JP2006224254A - Ball end mill - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンドミル本体の先端部に、回転軌跡が凸半球状をなす底刃が形成されたボールエンドミルに関するものである。 The present invention relates to a ball end mill in which a bottom blade whose rotation locus is a convex hemisphere is formed at the tip of an end mill body.
この種のボールエンドミルを含めた転削工具として、本発明の発明者は、特許文献1において、エンドミル本体の外周に捩れを有する複数の切刃が形成され、これら複数の切刃のうち少なくとも一の切刃の捩れ角を他の切刃の捩れ角と異なる角度に設定したものを各種提案している。そして、このうちボールエンドミルにおいては、刃部の先端部が半球状に形成されていて、外周の切刃先端から回転中心側に向かって延びる底刃が回転軌跡において凸半球状をなすようにされており、この底刃はエンドミル本体の軸線方向先端視において回転方向に凸となる凸曲線をなすようにされている。従って、このようなボールエンドミルによれば、上記外周切刃の捩れ角が異なる角度とされているため、一の外周切刃とこれに隣接する外周切刃との間隔が軸線方向に向けて連続的に変化し、これによりエンドミル本体に発生する振動数が回転によって変化して互いに打ち消し合うため、仕上げ面を悪化させるような共振(ビビリ振動)が生じるのを防ぐことができる。
ところが、上述のようなボールエンドミルは、専ら回転軌跡が凸半球状をなすその上記底刃によって例えば金型などに曲面を形成するのに用いられることが多く、このような場合には外周切刃の捩れ角を異なる角度としても、上述のようなビビリ振動の発生を抑制することが困難となる。このため、かかる金型などの加工の場合には良好な切削面を得ることができずに、切削加工加工後に改めて仕上げ加工が必要となるなど、加工工数が増大して加工効率の向上が阻まれるおそれがあった。 However, the ball end mill as described above is often used to form a curved surface on, for example, a mold by the bottom blade whose rotation locus is a convex hemispherical shape. Even if the torsion angles are set to different angles, it is difficult to suppress the occurrence of chatter vibration as described above. For this reason, in the case of machining such molds, it is not possible to obtain a good cutting surface, and finishing work is required after cutting work. There was a risk of being lost.
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のようなボールエンドミルによる底刃を用いた金型等の切削加工においても、ビビリ振動の発生を確実に抑えて良好な仕上げ面を得ることができ、その後の仕上げ加工等を省略することが可能な効率的な切削加工を図ることができるボールエンドミルを提供することを目的としている。 The present invention has been made under such a background, and even in the cutting processing of a die or the like using the bottom edge by the ball end mill as described above, generation of chatter vibration is surely suppressed and a good finished surface is obtained. It is an object of the present invention to provide a ball end mill that can achieve an efficient cutting process that can eliminate the subsequent finishing process.
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、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が1の凸半球状をなす複数の底刃が形成されてなるボールエンドミルであって、上記複数の底刃は、上記軸線方向先端視に上記エンドミル本体の回転方向側に凸となる凸曲線をなすとともに、これらの底刃のうち少なくとも1の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の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。 In order to solve the above problems and achieve such an object, the present invention provides a plurality of convex hemispheres having a rotational locus around the axis of 1 at the tip of the end mill body rotated around the axis. A ball end mill in which a bottom blade is formed, wherein the plurality of bottom blades form a convex curve that is convex toward the rotation direction of the end mill body in the axial front end view, and at least of these bottom blades The curvature radius of the convex curve formed by one bottom blade in the axial front end view is different from the curvature radius of the convex curve formed by the other bottom blade in the axial front end view.
従って、このようなボールエンドミルにおいては、複数の底刃の曲率半径が異なる大きさとされているため、軸線回りの回転軌跡が共通する1の凸球面状をなしていても、底刃が被削材に食い付くときの衝撃や切削抵抗、あるいは食い付きの周期は異なるものとなり、これに伴い各底刃によってエンドミル本体に惹起される振動も、周期や大きさが異なるものとなって互いに相殺されることとなる。このため、上記構成のボールエンドミルによれば、専らこの底刃が使用される金型等の曲面切削においても、共振によるビビリ振動が励起されることがなく、その結果、後工程での仕上げ加工などの必要のない優れた切削面を形成することが可能となって、高い仕上げ面精度と加工効率の向上とを両立させることができる。 Therefore, in such a ball end mill, since the curvature radii of the plurality of bottom blades are different in size, the bottom blade can be machined even if it has a single convex spherical shape with a common rotation locus around the axis. The impact and cutting resistance when biting on the material, or the biting cycle will be different, and the vibrations caused by the bottom blades on the end mill body will be different from each other and will cancel each other. The Rukoto. For this reason, according to the ball end mill having the above-described configuration, chatter vibration due to resonance is not excited even in curved surface cutting of a mold or the like in which this bottom blade is used, and as a result, finishing processing in a subsequent process Thus, it is possible to form an excellent cutting surface that does not need to be achieved, and it is possible to achieve both high finished surface accuracy and improved processing efficiency.
