JP5214408B2 - 刃先交換式エンドミル及びスローアウェイチップ - Google Patents

Description

本発明は、軸心線回りに回転される工具本体の先端部に設けられた挟持部にスローアウェイチップが挟持されて取り付けられた刃先交換式エンドミル及びこの刃先交換式エンドミルに使用する上記のスローアウェイチップに係り、特に、Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金やＮｉを主成分とするＮｉ基合金等の耐熱合金や耐熱鋼等の耐熱材料で構成された被削材に対して正面切削加工を行うのに適し、上記の被削材の厚みが薄い場合においても、適切に正面切削加工が行えるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、各種の金属材料からなる被削材に対して正面切削加工を行うのにエンドミルが用いられており、このようなエンドミルの１つとして、軸線回りに回転される工具本体の先端部に設けられた挟持部にスローアウェイチップが挟持されて取り付けられた刃先交換式エンドミルが用いられている。

また、近年においては、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金等の耐熱性に優れた耐熱合金が、航空機用材料等として使用されている。

ここで、上記のＮｉ基合金等の耐熱合金は、一般に粘りがあって切削抵抗が高く、加工硬化も起こりやすく、上記のような刃先交換式エンドミルを用いて、このような耐熱合金からなる被削材に対して正面切削加工を行うにあたり、その切削抵抗を下げるように、挟持部に取り付けられたスローアウェイチップの先端切刃におけるすくい角を大きくした場合においても、加工熱によって先端切刃に切屑の溶着が生じ、これにより切削抵抗が高くなって、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じやすくなるという問題があった。また、挟持部に取り付けられたスローアウェイチップの先端切刃におけるすくい角をある程度小さくして、その刃先強度を高くした場合においては、切削抵抗が高くなり、加工音が高くなったり、工具にビビリが発生して仕上げ面の状態が悪くなったりする等の問題があった。

このため、従来においては、Ｎｉ基合金等の耐熱合金からなる被削材を正面切削加工する場合、上記の刃先交換式エンドミルにおける切込み及び送り速度を低くして加工しており、加工効率が極めて悪いものとなっていた。

また、従来においては、特許文献１に示されるように、仕上げ用ラジアスエンドミルにおいて、スローアウェイチップの先端切刃を、曲率が一定の円弧状に形成したものが提案されている。

しかし、このような仕上げ用ラジアスエンドミルにおいても、上記のようなＮｉ基合金等の耐熱合金からなる被削材を正面切削加工する場合、その切削速度や送りを早くすると、依然として、加工熱によって先端切刃に切屑の溶着が生じ、これにより切削抵抗が高くなって、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じやすいという問題があった。また、このような仕上げ用ラジアスエンドミルにおける切削速度や送りを遅くした場合には、加工効率が低下すると共に、ビビリや異常音が発生したり、回転中心となる軸心線の近傍において、耐熱合金からなる被削材にむしれが生じたりして、安定した切削ができないという問題があった。

さらに、従来においては、特許文献２に示されるように、刃先交換式仕上げ用ラジアスエンドミルおいて、良好な仕上げ面が得られるようにするため、スローアウェイチップの外周側の円弧状切刃の曲率半径ｒ１を工具直径Ｄに対して０．３１Ｄ≦ｒ１≦０．４５Ｄの範囲にすると共に、この外周側の円弧状切刃から回転軸の中心に向かう内周刃の曲率半径ｒ２を外周側の円弧状切刃の曲率半径ｒ１よりも小さくしたものが提案されている。

しかし、この特許文献２に示される刃先交換式仕上げ用ラジアスエンドミルにおいても、上記のようなＮｉ基合金等の耐熱合金からなる被削材を正面切削加工するようにした場合、先端切刃に加わる切削抵抗が大きくなり、依然として、加工音が高くなったり、工具にビビリが発生して仕上げ面の状態が悪くなったりする等の問題があった。
特開２００４−７４３９７号公報 特開２００５−３１９５５８号公報

