JP5352901B2

JP5352901B2 - 防振エンドミル

Info

Publication number: JP5352901B2
Application number: JP2009165541A
Authority: JP
Inventors: 一勇前田; 浩二富永; 竜哉田中
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: JP2011020193A

Description

この発明は、使用中の所謂ビビリ振動の抑制機能を高めて加工の安定性と加工精度を向上させたねじれ刃の防振エンドミルに関する。ここで言うねじれ刃は、外周刃を指し、ラジアスエンドミルの場合、円弧のコーナ刃はねじれの有無を問わない。

周知のねじれ刃エンドミルの中に、複数ある外周刃のねじれ角を異ならせたもの（不等リードエンドミル）や、切れ刃を不等ピッチにして設けたもの（不等分割エンドミル）がある。前者の不等リードエンドミルは下記特許文献１に開示されており、また、後者の不等分割エンドミルは、下記特許文献２や特許文献３に開示されている。

なお、後者のエンドミルは、切れ刃を第１グループと第２グループに分けて各グループの切れ刃をそれぞれが回転中心対称位置に配置される２個で構成している。そして、その第１グループと第２グループの切れ刃を不等分割点に配置しており、第１、第２グループの切れ刃が工具の回転方向に交互に配置されたものになっている。

特公平０３−１９００２号公報特許第４０６０２５８号公報特開２００７−１３６６２６号公報

前掲の特許文献１，２に開示されたエンドミルは、使用中の振動が抑制され、面粗さの良好な仕上げ面が得られるとしているが、加工条件によっては振動の抑制が十分になされない。

エンドミルのビビリ振動は、工具を共振し難いものにすることによって抑制することができる。発明者等は、その要求に応えるための策として、外周刃を単純に不等リードにしたものや、２グループの切れ刃を不等分割にして配置したもの（従来品）よりも防振性能に優れる構造を見出した。

この発明は、エンドミルの加工中の共振が従来品よりも効果的に抑制されるようにしてエンドミルによる加工の安定性向上と加工精度の向上を図ることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、底刃とねじれ角のついた外周刃とで構成される切れ刃、又は底刃とねじれ角のついた外周刃と円弧のコーナ刃とで構成される切れ刃を４枚以上の偶数枚備えたエンドミルの前記切れ刃を周方向の不等分割点に配置し、全切れ刃の設置間隔をそれぞれに異ならせた。そしてさらに、各位置の設置間隔は回転方向前方のひとつ前の切れ刃の設置間隔に対して大、小、大、小の配列を繰り返すものにし、各切れ刃を等分割点からのずれ角が１０°以内となる位置に配置した。

このエンドミルは、外周刃のすくい角を切れ刃毎に異ならせると好ましい。そのすくい角は、底刃についても刃毎に異ならせることができる。ここで言う刃毎とは、全ての刃が異なるすくい角をもつことを意味するものではなく、同一すくい角を有する刃が複数あっても差し支えない。

また、心厚を０．４Ｄ〜０．８５Ｄ（Ｄはエンドミルの直径）とし、なおかつ、ランド部のランド幅を、０．１Ｄ〜０．３Ｄに設定することも好ましい。

従来の不等リードエンドミルは、各外周刃の切削力と切削時間の違いのみで共振を抑制するので、十分な防振性能を得にくい。従来の不等分割エンドミルも、第１グループの切れ刃の喰いつきと第２グループの切れ刃の喰いつきが単純に繰り返えされるため、防振性能が十分でなく、両者とも、工具剛性や、加工条件次第ではビビリ振動を起こす。

これに対し、この発明のエンドミルは、全切れ刃の設置間隔がそれぞれに異なるため、各切れ刃の被削材に対する喰いつきの周期が不規則になる。そのために、従来の不等分割エンドミルに比べると防振効果が高く、加工の安定性と加工精度が向上する。また、各切れ刃の設置間隔について大、小、大、小の配列を繰り返して各切れ刃を等分割点から１０°以内の位置に配置したため、切削バランスの大きな崩れが起こらない。

なお、各外周刃のすくい角を異ならせたものは、すくい角の違いによって切れ刃毎の切削抵抗が変化し、これも共振の抑制に有効に寄与する。切れ刃の設置間隔は、一旦設定するとその後は変更することができない。これに対し、切れ刃のすくい角の調整には自由度がある。従って、切れ刃の設置間隔の設定による防振が不十分な場合でも、各刃のすくい角を調整することで防振性能を高めることが可能になる。特に、再研磨による再生後の防振性能を高めるのに有効である。

