JP4270162B2 - ソリッドエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、特に自動旋盤においてワークのミーリング加工を行うのに用いて好適なソリッドエンドミルに関するものである。

近年、例えば自動車部品等の加工用に自動旋盤と呼ばれる工作機械が用いられている。この自動旋盤は、例えば特許文献１に記載のように主軸中を通して供給した長尺の棒状ワークを所定長さ主軸端から突き出した状態で把持して加工を行い、加工後に突っ切りバイト等により該ワークを切断してから、次のワークを突き出して再び加工を繰り返すことで、上述のような部品を大量に生産できるものである。そして、このような自動旋盤による加工は、旋盤と称される通り従来より例えば特許文献２に記載のようにバイトによるターニング（旋削）加工が主であったが、最近ではミーリング（転削）加工用の主軸を備えた自動旋盤が登場し、これまではできなかった複雑な形状の部品の加工がエンドミルのような転削工具により可能となってきている。
特開２００１−３１０２０１号公報 特開２００２−１８６０５号公報

ところで、このような自動旋盤により加工される棒状のワークは直径数ｍｍから十数ｍｍ程度のものが多く、そのため機械本体は一般のマシニングセンタなどに比べてかなり小さくなっている。従って機内スペースも非常に狭くてミーリング加工用の主軸のストロークも短いため、全長の長いエンドミルでは主軸をストロークいっぱいまで動かしても、取付け時にワークや他の工具と干渉しやすく、取り扱いが非常に面倒となる。また、このように自動旋盤は小型の機械であるため、ミーリング加工用の上記主軸の剛性もあまり高くなく、しかも片持ちの棒状ワークを加工するため、加工時にビビリが生じ易いという問題もある。このため、このような自動旋盤においてワークのミーリング加工を行うエンドミルには、エンドミル本体の軸線方向の長さや切刃部の軸線方向における切刃長が短くて取り扱い性が良く、またこの切刃部の主軸からの突き出し長さを小さく抑えてビビリ等の発生を防止可能であることが要求される。

ここで、図４に示すように一般的なソリッドエンドミルでは、概略円柱状のエンドミル本体１先端部の切刃部２に、エンドミル本体１の軸線Ｏ回りに捩れる螺旋状の切屑排出溝３が形成されて、この切屑排出溝３のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面（すくい面）の辺稜部に切刃４が形成されており、特にエンドミル本体１外周の切刃４は、この切屑排出溝３の内周面を砥石Ｇによって研削することで、同じく研削された外周逃げ面５との交差稜線部として形成される。この切屑排出溝３内周面を研削する砥石Ｇは、砥粒層を有するその外周部の断面形状が切屑排出溝３の断面形状に対応して形成された円板状のものであって、中心線Ｃ回りに回転されつつ砥石振り角（中心線Ｃに直交する平面Ｐがエンドミル本体１の軸線Ｏに対してなす角）αを切屑排出溝３の捩れ角θとほぼ等しくして、上記外周部をこの切屑排出溝３の捩れに沿わすように該切屑排出溝３内に挿入させられ、この切屑排出溝３の捩れ角θに合わせてエンドミル本体１を回転させつつ軸線Ｏ方向に前進させることにより、上記壁面を研削して切刃４を形成してゆく。

ところが、このようにして研削される切屑排出溝３の切刃部２後端側では、砥石Ｇが切屑排出溝３から抜け出るときの切上げ部６が形成されるため、切刃４よりも切屑排出溝３の方が軸線Ｏ方向の長さが長くなることは避けられない。そして、エンドミル本体１を主軸に取り付けるときには、この切上げ部６も含めた切屑排出溝３の全体が露出するようにしてエンドミル本体１後端側のシャンク部７を主軸にチャッキングしなければならないため、主軸からの切刃部２の突き出し長さは上記切上げ部６を含めた切屑排出溝３の軸線Ｏ方向の長さによって左右されることとなり、従って上記自動旋盤に用いられるエンドミルにおいて上述のように切刃部２の突き出し長さを小さく抑えるには、この切上げ部６の軸線Ｏ方向の長さをできるだけ短く抑えることが必要とされる。

