JP4372859B2

JP4372859B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP4372859B2
Application number: JP16724698A
Authority: JP
Inventors: 晃弘山田; 春一高間
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; OSG Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; OSG Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP2000000716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンドミルに係り、特に、アルミニウム加工において優れた切削性能が得られるエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
(a) 外周刃および底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心と交差する方向（例えば軸心と直角な方向）へ相対移動させられることにより切削加工を行う横引き用のエンドミルや、(b) 外周刃および底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心方向成分を含む方向（例えば軸心方向）へ相対移動させられることにより切削加工を行うたて彫り用のエンドミルが、各種の切削加工分野で多用されている。このようなエンジミルは、一般に外周刃のすくい角が２°〜６°程度で、外周マージンは無く、底刃のすくい角は３°前後である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンドミルは、鋼切削に対しては良好な切削性能が得られるものの、アルミニウム等の被削材に対しては切りくず排出性能が悪く、必ずしも十分に満足できる切削性能が得られないという問題があった。
【０００４】
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、アルミニウム等の被削材に対して良好な切削性能が得られるエンドミルを提供することにある。
【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、外周刃、およびコーナＲ部を介してその外周刃に接続された底刃から成る総て同一形状の複数の切れ刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつアルミニウムまたはアルミニウム合金の被加工物に対して軸心方向成分を含む方向へ相対移動させられることにより切削加工を行うたて彫り用のラジアスエンドミルであって、前記底刃には前記コーナＲ部の７５％以上の範囲を含んで刃当りするように底刃ギャッシュが設けられており、その底刃のすくい角が１５°〜２５°の範囲内で、その底刃の中心凹角が１５°〜２５°の範囲内で、その底刃の前記コーナＲ部には１刃毎に異なる位置に一つずつニックが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１発明のたて彫り用のラジアスエンドミルは、好適にはコーナＲ部の全周に底刃ギャッシュの刃当りが有り、底刃のすくい角が１９°〜２１°で、底刃の中心凹角が１８°〜２２°で、底刃のコーナＲ部にニックが設けられている。ニックは、例えば開口幅が１ｍｍ程度で溝底角度が略９０°のＶ字形状のものが好適に設けられる。また、外周刃には、１５°〜２５°の範囲内、更には１８°〜２０°の範囲内ですくい角を設けることが望ましく、外周マージンは無いのが良い。たて彫り用のラジアスエンドミルは、例えば軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心方向へ相対移動させられ、底刃を主体として切削加工を行うものであるが、軸心方向の成分を含む方向、すなわち軸心と交差する方向（直交する方向を除く）へ相対移動させられる場合であっても良い。
【０００９】
また、本発明のラジアスエンドミルは、アルミニウムやアルミニウム合金の切削加工に好適に用いられるが、アルミニウム以外の非鉄金属およびその合金等の切削加工に使用することもできる。
【００１０】
第１発明の何れのラジアスエンドミルにおいても、外周刃は例えば２０°〜４０°程度、更には２５°〜３５°程度の所定のねじれ角で捩じれたねじれ刃であることが望ましく、コーナＲ部の曲率半径は切削条件等に応じて適宜設定されるが、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。外周刃の逃げ角（二番角）は９°〜１１°程度が望ましく、底刃の逃げ角は４°〜７°程度が望ましい。また、刃数は２枚が適当であるが、３枚刃以上のエンドミルに適用することも可能である。
【００１１】
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、第１発明の一実施例である横引き用のラジアスエンドミル１０（以下、単にエンドミル１０という）の先端部分を示す図で、(a) は軸心と直交する方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図、(c) は(b) の下側から見た正面図、(d) は外周刃１２の断面形状（軸直角断面）を示す図である。このエンドミル１０は２枚刃で、外周部に軸心に対して対称的に設けられた一対の外周刃１２と、それ等の外周刃１２にコーナＲ部１４から連続して設けられた一対の底刃１６とを備えており、外周刃１２はねじれ溝１８に沿って所定のねじれ角λ₁で軸心まわりに捩じれている。ねじれ角λ₁は２５°〜３５°の範囲内で、実施例では３０°程度である。
【００１２】
上記外周刃１２のすくい角α₁は１５°〜２５°の範囲内で、実施例では１８°〜２０°の範囲内であり、外周刃１２のマージン幅ｄは０．２ｍｍ以下で、実施例では０．０２〜０．０８ｍｍの範囲内である。底刃１６にはコーナＲ部１４の７５％以上、実施例では全周を含んで刃当りするようにギャッシュ加工が施され、その底刃１６のすくい角β₁は１５°〜２５°の範囲内で、実施例では１９°〜２１°の範囲内である。また、コーナＲ部１４の曲率半径は切削条件等に応じて適宜設定されるが、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。外周刃１２の逃げ角は９°〜１１°の範囲内で、底刃１６の逃げ角は４°〜７°の範囲内で、底刃１６の中心凹角γ₁は１°±１５′程度である。なお、このような刃部の後端、すなわちシャンク側には、軸心に対する傾斜角が５°程度のテーパ部２０が設けられており、外周刃１２はテーパ部２０を含んで設けられている。
【００１３】
このようなエンドミル１０は、アルミニウム或いはアルミニウム合金の側面加工等に好適に用いられ、高能率加工を行うことができるが、以下、本発明者等が行った試験結果について具体的に説明する。なお、以下の説明では、外周すくい角α₁などの記号については図１と同じであるが、使用するエンドミルの仕様は本発明品を含めて図１のエンドミル１０と無関係である。
【００１４】
《試験１》
試験１は、主に底刃すくい角（β₁）の大きさや底刃ギャッシュの刃当り量が切削性能に及ぼす影響を調べるためのもので、使用工具は、表１に示すＡ１〜Ａ５の５種類で、底刃すくい角（β₁）、底刃二番角（逃げ角）、および底刃ギャッシュは表１に示す通りであり、それ以外の仕様は共通で、何れも２枚刃のエンドミル、呼び１８×Ｒ３（ＲはコーナＲ部の曲率半径）、首下５０ｍｍ、刃長１５ｍｍ、溝ねじれ角（λ₁）＝３０°、外周すくい角（α₁）＝１９°、外周マージン幅（ｄ）＝０．０５ｍｍ、底刃の中心凹角（γ₁）＝１°００′、ギャッシュ角＝４５°である。なお、これ等の使用工具Ａ１〜Ａ５のうち、底刃すくい角（β₁）＝２０°で、底刃ギャッシュが刃当てＲ（全周）の「Ａ２」が本発明品で、その他は比較品である。
【表１】

【００１５】
（試験内容１）
１番目の試験は、被削材Ａ７０５０に対し、主軸回転数は２００００（ｍｉｎ^-1）、切削油は水溶性切削油剤（ユシロＥＺ３０）で、送り速度、切り込みＡＤ（Axial Depth)，ＲＤ（Radius Depth）は表２に示す通りの加工条件において、工具を軸心まわりに回転駆動しつつ軸心と直交する方向へ移動させることにより、図２に示す切削加工を行い、ワーク底面の浮き上がり量（形状）を調べた。図２の(a) はワーク（被削材）の平面図で、(b) は(a) の下側から見た正面図で、(a) の一点鎖線は工具移動経路を表しており、(b) の斜線部は切削除去される領域を表している。
【表２】

【００１６】
（試験内容２）
２番目の試験は、被削材Ａ７０５０に対し、主軸回転数は２００００（ｍｉｎ^-1）、送り速度（ｍｍ／ｔ）＝０．０７５，０．１２５，０．２、切り込みＡＤ＝５ｍｍ、切り込みＲＤ＝０．２５Ｄ，０．７５Ｄ（Ｄは工具直径）、ダウンカット、切削油は水溶性切削油剤（ユシロＥＺ３０）という加工条件において、工具を軸心まわりに回転駆動しつつ軸心と直交する方向へ移動させることにより、図３に示す側面切削加工を行い、面粗さや加工面の倒れ（図３の(b) 参照）等を調べた。図３の(a) はワーク（被削材）の斜視図で、(b) は側面図であり、一点鎖線は切削加工前の形状で、実線は切削加工後の形状である。使用機械は、マキノフライス製作所製「Ａ５５型」である。
【００１７】
（結果）
試験内容１に関する詳しいデータは省略するが、板厚３ｍｍの切削において、底刃ギャッシュを刃当りさせた工具NoＡ２、Ａ５の浮き上がり量が少なく良好であった。軸方向切り込みＡＤ＝０．５ｍｍの切削状況より、ＡＤの切り込みを小さくした加工方法ではワークの剛性が不足し、加工精度が悪くなると判断できる。実際の加工では、軸方向切り込みの設定値を大きくすることが望ましい。ワーク底面の面粗さの比較では、総て４．６８μｍＲｙ以下であったが、送り速度の遅い領域では底刃ギャッシュ刃当りのある工具NoＡ２、Ａ５の粗さが小さく、送り速度の速い領域ではギャッシュ刃当りのない工具NoＡ１、Ａ４の面粗さが小さい。
【００１８】
試験内容２の結果を表３に示す。表３の「ミスマッチ」は、ＮＣ制御装置の値と実測値との差で、「実負荷」は、切削加工時の主軸の回転負荷（最大値）から空転時の回転負荷を差し引いた値である。
【表３】

