JP4448386B2 - 小径ボールエンドミル - Google Patents

Description

本願発明は、マシニングセンタ等の工作機械を使用して３次元加工等に用いる高硬度材加工用ボールエンドミルに関し、特にボール半径が１ｍｍ以下の小径の高硬度材加工用ボールエンドミルに関する。

３次元加工等において、被削材の高硬度化が進み、ＨＲＣ５０以上の高硬度材の加工が増加している。また、小物化、高精度化が進み、使用されるボールエンドミルも小径化及び高精度な加工が長時間維持できる高硬度材加工用ボールエンドミルの要望が高い。
特許文献１は、ボールエンドミルのノ−ズ部分の強度を高め、かつ切り屑排出性を向上することによってチッピングを防止し、曲率を持つ底面、底面付近の仕上げ加工に、回転当り０．２ｍｍ以上の高送りで使用して工具寿命を延長するとともに仕上げ面粗さを向上し、後加工の磨き工程を省略ないしは短縮できる光沢のある美しい金属表面を得ることができるボ−ルエンドミルであり、特許文献２は、高硬度材用にｃＢＮ等の硬質材料を適用した例である。
特許文献１は、高硬度材加工に用いた場合、ボール先端部の摩滅が激しく、ボール精度が維持できず、特許文献２記載は、ｃＢＮ等の硬質材料を用いれば、ボール先端部の摩滅は減少するが、小径のため切削速度が高められず、チッピング等を生じ易い課題がある。
特開２０００−２３３３１１号公報 特開２００２−１４４１３２号公報

本発明が解決すべき課題は、小径ボールエンドミルで高硬度材加工を行い、その精度を維持しつつ、仕上げ面粗さを得ることができるボールエンドミルを提供することである。

本願発明は、３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルの法線方向断面視で、該ボール刃のすくい角は負角で、該法線と該ボール刃の第１逃げ面とにより定義される刃部肉厚の角度αを８５度以上９０度未満、及び、該第１逃げ面の逃げ角θを、該法線の垂線に対して０．５度〜５度以下に設け、該ボールエンドミルの軸心部付近には、相対する該ボール刃の第１逃げ面同士で形成されたチゼルエッジを設け、該ボール刃の第１逃げ面幅を、ボール半径をＲとしたとき、Ｒ・Ｓｉｎ２θより小とし、該ボール刃の第１逃げ面後方に該ボール刃の第１逃げ面より大きい逃げ角を持つ該ボール刃の第２逃げ面を設けたことを特徴とする小径ボールエンドミルであり、被削材の硬さがＨＲＣ５０以上の高硬度材加工用において、長時間の切削においてもボール精度が維持でき、高精度な加工を行うことができる。

本願発明を適用することにより、小径ボールエンドミルで高硬度材加工を行っても、ボール刃のアール精度が長時間維持でき、良好な加工面性状及び粗さが得ることができた。

本願発明で、３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルと限定したのは、小物部品の加工に用いられるサイズであり、好ましくは２ｍｍ以下、即ち、Ｒ１〜０．１程度のボールエンドミルである。該ボールエンドミルの先端部の法線方向断面視で、法線の基準線と該ボール刃の第１逃げ面とにより定義される刃部肉厚の角度を８５度以上９０度未満とした理由は、ボール先端部に大きな刃部肉厚の切れ刃を有することになり、ボール先端部の摩滅を抑制できるからである。９０度以上では被削材と接触し、マージンを設けたこととなるので切削加工時のスベリ現象が懸念され、８５度未満では高硬度の被削材では、極端に摩滅量が大きくなるからであり、望ましくは、８７度〜８９度である。尚、刃部肉厚の角度は、ボール先端部の摩滅が、逃げ角に影響され、すくい角の影響が少ないため、法線の基準線と第１逃げ面とのなす角度とした。
次に、該ボール刃の第１逃げ面の逃げ角θを、該法線の垂線に対して０．５度〜５度以下としたのは、ボール刃のアール精度が、特に逃げ角の影響が出る軸心部において向上する。
該ボール先端部に相対するボール刃の第１逃げ面同士で形成されるチゼルエッジを設けたのは、切削性が向上し、被削材の仕上げ面粗さを向上できる。

