

图8是比较例的床身滑动面的照片；

图9是比较例的床身滑动面的显微镜照片；

图10是表示比较例的床身滑动面的表面粗糙度的测定结果的曲线图；

图11是表示本发明的另一实施方式的特殊铣刀工具的立体图；

图12是图11所示的另一实施方式的特殊铣刀工具的前剖视图；

图13(a)是从箭头E方向观察图12中的D部而得的放大图，(b)是从箭头H方向观察图12中的G部而得的放大图；

图14是用来说明本发明的又一实施方式的加工方法的说明图。

附图标记说明：

1：正面铣刀工具；

2、21：工具主体；

3：安装孔；

4：键槽；

5、27、31：退避部；

6、7：金属件；

10、24、28：刃部；

10'：刃部；

11、25、29：主切削刃；

12、26、30：副切削刃；

Cs：加工平面；

θa：(主切削刃的)切削刃角；

θb：(副切削刃的)切削刃角；

θc：前角；

θd：后角；

θe：倾斜角；

L：长度；

W：工件；

Cd：切入深度；

Ta：厚度；

12'：副切削刃；

Tb：区域；

20：特殊铣刀工具；

22：轴部；

23：圆盘部。

具体实施方式

以下，一面参照附图一面对本发明的具体的实施方式进行说明。图1是以局部剖面表示本发明的一实施方式的正面铣刀工具的前视图，图2是将图1中的A部放大表示的放大图。

如图1所示，本例的正面铣刀工具1包括：工具主体2，大致形状呈圆筒状(或圆盘状)；及多个(本例中为4个)刃部10，沿圆周方向以等间隔设置在该工具主体2的下端外周部。

所述工具主体2在其中心部具有在上端面开口的安装孔3，在该安装孔3中插入未图示的适当的工具保持器的轴部而被保持在该工具保持器。此外，键槽4是与设置在所述工具保持器的键卡合的键槽。另外，在工具主体2的下表面形成着呈凹形状的退避部5。

所述刃部10是呈矩形的所谓嵌插体，通过安装金属件6、7而固定在所述工具主体2。该刃部10在外周部具有切削刃，在4个角部分别位于下端时，如图2所示，径向外侧的长边部作为主切削刃11发挥功能，构成角部的短边作为副切削刃12发挥功能。

所述主切削刃11具有相对于加工平面Cs的角度即切削刃角θa，副切削刃12也同样地具有相对于加工平面Cs的角度即切削刃角θb。而且，在本例中，将副切削刃12的切削刃角θb设定为成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，该切削刃角θb优选0.025度以上且0.11度以下的范围。另外，副切削刃12的长度L优选2mm以上且4mm以下的范围。此外，所述主切削刃11的切削刃角θa并未特别限定，根据确保所述副切削刃12的切削刃角θb的条件、或嵌插体的形状、必需的切入深度等各种条件而决定，在本例中设定为约45度。

另外，刃部10在固定在工具主体2的状态下，如图1所示，朝向其旋转方向的面(正面)相对于旋转方向后倾，相对于垂直面而设定有前角θc。另外，刃部10的侧面相对于所述正面的角度成为锐角，相对于加工面(包含加工平面Cs)而设定有后角θd。

根据具备以上构成的本例的正面铣刀工具1，以如下方式，对被削材进行平面加工。此外，正面铣刀工具1安装在适当立式的切削中心机的主轴，在工作台上固定着作为被削材的工件。

首先，使正面铣刀工具1朝切削作用方向旋转，并且将该正面铣刀工具1相对于工件定位在正面铣刀工具1的副切削刃12的下端位置与工件上表面的距离成为特定的切入深度、且该正面铣刀工具1与工件不干涉的位置，然后，使正面铣刀工具1与工件朝与正面铣刀工具1的中心轴正交的特定的进给方向(例如箭头F方向)相对地移动而对该工件进行平面加工。

如上所述，本例的正面铣刀工具1的刃部10具有发挥切削工件的作用的主切削刃11及副切削刃12，主切削刃11位于比副切削刃12更靠半径方向外侧。因此，当使正面铣刀工具1与工件朝所述进给方向相对移动时，通过主切削刀11及副切削刀12而加工相当于对一个刃部10设定的进给量的工件的部分。将该情况示于图3中。在图3中，符号W为工件。另外，实线所示的刃部10为当前正在加工工件W的刃部，二点连线所示的刃部10'为接下来加工工件W的刃部。

如图3所示，主切削刃11主要切削利用切入深度Cd、及沿着所述进给方向的相当于每一刃的进给量的厚度Ta而确定的区域。另一方面，副切削刃12的切削刃角θb被设定为成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，所以副切削刀12切削微量地设定在加工平面Cs上的与进给量及自身的切削刃角θb对应的区域(由实线所示的副切削刃12、二点连线所示的副切削刃12'、及平行的2条虚线包围的区域Tb)。

