JP2003094226A - テーパ部を有するエンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】切削による応力集中を分散するとともに、工具
のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及
び折損を抑制し、工具寿命が向上する小径エンドミル。 【解決手段】刃径がシャンク径より小さく、首部１にテ
ーパ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側
面視で、該テーパ部の刃部側に凹状部３を有し、該凹状
部は漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部
をテーパ部長さの１／４以上としたことを特徴とするテ
ーパ部を有するエンドミル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、マシニングセンタ等
の工作機械を使用して用いる小径エンドミルに関する。

【０００２】

【従来の技術】製品の軽薄短小化に伴い、その部品や金
型が小さくなり、これらを加工するエンドミルにおいて
も刃径が３ｍｍ以下のいわゆる小径エンドミルのニーズ
が高まっている。小径エンドミルは中径や大径のものと
異なり、工具寿命が折損によるものが大半を占めてい
る。これは、小径であるが故、剛性面が弱く、また、小
径エンドミルは一般に刃径がシャンク径より小さく、刃
部とシャンク部を首部のテーパ部を介して繋いでおり、
刃部または首部のストレート部と首部のテーパ部との繋
ぎ部に凹状の段差を生じ、切削応力がこの段差部に集中
することにより、折損しやすく、工具寿命が短かった。
これを改善したものに特開平１０−１５１５１３号公報
に開示される小径エンドミルがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】小径エンドミルの工具
寿命状況は、大きく２種類あり、第１に切削中のエンド
ミルのたわみ量が大きくなり、その負荷が工具剛性を超
え、折損する場合である。一般にエンドミルのたわみ量
は工具突き出し長さの３乗に比例すると言われており、
これを小径エンドミルに置き換えると、小径エンドミル
のたわみ量はエンド端からたわみの起点までの長さの３
乗に比例することになり、エンド端からたわみの起点ま
での長さは、僅かな差でも大きな影響がある。ここで、
たわみの起点は、外径が増加する勾配が大きくなる変曲
点付近となるため、この部位は特に応力集中を生じ易
く、少ない工具摩耗、即ち少ない切削負荷で折損に至
る。第２は、切削中のびびり振動による切れ刃のチッピ
ング、欠け等の異常摩耗発生した場合である。小径エン
ドミルの場合、切削中のびびり振動は中径や大径のもの
と異なり、工具自体の剛性が高いほど発生しやすい傾向
にある。これは、小径であるが故、元々の剛性面が弱
く、びびり振動を抑制するまでの剛性を得ることができ
ないためである。尚、工具剛性を弱くしすぎると、たわ
みが大きくなり、第１の理由で折損に至る。

【０００４】しかしながら、特開平１０−１５１５１３
号公報の小径エンドミルは、段差を有しないものの変曲
点と大差ない状態であるため、切削応力はこの部位に集
中し、またこの部位の外径が細いため、強度低下を抑制
した効果は少なく、折損しやすい状態は変わらず、工具
寿命が短いという課題があった。また、テーパ部全体を
アール状にしたものは、切削時の応力集中を分散させる
効果はあるものの、エンド端からたわみの起点までの長
さが長くなり過ぎ、たわみが大きく、且つ、切削中のび
びり振動が激しく、切れ刃のチッピング、欠損等の異常
摩耗発生により工具寿命が短いという課題があった。

【０００５】

【本発明の目的】本発明は、以上のような背景をもとに
なされたものであり、切削による応力集中を分散すると
ともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピ
ング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命が向上する小径
エンドミルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、本願発明は、
刃径がシャンク径より小さく、首部にテーパ部を有する
エンドミルにおいて、該エンドミルの側面視で、該テー
パ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は漸次外径が大
きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテーパ部との繋
ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以上の位置としたこと
を特徴とするテーパ部を有するエンドミルである。

【０００７】

【発明の実施の形態】先ず、テーパ部の刃部側に凹状部
を有したことにより、たわみの起点を凹状部のシャンク
端側に位置させるとともに、その直径径を太くすること
ができる。これにより、首部のストレート部と凹状部と
を段差を生じないように滑らかに繋ぐことができ、且
つ、たわみの起点を凹状部のシャンク端側に位置させる
ことになり、エンド端からたわみの起点までの長さを制
御できる。更に、繋ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以
上の位置に設けることにより、太くすることにより強度
を高めることができる。工具側面視で外径が増加する勾
配が大きくなる変曲点、凹状の屈曲部、外径が極小値と
なる部位等では切削応力が集中しやすく、応力が集中し
やすい部位があると、少ない切削負荷でも折損に至るた
め、該凹状部を漸次外径が大きくなる連続曲線とし、応
力集中を分散させるとともに、たわみの起点となる位置
の外径を太くし、強度と耐折損性を向上させた。連続曲
線は、剛性面で一番安定する円弧状が望ましく、円弧状
の曲率半径が大きいほど、応力集中を分散させる効果が
大きいが、その反面、凹状部の曲率半径が大きくなるに
したがって、繋ぎ部の位置がシャンク側に移動し、必要
以上にエンド端からたわみの起点までの長さが長くな
る。そのため、より好ましくは、テーパ部の刃部側、す
なわちテーパ部の半分より刃側の位置が良い。

【０００８】本願発明では、小径ゆえに、繋ぎの位置の
直径の上限は、刃径によりその適切な径の太さが大きく
変動する。例えば、刃径０．５ｍｍでは、シャンク径４
ｍｍを用いるので、径の差が８倍あり、凹状部を設けて
１．５〜６倍程の太さとするのが好ましい。更に好まし
くは、３〜６倍である。同様に、刃径１ｍｍでは、径の
差が４倍となるため、１．５〜３倍程度の太さとするの
がのましい。また、刃径３ｍｍでは、シャンク径６ｍｍ
を用いるので、径の差が２倍となり、凹状部を設けて
１．２〜１．６倍程度まで設けることができる。本発明
では、これらの相乗効果により、チッピング、欠損及び
折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができ
た。

【０００９】テーパ部前端部の外径と後端部の外径との
差によってもテーパ部の形状が変わってくることから、
曲率半径は、テーパ部前端部の外径と後端部の外径との
差の２倍〜８倍の範囲が良い。これは、曲率半径がテー
パ部前端部の外径と後端部の外径との差の２倍よりも小
さくなると、たわみの起点となる部位の外径が小さくな
ると共に、応力集中を分散させる効果が少なく折損を引
き起こす可能性がある。また、８倍を越えるとエンド端
からたわみの起点までの距離が長くなり必要以上に剛性
が下がってしまい十分な加工精度が得にくくなるからで
あり、好ましくは、２．５倍〜５倍が望ましい。更に、
テーパ部のテーパ片角が大きくなると凹状部の曲率半径
を小さくせざるえなくなり、たわみの起点で応力が集中
しやすく折損の原因となり、切削中に被削材との干渉も
生じ易くなる。小さくなると必要以上にテーパ部の長さ
が長くなるため、工具剛性が低下することから、テーパ
部のテーパ片角は１０°〜１５°の範囲が望ましい。首
部に工具軸線に対して略平行のストレート部を有する場
合、ストレート部を被削材と干渉しない程度に微小テー
パを設けても良く、テーパ部の凹状部と滑らかに繋ぐこ
とにより、凹状部の曲率半径を大きくでき、応力分散に
おいて一層効果が向上するとともに、剛性面の向上が計
れる。ここで、１／１０〜１／１００程度の微小テーパ
でも十分効果がある。本発明を適用することにより、テ
ーパ部を有するエンドミルにおいて、切削による応力集
中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御すること
により、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命
を大幅に向上することができた。以下、実施例に基づき
本発明を具体的に説明する。

【００１０】（実施例１）本発明例１として、図１に示
す、工具母材が超硬合金製の工具刃径０．４ｍｍ、シャ
ンク径４ｍｍ、刃数２枚刃、外周ねじれ角が３０°、エ
ンドすくい角が５°、刃長が０．６ｍｍで、一般に首盗
みタイプと呼ばれる、首部１がストレート部２、凹状部
３、テーパ部４とからなり、首部ストレート部の直径は
刃部５の刃径よりも小さい径で、工具軸線に平行のスト
レート部を有している。刃長と首部ストレート部２の長
さの和、即ち首下長さ６が３ｍｍ、テーパ部４のテーパ
片角７が１２°、凹状部３は円弧状に設け、繋ぎの位置
８の直径は２．２ｍｍとし、刃径の５．５倍としたソリ
ッドスクエアエンドミルに、ＴｉＡｌＮコ−ティングを
３μｍ被覆したものを製作した。比較のため、従来例２
として、図２に示す、首部ストレート部２と直線状のテ
ーパ部４とを微小アールで繋ぎ、繋ぎ部に段差をなくし
たタイプ、従来例３として、図３に示す、テーパ部４全
体をアール状にし、首部ストレート部２と段差を生じな
いように滑らかに繋いだタイプを製作した。

【００１１】切削諸元は、被削材にプリハ−ドン鋼（Ｈ
ＲＣ３８）を用い、回転数１９５００ｍｉｎ−^１、送り
速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量は工具軸方向に
０．００８ｍｍ／回とし、油性の切削液を用いて湿式に
よる等高線リブ溝切削を行い、切削状態と仕上げ面の観
察を行った。ここで等高線リブ溝切削の形状は、幅が
０．５ｍｍで深さが３ｍｍで曲線加工部を有した止まり
溝であり、工具軸方向送り回数３７５回で等高線加工を
行った。その結果、本発明例１は折れる事なく、図４に
示す、加工面もびびり等のない良好な加工面であるのに
対し、従来例２は、切削途中に刃部と首部の繋ぎ目を起
点に折損し、従来例３は、折れることはなかったもの
の、図５に示す、加工面にはびびりが発生し、たおれ精
度も悪く、刃先等に欠損を生じており、工具としてもす
でに工具寿命に達していた。

【００１２】（実施例２）本発明例４〜１２として、次
に、本発明例１と同仕様で、凹状部の形状が漸次外径が
大きくなる連続曲線であり、その凹状部の形状を円弧形
状にし、円弧状の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後
端部の外径との差の、本発明例４として１．５倍、本発
明例５として２倍、本発明例６として２．５倍、本発明
例７として３倍、本発明例８として４倍、本発明例９と
して５倍、本発明例１０として６倍、本発明例１１とし
て８倍、本発明例１２として１０倍、とした９種類のエ
ンドミルを製作し、切削テストを行った。切削諸元は、
被削材にプリハ−ドン鋼（ＨＲＣ３８）を用い、回転数
１９５００ｍｉｎ−^１、送り速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、
切り込み量は工具軸方向に０．０２ｍｍ／回とし、油性
の切削液を用いて湿式による等高線リブ溝切削を行い、
切削状態と仕上げ面の観察を行った。ここで等高線リブ
溝切削の形状は、幅が１．２ｍｍで深さが１０ｍｍで曲
線加工部を有した止まり溝であり、工具軸方向送り回数
５００回で等高線加工を行った。その結果、どの工具も
チッピングや欠損等の異常摩耗を生じず、折れることな
く加工できた。ここで、本発明例５〜１１は、加工面も
びびり等のない良好な加工面であり、特に本発明例６〜
９が良好であり、更に本発明例７、８が安定していた。
しかし、本発明例４は、被削材の加工面がびびり面の傾
向にあり、若干加工面に影響を及ぼした。また、本発明
例１２は、加工面のたおれ精度が若干悪い結果となり、
これは曲率半径が大きくなったことにより、エンド端か
らたわみの起点までの長さが若干長くなり、加工面のた
おれ精度に影響した。

【００１３】

【発明の効果】本発明を適用することにより、小径エン
ドミルにおいて、切削による応力集中を分散するととも
に、工具のたわみ量を制御することにより、チッピン
グ、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例の側面図を示す。

【図２】図２は、従来例２側面図を示す。

【図３】図３は、従来例３の側面図を示す。

【図４】図４は、図１のエンドミルを用いたテスト結果
を示す説明図を示す。

【図５】図５は、図３のエンドミルを用いたテスト結果
を示す説明図を示す。

【符号の説明】

１ 首部 ２ 首部ストレート部 ３ 凹状部 ４ テーパ部 ５ 刃部 ６ 首下長さ６ ７ テーパ部４のテーパ片角 ８ 凹状部とテーパ部の繋ぎの位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】刃径がシャンク径より小さく、首部にテー
   パ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側面
   視で、該テーパ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は
   漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテ
   ーパ部との繋ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以上の位
   置としたことを特徴とするテーパ部を有するエンドミ
   ル。
2. 【請求項２】請求項１記載のテーパ部を有するエンドミ
   ルにおいて、該凹状部を円弧状で形成すると共に、該円
   弧の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径と
   の差の２倍〜８倍であることを特徴とするテーパ部を有
   するエンドミル。