JP4961061B2

JP4961061B2 - ボールエンドミル

Info

Publication number: JP4961061B2
Application number: JP2006220340A
Authority: JP
Inventors: 益生斉藤
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: JP2008044038A

Description

本発明はボールエンドミルに係り、特に、切込み寸法や送り速度が大きい荒加工等の高能率可能が可能な切り屑排出性能に優れたボールエンドミルに関するものである。

軸方向先端の半球状部にギャッシュが設けられ、そのギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルが、金型加工など各種の切削加工の分野で広く用いられている。特許文献１に記載のボールエンドミルはその一例で、ギャッシュの溝直角断面はＶ字形状を成しており、すくい面として機能するボール刃側側壁と反対の刃裏側側壁とが溝直角断面においてそれぞれ直線で表されるとともに、所定の開き角で交わっている。このようなギャッシュの断面形状は、基本的に研削砥石の外周面形状によって定められる。
特開２００３−２２５８２１号公報

ところで、このようなボールエンドミルを用いてランピング加工やヘリカル穴加工等の高能率の荒加工を行う場合、チップルームとして機能するギャッシュの開き角を例えば１００°〜１１０°程度と大き目にしていた。これにより、チップルームが大きくなるため、切り屑詰まりが抑制されて切込み量を大きくすることができる。しかしながら、このように開き角を大きくすると、工具の断面積が小さくなって工具剛性の低下を招くため、送り速度を高くするとビビリ振動等の異常振動が発生し易くなるという問題があった。

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、工具剛性をできるだけ損なうことなくチップルームを大きくし、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようにして更に高い加工能率で切削加工を行うことができるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、軸方向先端の半球状部に、溝直角断面がＶ字形状のギャッシュが設けられ、そのギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルにおいて、(a) 前記Ｖ字形状のギャッシュの一対の側壁のうち前記ボール刃と反対の刃裏側側壁は、前記溝直角断面において全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているとともに、(b) 前記溝直角断面において、前記ギャッシュの一対の側壁が交わる交点Ａを中心として、前記ボール刃に向かう直線と前記刃裏側側壁の先端Ｂに向かう直線との間の開き角θは、９０°〜１００°の範囲内で、(c) 全体が湾曲面とされた前記刃裏側側壁の前記交点Ａにおける接線が、その交点Ａから前記先端Ｂに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、１５°〜４０°の範囲内で、(d) 前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において前記交点Ａと前記先端Ｂとを通る一定の半径Ｒｇの円弧形状を成していることを特徴とする。

このようなボールエンドミルにおいては、ギャッシュの刃裏側側壁の全体が、そのギャッシュの溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、その刃裏側側壁の先端Ｂとボール刃との間の開き角θを、工具剛性をできるだけ損なうことがないように所定の範囲内に維持しつつ、刃裏側側壁の湾曲分だけチップルームが大きくなるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに流れて排出される。これにより、工具剛性をできるだけ損なうことなく切り屑排出性能が向上し、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようになって、荒加工等の加工能率を一層向上させることができる。

また、ギャッシュの開き角θが９０°〜１００°の範囲内で、全体が湾曲面とされた刃裏側側壁の凹み角αが１５°〜４０°の範囲内で、刃裏側側壁は交点Ａと先端Ｂとを通る一定の半径Ｒｇの円弧形状を成しているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームが拡大され、切込み寸法を大きくしたり送り速度を高くしたりすることにより、加工能率を大幅に向上させることができる。

本発明は、ランピング加工やヘリカル穴加工等の高能率の荒加工を行うボールエンドミルに好適に適用されるが、所定の工具剛性を確保しつつチップルームを大きくすることに技術的意義を有するため、荒加工以外に使用されるボールエンドミルにも適用され得る。また、長い切り屑や大量の切り屑が排出されるアルミ材等の比較的軟質の材料に対する切削加工に用いられるボールエンドミルにも好適に適用される。

ボールエンドミルの刃数は、２枚刃や３枚刃、或いは４枚刃以上でも良いなど、工具径Ｄ等に応じて適宜定められる。ボールエンドミルの材質としては、超硬合金などの超硬質工具材料が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の工具材料を用いることもできる。必要に応じてＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の硬質被膜を刃部等の表面にコーティングすることが望ましい。

本発明は、少なくとも刃裏側側壁の全体が凹の湾曲面とされれば良く、すくい面として機能するボール刃側側壁については、例えば溝直角断面において直線となる場合でも、刃裏側側壁と同様に滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面となる場合でも良いなど、適宜定められる。このようなギャッシュの溝直角断面の形状に応じて、ギャッシュを研削加工するための研削砥石の外周面の断面形状が定められる。すなわち、研削砥石の外周面の断面形状は、基本的にギャッシュの溝直角断面形状に対応するが、ボールエンドミルのギャッシュ研削では一般に研削砥石をスパイラル状に移動させて研削加工を行うため干渉研削が生じ、その干渉研削を考慮して所望の溝断面形状となるように砥石形状が定められる。