此时，副切削刃12'所切削的区域Tb极少，所以对于利用副切削刃12'进行切削的工件W的加工平面Cs，不如以往那样将正面铣刀工具的切削速度提高到通常速度以上也会在其表层部分产生塑性流动，当假设在加工平面Cs上存在凹坑部分的情况下，该凹坑部分通过所述塑性流动而被填埋，从而平坦化。

因此，当使用本例的正面铣刀工具1对被削材进行平面加工时，即便是如铸铁那样容易因石墨脱落而在加工面上产生凹坑的被削材，也能够获得与磨削加工同等的表面精度，与磨削加工相比，能够高效率地获得具有所需的表面精度的加工面。

另外，无需如以往那样设定为较高的切削速度，而能够以通常的切削速度获得高精度的表面精度，因此无需对正面铣刀工具1的刃部10施加过大的负载而能够避免工具的短寿命化，并且能够避免加工成本上升。另外，由于工具缺损的风险也比以往低，因此也能够避免因工具缺损而导致被削材成为不合格品的问题。

此外，为了通过塑性流动获得良好的表面精度，如上所述，优选将所述副切削刃12的所述切削刃角θb设为0.025度以上且0.11度以下的范围内，且优选将所述副切削刃12的长度设为2mm以上且4mm以下的范围内。

原因在于，在副切削刃12的切削刃角θb小于0.025度的情况下，副切削刃12的切削区域Tb过小，所以无法获得良好的塑性流动，另一方面，在副切削刃12的切削刃角θb大于0.11度的情况下，副切削刃12的切削区域Tb反而过大而无法获得良好的塑性流动，在任一情况下均难以获得良好的加工面精度。此外，也有以下方面的原因，即在副切削刃12的切削刃角θb大于0.11度的情况下，切削阻力变大，加工面反而粗糙。

另外，原因在于，如果副切削刃12的长度L短于2mm，那么无法获得良好的塑性流动，如果长于4mm，那么切削阻力变大，加工面反而粗糙。

接下来，对使用本例的正面铣刀工具的平面加工的实验例及其比较例进行说明。此外，在该实验例及比较例中，使用立式切削中心机作为用于加工的工具机，将被削材设为工具机用的床身而加工其滑动面。此外，床身为灰铸铁(FC300)，且加工面即滑动面被实施淬火，其硬度为Hs60～75。

1.实验例

实验例的正面铣刀工具具有3个刃部(嵌插体)10，将各刃部10设为CBN的嵌插体。另外，将前角θc设为10度，将后角θd设为5度，将主切削刃11的切削刃角θa设为45度，将副切削刃12的切削刃角θb设为0.03度，将副切削刃12的长度L设为4mm。另外，将切削速度设为400～500m/min，将切入深度设为0.02mm，将每一刃的进给量设为0.05mm/刃。

2.比较例

比较例的正面铣刀工具如图7所示，将前角θc设为8度，将后角θd设为7度，将副切削刃12的切削刃角θb设为0度，除此以外的诸条件设为与所述实验例相同。关于切削速度、切入深度、及每一刃的进给量也设为与实验例相同。

将实验例的床身滑动面的照片示于图4，将其显微镜照片示于图5，将利用表面粗糙度计对该滑动面进行测定而得的结果示于图6。另外，将比较例的床身滑动面的照片示于图8，将其显微镜照片示于图9，将利用表面粗糙度计对该滑动面进行测定而得的结果示于图10。

由图4可知，实验例的床身滑动面极为平滑，另外，如图5所示，在表面几乎不存在因石墨脱落而产生的凹部。因此，如图6所示，其表面粗糙度为Ra0.2～0.3而精度极高，也未观察到表面的起伏。

另一方面，由图8可知，比较例的床身滑动面的白斑图案明显，表面粗涩。这是因为，如图9所示，表面的石墨脱落而存在无数个凹部(在图9中，较暗的岛状部分为凹部)，如图10所示，其表面粗糙度为Ra0.7以上而精度较低，局部发现因石墨脱落而产生的较深的凹部，也观察到表面的起伏。

此外，认为在实验例中未观察到凹部的原因在于，因主切削刃11的切削作用导致石墨脱落而产生的凹部，通过伴随副切削刃12的切削作用的加工面表层的塑性流动而被埋入有周边金属。即，可以说对表面的平滑度影响最大的是副切削刃的角度。

以上，对本发明的具体的一实施方式进行了说明，但本发明能采用的具体的态样不受上例任何限制。

例如，在上例中，将本发明的铣刀工具具体化为正面铣刀工具，但并不限定于此，也能够具体化为偏铣刀或端铣刀等，进而，也能够具体化为如图11～图13所示的特殊的铣刀工具。如图11及图12所示，该特殊铣刀工具20包括：工具主体21，包含小径的轴部22及大径的圆盘部23；多个(本例中为3个)刃部24，沿圆周方向以等间隔设置在圆盘部23的下端外周部；以及多个(本例中为3个)刃部28，沿圆周方向以等间隔设置在该圆盘部23的上端外周部。此外，在该特殊铣刀工具20中，在朝箭头B方向旋转的状态下能够利用所述刃部24对工件的正面进行加工，在朝箭头C方向旋转的状态下能够利用所述刃部28对工件的背面进行加工。

图13(a)是从箭头E方向观察图12中的D部而得的放大图，如该图13(a)所示，所述刃部24具有主切削刃25及副切削刃26。另外，图13(b)是从箭头H方向观察图12中的G部而得的放大图，如该图13(b)所示，所述刃部28具有主切削刃29及副切削刃30。此外，符号27及31分别为退避部。

所述主切削刃25、29的切削刃角θa分别为大致45度，副切削刃26、30的切削刃角θb(相对于加工平面Cs的角度)为成为朝向半径方向外侧的仰角的角度，且以成为0.025度以上且0.11度以下的范围内的方式设定。

根据该特殊铣刀工具20，也将副切削刃26、30的切削刃角θb设定为0.025度以上且0.11度以下的范围内，所以发挥与上述正面铣刀工具1相同的效果。

此外，所述刃部24、28的个数并不限定于各3个，只要为多个，那么无论几个均可。

另外，在上例中，将正面铣刀工具1设为其中心轴与加工面正交的姿势来进行平面加工，但并不限定于此，也可以在使正面铣刀工具1的中心轴朝进给方向前倾的状态下进行加工。在该情况下，使刃部10的副切削刃12与进给平面(与加工平面Cs相同)所成的角度维持在成为朝向半径方向外侧的仰角的角度。

即，当将进给平面(加工平面Cs)的法线与正面铣刀工具1的中心轴所成的角度设为θe时，副切削刃12与进给平面(加工平面Cs)所成的角度θf成为下式：

θf＝θb－θe；

以该θf成为正值的方式，即以θf＞0的方式设定副切削刃12的切削刃角θb与倾斜角θe的值。

此外，在该情况下，角度θf也优选0.025度以上且0.11度以下的范围内，所以副切削刃12的切削刃角θb与倾斜角θe的值优选设定为满足以下关系。

0.025＜θf＝θb－θe＜0.11

根据这种加工方法，也发挥与上例相同的效果。

另外，在所述正面铣刀工具1及特殊铣刀工具20中，其刃部10、24、28无需全部具备所述构成的副切削刃12、26、30，只要至少一个刃部10、24、28具备所述构成的副切削刃12、26、30即可。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种铣刀工具，其特征在于，包括：

工具主体，形状呈圆筒状或圆盘状；及多个刃部，沿圆周方向以预定的间隔至少设置在所述工具主体的一端部的外周部；且

至少一个所述刃部具有发挥切削被削材的作用的主切削刃及副切削刃，所述主切削刃位于比所述副切削刃更靠半径方向外侧，所述副切削刃相对于与所述工具主体的中心轴正交的平面的切削刃角具有成为朝向半径方向外侧的仰角的角度。

2.根据权利要求1所述的铣刀工具，其特征在于：

所述副切削刃的所述切削刃角为0.025度以上且0.11度以下的范围内。

3.根据权利要求2所述的铣刀工具，其特征在于：

所述副切削刃的长度为2mm以上且4mm以下的范围内。

4.一种使用铣刀工具的加工方法，其特征在于：

使用所述权利要求1至3中任一项所述的铣刀工具而对被削材进行平面加工。

5.一种使用铣刀工具的加工方法，其特征在于：其是使用铣刀工具对被削材进行平面加工的方法，所述铣刀工具包括：工具主体，形状呈圆筒状或圆盘状；及多个刃部，沿圆周方向以预定的间隔至少设置在所述工具主体的一端部的外周部；且

至少一个所述刃部具有发挥切削被削材的作用的主切削刃及副切削刃，所述主切削刃位于比所述副切削刃更靠半径方向外侧，所述副切削刃相对于与所述工具主体的中心轴正交的平面的切削刃角具有成为朝向半径方向外侧的仰角的角度；且

使所述铣刀工具以其中心轴相对于针对所述被削材的进给方向前倾，并且所述至少一个刃部的所述副切削刃与进给平面在切削作用时所成的角度维持成为朝向半径方向外侧的仰角的角度的方式倾斜来对所述被削材进行平面加工。

6.根据权利要求5所述的使用铣刀工具的加工方法，其特征在于：

使所述铣刀工具以其所述至少一个刃部的所述副切削刃与进给平面在切削作用时所成的角度维持成为0.025度以上且0.11度以下的范围内的角度的方式倾斜来对所述被削材进行平面加工。