JP2005205593A - ボールノーズ・エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】フライス加工およびドリル加工により材料の機械加工を行なう工具に関する。中心領域がチップを首尾良く排出し従って金属ワークの仕上げ面および工具寿命を改善するように構成された半球型カッティングエンド、平カッティングエンドまたはドリルエンドを備えたエンドミルの改善された形状を提供する。
【解決手段】グリップするための本体部分１２と、複数の溝２６とを有し、該溝はこれに隣接する歯部２４を形成するように機械加工されており、各歯にはチゼルエッジが設けられ、切刃端部は半球型または平型またはドリル先端部状であり、端面方向から見たときに、切刃は、カッタ中心に近い位置であって、ｘ軸線から距離Ｂだけ上方でかつｙ軸線から距離０．５Ａだけ右方の位置から出発している。
【選択図】図７

Description

本発明は、フライス加工およびドリル加工により材料の機械加工を行なう工具に関する。より詳しくは、本発明は、中心領域がチップを首尾良く排出し従って金属ワークの仕上げ面および工具寿命を改善するように構成された半球型カッティングエンド、平カッティングエンドまたはドリルエンドを備えたエンドミルの改善された形状を提供する。

エンドミルおよびドリルは、これらの用途範囲が広いことおよび工具の原価が高くないことから、フライス加工およびドリル加工に広く使用されている。エンドミルおよびドリルは多くは円筒状でありかつ直径約８０ｍｍまでのものを入手できる。半球型カッティングエンド（ボールエンドまたはボールノーズとも呼ばれている）を備えたエンドミルは広く使用されており、特に、複雑な形状を作るＣＮＣ加工に有効である。平カッティングエンドを備えたエンドミルは、ランピング（ramping）、プランギング（planging）、および軌道ドリリング／ドリリング用途に広く使用されている。ドリルは、フライス盤および旋盤で種々のドリリング用途に広く使用されている。エンドミルは、その直径サイズに基いて、および荒削り用であるか、仕上げ削り用であるかによって、一般に２〜１０枚の歯を有している。ランピング、プランギング、および、軌道ドリリング／ドリリング用途に使用される、平カッティングエンドを備えたエンドミルは、一般に２枚〜６枚の歯を有している。フライス盤および旋盤で種々の用途に使用されるドリルは、一般に２枚〜４枚の歯を有している。歯は、通常はスパイラル（ヘリカル）形状を有するが、軸線に平行な真直形状にすることもできる。構成材料は、高速度鋼、固体カーバイド、サーメット、セラミックまたはこれらの組合せである。

大きい注意が払われてきた重要な問題は、機械加工中に生じるチップを排除することである。フライス加工およびドリル加工されたチップは決して連続してはいないが、除去されない場合には、再び、１つの歯部とワークとの間の切削領域内に引きずり込まれてしまうことがある。機械加工中に生じるチップの排除と同じことは、ドリリング用途でも重要である。機械加工中に生じるチップが排除されないと、小さい溝、引掻き傷、機械加工中の振動により表面仕上げが損なわれること、工具寿命が短いことおよび寸法精度が低いこと等の結果が生じる。改善されたクーラント流れおよびエアブラストにより多くの問題は解決されたが、改善を行う上で他の重要なファクタは歯部の形状である。

従来技術において多くの種々のカッタ形状を見ることができ、数ある関連特許として、たけし（Takeshi）の日本国特許出願第２００１０４７６７１号明細書（特許文献１）、まさみ（Masami）の日本国特許第２００１３３４４０５号明細書（特許文献２）、まさみ（Masami）の日本国特許第２００１００９５２４号明細書（特許文献３）、たけし（Takeshi）の日本国特許第２００３０５３６１７号明細書（特許文献４）、りょうすけ（Ryosuke）の日本国特許第２００１３４１０２６号明細書（特許文献５）、つじむら（Tsujimura）等の米国特許第４，９３４，８８１号明細書（特許文献６）、おかわ（Okawa）等の米国特許第５，１８８，４８７号明細書（特許文献７）、おかわ（Okawa）等の米国特許第５，２２１，１６２号明細書（特許文献８）、しらとり（Shiratori）等の米国特許第５，２９４，２１９号明細書（特許文献９）、くりもり（Kurimori）等の米国特許第６，２３１，２７５ Ｂ１号明細書（特許文献１０）、くりもり（Kurimori）等の米国特許第６，６５２，２０１ Ｂ２号明細書（特許文献１１）がある。