ボール刃は、軸心側端部から外周側へ向かうに従って、言い換えれば工具先端から離間するに従って、切削回転方向と反対方向へ捩じれたスパイラル状に設けることが望ましく、その外周側端部には、例えば所定のねじれ角で捩じれた外周切れ刃が滑らかに接続される。

ギャッシュの開き角θは、小さいと溝幅寸法が狭くなって切り屑の排出性能が低下する一方、大きいと工具剛性が損なわれるため、９０°〜１００°の範囲内とされる。凹み角αは、小さいとチップルームの拡大効果が十分に得られない一方、大きいと工具剛性が低下するとともに切り屑の流れが悪くなって排出性能が低下するため、１５°〜４０°の範囲内とされる。

ギャッシュの溝直角断面において、前記交点Ａから刃裏側側壁の先端Ｂまでの寸法ｘは、所定の工具剛性を確保する上で、例えば工具径Ｄに対して０．４Ｄ〜０．５Ｄ程度の範囲内が適当である。そのような寸法ｘを確保できるように、隣接するボール刃の逃げ面形状等が定められる。

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、本発明の一実施例である２枚刃の荒加工用のボールエンドミル１０を説明する図で、(a) は軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は先端部分の拡大図、(c) は(b) の右側すなわち先端側から見た底面図、(d) は(c) の下側から見た図で(b) に対して軸心Ｏまわりの位相が９０°異なる正面図である。このボールエンドミル１０は、円柱形状のシャンク１２と、そのシャンク１２の一端部に設けられた刃部１４とを一体に有するもので、刃部１４には、軸心Ｏに対して対称的に一対のボール刃１６が設けられているとともに、そのボール刃１６に連続して外周切れ刃１８が設けられている。

ボール刃１６は、刃部１４の先端の半球状部にそれぞれギャッシュ２０に沿って設けられており、軸心Ｏ付近まで達している。また、軸心Ｏ側から外周側へ向かうに従って、言い換えれば工具先端から離間するに従って、切削回転方向（図１(c) において左まわり方向）と反対方向へ捩じれたスパイラル状に設けられており、所定のねじれ角（本実施例では約４５°）で設けられた外周切れ刃１８に滑らかに接続されている。なお、本実施例のボールエンドミル１０は、超硬合金にて一体に構成されているとともに、刃部１４の表面にはＴｉＡｌＮ等の硬質被膜がコーティングされている。

上記ギャッシュ２０は、ギャッシュ砥石による研削加工によって設けられたもので、図２から明らかなように溝直角断面が略Ｖ字形状を成している。図２は、図１(d) におけるII−II断面、すなわちボールエンドミル１０の先端から約４５°の位置におけるギャッシュ２０の溝直角断面を示す図であり、ギャッシュ２０は、すくい面として機能するボール刃１６側のボール刃側側壁２２と、ボール刃１６と反対側の刃裏側側壁２４とを備えている。そして、図２の溝直角断面において、それ等の側壁２２、２４は交点Ａで交わっているとともに、ボール刃側側壁２２は交点Ａからボール刃１６に向かって真っ直ぐに延びる直線形状を成している一方、刃裏側側壁２４は、交点Ａから先端Ｂに至る全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされている。本実施例では、交点Ａと先端Ｂとを通る一定の半径Ｒｇの円弧形状を成している。

また、上記図２に示す溝直角断面において、ギャッシュ２０の一対の側壁２２、２４の交点Ａを中心として、前記ボール刃１６に向かう直線と前記先端Ｂに向かう直線との間の開き角θは、９０°〜１００°の範囲内とされており、刃裏側側壁２４の交点Ａにおける接線が、その交点Ａから先端Ｂに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、１５°〜４０°の範囲内とされている。また、交点Ａから先端Ｂまでの寸法ｘは、工具径Ｄに対して０．４Ｄ〜０．５Ｄの範囲内とされている。そのような寸法ｘを確保できるように、隣接するボール刃１６の逃げ面（三番面など）２６等の形状が定められている。本実施例では、工具径Ｄ＝１０ｍｍ、すなわちボール刃１６の回転軌跡形状（半球形状）における半径Ｒ＝５ｍｍである。

このような本実施例のボールエンドミル１０においては、ギャッシュ２０の刃裏側側壁２４が、そのギャッシュ２０の溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、その刃裏側側壁２４の先端Ｂとボール刃１６との間の開き角θを、工具剛性をできるだけ損なうことがないように所定の範囲内（例えば９０°〜１００°）に維持しつつ、刃裏側側壁２４の湾曲分だけチップルームが大きくなるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに流れて排出される。これにより、工具剛性をできるだけ損なうことなく切り屑排出性能が向上し、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようになって、荒加工等の加工能率を一層向上させることができる。

特に、本実施例では、ギャッシュ２０の刃裏側側壁２４の全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームを拡大することができるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに排出される。