しかるに、このように切屑排出溝３後端の切上げ部６の長さを短く抑えるのに、一つには、切屑排出溝３の捩れ角θを大きくし、これに伴い砥石振り角αも大きくすることによって砥石Ｇが切屑排出溝３後端でエンドミル本体１に食い込む部分を軸線Ｏ方向に短くすることが考えられるが、こうして切屑排出溝３の捩れ角θを大きくすると、これに伴い切刃４の捩れ角すなわち軸方向のすくい角も大きくなってしまい、また捩れに沿った切刃４の全長が長くなりすぎたりして切削性能への影響が大きくなるおそれがある。また、他の一つとして、切屑排出溝３の深さを小さくし、すなわち切刃部２における心厚を大きくして、やはり砥石Ｇが切屑排出溝３の後端に食い込む部分を短くすることにより、切上げ部５も短くすることが考えられるが、この場合には切屑排出溝３に十分な容量を確保することができなくなって、切屑詰まりを生じたりするおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように切刃の捩れ角を大きくして切削性能に影響を及ぼしたり、切屑排出溝の深さを小さくして切屑詰まりを生じ易くしたりすることなく、切屑排出溝の切上げ部も含めた切刃部の軸線方向の長さを短くすることができ、これにより特に上記自動旋盤においてワークのミーリング加工を行うのに用いて好適なソリッドエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、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エンドミル本体の後端部がシャンク部とされるとともに、該エンドミル本体の先端部は、上記軸線回りに捩れる螺旋状の切屑排出溝が形成されて、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の辺稜部に切刃が形成された切刃部とし、上記切屑排出溝の少なくとも後端側の切上げ部において、この切屑排出溝の内周面を研削して上記壁面の辺稜部に上記切刃を形成する研削砥石の上記軸線に対する砥石振り角を、上記切屑排出溝の捩れ角よりも該切屑排出溝が捩れる側に８°以上大きくし、上記切上げ部の上記軸線方向における長さを、上記切刃の外径Ｄに対して０．５×Ｄ以下としたことを特徴とする。

従って、このように砥石振り角を切屑排出溝の捩れ角よりも大きくしたソリッドエンドミルでは、この砥石振り角を大きくした分だけ切屑排出溝後端において砥石がエンドミル本体に食い込む部分のエンドミル軸線方向の長さを短くすることができるので、上記切上げ部の長さも短くすることができる。その一方で、切刃を形成するために切屑排出溝の壁面を研削するところでは、砥石の外周部を所望の深さまで切屑排出溝内に挿入し、エンドミル本体を切屑排出溝の捩れ角に合わせて回転させつつ前進させればよく、すなわち、この切屑排出溝の捩れ角や溝深さ、つまり切刃の軸方向すくい角や切刃部の心厚は変更させる必要はないので、切削性能への影響がは小さく、また切屑排出性が損なわれて切屑詰まりを生じ易くなったりすることもない。

このため、上記構成のソリッドエンドミルによれば、切刃部の主軸からの突き出し長さを短く抑えることができるので、特に上述のような自動旋盤に用いた場合において、ビビリ等の発生を防いで加工精度の向上を図ることができるとともに、エンドミル本体自体の長さも短く抑えることができるので、取り扱い性を良くして取付時等の他の工具やワークとの干渉を防ぐことが可能となる。さらに、こうして砥石振り角を大きくすることにより、当該ソリッドエンドミルを製造する際に切刃を形成するときの上記砥石とエンドミル本体を把持するチャックなどとの干渉も抑えることが可能となるので、このソリッドエンドミル自体の製造も容易になるという利点も得ることができる。