ここで、このように軸線方向先端視においてなす凸曲線の曲率半径が異なる大きさとされた複数の底刃のうち、上記曲率半径の最も小さい底刃と上記曲率半径の最も大きい底刃との曲率半径の差は、この曲率半径の最も大きい底刃の曲率半径の20%〜50%の範囲とされるのが望ましい。すなわち、この曲率半径の差が、曲率半径の最も大きい底刃の該曲率半径の20%を下回るほど小さいと各底刃に作用する衝撃や切削抵抗もあまり変わらなくなり、上述したビビリ振動の抑制効果が十分に奏功されなくなるおそれがある。その一方で、この曲率半径の差が、同じく曲率半径の最も大きい底刃の該曲率半径の50%を上回るほど大きいと、特に曲率半径の大きい底刃と小さい底刃とが周方向に離接していた場合などには、これらの底刃間で周方向に間隔に極端な広狭が生じ、底刃同士が周方向近接した部分では切屑排出性が損なわれたりするおそれがあるとともに、底刃同士が周方向に離間した部分では回転方向後方側の底刃の切削量が大きくなって摩耗が著しく促進され、エンドミル寿命が短縮されてしまったりするおそれがある。 Here, the curvature of the bottom blade having the smallest curvature radius and the bottom blade having the largest curvature radius among the plurality of bottom blades having different curvature radii of the convex curve formed in the axial front end view. The difference in radius is preferably set in a range of 20% to 50% of the curvature radius of the bottom blade having the largest curvature radius. That is, if the difference in radius of curvature is so small that it is less than 20% of the radius of curvature of the bottom blade having the largest radius of curvature, the impact and cutting resistance acting on each bottom blade will not change so much, and the above-described effect of suppressing chatter vibration will be achieved. May not be successful enough. On the other hand, if the difference in the radius of curvature is so large that it exceeds 50% of the radius of curvature of the bottom blade having the largest radius of curvature, the bottom blade having a large radius of curvature and the bottom blade having a small radius of curvature are particularly separated from each other in the circumferential direction. In such a case, there is an extreme gap in the circumferential interval between these bottom blades, and there is a risk that the chip discharge performance may be impaired at the portion where the bottom blades are close to each other in the circumferential direction. However, in the part spaced apart in the circumferential direction, the cutting amount of the bottom blade on the rear side in the rotational direction becomes large, and wear is remarkably promoted, and the end mill life may be shortened.
図1および図2は、本発明を2枚刃のソリッドボールエンドミルに適用した場合の第1の実施形態を示すものである。本実施形態において、エンドミル本体1は、超硬合金や高速度鋼等の切削工具材として使用される硬質材料により形成されて軸線Oを中心とした概略円柱状をなし、その後端側(図1において左側)は円柱状のままのシャンク部2とされるとともに、先端側(図1において右側)部分は切刃3を備えた刃部4とされており、上記シャンク部2が工作機械の主軸端に把持されて軸線O回りに回転方向Tに回転されることにより、刃部4に形成された上記切刃3によって被削材に切削加工を施してゆく。