また、本実施例では、ギャッシュ２０の開き角θが９０°〜１００°の範囲内で、全体が湾曲面とされた刃裏側側壁２４の凹み角αが１５°〜４０°の範囲内で、刃裏側側壁２４は交点Ａと先端Ｂとを通る一定の半径Ｒｇの円弧形状を成しているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームが拡大され、切込み寸法を大きくしたり送り速度を高くしたりすることにより、加工能率を大幅に向上させることができる。

また、本実施例では、溝直角断面において刃裏側側壁２４のみが滑らかに凹んだ湾曲面とされ、ボール刃側側壁２２は直線状を成しているため、ボール刃１６の刃先強度や工具剛性を十分に確保しつつチップポケットを大きくすることができる。

因みに、上記開き角θ、凹み角α、寸法ｘが異なる複数種類のボールエンドミル１０を用意し、図３の(a) に示す試験条件で直径１５ｍｍ、深さ１０ｍｍの通り穴をコンタリング加工により下穴無しで切削加工する場合に、１公転当りの軸方向送り量ｚを変更しながら切削音（ビビリ振動など）や刃欠けの有無に基づいて加工の可否を調べたところ、図３の(b) に示す結果が得られた。なお、図３(b) において、凹み角α＝０°の試験品No１は、ギャッシュ２０の溝直角断面において一対の側壁２２、２４が何れも直線で表される従来品である。

図３の(b) の判定結果から明らかなように、開き角θ＝１１０°で凹み角α＝４０°の試験品No８は、１公転当りの軸方向送り量ｚ＝１．０ｍｍでもビビリ振動の発生により加工不可であった。開き角θ＝１００°で凹み角α＝０°の試験品No１（従来品）、および開き角θ＝８０°で凹み角α＝１５°の試験品No２の場合には、１公転当りの軸方向送り量ｚ＝１．５ｍｍで切り屑詰まりなどにより異常音が発生したり刃欠けが生じたりして加工不可となる。その他の試験品No３〜７、９、１０は、何れも１公転当りの軸方向送り量ｚ＝２．０ｍｍ以上の高能率加工が可能で、開き角θ＝９０°〜１００°の範囲内で且つ凹み角α＝１５°〜４０°の範囲内の試験品No４〜７、９、１０では、１公転当りの軸方向送り量ｚ＝２．５ｍｍ以上の高能率加工が可能であった。この試験品No４〜７、９、１０が本発明品である。

次に、本発明の他の実施例を説明する。
図４の(a) 、(b) は、何れも前記図２に対応する断面図で、(a) のギャッシュ３０は、直線状のボール刃側側壁２２と円弧形状の刃裏側側壁２４とを前記半径Ｒｇよりも小さな半径ｒの凹円弧で滑らかに繋いだ場合で、交差部分の応力集中が緩和されるととに切り屑が一層円滑に流れるようになる。(b) のギャッシュ５０は、刃裏側側壁２４だけでなくボール刃側側壁５２についても滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とした場合である。

以上、本発明の実施例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。

本発明の一実施例であるボールエンドミルを示す図で、(a) は正面図、(b) は先端部分の拡大図、(c) は先端側から見た底面図、(d) は(c) の下側から見た図で(b) に対して軸心Ｏまわりの位相が９０°異なる正面図である。図１のボールエンドミルのギャッシュの溝直角断面を示す図で、図１(d) におけるII−II断面に相当する図である。図１のボールエンドミルの開き角θ、凹み角α、寸法ｘが異なる複数種類の試験品を用意し、コンタリング加工で通り穴を切削加工する場合に１公転当りの軸方向送り量ｚを変更しながら切削音等に基づいて加工の可否を調べた結果を説明する図で、(a) は試験条件、(b) は加工可否の判定結果を示す図である。本発明の他の実施例を説明する図で、何れも図２に対応する断面図である。

符号の説明

１０：ボールエンドミル１６：ボール刃２０、３０、５０：ギャッシュ２４：刃裏側側壁Ｏ：軸心 θ：開き角 α：凹み角

Claims

軸方向先端の半球状部に、溝直角断面がＶ字形状のギャッシュが設けられ、該ギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルにおいて、
前記Ｖ字形状のギャッシュの一対の側壁のうち前記ボール刃と反対の刃裏側側壁は、前記溝直角断面において全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているとともに、
前記溝直角断面において、前記ギャッシュの一対の側壁が交わる交点Ａを中心として、前記ボール刃に向かう直線と前記刃裏側側壁の先端Ｂに向かう直線との間の開き角θは、９０°〜１００°の範囲内で、
全体が湾曲面とされた前記刃裏側側壁の前記交点Ａにおける接線が、該交点Ａから前記先端Ｂに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、１５°〜４０°の範囲内で、
前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において前記交点Ａと前記先端Ｂとを通る一定の半径Ｒｇの円弧形状を成している
ことを特徴とするボールエンドミル。