JP2023050214A

JP2023050214A - エンドミル

Info

Publication number: JP2023050214A
Application number: JP2021160219A
Authority: JP
Inventors: 岳史鈴木; Takeshi Suzuki; 匡平金田; Kyohei Kaneda
Original assignee: NS Tool Co Ltd
Current assignee: NS Tool Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-11

Abstract

【課題】加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供する。【解決手段】本発明に係るエンドミルは、中心軸線回りに回転可能な工具本体１０の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、切刃部は、工具本体１０の径方向外側に位置し、すきま角が０°以上２°以下である第１すきま角部２３ａと、工具本体１０の径方向内側に位置し、すきま角が３°以上１０°以下である第２すきま角部２３ｂと、を備え、切刃部の底刃２番角が１０°以上２０°未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、エンドミルに関する。

切削面における加工面粗さを向上することを目的として、有効長を工具径の３倍以上として、送り速度を上げた場合でも切削抵抗を低減し、びびり振動を抑制することができるエンドミルが開示されている（特許文献１）。このエンドミルは２段階のすきま角を備える。特に外周側のすきま角は０°以上２°以下としている。すきま角が小さい（０°付近）と、加工面が滑らかにすることができる。しかしながら、切削時の切削抵抗が大きくなる。従って切削時に発熱したり、刃先の摩耗が進行しやすくなったりする。このため、上述のすきま角の範囲限定のみでは、加工面の面質向上と工具の耐摩耗性の両立が難しい。

特許第５０８８６７８号公報

上述のように、被削材の仕上げ加工面（特に底面）の面粗さを向上するためには、エンドミルの先端（刃先）におけるすきま角を小さくすることが好ましい。
しかしながら、エンドミルの先端のすきま角が小さい場合、切削時に刃先が被削材に接する領域が大きくなる。すると、刃先の摩耗の進行が早くなる。よって、切削面の表面において切削痕や毟れが発生する原因となる。よって、これらを除去する加工が別途必要となる場合があることから、このような除去加工を削減若しくは低減したい旨の課題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るエンドミルは、中心軸線回りに回転可能な工具本体の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、前記切刃部は、前記工具本体の径方向外側に位置し、すきま角が０°以上２°以下である第１すきま角部と、前記工具本体の径方向内側に位置し、すきま角が３°以上１０°以下である第２すきま角部と、を備え、前記切刃部の底刃２番角が１０°以上２０°未満である。

この発明によれば、第１すきま角部のすきま角が０°以上２°以下である。よって、加工面の安定性を確保し、理論面粗さを向上することができる。第２すきま角部のすきま角が３°以上１０°以下である。よって、切刃部の先端の径方向の摩耗を抑え、切削抵抗を低減することができる。また、切削時は第１すきま角部と第２すきま角部との両方によって被削材を切削するが、第１すきま角部の輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。よって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立することができる。
切刃部の底刃２番角が１０°以上２０°未満であることで、切刃部の摩耗による接触面積を減らすことができる。これにより、摩擦による発熱を抑えることができる。また、切刃部の接触面積を減らし、切削負荷を下げることで、耐欠損性を向上することができる。よって、加工面の安定性を向上することができる。

また、前記切刃部の径方向における前記第１すきま角部の寸法が、前記切刃部の直径の１．５％以上７％以下であってもよい。

この発明によれば、第１すきま角部の寸法が、切刃部の直径の１．５％以上７％以下であることで、理論面粗さの向上と切削抵抗の低減を最善の効率で両立することができる。

また、前記工具本体が超硬素材により形成され、前記切刃部がサーメット素材により形成されてもよい。

この発明によれば、工具本体が超硬素材により形成され、切刃部がサーメット素材により形成される。工具本体を超硬素材により形成することで、スクエアエンドミル及びラジアスエンドミルの形成を容易とすることができる。よって、高い切削性を備えたスクエアエンドミル及びラジアスエンドミルを、効率的に量産することができる。

