JP2019177467A - ラフィングエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】外周刃が波状切刃とされたラフィングエンドミルにおいて、外周刃の先端部における欠損を抑制する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】エンドミル本体１の先端部外周に、軸線回りの回転軌跡においてエンドミル本体１の外周側に凸となる凸円弧状部Ｗ１と、内周側に凹となる凹円弧状部Ｗ２と、凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２を結ぶ傾斜直線状部Ｗ３を備えた波状切刃である外周刃６が形成され、波状切刃のピッチをＰ、凸円弧状部Ｗ１の最も外周側に凸となる頂点Ｅと凹円弧状部Ｗ２の最も内周側に凹となる底点Ｄとの半径方向の間隔である波状切刃の高さをＨ、凸円弧状部Ｗ１の半径をＲ１、凹円弧状部Ｗ２の半径をＲ２としたときに、次式（１）が満たされる。［数１］【選択図】図４

Description

本発明は、エンドミル本体の先端部外周に、先端側から後端側に向けて一定のピッチでエンドミル本体の径方向に凹凸する波状切刃である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、特許文献１には、工具本体の外周に複数のねじれた波形状の切れ刃を有する金属材料等の荒切削に用いるラフィングエンドミルにおいて、該波形状の山部のアール半径Ｒ１が工具外径の１／１０以下であり、谷部のアールＲ２半径が山部のアール半径Ｒ１の０．４〜０．８倍であり、さらに該山部の頂点間のピッチＰが山部のアール半径Ｒ１と谷部のアール半径Ｒ２の和の１．２〜１．８倍であるものが記載されている。

特許第３３５６８２３号公報

ところで、ラフィングエンドミルでは、外周刃によって生成される切屑を分断するために、エンドミル本体の周方向に隣接する外周刃同士で波状切刃の位相がエンドミル本体の軸線方向にずらされており、このため複数の外周刃の中には、該外周刃がなす波状切刃とエンドミル本体の先端に形成されて内周側から外周側に延びる底刃との交差角が鋭角となる外周刃が形成されることになり、外周刃の先端部においてエンドミル本体の強度を確保できずに欠損を生じるおそれがある。

そして、特に特許文献１に記載されたラフィングエンドミルでは、上記ピッチＰが山部のアール半径Ｒ１と谷部のアール半径Ｒ２の和の１．４２倍を越えると、上記軸線回りの回転軌跡において波状切刃が軸線方向後端側に延びる長さとエンドミル本体の内周側に延びる長さとが等しくなる軸線に垂直な平面と波状切刃との交差角が４５°以下となる外周刃が形成されるおそれがあり、この平面に沿って底刃が形成されていると、外周刃の先端部における強度不足が大きくなって欠損が顕著となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、外周刃が波状切刃とされたラフィングエンドミルにおいて、外周刃の先端部における欠損を抑制することが可能なラフィングエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような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外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に延びる切屑排出溝が周方向に間隔をあけて複数条形成され、上記切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の先端側辺稜部には上記エンドミル本体の内周側から外周側に延びる底刃が、上記壁面の外周側辺稜部には外周刃が形成され、上記外周刃は、上記軸線回りの回転軌跡において上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸円弧状部と、上記エンドミル本体の内周側に凹となる凹円弧状部とが上記軸線方向に交互に配設されるとともに、これら凸円弧状部と凹円弧状部の端部に接して上記凸円弧状部と凹円弧状部を結ぶ傾斜直線状部を備えた一定のピッチで上記エンドミル本体の径方向に凹凸する波状切刃であり、周方向に隣接する上記外周刃同士で上記波状切刃の位相が上記軸線方向にずらされたラフィングエンドミルであって、上記軸線回りの回転軌跡において、上記波状切刃のピッチをＰ、上記凸円弧状部の最も上記エンドミル本体の外周側に凸となる頂点と上記凹円弧状部の最も上記エンドミル本体の内周側に凹となる底点との上記軸線に対する半径方向の間隔である上記波状切刃の高さをＨ、上記凸円弧状部の半径をＲ１、上記凹円弧状部の半径をＲ２としたときに、次式（１）が満たされることを特徴とする。

