JP4805978B2 - 切削工具、工作機械および加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具、これを備えた工作機械および加工方法に関し、具体的には、軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、刃部が、外周面に設けられたねじれ溝（刃溝）と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、を有する切削工具、これを備えた工作機械および加工方法に関する。

従来、外周面にねじれ溝（刃溝）が設けられ、この溝に沿って外周刃が形成されている切削工具として、例えば、エンドミル（end-mill）がある。また、このような切削工具を備えた工作機械がある。
このようなエンドミルにおいて、切削によって生じる切り屑を円滑に排出するために、外周刃に直角方向断面の刃溝の形状が、連続した凹曲線を成し、刃溝が広くなっているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、刃溝の断面形状が、すくい面から刃底、隣接する外周刃の逃げ面にかけて滑らかなＵ字型となっている。

特開２０００−５２１２７号公報

前述の特許文献１に記載のエンドミルでは、刃溝が断面Ｕ字型に形成されているので、外周刃によって切り取られた直後における切り屑の排出性については改善されるが、切り屑は、刃溝に沿ってシャンク側に案内されるので、シャンクに到達した際に、周辺に飛散してしまうという問題があった。
一般的にねじれ刃（外周刃）を有するエンドミルにおいて、外周刃は、シャンク側から見て切削回転方向と同じ方向にねじれて形成される。これによって、切り屑は、刃溝にそってシャンク側に案内される。しかしながら、前記特許文献１に記載のエンドミルのように、シャンクには刃溝が形成されていないので、シャンク側に案内された切り屑は、刃溝の端部にて法線方向に飛散してしまう。

本発明の目的は、切り屑の飛散を防止して作業環境を向上でき、かつ、切削力に対する剛性を確保できる切削工具、工作機械および加工方法を提供することである。

本発明の切削工具は、軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、前記刃部は、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、この外周刃に連続して前記刃部の先端に形成された底刃とを有し、前記刃溝および前記外周刃は、前記シャンク側から見た切削回転方向に対して、前記基端側から先端側に向かって、反対方向にねじれて形成され、前記刃溝は、前記先端側に向かって大きくなる溝幅を有するとともに、前記外周刃で切り取られた切り屑を前記先端側に案内し、前記刃溝の先端側には、前記底刃のすくい面が、前記外周刃のすくい面に連続して形成され、前記底刃に対して当該底刃のすくい面とは反対側に、凹状の端部ポケットが形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、刃溝および外周刃が、シャンク側から見た切削回転方向に対して、反対方向にねじれて形成されているので、外周刃で切り取られた切り屑は、刃溝の内面によって先端側へ押し出される。
従来の切削工具のように、刃溝および外周刃が、切削回転方向と同方向にねじれて形成されている場合、切り屑は、シャンク側へ案内される。しかし、シャンクには、刃溝および外周刃が設けられていないので、刃溝に沿ってシャンク側に案内された切り屑は、シャンクに達した際に、回転軸に対して放射方向に払い出され、飛散してしまう。
これに対して、本発明では、先端側に案内された切り屑は、そのまま回転軸方向に平行に押し出されるだけで、従来のように回転軸に対して放射方向に飛散することがない。さらに、刃溝の幅が、先端側に向かって大きくなっているので、切り屑は刃溝内を円滑に案内され、切り屑による刃溝の目詰まりも生じにくい。このように、切り屑が周辺に飛散することなく、作業環境を向上させることができる。

ここで、例えば、切削回転方向が右回転の場合、刃溝および外周刃は、左ねじれで形成され、切削回転方向が左回転の場合、刃溝および外周刃は、右ねじれで形成される。なお、本文では、右ねじれのことを正リード、左ねじれのことを逆リードと適宜称して説明する。

また、外周刃のねじれ方向と切削回転方向とが互いに反対に形成されているので、切削力によって切削工具自体を主軸側（切削工具の保持具側）に押戻す力が発生する。よって、切削工具が保持具から抜け落ちる心配がなくなる。また、切削工具を主軸から引き抜こうとするスラスト(thrust)方向の負荷が小さくなるので、工具の剛性が向上される。従って、刃溝の幅が、先端側に向かって大きくなるように形成されていても、切削力に対する工具先端部の剛性を確保することができる。
しかも、刃部の先端部分に、各底刃に対応する凹状の端部ポケットが形成されているので、刃溝によって先端側に案内された切り屑は、端部ポケットにより先端部から軸方向に円滑に排出され、切り屑の排出性が向上される。
なお、前述と同様に、切削回転方向と、外周刃のねじれ方向とが互いに反対に形成されているので、先端部分に端部ポケットが形成されていても、先端部の剛性を確保することができる。

