JP2013022657A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】被削材（繊維強化プラスチック）の上面および下面のバリやカエリの発生を抑止すると同時に、垂直な切削面を得ることのできるエンドミルを提供する。
【解決手段】主溝３を底刃２側からシャンク８側へ向けてらせん状に形成して、主溝３に沿って形成される主切刃５のランド部６には主溝３のねじれ方向とは逆向きの副溝７が設けられており、副溝７により形成される副切刃９には副溝７に対して直角方向の逃げ面１０が設けられているエンドミル１とする。また、副溝７は底刃２から離間した位置よりシャンク８側へ向けて設けることもできる。さらに、主溝３の数を３本以上５本以下として、かつ副溝７の数を主溝３の数の２倍とすることもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に繊維強化プラスチック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等からなる部品（部材）の切削加工を行う際には、その材料（材質）に応じた種々のエンドミルが使用されている。特に、航空機分野では金属材料に匹敵する引張強度と金属材料に比較して軽量化が可能であるという特徴を兼ね備えた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が多用されていることからＦＲＰ用のエンドミルが開発されている。しかし、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に代表されるようなＦＲＰが被削材の場合には、その素材を構成する繊維材料に起因した排出溝における切り屑詰まりや切削加工後の繊維材料によるバリやカエリが発生するという問題が生じていた。
そこで、特許文献１では右ねじれを有する切刃、左ねじれを有する切刃を底刃側よりシャンク側へ向けて順に設けることで、被削材の切り屑詰まりの発生を未然に防ぐエンドミルが開示されている。すなわち、当該エンドミルは底刃側より全刃長の途中（境界部分）まで右ねじれの切刃のみにより形成されて、その境界部分より切刃の切り上がり部までは左ねじれの切刃が形成されているエンドミルである。
また、特許文献２では、主切刃のねじれ角とは逆向きのねじれ角を有する副切刃を、主切刃のランド部に副溝を設けることで形成して、ＣＦＲＰの切削加工においてもバリの発生を抑制できるエンドミルが開示されている。すなわち、当該エンドミルは通常の主切刃が底刃側よりシャンク側へ向けて形成されており、右ねじれの主切刃のランド部全体に左ねじれの切刃が形成されているエンドミルである。

特許第２６０１８０３号公報 特開２０１１−２０２４８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、被削材の厚みにより切削加工時に右ねじれを有する切刃のみ、または左ねじれを有する切刃のみで切削加工する場合には被削材の上面または下面にバリやカエリが発生す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、同文献の図４および図５から主切刃のランド部に形成された副切刃の逃げ面の向きが全て副溝の向きに対して平行であることから、副切刃が形成された部分の外径は、エンドミル本体の外径よりも小さくなっているので、被削材における垂直な切削面が得られないという問題があった。
ここで、ランド部に設けられた副溝または副切刃と逃げ面との関係について図面を参照して説明する。図３（ａ）は従来のエンドミル１のランド部６において主切刃５の逃げ面１１が共にない場合の模式図、同図（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線矢視の断面図、図４（ａ）は別の従来のエンドミル１のランド部６において主切刃５の逃げ面１１がある場合の模式図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視の断面図、同図（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。

図３（ａ）に示すように従来のエンドミル１のランド部６に副溝７は設けられているが、主切刃５の逃げ面１１が設けられていない場合にはランド部６には逃げ角が存在しないので、同図（ｂ）に示すようにランド部６全体が切削加工中は被削材と常に接触することになる。
しかし、図４（ａ）に示すように別の従来のエンドミル１（特許文献２に開示されたエンドミル）のランド部６に副溝７が設けられており、かつ主切刃５の逃げ面１１がある場合には主溝３の形成方向とは直角方向（副溝７の形成方向と同一方向）に逃げ面１１が形成されて、同図（ａ）中の矢印の方向に逃げ角αが存在する。そのため、同図（ｂ）および（ｃ）に示すように副切刃９は切削加工中において被削材と接触する箇所と接触しない箇所が存在するので、副切刃９による切削加工では被削材の外径が確保できない。その結果、上述したように特許文献２に示すエンドミルでは垂直な切削面が得られない。さらに、被削材に対して主切刃５と副切刃９の両方の切刃で切削加工するために、被削材の下面では主切刃５により切削加工を行う場合でも被削材の上面も同様に主切刃５で切削加工を行うと、被削材の上面のみにバリが発生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、被削材の上面および下面のバリやカエリの発生を抑止すると同時に、垂直な切削面を得ることのできる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、主溝が底刃側からシャンク側へ向けてらせん状に形成されており、主溝に沿って形成される主切刃のランド部には主溝のねじれ方向とは逆向きの副溝が設けられており、副溝により形成される副切刃には副溝に対して直角方向の逃げ面が設けられているエンドミルを提供することにより、切削加工時において副切刃全体が被削材に接触する。

本発明に係るエンドミルは、通常のエンドミルと同様に底刃側からシャンク側に向けて溝（主溝）がらせん状に形成されており、シャンク側の主溝の終点が切り上がり部となる。主溝の形成により当該エンドミルの外周部には外周刃としての切刃（主切刃）が形成されて、主切刃のランド部には主溝の方向に対して直角方向に逃げ面が設けられている。

また、主切刃のランド部には主溝のねじれ方向とは逆向きに副溝が設けられている。例えば、エンドミルの底刃側からの先端視より主溝が右ねじれである場合には副溝を左ねじれとして、主溝が左ねじれである場合には副溝を右ねじれとする。

さらに、主切刃のランド部に副溝を設けることで副溝とランド部との交差稜線の内、シャンク側の交差稜線には主切刃とは異なる切刃（副切刃）が形成されて、副切刃には副溝に対して直角方向に逃げ面が設けられている。すなわち本発明に係るエンドミルの主切刃の逃げ面の方向と、主切刃のランド部に形成された副切刃の逃げ面の方向とは各々異なるものとする。
請求項２に係る発明においては、副溝が底刃から離間した位置よりシャンク側へ向けて設けられているエンドミルとすることにより、一定厚さ以上の被削材の場合には被削材の上面は副溝により形成された副切刃で切削して、下面は主溝により形成された主切刃で切削する。
請求項３に係る発明においては、主溝の数が３本以上５本以下であり、かつ副溝の数が主溝の数の２倍であるエンドミルとすることにより、最も底刃側に位置する副切刃の端部と主切刃の終端位置との重複範囲が最も狭くなる。

以上述べたように、本発明においては、主溝が底刃側からシャンク側へ向けてらせん状に形成されており、主溝に沿って形成される主切刃のランド部には主溝のねじれ方向とは逆向きの副溝が設けられており、副溝により形成される副切刃には副溝に対して直角方向の逃げ面が設けられているエンドミルを用いることにより、切削加工時において副切刃全体が被削材に接触するので、垂直な切断面を得ることができるという効果を奏する。
請求項２に係る発明では、副溝が底刃から離間した位置よりシャンク側へ向けて設けられているエンドミルとすることにより、一定厚さ以上の被削材の場合には、被削材の上面は副溝により形成された副切刃で切削して、下面は外周刃で切削するので、被削材の上下面共にバリ発生を抑制できるという効果を奏する。
請求項３に係る発明では、主溝の数が３本以上５本以下であり、かつ副溝の数が主溝の数の２倍であるエンドミルとすることにより、最も底刃側に位置する副切刃の端部と主切刃の終端位置との重複範囲が最も狭くなるので、薄板の被削材であっても被削材の上面は副切刃による切削加工を行い、下面は主切刃による切削加工を各々別個に行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態の一例であるエンドミル１の全体図である。 （ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。 （ａ）は従来のエンドミルのランド部６における（主切刃５の逃げ面１１が共にない場合）模式図、（ｂ）は同図（ａ）のＺ−Ｚ線矢視の断面図である。 （ａ）は別の従来のエンドミルのランド部６における（主切刃５の逃げ面１１がある場合）模式図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線矢視の断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。 （ａ）は本発明に係るエンドミル１のランド部６における模式図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線矢視の断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線矢視の断面図である。 本発明に係るエンドミルにおいて主切刃５が４枚（Ｄ１〜Ｄ４）、副切刃９が８枚（ｄ１〜ｄ８）の場合の展開図である。 本発明外のエンドミルにおいて主切刃５が４枚（Ｄ１〜Ｄ４）、副切刃９が７枚（ｄ１〜ｄ７）の場合の展開図である。

本発明の実施の形態について、本発明に係るエンドミル１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の全体図、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図、同図（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。
図１および図２に示すように、４枚の底刃２を有するエンドミル１は、４本の主溝３が底刃２から切り上がり部４まで形成されており、外周刃である主切刃５は底刃２側から見て右ねじれ刃として形成されている。また、主切刃５のランド部６には主溝３のねじれ方向（右ねじれ）とは逆向き（左ねじれ）の副溝７が設けられている。副溝７は底刃２から刃長の中間位置よりシャンク８側へ向けて形成されており、副溝７の数は主溝３の数の２倍である８本が設けられている。主切刃５のランド部６に副溝７を設けることで副溝７とランド部６との交差稜線でシャンク８側の交差稜線には副切刃９が形成されており、副切刃９の逃げ面１０は副溝７に対して直角方向に設けられている。
次に、ランド部６に設けられた副溝７または副切刃９と副切刃９の逃げ面１０との関係について図面を参照して説明する。図５（ａ）ないし（ｃ）は本発明に係るエンドミル１のランド部６における模式図である。本発明に係るエンドミル１は、図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように主切刃５のランド部６には主溝３の形成方向に対して直角方向に主切刃５の逃げ面１１が形成されていて（同図中の矢印の方向）逃げ角βがあり、副切刃９の逃げ面１０は副溝７に対して直角方向に逃げ角γが形成されている。すなわち、主切刃５の逃げ面１１の方向と副切刃９の逃げ面１０の方向とが各々異なるように形成されている。これにより副切刃９を形成する稜線の両端部ではエンドミル１の外径が各々同一となり、被削材の上面は副切刃９により、下面は主切刃５により各々切削加工できるので、バリやカエリの大きさによらずに被削材の加工面は高い面粗度を得ることができて、垂直な切削面を得ることができる。
次に、本発明に係るエンドミルに設けられる主切刃５と副切刃９との枚数の関係について図面を参照して説明する。図６は本発明に係るエンドミルにおいて主切刃５が４枚（Ｄ１〜Ｄ４）、副切刃９が８枚（ｄ１〜ｄ８）の場合の展開図、図７は本発明外のエンドミルにおいて主切刃５が４枚（Ｄ１〜Ｄ４）、副切刃９が７枚（ｄ１〜ｄ７）の場合の展開図である。本発明に係るエンドミルが主切刃５は４枚、副切刃９は８枚の場合、すなわちエンドミルの副切刃９の枚数が主切刃５の枚数の２倍になる場合には、図６に示すように底刃側から全ての主切刃５の終端２０位置までの距離が全て同一になる。また、最も底刃側に位置する副切刃９の端部２１も底刃側からの距離が全て同一になる。その結果、最も底刃側に位置する副切刃９の端部２１と主切刃５の終端２０位置との重複範囲Ｇが、主切刃５および副切刃９の両方の切刃により切削加工される範囲であり、その重複範囲Ｇが最も狭くなる。これにより薄板の被削材であっても本発明に係るエンドミルを用いることで被削材の上面は副切刃による切削加工を行い、下面は主切刃による切削加工を各々別個に行うことができる。
これに対して、本発明外のエンドミルの副切刃９の枚数が主切刃５の枚数の２倍の関係にない場合、例えば主切刃５が４枚、副切刃９が７枚の場合には、図７に示すように底刃側から４枚の主切刃５の終端２０の位置までの距離が全て異なる。また、最も底刃側に位置する副切刃９の端部２１も底刃側からの距離が全て異なる。その結果、最も底刃側に位置する副切刃９の端部２１と主切刃５の終端２０位置との重複範囲Ｈが、図６に示す場合の重複範囲Ｇに比べて広くなり、薄板の被削材を切削加工すると被削材の上面および下面が主切刃と副切刃の両方の切刃による切削加工を行うので、薄板の被削材の場合にはバリが発生する。

本発明に係るエンドミルおよび比較工具として本発明外のエンドミルを用いて、被削材（ＣＦＲＰ）に対するバリやカエリの発生等を確認するために切削試験（以下、本試験とする）を行った。その結果について表１を用いて説明する。
本試験に用いた本発明に係るエンドミルは、図１に示すように底刃側からシャンク側へ向けて主溝がらせん状に形成されており、主溝に沿って形成される主切刃のランド部に主溝のねじれ方向とは逆向きの副溝が設けられている。また、副溝により形成される副切刃には副溝に対して直角方向の逃げ面が設けられているエンドミルとした。具体的な仕様としては工具径１２ｍｍ、全長１００ｍｍ、刃長２４ｍｍ、ねじれ角３０°、主溝数４本、副溝数８本とした。
本発明外の比較工具である従来のエンドミルは、工具径５ｍｍ、刃長３３ｍｍ、先端部および後端部の溝数各２本、全長７５ｍｍであって先端部と後端部で各々逆向きのねじれ角（ねじれ角５°）を有する４枚の切刃から構成されるエンドミルＡおよび工具径１０ｍｍ、刃長３０ｍｍ、ねじれ角３０°、全長８０ｍｍであって４枚の切刃を有するエンドミルＢの計２種類のエンドミルとした。
本試験は、ＣＦＲＰ材（厚さ８．３ｍｍ、長さ１００ｍｍ）をドライ雰囲気下（無潤滑下）で５回切削を行い、切削長さが５００ｍｍになるまで以下の加工条件１および２の計２条件で各々切削加工した後、被削材（上面および下面）の表面状態およびエンドミルの刃面状況を観察することで評価を行った。
（加工条件１）
・切削速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
・送り速度：２６５．３ｍｍ／ｍｉｎ
・回転数：２６５２．６ｍｉｎ^−１
・切込量：０．１×（工具径）ｍｍ
・工具回転方向：（工具先端視で）左回転
（加工条件２）
・切削速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
・送り速度：１３２．６ｍｍ／ｍｉｎ
・回転数：１３６２．３ｍｉｎ^−１
・切込量：０．１×（工具径）ｍｍ
・工具回転方向：（工具先端視で）左回転
表１は、本発明に係るエンドミルおよび本発明外の比較工具であるエンドミルＡおよびＢを用いた切削試験結果である。

表１に示すように、本発明に係るエンドミルは加工条件１および２の両条件共に被削材の上面および下面にはバリやカエリの発生は確認されなかった。本試験後のエンドミルの刃面においても被膜の剥離やチッピング（欠け）も確認されなかった。

これに対して、本発明外の比較工具であるエンドミルＡについては、加工条件１では被削材の上面および下面にはバリやカエリの発生は確認されなかった。しかし、加工条件２では被削材の下面にバリが確認された。また。本試験後の刃面においては加工条件１では右ねじれ刃に被膜の剥離が認められて、加工条件２では左ねじれ刃にチッピングが確認された。

エンドミルＢについては、加工条件１および２の両条件共に試験後の刃面には被膜の剥離やチッピングは確認されなかった。しかし、加工条件１および２の両条件共に被削材の上面にバリの発生が確認された。
以上の結果より、本発明に係るエンドミル、すなわち主溝が底刃側からシャンク側へ向けてらせん状に形成されて、主切刃のランド部には主溝のねじれ方向とは逆向きの副溝が設けられて、副溝により形成される副切刃の逃げ面が副溝に対して直角方向であるエンドミルは、本発明外のエンドミルと比較して、被削材がＣＦＲＰ材等の繊維強化プラスチックである場合には被削材の上面および下面においてバリやカエリの発生を防止すると共に、エンドミルの刃先の被膜剥離や欠けを防止できた。
なお、実施例において本発明に係るエンドミルは主溝４本、副溝８本であるエンドミルを用いたが、主溝３本、副溝６本のエンドミルや主溝５本、副溝１０本のエンドミルであっても同様の効果を奏することは言うまでもない。
また、本発明に係るエンドミルを底刃側からの先端視で右回転した状態で切削加工する場合には、主切刃を左ねじれの切刃、副切刃を右ねじれの切刃とするエンドミルとすることにより主切刃で被削材の下面を、副切刃で被削材の上面を各々別個に切削することができるので、同様の効果を奏することは言うまでもない。

１ エンドミル
２ 底刃
３ 主溝
５ 主切刃
６ ランド部
７ 副溝
８ シャンク
９ 副切刃
１０ 副切刃の逃げ面

Claims (3)

1. 主溝が底刃側からシャンク側へ向けてらせん状に形成されており、前記主溝に沿って形成される主切刃のランド部には前記主溝のねじれ方向とは逆向きの副溝が設けられており、前記副溝により形成される副切刃には前記副溝に対して直角方向の逃げ面が設けられていることを特徴とするエンドミル。
2. 前記副溝が前記底刃から離間した位置より前記シャンク側へ向けて設けら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。
3. 前記主溝の数が３本以上５本以下であり、かつ前記副溝の数が前記主溝の数の２倍であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンドミル。

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