JP2011206863A

JP2011206863A - エンドミル

Info

Publication number: JP2011206863A
Application number: JP2010074830A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Azegami; 貴行畔上
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: CN102802854B; EP2554309A4; JP5526924B2; US20130017025A1; CN102802854A; EP2554309A1; WO2011122457A1

Abstract

【課題】各種切削状態、各種加工物の板厚に対応してバリの発生を抑えることができ、さらに、切屑の排出性及び仕上加工面の性状に問題がなく、円滑な切削加工を行うことが可能なエンドミルを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の切刃部３に、軸線Ｏ回りに捩れて螺旋状に形成される第一の外周刃４Ａと、軸線Ｏに平行に延びて直線状に形成される第二の外周刃４Ｂとを設ける。さらに、第一の外周刃４Ａを、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向Ｔに捩れて螺旋状に形成されたものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、捩れ刃を有するエンドミルに関するものである。

捩れ刃のあるエンドミルは、切削抵抗を低減し切れ味が向上するものの、切刃作用の終点においては機構上バリが発生してしまう。特に、被削材がバリの発生し易い材料であったり、形状が板材状であったりする場合には、バリの問題は顕著となる。近年、航空機用として用いられる難削性材料である炭素繊維複合材（ＣＦＲＰ）からなる板材を捩れ刃のあるエンドミルを用いて加工することが行われているが、その際に生じるバリは、積層されたファイバーの剥離を生じさせるいわゆるデラミネーション（層間剥離）の起因となるので、当該バリの発生を回避する必要がある。

このようなバリの問題に対処するエンドミルとして、例えば特許文献１には、ストレート状に形成された軸体の外周に、左螺旋状の外周刃と右螺旋状の外周刃とをそれぞれ備えるものが開示されている。このようなエンドミルは、捩れ方向の異なる二種類の外周刃を備えることで、左螺旋状の外周刃による切削で生じるバリを右螺旋状の外周刃により除去することにより、バリの発生を極力抑えるようとするものである。これにより、寿命を延長させるとともに加工精度を確保し、良好な切削加工が行うことができる。

また、特許文献２には、エンドミルのシャンク部側に一方の捩れ方向をもつ螺旋状の第一の刃部を設けるとともに、エンドミルの先端側に一方とは逆の他方の捩れ方向をもつ螺旋状の第二の切部を設けるものが開示されている。このようなエンドミルも、第一の刃部による切削で生じるバリを、第二の刃部により除去することにより、バリの発生を極力抑えるようとするものである。

特開昭６４−２０９１３号公報特開平６−２４６５２５号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載のエンドミルでは、左螺旋状の外周刃による切削で生じたバリを、右螺旋状の外周刃によって除去することを企図して作られたものの、左螺旋状の外周刃で加工した部分を左螺旋状の外周刃で必ず切削できる保証はなく、バリの発生を所望どおり抑えることが難しいという課題が残されていた。
つまり、例えば、被削材が板状の場合、上面近傍は最終的に左螺旋状の外周刃で加工し、下面近傍は最終的に右螺旋状の外周刃で加工するのがバリを除去する上で必要であるが、切削条件によっては、左螺旋状の外周刃が下面近傍を加工し、右螺旋状の外周刃が上面近傍を加工する場合もあって、必ずしも理想的な切削加工を行えるわけではない。

さらに、右螺旋状の外周刃で加工する際には被削材の上面側に向かっての力が作用し、左螺旋状の外周刃で加工する際には下面側に向かっての力が作用するため、被削材の板厚方向に互いに逆向きの力が作用する。そのため特に薄板加工の場合には、当該逆向きの力によって被削材の振動やデラミネーションを招いてしまうおそれがある。
なお、バリの発生を抑制するには、例えば複数の外周刃の全てを捩れのない直刃とすることも有効であるが、この場合には切削抵抗が著しく大きくなってしまい、円滑な切削加工を行うことができない。

また、特許文献２に記載のエンドミルにおいては、先端側とシャンク部側に異なる捩れの刃部（外周刃）を形成しなければならず、ソリッドエンドミルの場合に幾何学上製造が困難になる。先端側とシャンク部側に異なる刃部（外周刃）をもつ接合タイプのエンドミルであるため、安価に製作できない。また、接合部分で切屑がぶつかりあう可能性があり、切屑排出性に難がある。さらに、接合部分に切刃の境界部があり、この境界部が仕上加工面に筋となって転写するため、仕上加工面の性状に問題が出る可能性があるという課題が残されていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、各種切削状態、各種加工物の板厚に対応してバリの発生を抑えることができ、さらに、切屑の排出性及び仕上加工面の性状に問題がなく、円滑な切削加工を行うことが可能なエンドミルを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るエンドミルは、軸線回りに回転されるエンドミル本体の切刃部に、前記軸線回りに捩れて螺旋状に形成される第一の外周刃と、前記軸線に平行に延びて直線状に形成される第二の外周刃とが設けられていることを特徴とする。