【００１９】
上記試験内容１および２の結果をまとめたものが表４で、上２項目は試験内容１に関するもので、下の４項目は試験内容２に関するものである。表４の「○」は推奨、「△」は使用可、「×」は使用不可を表しており、「刃先強度」は、試験内容２の試験後の刃先のチッピング状況を目視で判断したものである。かかる表４から、総合的には工具NoＡ２、Ａ５が良好であるが、チッピングを重視した場合、切削性能を損なわずに刃先強度を高める工具NoＡ２が優れている。なお、工具NoＡ４の主軸の回転負荷が小さいのは、チッピングの影響が考えられる。
【表４】

【００２０】
《試験２》
試験２は、主に外周すくい角（α₁）や外周マージンの有無が切削性能に及ぼす影響を調べるためのもので、使用工具は、表５に示すＢ１〜Ｂ８の８種類で、溝ねじれ角（λ₁）、外周すくい角（α₁）、外周マージン（ｄ＝０．０５ｍｍ）の有無は表５に示す通りであり、それ以外の仕様は共通で、何れも２枚刃のエンドミル、呼び１０、底刃すくい角（β₁）＝４°、底刃ギャッシュの刃当りは無しである。このように底刃ギャッシュによるコーナＲ部の刃当りが無い点で、これ等の使用工具Ｂ１〜Ｂ８は何れも本発明品ではない。
【表５】

【００２１】
そして、被削材Ａ７０５０に対し、主軸回転数（ｍｉｎ^-1）＝５０００，１００００，２００００、送り速度（ｍｍ／分）＝１０００，２０００，４０００，６０００、切り込みＡＤ＝２．５ｍｍ，５．０ｍｍ，７．５ｍｍ、切り込みＲＤ＝５ｍｍ、ダウンカット、切削油は水溶性切削油剤（ユシロＥＺ３０）という加工条件において、工具を軸心まわりに回転駆動しつつ軸心と直交する方向へ移動させることにより、図４に示す側面切削加工を行い、主軸の回転負荷（％）やびびり振動の発生状況を調べた。使用機械は、マキノフライス製作所製「Ａ５５型」である。
【００２２】
結果は、表６に示す通りで、表中「※」印はびびりの発生領域を表している。かかる表６から明らかなように、外周マージンの無い工具NoＢ１、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ８は何れも高速回転領域でびびりが発生して好ましくない。工具NoＢ２とＢ３を比較すると、外周すくい角（α₁）が２０°の工具NoＢ２の方が全域で回転負荷が同じか小さく、良好な切削性能が得られる。工具NoＢ６とＢ７を比較した場合も、外周すくい角（α₁）が２０°の工具NoＢ６の方が全域で回転負荷が同じか小さく、良好な切削性能が得られる。また、工具NoＢ２と工具NoＢ６を比較すると、主軸回転数（ｍｉｎ^-1）が５０００では殆ど差が無いが、１００００、２００００では、溝ねじれ角（λ₁）が大きい工具NoＢ６の方が回転負荷が小さく、優れた切削性能が得られる。
【表６】

【００２３】
《試験３》
試験３は、主に底刃すくい角（β₁）が切削性能に及ぼす影響を調べるためのもので、使用工具は、底刃すくい角（β₁）が１０°（工具NoＣ１）と２０°（工具NoＣ２）の２種類で、それ以外の仕様は共通で、何れも２枚刃のエンドミル、呼び１２×Ｒ２．５、突き出し量２８ｍｍ、溝ねじれ角（λ₁）＝３０°、外周すくい角（α₁）＝１９°、外周マージン幅（ｄ）＝０．０５ｍｍである。なお、何れの工具も底刃ギャッシュによるコーナＲ部の刃当りはなく、この点で本発明品には含まれない。
【００２４】
そして、被削材Ａ７０５０に対し、主軸回転数（ｍｉｎ^-1）＝１００００，２００００、送り速度（ｍｍ／分）＝２０００，４０００，６０００，８０００，１２０００、切り込みＡＤ＝３．０ｍｍ，６．０ｍｍ、切り込みＲＤ＝５ｍｍ、切削油は水溶性切削油剤（ユシロＥＺ３０）という加工条件において、工具を軸心まわりに回転駆動しつつ軸心と直交する方向へ移動させることにより、側面加工（肩削り加工）を行い、主軸の回転負荷（％）や切削音、びびり振動の発生状況を調べた。使用機械は、マキノフライス製作所製「Ａ５５型」である。
【００２５】
結果は、表７に示す通りで、切削音の欄の「◎」は良好、「○」は普通、「△」はやや悪いを意味しており、試験者の主観による判断である。また、「※」印はびびりの発生領域を表している。かかる表７から明らかなように、底刃すくい角（β₁）が２０°の工具NoＣ２の方が、切削音、びびり振動、回転負荷の何れについても優れている。
【表７】

【００２６】
次に、第２発明について具体的に説明する。図５は、第２発明の一実施例であるたて彫り用のラジアスエンドミル３０（以下、単にエンドミル３０という）の先端部分を示す図で、(a) は軸心と直交する方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図、(c) は(b) の下側から見た正面図、(d) は外周刃３２の断面形状（軸直角断面）を示す図である。このエンドミル３０は２枚刃で、外周部に軸心に対して対称的に設けられた一対の外周刃３２と、それ等の外周刃３２に対してコーナＲ部３４から連続して設けられた一対の底刃３６とを備えており、外周刃３２はねじれ溝３８に沿って所定のねじれ角λ₂で軸心まわりに捩じれている。ねじれ角λ₂は２５°〜３５°の範囲内で、実施例では３０°程度である。
【００２７】
上記外周刃３２のすくい角α₂は１５°〜２５°の範囲内で、実施例では１８°〜２０°の範囲内であり、外周刃３２のマージンは無しである。底刃３６にはコーナＲ部３４の７５％以上、実施例では全周を含んで刃当りするようにギャッシュ加工が施され、その底刃３６のすくい角β₂は１５°〜２５°の範囲内で、実施例では１９°〜２１°の範囲内である。また、コーナＲ部３４の曲率半径は切削条件等に応じて適宜設定されるが、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。外周刃３２の逃げ角は９°〜１１°の範囲内で、底刃３６の逃げ角は５°〜７°の範囲内で、底刃３６の中心凹角γ₂は１５°〜２５°の範囲内で、実施例では１８°〜２２°の範囲内である。底刃３６にはまた、上記コーナＲ部３４に開口幅が１ｍｍ程度で溝底角度が略９０°のＶ字形状のニック４０が設けられている。このニック４０は、一対の底刃３６のコーナＲ部３４の異なる位置にそれぞれ一つずつ設けられている。
【００２８】
このようなエンドミル３０は、アルミニウム或いはアルミニウム合金のたて彫り加工に好適に用いられ、高能率加工を行うことができるが、以下、本発明者等が行った試験結果について具体的に説明する。なお、以下の説明では、外周すくい角α₂などの記号については図５と同じであるが、使用するエンドミルの仕様は本発明品を含めて図５のエンドミル３０と無関係である。
【００２９】
《試験４》
使用工具は、表８に示すＤ１〜Ｄ４の４種類で、呼び、突き出し量、バックテーパ（ｍｍ／刃長）、外周マージンの有無、底刃外周凹角、底刃中心凹角（γ₂）、底刃ギャッシュのコーナＲ部に対する刃当り（Ｒ全周）の有無、底刃ニック（前記コーナＲ部３４のニック４０）の有無は表８に示す通りであり、それ以外の仕様は共通で、何れも２枚刃のエンドミル、溝ねじれ角（λ₂）＝３０°、外周すくい角（α₂）＝１９°である。なお、これ等の使用工具Ｄ１〜Ｄ４のうち、底刃中心凹角（γ₂）＝２０°で刃当りが有り、底刃ニックが設けられている「Ｄ２」、「Ｄ４」は本発明品で、その他は比較品である。
【表８】

【００３０】
そして、被削材Ａ７０５０に対し、主軸回転数（ｍｉｎ^-1）＝１００００，２００００、送り速度（ｍｍ／分）＝１０００，２０００，３０００，４０００，６０００、切り込みＲＤ＝０．１Ｄ，０．２５Ｄ，０．５Ｄ（Ｄは工具直径）、切削油は水溶性切削油剤（ユシロＥＺ３０）という加工条件において、工具を軸心まわりに回転駆動しつつ軸心方向へ移動させるドリル加工を行うことにより、図６に示すたて彫り加工を行い、切削音や面粗さ、倒れ、主軸の回転負荷（最大値）などを調べた。使用機械は、マキノフライス製作所製「Ａ５５型」である。
【００３１】
結果は、表９および表１０に示す通りで、表中の「切削音」の欄の「○」は普通、「△」は少し悪い、「×」は悪いを意味し、「面の状態」の欄の「○」は普通、「△ス」は普通＋スジ、「×」はびびり面を意味している。また、「面粗さ」の単位はμｍＲｙで、「倒れ」の単位はμｍである。かかる表９、表１０から明らかなように、工具NoＤ１とＤ２、Ｄ３とＤ４とを比較した場合、殆ど総ての項目で本発明品であるＤ２、Ｄ４の方が優れているか略同じで、面粗さなど所定の加工精度を維持しつつ高能率加工を行うことができる。
【表９】

【表１０】

【００３２】
図７の(a) は、前記《試験２》の結果から外周すくい角（α₁）が２０°の場合（実線）と１２°の場合（破線）の排出量（切削量）と主軸動力（負荷）との関係を求めた一例を示す図で、(b) は同じく《試験２》の結果から外周マージン有りの場合（実線）と無しの場合（破線）の排出量と主軸動力との関係を求めた一例を示す図で、(c) は《試験１》の結果から底刃ギャッシュのコーナＲ部の刃当り（Ｒ全周）有りの場合（実線）と無しの場合（破線）の排出量と主軸動力との関係を求めた一例を示す図で、(d) は《試験３》の結果から底刃すくい角（β₁）が２０°の場合（実線）と１０°の場合（破線）の排出量と主軸動力との関係を求めた一例を示す図で、(e) は《試験４》の結果から底刃ニックが有りの場合（実線）と無しの場合（破線）の排出量と主軸動力との関係を求めた一例を示す図である。何れの場合も、本発明の範囲内である方が主軸動力が少なくて済み、高能率加工が可能であることが判る。
【００３３】
以上、本発明の実施例および試験結果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。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、第１発明のラジアスエンドミルは、何れもアルミニウム或いはアルミニウム合金等の被削材に対する切削性能が総合的に向上し、面粗さなどの加工精度を維持しつつ主軸回転数や送り速度を速くして高能率加工を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の一実施例である横引き用のラジアスエンドミルの先端部を示す図である。
【図２】横引き用ラジアスエンドミルを用いて切削試験を行う際の切削内容を説明する図である。
【図３】横引き用ラジアスエンドミルを用いて切削試験を行う際の別の切削内容を説明する図である。
【図４】横引き用ラジアスエンドミルを用いて切削試験を行う際の更に別の切削内容を説明する図である。
【図５】第２発明の一実施例であるたて彫り用のラジアスエンドミルの先端部を示す図である。
【図６】たて彫り用ラジアスエンドミルを用いて切削試験を行う際の切削内容を説明する図である。
【図７】各種の試験結果から外周すくい角（α₁）の大きさ、外周マージンの有無、コーナＲ部の刃当りの有無、底刃すくい角（β₁）の大きさ、底刃ニックの有無が、排出量と主軸動力との関係に与える影響を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０：ラジアスエンドミル
１２、３２：外周刃
１４、３４：コーナＲ部
１６、３６：底刃
４０：ニック
α₁、α₂：外周刃のすくい角
β₁、β₂：底刃のすくい角
γ₁、γ₂：底刃の中心凹角
ｄ：外周刃のマージン幅

Claims

外周刃、およびコーナＲ部を介して該外周刃に接続された底刃から成る総て同一形状の複数の切れ刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつアルミニウムまたはアルミニウム合金の被加工物に対して軸心方向成分を含む方向へ相対移動させられることにより切削加工を行うたて彫り用のラジアスエンドミルであって、
前記底刃には前記コーナＲ部の７５％以上の範囲を含んで刃当りするように底刃ギャッシュが設けられており、該底刃のすくい角が１５°〜２５°の範囲内で、該底刃の中心凹角が１５°〜２５°の範囲内で、該底刃の前記コーナＲ部には１刃毎に異なる位置に一つずつニックが設けられている
ことを特徴とするラジアスエンドミル。