本発明によれば、加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供することができる。

エンドミルの第１例である。図１の右側面図である。図１のＩＩＩ部の拡大図である。エンドミルの第２例である。図４の右側面図である。図４のＶＩ部の拡大図である。エンドミルの回転方向を示す図である。図７のＶＩＩＩ部の拡大図である。本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、すきま角の違いによる底刃摩耗状態の差を示す比較図である。本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、底刃２番角の違いによる底刃摩耗状態の差を示す比較図である。超硬素材とサーメット素材とを首下部で接合した例である。超硬素材とサーメット素材とを首角部で接合した例である。

以下、本発明の実施形態によるエンドミルについて添付図面に基づいて説明する。
図１、図２、図３は本発明の第一実施形態による切削工具としての第１エンドミル１００（エンドミル）を示すものである。第１エンドミル１００は例えば４枚刃のスクエアエンドミルである。図１において、実施形態による第１エンドミル１００は、略円柱状に形成されていて中心軸線Ｏを中心に回転可能な工具本体１０とその先端部に形成された第１切刃部２０（切刃部）とを備えている。本明細書では中心軸線Ｏに沿った第１切刃部２０側を先端側といい、主軸に連結する反対側を基端側、後方というものとする。

本実施形態に係る第１エンドミル１００は、例えば、炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）や合金鋼（ＳＣＭ４４０）を被削材として、ゴム型や部品の加工の為に用いられる。
工具本体１０は、第１エンドミル１００において基端側に位置する。工具本体１０の基端は、マシニングセンタなどの工作機械に取り付けられる。工具本体１０は、例えば、超硬合金が好適に用いられる。

第１切刃部２０は、第１エンドミル１００において先端側に位置する。第１切刃部２０は、底刃と外周刃２２との境界に丸みがほとんどない、いわゆるスクエアエンド形状である。つまり、第１エンドミル１００は、いわゆるスクエアエンドミルである。

第１切刃部２０は、例えば、サーメット素材が用いられる。工具本体１０の超硬合金と、第１切刃部２０のサーメット素材とは、図１に示す接合部Ｅにおいてロウ付け等によって接合される。第１エンドミル１００において第１切刃部２０を形成する際は、超硬合金とサーメット素材とが接合された状態で共加工する。

接合部Ｅは、例えば、図１１に示すように、第１エンドミル１００における首下部ＮＵに設けられる。また、図１２に示すように、第１エンドミル１００における首角部ＮＡに設けられてもよい。
あるいは、第１切刃部２０にサーメット素材を用いずに、第１エンドミル１００全体が超硬合金のみによって形成されてもよい。

図２に示す第１切刃部２０の先端面２１には、その回転中心をなす中心軸線Ｏに対して、対向する一対の外周刃２２から中心軸線Ｏに向けて例えば直線状に延びる一対の長刃２３Ｌが回転対称に形成されている。一対の長刃２３Ｌが対向して延びる中心側において中心軸線Ｏを挟んで所定厚みの芯上がりが形成されている。芯上がりとは、長刃２３Ｌが中心軸線Ｏを通過せずに、中心軸線Ｏに対して回転方向ＤＲの側に移動した位置に設けられている場合をいう。また、長刃２３Ｌが中心軸線Ｏを通過せずに、中心軸線Ｏに対して回転方向ＤＲの反対の側に移動した位置に設けられている場合を、芯下がりということがある。