1 and 2 show a first embodiment when the present invention is applied to a two-blade solid ball end mill. In the present embodiment, the
この刃部4においてエンドミル本体1の外周には、先端側から後端側に向かうに従い軸線O回りに上記回転方向Tに捩れる本実施形態では2条の切屑排出溝5が軸線Oを挟むように形成されており、これらの切屑排出溝5の回転方向T側を向く壁面の外周側辺稜部には、軸線O回りの回転軌跡が軸線Oを中心とした1つの円筒面状をなすようにして、上記切刃3のうちの外周切刃6が形成されている。なお、本実施形態では、これらの外周切刃6の先端の周方向における位置は、軸線Oに関して互いに反対側の対称位置とされていて、周方向に等間隔となるようにされている。
In this embodiment, in the
一方、これらの外周切刃6の先端からは、該外周切刃6に滑らかに連続して、あるいは連続するかのごとく滑らかに、エンドミル本体1の先端側に向かうに従い内周側の軸線Oに向けて湾曲する底刃7がそれぞれ形成されており、これらの底刃7は軸線O回りの回転軌跡が該軸線O上に中心を有して先端側に凸となる1の半球状をなすようにされている。従って、本実施形態ではエンドミル本体1先端の刃部4に、それぞれ2条の外周切刃6と底刃7とからなる切刃3が形成されることとなり、これらの底刃7はその外周端が周方向に等間隔に配置されるとともに、その内周端は刃部4先端部の回転中心となる軸線O上において互いに連なるようにされている。なお、この刃部4の先端部には、切屑排出溝5の回転方向T側部分が切り欠かれるようにしてギャッシュ8が形成されている。
On the other hand, from the front ends of these outer
さらに、これらの底刃7は、軸線O方向先端視において図2に示すように回転方向T側に凸となる滑らかな凸曲線状を呈するようにされており、従って両底刃7を合わせてみると軸線O方向先端視にS字状を呈することとなる。そして、これらの底刃7は、少なくとも1の底刃7が軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃7が軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとなるように、すなわち本実施形態ではこれら複数の底刃7が軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径が互いに異なるようにされ、具体的には図2において上側に位置する一方の底刃7aがなす上記凸曲線の曲率半径が、同図2において下側に位置する他方の底刃7bがなす上記凸曲線の曲率半径よりも小さくなるようにされている。従って、これらの凸曲線の曲率は、逆に他方の底刃7bが一方の底刃7aよりも小さくされ、すなわち軸線O先端視においてこの他方の底刃7bが一方の底刃7aよりも緩やかに湾曲するようにされている。
Further, these
ここで、上記凸曲線の曲率半径が小さくされた一方の底刃7aは、上記凸曲線の曲率半径が大きな他方の底刃7bとの該曲率半径の差が、この他方の底刃7bの曲率半径の20%〜50%の範囲となるようにされている。また、上述のように外周切刃6の先端同士の位置、すなわち底刃7の外周端同士の位置は本実施形態では周方向に軸線Oに関して対称とされ、かつ底刃7の内周端同士は軸線O上に一致していることから、本実施形態ではこの軸線O方向先端視に凸曲線をなす底刃7の回転方向T側への突出量は、曲率半径の小さな一方の底刃7aが曲率半径の大きな他方の底刃7bよりも大きくされる。
Here, the difference in the radius of curvature of the one
このように構成されたボールエンドミルにより、専らこの底刃7を用いる金型の曲面切削等を行うと、各底刃7がエンドミル本体1の回転に伴って被削材に食い付く際の衝撃や抵抗は、上記凸曲線がなす曲率半径の小さな一方の底刃7aの方が、曲率半径の大きな底刃7bよりも、その回転方向T側への突端から徐々に食い付いてゆくこととなるために小さくなる。しかも、本実施形態では上述のようにこれらの底刃7a,7bがなす上記凸曲線の突出量も異なっているため、一方の底刃7aが食い付いてから他方の底刃7bが食い付くまでの周期と、他方の底刃7bが食い付いてから一方の底刃7aが食い付くまでの周期も互いに異なるものとなる。
If the ball end mill configured as described above is used to perform curved surface cutting of a die that uses this
従って、このような底刃7a,7bが被削材に交互に食い付きながら切削が行われても、これらの底刃7a,7bからエンドミル本体1に作用する振動は大きさが互いに異なるものとなり、しかも本実施形態では周期も互いに異なるものとなるため、一定の大きさの振動が一定の周期で繰り返し作用することによる共振、すなわちビビリ振動がエンドミル本体1に生じるのを確実に防止することが可能となる。そして、これらの曲率半径の差を例えば上記範囲内において適当に設定することにより、むしろこれらの底刃7a,7bから作用する振動同士を打ち消し合わせて相殺させることができるので、上記構成のボールエンドミルによれば、ビビリ振動の発生による仕上げ面精度の劣化を防ぐことができ、さらにはこの仕上げ面精度の向上を図って、後工程で改めて被削材を仕上げ加工するような手間を省くことができ、効率的な切削加工を促すことが可能となる。