なお、上記砥石振り角と切屑排出溝の捩れ角との差が小さすぎると、上記切上げ部の軸線方向の長さを十分に短くすることができなくなって上述の効果を確実に奏することが不可能となるおそれがあるので、この砥石振り角は切屑排出溝の捩れ角よりも８°以上大きくされる。ただし、この砥石振り角が切屑排出溝の捩れ角に対して大きくなりすぎても、切屑排出溝の周方向の溝幅が大きくなりすぎたりするおそれがあるので、砥石振り角と切屑排出溝の捩れ角との差は１５°以下とされるのが望ましい。なお、こうして砥石振り角を切屑排出溝の捩れ角よりも８°以上大きくしているかどうかは、例えば切屑排出溝の上記切上げ部の形状、あるいは上記壁面も含めた切屑排出溝内周面の研削痕などから判別することができる。

ここで、より具体的に、特に上記自動旋盤に用いられるソリッドエンドミルとしては、上記切上げ部の軸線方向における長さは、切刃の外径Ｄに対して０．５×Ｄ以下とされる。また切刃の軸線方向における切刃長は、切刃の外径Ｄ以下とされるのが望ましく、さらにエンドミル本体の軸線方向における長さは、切刃の外径Ｄによらず５０ｍｍ以下とされるのが望ましい。すなわち、切上げ部の長さが長すぎたり切刃長自体が長すぎたりすると、切刃部の突き出し長さが長くなってビビリ等の発生を確実に防止することができなくなるおそれがあり、またエンドミル本体の長さが長すぎると、取り扱い性が損なわれて主軸への取付時等にワークや他の工具と干渉するおそれがある。

図１および図２は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、エンドミル本体１１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした外形略円柱状に一体形成され、その後端側（図１および図２において右側）は円柱状のままのシャンク部１２とされるとともに、先端側（図１および図２において左側）は切刃部１３とされている。この切刃部１３には、その外周に、上記先端側から後端側に向かうに従い切削時のエンドミル本体１の回転方向Ｔの後方側に向かうにように軸線Ｏ回りに一定の捩れ角αで捩れる切屑排出溝１４が周方向に等間隔に複数条形成されており、これらの切屑排出溝１４の外周側辺稜部に切刃（外周刃）１５が形成されている。

なお、本実施形態では、切刃１５の軸線Ｏ方向における切刃長Ｌは、この切刃１５の外径Ｄ以下とされ、さらにシャンク部１２と切刃部１３とを合わせたエンドミル本体１１の軸線Ｏ方向における長さＭは、外径Ｄによらず５０ｍｍ以下とされている。さらにまた、本実施形態では切屑排出溝１４の先端側辺稜部には軸線Ｏに垂直な平面に略沿うように延びる底刃１６が形成されており、すなわち本実施形態のソリッドエンドミルは、この底刃１６と上記切刃１５とが軸線Ｏ回りの回転軌跡において略直交するように形成されたスクエアエンドミルとされている。

ここで、上記切刃１５は、切屑排出溝１４の内周面を、この切屑排出溝１４の断面形状に応じた形状の砥粒層を外周部に有する円板状の砥石Ｇによって研削することで、そのエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面（すくい面）と、同じく研削加工されて逃げ角が付される外周逃げ面１７との交差稜線部として形成されるのは上述した通りである。すなわち、図１に破線で示すようにこの砥石Ｇは、その中心線Ｃに直交する平面Ｐが切屑排出溝１４の捩れの向きに振られて軸線Ｏに対し所定の砥石振り角αが与えられ、この砥石Ｇが上記外周部を切屑排出溝１４内に挿入させて該中心線Ｃ回りに回転されるとともに、エンドミル本体１１は切屑排出溝１４の捩れ角θに合わせて軸線Ｏ回りに回転されつつ軸線Ｏ方向に前進させられることにより、上記壁面が研削されて切刃１５が形成されるのであるが、このとき本実施形態ではこの砥石振り角αが切屑排出溝１４の捩れ角θよりも８°以上大きくされている。

