JP2004237366A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】工具の剛性を確保しつつ、切り屑の排出性を高めることができるエンドミルを提供する。
【解決手段】工具軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に複数の切り屑排出溝１２が形成され、切り屑排出溝１２の工具回転方向を向く溝壁面１３と外周面との交差稜線部には外周刃１５が形成され、外周刃１５の工具回転方向後方に逃げ面１８が形成され、逃げ面１８を含む外周面と切り屑排出溝１２との交差部にはつなぎ２０が形成されているエンドミルにおいて、芯厚の直径Ｄ２が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１（ただし、Ｄ１は外周刃１５の工具軸線回りにおける回転軌跡の直径）の範囲に設定され、工具軸線の直角断面でみて、外周刃１５から逃げ面１８を含んだつなぎ２０までの角度範囲が４５°〜６５°であり、工具軸線を中心としてつなぎ２０を通る円の直径が、０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１の範囲内であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フライス加工において、効率の良い切削加工の可能なエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンドミルを用いて溝加工のような重切削と呼ばれる加工条件で切削加工を行う際には、生成された切り屑が速やかに切り屑排出溝を流れて外部へ排出されることが求められている。
【０００３】
従来におけるエンドミル１００は、図４（ａ）に示すように、工具本体１０１が略円柱状の軸状をなし、その先端部には、工具本体１０１の先端から基端に向かって螺旋状に捩れる例えば３条の切り屑排出溝１０２、１０２、１０２が、工具本体１０１の周方向に略等間隔または不等間隔に形成されている。
そして、図５に示すように、この切り屑排出溝１０２の工具回転方向（図５の矢線Ｔ方向）を向く溝壁面１０３と、工具本体１０１先端部の外周面との交差稜線部には、切り屑排出溝１０２に沿って螺旋状に捩れた外周刃１０５が形成され、外周刃１０５の工具回転方向後方に延びる面を外周逃げ面１０４と呼んでいる。
【０００４】
切り屑排出溝１０２の基端側端部には、図４（ａ）、（ｂ）に示されているように、工具軸線Ｏ方向基端部側に向けて切り屑排出溝１０２の溝深さが漸次浅くなって工具本体１０１の円筒状外周面と交差する切り上がり部１０６が形成されている。切り上がり部１０６の工具本体１０１の円筒状外周面との交差稜線は、角形状に形成された切り上がり端部１０７を形成している。
【０００５】
上述した構成のエンドミル１００においては、切り屑が速やかに切り屑排出溝１０２を流れるようにするために、図５に示す切り屑排出溝１０２の幅および深さをできるだけ大きく形成し、芯厚をできるだけ小さく形成していた。
【０００６】
または、切り屑排出溝の形状が工具軸線直交断面で凹曲面状の形状を組み合わせることにより形成されているものがある。このエンドミルにおいて、外周刃および底刃で発生した切り屑は、切り屑排出溝の上記凹曲面に沿って流れる際に、凹曲面の形状によって切り屑のカールが促進されて、つるまき状の切り屑となる。切り屑排出溝の幅と深さを大きく設定すると、つるまき状の切り屑は外部への排出性が良くなるため、切削加工効率も良くなる（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２６９３４号公報 （第２頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−２８７１１４号公報 （第２頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のエンドミルにおいては、切り屑排出溝１０２の幅および深さを大きく確保すると、それに相反して芯厚が小さくなって工具剛性は低下してしまい、折損し易くなる恐れがあるという問題があった。
逆に、工具の折損を防ぐために芯厚を大きく取ると、切り屑排出溝１０２が小さくなり、切り屑排出溝１０２に切り屑が詰まり易くなり、切屑詰まりを引き起こし折損に至る恐れがあるという問題があった。
【０００９】
また、切削中に底刃が欠損するなどして、突然切削抵抗が大きくなると、エンドミルの工具軸線回りに大きな捻りトルクが働き、図４（ａ）、（ｂ）に示す切り上がり部１０６の切り上がり端部１０７に応力が集中して亀裂が入り工具が折損する恐れがあるという問題があった。
【００１０】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、工具の剛性を確保しつつ、切り屑の排出性を高めることができるエンドミルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンドミルでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、工具軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に複数の切り屑排出溝が形成され、この切り屑排出溝の工具回転方向を向く溝壁面と前記工具本体の外周面との交差稜線部には外周刃が形成され、この外周刃の工具回転方向後方に逃げ面が形成され、該逃げ面を含む前記外周面と前記切り屑排出溝との交差部にはつなぎが形成されているエンドミルにおいて、前記エンドミルの芯厚の直径Ｄ２が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１（ただし、Ｄ１は前記外周刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の直径）の範囲内に設定され、前記工具軸線の直角断面でみて、前記外周刃から前記逃げ面を含んだ前記つなぎまでの角度範囲が４５°〜６５°であるとともに、前記工具軸線を中心として前記つなぎを通る円の直径が、０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１の範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
この発明にかかるエンドミルによれば、芯厚の直径Ｄ２が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１の範囲で設定され、外周刃から工具回転方向後方へ逃げ面を含んだつなぎまで（背中）の角度範囲が４５°〜６５°であるとともに、工具軸線を中心としてつなぎを通る円の直径が０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１の範囲内であるので、切り屑排出溝の大きさを確保できるとともに、外周刃の工具回転方向後方の肉厚が厚くなる。そのため、切り屑排出溝内における切り屑の走行性を確保して切り屑の排出性低下を防ぐことができ、かつエンドミルの剛性が高くなり切削時におけるエンドミルのたわみを押えることができ、さらには、エンドミルの折損を防ぐことができる。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、請求項１記載のエンドミルにおいて、前記切り屑排出溝は、溝深さが工具軸線方向基端部側に向けて漸次浅くなって前記切り屑排出溝の基端側端部に切り上がり部が形成され、前記切り上がり部の切り上がり端部が、円弧形状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明にかかるエンドミルによれば、切り上がり部の切り上がり端部の形状が円弧形状に形成されているので、切削加工時において切り上がり端部に集中する応力が小さくなるため、切り上がり端部に亀裂が入りにくくなり折損し難くなる。
【００１５】
請求項３にかかる発明は、請求項２記載のエンドミルにおいて、前記円弧形状の半径が（Ｄ１−Ｄ２）／６以上に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明にかかるエンドミルによれば、切り上がり端部の円弧形状の半径が（Ｄ１−Ｄ２）／６以上に設定されているので、切り上がり端部に集中する応力がより確実に小さくなるため、切り上がり端部に亀裂がさらに入りにくくなり折損し難くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図１、図２を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明によるエンドミルの第一実施形態を示す側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ部の部分拡大図であり、図２は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
エンドミル１０は、図１（ａ）に示すように、工具本体１１が略円柱状の軸状をなし、その先端部には、工具本体１１の先端から基端に向かって螺旋状に捩れる例えば３条の切り屑排出溝１２、１２、１２が、工具本体１１の周方向に略等間隔に形成されている。
そして、この切り屑排出溝１２の工具回転方向（図２の矢線Ｔ方向）を向く溝壁面１３と、工具本体１１先端部の外周面との交差稜線部には、切り屑排出溝１２に沿って螺旋状に捩れた外周刃１５が形成され、外周刃１５の工具回転方向後方に延びる面を外周逃げ面（逃げ面）１４と呼ぶ。
また、溝壁面１３の先端には、工具本体１１の先端の先端面との交差稜線部に、工具本体１１の外周から工具軸線Ｏに向けて延びるように、底刃１７が形成されている。
【００１８】
また、図２に示すように、芯厚の直径（切り屑排出溝１２の内接円の直径）をＤ２とすると、Ｄ２が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１（ただし、Ｄ１は外周刃１５が工具軸線Ｏ中心に回る回転軌跡の直径、本実施形態においては１０ｍｍ）（本実施形態では、Ｄ２＝０．５５Ｄ１＝５．５ｍｍ）の範囲で設定されている。
