JP4823266B2

JP4823266B2 - 切削方法

Info

Publication number: JP4823266B2
Application number: JP2008099697A
Authority: JP
Inventors: 光弘西尾; 薫八田; 義秀小島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: JP2011255503A; JP5312538B2; JP2008207332A

Description

本発明は、マシニングセンタ等の工作機械で回転工具として用いられるスローアウェイエンドミルを使用した切削方法に関する。

マシニングセンタ等の工作機械による機械加工において回転工具として用いられるスローアウェイエンドミルとして、ホルダ先端部に略平行四辺形状をなすスローアウェイチップを装着したスローアウェイエンドミルが知られている。そして、前記スローアウェイチップは、長辺側が主切刃としてエンドミル外径側に、短辺側がサライ刃としてエンドミル先端側にそれぞれ配置されるとともに、前記主切刃はホルダの回転軸に対して軸方向すくい角と呼ばれる角度で傾斜した状態でホルダに装着される構成となっている。

従来、その平面視において主切刃が直線状に形成されたスローアウェイチップが用いられていたが、上記のように軸方向すくい角を付してホルダに装着し肩加工を行うと、その加工壁面は平面ではなく、主切刃の中央付近で加工した部分がわずかに外側に突出したような両側から中央部にかけて外側へ膨らんだ凸状曲面となる。直角度を重視するような加工において、このように加工壁面が両側から中央部にかけて突出した凸状曲面となることは、製品としての外観品質を損なうだけでなく、再度仕上げ工程が必要となるので余計な加工時間、加工コストがかかり、加工能率の点で問題であった。

そこで、この不具合を解消し、なめらかな加工表面を得るために、特許文献１には、スローアウェイチップ単体の平面視では主切刃が外側に膨らんだ構成とし、かつスローアウェイチップの主切刃の回転軌跡が直線となるように、ホルダの加工径と同一径の仮想円筒面と軸方向すくい角に対応した角度で傾斜した平面との交差稜線を主切刃形状とすることによって、直角精度に優れた加工面を形成できることが記載されている。
特許第３０８５６８６号公報

しかしながら、特許文献１のような主切刃が膨らんだスローアウェイチップが装着されたスローアウェイエンドミルを用いた場合、スローアウェイチップの寸法を精密に制御し、かつスローアウェイチップを正確にホルダに取り付けた場合には、主切刃の回転軌跡を切刃端部にわたって精度の高い円筒面形状に制御することができるものの、実際にはホルダとスローアウェイチップ間の取り付け精度のバラツキや寸法精度のバラツキ等により、スローアウェイチップをホルダに装着した状態において主切刃両端の回転半径に差が生じてしまうことが多く、このような状態で肩削りや溝加工で多段切込み加工をした場合には、加工表面での複数パスの加工におけるパス間の繋ぎ目に大きな段差が生じてしまうという問題があった。また、実際の加工中においては切削負荷によりホルダのたわみが発生するので、そのような場合には、仮に回転軌跡が理想の円筒面形状となるような位置にスローアウェイチップを取付けることができたとしても、結果的に加工壁面に段差が生じてしまう。すなわち、全く段差のない加工面を得ることは、実際は不可能に近い。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、スローアウェイエンドミルでの切削加工において、肩削りや溝加工で多段切込み加工によって生じる被削材の加工壁面段差を小さくし、切刃端部にわたってより加工面粗度の高い加工壁面の製品に加工できるスローアウェイエンドミルを用いた切削方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の切削方法は、略板状をなし、その上面にすくい面を、側面に逃げ面を具備するとともに、前記上面および前記側面の交差稜線部に、側面視において一端部から他端部に向かうにつれて厚み方向の下側に傾斜しており且つ平面視にお
いて外側に凸の湾曲状である主切刃と、該主切刃の前記一端部に隣接するサライ刃と、を備えたスローアウェイチップを、略円柱状をなすホルダの外周位置に着脱可能にかつ前記主切刃の切刃稜線の軸方向すくい角が正となるようにホルダに装着したエンドミルを準備する工程と、前記スローアウェイチップをホルダの回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程であって、前記ホルダを側面視した時、前記ホルダの回転軸を含む仮想平面で切断した前記主切刃の回転軌跡が、前記一端部および前記他端部を結ぶ直線に対して中央部が外側へ膨らんだ略円弧状を描くととともに、前記一端部から他端部に向かうにつれて前記回転軸に近づいていくように、前記ホルダの前記回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程と、前記スローアウェイチップの前記主切刃のうち前記一端部側のみで被削材壁面に多段切込み加工を行う工程と、を備えて肩削り多段切込み加工を行うことを特徴とする。
また、前記スローアウェイチップの前記主切刃のうち前記一端部側のみで被削材壁面に多段切込加工を行う工程において、前記主切刃の回転軌跡の前記回転軸方向における辺が前記回転軸と略平行なもので被削材壁面に多段切込加工を行う場合と比較して、加工された壁面の段差を小さく設定されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、スローアウェイチップを装着した状態で主切刃両端の回転半径に差が生じていても、肩削りや溝加工で多段切込み加工を行った場合に、複数パスの加工によってパス間の繋ぎ目に生じる段差を小さくすることができ、加工面粗度の高い加工壁面の製品に仕上げることができる。

また、前記主切刃と前記サライ刃との間に曲率半径ｒ＝０．４〜４．０ｍｍのコーナーＲ切刃を形成することが、肩削りや溝加工で多段切込み加工を行った場合に複数パスの加工によってパス間の繋ぎ目に生じる段差をより小さくして高品位な加工表面を安定して得られる点で好ましい。

本発明のスローアウェイエンドミルによれば、略板状をなし、その上面にすくい面を、側面に逃げ面を具備するとともに、前記上面および前記側面の交差稜線部に、側面視において一端部から他端部に向かうにつれて厚み方向の下側に傾斜しており且つ平面視において外側に凸の湾曲状である主切刃と、該主切刃の前記一端部に隣接するサライ刃と、を備えたスローアウェイチップを、略円柱状をなすホルダの外周位置に着脱可能にかつ前記主切刃の切刃稜線の軸方向すくい角が正となるようにホルダに装着したエンドミルを準備する工程と、前記スローアウェイチップをホルダの回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程であって、前記ホルダを側面視した時、前記ホルダの回転軸を含む仮想平面で切断した前記主切刃の回転軌跡が、前記一端部および前記他端部を結ぶ直線に対して中央部が外側へ膨らんだ略円弧状を描くととともに、前記一端部から他端部に向かうにつれて前記回転軸に近づいていくように、前記ホルダの前記回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程と、前記スローアウェイチップの前記主切刃のうち前記一端部側のみで被削材壁面に多段切込み加工を行う工程と、を備えて肩削り多段切込み加工を行うことにより、スローアウェイチップを装着した状態で主切刃両端の回転半径に差が生じていても、肩削りや溝加工で多段切込み加工を行った場合に、複数パスの加工によってパス間の繋ぎ目に生じる段差を小さくすることができるので、加工面粗度の高い高品位の製品加工が可能となる。

以下、本発明の切削方法に用いるスローアウェイチップの実施形態を添付図面により説明する。

図１乃至図４は、一実施形態を示すものであり、図１は本発明の実施形態によるスローアウェイチップ（以下、チップと略す。）２をホルダ１の回転軸９周りに回転させた際のチップ２の主切刃６による回転軌跡の前記回転軸に平行な断面概略図、図２は本実施形態によるスローアウェイエンドミル（以下、エンドミルと略す。）１０の全体斜視図、図３は図２の要部側面図、図４は本実施形態によるチップ２の平面図、図５（ａ）は本実施形態によるエンドミルで肩削りや溝加工で多段切込み加工した被削材の加工壁面の断面概念図、図６（ａ）は主切刃の回転軌跡が円筒面を形成する場合の概略斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ方向矢視図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＣ方向矢視図である。

図１乃至図４において、本実施形態によるエンドミル１０は、平面視で略平行四辺形状をなす本体の側面３と上面４とで形成される交叉稜の角部のうち対角線上に相対する２つの角部にコーナーＲ切刃５を形成するとともに、そのコーナーＲ切刃５を挟んで両隣に主切刃である長辺切刃６とサライ刃である短辺切刃７とを備えたチップ２が、ホルダ１に装着されている。そしてチップ２の上面には、肩加工や溝加工等のエンドミル加工で生じる切屑を円滑に処理するために、主切刃６に沿って一定のすくい角が付されたすくい面８が形成されている。

また、図３に示すように、チップ２は、エンドミル加工の切れ味を良好とするために、主切刃６の切刃稜線の軸方向すくい角θが正となるようにホルダ１に装着されている。ちなみに、軸方向すくい角θについては、チップの側面視（例えば、図３参照）で主切刃稜線が一つの直線から構成されるものであれば、その直線とホルダ回転軸とのなす角をθとすればよいが、チップ側面視で主切刃稜線が複数の直線または曲線の組合せから構成されるものであれば、主切刃稜線の両端部（角部との境界点）を直線で結び、その直線とホルダ回転軸とのなす角をθとする。

