多刃球頭立銑刀的製作方法

2023-05-19 23:16:32

本發明涉及一種多刃球頭立銑刀，該多刃球頭立銑刀即使在對用於各種金屬模的熱鍛鋼等高硬度的難切削材料進行高進給粗加工的情況下，也能得到高質量的加工面。

本申請基於2014年10月28日在日本申請的專利申請2014-219718號要求優先權，並且在此援引其內容。

背景技術：

作為在汽車工業或電子工業等中能夠高效地切削用於各種零件製造的高硬度金屬模的長壽命球頭立銑刀，廣泛使用具有三片以上球頭刃的硬質合金制多刃球頭立銑刀。

專利文獻1公開了一種球頭立銑刀：該球頭立銑刀的球頭刃由第一刃部和第二刃部構成，第一刃部的曲率半徑相對於外徑D為0.025D以上且0.10D以下，第二刃部的曲率半徑大於所述第一刃部的曲率半徑。但是，對於專利文獻1的球頭立銑刀而言，各球頭刃之間的旋轉中心附近的中心槽較小，無法防止高進給粗加工時的切屑堵塞。

專利文獻2公開了一種球頭立銑刀，該球頭立銑刀在前端具有三片以上的球頭刃，在軸心部設置有套料部。但是，專利文獻2所記載的球頭立銑刀由於球頭刃的彎曲度較小，因此有可能顯著增大高進給粗加工時的切削阻力，並且降低切削性能。

專利文獻3提出了一種球頭立銑刀，該球頭立銑刀具有三片以上的球頭刃，並且為了通過克服旋轉軸線附近的容屑槽的缺陷而防止切屑堵塞的產生，對各球頭刃的刀瓣實施橫刃修磨，並使各球頭刃在旋轉中心附近短缺。但是，由於專利文獻3所記載的球頭立銑刀無法在旋轉中心附近進行切削加工，因此在高進給粗加工中工件的加工面質量變差的可能性較高。

專利文獻4記載了一種球頭立銑刀，該球頭立銑刀的球頭刃和外周刃的徑向前角也可以是負角。但是，該球頭立銑刀由於球頭刃的彎曲度較小，因此有可能顯著增大高進給粗加工時的切削阻力，並且降低切削性能。

專利文獻1：日本專利第4407974號公報

專利文獻2：日文專利第3840660號公報

專利文獻3：日本公開專利第2002-187011號公報

專利文獻4：日本公開專利2006-15419號公報

技術實現要素：

因此，本發明的目的在於提供一種多刃球頭立銑刀，該多刃球頭立銑刀為三刃以上的多刃球頭立銑刀，即使在對熱鍛鋼等高硬度難切削材料進行高進給粗加工的情況下，也能有效地防止球頭刃的崩刀及缺損，並且能夠順利地排出切屑，該多刃球頭立銑刀與現有的多刃球頭立銑刀相比具有良好的切削性能。

本發明的多刃球頭立銑刀具備：刀柄部，以旋轉軸線為中心旋轉；切削刃部，在前端具有球頭刃部；三片以上的球頭刃，被形成在所述切削刃部的所述球頭刃部上；三個以上的中心槽，被形成在各所述球頭刃之間；三片以上的外周刃，與所述球頭刃的所述刀柄部側的端部相連；和三個以上的刃槽，與各所述中心槽相關且被形成在各所述外周刃之間，所述多刃球頭立銑刀的特徵在於，各所述球頭刃的彎曲度為35～55％，其中，各所述球頭刃的彎曲度是指從各所述球頭刃的凸曲線的頂點引到連結旋轉中心點和各所述球頭刃的所述刀柄部側的終點的線段上的垂線的長度與所述線段的長度之比，所述旋轉中心點為所述旋轉軸線與所述切削刃部之間的交點，各所述中心槽由在所述多刃球頭立銑刀的旋轉方向上相連的各所述球頭刃的前刀面、中心槽壁面、第一中心槽面和第二中心槽面這四個面構成，各所述第二中心槽面以越靠近所述旋轉中心點則越向各所述球頭刃的第二面伸入的方式形成，其中，各所述球頭刃的第二面與各所述球頭刃的所述旋轉方向的後方相連。

根據這種結構，與現有的多刃球頭立銑刀相比較，降低球頭刃的切削阻力，並且增加形成於各中心槽的容屑槽的佔有空間，因此能夠顯著改善粗加工時的切屑排出性。

在從所述前端側觀察本發明的多刃球頭立銑刀的情況下，繪製以所述旋轉中心點O為中心且通過所述中心槽的、直徑為0.03D～0.2D的圓P時，優選在該圓P的圓周上，所述球頭刃的所述第二面和所述第二中心槽面在各所述球頭刃的所述旋轉方向的後方依次相連，其中，D為所述切削刃部的直徑，圓弧P1-P3的長度和圓弧P1-P2的長度之比為3.5～6.0，其中，所述圓弧P1-P3為由該圓P和彼此鄰接的第一球頭刃及第二球頭刃之間的各交點P1、P3所成的圓弧，所述圓弧P1-P2為由交點P2和所述交點P1所成的圓弧，其中，所述交點P2位於該圓P的圓周上且形成所述第一球頭刃的所述第二面和所述第二中心槽面之間的邊界。

根據這種結構，與現有的多刃球頭立銑刀相比較，通過在旋轉速度慢且切削性差的旋轉中心點附近(從旋轉中心點O起直徑為0.03～0.02D的圓內)，使各中心槽的佔有面積大於各球頭刃的第二面的佔有面積來增大容屑槽的佔有空間，因此顯著提高粗加工時的切屑排出性。

在從所述前端側觀察本發明的多刃球頭立銑刀的情況下，繪製以所述旋轉中心點O為中心且通過所述中心槽的、直徑為0.4D～0.6D的圓S時，優選在該圓S的圓周上，所述球頭刃的所述第二面、所述球頭刃的第三面和所述中心槽壁面在各所述球頭刃的所述旋轉方向的後方依次相連，其中，D為所述切削刃部的直徑，圓弧S1-S3的長度和圓弧S1-S2的長度之比為2.1～3.3，其中，所述圓弧S1-S3為由該圓S和彼此鄰接的第一球頭刃及第二球頭刃之間的各交點S1、S3所成的圓弧，所述圓弧S1-S2為由交點S2和所述交點S1所成的圓弧，其中，所述交點S2位於該圓S的圓周上且形成所述第一球頭刃的所述第三面和所述中心槽壁面之間的邊界。

