JP2017113838A - エンドミルおよび切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工具寿命を延命できるエンドミルを提供する。【解決手段】 回転軸Ｏを有するエンドミル本体１と、エンドミル本体１の一端側の外周に位置する外周刃８とを有するとともに、エンドミル本体１の一端側における回転軸Ｏに垂直な断面において、外周刃８の回転方向前方に位置する外周溝１１と、少なくとも１つの外周刃８における回転方向後方に位置するとともに、外周溝１１の開き角の角度α２よりも開き角の角度α１が小さい補助溝１２と、補助溝１２における回転方向後方に位置するとともに、外周刃８の回転軸Ｏからの距離Ｌ２よりも回転軸Ｏからの距離Ｌ１が短い補助刃９とを有しているエンドミル５０である。【選択図】図４

Description

本発明は、エンドミルおよび切削加工物の製造方法に関する。

エンドミルは、底刃と外周刃とを有して、ワークの溝加工や肩加工などに利用されている。例えば、特許文献１には、共振を防止するために、一対の主刃（２枚）と、主刃に対して９０°回転した位置に配置されて主刃よりも径が小さい一対の副刃（２枚）とを有する４枚刃のエンドミルが開示されている。

特開２００５−０９６０４７号公報

特許文献１のエンドミルでは、主刃側の切屑排出溝が詰まりやすくなる場合があったり、切削効率が低くなったりする場合がある。

本実施形態のエンドミルは、
回転軸を有するエンドミル本体と、
該エンドミル本体の一端側の外周に位置する外周刃と、
を有するとともに、
前記エンドミル本体の一端側における前記回転軸に垂直な断面において、前記外周刃の回転方向前方に位置する外周溝と、
少なくとも１つの前記外周刃における回転方向後方に位置するとともに、前記外周溝の開き角の角度よりも開き角の角度が小さい補助溝と、
該補助溝における回転方向後方に位置するとともに、前記外周刃の前記回転軸からの距離よりも前記回転軸からの距離が短い補助刃とを有している。

また、本発明の切削加工物の製造方法は、上記エンドミルを回転させる工程と、回転している前記エンドミルを被削材に接触させる工程と、前記エンドミルを前記被削材から離す工程とを備えるものである。

本実施形態のエンドミルによれば、高い切削効率と高い切屑排出性を両立できるとともに、寿命が長い。

本実施形態のエンドミルについての側面図である。 図１のエンドミルの一端付近の拡大図である。 図１のエンドミルを先端から見た正面図である。 図２におけるＸ−Ｘ断面図である。 本実施形態のエンドミルを用いて、被削材を切削加工する切削加工物の製造方法を示す模式図である。

図１−図４のエンドミル５０はソリッドタイプのエンドミルであり、図１−２において破線で示す回転軸Ｏを有するエンドミル本体１を有する。また、エンドミル本体１は、図１に示すように、エンドミル本体１の一端側に切刃部３７、エンドミル本体１の他端側にシャンク部３０、切刃部３７とシャンク部３０の間に根元部３５を備えている。

エンドミル５０は、少なくとも切刃部３７を含む部分が、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ等の硬質材料からなる。エンドミル本体１は、回転軸Ｏを中心とした直径Ｄの略円柱状である。なお、エンドミル５０は、シャンク部３０のうちの後端側が切削加工機（図示せず）に把持される。

図２に示すように、エンドミル本体１は、エンドミル本体１の一端側（図示における左側）に備わる切刃部３７の外周に外周刃８を有している。そして、図２においては、外周刃８が回転軸Ｏに対してねじれ角β２でねじれており、エンドミル本体１の外周にらせん状に位置している例を示している。

エンドミル本体１は、図２におけるＸ−Ｘ断面図（エンドミル本体１の一端側における回転軸Ｏに垂直な断面図）である図４に示すように、外周刃８の回転方向前方に位置する外周溝１１を有する。また、少なくとも１つの外周刃８における回転方向後方に位置するとともに、外周溝１１の開き角の角度α２よりも開き角の角度α１が小さい補助溝１２を有する。また、補助溝１２における回転方向後方に位置するとともに、外周刃８の回転軸Ｏからの距離Ｌ２よりも回転軸Ｏからの距離Ｌ１が短い補助刃９を有している。すなわち、図４に示すように、エンドミル本体１は、外周刃８と、補助刃９と、外周溝１１と、補助溝１２とを有し、回転軸Ｏに垂直な断面において、補助刃９の回転軸Ｏからの距離が、外周刃８の回転軸Ｏからの距離よりも短いとともに、補助溝１２の開き角α１が外周溝１１の開き角α２よりも小さい。

本実施形態のエンドミル本体１には、外周溝１１から回転方向後方に向かって、外周溝１１−外周刃８−補助刃９−補助溝１２の順に位置し、これを１セットとした場合、図４においては、４セット有している４枚刃のエンドミルの例を示している。このように、本実施形態のエンドミル５０は、外周刃８と補助刃９とが近接した構成であることから、外周刃８の数だけ上記セットを有するものとできる。また、外周刃８と補助刃９とが近接した構成であることから、容積の大きい外周溝１１を確保することができる。

図４に示すような断面図において、４つの刃部を有しているという点では、特許文献１も同様であるが、特許文献１においては、２枚の主刃（本実施形態における外周刃８）と、主刃よりも径が小さい２枚の副刃（本実施形態における補助刃９）とで構成されている。このような構成に比べ、図４に示す例のエンドミル５０は、４枚の外周刃８を有しているため、切削加工初期の切削効率が高い。また、外周刃８が損傷したとしても、４枚の補助刃９を有しているため、高い切削効率を長く維持できる。また、容積の大きい外周溝１１と、補助刃９の切削屑を排出する補助溝１２とを有しているため、高い切屑排出性を有する。さらに、外周刃８と補助刃９とを備えるものであることから、エンドミル５０の寿命が長い。

なお、図４においては、上記セットを４つ有している例を示しているが、このセット数は、これに限定されるものではない。つまり、上記セットは１つでも有ればよく、４セットを超えるものであってもよい。

以下に本実施形態のエンドミル５０を用いた切削加工の過程について説明する。切削加工の初期においては、外周刃８のみが被削材に接触して切削される。このとき、外周溝１１の容積が大きいことから、高い切削効率と高い切屑排出性を兼ね備える。そして、外周
刃８が損傷した切削加工の後期には、外周刃８と、回転軸Ｏからの距離が外周刃８よりも短い補助刃９との両方にて切削加工が行われる。このとき、外周刃８と補助刃９との両方で切削加工が行われるが、生じた切屑は、外周溝１１と補助溝１２に分かれて排出される。なお、外周刃８と補助刃９とで切削するときにおいては、外周刃８と補助刃９の両方で切削することになり、外周刃８と補助刃９のそれぞれから切屑が発生し、切屑の排出量は分割されることから、外周溝１１と補助溝１２のそれぞれにおける切屑の排出量は少なくなり、補助溝１２の容積は、外周溝１１の容積よりも小さくても、切屑は補助溝１２内を詰まることなく通過できる。

ここで、補助溝１２の開き角α１と外周溝１１の開き角α２との比α１／α２が、０．２〜０．７である場合には、補助溝１２および外周溝１１の両方における切屑排出性を良好にできる。

また、図４に示すように、補助溝１２の溝深さｔ１と外周溝１１の溝深さｔ２との比である比ｔ１／ｔ２が、０．１〜０．５である場合には、補助溝１２および外周溝１１の両方における切屑排出性を良好にできるとともに、補助刃９の肉厚を確保して補助刃９の欠損を抑制できる。

ここで、本実施形態における溝深さとは、図４に示すように、外周刃８を通る円弧から、外周溝１１および補助溝１２までの深さのうち、それぞれ最も深い深さのことであり、回転軸Ｏと最も深い部分とを通る直線において、最も深い部分から上記円弧までの距離のことを指す。

さらに、図４に示すように、補助刃９の長さＬ１と外周刃８の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．９６５〜０．９９８である場合には、高い切削効率の維持を良好にすることができる。

また、本実施形態においては、図２に示すように、補助刃９は回転軸Ｏに対してねじれ角β１でねじれており、エンドミル本体１の外周にらせん状に位置している。そして、補助刃９のねじれ角β１が外周刃８のねじれ角β２より大きい場合には、補助刃９における食いつきが外周刃８における被削材の食いつきよりもよくなる。すなわち、補助刃９が切削加工する場合には、外周刃８が損傷した状態で接触するため、加工面が荒れた状態で補助刃９が被削材に接触することになる。補助刃９のねじれ角β１が外周刃８のねじれ角β２より大きければ、加工面が荒れた状態の被削材であっても、被削材が食いつき、切削されない部位が残ることを抑制できる。

ここで、外周刃８のねじれ角β２とは、図２に示すように、外周刃８と回転軸Ｏとの交点における接線Ｚ２と、回転軸Ｏとのなす角であり、補助溝１２のねじれ角β１とは、補助刃９と回転軸Ｏとの交点における接線Ｚ１と、回転軸Ｏとのなす角である。外周溝１１のねじれ角β２が３０°〜３７°であり、補助溝１２のねじれ角β１が３３°〜４０°である場合には、外周刃８および補助刃９の被削材への食いつきがどちらもよい。

なお、エンドミル本体１の外周には、外周刃８の回転方向後方に外周逃げ面２２が設けられており、補助刃９の回転方向後方に外周補助逃げ面２３が設けられている。

図３の先端から見た正面図によれば、エンドミル本体１は、中心に位置する回転軸Ｏ側から外周側に延びる少なくとも１つ（図３では４つ）の底刃２を有している。また、本実施形態によれば、エンドミル本体１は、中心に位置する回転軸Ｏから外周側に延びる少なくとも１つ（図３では４つ）の補助底刃３を有している。底刃２の回転方向後方には底逃げ面４が設けられ、補助底刃３の回転方向後方には底補助逃げ面５が設けられている。

また、外周刃８と底刃２とは、図２に示すように、底刃２の外周端であるコーナ１４にて滑らかに接続され、切刃２０として機能する。また、補助刃９と補助底刃３とは、補助底刃３の外周端である補助コーナ１５にて滑らかに接続され、補助切刃２１として機能する。

エンドミル本体１の外周には、他に、外周刃８の回転方向後方に隣接し、回転軸Ｏからの距離が外周刃８と同じである外周ランド部（図示せず）が設けられていてもよく、補助刃９の回転方向後方に隣接し、回転軸Ｏからの距離が補助刃９と同じである補助ランド部（図示せず）が設けられていてもよい。

外周溝１１、補助刃９および補助溝１２は、エンドミル本体１の一端側から根元部３５側までらせん状に延在している。図１に示すように、根元部３５には、切刃部３７の外周溝１１および補助溝１２から延在して、外周溝１１および補助溝１２の深さがそれぞれ浅くなる切れ上がり部２６を有する。

また、底刃２に隣接して外周溝１１との間にギャッシュ２８が設けられていてもよい。ギャッシュ２８を設けたときには、底刃２と外周溝１１との間に平面状の底すくい面６を有するものとなる。図３において、底すくい面６および外周刃８は見えないが、括弧書きでそれらの位置を示す。底すくい面６と底逃げ面４とり、回転軸Ｏから外周側に向かって延びる部分が底刃２である。

図４に示すように、エンドミル本体１は、外周補助逃げ面２３の回転方向後方に第１ヒール１６を有しており、外周逃げ面２２の回転方向後方に第２ヒール１７を有している。図４に示すように、第１ヒール１６（１６ｘ）は、対向する外周刃８（８ｘ）に対して回転方向に隣接する補助刃９（９ｙ）の外周補助逃げ面２３（２３ｘ）と外周溝１１（１１ｘ）との交点である。第２ヒール１７（１７ｘ）は、対向する補助刃９（９ｘ）に対して回転方向に隣接する外周刃８（８ｙ）の外周逃げ面２２と補助溝１２との交点である。

なお、図４に示すように、補助溝１２の開き角α１は、回転軸Ｏと第２ヒール１７（１７ｘ）とを通る直線と、回転軸Ｏと補助刃９（９ｘ）とを通る直線とのなす角である。外周溝１１の開き角α２は、回転軸Ｏと第１ヒール１６（１６ｘ）とを通る直線と、回転軸Ｏと外周刃８（８ｘ）とを通る直線とのなす角である。

ここで、図３に示すように、底刃２の刃数が４刃以上の偶数であって、回転軸Ｏを通る中央稜部を含んで連続し、対称に位置する親刃２ａと、回転軸Ｏの外周側でそれぞれ独立に存在する子刃２ｂとからなるものであってもよい。

なお、底刃２が複数存在する場合、親刃２ａと子刃２ｂでない場合でも、複数の切刃２０の少なくとも１つが、他の切刃２０とは点対称の形状ではない不等分割とするのがよい。つまり、少なくとも１つの切刃２０は他の切刃２０に対して非対称な形状となり、切削時にエンドミル５０が共振してびびりが発生することを抑制することができる。底刃２の配置を非対称にする以外に、一部の底刃２およびそれに続く外周刃８の開き角α２を変える方法（不等分割）、ねじれ角β２を変える方法（不等リード）等であってもよい。

また、本実施形態では、回転方向後方に向かって、外周溝１１−外周刃８−補助溝１２−補助刃９の順に外周刃８の数だけ繰り返されて配置されているが、これに限定されるものではない。つまり、補助刃９および補助溝１２は少なくとも１つずつ存在していればよく、外周刃８と外周溝１１の数よりも補助刃９と補助溝１２の数が少ないものであってもよい。

なお、図４に示す外周溝１１の開き角α２の望ましい範囲は、２枚刃の場合には３０〜８０°、３枚刃の場合には２０〜５０°、４枚刃の場合には１５〜４０°であるのがよい。この範囲であれば、外周溝１１に切屑が詰まることなく、かつ切屑が外周溝１１によってカールされず外周溝１１を飛び出すこともない。

ここで、芯厚ｄは、図４に示すような断面において、エンドミル本体１の直径Ｄに対する比ｄ／Ｄで０．５〜０．８倍である。この範囲であれば、エンドミル５０の強度が高く、エンドミル５０の折損を抑制できる。芯厚ｄは、図４において、エンドミル５０の中心部に描かれる最も大きな円ｃの直径で定義され、回転軸Ｏと外周溝１１の最深位置との間の距離の２倍に等しくなる。

本実施態様のエンドミル５０は、再研磨によって切刃２０および補助切刃２１を再生することが可能である。具体的には、切刃２０であれば、外周溝１１の再研磨加工と底すくい面６のギャッシュ２８の再研磨加工によって、底刃２および外周刃８を再生させることができる。

＜切削加工物の製造方法＞
本実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図５を用いて説明する。

図５は、図１のエンドミル５０を用いて、被削材を肩加工する切削加工物の製造方法を示す模式図である。本実施形態では、アーバ（図示せず）に取り付けたエンドミル５０を、図５Ａに示すように、エンドミル５０の回転軸Ｏを基準に矢印Ａ方向に回転させつつ矢印Ｂ方向に動かして、被削材１００に近づける。

次に、図５Ｂに示すように、回転しているエンドミル５０を被削材１００の表面に接触させる。具体的には、回転しているエンドミル５０を被削材１００に接触させながら矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、外周刃によって切削された被削材１００の被削面が、側方切削面１０１となる。また、底刃によって切削された被削材１００の被削面が底切削面１０２となる。また、切削加工後期には、エンドミル５０の外周刃に加えて、補助刃によって切削加工が行われる。

図５Ｃに示すように、エンドミル５０を矢印Ｃ方向にそのまま動かし、エンドミル５０が被削材１００から離れることによって切削加工は終了であり、所望の切削加工物１１０を得ることができる。エンドミル５０が上述した理由から優れた切削能力を備えているので、加工面精度に優れる切削加工物１１０を得ることができる。

なお、切削加工を継続する場合には、エンドミル５０を回転させた状態を保持したまま、被削材１００の異なる箇所にエンドミル５０の切刃の接触を繰り返せばよい。本実施形態では、エンドミル５０を被削材１００に近づけているが、エンドミル５０と被削材１００とが相対的に近づけばよいため、例えば被削材１００をエンドミル５０に近づけてもよい。この点、エンドミル５０を被削材１００から離す工程についても同様である。

以上、本発明に係る好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

５０ エンドミル
１ エンドミル本体
２ 底刃
２ａ 親刃
２ｂ 子刃
３ 補助底刃
４ 底逃げ面
５ 底補助逃げ面
６ 底すくい面
８ 外周刃
９ 補助刃
１１ 外周溝
１２ 補助溝
１４ コーナ
１５ 補助コーナ
１６ 第１ヒール
１７ 第２ヒール
２０ 切刃
２１ 補助切刃
２２ 外周逃げ面
２３ 外周補助逃げ面
２６ 切れ上がり部
２８ ギャッシュ
３０ シャンク部
３５ 根元部
３７ 切刃部
Ｏ 回転軸
α１ 補助溝の開き角
α２ 外周溝の開き角
ｔ１ 補助溝の溝深さ
ｔ２ 外周溝の溝深さ
Ｌ１ 補助刃の長さ
Ｌ２ 外周刃の長さ
β１ 補助刃のねじれ角
β２ 外周刃のねじれ角
ｄ 芯厚

Claims (6)

1. 回転軸を有するエンドミル本体と、
   該エンドミル本体の一端側の外周に位置する外周刃と、
   を有するとともに、
   前記エンドミル本体の一端側における前記回転軸に垂直な断面において、前記外周刃の回転方向前方に位置する外周溝と、
   少なくとも１つの前記外周刃における回転方向後方に位置するとともに、前記外周溝の開き角の角度よりも開き角の角度が小さい補助溝と、
   該補助溝における回転方向後方に位置するとともに、前記外周刃の前記回転軸からの距離よりも前記回転軸からの距離が短い補助刃とを有しているエンドミル。
2. 前記補助溝の開き角α１と前記外周溝の開き角α２との比α１／α２が、０．２〜０．７である請求項１記載のエンドミル。
3. 前記補助溝の溝深さｔ１と前記外周溝の溝深さｔ２との比ｔ１／ｔ２が、０．１〜０．５である請求項１または２記載のエンドミル。
4. 前記補助刃の長さＬ１と前記外周刃の長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．９６５〜０．９９８である請求項１乃至３のいずれか記載のエンドミル。
5. 前記補助刃のねじれ角β１が前記外周刃のねじれ角β２より大きい請求項１乃至４のいずれか記載のエンドミル。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載のエンドミルを回転させる工程と、回転している前記エンドミルを被削材に接触させる工程と、前記エンドミルを前記被削材から離す工程とを備える切削加工物の製造方法。

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