JP2023143140A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】クーラント穴を備えない場合でも、切刃強度を保ちつつ十分な切屑排出性が得られるエンドミルを提供する。【解決手段】ボディと、ボディの先端に位置する３つの底刃と、ボディの外周面に位置し中心軸回りに螺旋状に捩れる３つの外周刃と、を備えるエンドミル。３つの底刃が配置されるエンドミル先端面に、３つのギャッシュが設けられる。３つの底刃の逃げ面は、エンドミル先端面の中心部において互いに繋がっている。３つのギャッシュのギャッシュノッチ角度は、２５°以上４５°以下である。３つのギャッシュのギャッシュすくい角は、５°以上２０°以下である。ギャッシュ底面の曲率半径は、工具径Ｄに対して０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄ以下の範囲内である。【選択図】図２

Description

本発明は、エンドミルに関する。

従来から、例えば特許文献１に開示されるように、底刃が設けられる先端面にクーラント穴を有するエンドミルが知られている。

特開２０１４－０８７８５９号公報

エンドミル先端面にクーラント穴がある場合、クーラントの圧力により、底刃の切屑排出性が大幅に向上するため、高能率加工が行いやすい。一方、エンドミル先端面にクーラント穴がない場合、低い切屑排出性を補うために、切屑排出のための大きなスペースが必要となる。しかし、単にスペースを大きくすると、底刃の後方の肉厚が薄くなって切刃強度が不足し、切刃の欠損や工具の折損を生じやすくなる課題があった。

本発明は、クーラント穴を備えない場合でも、切刃強度を保ちつつ十分な切屑排出性が得られるエンドミルを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様によれば、中心軸回りに回転されるエンドミルであって、中心軸に沿って延びるボディと、前記ボディの先端に位置する３つの底刃と、前記ボディの外周面に位置し中心軸回りに螺旋状に捩れる３つの外周刃と、を備えるエンドミルが提供される。前記３つの底刃が配置されるエンドミル先端面に、３つのギャッシュが設けられる。前記３つの底刃の先端逃げ面は、前記エンドミル先端面の中心部において互いに繋がっている。前記３つのギャッシュのギャッシュノッチ角度は、２５°以上４５°以下である。前記３つのギャッシュのギャッシュすくい角は、５°以上２０°以下である。前記３つのギャッシュは、凹曲面状のギャッシュ底面を有する。前記ギャッシュ底面の曲率半径は、工具径Ｄに対して０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄ以下の範囲内である。

上記態様によれば、３つの底刃の先端逃げ面が、エンドミル先端面の中心部で繋がっていることにより、中心軸付近における切刃強度を高めることができる。ギャッシュ底面が所定の曲率半径を有する凹曲面状とされることで、ギャッシュの壁面に切屑が引っ掛かりにくくなり、ギャッシュの壁面への応力集中も生じにくくなる。これにより、エンドミルの先端部における耐欠損性、耐折損性を向上させることができる。また、ギャッシュノッチ角度が２５°以上４５°以下、かつギャッシュすくい角γが５°以上２０°以下である構成とすることで、切刃強度と切屑排出性とを両立できるギャッシュ形状とすることができる。
以上により、上記態様によれば、切刃強度を保持しつつ切屑排出性を向上させたエンドミルが得られる。

前記３つのギャッシュのギャッシュすくい角は、１０°以上２０°以下である構成としてもよい。この構成により、さらなる高能率加工が可能となる。

ギャッシュノッチ角度は、３０°以上としてもよく、３５°以上としてもよい。ギャッシュノッチ角度は、４０°以下としてもよく、３７°以下としてもよい。
ギャッシュすくい角は、７°以上としてもよく、１０°以上としてもよい。ギャッシュすくい角は、１８°以下としてもよく、１６°以下としてもよい。

本発明の一態様によれば、クーラント穴を備えない場合でも、切刃強度を保ちつつ十分な切屑排出性が得られるエンドミルが提供される。

図１は、実施形態のエンドミルを示す斜視図である。 図２は、実施形態のエンドミルを先端側から見た図である。 図３は、実施形態のエンドミルの側面図である。 図４は、エンドミル先端面の部分斜視図である。 図５は、ギャッシュ底面の曲率半径の説明図である。 図６は、ギャッシュノッチ角の説明のために示す底刃周辺の側面図である。 図７は、ギャッシュすくい角の説明のために示す底刃周辺の側面図である。

図１は、実施形態のエンドミルを示す斜視図である。図２は、実施形態のエンドミルを先端側から見た図である。図３は、実施形態のエンドミルの側面図である。
図１に示す本実施形態のエンドミル１０は、中心軸Ｏを中心とした略円柱状である。本実施形態の場合、エンドミル１０は、中心軸Ｏを中心として回転される。したがって中心軸Ｏは、エンドミル１０の回転軸である。本明細書では、中心軸Ｏに沿って延びる方向を「軸方向」、中心軸Ｏに直交する方向を「径方向」、中心軸Ｏの軸回り方向を「周方向」と呼ぶ場合がある。

