JP3711255B2 - テーパ部を有するエンドミル - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本願発明は、マシニングセンタ等の工作機械を使用して用いる小径エンドミルに関する。
【0002】
【従来の技術】
製品の軽薄短小化に伴い、その部品や金型が小さくなり、これらを加工するエンドミルにおいても刃径が3mm以下のいわゆる小径エンドミルのニーズが高まっている。小径エンドミルは中径や大径のものと異なり、工具寿命が折損によるものが大半を占めている。これは、小径であるが故、剛性面が弱く、また、小径エンドミルは一般に刃径がシャンク径より小さく、刃部とシャンク部を首部のテーパ部を介して繋いでおり、刃部または首部のストレート部と首部のテーパ部との繋ぎ部に凹状の段差を生じ、切削応力がこの段差部に集中することにより、折損しやすく、工具寿命が短かった。これを改善したものに特開平10−151513号公報に開示される小径エンドミルがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
小径エンドミルの工具寿命状況は、大きく2種類あり、第1に切削中のエンドミルのたわみ量が大きくなり、その負荷が工具剛性を超え、折損する場合である。一般にエンドミルのたわみ量は工具突き出し長さの3乗に比例すると言われており、これを小径エンドミルに置き換えると、小径エンドミルのたわみ量はエンド端からたわみの起点までの長さの3乗に比例することになり、エンド端からたわみの起点までの長さは、僅かな差でも大きな影響がある。ここで、たわみの起点は、外径が増加する勾配が大きくなる変曲点付近となるため、この部位は特に応力集中を生じ易く、少ない工具摩耗、即ち少ない切削負荷で折損に至る。第2は、切削中のびびり振動による切れ刃のチッピング、欠け等の異常摩耗発生した場合である。小径エンドミルの場合、切削中のびびり振動は中径や大径のものと異なり、工具自体の剛性が高いほど発生しやすい傾向にある。これは、小径であるが故、元々の剛性面が弱く、びびり振動を抑制するまでの剛性を得ることができないためである。尚、工具剛性を弱くしすぎると、たわみが大きくなり、第1の理由で折損に至る。
【0004】
しかしながら、特開平10−151513号公報の小径エンドミルは、段差を有しないものの変曲点と大差ない状態であるため、切削応力はこの部位に集中し、またこの部位の外径が細いため、強度低下を抑制した効果は少なく、折損しやすい状態は変わらず、工具寿命が短いという課題があった。また、テーパ部全体をアール状にしたものは、切削時の応力集中を分散させる効果はあるものの、エンド端からたわみの起点までの長さが長くなり過ぎ、たわみが大きく、且つ、切削中のびびり振動が激しく、切れ刃のチッピング、欠損等の異常摩耗発生により工具寿命が短いという課題があった。
【0005】
【本発明の目的】
本発明は、以上のような背景をもとになされたものであり、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命が向上する小径エンドミルを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そのため、本願発明は、刃径がシャンク径より小さく、首部にテーパ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側面視で、該テーパ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテーパ部との繋ぎの位置の直径を刃径の1.5倍以上の位置としたことを特徴とするテーパ部を有するエンドミルである。
【0007】
【発明の実施の形態】
先ず、テーパ部の刃部側に凹状部を有したことにより、たわみの起点を凹状部のシャンク端側に位置させるとともに、その直径径を太くすることができる。これにより、首部のストレート部と凹状部とを段差を生じないように滑らかに繋ぐことができ、且つ、たわみの起点を凹状部のシャンク端側に位置させることになり、エンド端からたわみの起点までの長さを制御できる。更に、繋ぎの位置の直径を刃径の1.5倍以上の位置に設けることにより、太くすることにより強度を高めることができる。工具側面視で外径が増加する勾配が大きくなる変曲点、凹状の屈曲部、外径が極小値となる部位等では切削応力が集中しやすく、応力が集中しやすい部位があると、少ない切削負荷でも折損に至るため、該凹状部を漸次外径が大きくなる連続曲線とし、応力集中を分散させるとともに、たわみの起点となる位置の外径を太くし、強度と耐折損性を向上させた。連続曲線は、剛性面で一番安定する円弧状が望ましく、円弧状の曲率半径が大きいほど、応力集中を分散させる効果が大きいが、その反面、凹状部の曲率半径が大きくなるにしたがって、繋ぎ部の位置がシャンク側に移動し、必要以上にエンド端からたわみの起点までの長さが長くなる。そのため、より好ましくは、テーパ部の刃部側、すなわちテーパ部の半分より刃側の位置が良い。
【0008】
本願発明では、小径ゆえに、繋ぎの位置の直径の上限は、刃径によりその適切な径の太さが大きく変動する。例えば、刃径0.5mmでは、シャンク径4mmを用いるので、径の差が8倍あり、凹状部を設けて1.5〜6倍程の太さとするのが好ましい。更に好ましくは、3〜6倍である。同様に、刃径1mmでは、径の差が4倍となるため、1.5〜3倍程度の太さとするのがのましい。また、刃径3mmでは、シャンク径6mmを用いるので、径の差が2倍となり、凹状部を設けて1.2〜1.6倍程度まで設けることができる。本発明では、これらの相乗効果により、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。
【0009】
テーパ部前端部の外径と後端部の外径との差によってもテーパ部の形状が変わってくることから、曲率半径は、テーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の2倍〜8倍の範囲が良い。これは、曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の2倍よりも小さくなると、たわみの起点となる部位の外径が小さくなると共に、応力集中を分散させる効果が少なく折損を引き起こす可能性がある。また、8倍を越えるとエンド端からたわみの起点までの距離が長くなり必要以上に剛性が下がってしまい十分な加工精度が得にくくなるからであり、好ましくは、2.5倍〜5倍が望ましい。更に、テーパ部のテーパ片角が大きくなると凹状部の曲率半径を小さくせざるえなくなり、たわみの起点で応力が集中しやすく折損の原因となり、切削中に被削材との干渉も生じ易くなる。小さくなると必要以上にテーパ部の長さが長くなるため、工具剛性が低下することから、テーパ部のテーパ片角は10°〜15°の範囲が望ましい。首部に工具軸線に対して略平行のストレート部を有する場合、ストレート部を被削材と干渉しない程度に微小テーパを設けても良く、テーパ部の凹状部と滑らかに繋ぐことにより、凹状部の曲率半径を大きくでき、応力分散において一層効果が向上するとともに、剛性面の向上が計れる。ここで、1/10〜1/100程度の微小テーパでも十分効果がある。本発明を適用することにより、テーパ部を有するエンドミルにおいて、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【0010】
(実施例1)
本発明例1として、図1に示す、工具母材が超硬合金製の工具刃径0.4mm、シャンク径4mm、刃数2枚刃、外周ねじれ角が30°、エンドすくい角が5°、刃長が0.6mmで、一般に首盗みタイプと呼ばれる、首部1がストレート部2、凹状部3、テーパ部4とからなり、首部ストレート部の直径は刃部5の刃径よりも小さい径で、工具軸線に平行のストレート部を有している。刃長と首部ストレート部2の長さの和、即ち首下長さ6が3mm、テーパ部4のテーパ片角7が12°、凹状部3は円弧状に設け、繋ぎの位置8の直径は2.2mmとし、刃径の5.5倍としたソリッドスクエアエンドミルに、TiAlNコ−ティングを3μm被覆したものを製作した。
比較のため、従来例2として、図2に示す、首部ストレート部2と直線状のテーパ部4とを微小アールで繋ぎ、繋ぎ部に段差をなくしたタイプ、従来例3として、図3に示す、テーパ部4全体をアール状にし、首部ストレート部2と段差を生じないように滑らかに繋いだタイプを製作した。
【0011】
切削諸元は、被削材にプリハ−ドン鋼(HRC38)を用い、回転数19500min−1、送り速度200mm/min、切り込み量は工具軸方向に0.008mm/回とし、油性の切削液を用いて湿式による等高線リブ溝切削を行い、切削状態と仕上げ面の観察を行った。ここで等高線リブ溝切削の形状は、幅が0.5mmで深さが3mmで曲線加工部を有した止まり溝であり、工具軸方向送り回数375回で等高線加工を行った。その結果、本発明例1は折れる事なく、図4に示す、加工面もびびり等のない良好な加工面であるのに対し、従来例2は、切削途中に刃部と首部の繋ぎ目を起点に折損し、従来例3は、折れることはなかったものの、図5に示す、加工面にはびびりが発生し、たおれ精度も悪く、刃先等に欠損を生じており、工具としてもすでに工具寿命に達していた。
【0012】
(実施例2)
本発明例4〜12として、次に、本発明例1と同仕様で、凹状部の形状が漸次外径が大きくなる連続曲線であり、その凹状部の形状を円弧形状にし、円弧状の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の、本発明例4として1.5倍、本発明例5として2倍、本発明例6として2.5倍、本発明例7として3倍、本発明例8として4倍、本発明例9として5倍、本発明例10として6倍、本発明例11として8倍、本発明例12として10倍、とした9種類のエンドミルを製作し、切削テストを行った。切削諸元は、被削材にプリハ−ドン鋼(HRC38)を用い、回転数19500min−1、送り速度500mm/min、切り込み量は工具軸方向に0.02mm/回とし、油性の切削液を用いて湿式による等高線リブ溝切削を行い、切削状態と仕上げ面の観察を行った。ここで等高線リブ溝切削の形状は、幅が1.2mmで深さが10mmで曲線加工部を有した止まり溝であり、工具軸方向送り回数500回で等高線加工を行った。その結果、どの工具もチッピングや欠損等の異常摩耗を生じず、折れることなく加工できた。ここで、本発明例5〜11は、加工面もびびり等のない良好な加工面であり、特に本発明例6〜9が良好であり、更に本発明例7、8が安定していた。しかし、本発明例4は、被削材の加工面がびびり面の傾向にあり、若干加工面に影響を及ぼした。また、本発明例12は、加工面のたおれ精度が若干悪い結果となり、これは曲率半径が大きくなったことにより、エンド端からたわみの起点までの長さが若干長くなり、加工面のたおれ精度に影響した。
【0013】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、小径エンドミルにおいて、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明例の側面図を示す。
【図2】図2は、従来例2側面図を示す。
【図3】図3は、従来例3の側面図を示す。
【図4】図4は、図1のエンドミルを用いたテスト結果を示す説明図を示す。
【図5】図5は、図3のエンドミルを用いたテスト結果を示す説明図を示す。
【符号の説明】
1 首部
2 首部ストレート部
3 凹状部
4 テーパ部
5 刃部
6 首下長さ6
7 テーパ部4のテーパ片角
8 凹状部とテーパ部の繋ぎの位置
Claims (2)
- 刃径がシャンク径より小さく、首部にテーパ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側面視で、該テーパ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテーパ部との繋ぎの位置の直径を刃径の1.5倍以上の位置としたことを特徴とするテーパ部を有するエンドミル。
- 請求項1記載のテーパ部を有するエンドミルにおいて、該凹状部を円弧状で形成すると共に、該円弧の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の2倍〜8倍であることを特徴とするテーパ部を有するエンドミル。
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