JP4783224B2 - CBN ball end mill - Google Patents
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Description
この発明は、ボール刃をCBN(立方晶窒化硼素)焼結体で形成したボールエンドミル、詳しくは、高硬度鋼の加工で優れた切れ刃強度と、優れた加工面品位を得ることができるCBNボールエンドミル関する。 The present invention relates to a ball end mill in which a ball blade is formed of a CBN (cubic boron nitride) sintered body, and more specifically, CBN capable of obtaining an excellent cutting edge strength and an excellent machined surface quality when machining high-hardness steel. Concerning ball end mill.
焼き入れ鋼などの高硬度鋼の加工には、切れ刃をCBN焼結体で形成した工具が使用されている。そのような工具の中に、ボール刃をCBN焼結体で形成したボールエンドミルがある。その種のボールエンドミルが、例えば、下記特許文献1、2に開示されている。
A tool having a cutting edge formed of a CBN sintered body is used for processing hardened steel such as hardened steel. Among such tools, there is a ball end mill in which a ball blade is formed of a CBN sintered body. Such a ball end mill is disclosed in, for example,
特許文献1が開示しているボールエンドミルは、ボール刃の中心部(ボール先端部)の局所的損傷を低減する目的でボール刃の法線方向のすくい角を外周側からボール先端部に向かって−20°〜0°に徐々に変化させている。 The ball end mill disclosed in Patent Document 1 has a rake angle in the normal direction of the ball blade from the outer peripheral side toward the ball tip in order to reduce local damage at the center (ball tip) of the ball blade. It is gradually changed from −20 ° to 0 °.
また、特許文献2が開示しているボールエンドミルは、3mm以下の小径エンドミルを対象にして、ボール刃の法線方向断面視において法線の基準線と第1逃げ面とにより定義される刃部肉厚の角度を85°以上、90°未満とし、ボール刃の先端部(中心部)に中心対称位置の刃の第1逃げ面同士が交わって形成されるくさび角の大きな強化されたチゼルエッジを設けている。
回転切削工具の切削速度は、回転中心に近づくほど小さくなる。そのため、ボールエンドミルはボール先端部の切れ味が悪くなり、切れ刃が硬さと脆さを併せ持つCBN焼結体によって形成されているものは特に、ボール先端部の局所的損傷が起こり易くなる。前掲の特許文献1は、この問題を解消するためにボール刃のすくい角を徐々に変化させてボール先端部でそのすくい角を0°にしているが、そのような構造にする場合、ボール刃の中心に形成されるチゼルエッジの長さを長くしないとボール先端部の強度が不足してチゼルエッジが欠け易くなる。 The cutting speed of the rotary cutting tool decreases as it approaches the center of rotation. For this reason, the ball end mill has a poor sharpness at the tip of the ball, and particularly when the cutting edge is formed of a CBN sintered body having both hardness and brittleness, local damage to the tip of the ball tends to occur. In the above-mentioned patent document 1, in order to solve this problem, the rake angle of the ball blade is gradually changed so that the rake angle is 0 ° at the tip of the ball. If the length of the chisel edge formed at the center of the ball is not increased , the strength of the tip of the ball is insufficient and the chisel edge tends to be chipped.
ところが、チゼルエッジ長さが長くなるとボール刃のR精度が悪化して加工精度に悪影響がでる。また、チゼルエッジ長さが長くなるとチゼルエッジによって削られた切屑が排出され難く、加工面の所謂むしれ等の発生頻度が高まる。 However, when the chisel edge length is increased, the R accuracy of the ball blade is deteriorated and the processing accuracy is adversely affected. Further, when the chisel edge length is long , chips scraped by the chisel edge are difficult to be discharged, and the frequency of occurrence of so-called peeling of the processed surface increases.