従って、このような構成のエンドミルでは、切削抵抗が低く切れ味の鋭い捩れ刃である第一の外周刃によって被削材の切削を円滑に行いながら、直刃である第二の外周刃によって加工面全体をさらうようにして切削を行うことができる。即ち、第一の外周刃によってバリが生じてしまった場合であっても、第二の外周刃によって当該バリを除去することができるため、バリが発生し易い被削物であっても板材の上面部又は下面部にバリが生じてしまうことを回避することができる。
また、切削加工時には、捩れ刃である第一の外周刃によって、板材の上面部又は下面部のいずれか一方に向かっての力のみが発生することになる。したがって、板材の板厚方向に互いに逆向きの力が作用することはないため、当該逆向きの力に起因した板材の振動やデラミネーションの発生を防止することができる。
さらに、第一、第二の外周刃により切削された際の切屑は、それら外周刃に沿って板材の上面及び下面側にそれぞれ移送されるので、切屑の良好な排出性が確保される。また、切刃部の軸線方向中央部に第一の外周刃と第二の外周刃との境界部が形成されておらず、仕上加工面の性状の問題は生じない。

また、上記エンドミルにおいて、前記第一の外周刃は、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向に捩れて螺旋状に形成されていることが好ましい。
これによって、第一の外周刃の切削による切屑が板材の上面側に排出されることになるため、切屑の処理を円滑に行うことができる。

さらに、上記エンドミルにおいては、前記第二の外周刃は少なくとも一対が形成されており、これら一対の第二の外周刃が前記軸線を挟んで対称な位置に配置されていることが好ましい。
このような構造のエンドミルによる切削加工時には、軸線を挟んだ両側において、一対の第二の外周刃がその軸線方向全体にわたってそれぞれ加工面に接触する。これにより、加工面における一対の第二の外周刃の接触する箇所にエンドミルが支持されるようにして、当該エンドミルの安定性が確保される。したがって、エンドミルの軸線の振れを抑えることができ、より円滑かつ加工面精度の高い切削加工を行うことが可能となる。

本発明に係るエンドミルによれば、捩れ刃である第一の外周刃と直刃である第二の外周刃とを設けることによって、各種切削状態、各種加工物の板厚に対応してバリの発生を抑えることができ、さらに、切屑の排出性及び仕上加工面の性状に問題がなく、円滑な切削加工を行うことが可能となる。

実施形態に係るエンドミルの斜視図である。実施形態に係るエンドミルを第一の外周刃側から見た側面図である。実施形態に係るエンドミルを第二の外周刃側から見た側面図である。実施形態に係るエンドミルを先端側から見た正面図である。実施形態に係るエンドミルの切刃部の概要を示す展開図である。

以下、本発明に係るエンドミルの実施形態について、図１から図５を用いて説明する。
図１から図３に示すように、エンドミルは、超硬合金等の硬質材料によって形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなすエンドミル本体１を有している。このエンドミル本体１においては、その後端側部分（図２及び図３において右側部分）は円柱状をなすシャンク部２とされ、先端側部分（図２及び図３において左側部分）は切刃部３とされている。

エンドミルを用いて被削材に対して切削加工を施す際には、シャンク部２が工作機械の主軸に保持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転される。そして、工作機械の主軸によってエンドミル本体１を軸線Ｏに交差する方向に送り出し、また場合によっては該軸線方向先端側にも送り出し、これによって切刃部３により被削材に切削加工が施される。

切刃部３の外周には、第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとが備えられている。
第一の外周刃４Ａは、後端側から先端に向かって軸線Ｏ回りに螺旋状に延びる捩れ刃とされている。本実施形態においては、この第一の外周刃４Ａは、後端から先端に向かいエンドミル回転方向Ｔ（シャンク部側から見て右回転）に捩れるように形成されている。この第一の外周刃４Ａの捩れ角は例えば約１０°に設定されている。

