JP2005279884A - ラフィングエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】 切刃がなす波形の設計の自由度が高くて限られた条件でも所望の切削性能を該切刃に与えることが可能であり、しかも寸法管理が容易で精度良く波形の切刃を形成することが可能なラフィングエンドミルを提供する。
【解決手段】 エンドミル本体１に波形に凹凸する切刃５が形成されてなるラフィングエンドミルであって、切刃５がなす波形の互いに隣接する凸曲線状とされた山部７と凹曲線状とされた谷部８との間に、これら山部７と谷部８とに連なる直線状のつなぎ部９を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、専らワークの粗加工に使用される、外周刃が波状に凹凸するように形成されたラフィングエンドミルに関するものである。

ワークの粗加工に適したエンドミルとして、エンドミル本体の外周の切刃全体を波状にしたラフィングエンドミルが知られている。このラフィングエンドミルは、こうして波状とすることで切刃に切屑を細かく分断する作用を持たせることによって、大切込み・高送り切削を可能としたものである。また、このようなラフィングエンドミルには、切削抵抗の減少や耐びびり性の向上といった効果もある。

ここで、このようなラフィングエンドミルとしては、例えば特許文献１に、金属材料等の荒切削に用いるラフィングエンドミルにおいて、切刃がなす波形状の山部のアール半径Ｒ１を工具外径の１／１０以下とし、谷部のアール半径Ｒ２を山部のアール半径Ｒ１の０．４〜０．８倍とし、さらに山部の頂点間のピッチＰを山部の半径Ｒ１と谷部の半径Ｒ２の和の１．２〜１．８倍としたものが提案されている。そして、この特許文献１では、このような構成を適用することにより、調質鋼等の難削材であっても、チッピングおよび欠けの発生を抑制し、良好な切削が可能となり、かつ工具の長寿命化が可能となるとされている。
特許第３３５６８２３号公報

ところで、この特許文献１では、切刃がなす波の高さＨは次式で表され、山部のアール半径Ｒ１、谷部のアール半径Ｒ２、および山部の頂点間のピッチＰが決まると必然と決定されるとされている。従って、この特許文献１に記載のラフィングエンドミルは、その切刃がなす波形が、上記アール半径Ｒ１の凸円弧と上記アール半径Ｒ２の凹円弧とを、上述のようなピッチＰとなるように互いに滑らかに接しさせた形状とされる。

ところが、通常このようなラフィングエンドミルを設計、製造する際には、まず切削加工を行うワークの加工寸法、形状や切削時の切込み、送り等の加工条件に応じて上記波高さＨおよびピッチＰを決定し、その上で切削抵抗等の切削性や切刃強度等を考慮して山谷部のアール半径Ｒ１，Ｒ２を決定することが多い。しかしながら、上記特許文献１のラフィングエンドミルでは、こうして波高さＨおよびピッチＰが決定されてしまうと、山部のアール半径Ｒ１と谷部のアール半径Ｒ２のいずれか一方を決定したところで他方も一義的に決まってしまうこととなって、設計の自由度が制限されることが避けられず、例えば山部に強度を確保しようとして大きなアール半径Ｒ１を与えると、谷部のアール半径Ｒ２が小さくなって該谷部が幅狭となることにより切屑の噛み込みを招いたり、あるいは逆に谷部の幅を確保しようとしてそのアール半径Ｒ２を大きくすると、山部のアール半径Ｒ１が小さくなって欠損が生じ易くなったりするといった問題があった。

また、上記式によれば、波高さＨ、ピッチＰ、および山谷部のアール半径Ｒ１，Ｒ２のうち３つを設計上用いられる通常の数値に決定した場合、残りの１つは極めて端数の多い数値、あるいは設計上用いられる通常の数値とはかけ離れた、いわゆる切りの悪い数値となることが避けられない。従って、この残りの１つについてはその寸法管理が極めて困難となって誤差が生じやすくなったり、場合によっては凸円弧をなす山部と凹円弧をなす谷部とが接点で滑らかに連ならずにずれてしまい、その繋ぎ目に段差を生じてこの段差から切刃に欠損が生じたりするおそれがあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、切刃がなす波形の設計の自由度が高くて限られた条件でも所望の切削性能を該切刃に与えることが可能であり、しかも寸法管理が容易で精度良く波形の切刃を形成することが可能なラフィングエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、エンドミル本体に波形に凹凸する切刃が形成されてなるラフィングエンドミルであって、上記切刃がなす波形において、互いに隣接する凸曲線状とされた山部と凹曲線状とされた谷部との間に、これら山部がなす凸曲線と谷部がなす凹曲線との少なくとも一方に滑らかに接する接線として該山部と谷部とに連なる直線状のつなぎ部を形成したことを特徴とする。