根據這種結構，與現有的多刃球頭立銑刀相比較，通過在球頭刃部的中心附近(從旋轉中心點O起直徑為0.4～0.6D的圓)充分地保證各球頭刃的第三面的寬度來提高剛性，並且通過使各中心槽的佔有面積大於各球頭刃的第二面的佔有面積而增大容屑槽的佔有空間，因此顯著提高粗加工時的切屑排出性。

本發明的多刃球頭立銑刀在所述旋轉軸線方向上的向所述刀柄部方向距所述旋轉中心點0.15D的位置處，各所述球頭刃的徑向前角優選為-29°～-11°，其中，D為所述切削刃部的直徑，各所述外周刃的前角優選為-9°～-1°。

根據這種結構，提高切削刃的剛性及刀尖強度。

如上述，為了實現以往難以實現的HRC40以上的高硬度材料在高進給粗加工中的良好的切屑排出性，本發明的多刃球頭立銑刀通過與現有相比加大中心槽在旋轉中心點附近及球頭刃部的中心附近的佔有面積來增大容屑槽的佔有空間，而且還保證球頭刃的第三面的足夠寬度來提高刀尖剛性。因此，能夠有效地抑制高進給粗加工時的球頭刃的切削負荷的增大，因此能夠抑制崩刀及折損的產生並能獲得高質量的加工面。

附圖說明

圖1是表示本發明的一實施方式所涉及的三刃球頭立銑刀的側視圖。

圖2是從前端側觀察圖1的三刃球頭立銑刀的球頭刃部的圖。

圖3是表示圖1的三刃球頭立銑刀的球頭刃部的旋轉中心附近的局部放大圖。

圖4是用於說明圖1的三刃球頭立銑刀的球頭刃的第二面寬度的、圖3的局部放大圖。

圖5是表示圖1的三刃球頭立銑刀的切削刃部的放大立體圖。

圖6是表示圖1的三刃球頭立銑刀的切削刃部的放大側視圖。

圖7是圖6的三刃球頭立銑刀的I-I剖面圖。

圖8是圖6的三刃球頭立銑刀的II-II側面圖。

具體實施方式

作為本發明的多刃球頭立銑刀的一實施方式(以下，稱作本實施方式)，下面以硬質合金制的實心型三刃球頭立銑刀為例進行詳細說明。本實施方式的多刃球頭立銑刀具備：刀柄部，以旋轉軸線為中心旋轉；和切削刃部，被設置在所述刀柄部的所述旋轉軸線方向的前端側。所述切削刃部具有繞所述旋轉軸線旋轉對稱的形狀，並且具有：球頭刃部，被形成在所述切削刃部的所述旋轉軸線方向的前端；和外周刃部，與所述球頭刃部的所述旋轉軸線方向的後端相連。所述球頭刃部具有三片以上的球頭刃和與所述球頭刃的數量相同數量的中心槽，所述中心槽被形成在各所述球頭刃之間。所述外周刃部具有：與所述球頭刃的數量相同數量的外周刃，所述外周刃與各所述球頭刃的所述旋轉軸線方向的後端相連且以螺旋狀延伸至所述刀柄部；以及與所述球頭刃的數量相同數量的刃槽，所述刃槽與各所述中心槽的所述旋轉軸線方向的後端相連且被形成在各所述外周刃之間。

優選本實施方式的多刃球頭立銑刀的切削刃(球頭刃及外周刃)的片數為三到八片。在切削刃的片數小於三片的情況下有可能難以進行高效加工，在切削刃的片數超過八片的情況下有可能無法加大球頭刃的彎曲度。在沒有特別講明的情況下，與本實施方式的三刃球頭立銑刀有關的以下說明也可以應用到其它多刃球頭立銑刀中。即，在本說明書中所使用的參數中，除了因切削刃的片數不同而不同的參數以外，其它參數在所有多刃球頭立銑刀中通用，在以下的三刃球頭立銑刀部分中記載的定義也可以直接應用到其它片數的多刃球頭立銑刀中。

本說明書中所使用的術語「高硬度材料」是指例如壓鑄鋼等熱鍛鋼等的具有40以上的洛氏硬度HRC的金屬。術語「粗加工」為精加工之前進行的切削加工，其指如下的加工：為了提高切削效率而將切削深度及進給量設定為大於精加工的切削深度及進給量，因此切削負荷大於精加工的切削負荷。另外，術語「高進給加工」指如下的加工：為了高效地進行切削加工而將進給速度Vf、軸向切深量ap和徑向切深量ae中的任一種以上設定為大於常規的加工條件。在高硬度材料的高進給加工(高進給粗加工)的情況下，例如對於三刃球頭立銑刀，優選將進給速度Vf設為1250mm/min以上，將軸向切深量ap設為0.3mm以上，將徑向切深量ae設為0.9mm以上。

本實施方式的多刃球頭立銑刀為由WC基硬質合金形成的實心型球頭立銑刀。由硬質合金形成的多刃球頭立銑刀通過如下方法來製造：利用金屬模將在WC(碳化鎢)粉末中混合Co(鈷)粉末而得到的硬質合金粉末成型為圓柱狀，並在1300℃左右的溫度下對所得成型體進行燒成之後，對切削刃部等實施規定的精加工，進而根據需要，在切削刃部的表面上包覆耐磨硬質皮膜。該硬質皮膜例如由TiSiN、TiAlSiN、CrSiN、AlCrSiN等形成。具體而言，優選以3～5μm的厚度包覆由氮化物、碳氮化物和氧氮化物中的任一種物質形成的硬質皮膜，在所述氮化物、所述碳氮化物和所述氧氮化物中含有選自元素周期表IVB、VB、VIB族金屬、Al、Si和B元素中的一種以上的元素。

參照圖1～圖8對作為本發明的一實施方式的三刃球頭立銑刀1進行說明。圖1是三刃球頭立銑刀1的側視圖。圖2是從前端側觀察三刃球頭立銑刀1的球頭刃部3a的圖(三刃球頭立銑刀1的主視圖)。圖3是表示球頭刃部3a的旋轉中心點O附近的圖2的放大圖。圖4是圖3的球頭刃5a的第二面6a的局部放大圖。圖5是切削刃部3的放大立體圖。圖6是切削刃部3的放大側視圖。另外，圖7是圖6的I-I剖面圖，圖8是圖6的II-II剖面圖。