図１において、第１切刃部２０の先端側で中心軸線Ｏに直交する仮想線を基準線Ｌとして、長刃２３Ｌは外周刃２２との接続部である外周端から中心軸線側に向けて基端側に傾斜している。その傾斜は、工具本体１０の径方向外側に位置する第１すきま角部２３ａと、径方向内側に位置する第２すきま角部２３ｂと、によって段階的に変化する。以下、基準線Ｌに対する第１すきま角部２３ａ及び第２すきま角部２３ｂの傾斜角（すきま角）を、それぞれ第１すきま角θａ、第２すきま角θｂ、と呼称する。
本実施形態において、第１すきま角θａは０°以上２°以下であり、より好ましくは０．５°以上１．５°以下の範囲で設定される。第２すきま角θｂは３°以上１０°以下であり、より好ましくは４°以上８°以下の範囲で設定される。また、第１切刃部２０の、基準線Ｌに直交する方向（径方向）において、第１すきま角部２３ａの寸法は、加工面質と工具摩耗を考慮の上、第１切刃部２０の直径の１．５％以上７％以下（０．０１５Ｄ～０．０７Ｄ）の範囲に設定されている。なお、第１すきま角部２３ａの寸法は、一刃送り量の５倍とすることが好ましい。

図７に示すように、第１エンドミル１００は中心軸線Ｏを回転中心として回転方向ＤＲに回転しながら被削材に接する。このとき、図８に示すように、第１すきま角θａと第２すきま角θｂとが段階的に変化する。このことで、第１切刃部２０の先端面２１によって被削材を切削するとき、第１すきま角部２３ａと第２すきま角部２３ｂとの両方によって被削材を切削するが、第１すきま角部２３ａの輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。つまり、摩耗幅Ｗの長さを短くしながら、被削材の表面を第１すきま角部２３ａのみによって被削材を切削したのと同様の状態にすることができる。更に、上述のように第１すきま角θａを０°以上２°以下、より好ましくは０．５°以上１．５°以下とすることで、理論面粗さの向上を図る。また、第２すきま角θｂを３°以上１０°以下、より好ましくは４°以上８°以下とすることで、第１切刃部２０の摩耗を抑え、構成刃先の発生を抑え、更に切削抵抗を低減する。

先端面２１における各長刃２３Ｌの回転方向前方側には、一対の短刃２３Ｓがそれぞれ形成されている。短刃２３Ｓも外周面の外周刃２２に連続して径方向中心側に向けて例えば直線状に延びている。
図３において、短刃２３Ｓは外周刃２２との接続部である外周端から中心軸線側に向けて基端側に傾斜している。その傾斜は、長刃２３Ｌと同様に、第１すきま角部２３ａと、第２すきま角部２３ｂと、によって段階的に変化する。また、第１すきま角θａ及び第２すきま角θｂの大きさは、長刃２３Ｌと短刃２３Ｓとで共通である。

先端面２１において、それぞれ対向して回転対称に形成された２枚の長刃２３Ｌと２枚の短刃２３Ｓは底刃とされている。長刃２３Ｌと短刃２３Ｓは芯上がりに形成されているが、芯下がりに形成されていてもよい。
先端面２１における中心軸線Ｏの周囲には、底刃の回転方向前側に基端側に向けて凹状に切除されたギャッシュ溝２４が所定間隔で４つ形成されている。ここで、長刃２３Ｌの回転方向前方に形成されたギャッシュ溝２４を長刃ギャッシュ溝２４Ａ、短刃２３Ｓの回転方向前方に形成されたギャッシュ溝２４を短刃ギャッシュ溝２４Ｂと呼称するものとする。

先端面２１において、各ギャッシュ溝２４とその回転方向ＤＲの後方側に形成された２番逃げ面２５との交差稜線部が長刃２３Ｌである。２番逃げ面２５の回転方向後方側には３番逃げ面２６が形成されている。長刃２３Ｌの回転方向ＤＲの前方側に形成された長刃ギャッシュ溝２４Ａに長刃すくい面２４ａが形成されている。長刃２３Ｌの２番逃げ面２５は例えば凸曲面状または平面状に形成され、その回転軌跡が長刃２３Ｌによる加工面を擦過しないように基端側に後退して正の逃げ角が設定されている。各長刃２３Ｌの長刃ギャッシュ溝２４Ａは後端側が切屑排出溝２７に沿って延びて接続されて基端側に延びていると共に、先端側は芯上がりに沿って中心軸線Ｏを超えて反対側に延びている。