該ボール刃の第１逃げ面幅を、ボール半径をＲとした時、Ｒ・Ｓｉｎ２θより小としたのは、第１逃げ面の回転方向終端部における被削材との干渉を防止するためである。該ボール刃の第１逃げ面後方に該ボール刃の第１逃げ面より大きい逃げ角を持つ該ボール刃の第２逃げ面を設けても良い。
該ボール刃の第１逃げ面は、刃部肉厚を厚くするため略直線状に設けるのが良く、更には、凹曲線状に設けても良い。
更に、エンドミル素材に超硬合金を始め、ＣＢＮやダイヤモンド焼結体を適用しても良い。以下、実施例に基づき具体的に説明する。

（実施例１）
図１〜図３は、本発明例１であり、超微粒子超硬合金製のボール半径１ｍｍ、刃数２枚刃のソリッドボールエンドミルであり、ボール先端部に相対するボール刃１の第１逃げ面２同士で形成されるチゼルエッジ３を設け、刃部肉厚の角度α：８８度、ＴｉＡｌＮコ−ティングを被覆したものを製作した。尚、第１逃げ面は略直線状に設けた。
従来例２は、すくい角が−１０度、第１逃げ角が１２度、刃部肉厚の角度α：７８度の例、従来例３は、ボール刃にマージンを設けたもの、すなわち刃部肉厚の角度α：９０度の例を本発明例１と同寸法で製作し、アール精度を測定後、切削試験を行った。
切削諸元は、被削材に硬さＨＲＣ６０に熱処理したＳＫＤ１１材を用い、曲率半径１５０ｍｍを持った半円筒状の曲面の加工を行った。切削条件としては回転数１６７００ｍｉｎ^−１、送り速度１３４０ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量はエンドミル軸方向に０．０５ｍｍ、ピック方向に０．０５ｍｍとし、エアブローを用いた乾式切削で行った。

その結果、本発明例１の切削試験前のアール精度は、軸心部を含め、ボール半径１ｍｍに対し、±３μｍの範囲であり、良好なアール精度であった。また、切削試験では、加工個数３個目終了時の軸心部付近の摩滅量がほとんどなく、５個目加工終了時の被削材の加工精度、即ち、曲面の形状精度の誤差は５μｍ以下で、ボール部のアール精度もチゼルの摩滅が抑えられているので±３μｍ以下を維持していた。加工面粗さは最大高さ面粗さＲｚで３μｍと良好であり、被削材の面性状は、光沢があり良好であった。
従来例２の切削試験前のアール精度は±８μｍと大きく、加工個数１個目を加工し終わった時点で、ボール刃が摩滅しており、特にチゼルの摩滅が大きく、このため、曲面の形状誤差は２０μｍを超え、被削材の表面にむしれを生じた。従来例３は、切削試験前のアール精度は±２μｍであったが、加工個数１個目の加工の初期から、マージン部が被削材と面当たりし、切削抵抗が高くなり、振動が激しくなったため、試験を中止した。このときのボール部と被削材の表面を観察するとむしれ面となっており、ボール部と被削材との間ですべり現象を起こしたものと考えられる。

（実施例２）
本発明例１と同仕様で、本発明例４として刃部肉厚の角度α：８９．７度、本発明例５としてα：８９．５度、本発明例６としてα：８９度、本発明例７としてα：８８度、本発明例８としてα：８６度、本発明例９としてα：８５度、比較例１０としてα：８４度のものを製作し、実施例１と同様、アール精度を測定後、切削試験を行った。
その結果、切削試験前のアール精度は、本発明例４〜７が±２μｍ、本発明例８〜９が±３μｍと良好であった。切削試験では、本発明例４は、スベリ現象のため、加工個数とともに形状誤差が大きくなり、また、第１逃げ面の一部が被削材の表面と擦れ、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで８μｍとやや悪くなった。本発明例５は加工個数５個目終了時点で、形状誤差は本発明例１と同様であり良好であったが、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで７μｍ以下と本発明例１に比べ若干大きくなった。面性状は本発明例１と比べると若干光沢が鈍く曇っていた。本発明例６、７は、形状誤差が５μｍ、面粗さは３μｍ以下であり、面性状も光沢を有しており、本発明例１と同等の結果が得られた。本発明例８、９は、加工個数５個目終了時点で、面粗さが３μｍであり、本発明例１と同等であったが、曲面の形状誤差は８μｍとなり、本発明例１より、若干、チゼルエッジの摩滅が大きくなった。比較例１０は、切削試験前のアール精度が±８μｍと大きく、加工個数１個目で、曲面の形状誤差が２５μｍと大きくなり、切れ刃の摩滅が進行し、特にチゼルエッジの摩滅が激しく、面性状は、むしれ面で所々切り屑の凝着が認められた。

（実施例３）
本発明例１と同仕様で、ボール刃の法線方向断面視で、本発明例１１としてボール刃の逃げ面形状が凹曲線状であるもの、比較例１２としてボール刃の逃げ面形状が凸曲線状であるもの、を製作し、実施例１と同様に切削試験を行った。
その結果、加工個数５個目で、本発明例１１は被削材の形状誤差は５μｍ以下、面粗さは３μｍ以下と良好であり、被削材の面性状も光沢を有しており良好であった。比較例１２は、チゼルエッジにおける食い付き状態が劣り、チゼルエッジ部の摩耗が大きく、被削材の形状誤差は１５μｍを超え、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで２０μｍを超え、面性状はむしれ面となっていた。

（実施例４）
本発明例１と同仕様で、本発明例１３として、ＣＢＮ含有量が４０％、本発明例１４として６０％、本発明例１５として８０％のＣＢＮをエンドミル素材として使用したボールエンドミルを製作し、実施例１と同様の切削テストを行った。
その結果、加工個数５個の時点での摩耗量はいずれも僅かであり、本発明例１３、１４、１５の順に小さく、特に本発明例１５はほとんど摩耗が見られず、被削材の形状誤差、面粗さ、面性状において本発明例１より良好な結果が得られた。

図１は、本発明例１の正面図の主要部拡大図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ ボール刃
２ 第１逃げ面
３ チゼルエッジ
α 刃部肉厚の角度
ａ 第１逃げ面幅
θ 第１逃げ角

Claims (3)

1. ３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルにおいて、該ボールエンドミルの法線方向断面視で、該ボールエンドミルのボール刃のすくい角は負角で、該法線と該ボール刃の第１逃げ面とにより定義される刃部肉厚の角度αを８５度以上９０度未満、及び、該ボール刃の第１逃げ面の逃げ角θを、該法線の垂線に対して０．５度〜５度以下に設け、該ボールエンドミルの軸心部付近には、相対する該ボール刃の第１逃げ面同士で形成されたチゼルエッジを設け、該ボール刃の第１逃げ面幅を、ボール半径をＲとしたとき、Ｒ・Ｓｉｎ２θより小とし、該ボール刃の第１逃げ面後方に該ボール刃の第１逃げ面より大きい逃げ角を持つ該ボール刃の第２逃げ面を設けたことを特徴とする小径ボールエンドミル。
2. 請求項１記載の小径ボールエンドミルにおいて、該ボール刃の第１逃げ面を略直線状としたことを特徴とする小径ボールエンドミル。
3. 請求項１記載の小径ボールエンドミルにおいて、該ボール刃の第１逃げ面を略凹曲線状としたことを特徴とする小径ボールエンドミル。

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