如圖1所示，三刃球頭立銑刀1由形成在三刃球頭立銑刀1(以下，也稱作立銑刀主體1)的前端側(圖1的右側)的切削刃部3和形成在立銑刀主體1的後端側(圖1的左側)的刀柄部2構成。刀柄部2為以三刃球頭立銑刀1的旋轉軸線Ax為中心的圓柱形狀。切削刃部3由球頭刃部3a和外周刃部3b構成。球頭刃部3a位於立銑刀主體1的前端。外周刃部3b與球頭刃部3a相連，並且該外周刃部3b位於刀柄部2的前端部與球頭刃部3a的後端部之間。

如圖2所示，球頭刃部3a具有相對於旋轉軸線Ax而120°旋轉對稱的形狀。在球頭刃部3a形成有具有規定的螺旋角μ的三片球頭刃5a、5b、5c。球頭刃5a、5b、5c從球頭刃部3a和外周刃部3b之間的邊界位置(後述的點T)延伸至旋轉中心點O附近。旋轉中心點O為旋轉軸線Ax和立銑刀主體1之間的前端側的交點，並且該旋轉中心點O為立銑刀主體1的最前端位置。

在從立銑刀主體1的前端側觀察的情況下(圖2)，各球頭刃5a、5b、5c朝向立銑刀主體1的旋轉方向R的前方膨出，並且該球頭刃5a、5b、5c呈具有規定的彎曲度的圓弧形狀。即，球頭刃5a、5b、5c從其後端部T到其中央附近為止朝向旋轉方向R的前方延伸，並且從其中央附近到旋轉中心點O為止朝向旋轉方向R的後方延伸。另外，球頭刃5a、5b、5c的形狀為如下的形狀：所述球頭刃5a、5b、5c的繞旋轉軸線Ax的旋轉軌跡呈直徑為D的一個半球，所述半球在旋轉軸線Ax上具有中心且呈朝向立銑刀主體1的前端側凸出。下面，將該直徑D稱作切削刃部3的直徑。

外周刃部3b具有相對於旋轉軸線Ax而120°旋轉對稱的形狀。在外周刃部3b，朝向刀柄部2側(後端側)延伸設置有螺旋狀的外周刃12a、12b、12c(在圖1中僅能觀察到12b、12c)，該螺旋狀的外周刃12a、12b、12c分別與球頭刃5a、5b、5c的後端部T光滑地相連，並且具有規定的螺旋角η。換言之，外周刃12a、12b、12c以隨著靠近刀柄部2而朝向旋轉方向R的後方的方式從球頭刃5a、5b、5c螺旋狀地延伸。外周刃12a、12b、12c的繞旋轉軸線Ax的旋轉軌跡為以旋轉軸線Ax為中心的圓筒。該圓筒的直徑與由球頭刃5a、5b、5c的旋轉軌跡所成的半球的直徑D相等。

如圖2所示，在三片球頭刃5a、5b、5c之間分別形成有中心槽4a、4b、4c。中心槽4a、4b、4c分別位於各球頭刃5a、5b、5c的旋轉方向R的後方，並且從球頭刃部3a和外周刃部3b之間的邊界位置延伸至旋轉中心點O附近。中心槽4a、4b、4c在其旋轉方向R的後方與球頭刃5a、5b、5c分別相連，並且在其旋轉方向R的前方與後述的球頭刃的第二面6a、6b、6c及第三面7a、7b、7c分別相連。如後述，中心槽4a、4b、4c由多個面構成，在從立銑刀主體1的前端側觀察的情況下(圖2)，中心槽4a、4b、4c為呈大致梯形的區域。

如圖1所示，在三片外周刃12a、12b、12c之間形成有刃槽20a、20b、20c。刃槽20a、20b、20c分別位於各外周刃12a、12b、12c的旋轉方向R的後方。刃槽20a、20b、20c以在旋轉方向R上的寬度大致恆定的方式沿外周刃12a、12b、12c從中心槽4a、4b、4c的後端螺旋狀地延伸至刀柄部2。如圖5、圖6和圖8所示，刃槽20a、20b、20c在其旋轉方向R的前方與後述外周刃的第三面14a、14b、14c相連。刃槽20a、20b、20c在其旋轉方向R的後方與後述外周刃的前刀面16a、16b、16c相連。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖8)中，刃槽20a、20b、20c呈朝向立銑刀主體1的外方膨出的圓弧狀。

如圖3～圖7所示，在各球頭刃5a、5b、5c的旋轉方向R的前方形成有前刀面15a、15b、15c(在圖5、圖6中僅能觀察到15a、15b)。前刀面15a、15b、15c與各球頭刃5a、5b、5c分別相連。另外，在各球頭刃5a、5b、5c的旋轉方向R的後方形成有球頭刃的第二面6a、6b、6c。第二面6a、6b、6c與各球頭刃5a、5b、5c分別相連。即，球頭刃5a、5b、5c被形成在前刀面15a、15b、15c與第二面6a、6b、6c之間的交叉稜線部。另外，第二面6a、6b、6c分別作為球頭刃5a、5b、5c的第一後刀面來發揮作用。

如圖7所示，前刀面15a、15b、15c以各球頭刃5a、5b、5c具有規定的負前角δ的方式形成，並且該前刀面15a、15b、15c朝向旋轉方向R的前方。如圖5和圖6所示，前刀面15a、15b、15c從旋轉中心點O附近到球頭刃5a、5b、5c的後端部T為止沿球頭刃5a、5b、5c延伸。前刀面15a、15b、15c的後端與後述的外周刃12a、12b、12c的前刀面16a、16b、16c相連。前刀面15a、15b、15c在旋轉方向R上的寬度以如下方式光滑地變化：即在前刀面15a、15b、15c的前端部及後端部該寬度大致為零，並且在其旋轉軸線Ax方向中央附近該寬度最大。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖7)中，前刀面15a、15b、15c呈朝向旋轉方向R的前方膨出的、具有規定的彎曲度的曲面。