芯厚の直径Ｄ２が０．４５Ｄ１以下であると、エンドミル１０の剛性が低下してたわみやすくなったり折損し易くなったりする恐れがある。
また、芯厚の直径Ｄ２が０．６５Ｄ１以上であると、切り屑排出溝１２の溝深さが浅くなるため、切り屑が切り屑排出溝１２をスムーズに走行し難くなり、切り屑詰まりを起こしやすくなる恐れがある。
【００１９】
外周逃げ面１４には、逃げ角を有した二番逃げ面（逃げ面）１８と、さらに大きな逃げ角を有した三番逃げ面（逃げ面）１９とが形成されている。工具本体１１の工具回転方向後方に隣接する別の切り屑排出溝１２の工具回転方向前方の壁面は、工具半径方向外側へ立ち上がり、三番逃げ面１９と交差稜線部を形成する。三番逃げ面１９と切り屑排出溝１２との交差部をつなぎ２０と呼び、つなぎ２０が、周方向に対して、工具軸線Ｏを中心として、外周刃１５を起点にして工具回転方向後方に４５°〜６５°（本実施形態においては５０°）の角度範囲で設定されている。また、工具軸線Ｏを中心として、つなぎ２０、２０、２０を結ぶ円（以降、背中厚と表記）の直径が０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１（本実施形態においては０．８５Ｄ１＝８．５ｍｍ）の範囲で設定されている。
【００２０】
つなぎ２０の形成位置が、外周刃１５から４５°以下の角度範囲であると、外周刃１５の工具回転方向後方の肉厚が薄くなり、エンドミルの剛性が低下してたわみやすくなったり折損し易くなったりする恐れがある。
また、つなぎ２０の形成位置が、外周刃１５から６５°以上の角度範囲であると、切り屑排出溝１２の周方向の幅が狭くなるため、切り屑が切り屑排出溝１２をスムーズに走行し難くなり、切り屑詰まりを起こしやすくなる恐れがある。
さらに、背中厚が０．７５Ｄ１以下であると、外周刃１５の工具回転方向後方の肉厚が薄くなり、エンドミルの剛性が低下してたわみやすくなったり折損し易くなったりする恐れがある。
また、背中厚が０．９２Ｄ１以上であると、二番逃げ面１８および／または三番逃げ面１９とが接触して加工面を傷つける恐れが生じる。
【００２１】
切り屑排出溝１２の基端側端部には、工具軸線Ｏ方向基端部側に向けて切り屑排出溝１２の溝深さが漸次浅くなって切り屑排出溝１２の基端側端部に切り上がり部２１が形成されている。これは、切り屑排出溝１２が円形の砥石を用いて、工具本体１１の先端側から基端側に向かって研削されており、基端側端部で研削を終わらせているため、円形の砥石の形状に沿って切り屑排出溝１２の溝深さが漸次浅くなって生じるものである。切り上がり部２１には、図１（ａ）、（ｂ）に示されているように、半径Ｒの略円弧形状の切り上がり端部２２が形成されている。切り上がり端部２２の半径Ｒは、切り上がり部２１に対して直交する断面でみて、（Ｄ１−Ｄ２）／６（本実施形態においては、（Ｄ１−Ｄ２）／４＝１．１２５ｍｍ）以上に設定されている。
【００２２】
切り上がり端部２２の略円弧形状の半径Ｒが、（Ｄ１−Ｄ２）／６以下に設定されると、切削加工時において切り上がり端部２２に集中する応力が大きくなるため、切り上がり端部２２に亀裂が入り易くなり、エンドミル１０が折損し易くなる恐れがある。
【００２３】
本実施形態におけるエンドミル１０は上記のように構成されているので、エンドミル１０の工具軸線Ｏ回りに回転させつつ横送りして、工具本体１１の外周刃１５および底刃１７で被削材の切削加工を行う。外周刃１５で生成された切り屑は、すくい面１３上を外周刃１５に交差する方向に走行して、切り屑排出溝１２を通して基端側に排出される。
このとき、切り屑排出溝１２の幅および深さが広く確保されているので、切り屑はスムーズに流れて切り屑詰まりを起こさない。また、外周刃１５の工具回転方向後方の肉厚と芯厚とが確保されているので、エンドミル１０の剛性が高くなり、エンドミル１０はたわみ難くなり折損し難くなる。
【００２４】
また、例えば底刃１７が欠損するなど何らかの原因で、切削加工時に突然切削抵抗が大きくなって、エンドミル１０の工具軸線Ｏ回りに大きな捻りトルクが働いても、切り上がり端部２２が略円弧形状に形成されているので、横送り切削でき、応力が集中せず亀裂が入らず折損しない。
【００２５】
上記の構成からなるエンドミル１０の背中厚とつなぎの周方向の配置角度と芯厚とをパラメータとして値を振って比較溝切削試験行った。図３は、試験結果を示すグラフであり、このグラフを参照しながら結果について説明する。
図３に示すグラフの縦軸は、右側にＤ１に対する背中厚の割合（％）、左側につなぎの周方向の配置角度（°）を示し、横軸はＤ１に対する芯厚の割合（％）を示す。
また、切削試験は、エンドミル１０の周速が９０（ｍｉｎ^−１）、送り速度が７２０（ｍｍ／ｍｉｎ）、工具軸線Ｏ方向先端側への切り込み深さ２×Ｄ１（本実施形態では、２０ｍｍ）の条件のもと、１００ｍの溝切削を行った。
【００２６】
図３におけるグラフ略中央に示すつなぎの配置角度が４５°〜６５°、背中厚の割合が７５％〜９２％、芯厚の割合が４５％〜６５％に当たる斜線領域においては、エンドミル１０を折損させないで１００ｍの溝切削加工ができ、良好な切削結果が得られた。
【００２７】
一方、斜線領域の左下にＬ字状に広がる領域は、エンドミル１０の剛性が不足して切削途中で折損した領域を示し、斜線領域の右側中段から上方、左側に広がる領域は、切り屑が切り屑排出溝１２に詰まり、エンドミル１０が折損した領域を示している。
【００２８】
上記の構成によれば、つなぎの形成位置が外周刃から４５°〜６５°の角度範囲内であるとともに、背中厚が０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１の範囲内であるのと同時に、芯厚が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１の範囲内に設定されているので、切り屑排出溝１２の幅と深さとを確保するとともに、外周刃の工具回転方向後方の肉厚と芯厚とを確保することができる。
そのため、切り屑排出溝１２における切り屑のスムーズな走行を確保することができるとともに、エンドミルの剛性を確保し、切削時におけるエンドミルのたわみを押え折損を防ぐことができる。
【００２９】
また、切り上がり端部の円弧形状の半径Ｒが（Ｄ１−Ｄ２）／６以上に設定されているので、切削加工時における切り上がり端部に集中する応力が小さくなるため、切り上がり端部に亀裂が入りにくくなり折損を防ぐことができる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、３枚刃のエンドミルに適応して説明したが、この刃数が３枚刃のエンドミルに限られることなく、同様の考え方で４枚刃のエンドミル等、その他各種の刃数のエンドミルに適応することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、芯厚の直径の上限と下限とを設定し、つなぎの形成位置を限定することにより、切り屑排出溝の大きさを確保しつつ、外周刃の工具回転方向後方の肉厚を厚くしているので、切り屑の排出性を高めつつ、工具の剛性を確保することができるという効果を奏する。
【００３２】
請求項２に係る発明によれば、切り上がり部の切り上がり端部の形状が円弧形状にしているので、エンドミルが切り上がり端部から折損することを防止することができる。
【００３３】
請求項３に係る発明によれば、切り上がり端部の円弧形状の半径の下限を設定することにより、さらに確実にエンドミルが切り上がり端部から折損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンドミルの一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】本発明によるエンドミルの溝切削試験結果を示すグラフである。
【図４】従来のエンドミルの一例を示す側面図である。
【図５】図４におけるＥ−Ｅ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１０ エンドミル
１１ 工具本体
１２ 切り屑排出溝
１３ 溝壁面
１４ 外周逃げ面（逃げ面）
１５ 外周刃
１８ 二番逃げ面（逃げ面）
１９ 三番逃げ面（逃げ面）
２０ つなぎ
２１ 切り上がり部
２２ 切り上がり端部
Ｏ 工具軸線
Ｔ 工具回転方向

Claims (3)

1. 工具軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に複数の切り屑排出溝が形成され、この切り屑排出溝の工具回転方向を向く溝壁面と前記工具本体の外周面との交差稜線部には外周刃が形成され、この外周刃の工具回転方向後方に逃げ面が形成され、該逃げ面を含む前記外周面と前記切り屑排出溝との交差部にはつなぎが形成されているエンドミルにおいて、
   前記エンドミルの芯厚の直径Ｄ２が０．４５Ｄ１〜０．６５Ｄ１（ただし、Ｄ１は前記外周刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の直径）の範囲内に設定され、
   前記工具軸線の直角断面でみて、前記外周刃から前記逃げ面を含んだ前記つなぎまでの角度範囲が４５°〜６５°であるとともに、前記工具軸線を中心として前記つなぎを通る円の直径が、０．７５Ｄ１〜０．９２Ｄ１の範囲内であることを特徴とするエンドミル。
2. 請求項１記載のエンドミルにおいて、
   前記切り屑排出溝は、溝深さが工具軸線方向基端部側に向けて漸次浅くなって前記切り屑排出溝の基端側端部に切り上がり部が形成され、
   前記切り上がり部の切り上がり端部が、円弧形状に形成されていることを特徴とするエンドミル。
3. 請求項２記載のエンドミルにおいて、
   前記円弧形状の半径が（Ｄ１−Ｄ２）／６以上に設定されていることを特徴とするエンドミル。

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