そして、所定の切刃長Ｌの切刃１５が形成されたところで、エンドミル本体１１の回転、前進が停止させられるとともに砥石Ｇがエンドミル本体１１に対して外周側に後退させられ、このとき切屑排出溝１４の切刃１５後端よりも後端側には、砥石Ｇの外周部が切刃１５後端から抜け出たところでもエンドミル本体１１に食い込んでいることにより、切屑排出溝１４の溝深さが後端側に向けて漸次浅くなるように切上げ部１８が形成されるのであるが、本実施形態では砥石振り角αが切屑排出溝１４の捩れ角θよりも８°以上大きくされているため、砥石Ｇの外周部が切刃１５の後端側でエンドミル本体１１に食い付く軸線Ｏ方向の長さが短く、従って上記切上げ部１８の軸線Ｏ方向の長さＮも、例えば切刃１５の上記外径Ｄに対して０．５×Ｄ以下と短くされる。従って、この切上げ部１８の長さＮと上記切刃１５の切刃長Ｌとを合わせた切屑排出溝１４の軸線Ｏ方向の長さ、すなわち切刃部１２の軸線Ｏ方向の長さも、外径Ｄに対して１．５×Ｄ以下と短くされる。

このように構成されたソリッドエンドミルは、図２に示すように例えば上述した自動旋盤の回転可能な主軸Ｓに取り付けられて軸線Ｏ回りに上記回転方向Ｔに回転させられ、上記切刃１５や底刃１６によってワークにミーリング加工を施すのに用いられる。そして、このとき、本実施形態では、切屑排出溝１４の切上げ部１８が上述のように短くされていることで、切屑排出溝１４の捩れ角θすなわち切刃１５の軸方向すくい角を変えたり、切屑排出溝１４の溝深さを小さくして心厚を大きくしたりすることなく、必要な切刃長Ｌを確保しながらも切屑排出溝１４の軸線Ｏ方向の長さは短く抑えることができ、従ってこの切上げ部１８の後端を主軸Ｓの端面Ｒに一致させたときの切刃部１２の最小突き出し長さも短く抑えることができる。

この点、例えば図４に示した従来の一般的なソリッドエンドミルと同様に、砥石振り角αを切屑排出溝３の捩れ角θとほぼ等しくして該切屑排出溝３の内周面を研削したソリッドエンドミルでは、図３に示すように切刃４の外径Ｄや軸線Ｏ方向の切刃長Ｌ、切屑排出溝３の捩れ角θ、および砥石Ｇの形状、寸法が上記実施形態と同じであったとしても、切上げ部６の軸線Ｏ方向の長さＮは上記実施形態よりも長くならざるを得ない。従って、この切上げ部６までの切屑排出溝３全体を露出させるように切刃部２を突き出してエンドミル本体１を主軸Ｓに取り付けると、この主軸Ｓの端面Ｒからの切刃部２の最小突き出し長さは上記実施形態よりも長くなってしまい、特に切刃部２の先端側の上記切刃４や底刃を用いて切削を行うときには、ワークが片持ち支持となっていることとも相俟って、ワークやエンドミル本体１にもビビリ等が生じ、加工精度を損なうことになる。

ところが、これに対して本実施形態のソリッドエンドミルでは、上述のように切上げ部１８を含めた切刃部１３の軸線Ｏ方向の長さが短くなることにより、主軸Ｓの端面Ｒからの切刃部１３の突き出し長さを短く抑えることができるので、切削加工中にエンドミル本体１１にビビリ等が発生するのを防止して高精度の加工を促すことが可能となる。しかも、切屑排出溝１４の捩れ角θや切刃１５の軸方向すくい角および切刃長Ｌは変化することがないので、切削性能に与える影響は小さく、さらに心厚を大きくして切屑排出溝１４の溝深さを小さくする必要もないため、円滑な切屑排出性を維持することができる。

また、こうして切刃部１３の軸線Ｏ方向の長さが短くなることにより、エンドミル本体１１の軸線Ｏ方向の長さＭは上述のように十分短くすることができる。従って、これにより、エンドミル本体１１が主軸Ｓへの着脱時等にワークや他の工具と干渉するような事態も防ぐことが可能となって、特に機内スペースや主軸Ｓのストロークの小さい自動旋盤にあっても、良好な取り扱い性を確保することができる。