如圖5和圖6所示，第二面6a、6b、6c從旋轉中心點O附近到球頭刃5a、5b、5c的後端部T附近為止沿球頭刃5a、5b、5c延伸。第二面6a、6b、6c在其後端與後述的外周刃的第二面13a、13b、13c及第三面14a、14b、14c相連。對於第二面6a、6b、6c在旋轉方向R上的寬度而言，在比後述的點V1、V2、V3更靠後端側該寬度大致恆定，在比點V1、V2、V3更靠前端側該寬度逐漸減小，在作為該第二面6a、6b、6c的前端的點Y1、Y2、Y3處該寬度為零。如圖7所示，第二面6a、6b、6c以球頭刃5a、5b、5c具有規定的后角α的方式形成。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖7)中，第二面6a、6b、6c呈直線。

如圖2～圖5所示，在從旋轉中心點O附近到第二面6a、6b、6c的後端為止，在第二面6a、6b、6c的旋轉方向R的後方，從徑向(通過旋轉軸線Ax且與旋轉軸線Ax正交的方向)內方起第二面6a、6b、6c上依次分別連接有第二中心槽面9a、9b、9c、中心槽壁面10a、10b、10c和球頭刃的第三面7a、7b、7c。

第二中心槽面9a、9b、9c的前端在其旋轉方向R的前方與第二面6a、6b、6c的前端相連。第二中心槽面9a、9b、9c和第二面6a、6b、6c之間的邊界線為圖3中的線X1-Y1、X2-Y2、X3-Y3。第二中心槽面9a、9b、9c分別從邊界線X1-Y1、X2-Y2、X3-Y3朝向外周刃部3b延伸。此外，點Y1、Y2、Y3為作為球頭刃的第二面6a、6b、6c、第二中心槽面9a、9b、9c、後述的第一中心槽面8a、8b、8c和後述的套料部11之間的邊界的點(四重點)。點X1、X2、X3為作為球頭刃的第二面6a、6b、6c、中心槽壁面10a、10b、10c和第二中心槽面9a、9b、9c之間的邊界的點(三重點)。

第二中心槽面9a、9b、9c在其旋轉方向R的前方以及在比點X1、X2、X3更靠徑向外方處與中心槽壁面10a、10b、10c相連。如圖3和圖7所示，在從點X1、X2、X3朝向外周刃部3b延伸的邊界線J1、J2、J3上，第二中心槽面9a、9b、9c和中心槽壁面10a、10b、10c相連接。另外，第二中心槽面9a、9b、9c在其旋轉方向R的後方與後述的第一中心槽面8a、8b、8c相連。第二中心槽面9a、9b、9c和第一中心槽面8a、8b、8c之間的邊界線K1、K2、K3分別從點Y1、Y2、Y3朝向外周刃部3b延伸。在第二中心槽面9a、9b、9c的後端附近，邊界線K1、K2、K3為第一中心槽面8a、8b、8c和中心槽壁面10a、10b、10c之間的邊界線。第二中心槽面9a、9b、9c的旋轉方向R後方的邊在第二中心槽面9a、9b、9c的後端附近從邊界線K1、K2、K3朝向旋轉方向R的前方分支，並在中心槽壁面10a、10b、10c內與邊界線J1、J2、J3相交。即，第二中心槽面9a、9b、9c呈以邊界線X1-Y1、X2-Y2、X3-Y3為底邊且在中心槽壁面10a、10b、10c內具有頂點的大致三角形。

中心槽壁面10a、10b、10c的前端在其旋轉方向R的前方與第二面6a、6b、6c相連。中心槽壁面10a、10b、10c和第二面6a、6b、6c在相對於點X1、X2、X3的後端側即在邊界線X1-V1、X2-V2、X3-V3連接。中心槽壁面10a、10b、10c分別從邊界線X1-V1、X2-V2、X3-V3朝向立銑刀主體1的後端側延伸。此外，點V1、V2、V3為作為球頭刃的第二面6a、6b、6c、球頭刃的第三面7a、7b、7c和中心槽壁面10a、10b、10c之間的邊界的點(三重點)。

中心槽壁面10a、10b、10c在其旋轉方向R的前方且在比點V1、V2、V3更靠後端側與第三面7a、7b、7c相連。中心槽壁面10a、10b、10c和第三面7a、7b、7c之間的邊界線呈從點V1、V2、V3朝向外周刃部3b延伸的圓弧狀的曲線。中心槽壁面10a、10b、10c在其旋轉方向R的後方與後述的第一中心槽面8a、8b、8c相連。第一中心槽面8a、8b、8c和中心槽壁面10a、10b、10c在邊界線K1、K2、K3連接。如圖2所示，在從立銑刀主體1的前端觀察的情況下，中心槽壁面10a、10b、10c形成為被球頭刃的第二面6a、6b、6c、第三面7a、7b、7c和第一中心槽面8a、8b、8c所包圍，並且包圍第二中心槽面9a、9b、9c。

在向外經側稍微遠離旋轉中心點O附近的球頭刃部3a的中心附近(圖2、圖3)，在球頭刃的第二面6a、6b、6c的旋轉方向R的後方形成有球頭刃的第三面7a、7b、7c。第三面7a、7b、7c和第二面6a、6b、6c在從點V1、V2、V3朝向外周刃部3b延伸的邊界線連接。第三面7a、7b、7c以其旋轉方向R上的寬度逐漸變大直至規定的大小為止的方式從點V1、V2、V3朝向外周刃部3b延伸。第三面7a、7b、7c的後端與後述的外周刃的第三面14a、14b、14c及刃槽20a、20b、20c連接。

如圖7所示，第三面7a、7b、7c為作為球頭刃5a、5b、5c的第二後刀面的面。第三面7a、7b、7c為以具有比第二面6a、6b、6c所成的后角α更大的后角的方式相對於第二面6a、6b、6c向徑向內方傾斜的面。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖7)中，第三面7a、7b、7c為直線。

如上述，在球頭刃的第三面7a、7b、7c的旋轉方向R的後方形成有中心槽壁面10a、10b、10c。如圖7所示，中心槽壁面10a、10b、10c相對於第三面7a、7b、7c向徑向內方傾斜並且朝向旋轉方向R的後方。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖7)中，中心槽壁面10a、10b、10c為直線。

在各球頭刃的前刀面15a、15b、15c的旋轉方向R的前方，分別形成有第一中心槽面8c、8a、8b。如圖3和圖7所示，第一中心槽面8a、8b、8c和前刀面15b、15c、15a在從旋轉中心點O附近朝向外周刃部3b延伸的邊界線L1、L2、L3上連接。第一中心槽面8a、8b、8c的前端側部分在其旋轉方向R的前方與第二中心槽面9a、9b、9c相連。第一中心槽面8a、8b、8c和第二中心槽面9a、9b、9c在從旋轉中心點O附近朝向外周刃部3b延伸的邊界線K1、K2、K3上連接。第一中心槽面8a、8b、8c以其旋轉方向R上的寬度逐漸變大的方式從旋轉中心點O朝向外周刃部3b延伸，並且在從立銑刀主體1的前端側觀察的情況下(圖2)，該第一中心槽面8a、8b、8c呈大致三角形。

如圖7所示，在與旋轉軸線Ax垂直的剖面中，邊界線K1、K2、K3位於連結邊界線J1、J2、J3和邊界線L1、L2、L3的直線上。在該剖面中，第二中心槽面9a、9b、9c為直線，第一中心槽面8a、8b、8c為向旋轉軸線Ax側略微後退的凹狀的圓弧。

中心槽4a、4b、4c分別位於上述的各球頭刃5b、5c、5a的旋轉方向R的前方，該中心槽4a、4b、4c分別由在旋轉方向R上相連的、球頭刃的前刀面15b、15c、15a、第一中心槽面8a、8b、8c、第二中心槽面9a、9b、9c和中心槽壁面10a、10b、10c這四個面構成。

如圖1、圖6和圖8所示，在各外周刃12a、12b、12c的旋轉方向R的前方分別形成有外周刃的前刀面16a、16b、16c。前刀面16a、16b、16c與外周刃12a、12b、12c分別相連。在各外周刃12a、12b、12c的旋轉方向R的後方分別形成有外周刃的第二面13a、13b、13c。第二面13a、13b、13c與外周刃12a、12b、12c分別相連。即，外周刃12a、12b、12c形成在前刀面16a、16b、16c和第二面13a、13b、13c之間的交叉稜線部上。另外，第二面13a、13b、13c分別作為外周刃12a、12b、12c的第一後刀面來發揮作用。

前刀面16a、16b、16c以在旋轉方向R上的尺寸大致恆定的方式，沿外周刃12a、12b、12c從球頭刃5a、5b、5c的後端部T螺旋狀地延伸至刀柄部2。另外，前刀面16a、16b、16c的前端與球頭刃5a、5b、5c的前刀面15a、15b、15c的後端相連。如圖8所示，前刀面16a、16b、16c以各外周刃12a、12b、12c具有規定的負前角ε的方式形成並且朝向旋轉方向R的前方。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖8)中，前刀面16a、16b、16c由與外周刃12a、12b、12c相連的直線和光滑地連接該直線和刃槽20c、20a、20b且向徑向內方凹陷的曲線形成。

外周刃的第二面13a、13b、13c以在旋轉方向R上的尺寸大致恆定的方式，沿外周刃12a、12b、12c從球頭刃5a、5b、5c的後端部T螺旋狀地延伸至刀柄部2。另外，第二面13a、13b、13c的前端與球頭刃5a、5b、5c的第二面6a、6b、6c的後端相連。在第二面13a、13b、13c的旋轉方向R的後方分別形成有外周刃的第三面14a、14b、14c。第三面14a、14b、14c與第二面13a、13b、13c分別相連。第三面14a、14b、14c以在旋轉方向R上的尺寸大致恆定的方式，沿第二面13a、13b、13c從球頭刃5a、5b、5c的後端部T螺旋狀地延伸至刀柄部2。另外，第三面14a、14b、14c的前端與球頭刃5a、5b、5c的第二面6a、6b、6c的後端及第三面7a、7b、7c的後端相連。

如圖8所示，外周刃的第二面13a、13b、13c以各外周刃12a、12b、12c具有規定的后角β的方式形成。在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖8)中，第二面13a、13b、13c為直線。第三面14a、14b、14c為作為外周刃12a、12b、12c的第二後刀面的面。第三面14a、14b、14c為以具有大於第二面13a、13b、13c所成的后角β的方式相對於第二面13a、13b、13c向徑向內方傾斜的面。另外，在與旋轉軸線Ax垂直的剖面(圖8)中，第三面14a、14b、14c呈向立銑刀主體1的外方膨出的圓弧，該第三面14a、14b、14c的一端與第二面13a、13b、13c光滑地相連，另一端與刃槽20a、20b、20c相連。

如上述，在本實施方式的三刃球頭立銑刀1中，各中心槽4a、4b、4c為大致梯形的排屑區域，其由各球頭刃的前刀面15b、15c、15a、各中心槽壁面10a、10b、10c、第一中心槽面8a、8b、8c和第二中心槽面9a、9b、9c這些連續的四個面形成。並且，各中心槽4a、4b、4c從旋轉中心點O附近到球頭刃部3a和外周刃部3b之間的邊界部為止形成於球頭刃部3a上。這一點為本實施方式的三刃球頭立銑刀1的特徵。關於該特徵，以中心槽4a為例進行更詳細說明。

中心槽4a由中心槽壁面10a、第二中心槽面9a、第一中心槽面8a和前刀面15b形成。中心槽4a在其旋轉方向R的前方與作為球頭刃5a的後刀面的第二面6a及第三面7a相連。如圖3所示，在球頭刃5a的後刀面和中心槽4a之間的邊界線中，延伸至旋轉中心點O附近的邊界線、即第二面6a和中心槽4a之間的邊界線V1-X1-Y1為朝向比連結點V1和旋轉中心點O的直線更靠旋轉方向R的前方膨出的曲線。換言之，第二中心槽面9a和第二面6a之間的邊界線V1-X1-Y1位於比第二面6a和第三面7a之間的邊界線更靠旋轉方向R的前方。

構成邊界線V1-X1-Y1的邊界線X1-V1為比從點V1向旋轉中心點O的方向更加朝向旋轉方向R前方而從點V1延伸至點X1的大致直線。邊界線X1-Y1由從點Y1向徑向外方(從旋轉中心點O朝向點Y1的方向)延伸的直線和光滑地連接該直線和邊界線X1-V1的曲線形成。邊界線X1-V1和邊界線X1-Y1在點X1上光滑地連接。

如此，比球頭刃的第二面6a上的最靠近旋轉中心點O的點Y1更靠旋轉方向R後方的面為第二中心槽面9a。換言之，第二中心槽面9a的一邊為從球頭刃的第二面6a上的最靠近旋轉中心點O的點Y1沿大致徑向延伸的線X1-Y1。另外，在中心槽4b、4c中也為同樣的結構。

根據這種特徵，各第二中心槽面9a、9b、9c被形成為越靠近旋轉中心點O則越向各球頭刃的第二面6a、6b、6c伸入。因此，能夠在切屑易於堵塞的旋轉中心點O附近確保比現有的多刃球頭立銑刀更寬的排屑區域，從而能得到良好的粗加工切削性能。

各第二中心槽面9a、9b、9c的形狀並不特別限定，但優選為如上述那樣隨著從旋轉中心點O側朝向外徑側而圓周方向(旋轉方向R)上的寬度逐漸變窄的大致三角形的形狀。由此，能夠在旋轉中心點O附近確保較寬的排屑區域，並且能夠與隨著朝向外徑側而各第二中心槽面9a、9b、9c在圓周方向上的寬度變窄的情況相應地，加大各球頭刃的第三面7a、7b、7c在圓周方向上的寬度。因此，提高各球頭刃5a、5b、5c的剛性，抑制對高硬度材料進行高進給粗加工時產生的崩刀等。

如圖3所示，優選在旋轉中心點O附近設置套料部11。套料部11被第一中心槽面8a、8b、8c、球頭刃的第二面6a、6b、6c和前刀面15a、15b、15c包圍。第一中心槽面8a、8b、8c和套料部11之間的邊界線為與以旋轉中心點O為中心的內切圓W外切的、朝向旋轉中心點O凸出的圓弧狀的曲線。

套料部11和第二面6a、6b、6c之間的邊界線25a、25b、25c分別為以遠離旋轉中心點O的方式從點Y1、Y2、Y3到球頭刃5a、5b、5c為止朝向旋轉方向R前方延伸的直線。套料部11和前刀面15a、15b、15c之間的邊界線為將第一中心槽面8a、8b、8c和套料部11之間的邊界線的一端和邊界線25a、25b、25c的一端相連接的曲線。

通過設置套料部11，提高球頭刃部3a的前端部的強度。套料部11的內切圓W的直徑優選為0.01～0.30mm，更優選為0.02～0.25mm。在W的直徑小於0.01mm的情況下套料部11的剛性有可能不足，在W的直徑超過0.30mm的情況下各球頭刃5a、5b、5c的切削性能有可能較差，有可能無法得到良好的加工面質量。

如圖3所示，點X1為球頭刃的第二面6a、中心槽壁面10a和第二中心槽面9a之間的邊界點(三重點)。旋轉中心點O和邊界點X1之間的距離H優選為0.03D～0.20D，更優選為0.04D～0.12D。在距離H小於0.03D時旋轉中心點O附近的排屑區域有可能變窄、即中心槽4a在旋轉中心點O附近的大小較小。因此，有可能因切屑堵塞而產生崩刀。由於在距離H超過0.20D時有可能出現旋轉中心點O附近的各球頭刃的刃厚較薄的情況，因此有可能因剛性不足而產生崩刀及缺損。可以說對於點X2、X3的情況也相同。即，點X2和旋轉中心點O之間的距離以及點X3和旋轉中心點O之間的距離優選為0.03D～0.20D，更優選為0.04D～0.12D。

如圖3所示，在從球頭刃部3a的前端側觀察本實施方式的三刃球頭立銑刀1的情況下，繪製以旋轉中心點O為準且通過各中心槽4a、4b、4c且直徑為0.03D～0.2D的假想圓P時，圓P和相鄰的兩個球頭刃5a、5b在點P1、P3相交。從交點P1向旋轉方向R的後方側依次配置有球頭刃5a的第二面6a和第二中心槽面9a，並且它們鄰接而形成邊界線X1-Y1。上述邊界線X1-Y1和圓P在點P2相交。如此，在點X1和點Y1之間存在點P2。由交點P1和交點P3所成的圓弧P1-P3的長度與由交點P1和交點P2所成的圓弧P1-P2的長度之比(圓弧P1-P3的長度/圓弧P1-P2的長度)優選為3.5～6.0，更優選為4.0～5.5。上述比率越大則中心槽4a在圖3的旋轉中心點O附近的圓周方向(旋轉方向R)上的佔有面積(容屑槽的佔有空間)越大，提高旋轉中心點O附近的切屑排出性。在上述比率小於3.5時具有排屑區域較窄的情況，有可能因切屑堵塞而產生崩刀。在所述比率超過6.0時，具有球頭刃5a的刃厚較薄的情況，因此有可能因剛性不足而產生崩刀及缺損。可以說對於鄰接的兩個球頭刃5b、5c以及鄰接的兩個球頭刃5c、5a的情況也相同。此外，優選在由以旋轉中心點O為中心的直徑0.03D的圓和直徑0.2D的圓包圍的區域的至少一部分中上述比率滿足上述範圍，更優選在整個該區域中上述比例滿足上述範圍。

在圖3和圖4中，點X1為第二中心槽面9a、中心槽壁面10a和球頭刃的第二面6a之間的邊界點(三重點)。點X1』為當繪製以旋轉中心點O為中心且通過邊界點X1的假想圓X時的圓X和球頭刃5a之間的交點。點V1為中心槽壁面10a、球頭刃的第二面6a和球頭刃的第三面7a所相交的邊界點(三重點)。點V1』為當繪製以旋轉中心點O為中心且通過邊界點V1的假想圓V時的圓V和球頭刃5a之間的交點。與球頭刃5a的第三面7a鄰接的球頭刃5a的第二面6a的寬度V1-V1』(點V1和點V1』之間的距離dV)和與第二中心槽面9a鄰接的球頭刃5a的第二面6a的寬度X1-X1』(點X1和點X1』之間的距離dX)之比(dV/dX)優選為1.1～4.5，更優選為1.2～4.0。上述比率越大，則中心槽4a在旋轉中心點O附近和球頭刃3a的中間附近之間的圓周方向上的佔有面積(容屑槽的佔有空間)越大，因此提高切屑排出性。在上述比率小於1.1時有可能導致旋轉中心點O附近的切屑排出性較差，在上述比率超過4.5時有可能因旋轉中心點O附近的球頭刃5a的剛性不足而產生崩刀。在其它球頭刃5b、5c中也同樣適用上述比率。

當在圖2中繪製以旋轉中心點O為準且通過上述中心槽4a、4b、4c且直徑0.4D～0.6D(D為上述切削刃部的直徑)的假想圓S時，圓S和鄰接的兩個球頭刃5a、5b在點S1、點S3相交。此外，在圖2中將圓S設為直徑0.5D的圓。從點S1向旋轉方向R的後方側依次配置有球頭刃5a的第二面6a、球頭刃5a的第三面7a和中心槽壁面10a，並且它們彼此鄰接。球頭刃5a的第三面7a與中心槽壁面10a之間的邊界線和圓S在點S2相交。圓弧S1-S3的長度和圓弧S1-S2的長度之比(圓弧S1-S3的長度/圓弧S1-S2的長度)優選為2.1～3.3，更優選為2.2～3.1。上述比率越大則中心槽4a在球頭刃部3a的中間附近(旋轉軸線Ax方向上的中央部附近)的圓周方向(旋轉方向R)上的佔有面積(容屑槽的佔有空間)越大，因此能提高切屑排出性，並且還可以在球頭刃部3a的中心附近形成較寬的第三面7a。因此能提高刀尖剛性。在上述比率小於2.1時有可能導致切屑排出性較差，在上述比率超過3.3時有可能因球頭刃的剛性不足而產生崩刀。在鄰接的兩個球頭刃5b、5c以及鄰接的兩個球頭刃5c、5a中也同樣適用上述比率。此外，優選在由以旋轉中心點O為中心且直徑0.4D的圓和直徑0.6D的圓包圍的區域的至少一部分中上述比率滿足上述範圍，更優選在整個該區域中上述比率滿足上述範圍。

在圖2中，對於連結旋轉中心點O和球頭刃5b的終點T的線段O-T，從球頭刃5b的凸曲面(凸曲線、圓弧)上的頂點(在凸曲線中距線段O-T的距離最長的點)U1朝向線段O-T引出垂線，並將上述垂線和線段O-T上的交點設為U2。將線段U1-U2的長度和線段O-T的長度之比(線段U1-U2的長度/線段O-T的長度×100％)設為球頭刃5b的彎曲度。上述彎曲度為35～55％，優選為40～50％。在上述彎曲度小於35％時容屑槽過小，在上述彎曲度超過55％時球頭刃的剛性不足。球頭刃5b的終點T為球頭刃5b和外周刃12b之間的交點，在本實施方式中的圖2、圖3的情況下，從球頭刃部3a的前端(旋轉中心點O)到上述終點T為止的旋轉軸線Ax方向上的長度被設定為0.5D，但可根據設計規格進行適當變更。在其它球頭刃5a、5c中也同樣適用上述彎曲度。

對於本實施方式的三刃球頭立銑刀1而言，為了即使對高硬度的難切削材料進行高進給粗加工也能減少崩刀及缺損，而且為了加長壽命，優選各外周刃12a～12c具有35～45°的螺旋角η(例如η＝40°)，並且各球頭刃5a～5c的螺旋角μ相對於上述螺旋角η(例如η＝36°)滿足η-μ≤7°的關係，從而平滑地連結外周刃12a～12c和球頭刃5a～5c。在此，在沒有特別講明的情況下，各球頭刃的「螺旋角μ」為在從各球頭刃5a、5b、5c的終點(圖1、圖2中的T)起沿立銑刀主體1的旋轉軸線Ax向球頭刃部3a的前端方向為0.02D的範圍內測定到的螺旋角。

對於本實施方式的三刃球頭立銑刀1而言，各外周刃12a～12c的螺旋角η優選在35～45°的範圍內，更優選在37～43°的範圍內，以便提高外周刃12a～12c的切削性能，並且通過提高剛性來抑制高硬度難切削材料在高進給粗加工中的側面切削時產生的崩刀。如圖1所示，螺旋角η為由各外周刃12a～12c和旋轉軸線Ax所成的角度。由於在外周刃12a～12c的螺旋角η小於35°時，具有施加到各外周刃上的阻力較大的情況，因此有可能產生崩刀。另一方面，在螺旋角η大於45°時，因施加到工件上的負荷增大而產生顫振，有可能導致加工面質量的下降。

如圖1所示，優選各球頭刃5a～5c的螺旋角μ相對於各外周刃12a～12c的螺旋角η滿足η-μ≤7°的關係。在上述關係滿足η-μ＞7°時具有如下的情況：在各外周刃12a～12c和各球頭刃5a～5c之間的連結點T(球頭刃的終點且外周刃的起點)上切削刃產生較大的彎曲，成為崩刀或缺損的原因。更優選上述關係滿足η-μ≤6°，特別優選為上述關係滿足η-μ≤5°。此外，優選螺旋角之差η-μ的下限值為0°。

如圖7所示的I-I剖面(沿旋轉軸線Ax方向距球頭刃部3a的前端(旋轉中心點O)0.15D的位置上的剖面)那樣，優選各球頭刃5a～5c的前刀面15a～15c為向旋轉方向R的前方凸出的曲面狀。通過以下垂線的長度h和以下線段的長度g之比h/g(在圖7中僅對前刀面15c示出g、h)來表示各前刀面15a～15c的凸曲面的彎曲度：其中，該線段為連結凸曲面的兩端(前刀面15a～15c的徑向外方端和內方端)的線段，該垂線為從凸曲面的頂點(在凸曲面(圖7中為凸曲線)上的與該線段之間的距離最大的點)引到上述線段上的垂線。各前刀面15a～15c的凸曲面的彎曲度h/g優選為1～10％(例如3％)。在彎曲度h/g小於1％時具有球頭刃部3a的剛性及刀尖強度不足的情況，在彎曲度h/g超過10％時有可能因切削性降低而易於產生由熔敷引起的缺損。彎曲度h/g的更優選的範圍為1～8％。

