JP2007130703A - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】被切削材に対して断続的に切り込まされるボールエンドミルの外周に配置された切刃（外周刃及びボール刃の外周刃と接続する部分）が欠損することを防止して寿命延長を図ることができるとともに、低コストで製作することができるボールエンドミルを提供する。
【解決手段】軸線回りに回転されるエンドミル本体２の先端にボール刃７が備えられたボールエンドミル１であって、ボール刃７は、先端側に配置される先端刃部９と、先端刃部９に連なる外刃部８とを有しており、先端刃部９が立方晶窒化硼素焼結体によって構成されるとともに、先端刃部９の前記軸線方向の長さＬが、ボール刃７の半径Ｒよりも小さくされていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マシニングセンタやフライス盤等の工作機械に取り付けられて被切削材に切削加工を施すボールエンドミルであって、特に、エンドミル本体先端に立方晶窒化硼素焼結体（以下、ｃＢＮ焼結体と称する。）で構成された切刃を備えたボールエンドミルに関する。

一般に、ボールエンドミルは、円柱状をなして軸線回りに回転されるエンドミル本体と、エンドミル本体先端側外周部に形成された外周刃と、この外周刃の先端側に連なるように形成されたボール刃とを有している。
上記のボールエンドミルを用いて切削加工を行うものとしては、例えば、樹脂材料の射出成形等に使用される金型が挙げられる。このような金型では、金型の耐久性向上を目的として非常に硬い焼入れ鋼等で構成されたものが提供されており、このような焼入れ鋼を切削加工するために、ｃＢＮ焼結体でボール刃を含むエンドミル本体の先端部全体を構成したものが提案されている（特許文献１、２参照）。ここで、ｃＢＮ焼結体は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有して耐摩耗性に優れるとともに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属との反応性が低いため、焼入れ鋼等の高速切削加工に最も適したものである。

また、特許文献３では、切削速度が高くなるボールエンドミルの外周部分（外周刃及びボール刃の外周刃と接続する部分）をｃＢＮ焼結体で構成して、焼入れ鋼などの硬い被切削材の高速加工を図るともに、切削速度が低くなる軸線近傍、つまり、ボール刃の先端部分を超硬合金で構成したボールエンドミルが提案されている。
特開２００２−１４４１３１号公報 特開２００２−１４４１３２号公報 特開平１０−１１３８１０号公報

しかしながら、ｃＢＮ焼結体は、高硬度である反面、脆く、耐衝撃性が低いために被切削材に切り込まれる際の衝撃によって欠損しやすいものである。また、ｃＢＮ焼結体は、高温高圧下で焼結することにより生成されるため非常に高価なものである。
したがって、特許文献１、２のように、ボール刃を含むエンドミル本体の先端部分のすべてをｃＢＮ焼結体で構成した場合には、これらボール刃等に欠損が生じてボールエンドミルの寿命が著しく短くなってしまうといった問題や、ｃＢＮ焼結体の使用量が多くなり製作コストが高くなるといった問題があった。

また、ボールエンドミルで被切削材を加工する場合においては、ボールエンドミルの外周部分（外周刃及びボール刃の外周刃と接続する部分）は、回転軸線からの距離が大きく切削速度が高い上に断続的に被切削材に切り込まされるため、衝撃的な負荷が作用することになり、このような外周部分を硬くて脆いｃＢＮ焼結体で構成した場合には欠損を生じ易くなってしまう。
また、ボールエンドミルを用いて被切削材を複雑な形状に加工する場合には、ボール刃の先端部分が主に切削に供されるが、特許文献３に記載されたボールエンドミルでは、この先端部分が超硬合金で構成されているため、ｃＢＮ焼結体に比べて摩耗が早期に進行し、ボールエンドミルの寿命が短くなってしまうといった問題があった。

さらに、ボール刃の外周部分や外周刃をｃＢＮ焼結体で構成し、ボール刃の先端部分を超硬合金で構成したボールエンドミルを製作する際には、特許文献３に記載されているように、中央部分に超硬合金を配置してその外周部分にｃＢＮ焼結体を配置した素材を加工することになる。上記素材は、円板状のｃＢＮ焼結体の一部を除去して超硬合金を嵌入するか、あるいは、中央部に超硬合金を配置した状態でｃＢＮ焼結体の焼結を行うことにより成形されるため、この素材形成に多くの労力と時間が必要であった。また、高価なｃＢＮ焼結体の使用量が多くなるため、このボールエンドミルの製作コストが高くなってしまうといった問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、被切削材に対して断続的に切り込まされるボールエンドミルの外周に配置された切刃（外周刃及びボール刃の外周刃と接続する部分）が欠損することを防止して寿命延長を図ることができるとともに、低コストで製作す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する。

