JP2013202769A - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】回転軌跡が凸半球状をなす切刃の耐欠損性を損なうことのないボール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の先端部にギャッシュ４が形成され、このギャッシュ４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面４Ａの周縁部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏ上に中心Ｃを有する凸半球状をなす切刃５が形成されたボールエンドミルにあって、切刃５に直交する断面においてギャッシュ４の深さが最大となる切刃５上の位置と中心Ｃとを結ぶ直線と軸線Ｏとがなす挟角と、切刃５に直交する断面において切刃５のすくい角が正角側に最大となる切刃５上の位置と中心Ｃとを結ぶ直線と軸線Ｏとがなす挟角との差が、±７°以内とされている。
【選択図】図１

Description

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形成されたギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の周縁部に、軸線回りの回転軌跡がこの軸線上に中心を有する凸半球状をなす切刃が形成されたボールエンドミルに関するものである。

このようなボールエンドミルとして、例えば特許文献１には、工具端面視において、上記切刃（ボール刃）が外周切刃と工具軸心とを結ぶ線分に対して回転方向前方に最も突出した位置より外周切刃に近い部分においては、切刃の中心から放射方向の断面におけるすくい角を負とし、上記位置から工具軸心に近い部分においてはすくい角を０°〜＋１０°としたものが提案されている。

このようなボールエンドミルでは、上記切刃が上記線分に対して最も突出する部分は通常外周切刃の刃溝深さが最も深くなる部分に近くて切屑排除に都合がよいため、これよりも外周側ではすくい角を負とすることによって切刃強度を強化することができ、またこの最も突出する部分よりも先端側（工具軸心側）は、切刃強度を保持する必要から刃溝深さが浅くなるため、切刃のすくい角を負よりも大きい０°〜＋１０°とすることによって刃溝を確保し、切屑排除に便宜を与えて無駄な力や熱の発生による工具摩耗を軽減することができる、と特許文献１には記載されている。

特許第３９５７２３０号公報

ところで、このようなボールエンドミルの切刃は、エンドミル本体の先端部の後端外周側から先端内周側に向けてギャッシュ（凹溝）が形成され、このギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面をすくい面として、この壁面とエンドミル本体の先端逃げ面との交差稜線部、すなわちすくい面とされる上記壁面の周縁部に回転軌跡が上記中心を中心とした凸半球状をなすように形成される。

そして、このギャッシュは、切刃から上記中心に向けた該ギャッシュの深さが、一般的には切刃が先端内周側から後端外周側に向かうに従い一旦深くなった後に浅くなり、外周切刃の切屑排出溝に連なるようにされる。従って、このギャッシュの深さが最大となる位置では、ギャッシュの溝底から切刃までの距離が大きいため、切削抵抗によってすくい面とされる上記壁面から先端逃げ面にかけてのエンドミル本体に作用するモーメントも大きくなる。

しかしながら、特許文献１に記載のボールエンドミルにおいて、このギャッシュの深さが最大となる位置が、端面視において切刃がエンドミル回転方向に最も突出した位置よりも後端外周側にあって、このギャッシュの深さが最大となる位置で切刃のすくい角が負角であると、切刃の切れ味の低下によって切削抵抗が増大するため、エンドミル本体に作用する上記モーメントもより大きなものとなってしまい、上記壁面から先端逃げ面にかけての部分に欠損が生じるおそれがある。

また、上述のように切刃がエンドミル回転方向に最も突出した位置より外周切刃に近い部分においてすくい角を負角とすると、この部分を切削に使用するときに、やはり切削抵抗が増大するために、エンドミル本体が倒れを生じて加工精度不良を招いたり、加工面にむしれを生じたりして、加工品位が劣化するおそれもある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、回転軌跡が凸半球状をなす切刃の耐欠損性を損なうことのないボールエンドミルを提供することを第１の目的とし、またエンドミル本体後端外周側における切れ味を確保することが可能なボールエンドミルを提供することを第２の目的としている。

上記課題を解決して、上記第１の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ギャッシュが形成され、このギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の周縁部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する凸半球状をなす切刃が形成されたボールエンドミルにあって、上記切刃に直交する断面において上記ギャッシュの深さが最大となる該切刃上の位置と上記中心とを結ぶ直線と上記軸線とがなす挟角と、上記断面において上記切刃のすくい角が正角側に最大となる該切刃上の位置と上記中心とを結ぶ直線と上記軸線とがなす挟角との差が、±７°以内とされていることを特徴とする。

このように構成されたボールエンドミルでは、ギャッシュの深さが最大となる切刃上の位置に対して上記挟角の差が±７°以内となる極周辺の範囲で、この切刃に直交する断面におけるすくい角が正角側に最大とされるので、この位置での切刃の切れ味を最も鋭くして切削時に切刃に作用する切削抵抗を低減し、従ってエンドミル本体のすくい面とされるギャッシュの壁面から先端逃げ面にかけての部分に作用するモーメントも小さくすることができる。このため、このギャッシュの深さが最も深い部分が切削に使用されるときでも、エンドミル本体に欠損が生じるのを防ぐことができ、工具寿命の延長を図ることができる。

勿論、ギャッシュの深さが最大となる上記切刃上の位置において、上記切刃のすくい角が正角側に最大とされていれば、より確実に切削抵抗やモーメントを低減して、このギャッシュ深さが最大となる位置でのエンドミル本体の欠損を防ぐことができる。また、この位置からエンドミル本体の先端内周側と後端外周側に向けては、切刃のすくい角は負角側に大きくなってゆくが、上記第２の目的を達成するために、この切刃のすくい角を、該切刃の先端側と外周側とで０°とすれば、切刃全体としてはすくい角を０°以上で負角とならないようにして切れ味を確保することができ、切刃の後端外周側を使用するときでもエンドミル本体の倒れや加工面のむしれを防いで高精度かつ高品位の切削加工を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ギャッシュの深さが最大となる位置の周辺で切刃のすくい角を正角側に最大とすることにより、切削時の切れ味を鋭くして切削抵抗およびモーメントを低減し、切刃の欠損を防止することができる。また、切刃のすくい角をエンドミル本体先端部の切刃の先端内周側と後端外周側とで０°とすれば、この切刃の後端外周側を使用するときでも切れ味を鋭くしてエンドミル本体の倒れや加工面のむしれを防止し、高精度で高品位の切削加工を行うことができる。

本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の側面図である。 図１におけるＺＺ断面図である。 図１に示す実施形態の切刃（ボール刃）のすくい角とギャッシュの深さの関係を示す図である。

図１ないし図３は、本発明の一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、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱軸状に形成され、図示されない後端側（図１において右側部分）が円柱状のシャンク部とされるとともに、図１に示す先端部は切刃部とされ、上記シャンク部が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに図２に示すエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ、該軸線Ｏに交差する方向に送り出されて切刃部により切削を行う。

切刃部の後端部外周には周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では２つ）の切屑排出溝２が先端側に向けて形成されていて、この切屑排出溝２のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面２Ａの外周縁部には、この壁面２Ａをすくい面とする外周刃３が形成されている。ここで、切屑排出溝２および外周刃３は、エンドミル本体１の後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に向かうように延びる螺旋状とされ、複数の外周刃３同士が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、該軸線Ｏを中心とした１つの円筒面となるようにされている。

また、切屑排出溝２の切刃部先端側には、この切屑排出溝２のエンドミル回転方向Ｔを向く上記壁面２Ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面をさらに切り欠くようにして、それぞれ凹溝状のギャッシュ４が形成されている。このギャッシュ４は、切屑排出溝２の先端部からエンドミル本体１の先端側に向かうに従い内周側に向かうように凸曲して延びていて、同じくエンドミル本体１の先端側に向かうに従い内周側に向かうように凸曲して延びる切刃部の先端逃げ面１Ａとギャッシュ４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面４Ａとの交差稜線部、すなわちこの壁面４Ａの周縁部に、該壁面４Ａをすくい面として外周刃３の先端に連なる略１／４円弧状の切刃（ボール刃）５が形成されている。

各ギャッシュ４の上記壁面４Ａの周縁部に形成される切刃５同士は、軸線Ｏ回りの回転軌跡において該軸線Ｏ上に中心Ｃを有し、外周刃３の回転軌跡がなす上記円筒面と等しい半径の１つの凸半球面となるようにされている。従って、切刃５の内周端は、本実施形態では切刃部先端の軸線Ｏ上に位置させられる。ただし、複数の切刃５のうち一部の切刃５は内周端が軸線Ｏに達しない短刃とされていてもよい。

また、本実施形態における各ギャッシュ４は、図２に示すようにエンドミル回転方向Ｔを向く上記壁面４Ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面４Ｂとが交差稜線Ｌにおいて角度をもって交差するようにされており、切刃５上の各位置において該切刃５に直交する断面における切刃５からこの交差稜線Ｌまでの壁面４Ａの幅が、この位置でのギャッシュ４の深さＤとされる。

なお、ギャッシュ４が上述のようにエンドミル回転方向Ｔを向く壁面４Ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面４Ｂと、さらにこれらの壁面４Ａ、４Ｂに角度をもって交差する底面を備えている場合には、ギャッシュ４の深さＤは、切刃５からこの底面までの壁面４Ａの幅とすればよい。また、このような底面が上記断面において壁面４Ａ、４Ｂに接する凹曲面状とされている場合には、ギャッシュ４の深さＤは壁面４Ａと底面との接線までの壁面４Ａの幅とすればよい。

ここで、図１に示すように切刃５上の各位置と上記中心Ｃとを結ぶ直線Ｍと軸線Ｏとがなす挟角をθとしたとき、本実施形態では、ギャッシュ４の深さＤは、図３に示すように挟角θが大きくなるに従い、すなわちエンドミル本体１の先端内周側における上記軸線Ｏ上の位置から切刃５に沿って後端外周側の外周刃３の先端に向かうに従い、漸次深くなった後に浅くなるようにされている。なお、図３に示すギャッシュ４の深さＤは、切刃５の外径（切刃５の回転軌跡がなす凸半球の直径）が６ｍｍの場合のものであり、また一般的にギャッシュ４の深さＤが最大となる位置の挟角θは４５°〜６５°の範囲とされる。

そして、切刃５に直交する断面における該切刃５のすくい角αは、このギャッシュ４の深さＤが最大となる切刃５上の位置に対して、上記挟角θの差が±７°以内となる範囲で、正角側に最大となるようにされている。特に、本実施形態では、この挟角θの差が０°すなわちギャッシュ４の深さＤが最大となる位置で、切刃５のすくい角αも正角側に最大となるようにされている。

ここで、本実施形態では、上記挟角θが０°である切刃５の上記軸線Ｏ上の先端内周側と、挟角θが９０°となる外周刃３に連なる後端外周側で、すくい角αはともに０°となるようにされている。従って、切刃５のすくい角αは、ギャッシュ４の深さＤの変化に合わせて、エンドミル本体１の先端内周側における上記軸線Ｏ上の位置から切刃５に沿って後端外周側の外周刃３の先端に向かうに従い漸次正角側に大きくなった後に小さくなり、またこのすくい角αが０°となる先端内周側と後端外周側を除いて正角であって、切刃５の全長に亙って負角となることはない。

このような構成のボールエンドミルでは、上述のようにギャッシュ４の深さＤが最大となる切刃５上の位置に対して上記挟角θの差が±７°以内となる極周辺の範囲で、切刃５のすくい角αも最大となるようにされていて、このギャッシュ４の深さＤが最大となる切刃５上の位置での切れ味を最も鋭くすることができる。従って、切削時にこの位置において切刃５に作用する切削抵抗を低減することができ、切刃５のすくい面とされるギャッシュ４の上記壁面４Ａから先端逃げ面１Ａにかけてのエンドミル本体１に作用するモーメントも軽減することができる。

このため、このギャッシュ４の深さＤが最大となる切刃５上の位置が切削に使用されるときに、このようなモーメントによって上記壁面４Ａから先端逃げ面１Ａにかけてエンドミル本体１が損傷することにより切刃５に欠損が生じるのを防ぐことができ、長寿命のボールエンドミルを提供することができる。その一方で、切刃５の他の部分では、すくい角αは最大となる位置よりも小さいものの、ギャッシュ４の深さＤも浅くなるので、切刃強度が高く、やはり欠損が生じるのを防ぐことができる。

特に、本実施形態では、ギャッシュ４の深さＤが最大となる位置と切刃５のすくい角αが最大となる位置とが一致させられているので、一層確実に切刃５の欠損を防止することができる。なお、上記挟角θの差が±７°を超える範囲であると、すくい角αが最大となる切刃５上の位置とギャッシュ４の深さＤが最大となる切刃５上の位置とが離れすぎてしまい、上記モーメントに対する強度や剛性の乏しいギャッシュ４の深さＤが最大となる位置で切刃５の切れ味を鋭くすることができなくなるおそれがある。

また、本実施形態では、切刃５の先端内周側と後端外周側とですくい角αが０°とされていて、これら先端内周側と後端外周側との間ですくい角αが正角側に最大となるようにされており、すなわち上述のようにすくい角αが負角となることがないので、すくい角αが最大となる位置から後端外周側の部分の切刃５を切削に使用する場合でも、切れ味が極端に鈍くなることはない。このため、この部分を切削に使用する際に切削抵抗が高くなりすぎることによりエンドミル本体１が撓んで倒れを生じたり、あるいは加工面にむしれが生じて加工面粗度が劣化したりするのを防ぐことができ、高精度で高品位の切削加工を図ることができる。

ただし、本実施形態では、このように切刃５の先端内周側と後端外周側の双方ですくい角αが０°とされているが、例えば切刃５の先端内周側の上記軸線Ｏ上の位置では、エンドミル本体１の回転による切削速度が０になって切刃５に高い切削負荷が作用するため、すくい角αは負角とされていてもよい。また、切刃５のすくい角αおよびギャッシュ４の深さＤは、先端内周側から後端外周側に向けて漸次大きくなった後に小さくならずともよく、例えば途中に一定の大きさの部分があってもよい。

以下、本発明の実施例を挙げて本発明の効果について説明する。本実施例では、上記実施形態に基づいて、ギャッシュ４の深さＤが最大となる位置の上記挟角θとすくい角αが最大となる位置での上記挟角θとの差が±７°以内となる３種のボールエンドミルを製造した。これらを実施例１〜３としてそれぞれの挟角θを表１に示す。また、比較のために、上記挟角θの差が＋７°を上回るものと、−７°を下回るものも製造した。これらを比較例１、２として同じくそれぞれの挟角θを表１に示す。

なお、実施例２は図３にすくい角αとギャッシュ４の深さＤとの関係を示した上記実施形態のボールエンドミルであり、他の実施例１、３および比較例１、２は、この図３に示したすくい角αの変化を表す曲線とギャッシュ４の深さＤの変化を表す曲線を、それぞれ概ねそのまま、最大となる挟角θが表１に示した角度の位置となるようにしたものである。また、切刃５の外径は、いずれも上記実施形態と同じく６ｍｍである。

そして、これらのボールエンドミルによって切削試験を行い、工具寿命を判定した。なお、このときの切削条件は、被削材がＳＫＤ６１（硬度５０ＨＲＣ）、エンドミル本体の回転速度は７０００ｍｉｎ^−１、送り速度２５００ｍｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り０．１８ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切刃に直交する方向（法線方向）の切り込み１．０ｍｍで、エンドミル本体の軸線Ｏを鉛直にして、４５°で傾斜した加工面にピックフィード２．５ｍｍ、ピックフィード方向を傾斜面上側方向として切削を行い、逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍとなったときを工具寿命として、それまでの切削長を測定した。

この結果、上記挟角θの差が＋７°を上回る１４°である比較例１のボールエンドミルでは、逃げ面摩耗が０．１ｍｍに達する前の切削長３００ｍで、また上記挟角θの差が−７°を下回る−１３°である比較例２のボールエンドミルでは、やはり逃げ面摩耗が０．１ｍｍに達する前の切削長２００ｍで、切刃に欠損が生じて寿命となってしまった。これに対して、実施例１〜３のボールエンドミルでは逃げ面摩耗が０．１ｍｍに達するまで切刃５に欠損が生じることはなく、実施例１は切削長６５０ｍで、実施例２は切削長７００ｍで、実施例３は切削長６７０ｍで、それぞれ逃げ面摩耗が０．１ｍｍとなって寿命を迎えた。

１ エンドミル本体
２ 切屑排出溝
３ 外周刃
４ ギャッシュ
４Ａ ギャッシュ４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面
４Ｂ ギャッシュ４のエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面
５ 切刃（ボール刃）
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｃ 軸線Ｏ回りの回転軌跡において切刃５がなす凸半球の中心
Ｌ ギャッシュ４の壁面４Ａ、４Ｂの交差稜線
Ｍ 切刃５上の各位置と中心Ｃとを結ぶ直線
Ｄ ギャッシュ４の深さ
α 切刃５のすくい角
θ 直線Ｍと軸線Ｏとがなす挟角

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部にギャッシュが形成され、このギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の周縁部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する凸半球状をなす切刃が形成されたボールエンドミルにあって、上記切刃に直交する断面において上記ギャッシュの深さが最大となる該切刃上の位置と上記中心とを結ぶ直線と上記軸線とがなす挟角と、上記断面において上記切刃のすくい角が正角側に最大となる該切刃上の位置と上記中心とを結ぶ直線と上記軸線とがなす挟角との差が、±７°以内とされていることを特徴とするボールエンドミル。
2. 上記ギャッシュの深さが最大となる上記切刃上の位置において、上記切刃のすくい角が正角側に最大と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. 上記切刃のすくい角は、該切刃の先端側と外周側とで０°とされてい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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