Accordingly, even when cutting is performed while the
また、本実施形態ではこうして異なる曲率半径とされた底刃7a,7bがなす上記凸曲線の曲率半径の差が、曲率半径の大きな他方の底刃7bの曲率半径に対して20%〜50%の範囲で小さくなるようにされており、より確実に上述のようなビビリ振動を抑制しつつも、円滑な切屑排出性やエンドミル寿命は維持することができる。すなわち、この曲率半径の差が、曲率半径の大きな底刃7bの曲率半径の20%を下回るほど小さく、つまり底刃7a,7bがなす上記凸曲線の曲率半径の差が少ないと、該底刃7a,7bからエンドミル本体1に作用する振動の大きさや周期もさほど変わらないものとなって共振を確実に防止することができなくなるおそれが生じる。
Further, in this embodiment, the difference in curvature radius of the convex curve formed by the
その一方で、逆に上記曲率半径の差が大きすぎると、特に本実施形態のように底刃7の外周端が軸線Oに対して対称位置にある場合には、曲率半径の小さな底刃7aからその回転方向T側の曲率半径の大きな底刃7bまでの周方向の間隔が小さくなり、これに伴い刃部4の先端部における切屑排出溝5やギャッシュ8の大きさも小さくせざるを得なくなって、場合によっては切屑詰まりが生じたりするおそれがある。また、これとは反対の、曲率半径の大きな底刃7bからその回転方向T側の曲率半径の小さな底刃7aまでの周方向の間隔は大きくなるため、他方の底刃7bによる切削量が一方の底刃7aよりも多くなり、これによって他方の底刃7bの摩耗が一方の底刃7aよりも促進されて、ボールエンドミルとしての寿命が短縮されてしまうおそれがある。従って、この曲率半径の差は、本実施形態のように20%〜50%の範囲とされるのが望ましい。
On the other hand, if the difference between the radii of curvature is too large, the
なお、本実施形態では底刃7a,7bの外周端および外周切刃6の先端の位置を周方向に等間隔として、軸線Oに対して対称に配置しているが、これらは周方向に不等間隔で、軸線Oに対しても非対称な位置に配置されていてもよい。
In this embodiment, the positions of the outer peripheral ends of the
次に、図3および図4は、本発明を4枚刃のボールエンドミルに適用した場合の第2の実施形態を示すものであり、上記第1の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。すなわち、この第2の実施形態のボールエンドミルでは、エンドミル本体1の上記刃部4に、それぞれ4条の外周切刃6および底刃7からなる切刃3が図4に示すように周方向に間隔をあけて形成されていて、これらの切刃4の底刃7のうち少なくとも1の底刃7が軸線O方向先端視になす回転方向Tに凸となる凸曲線の曲率半径が、他の底刃7が軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとされており、具体的には周回りに1つおきの軸線Oに対して互いに反対側に位置する一対の一方の底刃(図2において概ね左右方向に延びる底刃)7aの上記凸曲線の曲率半径が、他の一対の他方の底刃(図2において概ね上下方向に延びる底刃)7bの上記凸曲線の曲率半径よりも小さくされている。
Next, FIG. 3 and FIG. 4 show a second embodiment when the present invention is applied to a four-blade ball end mill, and the same reference numerals are used for parts common to the first embodiment. Will be omitted. That is, in the ball end mill of the second embodiment, the
ここで、本実施形態では、一対の上記一方の底刃7a同士の曲率半径と、他の一対の上記他方の底刃7b同士の曲率半径は、それぞれ互いに等しくされている。また、第1の実施形態と同様に、曲率半径の大きな他方の底刃7bと小さな一方の底刃7aとがなす上記凸曲線の曲率半径の差は、この他方の底刃7bがなす上記凸曲線の曲率半径の20%〜50%の範囲となるようにされている。
Here, in this embodiment, the curvature radius of a pair of said one
さらに、本実施形態では図4に示すように、上記他方の底刃7bは第1の実施形態の底刃7(底刃7a,7b)と同様に刃部4の先端内周側において上記軸線O上で互いに連続するようにされているのに対し、一方の底刃7aはその内周端が軸線Oから僅かに外周側に離れて位置させられていて、互いに連続することがないようにされている。さらにまた、本実施形態ではこれら4枚の底刃7(7a,7b)は、その外周端の位置同士の間隔が、上記凸曲線の曲率半径の大きな他方の底刃7bからその回転方向T側の曲率半径の小さな一方の底刃7aまでの間隔が、この上記凸曲線の曲率半径の小さな一方の底刃7aからその回転方向T側の曲率半径の大きな他方の底刃7bまでの間隔よりも小さくなるようにされている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the other