上記課題を解決するために、この発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端にボール刃が備えられたボールエンドミルであって、前記ボール刃は、先端側に配置される先端刃部と、該先端刃部に連なる外刃部とを有しており、前記先端刃部が立方晶窒化硼素焼結体によって構成され、該先端刃部の前記軸線方向の長さＬが、前記ボール刃の半径Ｒよりも小さくされていることを特徴としている。

この構成のボールエンドミルによれば、最も切削速度が高くなる部分であるボール刃の外周部分（外刃部）が、耐衝撃性に劣るｃＢＮ焼結体によって形成されないこととなり、この外周部分をｃＢＮ焼結体に比べて硬度は低いものの靱性が高く、耐欠損性、耐衝撃性に優れた材料で構成することにより、ボール刃の欠損を防止してこのボールエンドミルの寿命延長を図ることができる。

また、主に切削に供されるボール刃の先端部分（先端刃部）をｃＢＮ焼結体で形成しているので、ボール刃の先端刃部の耐摩耗性が向上し早期摩耗が防止され、このボールエンドミルのさらなる寿命延長を図ることができる。
また、高価なｃＢＮ焼結体で構成されている部分が少ないため、このボールエンドミルを低コストで製造することができる。

ここで、前記外刃部を超硬合金によって構成することにより、最も切削速度が高くなる部分であるボール刃の外周部分の耐衝撃性を向上させて欠損を防止し、このボールエンドミルの一層の寿命延長を図ることができる。
また、エンドミル本体の先端部にｃＢＮ焼結体によって構成された先端刃部が配置されているので、ｃＢＮ焼結体と超硬合金とを層状に一体成形した素材を加工することにより、このボールエンドミルを製作することができる。

さらに、前記先端刃部の前記軸線方向の長さＬと前記ボール刃の半径Ｒとの比を、Ｌ／Ｒ＝０．６〜０．９の範囲内とすることにより、ボール刃の外周部分にｃＢＮ焼結体が配置されず、このボールエンドミルの欠損を確実に防止することができる。

このように、本発明によれば、被切削材に対して断続的に切り込まされるボールエンドミルの外周に配置された切刃（外周刃及びボール刃の外周刃と接続する部分）が欠損することを確実に防止して、寿命延長を図ることができ、さらに低コストで製作することが可能なボールエンドミルを提供することができる。

本発明の実施形態について添付した図面を参照にして説明する。図１に本発明の実施形態であるボールエンドミルを示す。
ボールエンドミル１は、概略円柱状をなして軸線Ｏを中心に回転されるエンドミル本体２と、このエンドミル本体２の先端側（図１において左側）に形成された切刃部３とで構成されている。

切刃部３の外周には、先端側から後端側（図１において右側）に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に所定の角度で捩れる複数条（本実施形態では２条）の切屑排出溝４が、周方向に等間隔で、軸線Ｏに関して所定角度（本実施形態では１８０°）ずつ回転対称に形成されている。さらに、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面と、エンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる外周面との交差稜線部、すなわち上記壁面の外周側辺稜部には、外周刃５が形成されている。

したがって、切屑排出溝４の上記壁面がすくい面とされ、上記外周面が外周刃５の逃げ面とされる。また、外周刃５は、この切屑排出溝４と同じく後端側に向かうにしたがい軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔ後方側に所定の捩れ角で捩れるらせん状に形成されて正のすくい軸方向すくい角が与えられている。なお、この外周刃５が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、本実施形態においては軸線Ｏを中心とした円筒面状とされている。
この外周刃５は、超硬合金で構成されており、本実施形態では、耐摩耗性を向上させるために、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮｉ、ＴｉＣＮ等の硬質コーティングを外周刃５に施している。

一方、この切刃部３の先端部は、軸線Ｏ上に中心を有して先端側に凸となる概略半球状に形成されており、この先端部に開口する切屑排出溝４の先端側には、先端側に向かうにしたがい切屑排出溝４の開口部をエンドミル本体２の内周側に削り広げるようにしてギャッシュ６が形成されている。

このギャッシュ６のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面と、そのエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる曲面との交差稜線部、すなわちギャッシュ６の上記壁面の外周縁部には、切刃部３先端内周側の軸線Ｏ上付近から軸線Ｏ上に中心を有する概略凸円弧状をなしてエンドミル本体２後端外周側に向かい、上記外周刃５の先端に連なるボール刃７が形成されている。

したがって、ギャッシュ６の上記壁面はこのボール刃７のすくい面とされ、上記曲面がボール刃７の逃げ面とされる。また、ボール刃７の軸線Ｏ回りの回転軌跡は、やはり軸線Ｏ上に中心を有して先端側に凸となる概略半球状とされて、外周刃５がなす回転軌跡に滑らかに接続するようにされている。

ここで、ボール刃７のうち、外周刃５と接続する部分が外刃部８とされ、この外刃部８よりも先端側に位置する部分が先端刃部９とされている。
外周刃５に連なる外刃部８については、外周刃５を形成する超硬合金と同じ超硬合金で構成されている。なお、本実施形態では、耐摩耗性を向上させるために、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮｉ、ＴｉＣＮ等の硬質コーティングを外刃部８に施している。

そして、このボールエンドミル１の最先端部に位置する先端刃部９は、超硬合金よりも硬質で耐摩耗性に優れたｃＢＮ焼結体によって構成されている。
この先端刃部９の軸線Ｏ方向の長さＬは、ボール刃７がなす球面の半径Ｒに対して、Ｌ＜Ｒとなるように設定されており、望ましくは、Ｌ／Ｒ＝０．６〜０．９の範囲内とされ、本実施形態では、Ｌ／Ｒ＝０．８／１とされている。
この構成のボールエンドミル１は、ｃＢＮ焼結体と超硬合金とを層状に一体成形した素材を加工することにより製作される。

このように構成されたボールエンドミル１によれば、ボールエンドミル１の最も外周側にはｃＢＮ焼結体で構成された部分が配置されず、超硬合金で構成された部分が配置されることになる。したがって、ボール刃７のうち最も切削速度が高く断続的に被切削材に対して切り込まれることにより衝撃的負荷が作用する外刃部８が、ｃＢＮ焼結体に比べて硬度は低いものの靱性が高く、耐欠損性、耐衝撃性に優れた超硬合金で構成されることになり、切刃の欠損を防止でき、このボールエンドミル１の寿命延長を図ることができる。

また、このボールエンドミル１の切削に主に使用されるボール刃７の先端刃部９が耐摩耗性に優れたｃＢＮ焼結体で構成されているので、切削時の早期摩耗を防止でき、このボールエンドミル１のさらなる寿命延長を図ることができる。
さらに、このボールエンドミル１では、ｃＢＮ焼結体と超硬合金とを層状に一体成形した素材を加工することにより製作できるとともに、高価なｃＢＮ焼結体の使用量を低減することができるので、このボールエンドミル１を低コストで製作することができる。

なお、本実施形態では、外刃部８及び外周刃５を超硬合金で構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の材質で構成されたものであっても良い、ただし、超硬合金は、ある程度の硬さを有するとともに耐衝撃性に優れているので好ましい。さらに、本実施形態のように外刃部８及び外周刃５に硬質コーティングを施すことにより、耐摩耗性が向上するので好ましい。

また、本実施形態では、ボール刃７の半径Ｒと先端刃部９の軸線Ｏ方向の長さＬとが、Ｌ／Ｒ＝０．８／１となるように設定されているが、これに限定されることはなく、Ｌ＜Ｒであればよく、望ましくは、Ｌ／Ｒ＝０．６〜０．９の範囲内とされていればよい。
また、切屑排出溝４が２条形成された２枚刃のボールエンドミルとして説明したが、３枚刃、４枚刃のボールエンドミルであっても良い。

本発明の実施形態であるボールエンドミルの側面図である。

符号の説明

１ ボールエンドミル
２ エンドミル本体
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
５ 外周刃
６ ギャッシュ
７ ボール刃
８ 外刃部
９ 先端刃部

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端にボール刃が備えられたボールエンドミルであって、
   前記ボール刃は、先端側に配置される先端刃部と、該先端刃部に連なる外刃部とを有しており、
   前記先端刃部が立方晶窒化硼素焼結体によって構成されるとともに、該先端刃部の前記軸線方向の長さＬが、前記ボール刃の半径Ｒよりも小さくされていることを特徴とするボールエンドミル。
2. 前記外刃部が超硬合金によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールエンドミル。
3. 前記先端刃部の前記軸線方向の長さＬと前記ボール刃の半径Ｒとの比が、Ｌ／Ｒ＝０．６〜０．９の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールエンドミル。
   

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