また、特許文献2のボールエンドミルは、ボール刃中心のチゼルエッジを、中心対称位置の切れ刃(以下では左右の切れ刃と言う)の第1逃げ面相互の稜線で形成しているので、R精度を低下させずにボール刃先端の強度を高めることができるが、第1逃げ面の逃げ角が0.5〜5°と極めて小さくてその第1逃げ面相互の交差稜で形成されるチゼルエッジのくさび角が170°以上となるため、中心部は平面に近い面が被削材に押付けられるような状況となって良好な切削がなされず、加工面にむしれなどが発生し易くなる。
In the ball end mill of
このように、特許文献1、2が開示している構造では、ボール刃先端の強度と加工面の品位の少なくとも一方が犠牲になる。
Thus, in the structures disclosed in
そこで、この発明は、ボール刃の刃先形状を工夫してCBNボールエンドミルの刃先強度の向上と加工面の品位向上を両立させることを課題としている。 Therefore, the present invention has an object to devise the shape of the cutting edge of the ball blade to achieve both improvement in the cutting edge strength of the CBN ball end mill and improvement in the quality of the processed surface.
上記の課題を解決するため、この発明においては、CBN焼結体によって形成されるボール刃の中心対称形状をなす左右の切れ刃の各部の法線方向断面におけるくさび角βを100〜135°、逃げ角αを5〜25°に設定し、ボール刃中心に前記左右の切れ刃の逃げ面が交わって形成される微小長さのチゼルエッジを備え、負のすくい角を有するすくい面が回転中心を越えた位置まで入り込んでいるものとなす。このボールエンドミルのすくい角γは、γ=(90−α−β)の式で求まり、好ましくは−30°〜−50°である。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, the wedge angle β in the normal direction cross section of each part of the left and right cutting edges forming the centrally symmetrical shape of the ball blade formed by the CBN sintered body is set to 100 to 135 °, set the clearance angle α in 5 to 25 °, with a precise length of the chisel edge which flank the cutting edge of said right and left ball blade center is formed by intersecting a rake face with a negative rake angle rotation center It is assumed that it has penetrated to the position beyond it. The rake angle γ of this ball end mill is determined by the formula γ = (90−α−β), and is preferably −30 ° to −50 °.
チゼルエッジ長さWは、0.05mm以下にする。中でも、その長さWを0.005〜0.04mmの範囲にしたときにボール刃中心部のR精度が特に高くて好ましかった。 Chi Zeruejji length W is a 0.05mm or less. Especially, when the length W was made into the range of 0.005-0.04 mm , the R precision of a ball blade center part was especially high, and it was preferable.
この発明のボールエンドミルは、ボール刃の各部のくさび角βを100〜135°にしたので、優れた刃先強度が確保される。そのために、左右の切れ刃を回転中心まで寄せることが可能になり、チゼルエッジの長さを従来品に比べて大幅に小さくしてボール刃中心部の切削抵抗を低減することができ、切屑排出性を向上させることも可能になる。チゼルエッジの長さが短いと切屑の切り離れがよく、切屑が切れ残ることが無くなって切屑排出性が向上する。また、チゼルエッジ長さを短くすることで中心部のR精度が良くなり、加工精度の向上にも結びつく。 In the ball end mill of the present invention, the wedge angle β of each part of the ball blade is set to 100 to 135 °, so that excellent blade edge strength is ensured. Therefore, it is possible to bring the left and right cutting edges closer to the center of rotation, and the chisel edge length can be significantly reduced compared to conventional products to reduce the cutting resistance at the center of the ball blade, resulting in chip removal. It becomes possible to improve. If the length of the chisel edge is short, the chips are well separated and the chips are not left uncut and the chip discharge performance is improved. In addition, by shortening the chisel edge length , the R accuracy of the center portion is improved, which leads to improvement of processing accuracy.
また、ボール刃の逃げ角を5〜25°にしたことと、特許文献2に比べるとチゼルエッジのくさび角が小さくなることにより、チゼルエッジの切れ味も向上し、これによるボール刃中心部の切削抵抗低減も期待できるものになる。
In addition, the sharpness of the chisel edge is improved by reducing the ball blade clearance angle from 5 to 25 ° and the wedge angle of the chisel edge is smaller than that of
さらに、この発明のボールエンドミルは、常識を越えた大きな負のすくい角をつけて被削材の取り代部分を擦り取るように加工を行う。このために、磨き効果が得られ、従来品に比べて加工面の面粗さも向上する。 Furthermore, the ball end mill according to the present invention performs processing so as to scrape off the machining allowance portion of the work material with a large negative rake angle exceeding common sense. For this reason, the polishing effect is obtained and the surface roughness of the processed surface is improved as compared with the conventional product.
なお、刃先の保護のために、すくい角を負にしたり刃先をホーニング処理して強化することは一般的になされているが、常用される負のすくい角は平均的には−5°程度、最大でも−20°程度である。負のすくい角をそれ以上に大きくすると切削抵抗が大きくなりすぎて切削ができないと考えられ、負のすくい角をこの発明のエンドミルのように極端に大きくすることは従来はなされていなかった。この点で、この発明のエンドミルは、従来の概念を打ち破ったものと言うことができる。 In addition, in order to protect the cutting edge, it is common to make the rake angle negative or to strengthen the cutting edge by honing, but the negative rake angle that is commonly used is about -5 ° on average. The maximum is about −20 °. It is considered that if the negative rake angle is increased beyond that, the cutting resistance becomes too large to perform cutting, and it has not been done so far to make the negative rake angle extremely large like the end mill of the present invention. In this respect, it can be said that the end mill of the present invention breaks the conventional concept.
CBNボールエンドミルは1分間当たりの回転数が20000〜50000と言った高速回転で使用される。このような条件で使用するときには、被削材を切り取るのではなく、擦り取るような状況で加工した方が刃先の欠損が少なく、安定した加工がなされることを見出した。 The CBN ball end mill is used at a high speed rotation of 20000 to 50000 per minute. It has been found that when used under such conditions, the cutting of the work material, rather than cutting it off, results in less cutting of the cutting edge and more stable machining.
以下、この発明の実施の形態を添付図面の図1〜図6に基づいて説明する。例示のCBNボールエンドミルは、シャンク1の先端にCBN焼結体2を接合し、そのCBN焼結体2に、ボール刃3とチップポケットとなるギャッシュ4を設けている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings. In the illustrated CBN ball end mill, a CBN sintered
ボール刃3は、中心対称形状をなす半円状の左右の切れ刃3a、3aと、その左右の切れ刃3a、3a間(ボール刃中心)に設けられるチゼルエッジ3bとで構成されている。左右の切れ刃3a、3aの、回転中心から外端に至るθの角度範囲(θは約90°)の部分のすくい面5は、負のすくい角γをもつ面として形成されている。このすくい面5のすくい角γ(図6参照)は、例示のボールエンドミルの場合−40°にしている。
The
また、左右の切れ刃3a、3aの逃げ面は、二番逃げ面6と三番逃げ面7とで形成し、二番逃げ面6の逃げ角α(図3及び図6参照)を20°、三番逃げ面7の逃げ角α1(図3参照)を45°にそれぞれ設定している。
Further, the flank faces of the left and
さらに、図5に示すチゼルエッジ3bの長さWを好ましくは、0.005〜0.04mmにし、左右の切れ刃のすくい面5、5の内端を、図5に示すように、回転中心を越えた位置まで入り込ませている。チゼルエッジ3bは、回転中心において左右の切れ刃の二番逃げ面6、6間に形成される稜線によって形成されており、二番逃げ面6の逃げ角αが5〜25°に設定されるため(より好ましくは10〜20°。図示のエンドミルはα=20°)、チゼルエッジ3bのくさび角が170°以下になって、切削抵抗が低減される。
Further, the length W of the chisel edge 3b shown in FIG. 5 is preferably 0.005 to 0.04 mm, and the inner ends of the rake faces 5 and 5 of the left and right cutting edges are centered on the center of rotation as shown in FIG. It is inserted to the position beyond it. The chisel edge 3b is formed by a ridge line formed between the second flank faces 6 and 6 of the left and right cutting edges at the rotation center, and the flank angle α of the
その他の寸法は以下のように設定される。今、図2に示すR0.5(加工径φD=1mm)のボールエンドミルの場合、図3に示すギャッシュ4の芯上り量Sが0.05〜0.10mmに設定されてその芯上り量Sの範囲にすくい面5が配置される。また、二番逃げ面6の幅W1は0.10mm程度に、図2の有効刃長Lが約0.7mmにそれぞれ設定される。
Other dimensions are set as follows. Now, in the case of the ball end mill of R0.5 (machining diameter φD = 1 mm) shown in FIG. 2, the center-up amount S of the
次に、図7〜図9に基づいて、この発明のボールエンドミルによる加工のメカニズムを説明する。
前掲の特許文献1、2が開示しているボールエンドミルや既存のその他のCBNボールエンドミル(従来品)は、超硬エンドミルに採用されている技術をそのままCBNボールエンドミルに転用しており、シャープエッジで被削材を切るといったイメージの切削になる。図8、図9にその様子を示す。図8は、すくい面5に負のすくい角γをつけているが、その負の角度が一般的には−5°程度と小さいため、刃先が弱くて欠損しやすい。
また、図9のように、刃先の鋭利なエッジを無くすホーニング8を施して刃先を強化することもなされているが、この方法を採ると、切れ味が低下して被削材Wの加工面の品位が悪化する。
Next, based on FIGS. 7-9, the mechanism of the process by the ball end mill of this invention is demonstrated.
The ball end mill disclosed in the above-mentioned
Further, as shown in FIG. 9,
これに対し、この発明のボールエンドミルは、図7に示すように、くさび角βの大きい切れ刃を−30°以上のすくい角γをつけて被削材Wに押付け、被削材の取り代部分を擦り取るように加工を行う。この場合の加工イメージは研削に近いものになり、削るのと同時に磨き効果が得られる。このために、従来品に比べて加工面の面粗さも向上する。
また、くさび角の大きい切れ刃は強度に優れ、欠損し難い。さらに、切れ刃のくさび角を大きくすることで、左右の切れ刃を回転中心まで寄せてチゼルエッジ長さを短くすることが可能になるので、ボール刃中心部の切削抵抗の低減と切屑排出性の向上も図れるようになる。また、チゼルエッジ長さを短くすることでボール刃中心部のR精度も良くなる。
On the other hand, in the ball end mill of the present invention, as shown in FIG. 7, a cutting edge having a large wedge angle β is pressed against the work material W with a rake angle γ of −30 ° or more, so that the machining allowance of the work material is obtained. Process to scrape off the part. The processing image in this case is close to grinding, and a polishing effect can be obtained at the same time as cutting. For this reason, the surface roughness of the processed surface is improved as compared with the conventional product.
In addition, a cutting edge with a large wedge angle is excellent in strength and is difficult to break. In addition, by increasing the wedge angle of the cutting edge, it is possible to shorten the chisel edge length by bringing the left and right cutting edges closer to the center of rotation, reducing the cutting resistance at the center of the ball blade and reducing chip discharge. Improvements can also be achieved. In addition, by reducing the chisel edge length , the R accuracy at the center of the ball blade is improved.
この発明のボールエンドミルの性能を評価するために試験を行った。以下に、その試験の内容について述べる。
−実施例1−
下記のボールエンドミルを使用して以下の切削条件で被削材を加工し、切削長100mでの刃先損傷状態と加工面の面粗さと加工面のむしれの発生の有無を調べた。この試験は、ボール刃の逃げ角を20°で一定させ、くさび角(すくい角)の変化が評価性能にどのような影響を及ぼすかを調べた。その結果を表1に示す。
Tests were conducted to evaluate the performance of the ball end mill of this invention. The contents of the test are described below.
Example 1
Using the following ball end mill, the work material was machined under the following cutting conditions, and the state of damage to the cutting edge at the cutting length of 100 m, the surface roughness of the machined surface, and the presence or absence of burring of the machined surface were examined. In this test, the relief angle of the ball blade was kept constant at 20 °, and the influence of the change in the wedge angle (rake angle) on the evaluation performance was examined. The results are shown in Table 1.
使用工具:R1.0、逃げ角20°、チゼルエッジ長さ0.02mm、シャンク先端に接合したCBN焼結体のCBN含有率52体積%のCBNボールエンドミル
切削条件 回転数 :N20,000min-1
送り速度:F2,000mm/min、f0.05mm/刃
切り込み:Ad0.05mm
ピックフィード:0.05mm
被削材 SKD11(60HRC)
加工形態 平面加工、ドライ切削
切削長 100m
Tool used: R1.0, clearance angle 20 °, chisel edge length 0.02 mm, CBN ball end mill with a CBN content of 52 vol% of the CBN sintered body joined to the tip of the shank Cutting conditions Rotational speed: N20,000 min −1
Feeding speed: F2,000mm / min, f0.05mm / tooth
Cutting depth: Ad0.05mm
Pick feed: 0.05mm
Work Material SKD11 (60HRC)
Processing form Flat processing, dry cutting Cutting length 100m
この試験結果によると、くさび角が100°以下では刃先損傷が大きく、また、くさび角が140°では加工面の品位が良くない。そのために、この発明のボールエンドミルは、ボール刃のくさび角を100〜135°の範囲に制限した。 According to this test result, damage to the blade edge is significant when the wedge angle is 100 ° or less, and the quality of the processed surface is not good when the wedge angle is 140 °. Therefore, in the ball end mill of the present invention, the wedge angle of the ball blade is limited to a range of 100 to 135 °.
−実施例2−
次に、ボール刃のすくい角を−40°で一定させ、逃げ角の変化が評価性能にどのような影響を及ぼすかを調べた。使用工具は、すくい角、くさび角及び逃げ角以外は実施例1と同じCBNボールエンドミルである。切削条件、被削材、切削長は実施例1と同じとした。結果を表2に示す。
-Example 2-
Next, the rake angle of the ball blade was made constant at −40 °, and the influence of the change in the clearance angle on the evaluation performance was examined. The tool used is the same CBN ball end mill as in Example 1 except for the rake angle, wedge angle and clearance angle. The cutting conditions, work material, and cutting length were the same as in Example 1. The results are shown in Table 2.
この試験結果からわかるように、逃げ角が3°では加工面の品位が良くなく、また、逃げ角が30°では刃先損傷が大きくなるので、逃げ角は5〜25°の範囲に制限した。 As can be seen from the test results, when the clearance angle is 3 °, the quality of the machined surface is not good, and when the clearance angle is 30 °, the blade edge damage increases, so the clearance angle is limited to a range of 5 to 25 °.
−実施例3−
ボール刃中心のチゼルエッジ長さが評価性能(ボール刃中心部のR精度と加工面粗さと加工面のむしれ)にどのような影響を及ぼすかを調べた。使用工具は、すくい角を−40°、逃げ角を20°でそれぞれ一定させ、その他の諸元は実施例1と同じCBNボールエンドミルとした。切削条件、被削材、切削長は実施例1と同じとした。結果を表3に示す。中心部のR精度は10本のサンプルを測定し、その平均値を表している。
Example 3
The effect of the chisel edge length at the center of the ball blade on the evaluation performance (R accuracy at the center of the ball blade, roughness of the processed surface, and unevenness of the processed surface) was examined. The tool used was a CBN ball end mill having the same rake angle of −40 ° and a clearance angle of 20 °, and the other specifications as in Example 1. The cutting conditions, work material, and cutting length were the same as in Example 1. The results are shown in Table 3. The R accuracy at the center represents an average value obtained by measuring 10 samples.
この試験結果からわかるように、チゼルエッジの幅を0.04mm以下にしたものはボール刃中心部のR精度が極めてよくなっており、加工精度が高まる。 As can be seen from the test results, the chisel edge having a width of 0.04 mm or less has very good R accuracy at the center of the ball blade, and the processing accuracy is increased.
1 シャンク
2 CBN焼結体
3 ボール刃
3a 切れ刃
3b チゼルエッジ
4 ギャッシュ
5 すくい面
6 二番逃げ面
7 三番逃げ面
8 ホーニング
γ すくい角
β くさび角
α 逃げ角
W チゼルエッジ長さ
S ギャッシュの芯上り量
L 有効刃長
1
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