JP4313579B2

JP4313579B2 - スクエアエンドミル

Info

Publication number: JP4313579B2
Application number: JP2003013115A
Authority: JP
Inventors: 龍吾河合; 二朗大沢
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: US20040170480A1; US6997651B2; JP2004223642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクエアエンドミルに係り、特に、コバールやインコネル、ステンレス鋼等の耐熱合金に対しても優れた耐久性が得られる超硬合金製のスクエアエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
(a) 先端部に設けられた複数の底刃と、(b) それぞれ角形のコーナを介して前記底刃に連続して外周部に設けられた複数の外周刃と、を有する超硬合金製のスクエアエンドミルが知られている。特許文献１に記載のエンドミルはその一例で、複数の外周刃の１つだけすくい角が他の外周刃より小さくされているとともに、底刃についても、軸心付近まで達しているセンタカット刃だけ底面視の形状が他の底刃と相違させられ、外周側へ向かうに従って回転切削方向の後側へ傾斜させられており、ビビリ振動などを抑制して加工精度を向上させるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
登録実用新案第２５５７１８９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなスクエアエンドミルにおいても、例えばコバールやインコネル、ステンレス鋼等の耐熱合金に対して切削加工を行なうと、切り屑が粘くて切削抵抗が大きいため、ビビリ振動により刃欠けが生じるなどして耐久性が著しく損なわれたり、これを防止するために送り速度等の加工条件が制限されたりする問題があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、コバールやステンレス鋼等の耐熱合金に対しても十分な耐久性が得られるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 先端部に設けられた複数の底刃と、(b) それぞれ角形のコーナを介して前記底刃に連続して外周部に設けられた複数の外周刃と、を有する超硬合金製のスクエアエンドミルにおいて、(c) 前記底刃および前記外周刃の数は偶数で、(d) その偶数の底刃のアキシャルレーキは大小２種類で交互に増減している一方、(e) そのアキシャルレーキが小さい底刃に連続する外周刃の外周すくい角は、アキシャルレーキが大きい底刃に連続する外周刃の外周すくい角よりも大きくなるように、前記偶数の外周刃の外周すくい角も大小２種類で交互に増減していることを特徴とする。
【０００７】
なお、上記底刃のアキシャルレーキは、切削方向である周方向のすくい角で、前記特許文献１に記載の「底刃の径方向すくい角」とは全く異なるものである。
【０００８】
第２発明は、第１発明のスクエアエンドミルにおいて、(a) 前記偶数の底刃のアキシャルレーキは、何れも−２°〜＋１０°の範囲内で設定されており、(b) 前記偶数の外周刃の外周すくい角は、何れも３°〜２０°の範囲内で設定されていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明のスクエアエンドミルにおいて、(a) 前記底刃の大きい方のアキシャルレーキは４°〜８°の範囲内で、小さい方のアキシャルレーキは−２°〜＋２°の範囲内であり、(b) 前記外周刃の大きい方の外周すくい角は１３°〜１７°の範囲内で、小さい方の外周すくい角は４°〜８°の範囲内であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかのスクエアエンドミルにおいて、前記底刃は４枚設けられているとともに、そのうちの軸心に対して対称的に位置する２枚は軸心付近まで達しているセンタカット刃で、そのセンタカット刃のアキシャルレーキは他の底刃のアキシャルレーキよりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかのスクエアエンドミルにおいて、前記外周刃に沿って設けられる切り屑排出溝の溝底径は、その外周刃の外周すくい角の相違に拘らず一定であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