本発明の切削工具は、軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、前記刃部は、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、この外周刃に連続して前記刃部の先端に形成された底刃とを有し、前記刃溝および前記外周刃は、前記シャンク側から見た切削回転方向に対して、前記基端側から先端側に向かって、反対方向にねじれて形成され、前記刃溝は、前記先端側に向かって深くなるとともに、前記外周刃で切り取られた切り屑を前記先端側に案内し、前記刃溝の先端側には、前記底刃のすくい面が、前記外周刃のすくい面に連続して形成され、前記底刃に対して当該底刃のすくい面とは反対側に、凹状の端部ポケットが形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、前述と略同様の作用効果が得られる。すなわち、先端側に案内された切り屑は、そのまま回転軸方向に押し出されるだけで、従来のように回転軸に対して放射方向に飛散することがない。さらに、刃溝の深さ寸法が、先端側に向かって大きくなっているので、切り屑は刃溝内を円滑に案内され、切り屑による刃溝の目詰まりも生じにくい。このように、切り屑が周辺に飛散することなく、作業環境が向上される。
また、切削回転方向と、外周刃のねじれ方向とが互いに反対に形成されているので、切削工具を主軸から引き抜こうとするスラスト方向の負荷が小さくなり、工具の剛性が向上される。従って、刃溝の深さ寸法が、先端側に向かって大きくなるように形成されていても、先端部の剛性を確保することができる。
しかも、刃部の先端部分に、各底刃に対応する凹状の端部ポケットが形成されているので、刃溝によって先端側に案内された切り屑は、端部ポケットにより先端部から軸方向に円滑に排出され、切り屑の排出性が向上される。
なお、前述と同様に、切削回転方向と、外周刃のねじれ方向とが互いに反対に形成されているので、先端部分に端部ポケットが形成されていても、先端部の剛性を確保することができる。

本発明の切削工具では、前記刃溝は、隣り合う前記外周刃にわたって形成される第１の刃溝と、前記第１の刃溝の溝幅よりも小さい溝幅を有して、前記第１の刃溝の内側面に形成される第２の刃溝と、を含んで構成されることが好ましい。

この構成によれば、切り屑は第１の刃溝によって先端側に案内され、切削液（クーラント）等は、第２の刃溝によって先端側に案内される。従って、第２の刃溝によって切削液等の流路を確保することができる。

本発明の工作機械は、前記切削工具を備えていることを特徴とする。
このような工作機械であれば、前述と同様の効果が得られ、切り屑の飛散を防止して作業環境を向上でき、かつ、切削力に対する剛性を確保できる。

本発明の加工方法は、上述した切削工具を用いた加工方法であって、前記切り屑を前記切削工具の先端側から排出させることを特徴とする。
この発明によれば、前述と同様の効果が得られ、切り屑の飛散を防止して作業環境を向上でき、かつ、使用する切削工具の切削力に対する剛性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第２実施形態以降において、以下に説明する第１実施形態での構成部材と同じ構成部材および同様な機能を有する構成部材には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の切削工具としての２枚刃のエンドミル１の部分外形図である。
エンドミル１は、略円柱状基材の軸方向の先端側に形成された刃部２と、軸方向の基端側に設けられたシャンク３とを備え、シャンク３側から見て軸周りに右方向に回転駆動されることでワークの切削加工を行うものである。

刃部２は、外周面に設けられた一対の刃溝４（４Ａ，４Ｂ）と、この刃溝４に沿って形成された一対の外周刃５（５Ａ，５Ｂ）と、この外周刃５に連続するとともに軸方向の端部に形成された直線状の一対の底刃６（６Ａ，６Ｂ）とを有する。
刃溝４および外周刃５は、シャンク３側から見た切削回転方向（本実施形態では右回転方向）に対して、反対方向（左回転方向）にねじれて形成される。いわゆる左ねじれである。
刃溝４により構成される外周刃５のすくい面７は、外周刃５による切り屑をすくいとるために設けられ、外周刃５に対して先端側に形成される。また、外周刃５の逃げ面８は、ワークとの干渉を避けるために設けられ、外周刃５に対してシャンク３側に形成される。すなわち、外周刃５はすくい面７と逃げ面８との交差部に形成されている。
図１にて、刃溝４Ｂは、外周刃５Ｂのすくい面７（７Ｂ）と、すくい面７Ｂに連続する溝底と、溝底から隣接する外周刃５Ａの逃げ面８Ａに至る緩やかな傾斜面９（９Ｂ）とを有して形成され、切り屑の排出スペースであるいわゆるチップポケットを構成する。刃溝４（４Ａ）についても同様に構成される。

