JP2015182192A - ラフィングエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】送り量を大きくした場合でもビビリ振動の発生を抑制して高精度で円滑な切削を行うことが可能なラフィングエンドミルを提供する。
【解決手段】軸線回りに回転させられるエンドミル本体１の先端部外周に、エンドミル本体１の先端から後端側に延びる外周刃６が形成されており、この外周刃６はエンドミル回転方向Ｔから見てエンドミル本体１の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、このうち外周刃６がエンドミル本体１の内周側に凹となる凹部には、外周刃６のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる外周逃げ面５に、逃げ角が０°のマージン部９または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が外周刃６に交差するように形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、エンドミル回転方向から見てエンドミル本体の半径方向に凹凸する波状の外周刃が形成されたラフィングエンドミルに関するものである。

このようなラフィングエンドミルとして、例えば特許文献１には、シャンクの一端に回転方向にねじれを有する複数の刃溝が設けられ、複数の刃溝間に、回転軸を中心とする回転軌跡が凸円弧部と凹円弧部を有する波状であるラフィング刃を持ったものが記載されている。このようなラフィングエンドミルでは、エンドミル本体の周方向に隣接する複数の波状のラフィング刃において互いの波形の位相をずらすことにより、切屑を分断して生成して切削抵抗の低減を図ることができる。

特開２００８−１３７１２１号公報

ところで、このようなラフィングエンドミルは、通常は、外周刃がなす凹凸の波の振幅（凸部の頂点と凹部の谷底との間隔）よりも小さな１刃当たりの送り量でエンドミル本体が送り出され、外周刃のうち凸部のみによって分断された肉厚の薄い切屑を生成しながら切削を行う。従って、その場合には切削抵抗が小さく、切削時にエンドミル本体にビビリ振動が生じるようなことも少ない。

しかしながら、例えば加工効率の向上のために１刃当たりの送り量を大きくして、外周刃がなす凹凸の波の振幅を越えるような大きさでエンドミル本体を送り出そうとすると、凹凸の凹部も切削に使用されることになり、外周刃の全体によって連続した厚肉の切屑が生成される。このため、切削抵抗が大きくなってビビリ振動を生じ、加工精度の劣化やエンドミル本体の損傷を招くおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、送り量を大きくした場合でもビビリ振動の発生を抑制して高精度で円滑な切削を行うことが可能なラフィングエンドミルを提供することを第１の目的とするとともに、外周刃の凸部のみを使用する通常の送り量の切削の場合には切削抵抗が不要に大きくなるのを防ぐことが可能なラフィング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、まず上記第１の目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、このうち上記外周刃がエンドミル本体の内周側に凹となる凹部には、該外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面に、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が上記外周刃に交差するように形成されていることを特徴とする。

従って、このように構成されたラフィングエンドミルでは、外周刃がエンドミル本体の半径方向に凹凸するうちの凹部に、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が外周刃に交差するように形成されており、これにより上記凹部における外周刃の刃物角を大きくすることができる。このため、この凹部において外周刃に高い剛性や強度を確保することができ、送り量を大きくして凹部を切削に使用する場合でも、ビビリ振動の発生を抑えるとともに凹部における外周刃の欠損などのエンドミル本体の損傷を防ぐことができる。

ここで、外周逃げ面の外周刃の凹部に交差する部分における逃げ角が０°よりも小さい負角であると、この交差する部分が被削材に干渉してしまって切削抵抗の著しい増大を招き、エンドミル本体に撓みを生じて加工面に削り残しが増えてしまう。また、この外周刃の凹部に交差する部分が第１外周逃げ面であっても、その逃げ角が３°よりも大きいと、送り量を大きくしたときの凹部における外周刃の剛性や強度を十分に確保することができなくなってビビリ振動や損傷を確実に防止することができない。なお、このようなマージン部または第１外周逃げ面は、上記凹部のうちでも例えば最もエンドミル本体内周に凹むその谷底に形成されていればよい。

一方、上記第２の目的を達成するために、本発明では、上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記凹部が上記外周刃に交差する部分において、上記外周刃がエンドミル本体の外周側に凸となる凸部よりも幅広に形成されていることを特徴とする。従って、このようなラフィングエンドミルでは、凹部では幅広のマージン部または第１外周逃げ面により上述のように外周刃に高い剛性や強度を確保することができるとともに、凸部ではこのようなマージン部または第１外周逃げ面が凹部よりも幅狭となって、凸部のみが切削に使用されるような通常の小さい送り量のときに不要に切削抵抗が増大するのを防ぐことができる。なお、この場合のマージン部または第１外周逃げ面は、例えば凹部のうちの上記谷底において、凸部のうちの最もエンドミル本体外周に凸となる頂部よりも幅広であればよい。

ここで、このように凹部が外周刃に交差する部分においてマージン部または第１外周逃げ面を凸部よりも幅広に形成するには、１つに、上記マージン部または上記第１外周逃げ面を、上記凸部にも形成した上で、凹部が外周刃に交差する部分において凸部よりも幅広に形成することができる。この場合には、外周刃の凸部においてもある程度の剛性や強度の向上を図ることができ、送り量が大きい場合のビビリ振動を一層確実に防ぐとともに凸部の欠損等も防止することができる。

さらに、他の１つとして、上記マージン部または上記第１外周逃げ面を、上記凹部にのみ形成して、上記凸部にはマージン部または第１外周逃げ面は形成しないようにしてもよい。この場合には、凸部において外周刃に交差する逃げ面の逃げ角は３°よりも大きくなるので、送り量の小さい通常の切削加工における抵抗の増大を一層確実に防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、送り量を大きくした場合のビビリ振動の発生やエンドミル本体の損傷を防ぐことができ、加工効率の向上を図りつつ、安定的した切削加工を行うことができる。

本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態を先端側から見た拡大正面図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態の外周刃を（ａ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図１に示す実施形態の外周刃を（ａ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図１に示す実施形態による送り量が大きい場合の切削形態を示す、複数条の外周刃の軸線回りの回転軌跡を送りに合わせてずらして示した展開図である。 図１に示す実施形態による送り量が小さい場合（通常の送り量の場合）の切削形態を示す、複数条の外周刃の軸線回りの回転軌跡を送りに合わせてずらして示した展開図である。

図１ないし図７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って軸線Ｏを中心とした外形略円柱状に形成されており、その後端部（図１において右上部分、図３において上側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部（図１において左下部分、図３において下側部分）は切刃部３とされている。このようなラフィングエンドミルは、シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転させられつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出されて被削材に切削加工を施してゆく。

切刃部３の外周には、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝４が形成されており、この切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部には、この壁面をすくい面とするとともに該すくい面に交差する切刃部３の外周面を外周逃げ面５とする外周刃６が形成されている。本実施形態では、切刃部３に４条の切屑排出溝４が周方向に間隔をあけて形成され、従って外周刃６も４条が周方向に間隔をあけて形成されている。

なお、各切屑排出溝４の先端部には、図３に示すように略Ｖ字の凹溝状をなすギャッシュ７が形成されており、これらのギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端縁には、この壁面をすくい面とする底刃８が各外周刃６の先端から内周側に延びるように形成されている。本実施形態のラフィングエンドミルは、この底刃８が外周刃６と円弧等の凸曲線状のコーナ刃を介して交差するラジアスタイプのラフィングエンドミルとされている。

ここで、底刃８は、図２に示すように外周刃６の先端から軸線Ｏの近傍に延びる長底刃（図２において上下に延びる底刃）８と軸線Ｏから離れた位置までに延びる短底刃（図２において左右に延びる底刃）８とが周方向に交互に形成されている。また、長底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する短底刃８までの間隔は、短底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する長底刃８までの間隔よりも大きくされている。

各切屑排出溝４は、エンドミル本体１の先端から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の後方側に捩れるように形成されており、従って各外周刃６も同様にエンドミル本体１の先端から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の後方側に捩れる螺旋状に形成されている。本実施形態では、４条の外周刃６がなす螺旋の捩れ角は互いに等しくなるように形成されており、従って４条の外周刃６の周方向の間隔は、長底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔が、短底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔よりも大きくされている。

一方、これらの外周刃６の上記外周逃げ面５は、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて半径方向（エンドミル本体１の内外周）に凹凸するように形成されており、これに伴い外周刃６もエンドミル回転方向Ｔから見て図４（ａ）および図５（ａ）に示すようにエンドミル本体１の半径方向に凹凸する波状に形成されている。この外周刃６がなす波形は、本実施形態ではエンドミル回転方向Ｔから見たときにエンドミル本体１の外周側に凸となる凸円弧と内周側に凹となる凹円弧とが一定の周期（ピッチ）で連続した形状に形成されている。

さらに、４条の外周刃６同士では、各外周刃６がなす波形の形状や大きさ、すなわち周期や振幅は互いに等しくされており、ただしこの波形の位相は、周方向に隣接する外周刃６間で軸線Ｏ方向にずらされている。本実施形態では、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６との間で、波形の１周期の１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向先端側にずらされている。

また、外周逃げ面５には、外周刃６から極僅かに離間した位置からエンドミル回転方向Ｔ後方側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に向かうように逃げ角が与えられている。この外周逃げ面５の逃げ角は３°よりも大きい。これに対して、外周逃げ面５の外周刃６に交差する極幅狭の部分には、外周刃６がエンドミル本体１の半径方向に凹凸するうちの凹部に交差する部分において、本実施形態ではマージン部９が形成されており、このマージン部９の逃げ角は０°とされていて、上記外周逃げ面５の逃げ角よりも小さく設定されている。

さらに、本実施形態では、このマージン部９は、外周刃６の全長に亙って形成されていて、すなわち外周刃６がエンドミル本体１の半径方向に凹凸するうちの凸部に交差する部分にも形成されており、ただしその幅は、凹部において凸部よりも幅広に形成されている。すなわち、本実施形態においては、外周刃６がエンドミル本体１の内周側に凹円弧をなす部分においてマージン部９の幅が最大となり、外周刃６がエンドミル本体１の外周側に凸円弧をなす部分においてマージン部９の幅が最小となるように、マージン部９の幅が連続的に増減させられている。

特に、本実施形態では、マージン部９は、図４に示すように上記凹部のうちでも、エンドミル回転方向Ｔから見たときに該凹部（凹円弧）がエンドミル本体１内周側に最も凹む谷底Ｓの位置で最も幅広となるように形成されている。この最大のマージン部９の幅は、例えば外周刃６の直径（外周刃６の凸部の頂点Ｐが軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす円の直径）が１０ｍｍのラフィングエンドミルにおいて、図４に示すように軸線Ｏに垂直な平面Ｑに沿った方向での最大幅Ａが０．１１１ｍｍ、図５に示すように外周刃６がなす捩れ線（１つの外周刃６の頂点Ｐを結んだ捩れ線）に垂直な平面Ｒに沿った方向での最大幅Ｂが０．０８７ｍｍである。

なお、マージン部９の幅が最小となる位置は、本実施形態では外周刃６の凸部が最もエンドミル本体１の外周側に突出した上記頂点Ｐの位置とされている。上記と同じく外周刃６の直径が１０ｍｍのラフィングエンドミルにおいて、図４に示すように軸線Ｏに垂直な平面Ｑ上での最小幅Ｃは０．０２４ｍｍ、図５に示すように外周刃６がなす捩れ線に垂直な平面Ｒ上での最小幅Ｄは略０．０１８ｍｍである。

このようなラフィングエンドミルは、上述のように軸線Ｏ回りに回転させられつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、凹凸の波の位相をずらされた外周刃６が順次切り込まれて被削材を切削加工（粗加工）してゆく。このとき、加工効率の向上を図るために例えば１刃当たりの送り量を外周刃６がなす凹凸の波の振幅（凸部の頂点Ｐと凹部の谷底Ｓとの間隔）以上とすると、凹部の谷底Ｓ部分までが切削に使用されることになって、図６に示すように肉厚の大きい連続した切屑が生成されることになる。

このような場合に、上記構成のラフィングエンドミルでは、エンドミル本体１の半径方向に凹凸する外周刃６の凹部において、この外周刃６のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる外周逃げ面５の刃先側に、外周逃げ面５よりも小さい逃げ角のマージン部９が形成されており、切削に使用される凹部において外周刃６のすくい面とマージン部９とがなす刃物角を大きくすることができる。従って、凹部における外周刃６の剛性や強度を向上させることができ、こうして凹部が切削に使用されてもビビリ振動が発生するのを抑えることができるとともに、凹部において外周刃６に欠損等の損傷が生じるのも防ぐことができ、加工効率の向上を図りつつ、高精度で安定した切削加工を行うことが可能となる。

なお、このマージン部９に相当する部分の逃げ角が０°よりも小さい、いわゆる負角であって、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡よりも外周側にこの部分が膨らんでいたりすると、この部分が被削材の加工面に干渉してしまって切削抵抗が著しく増大し、エンドミル本体１が撓んで加工面に削り残される部分が生じるおそれがある。なお、このマージン部９に相当する部分は、逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面とされていてもよく、この場合に該第１外周逃げ面のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる上記外周逃げ面５は、第１外周逃げ面よりも逃げ角が大きい第２外周逃げ面となる。だだし、この第１外周逃げ面の逃げ角が３°を上回るほど大きいと、外周刃６の刃先剛性や強度を十分に向上させることができなくなる。

また、本実施形態では、このマージン部９が外周刃６の全長に亙って形成されていて、すなわち外周逃げ面５の凸部において外周刃６に交差する部分にもマージン部９が形成されており、ただしこのマージン部９の幅は、凹部が外周刃６に交差する部分において凸部よりも幅広に形成されている。従って、凸部にもマージン部９が形成されていることによって該凸部でも外周刃６の剛性や強度を確保することができ、送り量が大きい場合に該凸部における外周刃６の欠損等も防止することができる。

その一方で、このようにエンドミル本体１の１刃当たりの送り量が大きくなく、外周刃６がなす凹凸の波の上記振幅よりも小さい、通常のラフィングエンドミルによる切削形態では、図７に示すように外周刃６の回転軌跡が送りに沿って交差するために凹部が切削に使用されることが少なくなり、専ら凸部によってのみ切削が行われて肉厚の薄い分断された切屑が生成され、ビビリ振動が発生するおそれも少なくなる。このような場合に、本実施形態によれば、幅広の凹部のマージン部９が切削に関与することがなく、また凸部のマージン部９は幅狭であるので、必要以上に切削抵抗が増大するのを防いで円滑な切削を行うことが可能となる。

ただし、本実施形態では、このようにマージン部９が外周刃６の全長に亙って形成されることにより、外周逃げ面５の凸部において外周刃６に交差する部分にも幅狭のマージン部９が形成されているが、マージン部９あるいは上述した第１外周逃げ面は、外周逃げ面５の凹部において外周刃６に交差する部分にのみ形成されていて、凸部において外周刃６に交差する部分には形成されていなくてもよく、すなわちこの凸部においては逃げ角が３°よりも大きい外周逃げ面５がそのまま外周刃に交差していてもよい。このようなラフィングエンドミルでは、送り量の大きいときのビビリ振動は凹部のマージン部９によって防ぎつつ、通常の切削加工の場合の切削抵抗を一層低減することができる。

なお、このように凹部において幅広となるマージン部９または第１外周逃げ面の最大幅は、小さすぎると送り量が大きい場合の凹部における外周刃６の剛性や強度を十分に確保することができなくなる一方、逆に大きすぎるとやはり送り量が大きい場合に切削抵抗の著しい増大を招いてしまう。このため、上記マージン部の最大幅は、外周刃６の直径ｄに対して、図４に示した軸線Ｏに垂直な平面上での最大幅Ａが０．００５×ｄ〜０．０３０×ｄの範囲内、または図５に示した外周刃６がなす捩れ線に垂直な平面上での最大幅Ｂが０．００３×ｄ〜０．０２１×ｄの範囲内とされるのが望ましい。

１ エンドミル本体
２ シャンク部
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
５ 外周逃げ面
６ 外周刃
７ ギャッシュ
８ 底刃
９ マージン部（または第１外周逃げ面）
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向

Claims (4)

1. 軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、このうち上記外周刃がエンドミル本体の内周側に凹となる凹部には、該外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面に、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が上記外周刃に交差するように形成されていることを特徴とするラフィングエンドミル。
2. 上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記凹部が上記外周刃に交差する部分において、上記外周刃がエンドミル本体の外周側に凸となる凸部よりも幅広に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラフィングエンドミル。
3. 上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記凸部にも形成されるとともに、上記凹部が上記外周刃に交差する部分において上記凸部よりも幅広に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のラフィングエンドミル。
4. 上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記凹部にのみ形成されていて、上記凸部には形成されていないことを特徴とする請求項２に記載のラフィングエンドミル。

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