JP3811129B2 - エンドミル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フライス加工において、効率の良い穴あけ加工可能なエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンドミルは横送り加工を主として行うものである。エンドミルを用いた加工において、穴あけ加工は不得意な分野に属する加工であり、穴あけ加工を行う場合にはドリル工具を用いて下穴をあけてから穴あけ加工を行うのが一般的である。
しかしながら、ドリル工具を用いて下穴をあけた後に、工具をエンドミルに付け替えて穴あけ加工を行うのは工数がかかるため、下穴をあけなくても効率よく穴あけ加工が行えるエンドミルが提案されている。
【０００３】
上記のエンドミルとしては、切り屑排出溝の形状が工具軸線直交断面で凹曲線をなす凹曲面状の形状を組み合わせることにより形成されているものがある。このエンドミルにおいて、底刃で発生した切り屑は上記凹曲面に沿って流れる際に、凹曲面の形状によって切り屑のカールが促進されて、つるまき状の切り屑となる。つるまき状になった切り屑は外部への排出性が良くなるため、穴あけ加工効率も良くなる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２６９３４号公報 （第２頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のエンドミルにおいては、高効率に穴あけ加工（突っ込み加工）を行うと連続する長い切り屑が生じ、その長い切り屑が工具に巻き付き、外部へ排出されずに切り屑排出溝を塞いでしまう恐れがあった。そのため、次に生成される切り屑の排出が妨げられ、切り屑詰まりが起きて工具の折損が起きる恐れがあるという問題があった。
【０００６】
また、連続する長い切り屑が工具に巻き付くことにより、外周刃が巻き付いた切り屑により損傷する恐れがあった。さらには、その巻き付いた切り屑が工具の回転による遠心力によってプロペラ状に連れ回り、被削材と接触して加工面等に不要な傷を付ける恐れがあるという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、切り屑詰まりを防止し、切り屑を工具に巻き付かせることなく外部に排出し、高効率に加工ができるエンドミルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンドミルでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、工具軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切り屑排出溝が形成され、この切り屑排出溝の工具回転方向を向く溝壁面と前記工具本体の先端面との交差稜線部には、前記工具本体の外周から前記工具軸線に向かう底刃が形成されているとともに、前記溝壁面の先端には、前記底刃に沿ってすくい面が形成されているエンドミルにおいて、前記すくい面には、前記底刃に沿って、該底刃で生成した切り屑を衝突させる段差部が形成され、この段差部の段差が、０．０１Ｄ〜０．０８Ｄ（ただし、Ｄは前記底刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の最外径）の範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明にかかるエンドミルによれば、まず、底刃で発生した切り屑が、すくい面に沿って切り屑排出溝に向かって流れる。この移動の際に、上記切り屑は、０．０１Ｄ〜０．０８Ｄの範囲に設定された段差部に確実に衝突して折り曲げられることにより、分断されて短い切り屑になるか、剛性の低下したよれよれの切り屑となる。
上記短い切り屑は、切り屑排出溝に詰まることなくスムーズに走行して外部に排出される。
また、上記剛性の低下した切り屑は、剛性が落ちているため、エアブローにより、切り屑排出溝から外部へ吹き飛ばされて排出される。
【００１１】
前記段差部の段差が０．０１Ｄ以下であると、上記切り屑が、段差により折り曲げられないで乗り越えてしまうため、切り屑排出溝に上記切り屑が詰まったり、上記切り屑がエンドミルに巻きついたりする恐れがあり。また、段差部の段差が０．０８Ｄ以上であると、上切り屑が段差に衝突して工具回転方向前方に乗り上げ難くなり詰まる恐れがある。
なお、段差部は、底刃の長手方向全長、外側に一部、内側に一部、または中間に一部のいずれに設けられるものでも良い。
【００１２】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のエンドミルにおいて、前記段差部と前記工具軸線の垂直面とのなす角度が、５°〜３０°の範囲で設定されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明にかかるエンドミルによれば、段差部と工具軸線の垂直面とのなす角度が５°〜３０°の範囲で設定されているので、底刃で発生した切り屑を、より確実に段差部に衝突させて折り曲げることにより、分断させて短い切り屑にするか、剛性の低下したよれよれの切り屑にすることができる。
例えば、段差部と工具軸線の垂直面とのなす角度が５°以下であると、上記切り屑が段差部に衝突する間での長さが短くなり、上記切り屑が段差部を乗り越えるのに必要な工具回転方向前方への折り曲げがきつくなるため上記切り屑は段差部を乗り越えられなくなり詰まる恐れがあるのと、上記切り屑が直に段差部へ衝突するため上記切り屑は段差部を乗り越えられなくなり詰まる恐れがある。
また、段差部と工具軸線の垂直面とのなす角度が３０°以上であると、上記切り屑と段差部との衝突角が小さくなり、衝突する際の衝撃が小さくなり、上記切り屑が分断されずに又は剛性を落とされることなく段差部を乗り越える恐れがある。さらに、段差部に衝突するまでの切り屑長さが長くなり、上記切り屑の折り曲げが弱くなって、上記切り屑が分断されずに又は剛性を落とされることなく段差部を乗り越える恐れがある。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、請求項１に記載のエンドミルにおいて、前記底刃にニックが形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明にかかるエンドミルによれば、底刃で発生する切り屑は、ニックにより分割された幅の細い切り屑となる。上記細い切り屑は、分割されていない幅の広い切り屑と比べて剛性が低く、上記切り屑排出溝を容易に流れることができ、後から発生した切り屑により押し出されて外部に排出される。
【００１６】
請求項４にかかる発明は、請求項１または２に記載のエンドミルにおいて、前記切り屑排出溝と底刃が複数形成され、第一底刃の刃長が少なくともＤ／２（ただし、Ｄは前記底刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の最外径）あるとともに、前記第一底刃にニックを形成し、該ニックの形成位置が、第二底刃の前記工具軸線回りの回転軌跡に重なることを特徴とする。
【００１７】
この発明にかかるエンドミルによれば、ニックによる加工残りが、第二の底刃により加工される。
【００１８】
請求項５にかかる発明は、請求項３または４に記載のエンドミルにおいて、前記ニックは円弧形状溝とし、前記ニックの溝深さが、その円弧形状の半径よりも浅いことを特徴とする。
【００１９】
この発明にかかるエンドミルによれば、ニックのＲ形状と工具本体の先端面とから形成される稜線部の角度が鈍角となり、上記稜線部の角部に集中する応力が小さくなる。上記応力集中が弱くなることから、ニックが欠けにくくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第一実施形態について図１から図４を参照しながら説明する。
エンドミル１０は、図１に示すように、工具本体１１が略円柱状の軸状をなし、その先端部には、工具本体１１の先端から基端に向かって螺旋状に捩れる例えば３条の切り屑排出溝１２、１２、１２が、工具本体１１の周方向に略等間隔に形成されている。
そして、この切り屑排出溝１２の工具回転方向（図２の矢線Ｔ方向）を向く溝壁面１３と、工具本体１１先端部の外周面（外周逃げ面）１４との交差稜線部には、切り屑排出溝１２に沿って螺旋状に捩れた外周刃１５が形成されている。
【００２１】
また、図１および図２に示すように、溝壁面１３の先端には、工具本体１１の先端の先端面１６Ａとの交差稜線部に、工具本体１１の外周から工具軸線Ｏに向けて延びるように、長刃１７ａ（第一底刃）と中刃１７ｂ（第二底刃）と短刃１７ｃ（第二底刃）とが、工具本体１１の先端側から見て反時計回りに並ぶように形成されている。各刃１７ａ、１７ｂ、１７ｃに続く先端面１６Ａを先端逃げ面１６という。
長刃１７ａは、工具本体１１の外周から工具軸線Ｏを越えて反対側にまで延び、その長さＬがＤ／２（Ｄは各底刃１７ａ，１７ｂ，１７ｃの回転軌跡の最外径、本実施例では１０ｍｍ）より長く形成されている。また、中刃１７ｂおよび短刃１７ｃは、工具本体１１の外周から工具軸線Ｏに向かう方向の長さが、Ｌ／２より長く形成されているとともに、中刃１７ｂと短刃１７ｃの長さが等しく形成されている。
なお、本実施形態においては、中刃１７ｂと短刃１７ｃの長さが等しいものに適応して説明したが、中刃１７ｂと短刃１７ｃの長さが等しいものに限られることなく、中刃１７ｂと短刃１７ｃの長さが異なるものに適応することもできる。
【００２２】
そして、図２および図３に示すように、溝壁面１３の先端部には、長刃１７ａに沿って、工具本体１１の外周から工具軸線Ｏに向かって、基端側へ落ち込む凹部形状のギャッシュ１８が形成されるとともに、溝壁面１３が一段削り落とされるようにして第一すくい面（すくい面）１９が形成されている。この第一すくい面１９は、工具軸線Ｏと長刃１７ａを含む面に対して、工具本体１１の先端側に向かって工具回転方向の前方へ−１０°から１０°（本実施形態においては７°〜９°）の範囲で傾いて形成されている。
【００２３】
さらに、第一すくい面１９には、第二すくい面２０が、第一すくい面１９から工具回転方向の後方向０．０１Ｄ〜０．０８Ｄ（０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ、本実施形態では０．０３３Ｄ＝０．３３ｍｍ）の範囲の段高さｈであって、工具軸線Ｏと長刃１７ａを含む面に対して、工具本体１１の先端側に向かって工具回転方向の前方へ−１０°から１０°（本実施形態においては７°〜９°）の範囲で傾いて形成されている。
【００２４】
ここで、図３に示すように、段高さｈが０．０１Ｄ（０．１ｍｍ）よりも低いと、切り屑が、段差により折り曲げられないで乗り越えてしまうため、切り屑排出溝１２に切り屑が詰まったり、切り屑がエンドミル１０に巻きついたりする。
また、段高さｈが０．０８Ｄ（０．８ｍｍ）よりも高くなると、切り屑が段差に衝突して工具回転方向前方に乗り上げ難くなり詰まる恐れがある。
【００２５】
これら第一すくい面１９と第二すくい面２０とが形成されることにより、第一すくい面１９と第二すくい面２０との間には、略段形状をなす第一エンドブレーカ（段差部）２１ａが形成され、その段高さｈは、上記の第一すくい面１９と第二すくい面２０との段高さｈと等しくなる。そして第一エンドブレーカ２１ａの工具本体１１の先端側を向いた面には、切屑当接面２２が形成されている。
【００２６】
また、中刃１７ｂ、短刃１７ｃにおいても同様に、これらギャッシュ１８、第一すくい面１９、第二すくい面２０、第二エンドブレーカ２１ｂ（段差部）および第三エンドブレーカ２１ｃ（段差部）、切屑当接面２２が形成されている。
したがって、各底刃１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、実際にはこの第二すくい面２０と先端逃げ面１６との交差稜線部に形成されることになる。
【００２７】
さらに、図４に示すように、長刃１７ａは、工具軸線Ｏ側から径方向外側に向かって漸次工具軸線Ｏ方向先端側へ傾斜して形成されている。第一エンドブレーカ２１ａは、工具軸線Ｏに対する垂直面Ｍから工具本体１１の外周に向かって基端側へ傾斜する角度をα１とすると、角度α１が５°〜３０°（本実施形態ではα１が１５°）の範囲に設定されている。
【００２８】
第一エンドブレーカ２１ａの角度α１が、５°よりも小さくなると、切り屑が第一エンドブレーカ２１ａに衝突する間での長さが短くなり、切り屑が第一エンドブレーカ２１ａを乗り越えるのに必要な工具回転方向前方への折り曲げはきつくなる。この折り曲げがきつくなると、切り屑は第一エンドブレーカ２１ａを乗り越えられなくなり詰まる恐れがある。それと同時に切り屑が第一エンドブレーカ２１ａに直に衝突するため、切り屑は第一エンドブレーカ２１ａを乗り越えられなくなり詰まる恐れがある。
また、第一エンドブレーカ２１ａの角度α１が、３０°よりも大きくなると切り屑と第一エンドブレーカ２１ａとの衝突角が６０°より小さくなり、衝突する際の衝撃が小さくなる。さらに、第一エンドブレーカ２１ａに衝突するまでの切り屑長さが長くなり、切り屑の折り曲げが弱くなって、切り屑が分断されずに又は剛性を落とされることなく第一エンドブレーカ２１ａを乗り越える恐れがある。
【００２９】
また、第二エンドブレーカ２１ｂ、第三エンドブレーカ２１ｃの工具軸線Ｏに対する垂直面Ｍから工具本体１１の外周に向かって基端側へ傾斜する角度、α２、α３も同様に５°〜３０°（本実施形態ではα２が１５°、α３が２０°）の範囲に設定されている。
【００３０】
上記の構成からなるエンドミル１０を用いた切削加工について説明する。
工具軸線Ｏまわりに回転するエンドミル１０の各底刃１７ａ、１７ｂ、１７ｃで被削材に穴あけ加工を行う。穴あけ加工における長刃１７ａと長刃１７ａに係る第一エンドブレーカ２１ａ等の働きと、中刃１７ｂ、短刃１７ｃに係る各エンドブレーカ２１ｂ、２１ｃ等の働きは同じであるため、長刃１７ａ等の説明を主として行う。
長刃１７ａで切削することで発生した切り屑は、図３に示すように、まず第二すくい面１９に沿って工具本体１１の基端側に向かって流れる。そして切り屑は、第一エンドブレーカ２１ａの切屑当接面２２に衝突して、工具回転方向の前方へ折り曲げられることにより、分断されて短い切り屑になると同時に、図４に示すように、第一エンドブレーカ２１ａを乗り越える。
そして、第一エンドブレーカ２１ａで、分断されて短くなった切り屑は、次々と発生する切り屑に押し出されて外部に排出される。
【００３１】
もしくは、長刃１７ａで切削することで発生した切り屑は、第一エンドブレーカ２１ａの切屑当接面２２に衝突して分断までされなくても、折り曲げられたことにより剛性の低下したよれよれの切り屑になる。
そして、剛性の低くなった切り屑は、第一エンドブレーカ２１ａを乗り越え易くなり、エアブローにより外部へ吹き飛ばされ易くなる。
【００３２】
なお、エンドミル１０は、横送りすることにより外周刃１５による切削、例えば溝切削加工なども行うこともできる。
【００３３】
上記の構成によれば、切り屑は各エンドブレーカ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの切屑当接面２２に衝突して、折り曲げられて分断されて短い切り屑になるか、剛性の低下した切り屑となる。分断された切り屑は、切り屑排出溝１２で詰まったり巻き付いたりすることなく流れてスムーズに外部に排出される。
また、分断されないまでも剛性の低くなった切り屑は、よれよれになってエアブローにより吹き飛ばされ外部に排出される。そのため、切り屑をエンドミル１０に巻き付かせることなく外部に排出することができ、高効率な穴あけ加工ができる。
【００３４】
各エンドブレーカ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの段高さｈが０．０１Ｄから０．０８Ｄの範囲に設定されるとともに、傾斜角α１、α２、α３が、５°〜３０°の範囲で設定されているため、切り屑の剛性を確実に低下させることができ、切り屑が各エンドブレーカ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを確実に乗り越えることができる。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態を図５から図８を参照しながら説明する。全体の構成は、第一実施形態と同様であり、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
エンドミル５０の工具本体１１の先端逃げ面１６は、図５および図７に示すように、各底刃１７ａ、１７ｂ、１７ｃから工具回転方向の後方へ延び、逃げ角が６°で形成されている二番逃げ面１６ａ（先端面）と、二番逃げ面１６ａから工具回転方向の後方へ延び、逃げ角よりも大きな逃げ角で形成されている三番逃げ面１６ｂ（先端面）とから構成されている。
【００３６】
さらに、第二逃げ面１６ａには、図６および図７に示すように、長刃１７ａから工具回転方向後方に向けて、例えば略直角にニックが形成されて長刃１７ａが分断されている。長刃１７ａにおけるニック５１は中刃１７ｂ、短刃１７ｃの回転軌跡に重なる位置に形成されているとともに、ニック５１の回転軌跡の最内径が中刃１７ｂ、短刃１７ｃの回転軌跡の最内径よりも０．１ｍｍ大きくなるように形成されている。
なお、本実施形態では、ニック５１が長刃１７ａから工具回転方向後方に向けて略直角に形成されているものに適応して説明したが、ニック５１の形成方向は、略直角方向に限られるものではない。
【００３７】
ニック５１の断面形状は、図８に示すように、例えばＲ０．３３の円弧形状で形成されるとともに、第二逃げ面１６ａからニック５１の底面までの距離はニック５１の半径よりも短い０．３ｍｍとなるように形成されている。
そのため、ニック５１と長刃１７ａとの交差角度が鈍角となり、この稜線部の角部に集中する応力が小さくなり、切削加工時に欠損しにくい。
【００３８】
なお、ニック５１の断面形状を円弧形状に形成されているものに適応して説明したが、多角形状に形成されているもの等、それ以外の形状に形成されていてもよい。
【００３９】
上記の構成からなるエンドミル５０において穴あけ加工を行う時は、図６および図８に示すように、ニック５１の部分では加工が行われず、長刃１７ａにおいて発生する切り屑は２つに分割される。また、ニック５１の加工残りは、回転軌跡が重なる中刃１７ｂ、短刃１７ｃにより加工される。
中刃１７ｂ、短刃１７ｃにおいて発生する切り屑は、中刃１７ｂ、短刃１７ｃの長さがもともと短いので、幅の細い切り屑となる。
【００４０】
ニック５１により分割されて幅の細くなった切り屑、および中刃１７ｂ、短刃１７ｃにより発生した幅の細い切り屑は、次々と各底刃１７ａ、１７ｂ、１７ｃで発生した切り屑に押されて、切り屑排出溝１２をスムーズに走行して外部に排出される。または、エアブローにより外部へ吹き飛ばされる。
【００４１】
上記の構成によれば、長刃１７ａで発生する切り屑は、ニック５１により分割された幅の細い切り屑となる。この幅の細い切り屑は、分割されていない幅の広い切り屑と比べて剛性が低く、切り屑排出溝１２をスムーズに走行して、後から発生した切り屑により押し出されて外部に排出される。そのため、切り屑をエンドミル５０に巻き付かせることなく、高効率な穴あけ加工ができる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、上記の実施の形態においては、エンドブレーカとニック５１とを別々の実施形態に適応して説明したが、エンドブレーカとニックとを別々に適応するものに限られることなく、同時に適用することができるものである。
この場合、切り屑の幅が、ニック５１により細くなるので、エンドブレーカにおいてより容易に折り曲げられ切れて短い切り屑になるか、剛性の低くなった切り屑となるので、より切り屑の排出性が良くなり、さらに高効率な穴あけ加工ができる。
また、第一実施形態において、中刃１７ｂ、短刃１７ｃに各エンドブレーカ２１ｂ、２１ｃを設けなくてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、穴あけ加工時に、底刃で発生した切り屑が、０．０１Ｄ〜０．０８Ｄの範囲に設定された段差部で折り曲げられ分断されて短い切り屑になるか、剛性の低下した切り屑となるので、上記切り屑を上記段差部に詰まらせることなく、エンドミルに巻き付かせることなく外部に排出し、高効率な穴あけ加工ができるという効果を奏する。
【００４５】
請求項２に係る発明によれば、段差部と工具軸線の垂直面とのなす角度が、５°〜３０°の範囲で設定されているため、上記切り屑を段差部で詰まらせることなく、分断された切り屑または剛性の低下した切り屑にすることができる。
【００４６】
請求項３に係る発明によれば、切り屑は、ニックに分割されて剛性の低い幅の細い切り屑となるため、切り屑排出溝をスムーズに流れて外部に排出される。
【００４７】
請求項４に係る発明によれば、ニックが第一底刃上であって、第二底刃の工具軸線回りの回転軌跡に重なるように形成されているので、ニックによる加工残りが、第二の底刃により加工される。
【００４８】
請求項５に係る発明によれば、ニックが円弧形状溝で、ニックの深さがその円弧形状の半径よりも浅いため、ニック０と底刃の交差部に応力集中が起きにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるエンドミルの第一実施形態を示す側面図である。
【図２】 本発明によるエンドミルの第一実施形態を示す正面図である。
【図３】 本発明による回転機械の一実施形態を示す要部上面図である。
【図４】 図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】 本発明によるエンドミルの二実施形態を示す側面図である。
【図６】 本発明によるエンドミルの第二実施形態を示す正面図である。
【図７】 本発明によるエンドミルの第二実施形態を示す要部上面図である。
【図８】 図６におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１０、５０ エンドミル
１１ 工具本体
１２ 切り屑排出溝
１３ 溝壁面
１６Ａ 先端面
１６ａ 二番逃げ面（先端面）
１６ｂ 三番逃げ面（先端面）
１７ａ 長刃（第一底刃）
１７ｂ 中刃（第二底刃）
１７ｃ 短刃（第二底刃）
１９ 第一すくい面（ すくい面）
２１ａ 第一エンドブレーカ（段差部）
２１ｂ 第二エンドブレーカ（段差部）
２１ｃ 第三エンドブレーカ（段差部）
５１ ニック

Claims (5)

1. 工具軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に切り屑排出溝が形成され、この切り屑排出溝の工具回転方向を向く溝壁面と前記工具本体の先端面との交差稜線部には、前記工具本体の外周から前記工具軸線に向かう底刃が形成されているとともに、前記溝壁面の先端には、前記底刃に沿ってすくい面が形成されているエンドミルにおいて、
   前記すくい面には、前記底刃に沿って、該底刃で生成した切り屑を衝突させる段差部が形成され、この段差部の段差が、０．０１Ｄ〜０．０８Ｄ（ただし、Ｄは前記底刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の最外径）の範囲に設定されていることを特徴とするエンドミル。
2. 請求項１に記載のエンドミルにおいて、
   前記段差部と前記工具軸線の垂直面とのなす角度が、５°〜３０°の範囲で設定されていることを特徴とするエンドミル。
3. 請求項１に記載のエンドミルにおいて、
   前記底刃にニックが形成されていることを特徴とするエンドミル。
4. 請求項１または２に記載のエンドミルにおいて、
   前記切り屑排出溝と底刃が複数形成され、第一底刃の刃長が少なくともＤ／２（ただし、Ｄは前記底刃の前記工具軸線回りにおける回転軌跡の最外径）あるとともに、
   前記第一底刃にニックを形成し、該ニックの形成位置が、第二底刃の前記工具軸線回りの回転軌跡に重なることを特徴とするエンドミル。
5. 請求項３または４に記載のエンドミルにおいて、
   前記ニックは円弧形状溝とし、前記ニックの溝深さが、その円弧形状の半径よりも浅いことを特徴とするエンドミル。

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