本発明は、軸心線回りに回転される工具本体の先端部に設けられた挟持部にスローアウェイチップが挟持されて取り付けられた刃先交換式エンドミルにおける上記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、上記のＦｅ基合金やＮｉ基合金等の耐熱合金や耐熱鋼等の耐熱材料で構成された被削材に対して正面切削加工を行う場合においても、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じたり、ビビリや異常音が発生したり、回転中心となる軸心線の近傍において被削材にむしれが発生するのを適切に防止し、耐熱合金からなる被削材に対して効率のよい適切な正面切削加工が行えるようにし、特に、耐熱合金からなる被削材が薄い場合においても、適切に正面切削加工できるようにすることを課題とするものである。

本発明においては、上記のような課題を解決するため、軸心線回りに回転される工具本体の先端部に設けられた挟持部にスローアウェイチップが挟持されて取り付けられた刃先交換式エンドミルにおいて、上記のスローアウェイチップの先端における工具本体の軸心線の両側に、それぞれ曲率半径Ｒの凸円弧状になった先端切刃を設けると共に、この両側の先端切刃の軸心側端部の間を軸心側端部よりも低くし、先端切刃の曲率半径Ｒと、先端切刃による最大切削径Ｄと、先端切刃の軸心側端部と軸心線との間の間隔Ｅとが、Ｒ／Ｄ＝１．０〜１．５及びＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２の条件を満たすようにした。

ここで、この刃先交換式エンドミルのように、両側の先端切刃の軸心側端部の間を軸心側端部よりも低くすると、回転中心となる軸心の部分において切削が行われなくなり、この軸心の部分におけるスローアウェイチップに切屑が溶着したり、被削材にむしれが発生したりするのが防止される。

また、先端切刃の曲率半径Ｒとこの先端切刃による最大切削径ＤとがＲ／Ｄ＝１．０〜１．５になるようにしたのは、Ｒ／Ｄが１．０より小さくなると、切り込むカプス高さが大きくなって、仕上げ面が悪くなったり、先端切刃に加わる負荷が大きくなって、先端切刃の刃先にチッピングや欠損等が生じたりする一方、Ｒ／Ｄが１．５を越えると、先端切刃による切削長さが長くなって切削抵抗が増大し、ビビリが発生したりするためである。

また、軸心線と先端切刃の軸心側端部との間隔Ｅとこの先端切刃による最大切削径ＤとがＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２になるようにしたのは、Ｅ／Ｄが０．００１より小さくなると、回転中心となる軸心近くで切削が行われ、軸心近くの部分におけるスローアウェイチップに切屑が溶着したり、被削材にむしれが発生したりする一方、Ｅ／Ｄが０．２を越えると、先端切刃によって切削が行われない部分が大きくなり、先端切刃に加わる負荷が増加したり、仕上げ面が悪くなったりするためである。

ここで、上記のように両側の先端切刃の軸心側端部の間を、軸心側端部よりも低くするにあたっては、各先端切刃の曲率半径Ｒの中心位置が、上記の軸心線に対して上記の間隔Ｅだけ離れるようにし、両側の先端切刃の軸心側端部の間の部分が、両側の先端切刃の頂点の部分からそれぞれ曲率半径Ｒの円弧状になるようにして低くすることができる。

また、上記の刃先交換式エンドミルにおいて、上記の各先端切刃の外周側端部と軸心線とを結ぶ線と、軸心線と直交するスローアウェイチップの長手方向の中心線とのなす角度θが小さくなると、先端切刃の後方におけるバックメタルが薄くなって、スローアウェイチップの強度が低下する一方、上記の角度θが大きくなると、所定厚みのスローアウェイチップに設ける先端切刃の長さが短くなってしまい、切削加工効率が低下するため、上記の角度θを７°〜１４°の範囲にすることが好ましい。