このようなスクエアエンドミルにおいては、複数の底刃のアキシャルレーキおよび外周刃の外周すくい角がそれぞれ相違しているとともに、アキシャルレーキが小さい底刃に連続する外周刃の外周すくい角は、アキシャルレーキが大きい底刃に連続する外周刃の外周すくい角よりも大きくされているため、工具全体として軸心まわりの切削抵抗の分布が平滑化され、ビビリ振動の発生が抑制される。特に、底刃および外周刃の数が偶数で、その偶数の底刃のアキシャルレーキが大小２種類で交互に増減しており、偶数の外周刃の外周すくい角も大小２種類で交互に増減しているため、切削抵抗の分布が一層良好に平滑化されてビビリ振動の発生が一層効果的に抑制される。これにより、コバールやインコネル、ステンレス鋼等の耐熱合金に対して切削加工を行なう場合でも、ビビリ振動による刃欠け等が抑制されて耐久性が向上するとともに、送り速度など実用上満足できる加工能率で切削加工を行なうことができる。
【００１３】
第２発明では、偶数の底刃のアキシャルレーキが何れも−２°〜＋１０°の範囲内で設定され、偶数の外周刃の外周すくい角が何れも３°〜２０°の範囲内で設定されているため、ステンレス鋼等の耐熱合金を切削加工する上で必要な刃先強度を確保しつつ所定の切れ味が得られ、ビビリ振動を抑制しつつ一層優れた耐久性が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のスクエアエンドミルは、コバールやインコネル、ステンレス鋼等の耐熱合金に対する切削加工に好適に用いられるが、他の金属材料等に対する切削加工に用いることも勿論可能である。
【００１５】
第２発明、第３発明の数値範囲はあくまでも好適な一実施態様であり、被削材の材質や送り速度などの加工条件、或いはスクエアエンドミルの径寸法、刃数などに応じて適宜変更できる。
【００１６】
外周刃は、例えば３０°〜５０°程度の範囲内のねじれ角で軸心まわりにねじれたねじれ刃が望ましく、外周刃に沿って設けられる切り屑排出溝の溝底径は、第５発明のように外周刃の外周すくい角の相違に拘らず一定値とすることが望ましい。溝底径は、直径Ｄの大きさや刃数などによっても異なるが、例えば直径Ｄが１０ｍｍ以下の場合、０．６Ｄ〜０．７Ｄ程度の範囲内の一定値（例えば０．６５Ｄ程度）が適当である。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるスクエアエンドミル１０を示す図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面図、(c) は刃部１４側から見た底面図である。このスクエアエンドミル１０は超硬合金にて構成されており、シャンク１２および刃部１４は同一軸線上に一体に連続して設けられているとともに、刃部１４の先端には、軸心に対して対称的に一対の第１ギャッシュ２２がダイヤモンド砥石等で形成され、その第１ギャッシュ２２に沿って一対の底刃２４が軸心付近まで達するように設けられている。また、軸心まわりにおいて一対の底刃２４から９０°の位置には、同じく軸心に対して対称的に外周部から第１ギャッシュ２２に達するようにダイヤモンド砥石などで第２ギャッシュ２６が形成され、その第２ギャッシュ２６に沿って一対の底刃２８が設けられている。上記底刃２４はセンタカット刃として機能する。
【００１８】
刃部１４の外周面には、軸心まわりに捩じれた４本のねじれ溝１６に沿って４枚の外周刃１８、２０が等角度間隔で設けられているとともに、それぞれ軸方向の先端部において角形（本実施例では曲率半径Ｒ≒０．４５ｍｍ）のコーナを介して前記底刃２４、２８の外周側端縁に接続されている。ねじれ溝１６は切り屑排出溝に相当する。
【００１９】
前記第１ギャッシュ２２は底刃２４のすくい面を構成し、第２ギャッシュ２６は底刃２８のすくい面を構成しており、それぞれ所定のアキシャルレーキα１、α２（α２は図示せず）が得られるように溝深さ方向（工具軸方向）において軸心と略平行、或いは軸心に対して所定角度で傾斜するように設けられている。本実施例ではセンタカット刃として機能する底刃２４のアキシャルレーキα１は−２°〜＋２°（目標値０°）、底刃２８のアキシャルレーキα２は４°〜８°（目標値６°）であり、軸心まわりにおいてアキシャルレーキが交互に増減させられている。また、底刃２４に連続する外周刃１８の外周すくい角β１は、底刃２８に連続する外周刃２０の外周すくい角β２よりも大きく、本実施例ではβ１は１３°〜１７°（目標値１５°）、β２は４°〜８°（目標値６°）とされている。なお、ねじれ溝１６の溝底径は、外周すくい角β１、β２の相違に拘らず略一定で、本実施例では直径Ｄに対して約０．６５Ｄであり、直径Ｄ≒６．３５ｍｍである。また、ねじれ溝１６のねじれ角γは約４０°であるとともに、刃部１４の表面にはＴｉＡｌＮ等の硬質被膜がコーティングされている。図１の各部の寸法の割合や角度は必ずしも正確でない。
【００２０】
このようなスクエアエンドミル１０の各諸元は、実験計画法を用いて試作品を製作し、性能評価を行なって得られた最適形状である。図２は実験計画法に従って製作した試作品を説明する図で、(a) は経験的に定められた因子および水準１、２を示す図で、(b) は因子の割り振り表、(c) は試作品No１〜No８の諸元を具体的に示す図である。図２(a) の「Ａ：外周刃の外周すくい角」のａ刃は、一対の底刃（センタカット刃）２４に連続して設けられた一対の外周刃１８の外周すくい角β１を表しており、ｂ刃は他の一対の外周刃２０の外周すくい角β２を表している。「Ｂ：底刃のアキシャルレーキ」のａ刃は、一対の底刃（センタカット刃）２４のアキシャルレーキα１を表しており、ｂ刃は他の一対の底刃２８のアキシャルレーキα２を表している。「Ｃ：溝底径」のａ刃は、一対の外周刃１８のすくい面を形成しているねじれ溝１６の溝底径を表しており、ｂ刃は他の一対の外周刃２０のすくい面を形成しているねじれ溝１６の溝底径を表している。「Ｄ：材質」の超硬ａ、超硬ｂはコバルトの含有量の違いで、超硬ａは超硬ｂよりもコバルトの含有量が少ない。なお、径寸法Ｄは約６．３５ｍｍで、外周刃のねじれ角γは約４０°である。
【００２１】
そして、このような８種類の試作品No１〜No８を用いて、図３に示す試験内容で領域試験および耐久試験を行なったところ、領域試験については切削音および切削時の振動から判断して、No３、No５、No６、およびNo８は切削状態が「良」、No２、No４、およびNo７は切削状態が「普通」、No１は切削状態が「悪」であった。また、耐久試験では、摩耗幅や刃欠け等による工具寿命に達するまでの切削距離を測定したところ、図４に示す結果が得られた。図５は、これ等の試験結果を解析した分散分析表で、この結果から前記スクエアエンドミル１０が最適形状として求められた。なお、材質については、超硬ａと超硬ｂとの間で優位性は認められなかった。
【００２２】
一方、このような本実施例のスクエアエンドミル１０と、図６に示す比較品Ｉおよび比較品IIとを用いて、以下の加工条件で切削加工を行なって耐久性（切削距離）を調べたところ、図７に示すように本発明品によれば耐久性が向上することが確認できた。図６のａ刃、ｂ刃は前記図２と同じ意味で、比較品Ｉ、比較品IIは、何れも底刃のアキシャルレーキ（ａ刃およびｂ刃）、外周刃の外周すくい角（ａ刃およびｂ刃）がそれぞれ一定である。
（加工条件）
被削材：ＳＵＳ３０４
回転速度：２６５０ｍｉｎ^-1
送り速度：３９８ｍｍ／ｍｉｎ
切り込み量（ａａ）：０．５Ｄ
切削油剤：水溶性
【００２３】
このように、本実施例のスクエアエンドミル１０においては、交互に位置する一対ずつの底刃２４、２８のアキシャルレーキα１、α２、および外周刃１８、２０の外周すくい角β１、β２がそれぞれ相違しているとともに、小さいアキシャルレーキα１の底刃２４に連続する外周刃１８の外周すくい角β１は、大きいアキシャルレーキα２の底刃２８に連続する外周刃２０の外周すくい角β２よりも大きくされているため、工具全体として軸心まわりの切削抵抗の分布が平滑化され、ビビリ振動の発生が抑制される。これにより、コバールやインコネル、ステンレス鋼等の耐熱合金に対して切削加工を行なう場合でも、ビビリ振動による刃欠け等が抑制されて耐久性が向上するとともに、送り速度など実用上満足できる加工能率で切削加工を行なうことができる。