従って、このようなラフィングエンドミルによれば、切刃がなす波形の凸曲線状の山部と凹曲線状の谷部との間に直線状のつなぎ部が形成されているので、このつなぎ部がなす直線の長さや傾斜を調節することにより、波形のピッチや波高さが限定されていても、これら山部の凸曲線と谷部の凹曲線とは互いに制約を受けることなく比較的自由に設定することができる。このため、加工条件等に応じて山部と谷部それぞれに適した寸法、形状を与えることができて所望の切削性能を切刃に確保することが可能となる。しかも、これら山部と谷部の双方の大きさ等を寸法管理の容易な設計上用いうる数値に設定することができるので、山部や谷部に誤差が生じたり山部と谷部との間に段差ができたりするのを防いで波形の切刃を精度良く形成することが可能となり、上述のような所望の切削性能を確実に発揮することができるとともに、上記段差から切刃に欠損等の損傷が生じたりするのも防止することができる。

また、上記つなぎ部がなす直線は、上記山部がなす凸曲線と谷部がなす凹曲線との少なくとも一方に滑らかに接する接線とされており、波形の切刃上に角張った部分が形成されるのを防いで一層確実に切刃の損傷を防ぐことができる。なお、このつなぎ部がなす直線は、望ましくは山部がなす凸曲線に滑らかに接する接線とされ、より望ましくはこれら山部がなす凸曲線と谷部がなす凹曲線との双方に滑らかに接する接線とされる。また、これら山部がなす凸曲線や谷部がなす凹曲線は、例えば正弦曲線や楕円曲線等の凹凸曲線であってもよいが、この山部がなす凸曲線と谷部がなす凹曲線との少なくとも一方、望ましくは双方を円弧状とすることにより、一層精度の良い波形の切刃を形成することが可能となる。

さらに、これら山部がなす凸曲線の曲率半径（円弧の場合は半径）と谷部がなす凹曲線の曲率半径（円弧の場合は半径）は、互いに等しくてもよいが、山部がなす凸曲線の山頂部における曲率半径を、上記谷部がなす凹曲線の谷底部における曲率半径と異なる大きさとしてもよい。この場合、山部がなす凸曲線の山頂部における曲率半径を、上記谷部がなす凹曲線の谷底部における曲率半径よりも大きくすることにより、山部における切刃の耐欠損性の向上を図ることができる。一方、逆に山部がなす凸曲線の山頂部における曲率半径を、上記谷部がなす凹曲線の谷底部における曲率半径よりも小さくすることにより、切削抵抗の低減を図ることができる。

図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態のラフィングエンドミルは、いわゆるソリッド（むく）のエンドミルであって、そのエンドミル本体１は、超硬合金等の硬質材料によって形成されて図１に示すように軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その先端部が切刃部２とされるとともに後端部は軸線Ｏを中心とした円柱状のシャンク部３とされる。そして、このうち上記切刃部２の外周には、軸線Ｏ回りに互いに等しい捩れ角で、エンドミル本体１の後端側に向かうに従いこのエンドミル本体１の切削時の回転方向Ｔの後方側に捩れる複数（本実施形態では４つ）の切屑排出溝４が周方向に等間隔に形成され、これらの切屑排出溝３の回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側辺稜部に外周刃（切刃）５が、また先端側辺稜部には底刃６がそれぞれ形成されている。従って、外周刃５は、軸線Ｏに対して上記捩れ角と等しい傾斜角で傾斜する螺旋状に形成されることとなる。

