JP4088271B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を使用してワークに穴や凹所を突込み加工により形成するためのエンドミル、ドリル等の切削工具に関する。

工具本体の外周に複数の螺旋状の切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成され、該各切屑排出溝に沿って前記工具本体の外周面に外周刃が形成されると共に、該各外周刃に連続され工具本体の中心方向へ向けられた長さの異なる複数の底刃が前記工具本体の先端に設けられ、各底刃のすくい面を形成するギャッシュ溝が前記切屑排出溝の工具本体の軸方向における先端部に連続して設けられてなるエンドミルにおいて、前記各ギャッシュ溝の工具本体の軸に垂直な面とのなす傾斜角度であるギャッシュ角をそれぞれ所定値に設定することにより、全てのギャッシュ溝の工具本体の外周側の軸方向における深さが一定値となるようにし、これにより、各底刃に係る切屑排出経路の容積をほぼ均等にして、切屑の排出性が良く、高い切削性能が得られ、底刃の欠損を生じ難くしたエンドミルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、同様な目的を達成するために、工具本体の先端外周に設けた螺旋状の外周刃を形成するリードすくい面の延長上に底刃が交差されて設けられ、ギャッシュ溝の溝底面が前記外周刃に沿う方向において、工具本体の外周側を向く凸面状に形成され、かつ前記リードすくい面と前記ギャッシュ溝との交わる境界部が円弧面に形成され、前記凸面状のギャッシュ溝に倣って切屑が工具本体の外周方向へ流れ易くするように構成したエンドミルも知られている（例えば、特許文献２参照）。
実開平７−４００２１号公報 特開平１０−２１７０２４号公報

しかしながら、前者のエンドミルは、前記ギャッシュ溝の工具本体の外周側の軸方向における深さが工具の直径の０．１０〜０．１４倍程度であって極めて浅い上に、ギャッシュ溝の底面が一定角度の傾斜面に形成されているので、工具先端部における各底刃に係る切屑排出経路の容積を十分に大きくすることができないと共に、ギャッシュ溝と切屑排出溝との接続が滑らかでなく、したがって、各底刃で生成される切屑の外部への排出性を十分に高めることができず、高能率な突込み加工を行える切削工具としての要求に十分に応えるものではない。また、前者のエンドミルの場合、前記ギャッシュ溝を前記各底刃に沿いかつ工具本体の軸方向に沿って形成しているので、切屑ポケットを大きくしようとしてギャッシュ溝を深くすると、外周刃の逃げ面側を深く切り欠くこととなり、工具刃数が増すほど工具剛性が低下するおそれがある。