【００２４】
また、底刃２４、２８のアキシャルレーキα１、α２が何れも−２°〜＋１０°の範囲内で設定され、外周刃１８、２０の外周すくい角β１、β２が何れも３°〜２０°の範囲内で設定されているため、ステンレス鋼等の耐熱合金を切削加工する上で必要な刃先強度を確保しつつ所定の切れ味が得られ、ビビリ振動を抑制しつつ一層優れた耐久性が得られる。
【００２５】
また、偶数の底刃２４、２８のアキシャルレーキが大小２種類（α１、α２）で交互に増減しており、偶数の外周刃１８、２０の外周すくい角も大小２種類（β１、β２）で交互に増減しているため、切削抵抗の分布が一層良好に平滑化されてビビリ振動の発生が一層効果的に抑制される。
【００２６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が４枚刃のスクエアエンドミルに適用された場合の一例を説明する図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面図、(c) は刃部の先端側から見た底面図である。
【図２】実験計画法に従って製作した試作品No１〜No８を説明する図で、(a) は経験的に定められた因子および水準１、２を示す図で、(b) は因子の割り振り表、(c) は試作品No１〜No８の諸元を具体的に示す図である。
【図３】図２の試作品を用いて行なった領域試験および耐久試験の試験条件を示す図である。
【図４】図３の耐久試験の試験結果を示す図である。
【図５】図３の領域試験および耐久試験の試験結果を解析した分散分析表である。
【図６】図１の本発明品と共に耐久試験に使用した比較品Ｉ、比較品IIの仕様を説明する図である。
【図７】図６の工具を用いて行なった耐久試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０：スクエアエンドミル１６：ねじれ溝（切り屑排出溝）１８、２０：外周刃２４：底刃（センタカット刃）２８：底刃 α１：底刃（センタカット刃）のアキシャルレーキ β１、β２：外周刃の外周すくい角

Claims

先端部に設けられた複数の底刃と、
それぞれ角形のコーナを介して前記底刃に連続して外周部に設けられた複数の外周刃と、
を有する超硬合金製のスクエアエンドミルにおいて、
前記底刃および前記外周刃の数は偶数で、
該偶数の底刃のアキシャルレーキは大小２種類で交互に増減している一方、
該アキシャルレーキが小さい底刃に連続する外周刃の外周すくい角は、該アキシャルレーキが大きい底刃に連続する外周刃の外周すくい角よりも大きくなるように、前記偶数の外周刃の外周すくい角も大小２種類で交互に増減している
ことを特徴とするスクエアエンドミル。
前記偶数の底刃のアキシャルレーキは、何れも−２°〜＋１０°の範囲内で設定されており、
前記偶数の外周刃の外周すくい角は、何れも３°〜２０°の範囲内で設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスクエアエンドミル。
前記底刃の大きい方のアキシャルレーキは４°〜８°の範囲内で、小さい方のアキシャルレーキは−２°〜＋２°の範囲内であり、
前記外周刃の大きい方の外周すくい角は１３°〜１７°の範囲内で、小さい方の外周すくい角は４°〜８°の範囲内である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のスクエアエンドミル。
前記底刃は４枚設けられているとともに、そのうちの軸心に対して対称的に位置する２枚は軸心付近まで達しているセンタカット刃で、該センタカット刃のアキシャルレーキは他の底刃のアキシャルレーキよりも小さい
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスクエアエンドミル。
前記外周刃に沿って設けられる切り屑排出溝の溝底径は、該外周刃の外周すくい角の相違に拘らず一定である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスクエアエンドミル。