JP3581115B2 - ボールエンドミル及び該ボールエンドミルを用いた加工方法 - Google Patents

ボールエンドミル及び該ボールエンドミルを用いた加工方法 Download PDF

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    • B23CMILLING
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    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2210/00Details of milling cutters
    • B23C2210/20Number of cutting edges
    • B23C2210/205Number of cutting edges six

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、金型のような高硬度材料からなるワークを粗切削するために用いられるボールエンドミル及び該ボールエンドミルを用いた加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、金型のような高硬度材料でできた複雑な加工物を製作する際、その粗切削を行うのにはエンドミルが用いられることが多く、代表的なエンドミルとしては以下に示すようなものが知られている。
▲1▼ スクエアエンドミル
例えば、特開平6−335815号公報に開示されているように、軸線回りに回転される工具本体の外周に複数枚の外周切刃が形成されるとともに、工具本体の先端に、この外周切刃に連続して、軸線に直交する方向に延びる底刃が形成されているものである。すなわち、外周切刃と底刃とが略直角に交差するものである。
【0003】
▲2▼ ラジアスエンドミル
例えば、特開平7−246508号公報に開示されているように、軸線回りに回転される工具本体の外周に複数枚の外周切刃が形成されるとともに、工具本体の先端に、この外周切刃に連続して、軸線に直交する方向に延びる底刃が形成されていて、さらに、外周切刃と底刃との交差部分が略円弧状をなすR切刃によって構成されているものである。
【0004】
▲3▼ ボールエンドミル
例えば、特開平10−113808号公報に開示されているように、軸線回りに回転される工具本体の外周に外周切刃が形成されるとともに、工具本体の先端部に、この外周切刃に連続して軸線回りの回転軌跡が略半球状を呈する略円弧状のR切刃が形成されているものである。
これら▲1▼〜▲3▼のようなエンドミルは、工具本体がその軸線回りに回転されつつ、軸線に直交する方向に送りが与えられ、工具本体に形成された切刃によって、例えば金型のような高硬度材料に対して粗切削加工を施していくものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、▲1▼のようなスクエアエンドミルにおいては、その外周切刃を主たる切削に供することが狙われており、加工の際にワークに作用させる外周切刃の長さを長くする、すなわち、切り込み深さを大きく設定することができるので、これにより、1回の切り込みで削り取ることができるワークの量が大きく、高能率の粗切削加工を行うことができる。しかしながら、外周切刃と底刃とが略直角に交差しているため、金型のような複雑な形状を粗切削するときには、その加工面が段差の大きい階段状になって面粗さが大きくなってしまい、粗切削加工による取れ残し量が非常に大きく、仕上げ加工の前に中仕上げ加工を行う必要が生じてしまっていた。
【0006】
また、▲2▼のようなラジアスエンドミルにおいては、▲1▼のスクエアエンドミルのように、ワークに作用させる外周切刃の長さを長くして、高能率の粗切削加工ができ、かつ、外周切刃と底刃との交差部分が略円弧状のR切刃によって構成されているため、このR切刃によって形成される加工面の面粗さを▲1▼のスクエアエンドミルに比べて良好に保つことができる。しかし、このR切刃は外周切刃と底刃との交差部分のわずかな部分に形成されているだけであるため、加工面の面粗さを十分良好に保つことはできず、依然として、中仕上げ加工の必要が生じたり、仕上げ加工の負荷が大きくなってしまう。
【0007】
そして、▲3▼のようなボールエンドミルでは、回転軌跡が略半球状を呈する略円弧状のR切刃を様々な加工面にフィッティングさせることが容易であり、この円弧状のR切刃によって、ワークを緩やかな凹曲面状に順次削り取っていき、加工面の面粗さを良好に仕上げることが可能となるので、一般的によく用いられている。しかしながら、工具本体の外周に形成された外周切刃を主たる切削に用いることを考慮されてはおらず、この外周切刃をワークに作用させたとすれば、外周切刃にチッピングが生じてしまうことは免れない。そのため、必然的に、ボールエンドミルによる切り込み深さを、その先端部のR切刃が形成されている部分のみがワークに作用する程度の大きさにしなければならず、上記のスクエアエンドミルあるいはラジアスエンドミルのように切り込み深さを大きく設定して高能率の粗切削加工を行うことができなかった。
以上説明したように、このような▲1▼〜▲3▼のエンドミルでは、高能率加工と面粗さの向上の両方を達成することはできず、能率あるいは面粗さのどちらかを犠牲にしなければならなかった。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高能率な粗切削加工ができるとともに、加工面の面粗さを良好に保つことができるボールエンドミル及び該ボールエンドミルを用いた加工方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明によるボールエンドミルは、軸線回りに回転される略円柱状の工具本体の外周に4条以上の切屑排出溝が形成されるとともにこの切屑排出溝の工具回転方向の前方側を向いてすくい面とされる壁面の外周側稜線部に外周切刃が形成され、前記工具本体の先端部には、前記切屑排出溝に連続するギャッシュと、前記外周切刃に連続する略円弧状のR切刃とが形成されており、前記外周切刃が形成された部分の工具本体の心厚が、該外周切刃の外径Dに対して、0.7D以上に設定され、前記軸線に直交する断面で、前記外周切刃の径方向すくい角αが、−20゜≦α≦0゜に設定され、かつ、前記R切刃の径方向すくい角βが、α<β≦5゜に設定され、さらに、前記軸線に直交する断面で、前記工具本体の先端近傍を除いて、前記ギャッシュの溝深さd1の前記R切刃の外径dに対する割合d1/dが、前記切屑排出溝の溝深さD1の前記外周切刃の外径Dに対する割合D1/Dに対して、(d1/d)>(D1/D)とされていることを特徴とする。
このような構成とされたボールエンドミルは、外周切刃が形成された部分の工具本体の心厚が0.7D以上に設定されて、工具本体の剛性を高く保つことができ、さらに、外周切刃の径方向すくい角αが、−20°≦α≦0°の範囲に設定されていることによって、外周切刃の切れ味を良好に保つとともに、外周切刃の刃先強度の向上が可能になる。それゆえ、例えば金型などの高硬度材料に対しても、工具本体の先端部に形成されたR切刃だけでなく、外周切刃までもワークに作用させることが可能となり、このワークに作用させる外周切刃の長さを長くして、切り込み深さを大きく設定できるので、高能率な粗切削加工を行うことが可能となる。
しかも、工具本体の先端部に形成されたR切刃が略円弧状をなすため、このR切刃によって、ワークの加工面を緩やかな凹曲面状に順次削り取っていくので、加工面の面粗さを良好に保つことができる。
ここで、このように外周切刃とR切刃とを同時にワークに作用させた場合、R切刃が略円弧状をなしているため、外周切刃によって生成される切屑に比べ、R切刃によって生成される切屑の厚みが薄くなって広がってしまう(とくにR切刃に先端側に近づくにしたがい切屑の厚みが薄くなって広がっていく)。加えて、R切刃の先端側と基端側での切屑の流出方向も異なることになり、R切刃と外周切刃とのそれぞれで生成される切屑のバランスがとれず、スムーズな切屑の流れを作り出すことができないので、切削状態が悪化してしまう。これに対して、本発明では、R切刃の径方向すくい角βを外周切刃の径方向すくい角αよりも大きくしたことにより、R切刃の切れ味を外周切刃よりも良くすることができ、切削状態を悪化させてしまうおそれがない。しかも、R切刃の径方向すくい角βが5゜以下とされているから、金型などの高硬度材料に対して粗切削加工を行ったとしても、R切刃にチッピングが生じるおそれをなくすことができる。これにより、本発明のボールエンドミルを用いて、その切り込み深さを大きく設定して粗切削加工を行っても不具合が生じることがなく、金型のような高硬度材料を高能率に粗切削加工できるとともに、加工面の面粗さを良好に保つことができる。
さらに、工具本体の先端部におけるギャッシュの溝深さを十分に大きく確保することができるので、R切刃にて生成される厚みが薄くなって広がった切屑についても切屑つまりを生じ難くすることができる。
【0010】
また、前記軸線方向の先端側から見て、前記R切刃が工具回転方向の前方側に凸となる凸曲線状に形成されていることを特徴とする。
このような構成としたことにより、R切刃のワークへの食い付きの際に、工具回転方向の前方側に最も突出している曲線状の部分から徐々にワークに食い付くので、切刃に衝撃的な負荷が作用するのを防止することができて、R切刃のチッピングをより生じ難くすることが可能になる。
【0012】
また、前記軸線に直交する断面で、前記工具本体の先端近傍を除いて、前記ギャッシュの溝深さd1の前記R切刃の外径dに対する割合d1/dが、前記工具本体の先端側に向かって次第に大きくなることを特徴とする。
このような構成とすると、工具本体の先端側に近づくにしたがいR切刃の外径が徐々に小さくなっていったとしても、ギャッシュの溝深さを十分に大きく確保することができ、より厚みが薄くなって広がった切屑が生成されるR切刃の先端側において、切屑つまりを生じさせることがない。
【0013】
また、前記工具本体の先端近傍では、前記R切刃の数が、前記外周切刃の数よりも少なくなっていることを特徴とする。
このような構成とすると、R切刃の外径がとくに小さくなる工具本体の先端近傍において、ギャッシュの断面積を大きく確保することが可能となり、より切屑つまりの発生しやすい工具本体の先端近傍における切屑排出性を損ねることがない。
【0014】
また、本発明のボールエンドミルを用いた加工方法は、前記R切刃と前記外周切刃とを同時にワークに作用させながら加工を行うことを特徴とする。
このような加工方法を用いると、例えば金型などの高硬度材料の粗切削加工を行うときに、切り込み深さを大きく設定したとしても不具合を生じることがなく、高能率の粗切削加工を行うことができるとともに、加工面の面粗さを良好に保つことが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図1は本実施形態によるボールエンドミルの側面図、図2は同ボールエンドミルの先端面図、図3(a)は図1におけるI−I線断面図、(b)はII−II線断面図、(c)はIII−III線断面図、(d)はIV−IV線断面図、(e)はV−V線断面図である。
【0016】
本実施形態によるボールエンドミルは、例えば超硬合金等の硬質材料からなり、軸線O回りに回転される略円柱状の工具本体11を有しており、この工具本体11の先端部11Aが軸線O方向の先端側に凸となるように膨らむ略半球状を呈している。
工具本体11の先端部11Aを除く外周には、周方向で等間隔に、例えば6条の切屑排出溝12…が工具本体11の外周面に開口して形成されており、この切屑排出溝12の工具回転方向Tの前方側を向く壁面がすくい面13とされている。そして、すくい面13の外周側稜線部、すなわち、すくい面13と、このすくい面13に交差して工具本体外周側を向く逃げ面14との交差稜線部に外周切刃15が形成されていて、いわゆる6枚刃となっている。
【0017】
ここで、すくい面13は、軸線Oに直交する断面において、図3(e)に示すように、直線または凹曲線を描きつつ工具本体内周側に延び、切屑排出溝12の溝底部が最も工具本体内周側に凹んで工具本体11の心厚円R(工具本体11の軸線Oに直交する断面に内接して軸線Oを中心とする最大の径をもつ円)に接するように形成されている。そして、切屑排出溝12の壁面は、この溝底部から工具回転方向Tの前方側に向かうにしたがい工具本体外周側に延びて、すくい面13が連なる外周切刃15の工具回転方向Tの前方側に隣接する外周切刃15の逃げ面14に連なっている。
【0018】
また、6条の切屑排出溝12…は、一般に工具本体11の先端側から基端側に向かうにしたがい工具回転方向Tの後方側に向けて軸線Oを中心として螺旋状にねじれるように形成されており、これに伴って6枚の外周切刃15…も同様に螺旋状にねじれて形成されている。
【0019】
ここで、外周切刃15が形成されている部分における工具本体11の心厚(工具本体11の軸線Oに直交する断面において、切屑排出溝12の溝底部が外接する心厚円Rの外径)は、図3(e)に示すように、外周切刃15の外径Dに対して、0.7D以上となるように設定されており、本実施形態においては、例えば、0.8Dに設定されている。そして、6枚の外周切刃15の工具回転方向Tのすぐ前方側に位置する6条の切屑排出溝12…の溝深さD1(外周切刃15の回転軌跡がなす仮想の円と、心厚円Rとの径方向の距離)は、6条の切屑排出溝12…のそれぞれにおいて同一とされ、しかも、その切屑排出溝12が形成されている部分の工具本体11の全長において一定とされている。
【0020】
また、工具本体11の外周に形成された外周切刃15…は、図3(e)に示すように、その径方向すくい角α(工具本体11の軸線Oに直交する断面において、工具本体11の軸線Oと外周切刃15とを通る直線と、外周切刃15のすくい面13とのなす角度)が、0゜≦α≦−20゜に設定されて、わずかのネガとなっている。なお、本実施形態においては、この外周切刃15の径方向すくい角αは、例えば−14°のネガに設定されている。
【0021】
さらに、工具本体11の略半球状を呈する先端部11Aには、周方向で等間隔に、6条のギャッシュ16…が、先端部11Aの外周面に開口して先端部11Aを分割するように形成されており、ギャッシュ16の工具回転方向Tの前方側を向く壁面が先端すくい面17とされている。そして、先端すくい面17の外周側稜線部、すなわち、先端すくい面17と、この先端すくい面17に交差して工具本体外周側及び軸線O方向の先端側を向く先端逃げ面18との交差稜線部に、軸線O回りの回転軌跡が略半球状を呈するような略1/4円弧状の6枚のR切刃19…が形成されている。
【0022】
また、R切刃19…は、軸線O方向の先端側から見て、図2に示すように、工具回転方向Tの前方側に凸となるように、大きい曲率半径を有する緩やかな凸曲線状を呈している。
そして、この6条のR切刃19…は、6条の外周切刃15…のそれぞれに連続して、R切刃19の基端と外周切刃16の先端とがそれぞれ滑らかに連続するように形成されているとともに、ギャッシュ16…も切屑排出溝12…のそれぞれに連続して、ギャッシュ16の基端と切屑排出溝12の先端とがそれぞれ連通するように形成されている。
【0023】
ここで、R切刃19…は、外周切刃15…に連続するように形成されているために、その数は6枚とされているが、図2に示すように、工具本体11の先端近傍、すなわち、軸線O近くにおいては、この軸線Oを中心として対向に位置する一組のR切刃19,19のみが存在しており、他の4枚のR切刃19…は、工具本体11の先端に近づく前に切り上げられている。換言すれば、工具本体11の先端近傍においては、R切刃19の数が6枚から2枚となり、外周切刃15の数(6枚)よりも少なくなっている。
【0024】
このR切刃19の先端すくい面17は、図3(a)〜(d)に示すように、軸線Oに直交する断面において、直線または凹曲線を描きつつ工具本体内周側に延び、ギャッシュ16の溝底部が最も工具本体内周側に凹むように形成されている。そして、ギャッシュ16の壁面が、この溝底部から工具回転方向Tの前方側に向かうにしたがい工具本体外周側に延びて、先端すくい面17が連なるR切刃19の工具回転方向Tの前方側に隣接するR切刃19の先端逃げ面18に連なっている。
【0025】
なお、上記のように、工具本体11の先端近傍において、R切刃19の数が軸線Oを挟んで対向して位置する一対のR切刃19,19のみが存在し、他のR切刃19…が工具本体11の先端近傍に近づく前に切り上げられていることから、上記一対のR切刃19,19の工具回転方向Tのすぐ前方側に位置するギャッシュ16,16が、他のギャッシュ16…と比べてその溝深さd1が大きくなっており、工具本体11の先端近傍に近づくに連れて(図3(d)〜図3(a)の流れのように)、この一対のR切刃19,19に連なるギャッシュ16,16の溝底部のみが工具本体11の心厚円Rに接するようになっている。
【0026】
また、工具本体11の先端部11Aに形成されたR切刃19…は、図3(a)〜(d)に示すように、その径方向すくい角β(工具本体11の軸線Oに直交する断面において、工具本体11の軸線OとR切刃19とを通る直線と、R切刃19の先端すくい面17とのなす角度)が、上記外周切刃15のすくい角αに対して、α<β≦5゜の範囲に設定されており、本実施形態においては、このR切刃19の径方向すくい角βが、例えば0°に設定されている。
【0027】
ここで、工具本体11の先端近傍を除いて、R切刃19が形成されている部分の工具本体11における任意の位置での軸線Oに直交する断面で、ギャッシュ16の溝深さd1のR切刃の外径dに対する割合d1/dは、外周切刃15の形成されている部分の工具本体11における任意の位置での軸線Oに直交する断面で、切屑排出溝12の溝深さD1の外周切刃15の外径Dに対する割合D1/Dに比べて、6条のギャッシュ16…のそれぞれについて、(d1/d)>(D1/D)とされている。
【0028】
さらに、このR切刃19…が形成された工具本体11の先端部11Aにおける任意の位置での軸線Oに直交する断面において、ギャッシュ16の溝深さd1に対するR切刃の外径dに対する割合d1/dが、6条のギャッシュ16…のそれぞれについて、工具本体11の先端側に向かうにしたがい次第に大きくなっている。
なお、工具本体11の先端近傍では、R切刃15…の数が、外周切刃19…の数よりも少なくなることにより、工具本体11の先端近傍に近づくに連れてギャッシュ16の溝深さd1も異なってくるが、最も溝深さd1の小さいもの及び最も溝深さd1の大きいものに対しても、上記の(d1/d)>(D1/D)の関係、及びd1/dが工具本体11の先端側に向かって次第に大きくなるという関係が成り立っている。
【0029】
このような構成とされたボールエンドミルは、軸線O回りに回転されつつ、例えば金型のような高硬度材料でできたワークに対して、その外周切刃15…とR切刃19…とを同時にワークに作用させつつ、軸線Oに直交する方向に所定の送り量が与えられて、この金型に粗切削加工を施していく。このとき、ワークに作用させる外周切刃15…の長さを長く、すなわち、ボールエンドミルの切り込み深さが大きく設定され、例えば、従来のスクエアエンドミルやラジアスエンドミルを用いたのと同程度の切り込み深さが設定される。
【0030】
上記のような本実施形態によれば、外周切刃15…が形成された部分の工具本体11の心厚が0.7D以上に設定されていて、工具本体11の剛性を高く保つことができるのに加えて、外周切刃15…の径方向すくい角αが、0°≦α≦−20°の範囲に設定されているため、外周切刃15…の切れ味を良好に保つとともに、外周切刃15…の刃先強度の向上が可能になる。それゆえ、例えば金型のような高硬度材料に対しても、工具本体11の先端部11Aに形成されたR切刃19…だけでなく、外周切刃15…をワークに作用させることが可能となり、このワークに作用させる外周切刃15…の長さを長くし、切り込み深さを大きく設定したとしても、外周切刃15…のチッピングや工具本体11の折損が生じることがなく、高能率な粗切削加工を行うことが可能となる。
しかも、工具本体11の先端部11Aに形成された円弧状のR切刃19…によって、ワークの加工面を緩やかな凹曲線状に順次削り取っていくので、スクエアエンドミルあるいはラジアスエンドミルを用いたときのように段差の大きい階段状の加工面ができることがなく、面粗さを良好に保つことも可能となる。
すなわち、本実施形態によるエンドミルは、従来のボールエンドミルを用いたときの利点と、スクエアエンドミルあるいはラジアスエンドミルを用いたときの利点を併せもつことができるものである。
【0031】
ここで、このように外周切刃15…とR切刃19…とを同時にワークに作用させる場合、R切刃19…が略円弧状をなしているため、外周切刃15…によって生成される切屑に比べ、R切刃19…によって生成される切屑の厚みが薄くなって広がってしまう。とくにR切刃19…の先端側では、このような傾向が顕著になる。加えて、R切刃19…の先端側と基端側での切屑の流出方向も異なることになるので、R切刃19…と外周切刃15…とのそれぞれで生成される切屑のバランスをうまくとることができず、スムーズな切屑の流れを作り出すことができなくなり、切削状態が悪化してしまう。
【0032】
これに対して、本実施形態では、R切刃19…の径方向すくい角βを外周切刃15…の径方向すくい角αよりも大きく設定したことにより、R切刃19…の切れ味を良好に保つことができるので、切削状態が悪化してしまうおそれがない。しかも、R切刃19…の径方向すくい角βが5゜以下とされているから、金型などの高硬度材料に対して粗切削加工を行ったとしても、R切刃19…にチッピングが生じるおそれをなくすことができきる。
それゆえ、本実施形態によるボールエンドミルを用いて、金型などの高硬度材料に対して、切り込み深さを大きく設定して粗切削加工を行っても不具合が生じることがなく、高能率の粗切削加工を行うとともに、加工面の面粗さを良好に保つことが可能となる。
【0033】
また、軸線O方向の先端側から見て、R切刃19…が工具回転方向Tの前方側に凸となる凸曲線状に形成されていることから、R切刃19…のワークへの食い付き時に、工具回転方向Tの前方側に最も突出している曲線状の部分から徐々にワークに食い付くので、R切刃19…に衝撃的な負荷が作用するのを防いで、R切刃19…にチッピングが生じるのを防止することができる。
【0034】
また、軸線Oに直交する断面で、工具本体11の先端近傍を除いて、ギャッシュ16の溝深さd1のR切刃19の外径dに対する割合d1/dが、切屑排出溝12の溝深さD1の外周切刃15の外径Dに対する割合D1/Dに対して、(d1/d)>(D1/D)とされていることから、ギャッシュ16の溝深さd1を工具本体11の先端部11Aにおいて、十分に確保することができ、R切刃19…にて生成される厚みが薄くなって広がった切屑をスムーズに排出させて切屑つまりの生じるおそれを減らすことができる。
【0035】
しかも、軸線Oに直交する断面で、工具本体11の先端近傍を除いて、ギャッシュ16の溝深さd1のR切刃19の外径dに対する割合d1/dが、工具本体11の先端側に向かって次第に大きくなっていることから、工具本体11の先端側に近づくに連れてR切刃19の外径dが小さくなっても、ギャッシュ16の溝深さd1を十分に確保できることとなるので、より厚みが薄くなって広がった切屑に対しても切屑つまりを生じることがなく、粗切削加工を継続させていくことができる。
【0036】
さらに、工具本体11の先端近傍では、R切刃19…の数が、外周切刃15…の数よりも少なくなっているため、R切刃19…の外径Dが小さくなって、これに伴いギャッシュ16…の溝深さd1も小さくせざるを得ない工具本体11の先端近傍において、ギャッシュ16の断面積を十分に大きく確保することができるので、工具本体11の先端近傍における切屑排出性を損ねることがない。
【0037】
なお、本実施形態においては、工具本体11の外周に形成された切屑排出溝12の数を6条としたが、これに限定されることなく、4条以上であれば任意に設定してよいし、工具本体11の先端近傍に存在するR切刃19の数も2枚に限定されることはなく、外周切刃15の数よりも少なくなっていれば、上述のような効果を何の遜色もなく奏することができる。
【0038】
【実施例】
〔加工試験1〕
本発明の一例によるボールエンドミルを実施例とし、従来のボールエンドミルを従来例1、ラジアスエンドミルを従来例2として用いて、図4に示すようなワークの斜線が施された部分を切削加工し、その加工にかかった時間と、加工面Aの面粗さについて比較した。
このときの諸元は以下に示す通りである。
〈共通事項〉
・ワーク
SKD61(HRC52)
・切削条件
回転数:10000min−1
切削速度:314m/min
切り込み量(径方向):0.5mm
その他:ダウンカット、エアブロー
〈実施例〉
・試験工具
6枚刃ボールエンドミル、直径10mm(=D)、先端部R5のボール形状
工具本体11の心厚:8mm(=0.8D)
外周切刃15の径方向すくい角α:−14゜
外周切刃15のねじれ角:45゜
R切刃19の径方向すくい角β:0゜
材質:超微粒子超硬合金+(AlTi)Nコーティング
・切削条件
送り速度:6000mm/min(0.1mm/刃)
切り込み量(軸方向):10mm
〈従来例1〉
・試験工具
2枚刃ボールエンドミル、直径10mm、先端部R5のボール形状
・切削条件
送り速度:2000mm/min(0.1mm/刃)
切り込み量(軸方向):5mm
〈従来例2〉
・試験工具
6枚刃ラジアスエンドミル、直径10mm、コーナR付
・切削条件
送り速度:6000mm/min(0.1mm/刃)
切り込み量(軸方向):10mm
このようなエンドミル、切削条件で加工試験1を行い、得られた結果を表1に示す。
【0039】
【表1】
Figure 0003581115
【0040】
表1に示されるように、従来例1では、加工面Aの面粗さが6.3μmと良好な値が得られたものの、外周切刃を使用することができないため、軸方向の切り込み深さを大きく設定することができず、加工時間が700minとなり、高能率な切削加工を行うことができなかった。
また、従来例2では、加工時間が72minと大幅に短縮されたものの、加工面Aが段差の大きい階段状となって、その面粗さは31.0μmと悪化してしまった。
これらに対して、実施例によれば、加工時間は72minで、かつ、加工面Aの面粗さが63.3μmとなり、ともに良好な値が得られ、高能率加工及び面粗さの向上を両立できた。
【0041】
〔加工試験2〕
本発明の一例によるボールエンドミル(R切刃19の径方向すくい角βが本発明の範囲に設定されている)を実施例1〜3、R切刃19の径方向すくい角βが本発明の範囲よりも大きく設定されたボールエンドミルを比較例として用いて、ワークを切削加工し、そのときのR切刃19の状態と切削長さを比較した。
このときの諸元は、以下に示す通りである。
〈共通事項〉
・試験工具
6枚刃ボールエンドミル、直径10mm(=D)、先端部R5のボール形状
工具本体11の心厚:8mm(=0.8D)
外周切刃15の径方向すくい角α:−14゜
外周切刃15のねじれ角:45゜
材質:超微粒子超硬合金+(AlTi)Nコーティング
・ワーク
SKD61(HRC52)
・切削条件
回転数:10000min−1
切削速度:314m/min
送り速度:6000mm/min(0.1mm/刃)
切り込み量:10mm(軸方向)×0.5mm(径方向)
その他:ダウンカット、エアブロー
このようなエンドミル、切削条件で加工試験2を行い、得られた結果を表2に示す。
【0042】
【表2】
Figure 0003581115
【0043】
表2に示されるように、R切刃19の径方向すくい角βが−5゜、0゜に設定された実施例1,2では、300m切削後もR切刃19にチッピングが生じず、良好な結果が得られた。
また、R切刃の径方向すくい角βが5゜とされた実施例3においても、R切刃19にチッピングが生じずにワークを加工できた切削長さが250mとなり、比較的良好な結果が得られた。
そして、R切刃の径方向すくい角βが10゜と、本発明の範囲よりも大きく設定された比較例では、R切刃の強度を高く保つことができないので、R切刃19にチッピングが生じずにワークを加工できた切削長さが、わずか5mとなってしまった。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外周切刃が形成された部分の工具本体の心厚が0.7D以上に設定されるとともに、外周切刃の径方向すくい角αが、−20°≦α≦0°の範囲に設定されていることによって、工具本体の剛性を高く保ちつつ、外周切刃の切れ味を確保し、さらに、外周切刃の刃先強度を向上させることができるので、金型のような高硬度材料からなるワークに作用させる外周切刃の長さを長くして、切り込み深さを大きく設定できるので、高能率な粗切削加工を行うことが可能となる。
しかも、工具本体の先端部に形成されたR切刃が略円弧状をなしているため、この略円弧状のR切刃によって、ワークの加工面を緩やかな凹曲面状に順次削り取っていくので、加工面の面粗さを良好に保つこともでき、後の工程である仕上げ加工の負担を減らすことができる。
そして、R切刃の径方向すくい角βが、α<β≦5゜の範囲に設定されているから、R切刃の切れ味を外周切刃よりも良くして、R切刃と外周切刃とのバランスをとり、切削状態を良好に保つことができるとともに、金型などの高硬度材料に対して粗切削加工を行ったとしても、R切刃にチッピングが生じるおそれをなくすことができる。
それゆえ、本発明のボールエンドミルを用いて、金型のような高硬度材料に対して、切り込み深さを大きく設定して粗切削加工を行ったとしても不具合が生じることがなく、高能率の加工ができるとともに、加工面の面粗さを良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるボールエンドミルの側面図である。
【図2】本発明の実施形態におけるボールエンドミルの先端面図である。
【図3】(a)は図1におけるI−I線断面図、(b)はII−II線断面図、(c)はIII−III線断面図、(d)はIV−IV線断面図、(e)はV−V線断面図である。
【図4】加工するワークの形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
11 工具本体
11A 先端部
12 切屑排出溝
13 すくい面
14 逃げ面
15 外周切刃
16 ギャッシュ
19 R切刃
d R切刃の外径
d1 ギャッシュの溝深さ
D 外周切刃の外径
D1 切屑排出溝の溝深さ
O 軸線
T 工具回転方向
α 外周切刃の径方向すくい角
β R切刃の径方向すくい角

Claims (5)

  1. 軸線回りに回転される略円柱状の工具本体の外周に4条以上の切屑排出溝が形成されるとともにこの切屑排出溝の工具回転方向の前方側を向いてすくい面とされる壁面の外周側稜線部に外周切刃が形成され、
    前記工具本体の先端部には、前記切屑排出溝に連続するギャッシュと、前記外周切刃に連続する略円弧状のR切刃とが形成されており、
    前記外周切刃が形成された部分の工具本体の心厚が、該外周切刃の外径Dに対して、0.7D以上に設定され、
    前記軸線に直交する断面で、前記外周切刃の径方向すくい角αが、−20゜≦α≦0゜に設定され、かつ、前記R切刃の径方向すくい角βが、α<β≦5゜に設定され
    さらに、前記軸線に直交する断面で、前記工具本体の先端近傍を除いて、前記ギャッシュの溝深さd1の前記R切刃の外径dに対する割合d1/dが、前記切屑排出溝の溝深さD1の前記外周切刃の外径Dに対する割合D1/Dに対して、(d1/d)>(D1/D)とされていることを特徴とするボールエンドミル。
  2. 請求項1に記載のボールエンドミルにおいて、
    前記軸線方向の先端側から見て、前記R切刃が工具回転方向の前方側に凸となる凸曲線状に形成されていることを特徴とするボールエンドミル。
  3. 請求項1または請求項2に記載のボールエンドミルにおいて、
    前記軸線に直交する断面で、前記工具本体の先端近傍を除いて、前記ギャッシュの溝深さd1の前記R切刃の外径dに対する割合d1/dが、前記工具本体の先端側に向かって次第に大きくなることを特徴とするボールエンドミル。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のボールエンドミルにおいて、
    前記工具本体の先端近傍では、前記R切刃の数が、前記外周切刃の数よりも少なくなっていることを特徴とするボールエンドミル。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のボールエンドミルを用いた加工方法であって、
    前記R切刃と前記外周切刃とを同時にワークに作用させながら加工を行うことを特徴とする加工方法。
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