また、上記の刃先交換式エンドミルにおいて、上記の各先端切刃のすくい角が小さくなると、切削時における切削抵抗が増大して、ビビリ等が発生する一方、すくい角が大きいと、先端切刃の刃先強度が低下して、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じたりするため、軸心線に対して４５°傾斜した方向における上記の各先端切刃のすくい角αを５°〜１０°の範囲にすることが好ましい。

本発明の刃先交換式エンドミル及びスローアウェイチップにおいては、上記のようにスローアウェイチップの先端における工具本体の軸心線の両側に、それぞれ曲率半径Ｒの凸円弧状になった先端切刃を設けると共に、この両側の先端切刃の軸心側端部の間を軸心側端部よりも低くしたため、回転中心となる軸心の部分において切削が行われなくなり、この軸心の部分におけるスローアウェイチップに切屑が溶着したり、被削材にむしれが発生したりするのが防止されるようになった。

また、先端切刃の曲率半径Ｒと、この先端切刃による最大切削径ＤとがＲ／Ｄ＝１．０〜１．５になるようにしたため、仕上げ面が悪くなったり、先端切刃に加わる負荷が大きくなったり、先端切刃における切削抵抗が増大してビビリが発生したりするのが防止されるようになった。

また、先端切刃の軸心側端部と軸心線との間の間隔Ｅと、先端切刃による最大切削径ＤとがＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２になるようにしたため、回転中心となる軸心近くで切削が行われるのが抑制されて、軸心近くの部分におけるスローアウェイチップに切屑が溶着したり、被削材にむしれが発生したりするのがより確実に防止されると共に、先端切刃に加わる負荷が増加したり、仕上げ面が悪くなったりするのが防止されるようになった。

この結果、本発明のスローアウェイチップを用いた刃先交換式エンドミルにおいては、上記のＦｅ基合金やＮｉ基合金等の耐熱合金や耐熱鋼等の耐熱材料で構成された被削材に対して正面切削加工を行う場合にも、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じたり、ビビリや異常音が発生したり、回転中心となる軸心線の近傍において被削材にむしれが発生するのが適切に防止され、上記のような耐熱合金からなる被削材に対して効率のよい適切な正面切削加工が行えるようになり、上記の耐熱合金からなる被削材が薄い場合においても、適切な正面切削加工が行えるようになった。

以下、この発明の実施形態に係る刃先交換式エンドミル及びこの刃先交換式エンドミルに用いるスローアウェイチップを添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明における刃先交換式エンドミル及び刃先交換式エンドミルに用いるスローアウェイチップは、特に下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における刃先交換式エンドミルにおいては、図１に示すように、工具本体１０の先端部に設けられた挟持部１１にスローアウェイチップ２０を挟持させ、このように挟持部１１に挟持されたスローアウェイチップ２０をネジ１２によって挟持部１１に固定させている。

そして、上記のように工具本体１０の挟持部１１に取り付けられるスローアウェイチップ２０においては、図２に示すように、工具本体１０の軸心線Ｌの両側に、それぞれ曲率半径Ｒの凸円弧状になった先端切刃２１，２１を設けるにあたり、各先端切刃２１，２１における曲率半径Ｒの中心位置を、上記の軸心線Ｌに対してその直交する方向に間隔Ｅだけ離れた位置にし、この両側の先端切刃２１，２１の軸心側端部２１ａ，２１ａの間の部分が、軸心側端部２１ａ，２１ａよりも低くなるようにしている。

また、上記の各先端切刃２１，２１における外周側端部２１ｂ，２１ｂを角取りして、各先端切刃２１，２１による最大切削径Ｄと、上記の各先端切刃２１，２１における曲率半径Ｒと、上記の間隔Ｅとが、Ｒ／Ｄ＝１．０〜１．５及びＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２の条件を満たすようにしている。

また、この実施形態における刃先交換式エンドミルにおいては、図３に示すように、各先端切刃２１，２１の外周側端部２１ｂ，２１ｂと軸心線Ｌとを結ぶ線と、軸心線Ｌと直交するスローアウェイチップ２０の長手方向の中心線Ｌ１とのなす角度θが、７°≦θ≦１４°の条件を満たすようにしている。

また、この実施形態における刃先交換式エンドミルにおいては、図１に示す上記の軸心線Ｌに対して４５°傾斜した方向の基準線Ｌ２に対して、図４に示すように、各先端切刃２１，２１のすくい角αが５°〜１０°の範囲になるようにしている。

そして、このように構成した実施形態の刃先交換式エンドミルにおいては、上記のＦｅ基合金やＮｉ基合金等の耐熱合金や耐熱鋼等の耐熱材料で構成された被削材に対して正面切削加工を行う場合にも、先端切刃２１，２１の刃先にチッピングや欠損が生じたり、ビビリや異常音が発生したり、回転中心となる軸心線Ｌの近傍において被削材にむしれが発生するのが適切に防止され、上記のような耐熱合金からなる被削材に対して効率のよい適切な正面切削加工が行え、また耐熱合金からなる被削材が薄い場合においても、適切な正面切削加工が行えるようになる。

次に、この発明に係る刃先交換式エンドミル及びこの刃先交換式エンドミルに用いるスローアウェイチップの具体的な実施例を挙げ、この発明に係る刃先交換式エンドミルにおいては、耐熱合金からなる被削材に対して効率のよい適切な正面切削加工が行えることを、比較例を挙げて明らかにする。

（実施例１）
実施例１の刃先交換式エンドミルにおいては、スローアウェイチップの材料に、平均粒度が０．８μｍのＷＣ粉を使用した微粒子の超硬合金を使用して所定の形状に加工した後、その表面をＰＶＤ法により（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎでコーティングをしたものを用いるようにした。

ここで、上記のスローアウェイチップにおいては、工具本体の軸心線の両側に、それぞれ曲率半径Ｒが２４ｍｍの凸円弧状になった先端切刃を設け、各先端切刃による最大切削径Ｄが１９．５ｍｍ、各先端切刃における曲率半径Ｒの中心位置と軸心線との上記の間隔Ｅが１．７２５ｍｍ、各先端切刃の外周側端部と軸心線Ｌとを結ぶ線と、軸心線と直交するスローアウェイチップの長手方向の中心線とのなす角度θが１２°、軸心線に対して４５°傾斜させた方向における各先端切刃のすくい角αが７°になるようにした。なお、このスローアウェイチップにおいては、上記のＲ／Ｄの値が１．２３、Ｅ／Ｄの値が０．０８８になっている。

（比較例１）
比較例１においては、工具本体の軸心線を中心として、曲率半径Ｒが８０ｍｍになった１つの先端切刃だけを設けるようにし、それ以外は、上記の実施例１と同様にして作製したスローアウェイチップを用いるようにした。

（比較例２）
比較例２においては、工具本体の軸心線の両側に、それぞれ曲率半径Ｒが２４ｍｍの凸円弧状になった先端切刃を設けるにあたり、各先端切刃における曲率半径Ｒの中心位置と軸心線との上記の間隔Ｅを７．５ｍｍにし、それ以外は、上記の実施例１と同様にして作製したスローアウェイチップを用いるようにした。なお、このスローアウェイチップにおいては、上記のＲ／Ｄの値は１．２３であるが、Ｅ／Ｄの値が０．３７５になっており、上記のＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２の条件を満たしていなかった。

そして、上記の各スローアウェイチップを、それぞれ工具本体の挟持部に挟持させると共にネジによって挟持部に固定させた実施例１及び比較例１，２の各刃先交換式エンドミルを用い、厚み３．５ｍｍになった耐熱合金のＮｉ基合金（ＩＮＣＯ社製：インコネル７１８）からなる被削材に対して、それぞれ切削速度Ｖを２０ｍ／ｍｉｎ、一刃当りの送りｆｚを０．１５ｍｍ／刃、軸方向切込みｄを０．７２ｍｍにして、切削幅が１５．１ｍｍ、切削深さが０．７２ｍｍの正面切削加工を１０ｍ行った。

この結果、実施例１の刃先交換式エンドミルを用いた場合には、先端切刃の刃先にチッピングや欠損が生じたり、ビビリや異常音が発生したり、回転中心となる軸心線の近傍において被削材にむしれが発生するということがなく、仕上げ面の良好な正面切削加工が行えた。

これに対して、比較例１の刃先交換式エンドミルを用いた場合には、回転中心となる軸心の部分において切屑が溶着して切削抵抗が大きくなり、先端切刃の刃先にチッピングが生じると共に、被削材にむしれが発生して、仕上げ面の状態が悪くなっていた。

また、比較例２の刃先交換式エンドミルを用いた場合には、回転中心となる軸心の部分において切削が行われない部分が大きくなり、先端切刃に加わる負荷が大きくなってビビリ等が発生すると共に、仕上げ面における送りマークの筋が大きくなって、仕上げ面の状態が悪くなっていた。

本発明の一実施形態に係る刃先交換式エンドミルの概略平面図である。 同実施形態に係る刃先交換式エンドミルにおいて、工具本体に取り付けるスローアウェイチップの概略平面図である。 同実施形態に係る刃先交換式エンドミルにおいて、上記のスローアウェイチップの概略正面図である。 同実施形態に係る刃先交換式エンドミルにおいて、工具本体の軸心線に対して４５°傾斜させた方向における上記のスローアウェイチップの先端切刃の断面説明図である。

符号の説明

１０ 工具本体
１１ 挟持部
１２ ネジ
２０ スローアウェイチップ
２１ 先端切刃
２１ａ 先端切刃の軸心側端部
２１ｂ 先端切刃の外周側端部
Ｌ 工具本体の軸心線
Ｌ１ 軸心線と直交するスローアウェイチップの長手方向の中心線
Ｌ２ 軸心線に対して４５°傾斜した方向の基準線
Ｒ 先端切刃の曲率半径
Ｅ 先端切刃の曲率半径の中心位置と軸心線との間隔
Ｄ 最大切削径
θ 先端切刃の外周側端部と軸心線とを結ぶ線と軸心線に直交するスローアウェイチップの長手方向の中心線との間の角度
α 軸心線に対して４５°傾斜した方向における先端切刃のすくい角

Claims (5)

1. 軸心線回りに回転される工具本体の先端部に設けられた挟持部にスローアウェイチップが挟持されて取り付けられた刃先交換式エンドミルにおいて、上記のスローアウェイチップの先端における工具本体の軸心線の両側に、それぞれ曲率半径Ｒの凸円弧状になった先端切刃が設けられると共に、この両側の先端切刃の軸心側端部の間が軸心側端部よりも低くなっており、先端切刃の曲率半径Ｒと、先端切刃による最大切削径Ｄと、先端切刃の軸心側端部と軸心線との間の間隔Ｅとが、Ｒ／Ｄ＝１．０〜１．５及びＥ／Ｄ＝０．００１〜０．２の条件を満たすことを特徴とする刃先交換式エンドミル。
2. 請求項１に記載の刃先交換式エンドミルにおいて、各先端切刃の曲率半径Ｒの中心位置が、上記の軸心線に対して上記の間隔Ｅを介した位置に存在することを特徴とする刃先交換式エンドミル。
3. 請求項１又は請求項２に記載の刃先交換式エンドミルにおいて、上記の各先端切刃の外周側端部と軸心線とを結ぶ線と、軸心線と直交するスローアウェイチップの長手方向の中心線とがなす角度θが、７°≦θ≦１４°の条件を満たすことを特徴とする刃先交換式エンドミル。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の刃先交換式エンドミルにおいて、軸心線に対して４５°傾斜させた方向における上記の各先端切刃のすくい角αが、５°≦α≦１０°の条件を満たすことを特徴とする刃先交換式エンドミル。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の刃先交換式エンドミルにおいて示したスローアウェイチップ。

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