従って、このような第2の実施形態のボールエンドミルでも、第1の実施形態と同様に複数の底刃7による振動が一定の大きさで周期的に作用するのを防いで、エンドミル本体1にビビリ振動が発生するのを防止することができ、優れた仕上げ面精度を得て効率的な加工を図ることが可能となる。また、これらの底刃7a,7bがなす上記凸曲線の曲率半径の差が、他方の底刃7bの大きな曲率半径の20%〜50%の範囲とされているので、かかる効果を確実に奏しつつも、切屑排出性やエンドミル寿命が損なわれたりするのを防ぐこともできる。
Therefore, even in the ball end mill of the second embodiment as described above, it is possible to prevent the vibration caused by the plurality of
しかも、本実施形態では底刃7の外周端の位置が、周方向に等間隔に配置した位置よりも上記凸曲線の曲率半径の大きな一方の底刃7aにおいて僅かに回転方向Tの後方側に後退するようにされて、周方向に不等間隔とされており、これにより、軸線O方向先端視に凸となる凸曲線をなすこれらの底刃7a,7bの回転方向Tに最も突出した部分は、上記とは逆に図2に示されるように周方向に略等間隔に位置するように配置したりすることが可能となるので、これらの底刃7a,7b間の間隔に広狭が生じるのを一層確実に防いで、切屑詰まりや他方の底刃7bの摩耗によるエンドミル寿命の短縮をさらに効果的に防ぐことが可能となる。ただし、このようにして底刃7の外周端の位置を周方向に不等間隔とするのに代えて、図4に2点鎖線で示すように各底刃7の外周端が周方向に略等間隔となるように配置したり、あるいは上記とは逆に、この周方向に等間隔に配置した位置よりも曲率半径の大きな一方の底刃7aの外周端が回転方向T側に位置するようにされていてもよい。
Moreover, in this embodiment, the position of the outer peripheral end of the
さらに、本実施形態では4枚の底刃7が形成されているにも拘わらず、軸線Oを挟んで互いに反対側に位置する各一対の一方の底刃7aと他方の底刃7bとはそれぞれ等しい曲率半径とされているので、その成形が比較的容易であるという利点も得られる。ただし、本実施形態ではこのように軸線Oを挟んで反対側に位置する底刃7の上記凸曲線がなす曲率半径が互いに等しくされているが、これらが異なるようにされていてもよく、第1の実施形態のようにすべての底刃7の曲率半径が異なっていたり、2つの底刃7の曲率半径は等しくて、残りの2つの底刃7の曲率半径はこれと異なり、かつ互いにも異なるようにされていてもよい。
Further, in the present embodiment, although the four
なお、上記第1、第2の実施形態では底刃7が2枚、4枚の偶数刃であったが、3枚や5枚以上の奇数もしくは偶数刃のボールエンドミルに本発明を適用することも勿論可能である。また、第1の実施形態や第2の実施形態で鎖線で示したように、底刃7がその外周端において周方向に等間隔とされていてもよく、またこれよりも内周側の軸線O方向先端視に該軸線Oを中心とした少なくとも1つの円周上で底刃7が等間隔となるようにされていてもよく、あるいはいずれの円周上でも底刃7が不等間隔となるようにされていてもよい。さらに、このように底刃7の外周端をいずれかの円周上で周方向に等間隔に配置したり、いずれの円周上でも不等間隔となるように配置したりした場合でも、外周切刃6の捩れ角は互いに等しくても、上記特許文献1に記載の転削工具のように異なる角度とされていてもよく、さらに外周切刃6の先端等の周方向の間隔も、等間隔とされていても不等間隔とされていてもよい。一方、このような外周切刃6を備えずに、エンドミル本体1の先端部に底刃7のみが形成されたボールエンドミルに本発明を適用してもよい。
In the first and second embodiments, the
1 エンドミル本体
3 切刃
4 刃部
6 外周切刃
7 底刃
7a 軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径が小さくされた一方の底刃
7b 軸線O方向先端視になす凸曲線の曲率半径が大きくされた他方の底刃
O エンドミル本体1の軸線
T エンドミル本体1の回転方向
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Among the plurality of bottom blades, the difference in curvature radius between the bottom blade having the smallest curvature radius and the bottom blade having the largest curvature radius is 20% to 50% of the curvature radius of the bottom blade having the largest curvature radius. The ball end mill according to claim 1, wherein the ball end mill is in the range.
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