エンドミル１の先端部分には、各底刃６Ａ，６Ｂに対応する凹状の端部ポケット１０（１０Ａ，１０Ｂ）が形成されている。外周刃５のすくい面７は、軸方向先端側の端部において、底刃６のすくい面１１に連続して設けられる。端部ポケット１０は、底刃６に対して、底刃６のすくい面１１とは反対側の裏面に形成される。例えば、図１中の一方の外周刃５Ａに連続する第１の底刃６Ａに対応する第１の端部ポケット１０Ａ（破線で示す部分）は、第１の底刃６Ａのすくい面１１Ａとは反対側に形成されている。また、他方の外周刃５Ｂに連続する第２の底刃６Ｂに対応する第２の端部ポケット１０Ｂ（ハッチングで示す部分）は、第２の底刃６Ｂのすくい面１１Ｂとは反対側に形成されている。

次に、刃溝４の溝幅について図２に基づいて説明する。
図２は、図１のエンドミル１の外周刃５のピッチを模式的に示す横断面図である。この横断面図は、エンドミル１の中心軸を通る平面で切った図であるが、説明上、刃溝４の形状を簡略化するとともに、隣り合う刃溝４Ａ，４Ｂの形状の差異を誇張して示す。
外周刃５（５Ａ，５Ｂ）の正面（図１のすくい面７に相当）のリードＬ_Ｆは、寸法Ａに設定される。一方、外周刃５（５Ａ，５Ｂ）の背面（図１の傾斜面９に相当する）のリードＬ_Ｒは、寸法Ａよりも大きい寸法Ｂに設定される。このように外周刃５は複リードを有する。これによって、刃溝４の軸方向に沿った幅（溝幅）は、正面のリードＬ_Ｆと背面のリードＬ_Ｒとのリード差（Ｂ−Ａ）の分だけ一様に変化し、先端側に向かって大きくなっている。

以上のようなエンドミル１を用いた加工方法について図３に基づいて説明する。図３は、エンドミル１を用いてワークＷを側面切削している状態をエンドミル１の送り方向から見た図であり、切り屑の排出方法を示している。
まず、エンドミル１のシャンク３を図示しない工作機械の主軸に固定する。そして、主軸の回転駆動により、エンドミル１を軸中心に右回転させながら、エンドミル１を軸方向に直交する方向に移動させ、エンドミル１の外周刃５をワークＷに当接させる。このようにして、ワークＷが外周刃５によって切削される。ここで、刃溝４および外周刃５が、左ねじれで形成されているので、右回転された外周刃５で切り取られたワークＷの切り屑は、刃溝４の内面によって先端側へ押し出される。すなわち、刃溝４は、外周刃５で切り取られた切り屑を刃溝４に沿って図中の矢印に示すように先端側に案内し、切り屑を先端部分から軸方向に排出する。
エンドミル１の先端部分には、各底刃６に対応する凹状の端部ポケット１０が形成されているので、刃溝４によって先端側に案内された切り屑は、端部ポケット１０により先端部から軸方向に円滑に排出されるようになっている。
なお、工作機械は、例えば横中ぐり盤であって、少なくとも、エンドミルを保持する保持部と、保持されたエンドミルを回転する回転部とを備えたものである。

［本実施形態の効果］
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）刃溝４が左ねじれで形成されているので、先端側に案内された切り屑は、そのまま回転軸方向に平行に押し出されるだけで、従来のように回転軸に対して放射方向に飛散することがない。さらに、刃溝４の幅が、先端側に向かって大きくなっているので、切り屑は刃溝４内を円滑に案内され、切り屑による刃溝４の目詰まりも生じにくい。このように、切り屑が周辺に飛散することなく、作業環境を向上させることができる。

（２）外周刃５のねじれ方向と切削回転方向とが互いに反対に形成されているので、切削力によってエンドミル１自体を主軸側（保持具側）に押戻す力が発生する。よって、エンドミル１が保持具から抜け落ちる心配がなくなる。また、エンドミル１を主軸から引き抜こうとするスラスト(thrust)方向の負荷が小さくなるので、エンドミル１の剛性が向上される。従って、刃溝４の幅が、先端側に向かって大きくなるように形成されていても、切削力に対する工具先端部の剛性を確保することができる。

（３）エンドミル１の先端部分に、各底刃６に対応する凹状の端部ポケット１０が形成されているので、刃溝４によって先端側に案内された切り屑は、端部ポケット１０により先端部から軸方向に円滑に排出され、切り屑の排出性が向上される。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るエンドミル１Ａについて図４（Ａ）に基づいて説明する。
図４（Ａ）は、エンドミル１Ａの外周刃のピッチを模式的に示す横断面図である。
エンドミル１Ａは、前述の第１実施形態のエンドミル１に対して、背面のリードＬ_Ｒの設定と、刃溝の深さ寸法の設定とが相違するもので、その他の構成は略同様である。
すなわち、背面のリードＬ_Ｒおよび正面のリードＬ_Ｆは、ともに寸法Ａで同一に設定され、一定の溝幅を有する刃溝４（４Ａ，４Ｂ）を形成している。また、刃溝４の深さ寸法は、軸方向先端側に向かって一定の勾配で深くなるように設定されている。すなわち、刃溝４Ａ，４Ｂは、エンドミル１Ａの軸を中心とする仮想の円錐の外周面Ｃ（図中２点鎖線で示す面）上に形成された溝底を有する、いわゆるテーパ溝である。なお、背面のリードＬ_Ｒおよび正面のリードＬ_Ｆは、シャンク３側の端部の刃溝４を基準にして先端側へ向かって寸法Ａの間隔で設定されている。

本実施形態の変形例としてのエンドミル１Ｂを図４（Ｂ）に示す。
図４（Ｂ）のエンドミル１Ｂでは、刃溝４Ａ，４Ｂの内側面が、滑らかな曲面で形成されている。そして、各刃溝４Ａ，４Ｂは、前述の仮想の円錐の外周面Ｃ上に接する溝底を有するテーパ溝である。

このような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（４）前記実施形態と同様に、先端側に案内された切り屑は、そのまま回転軸方向に平行に押し出されるだけで、従来のように回転軸に対して放射方向に飛散することがない。さらに、刃溝４の深さ寸法が、先端側に向かって大きくなっているので、切り屑は刃溝４内を円滑に案内され、切り屑による刃溝４の目詰まりも生じにくい。このように、切り屑が周辺に飛散することなく、作業環境を向上させることができる。

（５）切削回転方向と、外周刃５のねじれ方向とが互いに反対に形成されているので、エンドミル１Ａを主軸から引き抜こうとするスラスト方向の負荷が小さくなり、エンドミル１Ａの剛性が向上される。従って、刃溝４の深さ寸法が、先端側に向かって大きくなるように形成されていても、切削力に対する工具先端部の剛性を確保することができる。

［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明の切削工具としては、図５に示すエンドミル１Ｃを採用してもよい。図５は、本発明の変形例に係るエンドミル１Ｃを示す縦断面図である。この縦断面図は、中心軸に直交する平面で切った図であるが、説明上、刃溝４の形状を簡略化して示す。
エンドミル１Ｃは、前記実施形態に対して刃溝４の溝底に第２の刃溝２２が形成されている点が相違するもので、その他の構成は略同様である。すなわち、図５にて、エンドミル１Ｃの一対の刃溝４は、隣り合う外周刃５にわたって形成される第１の刃溝２１と、第１の刃溝２１の溝幅よりも小さい溝幅を有して、第１の刃溝２１の溝底に形成される第２の刃溝２２とを含んで構成されている。第２の刃溝２２は、断面略半円状で、刃溝４のねじれ方向に沿って、軸方向の先端部分まで連続して形成されている。
このような構成によれば、外周刃５で切り取られた切り屑は、第１の刃溝２１によって先端側に案内され、切り屑よりも比重の小さい切削液（クーラント）等は、第１の刃溝２１よりも中心軸に近い第２の刃溝２２によって先端側に案内される。従って、第２の刃溝２２によって切削液等の流路を確保することができる。

また、前記各実施形態では、２枚のねじれ刃（外周刃）を有するエンドミルを例にして説明したが、本発明の切削工具は、３枚刃以上のエンドミルにも適用できる。さらに、本発明の切削工具としては、エンドミルに限らず、少なくとも、軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、刃部が、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃とを有する切削工具であればよい。
また、シャンクを含む工具本体に、別途製造した本発明に係る刃部をロウ付により同心に一体的に接合したものでもよい。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
本実施例では、前記実施形態で述べた構成と略同様の構成である下記の形状のエンドミル１を準備し、以下に示す加工条件にて外周刃による側面切削（図７参照）を実施し、従来のエンドミル９０での側面切削と比較して、切り屑の飛散防止効果の評価を行った。

〔１．実施例に係るエンドミル１の形状〕
（１）刃部の径寸法（工具径）φ8mm
（２）外周刃の数 2枚
（３）リードの向き 逆リード
（４）複リード 有り
〔２．比較例に係る従来のエンドミル９０の形状〕
（１）刃部の径寸法（工具径）φ8mm
（２）外周刃の数 2枚
（３）リードの向き 正リード
（４）複リード 無し
〔３．加工条件〕
（１）工作機械Ｍ 横中ぐり盤 BTD200QH（東芝機械(株)製)
（２）主軸回転数 5,000rpm
（３）送り速度（Z方向） 250mm/min（X,Y方向は停止）
（４）ワークＷの材質 ケミカルウッド

〔４．結果〕
図６および図８は、従来のエンドミル９０による切削状態を示す模式図および写真である。図７および図９は、本実施例のエンドミル１による切削状態を示す模式図および写真である。図６、７に示すように、図中の（Ａ）に示す加工前の位置から、エンドミル１，９０を回転させながら鉛直下方（Z方向の下方）に図中の（Ｃ）に示す位置まで送った結果、写真からも明らかなように、従来のエンドミル９０による側面切削では、シャンク側に排出された切り屑Ｄは、勢い良く飛散した。これに対して、本実施例のエンドミル１による側面切削では、先端側に排出された切り屑Ｄは、飛散することなく、下方に堆積した。このようなに、従来のエンドミル９０による側面切削に比べて、本実施例のエンドミル１による側面切削では、切り屑Ｄの飛散が防止されることが明らかとなった。

本発明は、エンドミル、その他の軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、刃部が、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、を有する切削工具に広く利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る切削工具を示す部分外径図。 前記切削工具の外周刃のピッチを模式的に示す横断面図。 前記切削工具の切削状態を送り方向から見た図。 (Ａ) ，(Ｂ)は、本発明の第２実施形態に係る切削工具の外周刃のピッチを示す横断面図および変形例に係る切削工具の外周刃のピッチを示す横断面図。 本発明の変形例に係る切削工具を示す縦断面図。 比較例に係る切削工具による切削状態を模式的に示す図。 実施例に係る切削工具による切削状態を模式的に示す図。 比較例に係る切削工具による切削状態を示す写真。 実施例に係る切削工具による切削状態を示す写真。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…エンドミル（切削工具）
２…刃部
３…シャンク
４…刃溝
５…外周刃
６…底刃
７…外周刃のすくい面
１０…端部ポケット
１１…底刃のすくい面
２１…第１の刃溝
２２…第２の刃溝。

Claims (5)

1. 軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、
   前記刃部は、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、この外周刃に連続して前記刃部の先端に形成された底刃とを有し、
   前記刃溝および前記外周刃は、前記シャンク側から見た切削回転方向に対して、前記基端側から先端側に向かって、反対方向にねじれて形成され、
   前記刃溝は、前記先端側に向かって大きくなる溝幅を有するとともに、前記外周刃で切り取られた切り屑を前記先端側に案内し、
   前記刃溝の先端側には、前記底刃のすくい面が、前記外周刃のすくい面に連続して形成され、
   前記底刃に対して当該底刃のすくい面とは反対側に、凹状の端部ポケットが形成されていることを特徴とする切削工具。
2. 軸方向の先端側の刃部および軸方向の基端側のシャンクを備える切削工具であって、
   前記刃部は、外周面に設けられた刃溝と、この刃溝に沿って形成された外周刃と、この外周刃に連続して前記刃部の先端に形成された底刃とを有し、
   前記刃溝および前記外周刃は、前記シャンク側から見た切削回転方向に対して、前記基端側から先端側に向かって、反対方向にねじれて形成され、
   前記刃溝は、前記先端側に向かって深くなるとともに、前記外周刃で切り取られた切り屑を前記先端側に案内し、
   前記刃溝の先端側には、前記底刃のすくい面が、前記外周刃のすくい面に連続して形成され、
   前記底刃に対して当該底刃のすくい面とは反対側に、凹状の端部ポケットが形成されていることを特徴とする切削工具。
3. 請求項１または請求項２に記載の切削工具において、
   前記刃溝は、隣り合う前記外周刃にわたって形成される第１の刃溝と、
   前記第１の刃溝の溝幅よりも小さい溝幅を有して、前記第１の刃溝の内側面に形成される第２の刃溝と、を含んで構成されることを特徴とする切削工具。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の切削工具を備えた工作機械。
5. 請求項１または請求項２に記載の切削工具を用いた加工方法であって、
   前記切り屑を前記切削工具の先端側から排出させることを特徴とする加工方法。