また、先端面２１において、各ギャッシュ溝２４とその回転方向後方側に形成された２番逃げ面２５との交差稜線部が短刃２３Ｓである。２番逃げ面２５の回転方向後方側には３番逃げ面２６が形成されている。短刃２３Ｓの回転方向前方側に形成された短刃ギャッシュ溝２４Ｂに短刃すくい面２４ｂが形成されている。短刃２３Ｓの２番逃げ面２５は例えば凸曲面状または平面状に形成され、その回転軌跡が短刃２３Ｓによる加工面を擦過しないように基端側に後退した正の逃げ角が設定されている。各短刃２３Ｓの短刃ギャッシュ溝２４Ｂは後端側が切屑排出溝２７に接続されるように基端側に延びていると共に、先端側は短刃２３Ｓの中心軸線側に向けてその近傍まで延びている。

第１エンドミル１００における中心軸線Ｏに直交する断面と、２番逃げ面２５との角度を、底刃２番角θ２と呼称する。本実施形態において、底刃２番角θ２は１０°以上２０°未満であり、より好ましくは１２°以上１７°以下の範囲に設定されている。これにより、摩耗による接触面積を減らし、摩擦による発熱を抑える。

図４、図５、図６は本発明の第２実施形態による切削工具としての第２エンドミル２００を示すものである。以下、第２エンドミル２００においては、第１エンドミル１００における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４において、第２エンドミル２００は、略円柱状に形成されていて中心軸線Ｏを中心に回転される工具本体１０とその先端部に形成された第２切刃部２２０（切刃部）とを備えている。第１エンドミル１００と第２エンドミル２００とは、工具本体１０を備えている点で同じであるが、第２エンドミル２００は第２切刃部２２０を備えている点で相違する。

第２切刃部２２０は、第２エンドミル２００において先端側に位置する。第２切刃部２２０は、底刃と外周刃２２との境界にコーナ部Ｒを備える、いわゆるラジアスエンド形状である。つまり、第２エンドミル２００は、いわゆるラジアスエンドミルである。第２エンドミル２００は、第１エンドミル１００の構成に加えてコーナ部Ｒを備える点で相違し、その他の構成は同じである。

次に、本実施形態に係る第１切刃部２０の先端形状、第１すきま角θａ、第２すきま角θｂ、及び底刃２番角θ２を備えることによる被削材の加工面への影響につき、下記の性能試験により確認を行った。
被削材はＳ５０Ｃとした。回転数を１３２７０ｍｉｎ^－１とした。送り速度は１６００ｍｍ／ｍｉｎとした。軸方向の切り込み深さａｐを０．０５ｍｍとした。径方向の切り込み深さａｅを３．６ｍｍとした。クーラントはオイルミストを使用した。また、切刃部の直径は６ｍｍ、首下長さを２０ｍｍ、第１すきま角θａを１°、第２すきま角θｂを５°とした。

図９において、本実施形態に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、すきま角の違いによる底刃の摩耗状態の違いの結果を示す。図内上側に示す、すきま角が１°である従来品は、２７０ｍ加工後の底刃の摩耗幅Ｗが１．０３ｍｍであった。これに対して、図内下側に示す、本実施形態に係る第１すきま角θａを１°、第２すきま角θｂを５°としたエンドミルは、摩耗幅Ｗが０．３９５ｍｍであり、従来品の半分以下となることが確認できた。よって、工具摩耗を抑制することを確認した。更に、加工面においても、従来品においては切削痕が発生している。これに対し、本実施形態に係るエンドミルにおいては切削痕が発生していないことが確認できた。