エンドミル１０は、例えば、超硬合金等の硬質材料からなる。エンドミル１０は、シャンク２とボディ３とを有する。シャンク２は、エンドミル１０の後端側（図３では上側）、ボディ３はエンドミル１０の先端側（図３では下側）に位置する。シャンク２は、本実施形態の場合、円柱状である。ボディ３は、シャンク２の先端から中心軸Ｏに沿って先端側へ延びる。ボディ３は、複数の切屑排出溝４と、複数の外周逃げ面１１とを有する。切屑排出溝４と外周逃げ面１１とのエンドミル回転方向Ｔ前方側の交差稜線部に外周刃７が形成されている。

エンドミル１０は、シャンク２が工作機械の主軸に把持されて中心軸Ｏの軸回りに沿ってエンドミル回転方向Ｔに回転させられる。エンドミル１０は、例えば、中心軸Ｏに垂直な方向に送り出され、ボディ３の切刃（外周刃７）によって被削材に切削加工を施す。

切屑排出溝４は、ボディ３の外周において、ボディ３の軸方向先端から後端に向かうに従って、エンドミル回転方向Ｔとは反対側に中心軸Ｏ回りに捩れて延びる。本実施形態では、ボディ３の外周面に、３つの切屑排出溝４が周方向に互いに間隔を空けて形成されている。

切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔの前方を向く壁面であるすくい面１２と、すくい面１２に隣接するボディ３の外周面である外周逃げ面１１との回転方向前方側の交差稜線部に、外周刃７が形成されている。本実施形態において、ボディ３は、３つの外周刃７を有している。

切屑排出溝４の先端部には、切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔの前方側を向く壁面に沿って凹溝状のギャッシュ５がそれぞれ形成されている。個々のギャッシュ５のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端縁には、上記壁面をすくい面とする３つの底刃６が、それぞれ外周刃７の先端から内周側（径方向内側）に向かって延びている。

本実施形態のエンドミル１０は、底刃６と外周刃７とがボディ３の外周端において所定角度で交差するスクエアエンドミルである。本実施形態のエンドミル１０は、底刃６と外周刃７とがコーナー刃を介して接続されるラジアスエンドミルとして構成することもできる。本実施形態では、各々の外周刃７は、軸方向の先端から後端に向かって一定の捩れ角で螺旋状に延びている。本実施形態では、３つの外周刃７の捩れ角は互いに等しい。

図２に示すように、３つの底刃６は、中心軸Ｏ回りの周方向に１２０°おきに配置される第１底刃６１、第２底刃６２および第３底刃６３からなる。
第１底刃６１～第３底刃６３は、エンドミル先端面１０Ａにおいて、エンドミル先端面１０Ａの外周端から中心軸Ｏ近傍の位置まで径方向に沿って延びている。第１底刃６１～第３底刃６３に隣接して、第１先端逃げ面８１、第２先端逃げ面８２、第３先端逃げ面８３が形成されている。第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３は、エンドミル先端面１０Ａの中心部において互いに繋がっている。

図４は、エンドミル先端面１０Ａの部分斜視図である。
図２および図４に示すように、エンドミル先端面１０Ａの中心部には、第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３は、中心軸Ｏから三方へ放射状に延びる交差部４１、４２、４３を介して互いに連なる。本実施形態の場合、第１底刃６１～第３底刃６３は、１°～３°程度のすかし角で傾斜しており、第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３は、５°～１０°程度の逃げ角で形成されている。そのため、第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３の各２面同士が交差する交差部４１～４３は、軸方向に高低差を有する段差部となっている。

上記の段差部を有する交差部４１、４２、４３は、それぞれがすくい角を持った微小切れ刃として作用し、突き加工時に中心部を切削する。これにより、エンドミル１０にかかる軸方向の負荷を低減し、欠損および折損の発生を抑えることができる。一方、交差部４１、４２、４３が段差のない形状である場合、突き加工時に中心部を切削することなく完全に工具軸方向に押しつぶす加工となるため、工具負荷が高くなり欠損および折損の発生する可能性が高くなる。

第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３が、中心部において繋がっていることにより、中心軸Ｏの近傍における肉厚を確保することができ、第１底刃６１～第３底刃６３の切刃強度を高めることができる。この構成によれば、ランピング加工や突き加工で高い負荷が掛かった場合でも、欠損および折損の発生を抑えることができる。