なお、特に上記自動旋盤に用いられるソリッドエンドミルとしては、具体的に切刃１５の外径Ｄに対して、軸線Ｏ方向における切刃１５の切刃長Ｌはこの外径Ｄ以下、上記切上げ部１８の長さＮは０．５×Ｄ以下とされ、これらを上回ると切刃部１３の軸線Ｏ方向の長さ（切上げ部１８も含めた切屑排出溝１４の軸線Ｏ方向の長さ）Ｌ＋Ｎを十分短く抑えることができなくなるおそれがある。

さらに、エンドミル本体１１の軸線Ｏ方向における長さＭは５０ｍｍ以下とされるのが望ましく、これを上回ると特に自動旋盤に用いるときの取り扱い性が損なわれてワークや他の工具との干渉を招くおそれがある。また、上記砥石振り角αについても、切屑排出溝１４の捩れ角θとの差が大きすぎると、砥石Ｇの大きさ等にもよるが切屑排出溝１４の溝幅が大きくなりすぎたりするおそれがあるので、この捩れ角θとの差α−θが８°〜１５°の範囲となるようにされるのが望ましい。

なお、本実施形態では、切屑排出溝１４の外周側辺稜部に切刃（外周刃）１５が形成されるとともに、先端側辺稜部には軸線Ｏ回りの回転軌跡がこの切刃１５の略直交する底刃１６が形成されたスクエアエンドミルに本発明を適用した場合について説明したが、これら切刃（外周刃）１５と底刃１６との交差稜線部が略１／４円弧状に形成されたラジアスエンドミルや、底刃１６が回転軌跡において半球状をなすボールエンドミルに本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態を自動旋盤の主軸Ｓに取り付けた状態を示す一部破断側面図である。 図１に示す実施形態と切刃長Ｌおよびエンドミル本体１の軸線Ｏ方向の長さが等しい従来のソリッドエンドミルを自動旋盤の主軸Ｓに取り付けた状態を示す一部破断側面図である。 捩れ角θと等しい砥石振り角で従来の一般的なソリッドエンドミルの切屑排出溝３の内周面を研削する状態を示す側面図である。

符号の説明

１１ エンドミル本体
１２ シャンク部
１３ 切刃部
１４ 切屑排出溝
１５ 切刃（外周刃）
１８ 切上げ部
Ｏ エンドミル本体１１の軸線Ｏ
Ｔ 切削時のエンドミル本体１１の回転方向
Ｄ 切刃１５の外径
Ｌ 切刃１５の軸線Ｏ方向における切刃長
Ｍ エンドミル本体１１の軸線Ｏ方向における長さ
Ｎ 切上げ部１８の軸線Ｏ方向における長さ
Ｓ 主軸
Ｒ 主軸Ｓの端面
Ｇ 砥石
Ｃ 砥石Ｇの中心線
Ｐ 中心線Ｃに直交する平面
θ 切屑排出溝１４の捩れ角
α 砥石振り角

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の後端部がシャンク部とされるとともに、該エンドミル本体の先端部は、上記軸線回りに捩れる螺旋状の切屑排出溝が形成されて、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の辺稜部に切刃が形成された切刃部とされ、上記切屑排出溝の少なくとも後端側の切上げ部においては、この切屑排出溝の内周面を研削して上記壁面の辺稜部に上記切刃を形成する研削砥石の上記軸線に対する砥石振り角が、上記切屑排出溝の捩れ角よりも該切屑排出溝が捩れる側に８°以上大きくされており、
   上記切上げ部の上記軸線方向における長さが、上記切刃の外径Ｄに対して０．５×Ｄ以下とされていることを特徴とするソリッドエンドミル。
2. 上記切刃の上記軸線方向における切刃長が、該切刃の外径Ｄ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載のソリッドエンドミル。
3. 上記エンドミル本体の上記軸線方向における長さが５０ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のソリッドエンドミル。

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