また、後者のエンドミルは、前記ギャッシュ溝が、一定の溝幅で切屑排出溝方向へ向けられ底面が凸面状に形成されて、底刃で生成された切屑が切屑排出溝側へ流れ易くなっているが、ギャッシュ角が最大４５°程度であることからギャッシュ溝の深さが最大で工具の直径の０．５倍位までであるので、前者のエンドミルよりも切屑ポケットを大きく採ることができるが、より高能率な突込み加工を行う際に多量に生成される切屑を排出するには、未だ切屑ポケットの大きさが不足する問題がある。また、前記ギャッシュ溝のリードすくい面側の溝面がリードすくい面と底刃のすくい面とに沿って共通に設けられているので、底刃で生成された切屑がリードすくい面を擦って外周刃側に流れて該外周刃を損耗させるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、工具剛性を損なわず、突込み加工時の切屑排出性を向上させ、より高能率な突込み加工を行うことができる切削工具を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、本発明の請求項１に係る切削工具は、工具本体の先端側外周に複数の螺旋状に捻れた切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成され、該各切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外周面との交差稜線部に外周刃が形成されると共に、工具本体の先端には前記各外周刃に連続する底刃が工具本体の中心方向へ向けて設けられ、各底刃のすくい面を形成するギャッシュ溝が前記切屑排出溝の工具本体の軸方向における先端部に連続して設けられてなる切削工具において、前記ギャッシュ溝が前記底刃から基端側に延びるにしたがって溝幅が増大するように形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係る切削工具によれば、ギャッシュ溝が前記底刃から基端側に延びるにしたがって溝幅が増大するように形成されているので、切屑排出溝と、底刃で生成された切屑を前記切屑排出溝へ送り出す切屑排出経路とを滑らかに接続することができると共に、前記切屑排出経路を、大きく確保することができる。
したがって、高能率な突込み加工によって前記底刃で切屑が多量に生成される場合であっても、該切屑が前記切屑排出経路に詰まったり、前記外周刃に絡みついたりすることなく、前記切屑排出経路を無理なく通過して外部に円滑に排出させることができるので、前記外周刃、ワークの加工面に損傷を生じさせることがなく、かつ工具剛性を損なわずに、高能率な突込み加工を確実に行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る切削工具について図面を参照して説明する。
図１〜図３において、１は本発明の一実施の形態に係る切削工具としてのエンドミルを示す。このエンドミル１は、超硬合金等の硬質材料で形成された円柱状の工具本体２を備えている。該工具本体２の先端側には、その先端（工具先端）から基端側に向かって螺旋状に右に捻れた複数条（図示の例では３条）の切屑排出溝３，３，３が、工具本体２の周方向に等間隔をあけて形成されている。そして、前記各切屑排出溝３の工具回転方向（図２、図３で矢印Ｔ方向）を向く溝壁面４と、前記工具本体２の先端側外周面５（図３参照）との交差稜線部には、前記切屑排出溝３に沿って螺旋状に右に捻れた複数枚（図示の例では３枚）の外周刃６，６，６が形成されている。各外周刃６、６，６の工具回転方向Ｔの後方側には、第１の逃げ面７ａと逃げ部７ｂが順に設けられている。

そして、前記溝壁面４における工具本体２の軸方向の先端には、工具本体２の先端面との交差稜線部に、前記工具本体２の外周側で前記各外周刃６，６，６に連続し、工具本体２の外周から中心方向へ向けて延長した複数枚（図示の例では３枚）の底刃８，８，８が形成されている。なお、各底刃８，８，８のうちの１つは、その内端部が、工具本体２の中心Ｃ付近まで達する長刃に形成され、他の２つの底刃８，８は、略同一の長さで長刃より短い短刃に形成されている。各底刃８，８，８の工具回転方向Ｔの後方側には、第１、第２の先端逃げ面９ａ，９ｂがこの順に設けられ、第２の先端逃げ面９ｂが前記切屑排出溝３に連絡されている。なお、各底刃８，８，８は、長刃と短刃の長さの異なるものとせずに、全て同一の長さとしてもよい。

また、前記切屑排出溝３における工具本体２の軸方向の先端側には、各底刃８，８，８に沿って（図２では長刃とした底刃８に沿った部分だけ見えている）、先端に行くに従って工具本体２の中心Ｃ側へ切り込まれた凹部となって、前記各底刃８，８，８にすくい面を形成するギャッシュ溝１０、１０，１０が設けられている。該ギャッシュ溝１０は、図２に示すように、側面視（図２）で、前記工具本体２の軸方向における工具先端（底刃８）からの長さ（深さ）が増すにつれて溝幅Ｂが、狭い溝幅Ｂ１から広い溝幅Ｂ２まで徐々に前記外周刃６，６，６の捻れ方向へ広がる（大きくなる）ように形成されている。ここで、図２に示す溝幅Ｂ１、Ｂ２の幅寸法は、すくい面１２を形成するすくい角θ１の基準線に平行な直線に直交する方向の距離である。なお、ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向で先端に位置する溝幅Ｂ１は、図３に示す正面視では工具本体２の中心Ｃ付近において底刃８とその底刃８に対向する先端逃げ面９ａ、９ｂとの間の距離に相当する。
前記ギャッシュ溝１０の前側壁面１１ａに対向して工具回転方向Ｔを向く後側壁面１１ｂは、側面視で、先端が前記すくい面１２に接続され基端側が前記外周刃６の捻れ方向に沿うように延長して形成されている。そして、ギャッシュ溝１０の溝底１０ａが、図４、図５に示すように、横断面が円弧状の形成されている。

