JP4097515B2

JP4097515B2 - ボールエンドミル

Info

Publication number: JP4097515B2
Application number: JP2002350211A
Authority: JP
Inventors: 真弘古野
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004181563A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、エンドミル本体先端部に回転軌跡が略半球状形状を形成する２枚以上のボール刃を有するボールエンドミルの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールエンドミルは、使用用途が多彩で、例えば、金型の三次元加工等に用いられ、切削に関与する切れ刃部位も送り方向も多岐に渡ることから、工具先端、即ち、エンドミル中心まで切れ刃が必要とされる。エンドミル中心まで切れ刃を設けるために、相対するボール刃の逃げ面同士で形成されるチゼルエッジを設けたものがある。基本的にエンドミル中心部は切削速度が得られず、切削性が劣る部位であると共に、チゼルエッジにより、非常に大きな負のすくい角を有し、切り屑排出性が劣り、切削性が一層劣化する。ここで、切り屑排出性を向上させるために、相対するボール刃を直接エンドミル中心で繋ぐ、所謂、中心合わせタイプのものがあるが、前述の通り、エンドミル中心部は切削速度が得られず、切削性が劣る部位であるため、切り屑排出性に優れても、エンドミル中心部における強度面が不十分であり、現実的には、強度面に優れるチゼルエッジを設けたものが主流となっている。その中で、切り屑排出性を改善したものに特開２００１−３３４４０５号公報に記載されるボールエンドミルがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開２００１−３３４４０５号公報に記載されるボールエンドミルにおいても、相対するボール刃の逃げ面同士で形成されるチゼルエッジを有するため、チゼルエッジ部における被削材とのクリアランスが不十分であり、切り屑は排出性に対し、十分に改善されておらず、チゼルエッジによって生成された切り屑は排出性が悪く、切り屑の噛み込みや溶着を生じ易く、工具寿命、加工精度に課題があった。
【０００４】
【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、強度と切り屑排出性を含む切削性を兼ね備えることにより、長寿命で、加工精度に優れ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】
本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ボールエンドミルにおいて、該エンドミルの中心部に該ボール刃と連続して該ボール刃のすくい面同士で形成された中心刃を有し、該ボール刃の逃げ面と該中心刃の逃げ面の境界に段差を有し、該ボール刃の逃げ角が該中心刃の逃げ角より小さいことを特徴とするボールエンドミルである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明の中心刃は、ボール刃のすくい面がエンドミル底面視でエンドミル軸心を超えて伸延させボール刃のすくい面同士で形成したことから、中心刃の形状が逃げ面同士で形成されるチゼルエッジ様となり、中心刃の強度が得られると共に、チゼルエッジを有するものよりも、中心部における被削材とのクリアランスも十分に得ることができ、切り屑の噛み込みや溶着を抑制でき、切り屑の噛み込みや溶着が抑制できる。また、ボール刃のすくい面がＲギャッシュ加工により形成されており、ボール刃のすくい面が工具中心を超えて存在することになるから、中心刃の切り屑スペースが十分であると共に、中心刃に対して１８０°オープンスペースとなり、且つ、中心刃によって生成された切り屑はすくい面を介して直接排出でき、切り屑の流れがスムーズになり、切削性が向上し、一層切り屑の噛み込みや溶着の抑制に寄与する。更に、ボール刃は切削速度が得られ、回転方向に負荷が掛かることからボール刃の逃げ面と中心刃の逃げ面の境界に段差を有し、ボール刃の逃げ角が中心刃の逃げ角より小さくすることにより、ボール刃における切削性を維持しつつ、強度を得ることができる。中心刃は、対向するボール刃のすくい面同士で形成させることにより、中心刃における逃げ角が大きくなりすぎ、強度面が懸念されるが、中心刃の工具軸方向すくい角を大きな負のすくい角にすることで解決できるから、中心刃の軸方向断面における刃物角は６０°〜１２０°に設定すれば良く、ボールエンドミルの中心部の切削性が確実に得られ、強度面においても優れる。中心刃の刃物角を６０°〜１２０°としたのは、６０°未満では強度面で問題が生じる場合があり、１２０°を超えると、すくい角が負角で６０°を超えることになり、切削性が劣り、切り屑の排出スペースも狭くなることからであり、好ましくは７５°〜１０５°が望ましい。中心刃の長さはエンドミルのボール直径の５％〜３０％としても良く、この範囲内であればボールエンドミルの中心部の切削性が確実に得られ、強度面においても優れる。中心刃の長さがボール直径の５％未満であると、中心刃部分の切り屑排出性が劣ると共に強度面が懸念される。また、ボール直径の３０％を越えると、形状面からボール刃より切削性が劣る中心刃が長くなり過ぎ、切削性に問題が生じる場合があるからであり、好ましくは、１０％〜２０％が望ましい。ボール刃については、ボール刃の逃げ角が中心刃の逃げ角より小さくしたことから、切れ刃強度が得られるため、ボール刃の法線方向のすくい角をエンドミル中心から外周方向に漸次正側に大きくすることができ、ボール刃における切削性や切り屑の排出性を向上することができる。また、ボール刃は中心刃との繋ぎ付近から外周方向に刃径が大きくなることから、ボール刃の逃げ角を中心刃との繋ぎ付近から外周方向に、被削材とのクリアランスが保つことができる範囲で漸次小さくすることができ、強度が一層向上する。以上のように本発明では、中心刃、ボール刃共に、強度と切り屑排出性を含む切削性を兼ね備えることになり、寿命や加工精度が向上することができた。なお、加工精度と中心刃とボール刃からなるボール部全体のアール精度とは密接な関係があることは言うまでもなく、アール精度は±０．０２ｍｍ、好ましくは±０．０１ｍｍ以下にすることが望ましい。また、エンドミル材料として超硬合金やサーメット等の硬質合金の使用、コーティングとしてＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜やＣｒ系の潤滑皮膜を施してもよい。以下、実施例に基づき本発明を説明する。
【０００７】
（実施例１）
図１、図２は本発明例１であり、図１はその正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、中心刃１に直角な軸断面の拡大図である。中心刃１はね相対するボール刃２のすくい面３同士で形成されており、中心刃１とボール刃２からなるボール部全体のアール精度が±０．０１ｍｍ以下の超硬ソリッドボールエンドミルであり、中心刃の長さ４を１．５ｍｍ、ボール刃の逃げ面５と中心刃１の逃げ面の境界に段差を有し、エンドミル軸方向断面における中心刃１の刃物角６が９０°、即ち、中心刃１のすくい角を−４５°、逃げ角を４５°、ボール刃２の逃げ角を１５°にし、たものである。更に、ボール刃２の法線方向のすくい角を−４５°〜−１０°に中心から外周方向に漸次正側に大きくしている。工具母材は超微粒子超硬合金製、ボール径１０ｍｍ、刃数が２枚刃、外周ねじれ角３０°、ＴｉＡｌＮコ−ティングを３μｍ被覆している。従来例２として、上記、従来の技術で述べた特開２００１−３３４４０５号公報に記載されるボールエンドミルを本発明例１と同寸法で製作、コーティングし、切削テストを行った。ここで、図３、図４は、従来例２であり、図３はその正面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図でありチゼルエッジ７に直角な軸断面の拡大図である。従来例２は、本発明例１とは異なりチゼルエッジ７が相対するボール刃２の逃げ面７同士で形成されておりチゼルエッジ７の刃物角５は１５０°である。切削条件は、被削材にＳ５０Ｃ材を用い、回転数９６００ｍｉｎ^−１、送り速度３５００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み１．０ｍｍ、径方向切り込み３．０ｍｍで、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、深さ５０ｍｍ、側壁に１°の勾配を有するポケット加工を乾式エアブローで等高線加工で行い、前記ポケット形状を１形状加工後のエンドミル摩耗状態及び加工面の状態を観察した。その結果、本発明例１は、安定した切削状態であり、中心刃１、ボール刃２共に溶着、チッピングが認められず、均一な摩耗形態であり、まだまだ切削可能であったのに対し、従来例２はチゼルエッジ７に溶着が認められ、ポケット形状の深さが５ｍｍの時点からチゼルエッジ７の溶着が起因と考えられるビビリ振動を生じ、ボール刃２において、溶着及びチッピングが認められ、チゼルエッジ７、ボール刃２共に摩耗幅が大きく、ポケット形状を１形状加工終了時点で、すでに切削できる状態ではなく、寿命となっていた。また、加工面を観察すると、本発明例１は、ポケット形状の側壁面、底面共に、切り屑の凝着もなく、良好であったのに対し、従来例２は、ポケット形状の壁面がビビリ面であり、切り屑の凝着も所々認められ、底面は、更に凝着が激しく、ムシレ面であり、加工面が悪かった。
【０００８】
（実施例２）
本発明例１と従来例２を用いて、硬さＨＲＣ５２に熱処理されたＳＵＳ４２０Ｊ２材を用い、回転数９６００ｍｉｎ^−１、送り速度３５００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み０．２ｍｍ、径方向切り込み０．２ｍｍで、乾式エアブローで底面仕上げ切削を行い、切削長１５０ｍ切削後のエンドミルの摩耗状態及び加工面の状態を観察した。その結果、本発明例１は、安定した切削状態であり、中心刃１に溶着、チッピングが認められず、均一な摩耗形態であり、まだまだ切削可能な状態であり、加工面の最大高さ面粗さＲｚは４．６μｍと良好であったのに対し、従来例２はチゼルエッジ７に溶着を生じ、部分的にチッピングが認められ、加工面の最大高さ面粗さＲｚは１２．４μｍと劣った。
【０００９】
（実施例３）
本発明例１と同様の仕様で、本発明例３として中心刃の刃物角を３０°、本発明例４として４５°、本発明例５して６０°、本発明例６として７５°、本発明例７として１０５°、本発明例８として１２０°、本発明例９として１３５°に変化させたものを製作し、実施例１と同様の切削テストを行った。その結果、本発明例３〜９は、ポケット形状を１形状加工終了時点の摩耗が少なく、まだまだ切削可能であり、特に本発明例６、７は、本発明例１と同様、中心刃、ボール刃共に溶着、チッピングが認められず、均一な摩耗形態であり、加工面は、ポケット形状の壁面、底面共に、切り屑の凝着もなく、良好であった。また、本発明例３は中心刃に微小なチッピングが、本発明例９は中心刃に僅かに溶着が認められ、摩耗幅も他と比べ若干大きく、加工面も若干劣る結果となった。
【００１０】
（実施例４）
本発明例１と同様の仕様で、本発明例１０として中心刃の長さをボール直径の３％、本発明例１１として５％、本発明例１２としてボール直径の１０％、本発明例１３として２０％、本発明例１４として２５％、発明例１５として３０％、発明例１６として３５％に変化させたものを製作し、実施例１と同様の切削テストを行った。その結果、本発明例１０〜１６は、ポケット形状を１形状加工終了時点の摩耗が少なく、まだまだ切削可能であり、特に本発明例１２、１３は、本発明例１と同様、中心刃、ボール刃共に溶着、チッピングが認められず、均一な摩耗形態であり、加工面は、ポケット形状の壁面、底面共に、切り屑の凝着もなく、良好であった。また、本発明例１０は中心刃に溶着が認められ、溶着に起因すると考えられる微小なチッピングを生じており、摩耗幅も他と比べ若干大きく、加工面も劣る結果となった。更に、本発明例１６は中心刃のボール刃側に溶着が認められ、加工面が若干ビビリ面となった。
【００１１】
【発明の効果】
本願発明を適用することにより、多岐に渡る使用用途及び送り方向に対して、強度と切り屑排出性を含む切削性を兼ね備え、切り屑の噛み込みや溶着を抑制し、長寿命で、加工精度に優れるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例１を示し、その正面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、従来例２を示し、その正面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１中心刃
２ボール刃
３ボール刃のすくい面
４中心刃の長さ
５ボール刃の逃げ面
６中心刃の刃物角
７チゼルエッジ

Claims

ボールエンドミルにおいて、該エンドミルの中心部に該ボール刃と連続して該ボール刃のすくい面同士で形成された中心刃を有し、該ボール刃の逃げ面と該中心刃の逃げ面の境界に段差を有し、該ボール刃の逃げ角が該中心刃の逃げ角より小さいことを特徴とするボールエンドミル。
請求項１記載のボールエンドミルにおいて、該中心刃の軸方向断面における刃物角が６０°〜１２０°であることを特徴とするボールエンドミル。
請求項１乃至２記載のボールエンドミルにおいて、該中心刃の長さは該エンドミルのボール直径の５％〜３０％であることを特徴とするボールエンドミル。
請求項１記載のボールエンドミルにおいて、該ボール刃の法線方向のすくい角が該エンドミル中心から外周方向に漸次正側に大きくしたことを特徴とするボールエンドミル。