JP3754010B2 - ボールエンドミル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを切削するために用いられるボールエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、切削加工においては、ソリッドタイプのボールエンドミルがよく用いられている。
その一例としては、特許文献１（特開平６−２１８６１２号公報）に開示されているようなものがあり、これは、軸線回りに回転される工具本体の先端部に、軸線回りの回転軌跡が略半球状をなす略円弧状の切刃（円弧刃）が形成されていて、この円弧刃に直交する断面での円弧刃のすくい角が、工具本体先端の回転中心から工具本体の先端部外周に向かうにしたがい漸次増大し、かつ、工具本体先端の回転中心では、−４０゜〜−２０゜の範囲に設定されるとともに、工具本体の先端部外周では、−３０゜〜−１５゜の範囲に設定されたものである。
また、他の一例としては、特許文献２（特開平１１−５８１１９号公報）に開示されているようなものがあり、これは、工具本体の軸線に対して４５゜の角度の線に沿った断面での円弧刃のすくい角が、−１０゜〜０゜の範囲に設定され、逃げ角が、６゜〜１６゜の範囲に設定されたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のボールエンドミルでは、円弧刃に与えられるすくい角があまりにも小さすぎるため、円弧刃にチッピング、欠けなどが生じるのを抑制する耐欠損性には優れているものの、その切れ味が悪いという問題が残っている。
また、特許文献２に記載のボールエンドミルでは、単に、軸線に対する角度が４５゜での断面における円弧刃のすくい角が設定されているだけであるため、この円弧刃における工具本体先端の回転中心付近でのすくい角や、工具本体の先端部外周付近でのすくい角の規定については、何ら考慮されておらず、切れ味と耐欠損性とを両立できるようなものではなかった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、切れ味と耐欠損性とを両立することができるボールエンドミルを提供することを目的とする。
【０００５】
【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、本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状をなす略円弧状の切刃が形成されたボールエンドミルにおいて、前記工具本体の先端部には、この先端部の外周面に開口して該先端部を複数に分割するようにギャッシュが形成されており、このギャッシュの工具回転方向前方側を向く壁面が先端すくい面とされ、この先端すくい面の外周側稜線部に前記略円弧状の切刃が形成されていて、前記軸線に直交する断面で見たとき、この断面上における前記略円弧状の切刃に連なる前記先端すくい面が前記軸線からこの断面上に位置する前記円弧状の切刃に向かって引いた直線に対してなす傾斜角度である、前記略円弧状の切刃における半径方向すくい角が、前記工具本体先端の回転中心付近から前記工具本体の先端部外周付近までに亘って、−２０゜〜０゜の範囲内のほぼ一定の値に設定され、前記軸線に平行、かつ、前記先端すくい面に直交するような断面で見たとき、この断面上における前記略円弧状の切刃に連なる前記先端すくい面が前記軸線に対してなす傾斜角度である、前記略円弧状の切刃における軸方向すくい角が、前記工具本体先端の回転中心付近では、ほぼ０゜に設定されるとともに、前記工具本体の先端部外周に向かうにしたがい漸次増大するように設定されていることを特徴とするものである。
このような本発明は、工具本体の先端部に形成された略円弧状の切刃について、半径方向すくい角と軸方向すくい角とを個別に設定することによって、この略円弧状の切刃における切れ味と耐欠損性とを両立させることが可能となっているものである。
すなわち、略円弧状の切刃について、切削速度が小さく、切削抵抗が大きくならざるを得ない工具本体先端の回転中心付近では、半径方向すくい角を−２０゜〜０゜の範囲内の値に設定するとともに、軸方向すくい角をほぼ０゜に設定することによって、耐欠損性を重視しつつも、切れ味を損なわないようにしている。そして、工具本体先端の回転中心付近から工具本体の先端部外周付近に向かうにしたがっては、半径方向すくい角をほぼ一定に維持しながら、軸方向すくい角を漸次増大させていくことによって、切れ味を重視しつつも、耐欠損性を損なわないようにしているのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４を参照しながら説明する。
本実施形態によるボールエンドミルは、図１〜図４に示すように、例えば超硬合金等の硬質材料から構成されて、軸線Ｏ回りに回転される略円柱状の工具本体１０を有しており、この工具本体１０の先端部１０Ａ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。
【０００７】
工具本体１０の先端部１０Ａを除く外周には、周方向で等間隔に、例えば二つの切屑排出溝１１，１１が、工具本体１０の外周面に開口するように形成されており、これら切屑排出溝１１，１１の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面がすくい面１１Ａ，１１Ａとされている。
そして、すくい面１１Ａの外周側稜線部、すなわち、すくい面１１Ａと、このすくい面１１Ａに交差して工具本体外周側を向く逃げ面１２との交差稜線部にそれぞれ外周刃１３が形成されていて、いわゆる二枚刃となっている。
【０００８】
また、二つの切屑排出溝１１，１１は、工具本体１０の先端側から後端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ後方側に向けて、所定のねじれ角θで軸線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、これにともなって二枚の外周刃１３，１３も同様にねじれ角θで螺旋状にねじれるように形成されている。
なお、本実施形態においては、切屑排出溝１１のねじれ角θは、例えば、１５゜〜４５゜の範囲に設定されている。
【０００９】
略半球状を呈する工具本体１０の先端部１０Ａには、周方向で等間隔に、例えば二つのギャッシュ１４，１４が、先端部１０Ａの外周面に開口して先端部１０Ａを複数に分割するとともに、切屑排出溝１１，１１とそれぞれ連続するように形成されており、これらギャッシュ１４，１４の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面が先端すくい面１４Ａ，１４Ａとされている。
そして、先端すくい面１４Ａの外周側稜線部、すなわち、先端すくい面１４Ａと、この先端すくい面１４Ａ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１５との交差稜線部にそれぞれ、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円弧状の円弧刃１６，１６が形成されている。
【００１０】
二つの円弧刃１６，１６は、それぞれの先端を工具本体先端の軸線Ｏ上の回転中心Ｃ付近に位置させるとともに、そこから工具本体後端外周側に向かって延びており、これら円弧刃１６，１６の後端は、ギャッシュ１４，１４と切屑排出溝１１，１１とが連続しているために、工具本体１０の先端部外周付近に位置して外周刃１３，１３の先端とそれぞれ連続するようになっている。
なお、円弧刃１６，１６は、軸線Ｏ方向の先端側から見て、工具本体先端の回転中心Ｃを中心に対称とされ、それぞれ工具回転方向Ｔ前方側に凸となるような緩やかな凸曲線状を呈している。
【００１１】
ここで、円弧刃１６の半径方向すくい角α、すなわち、軸線Ｏに直交する断面で見たとき、図３（ａ）に示すように、この断面上における円弧刃１６に連なる先端すくい面１４Ａが、軸線Ｏからこの断面上に位置する円弧刃１６に向かって引いた直線Ｍに対してなす傾斜角度（工具本体内周側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ後方側へ向かうような傾斜を正とする）が、工具本体先端の回転中心Ｃ付近から工具本体１０の先端部外周付近までの円弧刃１６の全長に亘って、−２０゜〜０゜の範囲内でほぼ一定の値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α＝−１０゜に設定されている。
【００１２】
また、円弧刃１６の軸方向すくい角β、すなわち、軸線Ｏに平行、かつ、先端すくい面１４Ａに直交するような断面で見たとき、図３（ｂ）に示すように、この断面上における円弧刃１６に連なる先端すくい面１４Ａが、軸線Ｏに対してなす傾斜角度（軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ後方側へ向かうような傾斜を正とする）が、工具本体先端の回転中心Ｃ付近では、ほぼ０゜に設定されているとともに、この工具本体先端の回転中心Ｃ付近から工具本体１０の先端外周部付近に向かうにしたがって滑らかに漸次増大して、工具本体１０の先端外周部付近において切屑排出溝１１のねじれ角θ（外周刃１３のねじれ角θ）に近づくように設定されている。
【００１３】
このような構成とされた本実施形態によるボールエンドミルによれば、工具本体１０の先端部１０Ａに形成された円弧刃１６について、半径方向すくい角αと軸方向すくい角βとを個別に設定することによって、この円弧刃１６における切れ味と耐欠損性とを両立させ、高硬度材料の切削においても優れた性能を発揮することが可能となっている。
【００１４】
すなわち、円弧刃１６について、切削速度が小さく、切削抵抗が大きくならざるを得ない工具本体先端の回転中心Ｃ付近では、半径方向すくい角αを−２０゜〜０゜の範囲内に設定するとともに、軸方向すくい角βをほぼ０゜に設定することで、必要十分な耐欠損性を確保しつつも、優れた切れ味を得るようにしているのである。
このとき、「軸方向すくい角βをほぼ０゜に設定する」とは、具体的に言うと、軸方向すくい角βを−５゜〜５゜の範囲に設定することである。
【００１５】
ここで、この工具本体先端の回転中心Ｃ付近における円弧刃１６の半径方向すくい角αが−２０゜よりも小さく設定されていたり、軸方向すくい角βがほぼ０゜よりも小さく設定されていたりすると、良好な切れ味を得ることができず、切削効率の低下を招いてしまうおそれがある。
一方、回転中心Ｃ付近における円弧刃１６の半径方向すくい角αが０゜よりも大きく設定されていたり、軸方向すくい角βがほぼ０゜よりも大きく設定されていたりすると、耐欠損性を向上させることができず、円弧刃１６にチッピングや欠けなどが生じやすくなってしまうおそれがある。
なお、上述したようなおそれをより確実になくすためには、円弧刃１６における半径方向すくい角αが、−１５゜〜−５゜の範囲でほぼ一定に設定されていることが好ましい。
【００１６】
また、円弧刃１６について、工具本体先端の回転中心Ｃ付近から工具本体１０の先端外周部付近に向かうにしたがっては、半径方向すくい角αをほぼ一定に維持したまま、軸方向すくい角βを滑らかに（ねじれ角θに近づくように）漸次増大させていくことによって、切削速度が大きく、比較的切削抵抗が小さくなる工具本体１０の先端部外周付近において、切れ味を重視しつつも、耐欠損性を損ねることがないようにしている。
このとき、「半径方向すくい角αをほぼ一定に維持する」とは、具体的に言うと、半径方向すくい角αに生じる変動を±５゜程度に収めることである。
【００１７】
ここで、工具本体先端の回転中心Ｃ付近から工具本体１０の先端部外周付近に向かうにしたがって、円弧刃１６の半径方向すくい角αがほぼ一定ではなく漸次小さくなるように設定されていたり、軸方向すくい角βが一定のままや漸次小さくなるように設定されていたりすると、切れ味を損ねて、切削効率を低下させてしまうおそれがある。
一方、円弧刃１６の半径方向すくい角αが、回転中心Ｃ付近から先端部外周付近に向かうにしたがって漸次大きくなるように設定されていたりすると、優れた耐欠損性が得られず、チッピングや欠損を生じさせてしまうおそれがある。
【００１８】
なお、本実施形態においては、円弧刃１６について、工具本体先端の回転中心Ｃ付近での半径方向すくい角αや軸方向すくい角βに言及しているが、この回転中心Ｃ付近でのすくい角を実際に測定することは困難な場合も多く存在し、測定のバラツキも生じやすくなっている。
このような場合、回転中心Ｃ付近における円弧刃１６の半径方向すくい角α及び軸方向すくい角βは、回転中心Ｃ付近を除いた部分での半径方向すくい角α及び軸方向すくい角βの測定値に基づいて推定することとする。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の一例であるボールエンドミルを実施例とし、円弧刃のすくい角（半径方向すくい角α、軸方向すくい角β）が本発明の範囲から外れたボールエンドミルを比較例として、耐欠損性を確認するための切削試験を行った。
このとき用いた半径５ｍｍの工具本体を有するボールエンドミル（実施例、比較例）の円弧刃について、その全長を工具本体の軸線方向で５等分したときに、円弧刃の先端と後端とを除いた４つの点（軸線方向の先端側から測定位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする）について、半径方向すくい角αと軸方向すくい角βとをそれぞれ測定した。その測定結果を図５及び図６に示す。
【００２０】
このような半径方向すくい角αと軸方向すくい角βとが設定された円弧刃を有するボールエンドミル（実施例、比較例）を用いて、以下の切削条件及び試験方法での切削試験の結果を表１に示す。
〈切削条件〉
被削材：ＳＫＤ６１（５２ＨＲＣ）
回転速度：１００００ｍｉｎ^−１
突出し長さ：６０ｍｍ
その他：ダウンカット、エアブロー、横型ＭＣ使用
〈試験方法〉
▲１▼送り速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで５ｍ切削し、欠けの有無を確認。
▲２▼その後、送り速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎごとに上げて、▲１▼と同様に欠けの有無を確認。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１に示されるように、本発明の一例である実施例では、ピックフィードが１ｍｍ、切込み深さが３ｍｍのような低ピック高切込み条件と、ピックフィードが３ｍｍ、切込み深さが１ｍｍのような高ピック低切込み条件とのいずれであっても、比較例よりも格段に耐欠損性に優れていることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、工具本体の先端部に形成された円弧刃について、半径方向すくい角と軸方向すくい角とを個別に設定することで、この円弧刃における切れ味と耐欠損性とを両立できで、高硬度材料の切削においても優れた性能を発揮することができる。
すなわち、工具本体先端の回転中心付近では、円弧刃の半径方向すくい角を−２０゜〜０゜の範囲内の値に設定するとともに、軸方向すくい角をほぼ０゜に設定することによって、耐欠損性を確保しつつ、優れた切れ味を得ることができ、かつ、工具本体先端の回転中心付近から工具本体の先端部外周付近に向かうにしたがっては、円弧刃の半径方向すくい角をほぼ一定に維持しながら、軸方向すくい角を漸次増大させていくことによって、切れ味を確保しつつ、優れた耐欠損性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態によるボールエンドミルの側面図である。
【図２】 図１におけるＸ方向矢視図である。
【図３】 （ａ）は図１におけるＹ−Ｙ線断面図、（ｂ）は図１におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】 半径方向すくい角を示すグラフである。
【図５】 軸方向すくい角を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 工具本体
１０Ａ 先端部
１１ 切屑排出溝
１１Ａ すくい面
１２ 逃げ面
１３ 外周刃
１４ ギャッシュ
１４Ａ 先端すくい面
１５ 先端逃げ面
１６ 円弧刃
Ｃ 回転中心
Ｏ 軸線
Ｔ 工具回転方向
α 半径方向すくい角
β 軸方向すくい角

Claims (1)

1. 軸線回りに回転される工具本体の先端部に、前記軸線回りの回転軌跡が略半球状をなす略円弧状の切刃が形成されたボールエンドミルにおいて、
   前記工具本体の先端部には、この先端部の外周面に開口して該先端部を複数に分割するようにギャッシュが形成されており、このギャッシュの工具回転方向前方側を向く壁面が先端すくい面とされ、この先端すくい面の外周側稜線部に前記略円弧状の切刃が形成されていて、
   前記軸線に直交する断面で見たとき、この断面上における前記略円弧状の切刃に連なる前記先端すくい面が前記軸線からこの断面上に位置する前記円弧状の切刃に向かって引いた直線に対してなす傾斜角度である、前記略円弧状の切刃における半径方向すくい角が、前記工具本体先端の回転中心付近から前記工具本体の先端部外周付近までに亘って、−２０゜〜０゜の範囲内のほぼ一定の値に設定され、
   前記軸線に平行、かつ、前記先端すくい面に直交するような断面で見たとき、この断面上における前記略円弧状の切刃に連なる前記先端すくい面が前記軸線に対してなす傾斜角度である、前記略円弧状の切刃における軸方向すくい角が、前記工具本体先端の回転中心付近では、ほぼ０゜に設定されるとともに、前記工具本体の先端部外周に向かうにしたがい漸次増大するように設定されていることを特徴とするボールエンドミル。

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