そして、前記各ギャッシュ溝１０の工具本体２の先端（底刃８）からの軸方向における長さ（深さ）Ｌは、工具直径をＤとすると、０．５Ｄを超え１．５Ｄ以下の範囲に設定されている。また、前記ギャッシュ溝１０の後側壁面１１ｂの前記外周刃６，６，６の捻れ方向への広がり角度（以下「広角」と称する）θ２は、図２に示す側面視で底刃８のすくい角θ１を有するすくい面１２から、切屑排出溝３と溝壁面４との間の境界線までの傾斜角度である。そして、本実施の形態による広角θ２は、すくい面１２から５°以上に設定されている。前記ギャッシュ溝の１０の後側壁面１１ｂは、ギャッシュ溝１０の内側（工具回転方向Ｔ）を向く凸曲面１３に形成されている。該凸曲面１３は、凸円弧面のほかにそれに近い凸弧状面、その他の種々の形状の凸曲面を含むものとする。

さらに、各ギャッシュ溝１０は、図６に示すように、そのギャッシュ角（工具本体２の先端面（底刃８の面）とのなす角度）αが、２０°〜７０°の範囲に設定され、先端部のギャッシュ角度αの最小値を２０°として、ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向における深さが増すにつれて、徐々にギャッシュ角度αを変化させて、前記後側壁面１１ｂに沿う方向の縦断面（溝底１０ａの縦断面）におけるギャッシュ面１０ｂが、工具本体２の外周側を向く凸曲面に形成されて、前記ギャッシュ溝１０の工具本体２の径方向における深さを、工具本体２の先端側から基端側に行くに従って徐々に浅くしていって、前記切屑排出溝３の底部に滑らかに接続（連続）されるようになっている。先端部のギャッシュ角度αは最大値が７０°まで許容し得るが、なるべく５０°以内にするのが工具剛性を確保する上でより好ましい。

前記のように構成された実施の形態に係るエンドミル１は、工具本体２を工具ホルダ等に取り付けてマシニングセンタ等の工作機械の主軸に装着され、該主軸の回転で工具本体２の軸線Ｓの回りに回転されると共に、前記軸線Ｓ方向の先端側への切削送りを与えられて、ワークの所定箇所に穴あけ加工等の突込み加工を行う。その際、工具本体２の先端の各底刃８，８，８によってワークが切削されて生成する切屑は、前記ギャッシュ溝１０で構成される切屑排出経路内を工具本体２の外周方向へ移動しながら基端側に流れた後、前記切屑排出溝３内を通ってワークの加工穴から外側へ排出される。

この場合、前記各ギャッシュ溝１０が、側面視で、前記底刃８のすくい面１２のすくい面から５°以上の角度θ２の広角を有する前記後側壁面１１ｂによって、前記工具本体２の軸方向における先端からの深さが増すにつれて溝幅Ｂを、狭い溝幅Ｂ１から広い溝幅Ｂ２まで徐々に前記外周刃６，６，６の捻れ方向へ指向して大きくなるように形成されているので、切屑排出溝３と、底刃８で生成された切屑を前記切屑排出溝３へ送り出すギャッシュ溝１０とを滑らかに接続することができると共に、該ギャッシュ溝の横断面積を、大きく確保することができ、しかも、ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向における先端からの深さＬが０．５Ｄを超え１．５Ｄ以下の範囲として十分に深く設定されているので、ギャッシュ溝１０による切屑排出経路の容積を十分に大きく確保することができる。

したがって、前記実施の形態に係るエンドミル１は、高能率な突込み加工によって前記底刃８で切屑が多量に生成された場合であっても、該切屑が、前記切屑排出経路に詰まったり、図７（ｂ）に示すように変形して、それが工具本体２の外周刃６に絡みついて連れ回りしたりすることなく、図７（ａ）に示すように、カール状になって細長くまとまり、前記ギャッシュ溝１０を無理なく通過して外部に円滑に排出されので、前記外周刃６、ワークの加工面に損傷を生じさせることなく、かつ工具剛性を損なわずに、高能率な突込み加工を確実に行うことができる。
前記ギャッシュ溝１０の後側壁面１１ｂの広角θ２が５°より小さいと、前記後側壁面１１ｂが、工具本体２の軸線Ｓ（図１）に沿った方向のギャッシュ溝１０ｘ（図２の鎖線で示す）の後側壁面１１ｘに近くなり、前記ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向における終端側の広がり（溝幅Ｂ２）を大きくすることができない。このため、前記底刃８により生成される切屑は、ギャッシュ溝１０の内壁面を擦って切屑形状が、図７（ｂ）に示すように変形したものとなり、ギャッシュ溝１０内を円滑に流れる図７（ａ）のようなカール形状とはならない。
なお、前記ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向における先端からの深さＬが０．５Ｄより小さいと、前記切屑排出経路を十分に大きくすることができず、１．５Ｄを超えると工具剛性が低下して底刃８が欠損するおそれがある。

また、前記実施の形態に係るエンドミル１は、前記ギャッシュ溝の１０の後側壁面１１ｂが、ギャッシュ溝１０の内側を向く凸曲面１３に形成されていると共に、前記後側壁面１１ｂが前記溝壁面４より工具回転方向Ｔの前側に寄った位置に設定されているので、突込み加工中に底刃８で生成される切屑が、前記ギャッシュ溝１０を通過する際には、前記後側壁面１１ｂと切屑との擦れを緩和して、切屑の工具本体２の基端側（図２の左方）への流れを円滑にすると共に、切屑の前記溝壁面４や外周刃６に対する擦れを緩和して外周刃６の損耗を減らすことができる。

さらに、前記実施の形態に係るエンドミル１は、前記ギャッシュ溝１０がギャッシュ角αが、２０°〜７０°の範囲に設定され、先端部のギャッシュ角αの最小値を２０°として、ギャッシュ溝１０の工具本体２の軸方向における深さが増すにつれて、徐々にギャッシュ角αを変化させて、前記後側壁面１１ｂに沿う方向の縦断面におけるギャッシュ面１０ｂが、工具本体２の外周側を向く凸曲面に形成され、かつ前記切屑排出溝３へ滑らかに連続されているので、より一層、工具先端部の工具剛性を損なわずに、切屑排出経路を大きくして底刃８で生成された切屑を円滑に切屑排出溝３へ排出させることができる。前記ギャッシュ角αが２０°より小さいと工具先端部の前記切屑排出経路が小さくなり過ぎ、７０°を超えると切屑排出経路は大きくなるが工具剛性が低下する。

なお、前記実施の形態に係る切削工具においては、本発明をスクエアエンドミルに適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ラジアスエンドミル、ボールエンドミル等のエンドミルやドリル等の穴あけ加工を行う回転切削工具にも、同様に適用して同様な作用効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る切削工具としてのエンドミルを示す側面図である。 同じくエンドミルの先端部の拡大側面図である。 同じくエンドミルの先端部の正面図である。 図２のイ−イ断面図である。 図２のローロ断面図である。 図２のハーハ断面図である。 エンドミルによる穴あけ加工時の切屑の形状を示す図である。

符号の説明

１ エンドミル
２ 工具本体
３ 切屑排出溝
４ 溝壁面
６ 外周刃
８ 底刃
１０ ギャッシュ溝
１０ａ ギャッシュ溝の溝底
１１ａ ギャッシュの前側壁面
１１ｂ ギャッシュの後側壁面
１２ すくい角
１３ 凸曲面
α ギャッシュ角度
θ１ すくい面
θ２ 広角
Ｂ 溝幅
Ｄ 工具直径
Ｌ ギャッシュ溝の深さ
Ｔ 工具回転方向

Claims (1)

1. 工具本体の先端側外周に複数の螺旋状に捻れた切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成され、該各切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外周面との交差稜線部に外周刃が形成されると共に、工具本体の先端には前記各外周刃に連続する底刃が工具本体の中心方向へ向けて設けられ、各底刃のすくい面を形成するギャッシュ溝が前記切屑排出溝の工具本体の軸方向における先端部に連続して設けられてなる切削工具において、
   前記ギャッシュ溝が前記底刃から基端側に延びるにしたがって溝幅が増大するように形成されていることを特徴とする切削工具。

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