Takeshiの日本国特許出願第２００１０４７６７１号明細書 Masamiの日本国特許第２００１３３４４０５号明細書 Masamiの日本国特許第２００１００９５２４号明細書 Takeshiの日本国特許第２００３０５３６１７号明細書 Ryosukeの日本国特許第２００１３４１０２６号明細書 Tsujimura等の米国特許第４，９３４，８８１号明細書 Okawa等の米国特許第５，１８８，４８７号明細書 Okawa等の米国特許第５，２２１，１６２号明細書 Shiratori等の米国特許第５，２９４，２１９号明細書 Kurimori等の米国特許第６，２３１，２７５ Ｂ１号明細書 Kurimori等の米国特許第６，６５２，２０１ Ｂ２号明細書

特許文献２および特許文献５に従って作られたカッタは、チップ間隙が不充分なためにチップの再進入を引起こすこと、およびエンドミルの中心へのクーラントのアクセスが不充分であることが判明している。

残念なことに、入念に制御される試験機を用いないで、設けられる歯の幾何学的形状の説明のみから、従来技術によるエンドミル形状の有効性を知ることは不可能である。また、上記特許文献に開示された歯の設計は、最大金属除去、または、工具の最大摩耗寿命、または破壊抵抗、または、硬質、または、軟質材料に対して最適化されるであろうし、歯型は、種々の設計パラメータおよびカッタ直径に関連して大きく変えられるであろう。

しかしながら、従来技術の種々のカッタについての広い経験から、従来技術のボールノーズ・エンドミルにより加工されたワークには依然として表面傷が存在し、この問題の根源は、クーラントにより分散されず、切削領域に再進入して、機械加工中にエンドミルとワークとの間に瞬間的に入り込むチップにあることが指摘されている。

従って、本発明の一つの目的は、従来技術によるボールノーズ・エンドミルおよびドリルの欠点を解消すること、およびエンドミルまたはドリルの他の特性を損なうことなくチップを切削領域から分散させることを改善する設計を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記目的を達成することにより、ワークの表面仕上げを改善し、工具振動を低減させ、かつ工具寿命を延ばすことにある。

上記目的は、改善されたチップ除去が行えるように構成された直径Ｄのボールノーズ・エンドミル、ランピング、プランギング、および軌道ドリリング／ドリリング用途に使用される平切刃を備えたエンドミル、およびドリルであって、工作機械がグリップするための本体部分と、複数の溝とを有し、該溝はこれに隣接する歯部を形成するように機械加工されており、各歯にはチゼルエッジが設けられ、切刃端部は半球型または平型またはドリル先端部状であり、端面方向から見たときに、切刃は、カッタ中心に近い位置であって、ｘ軸線から距離Ｂだけ上方でかつｙ軸線から距離０．５Ａだけ右方の位置から出発し、ｙ軸線に対して角度αで、長さＣだけ延びており、互いに１８０°隔てて配置された２つの歯の切刃間の全オフセット量であるＡの値は、種々の材料を機械加工する場合には０．００３Ｄ〜０．０３０Ｄであり、ＢおよびＣは両方とも０．３Ａ〜１．５Ａの長さを有しており、角度αは５°〜４５°の値を有するボールノーズ・エンドミル、平エンドミルおよびドリルを提供することにより達成される。

本発明の好ましい実施形態によれば、位置Ｂから出発する前記切刃は半径Ｒで湾曲しており、該半径Ｒの中心は、半球型エンドミル、平エンドミルまたはドリルの上方の歯で見たときにその右側に位置しており、Ｒの値は０．５Ａ〜５Ａであることを特徴とするボールノーズ・エンドミル、平エンドミルまたはドリルが提供される。

