JP2012091259A

JP2012091259A - エンドミル

Info

Publication number: JP2012091259A
Application number: JP2010239715A
Authority: JP
Inventors: Asako Fujita; 朝子藤田; Yoshinari Nagami; 佳成長見
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】外周刃の摩耗やチッピングを抑制し、加工効率を高めると共に被削材の加工面精度の高いエンドミルを提供する。
【解決手段】隣接する底刃２ａ、２ｂ、２ｃ同士のなす角度θ１、θ２が異なり（いわゆる不等分割）、かつ各外周刃４、４のねじれ角α、βを異なる大きさとすることで軸方向の間隔（リード）が異なっている（いわゆる不等リード）エンドミル１であって、外周刃４の先端にマージン１２を設ける。また、マージン１２の幅ｄは２０μｍ以上７０μｍ以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に一般鋼材など金属材料の溝加工等の切削加工で使用するエンドミルに関する。

自動車や航空機などの金属材料からなる部品（部材）の溝加工等の切削加工を行う際には、その材質に応じた種々のエンドミルが使用されている。しかし、高速回転、高速送り、または高切込みの加工条件ではエンドミルに振動（びびり振動）が発生するため工具自体の剛性が確保できない場合には外周刃や底刃が損傷（折損）するという問題が生じていた。また、エンドミルの（ねじれ）溝において切屑詰まりを起すという問題もあった。

そこで、特許文献１では、底刃の間隔が不等に分割されており（不等分割）、外周刃のねじれ角を異なる大きさとすることで軸方向の間隔（リード）が異なる（不等リード）エンドミルが開示されており、本エンドミルにより切屑詰まりを防止できるので切刃（外周刃、底刃）の欠損を防止し、寿命延長を図ることができる。

また、特許文献２では不等分割、不等リードのエンドミルであって、外周刃にはマージン（丸ランド）を設けるエンドミルが開示されており、本エンドミルにより工具の高剛性が確保できるので外周刃や底刃の損傷を防止して、長寿命化を図ることができる。

特開２００７−２６８６４８号公報特開２０１０−１２００９９号公報

しかし、特許文献１に開示されたエンドミルにおいては、外周刃の先端部には二番角が施されるために高速回転、高速送りまたは高切込みの加工条件では切刃の摩耗などが著しくなるという問題があった。

また、特許文献２に開示されたエンドミルにおいては、例え外周刃の刃先にマージンが設けられていても、マージン幅によっては却ってエンドミルとワーク（被削材）との切削抵抗が大きくなるため、高速回転、高速送りまたは高切込みの条件で切削加工ができずに結果として加工効率が低下するという問題があった。

特に軸方向の切込量を大きく（高切込み）して切削加工した場合には、エンドミルの送り方向に発生する力（送り分力）やエンドミルとワークとの間で発生する力（背分力）が大きくなりすぎるので、被削材の加工面粗さや加工面たおれ量（エンドミルによる側面加工後の被削材の垂直面からのはみ出し量）が大きくなる、すなわち被削材の加工面精度が悪化するという問題もあった。

そこで、本発明においては前述した問題点に鑑みて、外周刃などの摩耗やチッピングを抑制し、加工効率を高めると共に被削材の加工面精度の高いエンドミルを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明においては、隣接する底刃同士のなす角度が異なり、かつ各外周刃のねじれ角を異なる大きさとすることで軸方向の間隔が異なるエンドミルであって、外周刃の先端にはマージンを設けて、マージンの幅を２０μｍ以上７０μｍ以下とするエンドミルを提供することとした。これにより、切削加工中においてマージンがワークと接触することで外周刃などの摩耗やチッピングを抑制する。特に、軸方向の切込量を大きくして切削加工した場合でも送り分力や背分力の上昇を抑制する。

マージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に限定した主な理由は、後述する切削試験結果に基いている。すなわち、マージン幅が２０μｍ未満の場合にはマージン幅が狭すぎるので外周刃の刃先部分に摩耗やチッピングが進行しやくなるからである。同時にマージン幅を２０μｍ未満に調整することは使用する砥石の種類も限定されて製作上困難であり、製作工数増につながるという理由もある。また、マージン幅が７０μｍを超える場合には、高速回転、高速送りまたは高切込みでの切削加工においてマージン幅が広すぎるため、被削材とエンドミルとの切削抵抗が大きくなり、結果として低速回転または低速送りでの切削加工を強いられて加工効率の低下につながるためである。

以上述べたように、本発明においては、隣接する底刃同士のなす角度が異なり、かつ各外周刃のねじれ角を異なる大きさとすることで軸方向の間隔が異なるエンドミルであって、外周刃の先端にはマージンを設けて、マージンの幅を２０μｍ以上７０μｍ以下とするエンドミルを用いることにより、マージンが被削材と接触することで外周刃の刃先部分の摩耗やチッピングを抑制するので、高速回転、高速送りまたは高切込みでの切削加工が可能になり、加工効率を高めるという効果を奏する。

また、軸方向の切込量を大きくして切削加工した場合でも送り分力や背分力の上昇を抑制するので、切削加工の加工効率を高めると同時に被削材の加工精度を確保できる（加工面粗さ小、加工面たおれ量小）という効果も奏する。

本発明の実施の形態の一例であるエンドミル１の正面図である。図１のエンドミル１先端部の左側面図である。図１のＸ−Ｘ線矢視の外周刃４先端部分の断面拡大図である。

本発明のエンドミルの実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるエンドミル１の正面図、図２は図１のエンドミル１先端部の左側面図、図３は図１のＸ−Ｘ線矢視の外周刃４先端部分の断面拡大図である。

図１に示すように、溝５ａ、５ｂを持つエンドミル１は底刃２からコーナ３を介して外周刃４、４を有している。また、軸中心Ｏと溝５ａ、５ｂとのなす角度（ねじれ角）α、βは各々異なる角度である（いわゆる不等リードエンドミル）。また、図２に示すようにエンドミル１の底刃２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおいて、第１の底刃２ａと第２の底刃２ｂとがなす角度θ１と、第２の底刃２ｂと第３の底刃２ｃとがなす角度θ２とは共に異なる角度である（いわゆる不等分割エンドミル）。すなわち、本発明に係るエンドミル１は不等分割、不等リードのエンドミルである。さらに、図３に示すように外周刃４のすくい面１０の最外周縁部にあたる外周刃先１１と外周逃げ面１３との間に幅（マージン幅）ｄのマージン１２が設けられている。

本発明に係るエンドミルの外周刃におけるマージンの有無による外周刃付近への損傷の程度を確認するため、後述する切削条件で切削試験を行った。その結果について表１を用いて説明する。

本切削試験に用いたエンドミルは、外径１０．０ｍｍ、長さ７５ｍｍ、刃長２５ｍｍ、ねじれ角４０°および４３°、シャンク径１０．０ｍｍ、底刃数４枚を共通仕様として、本発明に係るエンドミル（本発明品）については外周刃の先端に３０μｍ幅のマージンを設けて、従来のエンドミル（従来品）についてはマージンを設けていない。

本切削試験は、以下の条件で行い、切削長が１００ｍに到達するまでエンドミルによる切削加工を行った。
・切削速度：１２９ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：１４５０ｍｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．０８８ｍｍ／ｔ
・回転数：４１００ｍｉｎ^−１
・切込量：軸方向（ａｐ）１５ｍｍ、半径方向（ａｅ）２ｍｍ
・被削材：炭素鋼Ｓ５０Ｃ
・切削油：切削油剤なし（エアブロー）
・加工形態：側面加工（ダウンカット）

表１は、上述した条件で切削試験を行った後の本発明品および従来品の摩耗量の測定結果である。摩耗量の測定は、切刃である４枚刃全てにおいてエンドミルのコーナ（以下、コーナ部という）、外周刃の逃げ面（以下、逃げ面部という）および外周刃の切削部と非切削部との境界（以下、境界部という）の３箇所について測定し、４枚刃の平均値を表１にまとめた。また、表２は上述した条件で切削試験を行った後のコーナ部、逃げ面部および境界部におけるチッピングの有無についてまとめたものである。

表１に示すように、本発明品はコーナ部、逃げ面部および境界部の摩耗量は、それぞれ１０２μｍ、３６μｍおよび１８μｍであった。これに対して、マージンの無い従来品ではコーナ部、逃げ面部および境界部の摩耗量は、それぞれ１５０μｍ、１２０μｍおよび６９μｍであった。これらの結果より、本発明に係るエンドミルは外周刃の先端にマージンを設けることで、従来品に比べてコーナ部、逃げ面部および境界部における摩耗量を約３２％〜７４％低減できたことがわかった。

また、チッピングの有無については、表２に示すように本発明品は逃げ面部にはチッピングが確認されているが、コーナ部および境界部には確認されなかった。これに対して、マージンの無い従来品ではコーナ部、逃げ面部および境界部の全てについてチッピングが確認された。これらの結果より、本発明に係るエンドミルは外周刃の先端にマージンを設けることで、従来品に対してコーナ部および境界部におけるチッピングの発生を抑止できたことがわかった。

次に、エンドミルの外周刃に設けるマージン幅の変化によるコーナ部などのチッピングや被削材の加工面精度（加工面粗さ、加工面たおれ量）への影響を確認するために以下の条件で切削長が１０５ｍに到達するまで切削加工を行ったので、その結果について表３ないし表５を用いて説明する。本切削試験に用いたエンドミルのマージン幅は、５μｍ以上１５μｍ以下に設定した場合、２０μｍ以上７０μｍ以下に設定した場合、および８０μｍ以上１００μｍ以下に設定した場合の計３水準とした。なお、本試験で用いたエンドミルの他の仕様については、実施例１と同様である。
・切削速度：７７ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：６３５ｍｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．０６５ｍｍ／ｔ
・回転数：２４５０ｍｉｎ^−１
・切込量：軸方向（ａｐ）１５ｍｍ、半径方向（ａｅ）０．５ｍｍ
・被削材：ダイス鋼ＳＫＤ６１
・切削油：水溶性切削油剤
・加工形態：側面加工（ダウンカット）

表３は、切削試験後のコーナ部、逃げ面部および境界部におけるチッピングの有無を確認した結果である。

表３に示すようにエンドミルのマージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定した場合は、逃げ面部にはチッピングが確認されたもののコーナ部や境界部にはチッピングは確認されなかった。これに対して、マージン幅を５μｍ以上１５μｍ以下に設定した場合および８０μｍ以上１００μｍ以下に設定した場合は、コーナ部、逃げ面部および境界部の全てにおいてチッピングが確認された。以上より、エンドミルのマージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定することで他のマージン幅のエンドミルに比べて、高速回転、高速送りまたは高切込みの条件で切削加工を行ってもコーナ部や境界部におけるチッピングの発生を未然に防止できることがわかった。

また、表４は切削試験における切削長が３５ｍ、７５ｍおよび１０５ｍの時点での被削材の加工面粗さの測定結果であり、表５は切削試験における切削長が３５ｍ、７５ｍおよび１０５ｍの時点での被削材の加工面たおれ量の測定結果である。

表４に示すようにエンドミルのマージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定した場合、加工面粗さは切削長が３５ｍから１０５ｍまでを通して７μｍＲｚ〜１８μｍＲｚの範囲にあり、その差は１０μｍＲｚ前後であることから加工面粗さの変化は小さい。これに対して、マージン幅を５μｍ以上１５μｍ以下に設定した場合および８０μｍ以上１００μｍ以下に設定した場合、加工面粗さは１２μｍＲｚ〜８７μｍＲｚの範囲や１０μｍＲｚ〜４２μｍＲｚの範囲で切削長により大きく変化する。以上の結果より、マージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定することで他のマージン幅のエンドミルに比べて、高速回転、高速送りまたは高切込みの条件で切削加工を行っても切削長に関わらず安定した被削材の加工面粗さが得られることがわかった。

また、表５に示すように、エンドミルのマージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定した場合、加工面たおれ量は切削長が３５ｍから１０５ｍまでを通して２２μｍ〜２４μｍの範囲にあり、その差は２μｍであることから加工面たおれ量の変化は数μｍ程度である。これに対して、マージン幅を５μｍ以上１５μｍ以下に設定した場合および８０μｍ以上１００μｍ以下に設定した場合、加工面たおれ量は２７μｍ〜３０μｍの範囲や３１μｍ〜３５μｍの範囲であり、その変化は数μｍ程度であるがいずれも最大で３０μｍ以上になる。以上の結果より、マージン幅を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定することで他のマージン幅のエンドミルに比べて、高速回転、高速送りまたは高切込みの条件で切削加工を行っても、切削長に関わらず加工面たおれ量は３０μｍ未満となり、高精度が得られることがわかった。

よって、本発明に係るエンドミルはマージン幅を２０μｍ以上７０μｍ下に設定することで他のマージン幅のエンドミルに比べて、高速回転、高速送りまたは高切込みの条件で切削加工を行ってもチッピングの発生を抑止できるので、切削加工の加工効率を高めると共に被削材の加工面精度も高めることができる。

１エンドミル
２ａ、２ｂ、２ｃ底刃
４外周刃
１２マージン
ｄマージン幅
α、β ねじれ角
θ１、θ２隣接する底刃同士がなす角度

Claims

隣接する底刃同士のなす角度が異なり、かつ各外周刃のねじれ角を異なる大きさとすることで軸方向の間隔が異なるエンドミルであって、前記外周刃の先端にはマージンが設けられており、前記マージンの幅は２０μｍ以上７０μｍ以下であることを特徴とするエンドミル。