本発明の切削方法に用いるエンドミルでは、図１に示すように、チップの主切刃を上述した特許文献１のスローアウェイエンドミルよりもさらに湾曲させ、主切刃６の回転軌跡が直線状ではなく、主切刃６の両端部から中央部にかけて外側に膨らんだ略円弧状となるような形状である。これにより、チップをホルダに装着した状態で回転させた場合に、主切刃両端の回転半径に差が生じていても、肩削りや溝加工で多段切込み加工によってパス間の繋ぎ目に生じる段差を小さくすることができるので、加工面粗度の高い高品位の製品加工が可能となる。この理由を、図５を用いて以下に説明する。

図５（ａ）は、本発明の切削方法に用いるエンドミルによる肩削りで多段切込み加工した被削材の加工壁面断面概念図を、図５（ｂ）に従来のエンドミルによる肩削りで多段切込み加工した被削材の加工壁面断面概念図を示している。本来ならば主切刃の両端部において回転半径に差が生じないようにホルダへ装着された場合には端部における段差の発生はない。しかしながら、厳密にはチップとホルダの取り付け精度のバラツキや寸法精度のバラツキ等で主切刃両端のどちらかが外周側に突出するように傾いて取り付いてしまうことが多く、そのような状態のエンドミルで多段切込み加工を行った場合、被削材の加工壁面には、各パス毎の切刃の回転軌跡に伴う段差が発生する。具体的には、仮に、本発明品、従来品ともに同じ角度だけ傾いて取り付けられた状態では、切刃端部における加工面の状態は図５に示す形状となる。すなわち、図５における点線で示された主切刃の回転軌跡２２、２３については、本発明品による主切刃の回転軌跡２２の方が、従来品による主切刃の回転軌跡２３より、主切刃中央部分が膨らんだ形状であることにより主切刃が被削材壁面により多くくい込み、多段切込み加工を繰り返し行った場合にそのパス間に生じる加工壁面の段差は、図５から明らかなように本発明品による加工壁面の段差ｈ_１の方が従来品による加工壁面の段差ｈ_２より小さく、本発明のエンドミルで加工した加工壁面の方が、段差が小さく、加工端部においてもより加工面粗度が高くなることがわかる。

なお、主切刃６の回転軌跡の膨らみの大きさｗは、０．０２ｍｍ〜０．０６ｍｍであることが好ましい。チップの装着状態に多少のバラツキがあっても、加工段差を小さく制御することができて、十分な加工面粗度向上効果を発揮できるからである。

さらに、図１または図３に示すように、主切刃６に続くコーナー部に曲率半径ｒ＝０．４〜４．０ｍｍのコーナーＲ切刃５を形成することが、主切刃端部における段差をより小さくして加工面粗度を高めることができる点で望ましい。

また、本発明の切削方法に用いるエンドミルは、ホルダ加工径がＤ（ｍｍ）、主切刃両端を結ぶ直線の長さがＬ（ｍｍ）、主切刃稜線の軸方向すくい角がθ（°）、主切刃両端を結んだ直線と該直線より外周側にあるホルダの加工径と同一径の仮想円筒面との最大幅をＸ＝（Ｄ−（Ｄ^２−Ｌ^２ｓｉｎ^２θ）^１／２）／２、としたときに、主切刃両端を結んだ直線に対する主切刃中央部の膨らみ量Ａ（ｍｍ）が、
Ｘ＋０．０２≦Ａ≦Ｘ＋０．０６
の関係を満たしていることにより、ホルダ加工径やスローアウェイチップ（主切刃）のサイズ、およびスローアウェイチップがホルダに装着されるときの主切刃稜線の軸方向すくい角、が個々に異なるスローアウェイエンドミルであっても、主切刃稜線の形状が最適化されて、肩削りや溝加工で多段切込み加工を行った場合に、複数パスの加工によってパス間の繋ぎ目に生じる段差を小さくすることができる。これを、図６を用いて詳細に説明する。

図６（ａ）において、ホルダの加工径と同一径の仮想円筒面１５と軸方向すくい角θに対応した角度で傾斜した平面１６との交差稜線を、従来切刃１７とする。ここで、図６（ａ）のＣ方向矢視図である図６（ｃ）において、前記従来切刃１７の両端部を結ぶ直線１８に対して円弧である従来切刃１７との最大幅をＸとすると、
Ｄ^２＝（Ｄ−２Ｘ）^２＋（Ｌｓｉｎθ）^２
の関係が成り立つ。すなわち、
Ｘ＝（Ｄ−（Ｄ^２−Ｌ^２ｓｉｎ^２θ）^１／２）／２

この状態では、チップの主切刃が仮想円筒上に配設された構成、すなわち特許文献１に示されている構成であり、前述したようにホルダとチップ間の取り付け精度のバラツキや寸法精度のバラツキ等により、チップをホルダに装着した状態において主切刃両端の回転半径に差が生じてしまい、肩削りや溝加工で多段切込み加工をした際に加工壁面での複数パスの加工におけるパス間の繋ぎ目に大きな段差が生じてしまう。

これに対して、本発明の切削方法に用いるエンドミルにおいては、主切刃両端を結んだ直線に対する主切刃中央部の膨らみ量Ａが、Ｘ＋０．０２≦Ａ≦Ｘ＋０．０６の関係を満たすこととした。これにより、主切刃の回転軌跡は理想的な直線状ではなく、中央部にかけて膨らむ略円弧状となる。その結果、切刃両端で回転半径に差が出てしまう実際の加工においては、前述したように加工壁面に生じる段差を小さくすることができる。

このような関係とすることにより、主切刃の回転軌跡は、ホルダ外径やスローアウェイチップの大きさ、あるいは軸方向すくい角の大きさにかかわりなく常に適切な円弧状となり、安定した加工面粗度を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

実施形態によるスローアウェイチップをホルダの回転軸周りに回転させた際のスローアウェイチップの主切刃による回転軌跡の前記回転軸に平行な断面概略図である。実施形態によるスローアウェイエンドミルの全体斜視図である。図２の要部側面図である。本実施形態によるスローアウェイチップの平面図である。（ａ）本実施形態によるスローアウェイエンドミルによる肩削りで多段切込み加工した被削材の加工壁面断面概念図、（ｂ）従来のスローアウェイエンドミルによる肩削りで多段切込み加工した被削材の加工壁面断面概念図である。（ａ）は主切刃の回転軌跡が円筒面を形成する場合の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ方向矢視図である。

符号の説明

１：ホルダ
２：スローアウェイチップ（チップ）
３：側面
４：上面
５：コーナーＲ切刃
６：主切刃
７：サライ刃（短辺切刃）
８：すくい面
９：回転軸
１０：スローアウェイエンドミル（エンドミル）
１４：チップポケット
１５：仮想円筒面
１６：軸方向すくい角θに対応した角度で傾斜した平面
１７：従来切刃
１８：従来切刃の両端部を結ぶ直線
２１：被削材
２２：本発明による主切刃の加工軌跡
２３：従来品による主切刃の加工軌跡
ｗ：主切刃の回転軌跡における両端部から中央部にかけての膨らみ量
ｈ_１、ｈ_２：多段切込み加工による加工壁面の段差

Claims

略板状をなし、その上面にすくい面を、側面に逃げ面を具備するとともに、前記上面および前記側面の交差稜線部に、側面視において一端部から他端部に向かうにつれて厚み方向の下側に傾斜しており且つ平面視において外側に凸の湾曲状である主切刃と、該主切刃の前記一端部に隣接するサライ刃と、を備えたスローアウェイチップを、略円柱状をなすホルダの外周位置に着脱可能にかつ前記主切刃の切刃稜線の軸方向すくい角が正となるようにホルダに装着したエンドミルを準備する工程と、
前記スローアウェイチップをホルダの回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程であって、前記ホルダを側面視した時、前記ホルダの回転軸を含む仮想平面で切断した前記主切刃の回転軌跡が、前記一端部および前記他端部を結ぶ直線に対して中央部が外側へ膨らんだ略円弧状を描くととともに、前記一端部から他端部に向かうにつれて前記回転軸に近づいていくように、前記ホルダの前記回転軸を中心に前記スローアウェイチップを回転させる工程と、
前記スローアウェイチップの前記主切刃のうち前記一端部側のみで被削材壁面に多段切込み加工を行う工程と、
を備えることを特徴とする肩削り多段切込み加工を行うための切削方法。
前記スローアウェイチップの前記主切刃のうち前記一端部側のみで被削材壁面に多段切込加工を行う工程において、前記主切刃の回転軌跡の前記回転軸方向における辺が前記回転軸と略平行なもので被削材壁面に多段切込加工を行う場合と比較して、加工された壁面の段差を小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の切削方法。
前記主切刃と前記サライ刃との間に曲率半径ｒ＝０．４〜４．０ｍｍのコーナーＲ切刃を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削方法。