在圖7中，各球頭刃5a～5c的徑向前角δ(圖7中僅示出球頭刃5a的前角δ)優選為-29～-11°(例如δ＝-19°)，更優選為-26～-14°。在各球頭刃5a～5c的徑向前角小於-29°時具有各球頭刃5a～5c的切削性能不充分的情況，在各球頭刃5a～5c的徑向前角超過-11°時具有各球頭刃5a～5c的剛性及刀尖強度降低的情況。在任一情況下都有可能難以穩定地進行高硬度材料的切削。此外，在圖7所示的剖面圖中，球頭刃5a的徑向前角δ為由前刀面15a在球頭刃5a上的切線和通過旋轉軸線Ax及球頭刃5a的直線所成的角度。關於球頭刃5b、5c的徑向前角也同樣。

在圖7中，各球頭刃5a～5c的后角α(在圖7中僅示出球頭刃5a的后角α)優選為6～23°(例如α＝12°)，更優選為8～21°。在后角小於6°時具有切削阻力較高的情況，在高效的切削中有可能易於產生顫振。另一方面，在后角超過23°時具有雖然切削阻力降低但各球頭刃5a～5c的剛性下降的情況，在高效的加工中有可能易於產生崩刀及缺損。此外，在圖7所示的剖面圖中，球頭刃5a的后角α為由通過球頭刃5a及旋轉軸線Ax的直線和球頭刃5a的第二面6a所成的角度。關於球頭刃5b、5c的后角也同樣。

根據圖8所示的II-II剖面(沿旋轉軸線Ax方向距球頭刃部3a的前端(旋轉中心點O)0.75D的位置上的剖面)，各外周刃12a～12c的徑向前角ε(在圖8中僅示出外周刃12a的前角ε)優選為-9～-1°(例如ε＝-5°)，更優選為-7～-3°。在各外周刃12a～12c的徑向前角小於-9°時具有各外周刃12a～12c的切削性能不充分的情況，並且在各外周刃12a～12c的徑向前角超過-3°時具有各外周刃12a～12c的剛性及刀尖強度較低的情況。在任一情況下都有可能難以穩定地進行高硬度材料的切削。此外，在圖8所示的剖面圖中，外周刃12a的前角ε為由前刀面16a在外周刃12a上的切線和通過旋轉軸線Ax及外周刃12a的直線所成的角度。關於外周刃12b、12c的前角也同樣。

在圖8中，各外周刃12a～12c的后角β(在圖8中僅示出外周刃12a的后角β)也優選為6～23°(例如β＝11°)，更優選為8～21°。在后角小於6°時具有切削阻力較高的情況，在高效的切削中有可能易於產生顫振。另一方面，由於在后角超過23°時具有雖然切削阻力降低但各外周刃12a～12c的剛性下降的情況，因此在高效的切削中有可能易於產生崩刀及缺損。此外，在圖8所示的剖面圖中，外周刃12a～12c的后角α為由外周刃12a～12c和其第二面13a、13b、13c所成的角度。

以上，對作為本發明的實施方式的多刃球頭立銑刀進行了說明，但本發明並不限定於此，在不脫離本發明的技術思想的範圍內能夠進行適當變更。例如，在上述實施方式中對三刃球頭立銑刀進行了說明，但並不限定於此。例如，除將刃數變更為四刃、五刃或六刃等以外，將中心槽的結構等設置為與上述實施方式的三刃球頭立銑刀相同的結構的多刃球頭立銑刀也能取得本發明的效果。

產業上的可利用性

根據本發明的多刃球頭立銑刀，能夠同時實現切削阻力的降低和粗加工時的切屑排出性的提高。因此，即使在對用於各種金屬模的熱鍛鋼等高硬度工件進行高進給粗加工的情況下，也能得到高質量的加工面。

附圖標記說明

1：三刃球頭立銑刀(立銑刀主體)

2：刀柄部

3：切削刃部

3a：球頭刃部

3b：外周刃部

4a、4b、4c：中心槽

5a、5b、5c：球頭刃

6a、6b、6c：球頭刃的第二面

7a、7b、7c：球頭刃的第三面

8a、8b、8c：第一中心槽面

9a、9b、9c：第二中心槽面

10a、10b、10c：中心槽壁面

11：套料部

12a、12b、12c：外周刃

13a、13b、13c：外周刃的第二面

14a、14b、14c：外周刃的第三面

15a、15b、15c：球頭刃的前刀面

16a、16b、16c：外周刃的前刀面

20a、20b、20c：刃槽

25a、25b、25c：套料部和球頭刃的後刀面(第二面)之間的邊界線

Ax：旋轉軸線

D：切削刃部的直徑

H：旋轉中心點和邊界點X1之間的距離

J1、J2、J3：中心槽壁面和第二中心槽面之間的邊界線

K1、K2、K3：第一中心槽面和第二中心槽面之間的邊界線

L1、L2、L3：第一中心槽面和球頭刃的前刀面之間的邊界線

O：旋轉中心點

P：假想圓

P1、P3：鄰接的兩個球頭刃和圓P之間的交點

P2：由球頭刃的第二面和第二中心槽面所成的邊界線與圓P之間的交點

R：旋轉方向

S：以工具直徑(切削刃部的直徑D)的50％長度為直徑的假想圓

S1、S3：鄰接的兩個球頭刃和假想圓S之間的交點

S2：由球頭刃的第三面和中心槽壁所成的邊界線與假想圓S之間的交點

T：球頭刃的終點

U1：球頭刃的凸曲面的頂點

U2：從球頭刃的凸曲面的頂點引到線段O-T上的垂線的終點

V：通過點V1、V2、V3的假想圓

V1、V2、V3：球頭刃的第二面、球頭刃的第三面和中心槽壁面之間的邊界點(三重點)

X：通過點X1、X2、X3的假想圓

X1、X2、X3：球頭刃的第二面、中心槽壁面和第二中心槽面之間的邊界點(三重點)

Y1、Y2、Y3：球頭刃的第二面、第二中心槽面、第一中心槽面和套料部之間的邊界點(四重點)

W：套料部的內切圓

g：凸曲面的長度

h：凸曲面的高度

α：球頭刃的后角

β：外周刃的后角

δ：球頭刃的徑向前角

ε：外周刃的徑向前角