このようなラフィングエンドミルでは、上記軸線回りの回転軌跡における上記波状切刃の各部と軸線に垂直な平面との交差角は、軸線方向先端側の凸円弧状部からその後端側に隣接する凹円弧状部を結ぶ上記傾斜直線状部の位置で鋭角側において最も小さくなる。そこで、まずこのような傾斜直線状部が形成されずに、半径Ｒ１の凸円弧状部Ｗ１と半径Ｒ２の凹円弧状部Ｗ２とが接点Ｑにおいて直接接して結ばれている場合を図１１により説明すると、軸線方向先端側（図１１において左側）の凸円弧状部Ｗ１の最もエンドミル本体１の外周側（図１１において上側）に凸となる頂点Ｅと接点Ｑとの軸線Ｏ方向の距離をｂとし、この凸円弧状部Ｗ１の軸線方向後端側（図１１において右側）に隣接する凹円弧状部Ｗ２の最もエンドミル本体１の内周側（図１１において下側）に凹となる底点Ｄと接点Ｑとの軸線Ｏ方向の距離をａとし、さらに凸円弧状部Ｗ１の中心Ｃ１から頂点Ｅと接点Ｑとを通る２つの直線の挟角および凹円弧状部Ｗ２の中心Ｃ２から底点Ｄと接点Ｑとを通る２つの直線の挟角をθとしたとき、波状切刃のピッチＰは次式（２）で表され、波状切刃の高さＨは次式（３）で表され、従ってＰ−２×Ｈは次式（４）で表される。

この式（４）の結果より、挟角θ＝４５°のときにＰ−２Ｈは次式（５）で表される最大値となる。

言い換えれば式（１）が満たされる場合には挟角θは４５°未満となる。接点Ｑにおける凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２の接線がエンドミル本体１の軸線に対してなす傾斜角は挟角θに等しいので、接点Ｑにおける波状切刃とエンドミル本体の軸線に垂直な平面との交差角は９０°−θとなり、式（１）が満たされれば４５°を上回る。そして、本発明のラフィングエンドミルでは、凸円弧状部と凹円弧状部とが傾斜直線状部によって結ばれているので、確実にこの式（１）を満たすことができる。

従って、このように式（１）が満たされることにより、上記構成のラフィングエンドミルによれば、波状切刃の軸線方向先端側の凸円弧状部からその後端側に隣接する凹円弧状部を結ぶ傾斜直線状部の位置でも、４５°を上回る交差角をエンドミル本体の軸線に垂直な平面に対して波状切刃に与えることができ、この平面に沿って底刃が形成されていても、底刃のギャッシュを外周刃の先端部に達するように形成するなどの一般的手法によって外周刃の先端部における強度を確保することができ、欠損を抑えることが可能となる。

ここで、上記傾斜直線状部の該傾斜直線状部に沿った方向の長さＬは０．０５×Ｐ〜０．２×Ｐの範囲であることが望ましい。この傾斜直線状部の長さＬが０．０５×Ｐよりも短いと、傾斜直線状部によって凸円弧状部と凹円弧状部を結ぶことによる効果が十分に奏功されなくなるおそれがある一方、傾斜直線状部の長さＬが０．２×Ｐよりも長いと、切削に使用される傾斜直線状部の範囲も長くなり、外周刃の耐摩耗性が損なわれるおそれがある。

また、上記外周刃と上記底刃とのコーナ部に、上記エンドミル本体の外周側に向かうに従い該エンドミル本体の後端側に延びる面取り部を形成することにより、この面取り部と外周刃の先端部の交差角をさらに大きく確保して一層確実に外周刃の先端部の欠損を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、外周刃が波状切刃とされたラフィングエンドミルにおいて、外周刃の先端部における強度を確保して欠損を抑制し、長期に亙って安定した切削加工を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の正面図である。 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（波状切刃）の軸線回りにおける回転軌跡を示すものである。 図１ないし図４に示した実施形態に基づく実施例によって被削材を切削加工したときの切削長１０ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 図１ないし図４に示した実施形態に基づく実施例によって被削材を切削加工したときの切削長２０ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 図１ないし図４に示した実施形態に基づく実施例によって被削材を切削加工したときの切削長２５ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 図１ないし図４に示した実施形態の変形例によって被削材を切削加工したときの切削長１０ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 図１ないし図４に示した実施形態の変形例によって被削材を切削加工したときの切削長２０ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 図１ないし図４に示した実施形態の変形例によって被削材を切削加工したときの切削長２５ｍのときの外周刃の先端部を示す図である。 本発明のラフィングエンドミルを説明するための傾斜直線状部が形成されていないラフィングエンドミルの外周刃（波状切刃）の軸線回りにおける回転軌跡を示すものである。

図１ないし図４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。

また、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を向く壁面の先端側辺稜部には、この壁面をすくい面とする底刃８がエンドミル本体１の内周側から外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の先端部に角度をもって交差する方向に延びるスクエアタイプのラフィングエンドミルとされている。

なお、ギャッシュ７は、そのエンドミル回転方向Ｔを向く上記壁面の外周部が外周刃６の先端部に達して外周逃げ面５と交差するように延びている。また、底刃８には、エンドミル本体１の外周側から内周側に向かうに従いエンドミル本体１の後端側に向かって延びるように僅かな角度の中低角が与えられていてもよい。

ここで、本実施形態では、底刃８は、図２に示すように外周刃６の先端から軸線Ｏの近傍に延びる長い底刃（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い底刃（図２において左右に延びる底刃）８とが周方向に等間隔に交互に形成されている。また、長い底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する短い底刃８までの間隔は、短い底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する長い底刃８までの間隔と異なっていてもよい。

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とは反対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とは反対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いるが、異なっていてもよい。

さらに、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３に示すように、エンドミル本体１の軸線Ｏに対する半径方向に凹凸する波状切刃とされている。また、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同士で軸線Ｏ方向にずらされている。本実施形態においては、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔとは反対側に隣接する外周刃６との間で波形切刃の１ピッチの約１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向にずらされている。

ここで、この外周刃６がなす波状切刃は、軸線Ｏ回りの回転軌跡において図４に示すように、エンドミル本体１の外周側（図４において上側）に凸となる凸円弧状部Ｗ１と、エンドミル本体１の内周側（図４において下側）に凹となる凹円弧状部Ｗ２とが軸線Ｏ方向に交互に配設されるとともに、これら凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２の端部に接して凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２とを結ぶ所定の長さＬを有する傾斜直線状部Ｗ３を備えた形状とされており、このような波状切刃が一定のピッチＰでエンドミル本体１の径方向に凹凸している。なお、この波状切刃は、凸円弧状部Ｗ１の中心Ｃ１と凸円弧状部Ｗ１の最もエンドミル本体１の外周側に凸となる頂点Ｅとを結ぶ直線、および凹円弧状部Ｗ２の中心Ｃ２と凹円弧状部Ｗ２の最もエンドミル本体１の内周側に凹となる底点Ｄとを結ぶ直線に関して、それぞれ対称形状である。

そして、軸線Ｏ回りの回転軌跡において、この波状切刃のピッチをＰとし、凸円弧状部Ｗ１の最もエンドミル本体１の外周側に凸となる頂点Ｅと凹円弧状部Ｗ２の最もエンドミル本体１の内周側に凹となる底点Ｄとの軸線Ｏに対する半径方向の間隔である波状切刃の高さをＨとし、凸円弧状部Ｗ１の半径をＲ１とし、凹円弧状部Ｗ２の半径をＲ２としたときに、本実施形態のラフィングエンドミルでは上述した次式（１）が満たされるようにされている。

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、上述した図１１の説明と、式（２）〜（５）の結果と、さらに凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２とが傾斜直線状部Ｗ３によって結ばれていることとに基づき、波状切刃の軸線Ｏ方向先端側（図４において左側）の凸円弧状部Ｗ１からその後端側（図４において右側）に隣接する凹円弧状部Ｗ２を結ぶ傾斜直線状部Ｗ３の位置でも、軸線Ｏ回りの回転軌跡において波状切刃が軸線Ｏ方向後端側に延びる長さとエンドミル本体１の内周側に延びる長さとが等しくなる４５°を上回る交差角をエンドミル本体１の軸線Ｏに垂直な平面に対して波状切刃に確実に与えることができる。

このため、この平面に沿って底刃８が形成されていて、上記平面との交差角が小さくなる傾斜直線状部Ｗ３で底刃８と先端において交差する外周刃６が形成されていても、上述のように底刃８のギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周部を外周刃６の先端部に達するように形成することなどによって外周刃６の先端部における強度を確保することができる。このため、上記構成のラフィングエンドミルによれば、外周刃６の先端部における欠損を抑制することができ、長期に亙って安定した切削加工を行うことが可能となる。

ここで、上記傾斜直線状部Ｗ３の傾斜直線状部Ｗ３に沿った方向の長さＬは０．０５×Ｐ〜０．２×Ｐの範囲であることが望ましい。この傾斜直線状部Ｗ３の長さＬが０．０５×Ｐよりも短いと、傾斜直線状部Ｗ３によって凸円弧状部Ｗ１と凹円弧状部Ｗ２を結ぶことによる効果が十分に奏功されなくなるおそれがある一方、傾斜直線状部Ｗ３の長さＬが０．２×Ｐよりも長いと、切削に使用される傾斜直線状部Ｗ３の範囲も長くなり、外周刃６の耐摩耗性が損なわれるおそれがある。

また、上記外周刃６と上記底刃８とが交差する部分であるコーナ部に、上記エンドミル本体１の外周側に向かうに従い後端側に延びる面取り部を形成してもよい。このような面取り部を形成することにより、この面取り部と外周刃６の先端部の交差角をより大きく確保して一層確実に外周刃の先端部の欠損を抑制することができる。なお、このような面取り部としては、上記コーナ部をエンドミル本体１の外周側に向かうに従い後端側に延びる平面で切り欠いたＣ面取り部でもよく、また上記コーナ部を凸曲面で切り欠いたＲ面取り部でもよい。

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、上記実施形態に基づいて、外周刃６の直径（凸円弧状部Ｗ１の頂点Ｅが軸線Ｏ回りになす円の直径）が１０ｍｍのラフィングエンドミルを製造し、ＳＵＳ３０４よりなる被削材に、回転速度１９００ｍｉｎ^−１（６０ｍ／ｍｉｎ）、送り速度４００ｍｍ／ｍｉｎ（一刃当たりの送り量０．０５３ｍｍ）、切り込み量ａｅ５ｍｍ、ａｐ１０ｍｍ、突き出し量３５ｍｍの切削条件で、縦型マシニングセンタにより湿式のダウンカット切削で切削加工を行い、このときの切削長１０ｍ、２０ｍ、および２５ｍにおける外周刃６の先端部の状態を撮影した。

なお、この実施例のラフィングエンドミルにおける波状切刃のピッチＰは１．５ｍｍ、波状切刃の高さＨは０．３ｍｍ、凸円弧状部Ｗ１の半径Ｒ１は０．７５ｍｍ、凹円弧状部Ｗ２の半径Ｒ２は０．２７ｍｍ、傾斜直線状部Ｗ３の傾斜直線状部Ｗ３に沿った長さＬは０．２０ｍｍであり、４条の外周刃６のうち底刃８との交差角が最も小さいものの交差角は５５°であった。

また、この実施例の変形例として、上述のように外周刃６と底刃８とのコーナ部に、このコーナ部をエンドミル本体１の外周側に向かうに従い後端側に延びる平面で切り欠いたＣ面取り部を形成したものも製造し、実施例と同様の切削条件で切削加工を行い、このときの切削長１０ｍ、２０ｍ、および２５ｍにおける外周刃６の先端部の状態を撮影した。なお、この変形例のＣ面取り部以外のエンドミル本体１の形状、寸法は実施例と同じである。この結果を、切削長の順に、実施例については図５〜７に、変形例については図８〜図１０に示す。

まず、図５〜７の結果より、実施例のラフィングエンドミルでは、切削長２０ｍまでは外周刃６の先端部に欠損は認められず、切削長２５ｍに達したところで欠損が発生して切削加工を中止した。このことから、本発明によれば、ギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面を外周刃６の先端部に達するように形成するだけでも、十分な欠損抑制効果が得られていることが分かる。

また、図８〜図１０の結果より、変形例のラフィングエンドミルでは、切削長２５ｍでも外周刃６の先端部に欠損は認められなかったことが分かる。このことは、外周刃６と底刃８のコーナ部に面取り部を形成することにより、一層確実に外周刃６の先端部における欠損を防止することができることが分かる。

１ エンドミル本体
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
６ 外周刃
７ ギャッシュ
８ 底刃
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｗ１ 凸円弧状部
Ｅ 凸円弧状部Ｗ１の最もエンドミル本体１の外周側に凸となる頂点
Ｗ２ 凹円弧状部
Ｄ 凹円弧状部Ｗ２の最もエンドミル本体１の内周側に凹となる底点
Ｗ３ 傾斜直線状部
Ｒ１ 凸円弧状部Ｗ１の半径
Ｒ２ 凹円弧状部Ｗ２の半径
Ｐ 波状切刃のピッチ
Ｈ 波状切刃の高さ
Ｌ 傾斜直線状部Ｗ３の傾斜直線状部Ｗ３に沿った方向の長さ

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に延びる切屑排出溝が周方向に間隔をあけて複数条形成され、上記切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の先端側辺稜部には上記エンドミル本体の内周側から外周側に延びる底刃が、上記壁面の外周側辺稜部には外周刃が形成され、
   上記外周刃は、上記軸線回りの回転軌跡において上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸円弧状部と、上記エンドミル本体の内周側に凹となる凹円弧状部とが上記軸線方向に交互に配設されるとともに、これら凸円弧状部と凹円弧状部の端部に接して上記凸円弧状部と凹円弧状部を結ぶ傾斜直線状部を備えた一定のピッチで上記エンドミル本体の径方向に凹凸する波状切刃であり、
   周方向に隣接する上記外周刃同士で上記波状切刃の位相が上記軸線方向にずらされたラフィングエンドミルであって、
   上記軸線回りの回転軌跡において、上記波状切刃のピッチをＰ、上記凸円弧状部の最も上記エンドミル本体の外周側に凸となる頂点と上記凹円弧状部の最も上記エンドミル本体の内周側に凹となる底点との上記軸線に対する半径方向の間隔である上記波状切刃の高さをＨ、上記凸円弧状部の半径をＲ１、上記凹円弧状部の半径をＲ２としたときに、次式（１）が満たされることを特徴とするラフィングエンドミル。
   
2. 上記傾斜直線状部の該傾斜直線状部に沿った方向の長さＬが０．０５×Ｐ〜０．２×Ｐの範囲であ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. 上記外周刃と上記底刃とのコーナ部には、上記エンドミル本体の外周側に向かうに従い該エンドミル本体の後端側に延びる面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラフィングエンドミル。