JP3590800B1

JP3590800B1 - エンドミル

Info

Publication number: JP3590800B1
Application number: JP2003271219A
Authority: JP
Inventors: 文明水上; 猛水上
Original assignee: 有限会社中津川超硬刃物
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005028519A

Abstract

【課題】先端部分がＲ形状の切刃を備えることにより傾斜面を良好に切削加工できるのに加えて、直交面の切削加工において、長時間の切削加工を要せずに高品質な表面粗さの加工面を得ることのできるエンドミルを提供する。
【解決手段】先端部分がエンドミル径に対して５０％未満の寸法のＲ形状に形成された切刃１０を備える。また、前記Ｒ形状の寸法は、エンドミル径に対して４０％以上である。また、前記切刃１０の先端は、当該エンドミル１の中心部分１３に向かって同一Ｒ形状のままで後退している。さらに、当該エンドミル１の軸線Ｓに対して傾斜する傾斜面と、当該エンドミル１の軸線Ｓに対して直交する直交面とを有する工作物を切削加工するために用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンドミルに関するものである。

エンドミルは、周面に切刃を備えた切削工具であり、中には、切刃の先端部分がＲ形状に形成されたエンドミル、所謂「ボールエンドミル」がある。ここで、ボールエンドミルでは、Ｒ形状のＲ中心が、ボールエンドミルの軸線上に位置しており、Ｒ形状の寸法が、切刃の外径、換言すればエンドミル自体の直径である所謂「エンドミル径」に対して、半径と同一の寸法となっている。すなわち、Ｒ形状の寸法は、エンドミル径の１／２の寸法、すなわち、エンドミル径の５０％の寸法となっている。そして、このようなボールエンドミルは、例えば図５に示すように、その先端部分のＲ形状部分にて、ボールエンドミル２の軸線Ｓに対して傾斜する面（以下、単に「傾斜面」と称す）３２を良好に切削することができ、射出成形やプレス加工に用いられる金型等、傾斜面３２を有する複雑な形状の工作物３０の切削工具として、好適に用いられるものである。

以上の背景技術は一般的な事項であり、本出願人は、これを特定する文献を特に知見していない。

ところで、図５に示すように、工作物３０は、傾斜面３２ばかりでなく、エンドミル（ボールエンドミル２）の軸線Ｓに対して直交する面（以下、単に「直交面」と称す）３１を有するものもあり、このような直交面３１についても、傾斜面３２と同様にボールエンドミル２によって切削加工することがある。この時、例えば図５に示すように、ボールエンドミル２の軸線Ｓ方向であるＺ軸方向を固定し、切削の送り方向をＹ軸方向とした場合、切削加工される直交面３１では、Ｙ軸方向の切削加工を繰り返し行うためのＸ軸方向の加工ピッチＰに応じて、山形の削り残し部分が発生する。ここで、この削り残し部分の高さＨは、「スキャラップハイト」と称され、このスキャラップハイトの値によって、切削加工により確保される表面粗さが決定され、スキャラップハイトの値が小さい程、表面粗さの値が小さい高品質な加工面となる。そして、このスキャラップハイトは、ボールエンドミルのＲ形状の寸法、及び、加工ピッチによって決定される値であり、次式によって導かれる。

Ｈ＝Ｒ−（Ｒ^２−（Ｐ／２）^２）^１／２（Ｈ：スキャラップハイト、Ｒ：Ｒ形状の寸法、Ｐ：加工ピッチ）

よって、直交面３１において、所望の表面粗さを確保したい場合には、スキャラップハイトの許容値を設定し、ボールエンドミルのＲ形状の寸法に応じて、上記計算式に基づいて「Ｐ」の値を逆算して、加工ピッチを決定する。例えば、スキャラップハイトの許容値を０．１ｍｍ以下とするには、Ｒ＝５ｍｍのボールエンドミルを用いる場合、Ｐ＝２ｍｍ以下とする。そして、高品質な表面粗さを確保しようとすればする程、加工ピッチを小さく設定しなければならず、ボールエンドミルでは、直交面の切削加工において、長時間の切削加工を余儀なくされる。

このように、ボールエンドミルは、傾斜面を良好に切削加工できる切削工具ではあるものの、直交面の切削加工においては、高品質な表面粗さを確保するために、加工ピッチを小さく設定しなければならず、長時間の切削加工を要するため、直交面の切削加工には適さない切削工具であった。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、先端部分がＲ形状の切刃を備えることにより傾斜面を良好に切削加工できるのに加えて、直交面の切削加工において、長時間の切削加工を要せずに高品質な表面粗さの加工面を得ることのできるエンドミルの提供を課題とするものである。

上記課題を解決するための主要な手段は、
「先端部分がエンドミル径に対して５０％未満の寸法のＲ形状に形成された切刃を備えることを特徴とするエンドミル」
である。

このように構成されたエンドミルでは、切刃先端部分のＲ形状の寸法がエンドミル径に対して５０％未満となっていることから、当然、切刃先端部分のＲ形状のＲ中心は、エンドミルの軸線上に位置せず、軸線上から離れて、所謂「オフセット」された位置となる（以下、エンドミルの軸線から離間したＲ中心の距離を「オフセット量」と称す）。このため、切刃先端の頂点は、ボールエンドミルのようにエンドミル中心に位置せず、エンドミル中心からオフセットされた分だけ、エンドミル中心から離間することになり、このようなエンドミルによって直交面を切削加工すると、切刃先端では、オフセット量を半径寸法とする正面フライスと同様な切削工具として機能し、オフセット量の２倍の幅の平面を形成することが可能となる。

よって、このエンドミルによって直交面を切削加工する際には、ボールエンドミルによる切削加工と同様な表面粗さを得たい場合、ボールエンドミルで設定される加工ピッチにオフセット量の２倍の値を加えた数値を加工ピッチとして設定することができ、加工ピッチを大きく設定することができる。例えば、スキャラップハイトの許容値を０．１ｍｍ以下とするには、Ｒ形状の寸法が５ｍｍであり、オフセット量が１ｍｍである場合、ボールエンドミルでの加工ピッチ２ｍｍに、オフセット量×２＝２ｍｍを加えて、加工ピッチを４ｍｍまで、大きく設定することができる。従って、このエンドミルによれば、ボールエンドミルのように長時間の切削加工を要することなく、換言すれば、ボールエンドミルに比して切削加工時間を短縮することができ、直交面を良好に切削加工することができる。

なお、ボールエンドミルでは、その形状上、スキャラップハイトが存在しないような平面を直交面に形成することができないのであるが、このエンドミルでは、直交面に、オフセット量の２倍の幅の平面を形成することができるため、加工ピッチを、オフセット量の２倍の値よりも小さく設定すれば、連続した平面を形成することができ、全体として、スキャラップハイトのない平面を形成することができる。

一方、このエンドミルで傾斜面を切削加工する場合には、切刃の先端部分にＲ形状を備えるため、ボールエンドミルと同様に、このＲ形状部分によって傾斜面を良好に切削加工することができる。加えて、このエンドミルでは、同一寸法のＲ形状を有するボールエンドミルに比して、Ｒ形状のＲ中心がエンドミルの軸線からオフセットされた分だけ、エンドミル径が太くなる。このため、切刃に付加される応力が大きい重切削を行うことが可能となり、例えば荒切削加工等において、切込量を多く設定して、これにより加工時間の短縮を図ることも容易である。

なお、本発明に係るエンドミルは、周面に切刃を備えるものであればよく、２枚の切刃を備えた所謂「２枚刃エンドミル」、３枚の切刃を備えた所謂「３枚刃エンドミル」、４枚の切刃を備えた所謂「４枚刃エンドミル」、或は、５枚以上の多数の切刃を備えたエンドミル等、複数の切刃を備えたものに限らず、切刃が１枚であるガンドリルのような所謂「１枚刃エンドミル」であってもよい。ここで、１枚刃エンドミルや２枚刃エンドミルでは、切粉のハケがよく、また、エンドミル自体の剛性を高めることができるため、切込量の多い荒加工や、エンドミルの軸線方向であるＺ軸方向の切削加工等に適した切削工具とすることができる。一方、３枚刃エンドミルや４枚刃エンドミル、或は、５枚以上の多数の切刃を備えたエンドミルでは、加工条件として、切込量を少なく設定しなければならないものの、多数の切刃を備えることから、切削の送り速度を速めることができるため、荒加工の後加工で仕上加工の前加工である中荒加工や、仕上加工等に適した切削工具とすることができる。

上記手段において、
「前記Ｒ形状の寸法は、エンドミル径に対して４０％以上であることを特徴とするエンドミル」
としてもよい。

Ｒ形状の寸法を大きく設定すればする程、傾斜面をより良好に切削加工することができ、オフセット量を大きく設定すればする程、直交面をより良好に切削加工することができる。よって、Ｒ形状の寸法とオフセット量とが「１：１」となるように略同寸法とする、すなち、Ｒ形状の寸法を、エンドミル径の３０〜３５％とすると、傾斜面及び直交面の双方を同等に良好に切削加工できる汎用性に優れたエンドミルとすることができる。

しかしながら、近年において、工作物の形状は複雑化しており、特に、射出成形やプレス加工に用いられる金型の形状の複雑化は顕著である。このような複雑な形状の工作物では、直交面よりも傾斜面の占める割合が多い。そこで、上記構成のように、Ｒ形状の寸法を、エンドミル径に対して４０％以上とする。このようにすることで、傾斜面の占める割合の多い複雑な形状の工作物を切削加工するために適したエンドミルとすることができる。

なお、このようなエンドミルでは、工作物として、単一のエンドミルにて傾斜面及び直交面の双方が切削加工される工作物であって、直交面の占める割合が全体の５０％以下、好ましくは４０％以下、更に好ましくは３０％以下である工作物を切削加工の対象とするのが好適である。また、工作物における直交面の占める割合が少なくなればなる程、Ｒ形状の寸法を大きくすることが好適であるため、Ｒ形状の寸法を、エンドミル径に対して、４３％以上、好ましくは４５％以上、さらに好ましくは４７％以上とするのがよい。

上記手段において、
「前記切刃の先端は、当該エンドミルの中心部分に向かって同一Ｒ形状のままで後退していることを特徴とするエンドミル」
としてもよい。

このように構成されたエンドミルでは、切刃の先端がエンドミルの中心部分に向かって後退しているため、エンドミルの先端において、中心部分が凹んだ形状となる。よって、エンドミル中心部分において、切粉のハケをよくすることができ、良好な切削状態を確保することができる。また、エンドミルの先端において、中心部分が凹んだ形状となることから、周速「０」となるエンドミル先端の中心部分が工作物に接触しないことになる。よって、この点からも、良好な切削状態を確保することができる。

ところで、このエンドミルでは、切刃の先端がエンドミルの中心部分に向かって後退しているのであるが、その後退する部分の形状は、切刃先端部分のＲ形状と同一のＲ形状のままとなっている。よって、切刃の先端部分を、エンドミル先端中心部分の凹み部分を含めて、均一で連続するＲ形状により形成することができ、切刃先端部分を、例えば研削加工等によって、正確なＲ形状に容易に形成することができる。

上記手段において、
「当該エンドミルの軸線に対して傾斜する傾斜面と、当該エンドミルの軸線に対して直交する直交面とを有する工作物を切削加工するために用いられることを特徴とするエンドミル」
としてもよい。

このエンドミルは、切削加工の対象となる工作物を特定したものである。エンドミルの軸線に対して傾斜する傾斜面については、切刃のＲ形状部分によって良好に切削加工を行うことができ、エンドミルの軸線に対して直交する直交面については、切刃の先端、すなわち、エンドミルの先端によって良好に切削加工を行うことができる。よって、傾斜面と直交面とが混在する複雑な形状の工作物であっても、単一のエンドミルによって、切削加工を良好に行うことができる。

上記の通り、本発明によれば、先端部分がＲ形状の切刃を備えることにより傾斜面を良好に切削加工できるのに加えて、直交面の切削加工において、長時間の切削加工を要せずに高品質な表面粗さの加工面を得ることのできるエンドミルを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明に係るエンドミルの一例における先端部分の概略を示す。なお、本例では、説明の便宜上、２枚刃エンドミルとした例を示す。

本例のエンドミル１は、複数の切刃１０、具体的には、２枚の切刃１０を備えている。そして、各切刃１０の先端部分は、寸法Ｒを半径とした円弧状、すなわち、Ｒ形状に形成されている。ここで、各切刃１０においては、そのＲ形状のＲ中心Ｏが、エンドミル１の軸線Ｓから距離Ｌの分だけオフセットされている。よって、Ｒ形状の寸法は、エンドミル１自体の直径であるエンドミル径の半径よりも小さな寸法となっており、エンドミル径の５０％未満の寸法となっている。なお、Ｒ形状の寸法の下限は、傾斜面の占める割合が多い複雑な工作物の切削加工に適するよう、エンドミル径の４０％以上となっている。例えば、エンドミル径が１２ｍｍのエンドミル１において、切刃の先端部分は、Ｒ５ｍｍのＲ形状に設定されている。この例では、エンドミル１の軸線Ｓから離間したＲ中心Ｏのオフセット量Ｌは、１ｍｍとなる。

また、各切刃１０の先端は、エンドミル１の中心１３に向かって、上記Ｒ形状と同一Ｒ形状のまま後退してしており、エンドミル１の先端は、各切刃１０の先端を頂点１１として、中心部分が凹んだ形状となっている。さらに、複数の切刃１０の頂点１１は、０．０５ｍｍ以内の範囲、好ましくは０．０２ｍｍ以内の範囲、より好ましくは０．０１ｍｍ以内の範囲、より一層好ましくは０．００５ｍｍ以内の範囲で、高精度に同一高さとなっている。

次に、このエンドミル１を用いて切削加工を行う状態を説明する。図２に示すように、工作物３０は、エンドミル１の軸線Ｓに対して傾斜する傾斜面３２と、エンドミル１の軸線Ｓに対して直交する直交面３１とを備えている。なお、本例では、説明の便宜上、エンドミル１の軸線方向をＺ軸方向として、このＺ軸方向を固定して切削加工を行う所謂「等高線切削加工」の例を示す。また、工作物３０の奥行き方向をＹ軸方向として、このＹ軸方向に送りをかけて切削加工を行い、このＹ軸方向の切削加工を、工作物３０の幅方向であるＸ軸方向に適宜の加工ピッチＰで繰り返し行う例を示す。

傾斜面３２については、従来のボールエンドミル（図５参照）と同様に、先端部分のＲ形状によって、良好に切削加工を行うことができる。一方、直交面３１については、エンドミル１の切刃１０先端部分におけるＲ形状のＲ中心Ｏが距離Ｌの分だけオフセットされているため、オフセット量の２倍である「２×Ｌ」の幅の平面を形成することができる。よって、従来のボールエンドミルと同等のスキャラップハイトＨの許容値に収まるように切削加工する場合には、ボールエンドミルを用いる場合の加工ピッチに「２×Ｌ」を加えた大きな値の加工ピッチＰを設定することができ、加工ピッチＰを大きく設定することで、全体の切削加工時間を短縮することができる。

なお、ボールエンドミルを用いた従来の手法においての加工ピッチよりも大きく、且つ、従来の手法における加工ピッチに「２×Ｌ」を加えた値よりも小さな加工ピッチＰを設定すれば、従来の手法よりも短時間にて、スキャラップハイトが従来の手法よりも低い高品質な表面粗さの加工面を得ることができる。また、加工ピッチＰの値として、オフセット量の２倍の値、すなわち「２×Ｌ」、よりも小さな値を設定すれば、切削加工時間を大幅に増加させることなく、スキャラップハイトが存在しない高品質な表面粗さの加工面を得ることもできる。

ところで、本発明に係るエンドミルは、上述の等高線切削加工に限らず、Ｚ軸方向を固定せず、Ｚ軸方向と共に、Ｙ軸方向またはＸ軸方向の少なくとも一軸方向を同時に制御して切削加工を行う所謂「倣い切削加工」においても、良好に適用することができる。例えば図３に、この例を具体的に説明する。なお、図３の例では、説明の便宜上、Ｙ軸方向を適宜の加工ピッチＰで固定して、Ｚ軸方向及びＸ軸方向を同時に制御して、工作物３０の直交面３１と傾斜面３２とを連続して切削加工する例を示す。

従来のボールエンドミルでは、直交面３１についての切削加工において、Ｙ軸方向の加工ピッチＰの値を小さく設定する必要があることから、この直交面３１と連続する傾斜面３２の切削加工についても、直交面３１での加工ピッチＰと同一のままで、無用に小さな値の加工ピッチＰを設定することが余儀なくされる。これに対して、本発明に係るエンドミル１を採用することで、直交面３１についての切削加工において、加工ピッチＰとして大きな値を設定することができる。よって、傾斜面３２での加工ピッチＰを含めた全体の加工ピッチＰとして大きな値を設定することができ、すなわち、Ｙ軸方向に大きな間隔で切削加工を行うことができ、全体の切削加工時間を短縮することができる。

また、傾斜面３２の切削加工については、Ｒ形状に形成されたエンドミル１の切刃１０において、傾斜面３２に接触する部分の外径（エンドミル径方向の直径寸法）が、スキャラップハイトを決定する要因となる。よって、傾斜面３２にて所望の表面粗さを確保したい場合、エンドミル径自体が小さいと、加工ピッチを小さく設定せざるを得ない。これに対して、本発明に係るエンドミル１では、切刃１０の先端部分のＲ形状を従来のボールエンドミルと同一寸法とした場合に、Ｒ形状のＲ中心Ｏがオフセットされた分だけ、エンドミル径自体が大きくなる。よって、倣い切削加工において傾斜面３２を切削加工する場合に、従来の手法よりも加工ピッチＰを大きく設定することができる。従って、この点からも、全体の切削加工時間を短縮することができる。

ところで、本発明に係るエンドミル１は、２枚刃エンドミルに限らず、例えば図４に示すような３枚刃エンドミルであってもよく、或は、４枚刃以上の多数刃エンドミルや、１枚刃エンドミルであってもよい。すなわち、切刃１０の枚数については、荒加工や仕上加工等の加工種類、工作物３０の材質や切削加工における種々の切削条件等に応じて、適宜設定すればよい。そして、どのようなエンドミル１であっても、切刃１０の先端部分におけるＲ形状の寸法を、エンドミル径の５０％未満とすればよい。換言すれば、切刃１０先端部分のＲ形状のＲ中心Ｏを、エンドミル１の軸線Ｓからオフセットさせればよい。

本発明に係るエンドミルの一例の概略を示す説明図である。本発明に係るエンドミルにて工作物を切削加工する状態の一例を示す斜視図である。本発明に係るエンドミルにて工作物を切削加工する状態の別の例を示す斜視図である。本発明に係るエンドミルの別例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。ボールエンドミルにて工作物を切削加工する状態を示す斜視図である。

符号の説明

Ｓエンドミルの軸線
ＲＲ形状の寸法
Ｌオフセット量
ＯＲ中心
Ｈスキャラップハイト
１エンドミル
２ボールエンドミル
１０切刃
１１切刃の頂点
１３エンドミルの中心
３０工作物
３１直交面
３２傾斜面

Claims

先端部分が、研削加工によって、Ｒ中心が当該エンドミルの軸線上からオフセットされたＲ形状であり、エンドミル径に対して４０％以上５０％未満の寸法のＲ形状で、側面視にて当該エンドミルの外周面から湾曲し、且つ、当該エンドミルの中心部分に向かって同一Ｒ形状のままで後退する形状に形成された切刃を備えることを特徴とするエンドミル。
請求項１に記載のエンドミルを用いて、当該エンドミルの軸線に対して傾斜する傾斜面と、当該エンドミルの軸線に対して直交する直交面とを有する工作物を、前記傾斜面については、切刃のＲ形状部分にて切削加工し、前記直交面については、切刃の先端にて、Ｒ中心のオフセット量の２倍よりも小さな値の加工ピッチで切削加工することを特徴とするエンドミルによる工作物の切削加工方法。