JP3840660B2 - 多刃ボールエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、金型の３次元加工等に用いる多刃ボールエンドミルに関する。

金型の３次元加工等に用いるボールエンドミルとして、特に高能率加工を行うために、３枚以上の刃数を有した多刃ボールエンドミルが使用されており、主切刃と副切刃を備えた親子刃タイプのもの（特許文献１）、各々のランドのエッジが全て底刃全体の頂点中心部に接するよう構成した、軸心合わせタイプのもの（特許文献２）、ボール刃のノーズ部分に略Ｖ字状のノッチを設けたもの（特許文献３）がある。
特開平６−１５５１２６号公報 特開平１０−１２８６１１号公報 特開平１１−２１６６０８号公報

ボールエンドミルによる仕上げ加工においては、加工精度が重要であり、ボール刃の回転軌跡の良好な真球度が必要であるが、ボール刃に所定の逃げ角を付与するため、軸心部付近は、３枚以上の多刃の場合、次刃との砥石干渉を避ける為に、軸心部を越えて、砥石を回り込ませることができず、軸心部に突起が残り、ボール刃の回転軌跡の真球度が得られず、アール精度に課題があった。
多刃のボールエンドミルは、刃数を増やしたことにより、送り速度が上げられ、加工能率が向上するが、加工精度に課題があった。特許文献１記載の親子刃では、軸心付近で親刃のみで切削することになり、送り速度を上げることができず、送り速度を上げると親刃の負担が大きくなり、子刃の軸心側端にエッジを有することから、チッピングや欠損を生じていた。特許文献２記載の軸心合わせは、ボール刃は所定の逃げ角を付与するため、軸心部付近は、次刃との砥石干渉や、砥石干渉を避けるが為に、軸心部に突起が残り、軸心部付近のアール精度が得にくく、特許文献３記載のノッチを設けたものは、ノッチ部でアール精度が大きくマイナスし、ボールエンドミル自体のアール精度が得られておらず、加工精度に課題があった。
本発明の課題は、良好なアール精度が得られ、良好な加工精度が得られるボールエンドミルを提供することである。

本願発明は、エンドミル先端に３枚以上のボール刃を有するボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルの軸心部に心残し部を設け、該該軸心部付近から、該ボール刃を変曲させ、ボールエンドミルの回転方向の次刃まで延伸させた切れ刃を設け、該切れ刃が、該ボールエンドミル底面視で略多角形状をなすことを特徴とする多刃ボールエンドミルである。

本発明を適用することにより、良好なアール精度が得られ、良好な加工精度が得られる３枚刃以上の多刃ボールエンドミルを提供することができた。

本発明は、心残し部を設けることにより、エンドミル先端の摩滅量を抑制し、アール精度及び切削性を維持しつつ、軸心部付近の強度が向上し、高精度な加工が持続できる。該ボール刃から変曲して延伸する切れ刃を設けることにより、アール精度が得られる。該切れ刃は、ボール刃の回転軌跡である球面にほぼ沿った面、例えば、逃げ角で５°以下の面にする。各ボール刃から延伸した該切れ刃を略多角形状に変曲させることにより、被加工物とのクリアランスが少ない部分を減少でき、略多角形状の各辺が稜状となることから、その一部に切削性が生じ、切削抵抗が減少し、高精度な加工ができる。ここで、略多角形状の頂点は、ボール刃上に位置することが望ましく、ボール刃との差が無くなり、切削性がより安定し、加工面が規則的になり、良好な加工面が得られる。また、略多角形状の頂点が心残し部の外接円の外側に位置しても本発明の範疇であることは言うまでもない。

実施の態様として、ボール刃はセンタカット、等底刃に形成すると、切削負荷をボール刃毎に分散でき、加工面が規則的になり、良好な加工面が得られる。また、ボール刃を不等分割に配置したことにより、通常の等分割品より切削抵抗を減少させると共に、ビビリ振動を抑制し、より高能率、高精度な加工ができる。
次に、軸心を中心とする略多角形状の内接円の直径が小さくなる方向に、略多角形状の各辺を凹状に設けたことにより、略多角形状の面積を小さくでき、一層、被加工物とのクリアランスが少ない部分を減少でき、切削抵抗が減少し、高精度な加工ができる。更に、略多角形状の内接円の直径は、良好なアール精度を得ると共に、被加工物とのクリアランスが少ない部分を減少するために、略多角形状の外接円の直径の５０％未満が望ましい。また、エンドミル先端の摩滅量を抑制するために、好ましくは、３０％以上が望ましい。

また、心残し幅に相当する、心残し部の外接円の直径が０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍとしても良く、数値限定の理由は、０．０２ｍｍよりも小さいと、中心部の強度が十分ではなく、摩滅を抑えることができず、切削加工時において、心残し部のアール精度が維持できなくなる。０．３ｍｍを越えると、心残し部は切削性が劣るため、切削抵抗及び先端部摩耗が増大し、ビビリやムシレを生じ、また、ボール刃と心残し部で切削状態の違いが目立ち、加工面が劣化する。好ましくは０．０８ｍｍ〜０．２ｍｍが望ましい。更に、心残し部には、チゼルエッジ状の稜を有しても良く、チゼルエッジ状の稜により、被加工物との接触部分を減少でき、切削抵抗が減少でき、高精度な加工ができる。
ここで、エンドミル母材に超硬合金やサーメット等の超硬質合金やＣＢＮ、ダイヤモンド等の高硬度焼結体を用いたり、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜やＣｒ系の潤滑皮膜を施すことにより、長寿命化が計れることは言うまでもない。以下、実施例に基づき、３枚刃のボールエンドミルで本発明を具体的に説明するが、４枚刃以上の多刃のものにおいても、本発明の範疇であることは言うまでもない。

（実施例１）
本発明例１は、図１、図２に示すボール半径２ｍｍ、刃数３枚刃の超微粒子超硬合金製、ＴｉＡｌＮコ−ティングを３μｍ被覆したソリッドボールエンドミルであり、軸心部２に心残し部３を設け、軸心部２付近では、ボール刃１から変曲させて延伸した切れ刃５が略３角形状を形成している。従来例２は特許文献１記載の親子刃、従来例３は特許文献２記載の軸心合わせ、従来例４は特許文献３記載のノッチを設けたの３枚刃のボールエンドミルを同寸法で製作し、アール精度を測定後、切削テストを行った。切削条件は、被削材に硬さＨＲＣ４０のプリハードン鋼を用い、回転数８０００ｍｉｎ^−１、送り速度２４００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量はエンドミル軸方向に０．２ｍｍ、ピック方向に０．１ｍｍとし、水溶性の切削液を用いた湿式切削による３次元形状の仕上げ加工を行い、加工精度及び加工面の調査を行った。
その結果、本発明例１のアール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００５０ｍｍの範囲であり、軸心部には突起が存在せず、良好なアール精度であった。切削テストでは、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍではほとんどなく、切削長５００ｍ、０．００３ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。従来例２は、アール精度±０．００５０ｍｍと本発明例１とほぼ同等であったが、親刃に切削初期にチッピングや欠損を生じ、加工精度、加工面粗さが得られず、寿命となった。従来例３は、軸心部のアール精度が＋０．０２５ｍｍと劣り、加工精度がフォーム誤差で３０μｍを越え、この突起により、加工面に深い傷を生じ、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３７μｍと劣った。従来例４は、ノッチ部でアール精度が大きくマイナスしており、切り込み過ぎや、削り残しを生じることから、３次元形状の仕上げ加工に使用できる状態ではなかった。

（実施例２）
本発明例１と同様の仕様で、切れ刃が略３角形状をなす軸心部付近の外接円の直径に対する内接円の直径の比率を本発明例５として５０％、本発明例６として４５％、本発明例７として４０％、本発明例８として３５％、本発明例９として３０％、本発明例１０として２５％であるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削テストを行った。尚、本発明例５は、略多角形状の各辺がほぼ直線状であり、本発明例６〜１０は凹状である。その結果、本発明例５〜１０は全て、±０．００２５〜０．００５０ｍｍの良好なアール精度であり、軸心部付近の摩滅量は、切削長５００ｍ時において、本発明例５〜９が０．０３ｍｍ以下、本発明例１０が０．０５ｍｍで若干劣ったが微小であり、フォーム誤差が５μｍ以下と良好な加工精度であった。また、加工面粗さについては、本発明例１０がムシレ、ビビリにより、最大高さ面粗さＲｚで１１μｍと劣った他は、５μｍ以下の良好な加工面粗さであった。

（実施例３）
本発明例１と同様の仕様で、心残し部の外接円の直径が、本発明例１１として０．０１ｍｍ、本発明例１２として０．０２ｍｍ、本発明例１３として０．０４ｍｍ、本発明例１４として０．０６ｍｍ、本発明例１５として０．０８ｍｍ、本発明例１６として０．１ｍｍ、本発明例１７として０．１５ｍｍ、本発明例１８として０．２ｍｍ、本発明例１９として０．２５ｍｍ、本発明例２０として０．３ｍｍ、本発明例２１として０．３５ｍｍであるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削テストを行った。その結果、本発明例１１〜２１は全て、±０．００２５〜０．００５０ｍｍの良好なアール精度であり、軸心部付近の摩滅量が、切削長５００ｍ時においても、０．００７ｍｍ以下と微小であり、特に本発明例１２〜１４が０．００５ｍｍ以下、本発明例１５〜２１が０．００３ｍｍ以下であり、フォーム誤差が５μｍ以下と良好な加工精度であった。また、加工面粗さについては、本発明例１９、２０が僅かにムシレを生じ、本発明例２１がムシレ、ビビリにより、最大高さ面粗さＲｚで７〜１２μｍ若干劣った他は、５μｍ以下の良好な加工面粗さであった。

（実施例４）
本発明例２２は、図３、図４に示す、本発明例１と同様の仕様で、ボール刃１から軸心部２の方向に延びるチゼルエッジ状の稜６を設け、チゼルエッジ状の稜６から変曲して延伸する切れ刃５を設けた例である。略多角形状の各辺は、チゼルエッジ状の稜６と切れ刃５から構成されるため、凹んだ形をなしている。実施例１と同様にアール精度を測定後、切削テストを行った。その結果、本発明例２２のアール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００２８ｍｍの範囲であり、軸心部には突起が存在せず、良好なアール精度であった。切削テストにおいても、本発明例１より更に安定した切削ができ、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍ時ではほとんどなく、切削長５００ｍ時においても、０．００５ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。

（実施例５）
本発明例１と同様の仕様で、切れ刃５の逃げ角、本発明例２３として０．５°、本発明例２４として１°、本発明例２５として３°、本発明例２６として５°、本発明例２７として７°であるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削テストを行った。その結果、本発明例２３〜２５は、本発明例１と同様、±０．００２９ｍｍの良好なアール精度であり、切削テストにおいても、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍ時ではほとんどなく、切削長５００ｍ時においても、０．００５ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。本発明例２６は±０．００５０ｍｍで若干劣るものの良好なアール精度であり、切削長５００ｍ時で摩滅量が０．００８ｍｍとなり、加工精度がフォーム誤差で１０μｍ以下と若干劣る結果となった。更に本発明例２７は、軸心部に凸状の突起部が僅かに残り、軸心部のアール精度が＋０．０１２ｍｍと劣り、加工精度がフォーム誤差で１５μｍであり、、この突起により、加工面に傷を生じ、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで２２μｍと劣る結果となった。

（実施例６）
本発明例１と同様の仕様で、本発明例２８として、３枚のボール刃を各々１１５°、１２０°、１２５°の分割角度で不等分割に配置したボールエンドミルを製作し、実施例２と同様にアール精度を測定後、切削テストを行った。その結果、アール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００２８ｍｍの範囲であり、本発明例１と同等の良好なアール精度であり、また、切削状態は、切削抵抗が少なくなり、ビビリ振動もなく、非常に安定しており、加工精度、及び、加工面粗さが一層向上した。

図１は、本発明例１の底面図を示す。 図２は、図１の主要部拡大図を示す。 図３は、本発明例２２の底面図を示す。 図４は、図３の主要部拡大図を示す。

符号の説明

１ ボール刃
２ 軸心部
３ 心残し部
４ ボール刃の逃げ面
５ ボール刃から変曲した切れ刃
６ チゼルエッジ状の稜

Claims (5)

1. エンドミル先端に３枚以上のボール刃を有するボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルの軸心部に心残し部を設け、該該軸心部付近から、該ボール刃を変曲させ、ボールエンドミルの回転方向の次刃まで延伸させた切れ刃を設け、該切れ刃が、該ボールエンドミル底面視で略多角形状をなすことを特徴とする多刃ボールエンドミル。
2. 請求項１記載の多刃ボールエンドミルにおいて、該ボール刃はセンタカット、等底刃であることを特徴とする多刃ボールエンドミル。
3. 請求項１又は２記載の多刃ボールエンドミルにおいて、該ボール刃を不等分割に配置したことを特徴とする多刃ボールエンドミル。
4. 請求項１記載の多刃ボールエンドミルにおいて、該該軸心部付近から、該ボール刃を変曲させ、ボールエンドミルの回転方向の次刃のチゼルエッジまで延伸させた切れ刃を設け、該切れ刃が、該ボールエンドミル底面視で各辺が凹んだ略多角形状をなすことを特徴とする多刃ボールエンドミル。
5. 請求項１又は４記載の多刃ボールエンドミルにおいて、該略多角形状の内接円の直径が、外接円の直径の５０％未満であることを特徴とする多刃ボールエンドミル。
   

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