図１０において、本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、底刃２番角θ２の違いによる底刃の摩耗状態の差の結果を示す。図内上側に、切削距離を１８０ｍ、加工時間を２時間とした場合における、底刃２番角θ２がそれぞれ７°、１５°、２０°のエンドミルに係る結果を示す。図内下側に、切削距離を２７０ｍ、加工時間を３時間とした場合における、底刃２番角θ２がそれぞれ７°、１５°、２０°のエンドミルに係る結果を示す。

切削距離を１８０ｍ、加工時間を２時間とした場合において、底刃２番角θ２が７°の場合に摩耗幅Ｗが抑制できていないことを確認した。底刃２番角θ２が１５°の場合においては、摩耗幅Ｗが抑制され、問題ないことを確認した。底刃２番角θ２が２０°の場合は、刃先が欠けため、２時間以降の加工の継続が不可との結果になった。このため、底刃２番角θ２は２０°未満が好ましいことを確認した。

切削距離を２７０ｍ、加工時間を３時間とした場合において、底刃２番角θ２が７°の場合には刃先の欠けは発生しなかったものの、摩耗が大きいことから火花が発生し、３時間以降の加工の継続が不可との結果になった。底刃２番角θ２が１５°の場合においては、刃先の欠けや摩耗が大きいといった問題が生じることなく、３時間以降も加工の継続が可能であり、摩耗幅Ｗの抑制及び耐欠損性に優れていることを確認した。
以上から、本実施形態に係るエンドミルの刃先の各諸元は、第１すきま角θａを１°、第２すきま角θｂを５°、底刃２番角θ２を１５°とすることが最も好ましいことを確認した。

以上説明したように、本実施形態に係るエンドミルによれば、第１すきま角部２３ａのすきま角が０°以上２°以下である。よって、加工面の安定性を確保し、理論面粗さを向上することができる。第２すきま角部２３ｂのすきま角が３°以上１０°以下である。よって、切刃部の先端の径方向の摩耗を抑え、切削抵抗を低減することができる。また、切削時は第１すきま角部２３ａと第２すきま角部２３ｂとの両方によって被削材を切削するが、第１すきま角部２３ａの輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。よって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立することができる。
切刃部の底刃２番角が１０°以上２０°未満であることで、切刃部の摩耗による接触面積を減らすことができる。これにより、摩擦による発熱を抑えることができる。また、切刃部の接触面積を減らし、切削負荷を下げることで、耐欠損性を向上することができる。よって、加工面の安定性を向上することができる。

また、第１すきま角部２３ａの寸法が、切刃部の直径の１．５％以上７％以下であることで、理論面粗さの向上と切削抵抗の低減を最善の効率で両立することができる。

また、工具本体１０が超硬素材により形成され、切刃部がサーメット素材により形成される。工具本体１０を超硬素材により形成することで、スクエアエンドミル及びラジアスエンドミルの形成を容易とすることができる。よって、高い切削性を備えたスクエアエンドミル及びラジアスエンドミルを、効率的に量産することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１切刃部２０の刃数は、被削材等の条件等を適宜検討の上、２枚刃であってもよいし、３枚刃であってもよいし、その他任意の刃数に設定してよい。
また、各２枚の長刃２３Ｌと短刃２３Ｓは周方向に不等分割に配置されていてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０工具本体
２３ａ第１すきま角部
２３ｂ第２すきま角部
Ｏ中心軸線
θａ第１すきま角
θｂ第２すきま角

Claims

中心軸線回りに回転可能な工具本体の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、
前記切刃部は、
前記工具本体の径方向外側に位置し、すきま角が０°以上２°以下である第１すきま角部と、
前記工具本体の径方向内側に位置し、すきま角が３°以上１０°以下である第２すきま角部と、
を備え、
前記切刃部の底刃２番角が１０°以上２０°未満である、
エンドミル。
前記切刃部の径方向における前記第１すきま角部の寸法が、前記切刃部の直径の１．５％以上７％以下である、
請求項１に記載のエンドミル。
前記工具本体が超硬素材により形成され、前記切刃部がサーメット素材により形成される、
請求項１又は２に記載のエンドミル。