なお、この明細書において、回転方向及び捩れ方向の左右は、シャンク部２側から切刃部３を見たときを基準にいうものとする。従って、本実施形態のエンドミルにおいては、エンドミル回転方向Ｔは右回転とされ、第一の外周刃４Ａは右捩れ右刃とされている。また、軸線Ｏに直交する断面における第一の外周刃４Ａの軸線Ｏからの距離、即ち、第一の外周刃４Ａの半径は、その形成領域全域にわたって一定とされている。

第二の外周刃４Ｂは、後端側から先端に向かって軸線Ｏに平行に延びる直刃とされている。この第二の外周刃４Ｂの軸線Ｏに直交する断面における軸線Ｏからの距離、即ち、第二の外周刃４Ｂの半径寸法は、第二の外周刃４Ｂの形成領域全域にわたって一定とされ、第一の外周刃４Ａの半径寸法と略同一とされている。
なお、本実施形態のエンドミルは、上記のように第一の外周刃４Ａが捩れ刃とされ、第二の外周刃４Ｂが直刃とされていることから、これらの捩れ角が互いに異なるいわゆる不等リードのエンドミルとされている。

そして、本実施形態の場合、第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとは、それぞれ切刃部３の周方向に交互に２条ずつ、合計４条が形成されている。また、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂのエンドミル回転方向Ｔ側には、それら第一の外周刃４Ａ又は第二の外周刃４Ｂに沿いながら切刃部３の後端から先端に向けて延びる切屑排出溝５Ａ，５Ｂが形成されている。第一の外周刃４Ａに沿った切屑排出溝５Ａは、該第一の外周刃４Ａ同様螺旋状に捩れて形成されており、第二の外周刃４Ｂに沿った切屑排出溝５Ｂは、該第二の外周刃４Ｂ同様直線状に延びている。これら切屑排出溝５Ａ，５Ｂは、軸線Ｏに直交する断面において凹曲線状をなすように凹んで形成されている。

図４に示すように、エンドミル本体１の先端部には、上記切屑排出溝５Ａ，５Ｂのそれぞれから内周側に延びるギャッシュ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を向く壁面は、断面凹曲線状をなす前記切屑排出溝５Ａ，５Ｂの壁面をエンドミル本体１の外周に至るまで平面状に切り欠くように形成されている。そして、この壁面の先端側辺稜部に、上記第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの先端からそれぞれエンドミル本体１の内周側に延びる底刃７Ａ，７Ｂが形成されている。

従って、上記ギャッシュ６の壁面が底刃７Ａ，７Ｂのすくい面とされて、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂに対応する複数条（４条）の底刃７Ａ，７Ｂが、軸線Ｏ方向先端側から見てエンドミル本体１先端部の外周側から内周側に向けて直線状に延びるように形成されている。

なお、本実施形態のエンドミルは、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏを中心とする略円筒状とされるとともに、この第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂと底刃７Ａ，７Ｂとが同回転軌跡で略直交するスクエアタイプのエンドミルとされている。

ここで、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの配置関係について、図５に示す展開図を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態においては、一対の第一の外周刃４Ａ，４Ａ及び一対の第二の外周刃４Ｂ，４Ｂ同士は、それぞれ互いに軸線Ｏを挟んで対称な位置、即ち、切刃部３の周方向に１８０°離間した位置にそれぞれ配置されている。

ここで、例えば、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの形成領域の軸線Ｏ方向の先端側において、隣り合う第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとの周方向距離が全て等しくなるように構成した場合、軸線Ｏ方向の後端側において第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとが交差することになり、刃長が短くなってしまう。
一方、例えば、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの形成領域の軸線Ｏ方向の後端側において、隣り合う第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとの周方向距離が全て等しくなるように構成した場合、軸線Ｏ方向の先端側において第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとが交差することになり、やはり刃長が短くなってしまう。

これに対して本実施形態においては、図５に示すように、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの形成領域の軸線Ｏ方向の中央において、隣り合う第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂとの周方向距離が全て等しくなるように構成されているため、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂの刃長を最も長く確保することができる。

次に、上記構成のエンドミルの作用について説明する。
エンドミル本体１を右方向に回転させながら、切刃部３を加工対象である例えば炭素繊維複合材からなる板材の高さに揃え、板材の面方向に沿って移動させる。ここで、本実施形態のエンドミル本体１には、切削抵抗が低く切れ味の鋭い捩れ刃である第一の外周刃４Ａを備えているため、当該第一の外周刃４Ａが主として被削材の加工面を形成していくことで円滑な切削加工を行うことができる。

ここで、本実施形態においては、エンドミル回転方向Ｔが右方向とされ、第一の外周刃４Ａが右捩れ右刃とされているため、当該第一の外周刃４Ａによる切削加工では板材の上面側にバリが発生し易い。これに対して、上記第一の外周刃４Ａによる切削加工に加えて、直刃である第二の外周刃４Ｂによる切削加工が施されるため、当該第二の外周刃４Ｂによって加工面全体をさらうようにして切削加工を行うことができる。この第二の外周刃４Ｂの切削加工によって、加工面からバリを除去することができるため、結果として板材にバリが発生することを回避することが可能となる。

なお、例えば外周刃を直刃のみとすればバリの抑制といった観点からは有効であるが、この場合、直刃による切削抵抗が大きくなり、円滑な切削加工を行うことが困難となる。この点、本実施形態においては、捩れ刃及び直刃の双方を備えることにより、円滑な切削加工を可能としつつバリの発生を回避することができる。

また、切削加工時には、捩れ刃である第一の外周刃４Ａによって、板材の上面側に向かっての力のみが発生することになる。したがって、右捩れ右刃、左捩れ右刃の双方を備えた場合のように板材の板厚方向に互いに逆向きの力が作用することはないため、被削材としての板材の振動やデラミネーションの発生を防止することができる。

さらに、第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂにより切削された際の切屑は、これら第一の外周刃４Ａ及び第二の外周刃４Ｂにそれぞれ沿って板材の上面側及び下面側に移送されるので、切屑の良好な排出性が確保される。また、切刃部３の軸線Ｏ方向中央部に第一の外周刃と第二の外周刃の境界部が形成されておらず、仕上加工面の性状の問題は生じない。

さらに、本実施形態では第一の外周刃４Ａが、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向Ｔに捩れて螺旋状に形成された右捩れ右刃とされているため、当該第一の外周刃４Ａの切削による切屑は板材の上面側に排出されることになる。この切屑が板材の下面側に排出される場合には、被削材からの切屑の排出が困難となり、蓄積した切削熱によって被削材の変形を招く問題あるが、本実施形態では上面側にのみ排出されるため、切屑の処理を容易にし当該問題を回避することができる。

また、直刃である一対の第二の外周刃４Ｂ，４Ｂが周方向に１８０°離間して配置されているため、切削加工時には軸線Ｏを挟んだ両側において第二の外周刃４Ｂ，４Ｂがその軸線Ｏ方向全体にわたってそれぞれ加工面に接触する。これにより、エンドミル本体１の安定性を確保することができるため、軸線Ｏの振れを抑え、より円滑かつ加工面精度の高い切削加工を行うことが可能となる。

以上、本発明であるエンドミルの実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、実施形態では、エンドミル回転方向Ｔを右回転とするとともに第一の外周刃４Ａを右捩れ右刃としたが、これに限られることなく、エンドミル回転方向Ｔを左回転とするとともに第一の外周刃４Ａを左捩れ左刃としてもよい。この場合も実施形態と同様、切屑を上面側に排出しながらバリの発生を回避することができる。
一方、エンドミル回転方向Ｔを右回転とするとともに第一の外周刃４Ａを左捩れ右刃としてもよく、また、エンドミル回転方向Ｔを左回転とするとともに第一の外周刃４Ａを右捩れ左刃としてもよい。これらの場合、切屑が下面側に排出されることにはなるが、実施形態と同様にバリの発生を回避することができる。

また、実施形態では、外周刃として第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂをそれぞれ２条ずつ合計４条備える例を挙げて説明したが、これに限られることなく、第一の外周刃４Ａと第二の外周刃４Ｂを１条ずつ備えるものでも、また、それらを３以上の多条ずつ備えるものであっても本発明は適用可能である。

１エンドミル本体
２シャンク部
３切刃部
４Ａ第一の外周刃
４Ｂ第二の外周刃
Ｏ軸線
Ｔエンドミル回転方向

Claims

軸線回りに回転されるエンドミル本体の切刃部に、
前記軸線回りに捩れて螺旋状に形成される第一の外周刃と、前記軸線に平行に延びて直線状に形成される第二の外周刃とが設けられていることを特徴とするエンドミル。
前記第一の外周刃は、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向に捩れて螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
前記第二の外周刃は少なくとも一対が形成されており、これら一対の第二の外周刃が前記軸線を挟んで対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンドミル。