JP2014073577A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の板材、ハニカム材、及びそれらを組み合わせたものなどの難削材やアルミ・銅などの非鉄金属のエンドミルによる切削加工を行う際に、ばりやむしれの発生を抑えて加工すること。
【解決手段】外周刃と底刃を有するエンドミルであって、外周刃について、すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角を４０度を超え、５５度までの範囲とし、また、底刃については、底刃すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角を４５度から５５度の範囲とし、更に、底刃二番角を６度から１０度の範囲とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、素材の切削加工を行うエンドミルに関し、特に難削材や非鉄金属の切削に好適な、外周刃と底刃を有するエンドミルおよびその製造方法に関する。

近年、航空機、自動車などに使用される、様々な素材が実用化されている。その中でも、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の板材、ハニカム材、及びそれらを組み合わせたもの、その他、繊維質を含むものが、軽量で強度の高い素材として注目されている。しかしながら、これらの素材は、繊維質などの影響で、切削加工が極めて難しく、ばりやむしれを生じやすくなっている。

また、アルミ・銅などの非鉄金属の切削においても、仕上げ面が美麗で、しかも効率よく加工できる方法が望まれている。

そのために、従来から、特許文献１に示すように、外周刃について、逃げ面の形状を工夫することによって、切れ刃強度を高める方法がある。

ところが、従来の方法では、難削材の場合に被削材への食い付きが悪いため、切削に伴うばり、むしれ、けば立ちの発生を抑えることができず、仕上げ工程でそれらの除去作業に多大な人手を要するという問題点があった。

また、それらの問題点を解消するためには、外周刃のすくい面の断面形状が円弧状で、かつ、すくい角を大きくすることが望ましいことは知られているが、そのようなエンドミルの製造方法がないという問題点があった。例えば、特許文献２には、エンドミルの軸線方向と、ほぼねじれの位置の関係にある回転軸を有する、比較的大きな径の研削用砥石を用いてすくい面を加工する方法が示されているが、これによれば、砥石と外周刃部分の干渉によって、外周刃のすくい面の断面形状を円弧状にすることが困難で、かつ、すくい角を大きく取ることは困難であるという問題点があった。

特開平７− ４０１２８号公報 特開平２−２１２０５５号公報

解決しようとする問題点は、難削材のエンドミルによる切削加工を行う際に、ばりやむしれの発生を抑えることが難しい点である。

本発明は、上記課題を解決するための外周刃と底刃を有するエンドミルであって、外周刃について、すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角を４０度を超え、５５度までの範囲としたものである。これにより、外周刃は極めて鋭利な刃先を有することとなる。

本発明の底刃については、底刃すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角を４５度から５５度の範囲とし、更に、底刃二番角を６度から１０度の範囲としたものである。
これにより、底刃は極めて鋭利な刃先を有することとなる。

なお、本発明の外周刃または底刃の構成は、単独でも効果を発揮し、他の構成の底刃、外周刃と組み合わせてエンドミルを構成することも可能である。

また、本発明の底刃について、刃数が４刃の場合に、対角位置の２刃について他の２刃よりも軸先端方向に突出させている。これにより、外周部に発生する段差を解消することができ、外周刃による加工時に被削材に傷をつけることがない。

本発明のエンドミルでは、外周刃及び底刃のすくい面断面が円弧状で、かつ、すくい角を大きくすることによって、鋭利な切れ刃とすることができ、難削材の切削加工時に、ばりやむしれの発生を最小限に抑え、それにより、切れ味が向上し、効率的に部品製作ができるという利点がある。また、アルミ・銅など非鉄金属の被削材を切削する場合は、切削抵抗を小さくすることができ、切れ味が向上、被削材の熱変形を少なくして、美麗な仕上げ面と高い切削効率を得ることができる。更に、切り屑が連続せず、短く不連続になることから、切削加工が容易に実行できるという利点もある。

本発明の第１の実施形態のエンドミルの斜視図である。 本発明の第１の実施形態のエンドミルの正面図である。 本発明の第１の実施形態のエンドミルの平面図である。 本発明の第１の実施形態のエンドミルのＡ−Ａ断面の説明図である。 本発明の第１の実施形態のエンドミルの底刃の部分拡大説明図である。 本発明の第２の実施形態のエンドミルの斜視図である。 本発明の第２の実施形態のエンドミルの正面図である。 本発明の第２の実施形態のエンドミルの平面図である。 本発明の第２の実施形態のエンドミルのＡ−Ａ断面の説明図である。 本発明の第２の実施形態のエンドミルの底刃の部分拡大説明図である。 本発明のエンドミルの製造方法の一例の説明のための斜視図である。 本発明のエンドミルの製造方法の一例の説明のための断面図である。 本発明のエンドミルの製造方法の別の例の説明のための斜視図である。 本発明のエンドミルの製造方法の別の例の説明のための断面図である。 本発明のエンドミルの製造方法の別の例の説明のための斜視図である。 本発明のエンドミルの製造方法の更に別の例の説明のための断面図である。

本発明の第１の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態のエンドミル１の斜視図、図２は同じくエンドミル１の正面図、図３は同じくエンドミル１の平面図であり、外周刃１１、底刃１５、シャンク１９を有している。

エンドミル１の材質は、難削材の加工に適した炭化タングステン（ＷＣ）を含む超硬合金であり、外周刃１１は、エンドミル１の回転軸を中心とする外周部分に、シャンクから先端方向を見て右側に４本形成される。また、それぞれの刃が、エンドミル１の回転軸に対し、シャンクからエンドミル先端方向を見て右方向にねじれ角を有している。ねじれ角の大きさは、３７度程度とする。

底刃１５は、エンドミル１の先端に４ヶ所形成される。更に、対角位置の２刃について他の２刃よりもエンドミル先端方向に突出させている。突出量は、概ね０．１ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されない。

シャンク１９は、円柱形で、エンドミル１をフライス盤などの装置に固着するための部分である。形状は円柱形に限らず、装置と確実に固着するように、円錐（テーパー）状や種々の切り欠き、突起が設けられていてもよい。

図４は、エンドミル１のＡ−Ａ断面を示しており、ここで、外周刃１１の、エンドミル１の回転軸に垂直な断面形状は、ほぼ円弧状に形成されたすくい面１２を有し、そのすくい角１３、すなわち、外周刃１１の切刃先端とエンドミル１の回転中心を結ぶ直線と、外周刃１１の切刃先端でのすくい面１２の接線とのなす角を、４０度を超え、５５度までの範囲とし、特に、難削材の場合には、好ましくは５０度から５５度、アルミ・銅などの非鉄金属の被削材の場合には、好ましくは４０度を超え、４５度までの範囲とした。ここで、厳密には外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直な断面において、すくい面１２は、真に円弧状に形成されている。

図５は、エンドミルの底刃１５の部分の拡大説明図であり、底刃すくい面１６の断面を円弧状に形成し、かつ、底刃すくい角１７を４５度から５５度の範囲とし、更に、底刃二番角１８を６度から１０度の範囲とした。

この構成によるエンドミル１の動作について説明する。エンドミル１は図示しないフライス盤などの装置によって駆動され、シャンクから先端方向を見て右方向に回転する。この状態で、被削材をエンドミル１の軸線方向と直交する方向に送ることにより、被削材をその端面から平面方向に切削加工する場合を想定する。すなわち、エンドミル１の回転により、外周刃１１が被削材の側面を、底刃１５が被削材の表面を、同時に切削加工していくものとする。

この場合に、底刃については、大きな底刃すくい角１７と底刃二番角１８により、鋭利な切刃が形成されるため、難削材に対してもスムーズな表面切削がなされ、かつ、外周刃１１についても、すくい面１２の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角１３を、難削材の場合には５０度から５５度の範囲としたことから、外周刃は極めて鋭利な刃先を有し、難削材の側面について、ばりやむしれの発生を最小限に抑えて切削加工することができ、また、切り屑が滑らかに排出できる。

また、アルミ・銅などの非鉄金属の被削材の場合は、すくい面１２の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角１３を、４０度を超え、４５度までの範囲としたことから、外周刃は鋭利な刃先を有し、切削抵抗を小さくすることができ、被削材の熱変形を少なくして、美麗な仕上げ面と高い切削効率を得ることができる。更に、切り屑が連続せず、短く不連続になることから、切削加工が容易に実行できる。なお、すくい角１３を、４０度を超え、４５度までの範囲としたことで、非鉄金属に関して、刃先を鋭利にすることと、刃先の寿命を長くすることの適正なバランスが得られる。

また、底刃１５の４ヶ所の刃のうち、対角位置の２刃について他の２刃よりも軸先端方向に０．１ｍｍ程度、突出させている。これにより、エンドミル１の外周部に発生する段差を解消することができ、外周刃１１による加工時に被削材に傷をつけることがない。

なお、表面仕上げの精度を求められない粗削りの場合は、この対角位置の２刃の突出は、行わなくてもよい。その場合、４刃を用いて切削加工できるため、加工速度が早い利点がある。

次に、本発明の第２の実施形態を図面を用いて説明する。図６は本発明の第２の実施形態のエンドミル２の斜視図、図７は同じくエンドミル２の正面図、図８は同じくエンドミル２の平面図であり、外周刃２１、底刃２５、シャンク２９を有している。ここで第１の実施形態と異なるのは、外周刃２１、底刃２５の数であり、第１の実施形態では、それぞれ４刃ずつであったが、第２の実施形態ではそれぞれ２刃ずつである。２刃の方が、切り屑の排出がよりよいが、エンドミルの剛性が低下するなど、どちらも得失があり、用途によって好適な刃数を選択すればよい。

エンドミル２の材質は、第１の実施形態と同様であり、外周刃２１は、エンドミル２の回転軸を中心とする外周部分に、シャンクから先端方向を見て右側に２本形成される。また、それぞれの刃が、エンドミル２の回転軸に対し、シャンクからエンドミル先端方向を見て右方向にねじれ角を有している。ねじれ角の大きさは、３７度程度とする。

底刃２５は、エンドミル２の先端に２ヶ所形成される。４刃の場合のように、どちらかの刃を突出させることはおこなわない。

シャンク２９は、円柱形で、エンドミル２をフライス盤などの装置に固着するための部分である。形状は第１の実施形態と同様に、円柱形に限らない。

図９は、エンドミル１のＡ−Ａ断面を示しており、ここで、外周刃２１の、エンドミル２の回転軸に垂直な断面形状は、ほぼ円弧状に形成されたすくい面２２を有し、そのすくい角２３、すなわち、外周刃２１の切刃先端とエンドミル２の回転中心を結ぶ直線と、外周刃２１の切刃先端でのすくい面２２の接線とのなす角を、４０度を超え、５５度までの範囲とし、特に、難削材の場合には、好ましくは５０度から５５度、アルミ・銅などの非鉄金属の被削材の場合には、好ましくは４０度を超え、４５度までの範囲とした。ここで、厳密には外周刃２１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直な断面において、すくい面１２は、真に円弧状に形成されている。

図１０は、エンドミルの底刃２５の部分の拡大説明図であり、底刃すくい面２６の断面を円弧状に形成し、かつ、底刃すくい角２７を４５度から５５度の範囲とし、更に、底刃二番角２８を６度から１０度の範囲とした。

この構成によるエンドミル２の動作については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

ここで、エンドミルの材質について、第１の実施形態でも、第２の実施形態でも、炭化タングステンを含む超硬合金としたが、これに限らず、他の組成のものでもよく、ハイスも含めたこれらの材質の表面にＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）などを物理的蒸着法などによりコーティングして強化したものでもよい。あるいは、ろう付けやスローアウェイのような、部分的に超硬合金を用いたものであってもよい。

また、被削材として、繊維質を含む難削材、アルミ・銅などの非鉄金属を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、どのような素材や製法の被削材でもよく、その場合に、被削材に対応して、外周刃すくい角、底刃すくい角、底刃二番角を、各々、前述した範囲内で適切に選択すれば、良好な切削結果が得られる。

同様に、エンドミルのねじれ角について、第１の実施形態でも、第２の実施形態でも、右方向に３７度程度としたが、この方向、数字には限定されない。ねじれ角については、更に大きなねじれ角でもよく、その場合は送り速度を上げられるなどの利点がある。一方、更に小さなねじれ角でもよく、その場合は、びびり振動の発生が抑えられるなどの利点がある。

また、エンドミルの刃数についても、４刃、２刃以外にも、１刃、３刃、５刃以上でもよく、それぞれ、用途に応じて適宜使用することができる。

更に、本発明のエンドミルの外周刃に、ニック（切り欠き）やＶ溝を追加してもよい。それにより、切削加工性（被削材への食い付き）や切り屑排出性が改良されることもある。

次に、本発明のエンドミルの製造方法の一例を図を用いて説明する。図１１及び図１２はエンドミルの製造方法を示す説明図である。ここでは、本発明の第１の実施形態である４刃のエンドミル１の外周刃１１について、外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直な断面において、すくい面１２を真に円弧状に形成したエンドミル１の製造方法に関し、エンドミル１の外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と平行の方向の回転軸３１を有し、軸の先端部にすくい面断面の円弧形状と同一の外径を有する円柱形の研削用砥石３０を用いて、すくい面を加工する製造方法である。

研削用砥石３０は、ダイヤモンドの砥粒を電着によって軸先端部に固着させた、ダイヤモンド電着砥石が研削性能の点で好ましいが、それに限定されず、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）電着砥石や、それ以外の砥石を用いることもできる。

ここで、図１１に示すように、回転軸３１は、砥石主軸のコレット３２及びホルダー３３に保持されており、研削用砥石３０は、その回転軸３１の先端部分に一体として形成されている。一方、エンドミル１は、ヘリカル装置のチャック３４及びホルダー３５に保持されている。

また、図１２に模式的に示すように、円柱形の研削用砥石３０の外周は、すくい面１２に内接するようになっている。

また、ここで、研削用砥石３０は、円柱形と表現したが、全体が円柱形でなくとも、先端の外周刃１１の研削に関わる部分だけが円柱形であればよく、それ以外の部分の形状が異なっていてもよい。更に、円柱形という形状については、真の円柱形以外にも、実質的に円柱と見なせるものも含むものとする。

この状態で、砥石主軸により、コレット３２、ホルダー３３を介して、回転軸３１と研削用砥石３０を回転させる。一方、ヘリカル装置により、エンドミル１を、適切に回転しつつ、研削用砥石３０の方向、すなわち図１１の図中で左方向へ進行させることによって、研削用砥石３０の外周部分が、外周刃１１のねじれに沿って、どの断面においても円弧状のすくい面１２を形成することができる。

このエンドミル製造方法は、エンドミル加工の最初から用いることもできるが、従来の方法で概略の形状を形成したあと、仕上げ段階で用いることもできる。また、エンドミルを最初に製造する場合のほか、再研磨をする場合にも用いられる。

なお、底刃１５については、従来の加工方法によって加工することができるので、その説明は省略する。また、この製造方法は、第２の実施形態の２刃のエンドミル２、あるいはその他の刃数のエンドミルにも適用できることはもちろんである。

次に、本発明のエンドミルの製造方法の別の例を図を用いて説明する。図１３、図１４及び図１５はエンドミルの製造方法を示す説明図である。ここでは、本発明の第１の実施形態である４刃のエンドミル１の外周刃１１について、外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直な断面において、すくい面１２を真に円弧状に形成したエンドミル１の製造方法に関し、エンドミル１の外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直の方向の回転軸４１を有し、軸の先端部にすくい面断面の円弧形状と同一の外径を有する球状の研削用砥石４０を用いて、すくい面を加工する製造方法である。

研削用砥石４０は、ダイヤモンドの砥粒を電着によって軸先端部に固着させた、ダイヤモンド電着砥石が研削性能の点で好ましいが、それに限定されず、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）電着砥石や、それ以外の砥石を用いることもできる。

ここで、図１３に示すように、回転軸４１は、砥石主軸のコレット４２及びホルダー４３に保持されており、研削用砥石４０は、その回転軸４１の先端部分に一体として形成されている。一方、エンドミル１は、ヘリカル装置のチャック３４及びホルダー３５に保持されている。

また、図１４及び図１５に模式的に示すように、外周刃１１のねじれ角によるらせん形状の接線方向と垂直の断面上であれば、研削用砥石４０の回転軸４１の方向は、図１４のようなエンドミル１の外周円の、接線方向であっても、エンドミル１の外周円の、概ね中心へ向かう方向であっても、どのような方向であってもよい。いずれの場合においても、球状の研削用砥石４０の外周は、すくい面１２に内接するようになっている。

この状態で、砥石主軸により、コレット４２、ホルダー４３を介して、回転軸４１と研削用砥石４０を回転させる。一方、ヘリカル装置により、エンドミル１を、適切に回転しつつ、研削用砥石４０の方向、すなわち図１３の図中で左方向へ進行させることによって、研削用砥石４０の外周部分が、外周刃１１のねじれに沿って、どの断面においても円弧状のすくい面１２を形成することができる。

ここで、図１５の場合、この断面図においては、研削用砥石４０の挿入に際し、外周刃１１と干渉するように見えるが、研削用砥石４０の挿入はエンドミル１をヘリカル装置にて回転させながら、エンドミル１の底刃１５の前方から入れるため、干渉せずに挿入できる。

また、ここで、研削用砥石４０は、球状と表現したが、全体が球状でなくとも、先端の外周刃１１の研削に関わる部分だけが球状であればよく、それ以外の部分の形状が異なっていてもよい。更に、球状という形状については、真の球状以外にも、実質的に球と見なせるものも含むものとする。

このエンドミル製造方法は、エンドミル加工の最初から用いることもできるが、従来の方法で概略の形状を形成したあと、仕上げ段階で用いることもできる。また、エンドミルを最初に製造する場合のほか、再研磨をする場合にも用いられる。

なお、底刃１５については、従来の加工方法によって加工することができるので、その説明は省略する。また、この製造方法は、第２の実施形態の２刃のエンドミル２、あるいはその他の刃数のエンドミルにも適用できることはもちろんである。

なお、本発明のエンドミルについては、これらの製造方法が、簡便で正確に加工ができることから好ましいが、この製造方法に限定したものではなく、周知の製造方法を単独で、または組み合わせて使用することで製造することも可能であり、それらも本発明のエンドミルには含まれるものとする。

次に、本発明のエンドミルの製造方法の更に別の例を図を用いて説明する。図１６はエンドミルの製造方法を示す説明図である。図１３と同様の、球状研削砥石を用いる方法によって製造するが、ここでは図１６に示すように、球状の研削砥石５０の根元側に、テーパー部５１を設けるものである。このテーパー部５１によって、外周刃５２を研削することによって、外周刃すくい角５３は若干減少するが、より長寿命のエンドミルを製造することができる。

なお、本発明のエンドミルの製造方法の例としては、外周刃のねじれ角によるらせん形状の接線方向と平行、または垂直の方向の回転軸を有する研削用砥石による方法としたが、接線方向と平行または垂直でなくとも任意の角度であってもよい。また、その場合の研削用砥石の形状も全部または一部が円柱形、全部が球状または球状の一部だけでなく、円錐形や円錐台形、紡錘形など、すくい面断面の円弧形状と同一の外径を一部にでも有する形状であってもよい。

１、 ２ エンドミル
１１、２１ 外周刃
１２、２２ すくい面
１３、２３ すくい角
１５、２５ 底刃
１６、２６ 底刃すくい面
１７、２７ 底刃すくい角
１８、２８ 底刃二番角
１９、２９ チャック
３０ 研削用砥石
３１ 研削用砥石回転軸
４０ 研削用砥石
４１ 研削用砥石回転軸

Claims (4)

1. 外周刃を有するエンドミルであって、前記外周刃について、すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、すくい角を４０度を超え、５５度までの範囲としたことを特徴とするエンドミル。
2. 請求項１に記載のエンドミルであって、更に、底刃を有し、前記底刃について、底刃すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、底刃すくい角を４５度から５５度の範囲とし、更に、底刃二番角を６度から１０度の範囲としたことを特徴とするエンドミル。
3. 請求項１又は請求項２に記載のエンドミルであって、刃数が４の底刃を有し、前記底刃について対角位置の２刃が他の２刃よりも前記エンドミルの軸先端方向に突出していることを特徴とするエンドミル。
4. 底刃を有するエンドミルであって、前記底刃について、底刃すくい面の断面を円弧状に形成し、かつ、底刃すくい角を４５度から５５度のの範囲とし、更に、底刃二番角を６度から１０度の範囲としたことを特徴とするエンドミル。
   
   

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