また、エンドミル先端面１０Ａの全ての切刃（第１底刃６１～第３底刃６３）が、中心軸Ｏの位置まで達する切刃である。この構成によれば、エンドミル先端面１０Ａの半径よりも短い切刃と比較して、切刃に掛かる負荷が径方向により分散される。これにより、切刃の摩耗や欠損が生じにくくなる。
また、全ての切刃（第１底刃６１～第３底刃６３）が、ほぼ同一の形状で、均等な角度で周方向に配置されている。そのため、第１底刃６１～第３底刃６３に掛かる負荷が均等になり、加工時にエンドミル１０が振れづらくなる。これにより、突き加工の安定性と加工能率も大きく向上する。

本実施形態のエンドミル１０は、図２に示すように、エンドミル先端面１０Ａに３つのギャッシュ５１、５２、５３を有する。３つのギャッシュ５１～５３は、中心軸Ｏ方向から見て、各々、第１底刃６１、第２底刃６２、および第３底刃６３に沿って延びる凹溝である。３つのギャッシュ５１～５３は、本実施形態の場合、ギャッシュ底面が凹曲面状とされている。
ギャッシュ５１～５３の底面が凹曲面状とされていることで、第１底刃６１～第３底刃６３で生成される切屑がギャッシュ底面に引っ掛かりにくくなり、応力集中による切刃の欠損を抑制できる。

図５はギャッシュ５１～５３の底面の曲率半径の説明図である。図５は、エンドミル１０の先端部分における中心軸Ｏに直交する断面である。
本実施形態において、ギャッシュ５１～５３のギャッシュ底面の曲率半径Ｒは、ギャッシュ５１、５２、５３の中心軸Ｏに直交する断面において、ギャッシュ５１、５２、５３それぞれの径方向内側の端部に現れる円弧状部分の曲率半径である。そして、本実施形態では、ギャッシュ底面の曲率半径Ｒが、工具径Ｄに対して、０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄ以下の範囲内とされる。この構成によれば、効果的に切刃の欠損を抑制することができる。

曲率半径Ｒは、工具径Ｄに対して、０．０９５×Ｄ以上とすることもでき、０．１０５×Ｄ以上とすることもできる。曲率半径Ｒは、工具径Ｄに対して、０．１５５×Ｄ以下とすることもでき、０．１４５×Ｄ以下とすることもできる。

図２および図４に示すように、本実施形態のエンドミル１０では、３つのギャッシュ５１～５３の径方向内側の端部に、中心軸Ｏ方向から見て円弧状のＲ形状部５１ａ、５２ａ、５３ａがそれぞれ形成されている。Ｒ形状部５１ａは、第３底刃６３の第３先端逃げ面８３をギャッシュ５１が一部切り欠くことにより形成されている。Ｒ形状部５２ａは、第１底刃６１の第１先端逃げ面８１をギャッシュ５２が一部切り欠くことにより形成されている。Ｒ形状部５３ａは、第２底刃６２の第２先端逃げ面８２をギャッシュ５３が一部切り欠くことにより形成されている。

第１先端逃げ面８１～第３先端逃げ面８３の径方向内側の部分を一部切り欠くようにギャッシュ５１～５３が形成されていることで、エンドミル先端面１０Ａの中心部において切屑排出のためのスペースを確保することができる。これにより、エンドミル１０の先端部において切屑詰まりが生じにくくなるので、エンドミル１０の耐欠損性、耐折損性を向上させることができる。

図６は、ギャッシュノッチ角の説明のために示す底刃周辺の側面図である。
本実施形態のエンドミル１０では、複数のギャッシュ５のギャッシュノッチ角度βは、２５°以上４５°以下である。ギャッシュノッチ角度βは、図６に示すように、基準線Ｃ２に対するギャッシュ５の最深部の谷線の傾斜角度である。基準線Ｃ２は、上記谷線と中心軸Ｏとにより規定される平面において、中心軸Ｏと直交する直線である。

ギャッシュノッチ角度βが２５°未満の場合、ギャッシュ５が浅くなりすぎて切屑排出性が低下する。一方、ギャッシュノッチ角度βが４５°を超える場合、切刃強度の不足による折損が生じやすくなる。
ギャッシュノッチ角度βは、３０°以上としてもよく、３５°以上としてもよい。ギャッシュノッチ角度βは、４０°以下としてもよく、３７°以下としてもよい。

図７は、ギャッシュすくい角の説明のために示す底刃周辺の側面図である。
本実施形態のエンドミル１０では、複数のギャッシュ５のギャッシュすくい角γは、５°以上２０°以下である。ギャッシュすくい角γは、底刃６を形成するすくい面１５と、基準線Ｃ３との成す角度である。基準線Ｃ３は、底刃６に直交する断面において、底刃６を通る中心軸Ｏに平行な直線である。ギャッシュすくい角γは、上記断面において、底刃６の位置におけるすくい面１５の接線と、基準線Ｃ３との成す角度である。

ギャッシュすくい角γが５°未満の場合、切屑排出性が低下する。ギャッシュすくい角γが２０°を超える場合、底刃６の切刃強度不足による折損が生じやすくなる。
ギャッシュすくい角γは、７°以上としてもよく、１０°以上としてもよい。ギャッシュすくい角γは、１８°以下としてもよく、１６°以下としてもよい。
後述する実施例によれば、ギャッシュすくい角は、１０°以上２０°以下の範囲であることが好ましく、この構成により、さらなる高能率加工が可能となる。

本実施形態のエンドミル１０において、ギャッシュノッチ角度βが２５°以上４５°以下、ギャッシュすくい角γが５°以上２０°以下である構成とすることで、底刃６の切刃強度を保ちながら、切屑排出性を向上させることができる。これにより、安定した切削加工が可能なエンドミル１０とすることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

本発明者は、上記実施形態のエンドミルについて、複数のエンドミルのサンプルを用いた切削試験により効果を実証した。

本実施例では、エンドミル先端面の底刃形状を種々に変化させた８本のエンドミルのサンプルを作製した。各サンプルのエンドミルの基本構成は、図１から図４に示したスクエアエンドミルと共通である。エンドミルの工具径Ｄは６ｍｍとした。

切削試験は、作製した各エンドミルを用いた２種類の突き加工により行った。具体的には、ステップの突き加工において、軸方向の切り込み量ａｐを２ｍｍずつ増加させながら複数回の突き加工を行い、安定して切削加工できる最大の切り込み量ａｐを評価した。また、ノンステップの突き加工において、１回転当たり送り量ｆｒを徐々に増やしながら複数回の突き加工を行い、安定して切削加工できる最大の１回転当たり送り量ｆｒを評価した。

表２に示すように、３本の底刃の逃げ面がエンドミル先端面の中心部で繋がっており、ギャッシュノッチ角が２５°以上４５°以下、ギャッシュすくい角が５°以上２０°以下、ギャッシュ底面の曲率半径Ｒが、工具径Ｄに対して０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄ以下（０．５１ｍｍ以上０．９９ｍｍ以下）の範囲内であるＮｏ．１～４のエンドミルは、ステップ、ノンステップのいずれの突き加工においても、高い送り量で安定した切削が可能であり、高能率加工が可能であった。
さらに、ギャッシュすくい角が１５°であるＮｏ．３，４のエンドミルは、ノンステップの突き加工において１回転当たり送り量ｆｒを最も大きくすることができ、最も高能率の加工が可能であった。

一方、３本の底刃の逃げ面がエンドミル先端面の中心部で繋がっていないＮｏ．５、６のエンドミル、ギャッシュ底面の曲率半径Ｒが０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄの範囲外であるＮｏ．７のエンドミル、ギャッシュノッチ角が２５°以上４５°以下の範囲外であるＮｏ．８のエンドミルでは、１回転当たり送り量ｆｒを小さくしてもノンステップの突き加工を安定して行えなかった。

２…シャンク
３…ボディ
４…切屑排出溝
５，５１，５２，５３…ギャッシュ
６…底刃
７…外周刃
１０…エンドミル
１０Ａ…エンドミル先端面
１１…外周逃げ面
１２，１５…すくい面
４１…交差部
５１ａ，５２ａ，５３ａ…Ｒ形状部
６１…第１底刃
６２…第２底刃
６３…第３底刃
８１…第１先端逃げ面
８２…第２先端逃げ面
８３…第３先端逃げ面
１５１…延在方向
ａｐ…軸方向切り込み量
Ｃ２，Ｃ３…基準線
Ｄ…工具径
ｆｒ…１回転当たり送り量
Ｏ…中心軸
Ｒ…曲率半径
Ｔ…エンドミル回転方向
β…ギャッシュノッチ角度
γ…ギャッシュすくい角

Claims (2)

1. 中心軸回りに回転されるエンドミルであって、
   中心軸に沿って延びるボディと、前記ボディの先端に位置する３つの底刃と、前記ボディの外周面に位置し中心軸回りに螺旋状に捩れる３つの外周刃と、を備え、
   前記３つの底刃が配置されるエンドミル先端面に、３つのギャッシュが設けられ、
   前記３つの底刃の先端逃げ面は、前記エンドミル先端面の中心部において互いに繋がっており、
   前記３つのギャッシュのギャッシュノッチ角度は、２５°以上４５°以下であり、
   前記３つのギャッシュのギャッシュすくい角は、５°以上２０°以下であり、
   前記３つのギャッシュは、凹曲面状のギャッシュ底面を有し、前記ギャッシュ底面の曲率半径は、工具径Ｄに対して０．１２５×Ｄ±０．０４×Ｄ以下の範囲内である、
   エンドミル。
2. 前記３つのギャッシュのギャッシュすくい角は、１０°以上２０°以下である、
   請求項１に記載のエンドミル。

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