さらに、このうち外周刃５は、これを上記回転方向Ｔ側から見て、あるいは外周刃５の軸線Ｏ回りの回転軌跡を該軸線Ｏを含む平面に投影した投影図において、図２に示すように波形をなしてエンドミル本体１の内外周側に凹凸しつつ後端側に延びるように形成されている。そして、この外周刃５がなす波形は、エンドミル本体１外周側（図２〜４において上側）に凸となる凸曲線状の山部７と、内周側（図２〜４において下側）に凹となる凹曲線状の谷部８とが交互に並ぶとともに、さらに隣接する山部７と谷部８との間に直線状のつなぎ部９が形成されたものとされている。なお、この外周刃５がなす波形は、一定のピッチ（例えば図２に示すように隣接する２つの山部７の最もエンドミル本体１外周側に突出する山頂部７Ａ同士の間隔）Ｐで同形同大の１波が連続するものとされており、従って谷部８の最もエンドミル本体１内周側に凹む谷底部８Ａから上記山頂部７Ａまでの波高さＨも一定とされる。

ここで、本実施形態では、これら山部７がなす凸曲線と谷部８がなす凹曲線とは、それぞれ円弧状とされており、つなぎ部９がなす直線は、これらの円弧に滑らかに接する該円弧の接線として延びるようにされている。ただし、このうち山部７がなす凸円弧の半径Ｒは、谷部８がなす凹円弧の半径ｒよりも大きくされている。また、本実施形態の外周刃５がなす波形は、例えば上記隣接する２つの山部７の山頂部７Ａ同士の間の１ピッチＰで、図２に示すように谷部８がなす凹円弧の中心と谷底部８Ａとを結ぶ直線Ｌに対して対称となるようにされており、従って直線状のつなぎ部９はこの１ピッチＰの中で、谷部８を挟んだ２つの山部７とこの谷部８との間に２つ形成されることとなる。なお、これら山部７と谷部８がなす凹凸円弧の扇角は１８０°よりも小さくされ、従って外周刃５がなす波形は凹凸しながらも該外周刃５に沿ってエンドミル本体１の先端から後端側に向かうように、すなわち外周刃５に沿って辿ると部分的に先端側に戻ったりする部分を有することのないように形成されている。

従って、このように構成されたラフィングエンドミルにおいては、外周刃５がなす波形のピッチＰと波高さＨとが、ワークの加工寸法や形状、あるいは切込みや送り等の加工条件によって予め制限されていても、山部７と谷部８との間に直線状のつなぎ部９を設けることにより、これら山部７および谷部８については互いに制約を受けることなく、比較的自由にその大きさや形状を設定することが可能となる。このため、外周刃５がなす波形の設計の自由度が増して、これら山部７や谷部８を切削加工の形態に応じたものとすることができ、従って外周刃５に所望の切削性能を与えることができて効率的かつ安定した荒加工が可能なラフィングエンドミルを提供することが可能となる。

例えば、図２に示したように外周刃５がなす波形のピッチＰと波高さＨとを所定の大きさに決定した場合において、山部７がなす凸円弧（凸曲線）を所定の半径（曲率半径）Ｒに設定したとすると、特許文献１の場合のようにピッチ、波高さ、山部および谷部のアール半径が上記式によって一定の関係に限定されるときには、谷部８がなす凹円弧のアール半径Ｒ２は図２中に破線で示すように山部７よりも大きな半径となってしまうことがあり、これにより外周刃５（切刃）が大きく切り欠かれて強度が損なわれ、粗切削において欠損等を招くおそれがある。ところが、これに対して上記構成のラフィングエンドミルでは、直線状のつなぎ部９によって外周刃５の設計の自由度が増すため、上記式では谷部８がなす凹円弧（凹曲線）の半径（曲率半径）ｒが山部７がなす凸円弧の半径Ｒよりも大きくなる場合でも、上記つなぎ部９の長さや傾斜を調節して山部７と谷部８とを連結することにより、この谷部８がなす凹円弧の半径ｒを山部７がなす凸円弧の半径Ｒよりも小さくすることができる。このため、図２に示されるように外周刃５が切り欠かれる部分を小さく抑えて切刃強度が損なわれるのを防ぎ、工具寿命の延長を図ることができる。

また、これとは逆に、上記波形のピッチＰと波高さＨとを所定の大きさに決定した場合において、谷部８がなす凹円弧を所定の半径ｒに設定したとすると、特許文献１の場合には山部７がなす凸円弧の半径Ｒがこの谷部８の半径ｒよりも大きくなって切れ味が損なわれ、切削抵抗の増大を招くおそれがあるが、上記構成のラフィングエンドミルにおいては、上記式ではこうして山部７がなす凸円弧の半径Ｒが谷部８がなす凹円弧の半径ｒより大きくなる場合でも、これら山谷部７，８を直線状のつなぎ部９によって連結することにより、この山部７がなす凸円弧の半径Ｒを谷部８がなす凹円弧の半径ｒよりも小さくすることができ、これによって切削抵抗の増大を防いで効率的な粗切削を促すことができる。従って、このように、上記ラフィングエンドミルによれば、限られた波形のピッチＰおよび波高さＨにおいても、加工条件やワークの材質等により切刃強度を確保すべきか、あるいは良好な切れ味を確保すべきかなどに応じて、外周刃５がなす波形の山谷部７，８をそれぞれ適切な所望の寸法、形状に形成することができ、優れた切削性能を発揮することができる。

さらに、例えば外周刃５がなす波形のピッチＰと山部７の半径Ｒが設定されている場合において、波高さＨを種々に変更しようとしたとき、上記式に基づく特許文献１記載のラフィングエンドミルでは、図４（ただし、説明のため、Ｒ１，Ｒ２以外の符号は上記実施形態と同じものを用いる。）に示すように波高さＨの変化に伴って谷部８のアール半径Ｒ２も変化してしまうため、波高さＨの変更の度に谷部８のアール半径Ｒ２も計算し直して設計しなければならない。また、図４に示したように波高さＨが大きくなると、これに伴ってアール半径Ｒ２は小さくなるために谷部８が幅狭となり、この谷部８に切屑が挟み込まれて噛み込みを生じたりするおそれもある。これは、ピッチＰおよび波高さＨを一定として山部７のアール半径Ｒ１を大きくしていった場合も同様である。ところが、これに対して本発明に係わる上記構成のラフィングエンドミルにおいては、こうしてピッチＰおよび山部７の半径Ｒを一定に設定して波高さＨを変更していっても、図３に示すように直線状のつなぎ部９の長さや傾斜を調節することにより、谷部８の半径ｒをも一定のままとすることができ、従って波高さＨの変更の度に谷部８の半径ｒを計算し直したりする必要もなく、また波高さＨが大きくなっても谷部８が幅狭となることがないので切屑の噛み込みを生じたりすることもない。

また、このように外周刃５がなす波形の山部７と谷部８とを上記式に関わらずにそれぞれ所望の寸法、形状に形成することが可能となるため、上記構成のラフィングエンドミルにおいては、波形のピッチＰや波高さＨは勿論これら山部７と谷部８の半径Ｒ，ｒのそれぞれについても、一般的に設計上用いうる寸法管理の容易な、いわゆる切りの良い数値とすることができ、従って当該ラフィングエンドミルの設計も容易となるとともに、かかるラフィングエンドミルを製造するときにも、設計通り精度良く波形の外周刃５を形成することが可能となって、上述のような優れた切削性能を確実に発揮しうるラフィングエンドミルを製造することができる。この点、波形のピッチと波高さを設定したときに、上記式に基づいて山部と谷部のいずれか一方のアール半径が決定される特許文献１記載のラフィングエンドミルでは、このいずれか一方のアール半径が端数の多い（切りの悪い）数値となることが避けられず、そのようなアール半径の山部または谷部を厳密に数値通りに形成するのは困難であるため、誤差が生じて所望の切削性能が得られなくなったり、場合によっては山部と谷部がずれて段差が生じることにより切刃に欠損が発生したりするおそれもあるが、上記構成のラフィングエンドミルによれば、そのような事態が生じるのを防ぐことができる。

なお、上記実施形態のラフィングエンドミルでは、山部７および谷部８がいずれも円弧をなして凸曲あるいは凹曲させられるとともに、直線状のつなぎ部９はこれらの円弧に滑らかに接する接線とされているが、例えばこのつなぎ部９は凹凸曲線状の山部７および谷部８の一方に対して角度をもって交差するように形成することも可能である。ただし、この場合には外周刃５上に凹凸するように折れ曲がる角部が形成されることとなり、この角部から欠損等が生じて外周刃５が損傷するおそれがあるので、つなぎ部９がなす直線は、山部７および谷部８がなす凹凸曲線の少なくとも一方に対しては滑らかに接する接線とされ、特に山部７がなす凸曲線に滑らかに接するようにされるのが望ましく、本実施形態のように山谷部７，８の双方の接線とされるのが、より望ましい。

また、これら山谷部７，８がなす凹凸曲線も、本実施形態のような円弧のほかに、例えば正弦曲線等の三角関数に基づく曲線や楕円曲線などの曲線とすることができる。また、山部７と谷部８の曲線をこれらの曲線のうちで異なる曲線としてもよい。しかしながら、このような円弧以外の曲線は、該曲線に沿ってその曲率半径が変化してゆくので、所望の寸法、形状に正確に外周刃５を形成するのが難しく、すなわち上述の効果を確実に奏功することが困難となるおそれがあるので、これら山部７がなす凸曲線と谷部８がなす凹曲線との少なくとも一方、特にやはり山部７がなす凸曲線は、円弧状とするのが精度良く外周刃５を形成するのに望ましく、より望ましくは本実施形態のように山部７と谷部８の双方が円弧状とされる。

さらに、上記実施形態では、図２や図３に示したように山部７の半径Ｒを谷部８の半径ｒよりも大きくしており、これにより上述のように外周刃５の特に粗切削に大きく関与する山部７の強度を確保して耐欠損性の向上を図っているが、例えば切削抵抗の低減を図る場合にはこれとは逆に上述の通り山部７の半径Ｒを谷部８の半径ｒより小さくしてもよく、また間に直線状のつなぎ部９があれば、これら山部の半径Ｒと谷部８の半径ｒとを等しくしてもよい。なお、これら山部７がなす凸曲線と谷部８がなす凹曲線との少なくとも一方を、上述のように円弧以外の曲線とした場合には、その半径Ｒ，ｒは、山部７にあってはその山頂部７Ａ、谷部８にあってはその谷底部８Ａにおける当該曲線の曲率半径として、その大きさを設定すればよい。

本発明の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態の外周刃５がなす波形を示す図である。 図１に示す実施形態において、外周刃５がなす波形の波高さＨを変化させた場合を示す図である。 従来のラフィングエンドミルに基づいて、外周刃５がなす波形の波高さＨを変化させた場合を示す図である。

符号の説明

１ エンドミル本体
５ 外周刃（切刃）
７ 外周刃５がなす波形の山部
７Ａ 山部７の山頂部
８ 外周刃５がなす波形の谷部
８Ａ 谷部８の谷底部
９ 直線状のつなぎ部
Ｒ 山部７の半径（山頂部７Ａにおける曲率半径）
ｒ 谷部８の半径（谷底部８Ａにおける曲率半径）
Ｐ 外周刃５がなす波形のピッチ
Ｈ 外周刃５がなす波形の波高さ

Claims (3)

1. エンドミル本体に波形に凹凸する切刃が形成されてなるラフィングエンドミルであって、上記切刃がなす波形には、互いに隣接する凸曲線状とされた山部と凹曲線状とされた谷部との間に、これら山部がなす凸曲線と谷部がなす凹曲線との少なくとも一方に滑らかに接する接線として該山部と谷部とに連なる直線状のつなぎ部が形成されていることを特徴とするラフィングエンドミル。
2. 上記山部がなす凸曲線と上記谷部がなす凹曲線との少なくとも一方が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載のラフィングエンドミル。
3. 上記山部がなす凸曲線の山頂部における曲率半径が、上記谷部がなす凹曲線の谷底部における曲率半径と異なる大きさとされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラフィングエンドミル。
   

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