JP2019177474A - ラフィングエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】外周刃のチッピングを抑え、耐久性を高めることのできるラフィングエンドミルを提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転可能なエンドミル本体２と、エンドミル本体の軸線方向の先端から基端側へ向けて延び、径方向に凹凸する波状に形成された波形部１３を有する複数の外周刃１０と、を備えるラフィングエンドミルにおいて、エンドミル本体は、エンドミル本体の先端から基端側へ向かうに従ってエンドミル本体の回転方向に沿って延びる螺旋状の切屑排出溝５を有し、外周刃は、切屑排出溝の回転方向を向く面の径方向外側の端部に設けられ、周方向に隣接する外周刃同士の波形部は、エンドミル本体を回転させたときに波形部の凸部１１がエンドミル本体の基端側へ進むように位相がずらされている。【選択図】図１

Description

本発明は、ラフィングエンドミルに関する。

ラフィングエンドミルは、軸線回りに回転可能なエンドミル本体と、エンドミル本体の軸線方向の先端から基端側へ向けて延び、径方向に凹凸する波状に形成された波形部を有する複数の外周刃と、を備える。

例えば特許文献１には、このようなラフィングエンドミルとして、外周刃（波状切れ刃）における波形部のピッチをＰとしたとき、外周刃のすくい面と被削材の接触部の切れ刃中心位置を、波形部の頂点から（０．１〜０．２）×Ｐの距離とした構成が開示されている。特許文献１では、上記構成により外周刃の波形部の頂部に加わる衝撃力を分散させ、外周刃のチッピングを抑えている。

特開平８−１１２７０９号公報 特開２０１６−１９０３００号公報

特許文献１に記載のラフィングエンドミルによれば、外周刃の波形部の凸部でチッピングが生じにくくなる。しかし、外周刃の凹凸形状が、エンドミル本体を回転させたときに、波形部の凸部がエンドミル本体の基端から先端へ向かって進む螺旋状である場合、エンドミル本体の先端側に位置する外周刃の先端部（先端刃）でチッピングが生じるという問題がある。

これは、エンドミル本体が回転するにしたがって、外周刃の先端部において、波形部の凸部の位相が最も基端側に戻るとき、外周刃の先端部における取り代が、エンドミル本体の軸方向に広くなる。このため、波形部よりも先端側の部分の外周刃においてチッピングが生じやすくなると考えられる。

本発明は、外周刃のチッピングを抑え、耐久性を高めることのできるラフィングエンドミルを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様のラフィングエンドミルは、軸線回りに回転可能なエンドミル本体と、前記エンドミル本体の軸線方向の先端から基端側へ向けて延び、径方向に凹凸する波状に形成された波形部を有する複数の外周刃と、を備えるラフィングエンドミルにおいて、前記エンドミル本体は、前記エンドミル本体の先端から基端側へ向かうに従って前記エンドミル本体の回転方向に沿って延びる螺旋状の切屑排出溝を有し、前記外周刃は、前記切屑排出溝の前記回転方向を向く面の径方向外側の端部に設けられ、周方向に隣接する前記外周刃同士の波形部は、前記エンドミル本体を回転させたときに前記波形部の凸部が前記エンドミル本体の基端側へ進むように位相がずらされている。

この構成によれば、外周刃が、エンドミル本体の先端から基端側へ向かうに従ってエンドミル本体の回転方向に沿って延びる螺旋状とされ、かつ、複数の外周刃の波形部の凸部を、エンドミルを回転させたときにエンドミル本体の基端側へ進むように位相をずらして配置したことにより、外周刃の波形部の凸部におけるチッピングと、外周刃の先端部におけるチッピングの両方を抑制できる。本発明の態様によれば、耐久性に優れるラフィングエンドミルが提供される。

また、前記エンドミル本体の外径をＤとし、前記外周刃の波形部において、前記エンドミル本体の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線に平行な断面を切ったとき、前記凸部において、前記エンドミル本体の基端側に位置する前記断面の角部の内角が１０°以上４５°以下である構成としてもよい。
また、前記角部の内角が１５°以上４０°以下である構成としてもよい。
また、前記角部の内角が２０°以上３５°以下である構成としてもよい。

このようにすることで、波形部の凸部が過度に薄くなるのを抑えつつ、波形部の凸部における取り代の幅が狭く、かつ深くなるのを抑えることができる。これにより、外周刃のチッピングを抑えることができる。

本発明の態様によれば、外周刃のチッピングが抑えられ、耐久性が高められたラフィングエンドミルが提供される。

図１は、実施形態のラフィングエンドミルを示す斜視図である。 図２は、図１に示すラフィングエンドミルの側面図である。 図３は、図１に示すラフィングエンドミルを軸線方向先端側から見た拡大正面図である。 図４は、図１に示ラフィングエンドミルの外周刃の展開図である。 図５は、図１に示すラフィングエンドミルの外周刃の波形部において、エンドミル本体の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線に平行な断面を切ったときの、凸部の断面形状を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態のラフィングエンドミルを示す斜視図である。図２は、図１に示すラフィングエンドミルの側面図である。図３は、図１に示すラフィングエンドミルを軸線方向先端側から見た拡大正面図である。図４は、図１に示ラフィングエンドミルの外周刃の展開図である。図５は、図１に示すラフィングエンドミルの外周刃の波形部において、エンドミル本体の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線に平行な断面を切ったときの、凸部の断面形状を示す図である。

図１、図２に示すように、本実施形態におけるエンドミル本体２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いる。エンドミル本体２の基端２ｂ側（図１において右上側、図２において右側）部分は円柱状のシャンク部３とされている。エンドミル本体２の先端側（図１において左下側、図２において左側）部分は切刃部４とされている。
ラフィングエンドミル１は、シャンク部３が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転されつつ、通常は軸線Ｏに直交する方向に送り出されて被削材に切削加工を施す。

切刃部４の外周には、エンドミル本体２の先端２ａから基端２ｂ側に向けて延びる切屑排出溝５が形成されている。切屑排出溝５の回転方向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４の外周面を外周逃げ面１０ｆとする外周刃１０が形成されている。本実施形態では、切刃部４に４条の切屑排出溝５が周方向に間隔をあけて形成され、従って外周刃１０も４枚が周方向に間隔をあけて形成されている。

図３に示すように、各々の切屑排出溝５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が形成されている。これらのギャッシュ７の回転方向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が外周刃１０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１は、底刃８が軸線Ｏに直交する平面に略沿うように延びて、外周刃１０の先端部に形成される後述する先端刃１４と略直角に交差するスクエアタイプのソリッドラフィングエンドミルとされている。

図１、図２に示すように、各々の外周刃１０は、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の先端２ａから基端２ｂ側へ向けて延びている。各々の外周刃１０は、エンドミル本体２の先端２ａから基端２ｂ側へ向かうに従って、エンドミル本体２の回転方向Ｔの前方側に捻れて延びる螺旋状に形成されている。本実施形態では、４枚の螺旋状の外周刃１０は、各々の外周刃１０の外周逃げ面１０ｆにおいて回転方向Ｔ前方側の刃先部１０ｓがなす軸線Ｏ方向に対する捩れ角が互いに等しくなるように形成されている。また、４枚の外周刃１０の周方向の間隔も互いに等しくなるように形成されている。

各々の外周刃１０は、波形部１３と、先端刃１４と、を備えている。波形部１３は、螺旋状に連続する外周刃１０において、エンドミル本体２の先端２ａから僅かに間隔をあけた位置から基端２ｂ側に向かって、径方向に凹凸する波状に形成されている。すなわち、波形部１３は、螺旋状に連続する外周刃１０に、凸部１１と凹部１２とが交互に連続することで形成されている。

図１、図２、図４に示すように、波形部１３の各々の凸部１１は、エンドミル本体２の径方向外側に突出している。波形部１３の各々の凹部１２は、外周刃１０が螺旋状に連続する方向において互いに隣り合う凸部１１同士の間で、エンドミル本体２の径方向内側に窪んでいる。螺旋状に連続する外周刃１０の波形部１３において、各々の凸部１１の頂部の軸線Ｏからの径方向の位置は、同一とされている。

各々の凸部１１は、回転方向Ｔの前方から見たときに、その頂部が、所定の曲率半径を有する円弧状に形成されている。各々の凹部１２は、回転方向Ｔの前方から見たときに、その底部が、所定の曲率半径を有する円弧状に形成されている。ここで、外周刃１０の波形部１３に形成された複数の凸部１１間で、頂部の曲率半径は同一とされている。同様に、外周刃１０の波形部１３に形成された複数の凹部１２間で、底部の曲率半径は同一とされている。凸部１１の頂部の曲率半径と、凹部１２の底部の曲率半径とは、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、外周刃１０の波形部１３において、外周刃１０が螺旋状に連続する方向において互いに隣り合う凸部１１同士の間隔（ピッチ）は、一定に形成されている。

先端刃１４は、図４に示すように、各々の外周刃１０において、エンドミル本体２の先端２ａに最も近い凹部１２ｓよりも、先端２ａ側に形成されている。先端刃１４は、凹部１２ｓにおける先端２ａ側の傾斜面に連続して形成されている。先端刃１４は、軸線Ｏからの径方向の位置が、外周刃１０が螺旋状に連続する方向において一定となるよう、凹凸せずに形成されている。先端刃１４の軸線Ｏからの径方向の位置は、凸部１１の頂部における径方向の位置と同一とされている。このような先端刃１４は、エンドミル本体２の先端２ａにおいて、底刃８と交差している。

エンドミル本体２に形成された４枚の外周刃１０の波形部１３は、上記したような凸部１１の頂部の軸線Ｏからの径方向の位置、凸部１１の頂部および凹部１２の凹部の曲率半径、互いに隣り合う凸部１１同士の間隔、先端刃１４の軸線Ｏにおける径方向の位置は、それぞれ、互いに等しく形成されている。

図４に示すように、エンドミル本体２に形成された４枚の外周刃１０の波形部１３は、エンドミル本体２を回転方向Ｔに回転させたときに、波形部１３に形成された複数の凸部１１が、エンドミル本体２の基端２ｂ側（図４において右方）へ順次進むように位相がずらされている。すなわち、これらの外周刃１０の波形部１３は、基準の外周刃１０Ａから回転方向Ｔとは反対側に並ぶ外周刃１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄへと１周するまでの間に、図４に矢線で示すようにこの波形部１３の複数の凸部１１の位相が、エンドミル本体２の基端２ｂ側に向けて順次ずらされている。基準の外周刃１０Ａと、この外周刃１０Ａに回転方向Ｔの後方側で隣接する外周刃１０Ｂとの位相のズレ量Ｑは、外周刃１０Ｂと外周刃１０Ｃとの位相のズレ量Ｑ、および外周刃１０Ｃと外周刃１０Ｄとの位相のズレ量Ｑと同一とされている。

４枚の先端刃１４は、外周刃１０が螺旋状に連続する方向における長さが互いに異なっている。これは、４枚の外周刃１０の間における、波形部１３の凸部１１の位相がずらされていることによる。

上記のような外周刃１０において、エンドミル本体２の外径をＤとし、外周刃１０の波形部１３において、エンドミル本体２の外径端から径方向内側に０．２％×Ｄの深さ位置で軸線Ｏに平行な断面を切ったとき、各々の凸部１１の断面形状は、図５に示すようなものとなる。すなわち、各々の凸部１１の断面は、回転方向Ｔの前方側（外周刃１０の刃先部１０ｓ側）の端部１１ｅが、エンドミル本体２の基端２ｂ側（図５において右方）から先端２ａ側（図５において左方）に向かって、回転方向Ｔの反対方向に傾斜している。図５に示す破線Ｃは、凸部１１の頂点位置を示す。

凸部１１の回転方向Ｔの前方側の端部１１ｅにおいて、軸線Ｏ方向（図５において左右方向）に対する傾斜角度は、外周刃１０のねじれ角と同一である。また、各凸部１１の断面において、回転方向Ｔ後方側の端部１１ｆは、回転方向Ｔの後方に向かって膨出する凸曲線状となる。

外周刃１０の波形部１３において、エンドミル本体２の外径端から径方向内側に０．２％×Ｄの深さ位置は、本実施形態のラフィングエンドミル１で被削材を切削するときに、外周刃１０が被削材の表面に回転方向Ｔで突き当たる位置である。すなわち、図５に示した凸部１１の断面の形状は、各々の凸部１１が被削材を切削する部分における断面形状である。

本実施形態では、各々の凸部１１の断面において、エンドミル本体２の基端２ｂ側に位置する断面の角部１１ｃ、つまり基端２ｂ側における凸部１１の断面の端部１１ｅと端部１１ｆとがなす内角θが１０°以上４５°以下であるのが望ましい。また、基端２ｂ側における凸部１１の断面の端部１１ｅと端部１１ｆとがなす内角θは、１５°以上４０°以下であるのがさらに望ましい。さらに、この内角θの特に望ましい範囲は、２０°以上３５°以下である。

内角θが、上記範囲を下回ると、凸部１１の基端２ｂ側で、回転方向Ｔにおける凸部１１の厚さが薄くなりすぎ、凸部１１にチッピングが生じてしまう場合がある。また、内角θが上記範囲を越えると、各々の凸部１１における取り代が、軸線Ｏ方向における幅寸法が狭く、かつ深くなり、この場合にも凸部１１のチッピングが生じやすくなる。

このようなラフィングエンドミル１は、前述したように、軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転されつつ、軸線Ｏに直交する方向に送り出されて、複数の外周刃１０で順次被削材を切削する。
このとき、複数の外周刃１０の波形部１３の凸部１１が、エンドミル本体２を回転させたときに基端２ｂ側へ進むように位相がずれている。このため、外周刃１０の各凸部１１、および先端刃１４においては、それぞれ基端２ｂ側の部分で被削材を切削する。したがって、最も先端２ａ側に位置する先端刃１４において、エンドミル本体２が１周して外周刃１０Ｄから外周刃１０Ａに戻るときに、軸線Ｏ方向における被削材の切削幅が大きくなることがない。このため、エンドミル本体２の先端２ａ側における外周刃１０のチッピングを抑えることができる。

また、各外周刃１０は、エンドミル本体２の先端２ａから基端２ｂ側へ向かうに従ってエンドミル本体２の回転方向Ｔの前方側に捻れて延びる螺旋状である。これにより、複数の外周刃１０の波形部１３の凸部１１において、主に、エンドミル本体２の基端２ｂ側の部分１１ｘで被削材の切削を行う。凸部１１において基端２ｂ側の部分１１ｘでは、被削材の取り代は、軸線Ｏ方向における幅が広く、かつ浅くなる。このため、外周刃１０の波形部１３の凸部１１でチッピングが生じにくくなる。

このように、上記構成のラフィングエンドミル１では、外周刃１０が、エンドミル本体２の先端２ａから基端２ｂ側へ向かうに従ってエンドミル本体２の回転方向Ｔに沿って延びる螺旋状であり、かつ、エンドミル本体２を回転させたときに、複数の外周刃１０の波形部１３の凸部１１が、エンドミル本体２の基端２ｂ側へ進むように位相がずれている。これにより、外周刃１０の波形部１３の各凸部１１、およびエンドミル本体２の先端２ａ側の先端刃１４のチッピングを抑えることができる。したがって、外周刃１０のチッピングを抑えてラフィングエンドミル１の耐久性を高めることが可能となる。

また、エンドミル本体２の外径をＤとし、外周刃１０の波形部１３において、エンドミル本体２の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線Ｏに平行な断面を切ったとき、各凸部１１において、エンドミル本体２の基端２ｂ側に位置する断面の角部１１ｃの内角θが１０°以上４５°以下とあるようにした。これにより、波形部１３の凸部１１が過度に薄くなるのを抑えつつ、波形部１３の凸部１１における取り代の幅が狭く、かつ深くなるのを抑えることができる。これによっても、外周刃１０のチッピングを抑え、ラフィングエンドミル１の耐久性を高めることが可能となる。

（実験例）
ここで、上記したようなラフィングエンドミル１において、凸部１１の断面の角部１１ｃの内角θを複数段階に異ならせて実際に被削材の切削を行ったので、その結果を以下に示す。
ラフィングエンドミル１は、外径が２５ｍｍで、４枚の外周刃１０を備える４枚刃とした。また、各外周刃１０の波形部１３の各凸部１１は、エンドミル本体２の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線Ｏに平行な断面を切ったときの、エンドミル本体２の基端２ｂ側に位置する角部１１ｃの内角θが、８°、１０°、２０°、３５°、４３°、５０°の、計６種類のラフィングエンドミル１を用意した。
ラフィングエンドミル１の回転方向Ｔへの回転数は、５７３ｒｐｍ、切削速度は毎分４５ｍ、送り速度は毎分１１５ｍｍ、１刃当たりの送り量は０．０５ｍｍ／刃とした。
このような条件において、ラフィングエンドミル１により、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖのチタン合金からなる被削材に、切込み深さ２５ｍｍ、切削幅２５ｍｍの溝加工を、加工長１００ｍｍにわたって行った。

被削材の切削を終えた後、切削に用いたラフィングエンドミル１の外周刃１０におけるチッピングの発生状態を、目視により確認した。０．２ｍｍ以上のチッピングの発生数が３個所以下のものを「○」、４〜７個所のものを「△」、８個所以上のものを「×」とし、各ラフィングエンドミル１を評価した。
その結果を、表１に示す。

その結果、表１に示すように、凸部１１の断面の角部１１ｃの内角θを２０°、３５°としたものは「○」、内角θを１０°、４３°としたものは「△」、内角θを８°、５０°としたものは、「×」であった。
このように、上記実施形態で示したようなラフィングエンドミル１において、各凸部１１の断面の角部１１ｃの形状を、内角θが１０°以上４５°以下であるようにすることで、外周刃１０のチッピングの発生が抑えられることが確認された。

なお、上記実施形態では、外周刃１０の数を４枚としたが、これに限らない。外周刃１０の数は、６枚、８枚等、他の枚数であってもよい。

また、上記実施形態では、エンドミル本体２の切刃部４に外周刃１０が直接形成されたソリッドのラフィングエンドミル１に本発明を適用した場合について説明したが、例えば外周刃１０をエンドミル本体２にロウ付けしたロウ付けタイプのラフィングエンドミル１や、外周刃１０を形成する切削インサートがエンドミル本体２に着脱可能に取り付けられた刃先交換式のラフィングエンドミル１に本発明を適用することも可能である。

１ ラフィングエンドミル
２ エンドミル本体
２ａ 先端
２ｂ 基端
１０ 外周刃
１１ 凸部
１１ｃ 角部
１３ 波形部
１４ 先端刃
Ｏ 軸線
θ 内角

Claims (4)

1. 軸線回りに回転可能なエンドミル本体と、前記エンドミル本体の軸線方向の先端から基端側へ向けて延び、径方向に凹凸する波状に形成された波形部を有する複数の外周刃と、を備えるラフィングエンドミルにおいて、
   前記エンドミル本体は、前記エンドミル本体の先端から基端側へ向かうに従って前記エンドミル本体の回転方向に沿って延びる螺旋状の切屑排出溝を有し、
   前記外周刃は、前記切屑排出溝の前記回転方向を向く面の径方向外側の端部に設けられ、
   周方向に隣接する前記外周刃同士の波形部は、前記エンドミル本体を回転させたときに前記波形部の凸部が前記エンドミル本体の基端側へ進むように位相がずらされている、
   ラフィングエンドミル。
2. 前記エンドミル本体の外径をＤとし、
   前記外周刃の波形部において、前記エンドミル本体の外径端から０．２％×Ｄの深さ位置で軸線に平行な断面を切ったとき、
   前記凸部において、前記エンドミル本体の基端側に位置する前記断面の角部の内角が１０°以上４５°以下である、
   請求項１に記載のラフィングエンドミル。
3. 前記角部の内角が１５°以上４０°以下である、
   請求項２に記載のラフィングエンドミル。
4. 前記角部の内角が２０°以上３５°以下である、
   請求項２に記載のラフィングエンドミル。

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