本発明者等は、硬質材料用途に最適化されかつＴｉＡｌＮコーティングされた直径１６ｍｍの二枚刃ボールノーズ・エンドミルを製造した。このエンドミルは、本願明細書の記載に従って製造され、かつ不完全なチップ除去のために生じる特徴的な傷がない円滑な表面を形成できる。
切削条件：材料−６０〜６２ＨＲｃに硬化された鋼Ｄ２、切削速度−１５０ｍ／分、切削送り−０．０８ｍｍ／歯、軸方向切込み深さ−０．３ｍｍ、半径方向切込み深さ−０．３ｍｍ、ドライカッティング
試験結果：工具寿命−材料２００ｍ、
表面仕上げ−８マイクロインチ〜１２マイクロインチ

以下、本発明の好ましい実施形態を例示する添付図面を参照して本発明を更に説明する。構造の詳細は、本発明の基本的理解にとって必要なものだけを示す。説明する例は、図面と共に、当業者が本発明の他の形態を如何にして実現するかを明らかにするであろう。

図１〜図３には、上記特許文献２および特許文献５に開示されたものと同じ従来技術による二枚刃ヘリカルボールノーズ・エンドミル１０が示されている。図１ａおよび図２ａには従来技術による二枚刃ヘリカル平エンドミルが示され、一方、図１ｂおよび図２ｂには、従来技術による二枚刃ヘリカルドリルが示されている。工具１０、１０ａ、１０ｂは、シャンク部分１２と、切刃１６により頂部が覆われた歯面１４とを有している。

図２、図２ａ、図２ｂおよび図３の拡大図に示すカッタの切刃１６は、オフセットＡをもつ半球型端部を支持している。チゼルエッジ１８の幅は０．０１ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲内にある。
切刃に対するチゼルエッジ角は１６５°〜１８５°であり、従って、チゼルエッジと切刃とを整合させることができる。チゼルエッジ１８の長さＬは、チゼル幅の長さの３倍〜７倍の間にある。

図４および図５には、僅かに異なる形態のエンドミル２０が示されている。オフセット距離Ａは０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍの間にあり、チゼルエッジ角はこの場合も１６５°〜１８５°である。

ここで図６、図６ａ、図６ｂ、図７を参照すると、本発明による直径Ｄのボールノーズ・エンドミル２２、平エンドミル２２ａおよびドリル２２ｂが示されている。エンドミル２２、平エンドミル２２ａおよびドリル２２ｂは、優れたチップ除去が行える形状を有し、工作機械によりグリップされる本体部分１２（図１、図１ａ、図１ｂ）と、２つの溝２６とを有し、該溝２６はこれに隣接して歯部２４を形成している。各歯２４には切刃２８が設けられ、該切刃２８は、その中心部で側方にずれた形態て連続している。

エンドミル２２、平エンドミル２２ａおよびドリル２２ｂを端面方向から見ると、歯端の切刃３２は、カッタ中心３４近くの位置であって、ｘ軸線から距離Ｂだけ上方でかつｙ軸線から距離０．５Ａだけ右方の位置から出発しているところが示されている。歯端の切刃３２は、ｙ軸線に対して角度αで、距離Ｃだけ延びている。

下記の値は、硬質材料の加工に使用するためのボールノーズ・エンドミルについて一般的な値である。
Ａ＝互いに１８０°を隔てて配置された２つの歯の切刃間の全オフセット量＝０．００３Ｄ〜０．０３０Ｄ
Ｂ＝０．３Ａ〜１．５Ａ
Ｃ＝Ｂと同じく０．３Ａ〜１．５Ａであるが、Ｂとは異ならせることもできる。
角度α＝５°〜４５°
Ｄ＝１６ｍｍの硬質鋼用エンドミルについては、一般的な値は次の通りである。
Ａ＝０．２ｍｍ
Ｂ＝０．１ｍｍ
Ｃ＝０．２５ｍｍ
α＝３５°

図８、図８ａ、図８ｂおよび図９を参照すると、ここには本発明によるボールノーズ・エンドミル３６、平エンドミル３６ａおよびドリル３６ｂの他の実施形態が示されている。歯端の切刃３８は、図７に示すように、ｘ軸線から距離Ｂだけ上方でかつｙ軸線から距離０．５Ａだけ右方の位置から出発している。しかしながら、切刃３８は、半径Ｒで湾曲している。工具の上方の歯２８について見たとき、半径Ｒの中心はｙ軸線より右側にある。ｘ−ｙ座標を用いて示せば、半径Ｒの中心は、ｙ＝Ｂ、ｘ＝０．５Ａ＋Ｒの位置にある。Ｒの値は０．５Ａ〜５Ａであり、これは、Ｄ＝１６の所与の例ではＲ＝約０．４ｍｍとなる。
簡潔性および明瞭性の観点から、２つの溝のみを有する例を示したが、４個、６個、８個または１０個の溝をもつより大きい工具にも同じ幾何学的形状を適用できる。

上記本発明の範囲は、特許請求の範囲に包含されるあらゆる実施形態を含むものである。上記例は本発明の有効な形態を示すが、本発明の範囲を制限するものではない。当業者ならば、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく本発明に種々の変更を容易に加え得るであろう。

従来技術のボールノーズ・エンドミルを示す側面図である。 従来技術の平エンドミルを示す側面図である。 従来技術のドリルを示す側面図である。 図１に示す従来技術のボールノーズ・エンドミルを示す端面図である。 図１ａに示す従来技術の平エンドミルを示す端面図である。 図１ｂに示す従来技術のドリルを示す端面図である。 図２の従来技術のボールノーズ・エンドミルの中心部の拡大図である。 従来技術の他のボールノーズ・エンドミルを示す端面図である。 図４の中心部を示す拡大図である。 本発明によるボールノーズ・エンドミルを示す端面図である。 本発明による平エンドミルを示す端面図である。 本発明によるドリルを示す端面図である。 図６、図６ａおよび図６ｂの中央部の拡大図である。 本発明によるボールノーズ・エンドミルの他の実施形態を示す端面図である。 本発明によるドリルの端面図である。 本発明によるドリルの端面図である。 図８、図８ａおよび図８ｂの中央部の拡大図である。

符号の説明

２２、３６ ボールノーズ・エンドミル
２２ａ 平エンドミル
２２ｂ ドリル
２４ 歯部
２６ 溝
２８、３８ 切刃
Ａ オフセット距離
Ｂ 歯端の切刃のｘ軸線からの距離
Ｃ 歯端の切刃の長さ
Ｄ 工具の直径
Ｒ 切刃の曲率半径
α 歯端の切刃のｙ軸線に対する傾斜角度

Claims (3)

1. 改善されたチップ除去が行えるように構成された直径Ｄのボールノーズ・エンドミル、平エンドミルまたはドリル等の工具において、工作機械がグリップするための本体部分と、複数の溝とを有し、該溝はこれに隣接する歯部を形成するように機械加工されており、各歯にはチゼルエッジが設けられ、切刃端部は半球型または平型またはドリル先端部状であり、端面方向から見たときに、切刃は、カッタ中心に近い位置であって、ｘ軸線から位置Ｂだけ上方でかつｙ軸線から距離０．５Ａだけ右方の位置から出発し、ｙ軸線に対して角度αで、長さＣだけ延びており、互いに１８０°隔てて配置された２つの歯の切刃間の全オフセット量であるＡの値は、種々の材料を機械加工する場合には０．００３Ｄ〜０．０３０Ｄであり、ＢおよびＣは両方とも０．３Ａ〜１．５Ａの長さを有しており、角度αは５°〜４５°の値を有することを特徴とする工具。
2. 位置Ｂから出発する前記切刃は半径Ｒで湾曲しており、該半径Ｒの中心は、工具端部の上方の歯で見たときにその右側に位置しており、Ｒの値は０．５Ａ〜５Ａであることを特徴とする請求項１記載の工具。
3. 添付図面を参照して説明したものと実質的に同じであることを特徴とする、改善されたチップ除去が行えるように構成されたボールノーズ・エンドミル、平エンドミルまたはドリル。

Images