また、エンドミルの直径（有効径）をＤとして、心厚を０．４Ｄ〜０．８５Ｄ、ランド部のランド幅を０．１Ｄ〜０．３Ｄに設定したエンドミルは、剛性及び刃先強度に優れ、これ等のことでもエンドミルの防振性能が向上する。

この発明のエンドミルの第１形態を示す側面図図１のエンドミルの正面図図１のエンドミルの外周刃の配置を示す図外周刃３_-１の軸直角断面図外周刃３_-４の軸直角断面図外周刃３_-１の変形例を示す軸直角断面図外周刃３_-４の変形例を示す軸直角断面図この発明のエンドミルの第２形態を示す側面図図８のエンドミルの正面図図８のＸ−Ｘ線部の拡大断面図（ａ）：切削速度５０ｍ／ｍｉｎ時の切削主分力の測定データ、（ｂ）：切削速度７５ｍ／ｍｉｎ時の切削主分力の測定データ、（ｃ）：切削速度１００ｍ／ｍｉｎ時の切削主分力の測定データ、（ｄ）：切削速度１２５ｍ／ｍｉｎ時の切削主分力の測定データ

以下、添付図面の図１〜図１０に基づいて、この発明のエンドミルの実施の形態を説明する。図１〜図５は、この発明をスクエアエンドミルに適用した第１形態を示している。この第１形態のエンドミル１は、ボディ２の先端に底刃３とギャッシュ６を有している。また、ボディ２の外周に所定の角度でねじれた外周刃４とランド部７と溝８を有している。９は、ボディ２の後部に連ならせたシャンクである。外周刃４は各々が対応した位置の底刃３の径方向外端に連なっている。なお、底刃３、外周刃４、及びランド部７については、個々の刃や個々のランド部を区別するために、必要に応じて_−１〜_−４の付加記号を付す。

底刃３は、図２に示すように、全ての刃を不等分割点に配置して全切れ刃の周方向の設置間隔をそれぞれに異ならせている。その設置間隔は、例えば、図２では、間隔α１=８６°、間隔α２=９４°、間隔α３=８８°、間隔α４=９２°に設定したが、この数値に限定されるものではない。切れ刃の設置点が等分割点（図示のエンドミルは４枚刃であるので、９０°ピッチでの分割点）から回転方向前後にずれていてもよい。その際のずれ角は、等分割点から回転方向前後にそれぞれ１０°以下が好ましい。

図１のエンドミルは、直径Ｄに対し、図３に示す心厚ｔを０．７Ｄに設定し、さらに、
底刃３_-１と外周刃４_-１が形成されるランド部７_−１のランド幅ｗ１を０．２３Ｄ、底刃３_-２と外周刃４_-２が形成されるランド部７_−２のランド幅ｗ２を０．２Ｄ、底刃３_-３と外周刃４_-３が形成されるランド部７_−３のランド幅ｗ３を０．２２Ｄ、底刃３_-４と外周刃４_-４が形成されるランド部７_−４のランド幅ｗ４を０．１８Ｄにそれぞれ設定している。ここでの心厚ｔとランド幅ｗは、両者ともこの発明で好ましいとした範囲内にある。

外周刃４は、底刃３の外端に連なっている。従って、この外周刃４も、底刃３と同じく不等間隔（図３のα１〜α４）を保った位置にある。図示の外周刃４は、全ての刃が同一角度でねじれている。また、全ての外周刃４のすくい角β（図４、図５参照）もここでは一定の１２°に統一されている。

外周刃４のすくい角βは、図６、図７に示すように、刃毎に異ならせてもよい。その場合、例えば、外周刃４_−１及び４_−３についてはすくい角β=１２°とし、外周刃４_−２及び４_−４についてはすくい角β=１０°といった設定にしてもよいし、状況によっては、全ての外周刃のすくい角をそれぞれに異ならせることも可能である。

切れ刃の設置間隔の設定による防振が十分であれば外周刃のすくい角を異ならせる必要はない。切れ刃の設置間隔の設定による防振が不十分と考えられるときに外周刃のすくい角を異ならせると、その対応で設置間隔の設定で不足した効果を補うことができる。

図８〜図１０は、この発明をラジアスエンドミルに適用した第２形態を表している。この第２形態のエンドミル１は、底刃３と外周刃４との間に円弧のコーナ刃５を有する。

外周刃４はここでも４枚としている。その外周刃４は、ねじれ角θ１、θ２が異なるもの（実施例のそれはθ１=４５°、θ２=４２°）を工具回転方向に交互に配置している。また、外周刃４_−１と４_−３は、すくい角βを１０°、外周刃４_−２と４_−４は、すくい角βを８°にそれぞれ設定しており、不等リードによる防振効果と不等すくい角による防振効果も得られる。

底刃３も、すくい角を切れ刃毎に異ならせることができる。ただし、底刃よりも外周刃の切削負担が一般的に大きい。従って、不等すくい角は、その外周刃に適用した方がよりよい効果を期待できる。

直径Ｄ=φ１０ｍｍ、心厚ｔ=７ｍｍ、全長７５ｍｍの４枚刃のスクエアエンドミルを試作した。その試作エンドミルは試料No.１〜No.３の３種類とした。試料No.１は、切れ刃を等間隔で配置し、各ランド部のランド幅を２．１ｍｍに、各外周刃のすくい角を１０°にそれぞれ統一した比較品である。

試料No.２は、全切れ刃を不等間隔で配置した（発明品１）。その配置は、図２、図３の間隔α１〜α４が、順に８６°、９４°、８８°、９２°に設定され、また、図３のランド幅ｗ１〜ｗ４は、順に０．２４ｍｍ、０．１９ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．１８ｍｍに設定され、外周刃のすくい角はすべて１０°で統一されている。

試料No.３は、発明品２であり、全切れ刃が発明品１と同一条件で不等間隔に配置されている。また、これについては、図３の外周刃４_−１及び４_−３のすくい角がともに１２°、外周刃４_−２及び４_−４のすくい角がともに８°に設定されている。図３のランド幅ｗ１〜ｗ４は、順に０．２３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．１８ｍｍに設定され、試料No.２とたいして差がない。

上記試料No.１〜No.３を使用して下記の条件で切削加工を行った。
加工機：ＢＴ４０の主軸を有するマシニングセンター
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
１刃当たり送り量ｆｚ：０．０４ｍｍ／刃
軸方向切込み量ａｐ：１５ｍｍ
径方向切込み量ａｅ：１ｍｍ
工具突き出し量：５０ｍｍ

上記のエンドミルを使用して加工を行ったときの切削主分力（切削抵抗）を切削動力計で測定した。その結果を図１１に示す。図１１（ａ）は切削速度Ｖｃ：５０ｍ／ｍｉｎ時のデータ、同図（ｂ）は切削速度Ｖｃ：７５ｍ／ｍｉｎ時のデータ、同図（ｃ）は切削速度Ｖｃ：１００ｍ／ｍｉｎ時のデータ、同図（ｄ）は切削速度Ｖｃ：１２５ｍ／ｍｉｎ時のデータである。各図とも、Ｉは試料No.３（発明品２）の測定データ、IIは試料No.２（発明品１）の測定データ、IIIは試料No.Ｉ（比較品）の測定データである。

いずれの切削速度でも試料No.１に比べて試料No.２，３は、主分力が安定しており、しかも、抵抗の絶対値が小さい。

また、試料No.２と試料No.３の比較では、どの切削速度の場合も試料No.３の方が抵抗の絶対値及び振幅が小さく、全切れ刃の不等間隔配置と外周刃のすくい角変化を併用することでより良い効果が得られている。

１エンドミル
２ボディ
３底刃
４外周刃
５コーナ刃
６ギャッシュ
７ランド部
８溝
９シャンク
Ｄエンドミルの直径
α 切れ刃の設置間隔
β 外周刃のすくい角
θ 外周刃のねじれ角
ｗランド幅
ｔ心厚

Claims

底刃（３）とねじれ角のついた外周刃（４）とで構成される切れ刃、又は、底刃（３）とねじれ角のついた外周刃（４）と円弧のコーナ刃（５）とで構成される切れ刃を４枚以上の偶数枚備えたエンドミルであって、
前記切れ刃が周方向の不等分割点に配置されて全切れ刃の設置間隔（α）がそれぞれに異なり、かつ、その設置間隔（α）は、各位置の設置間隔が回転方向前方のひとつ前の切れ刃の設置間隔に対して大、小、大、小の配列を繰り返して各切れ刃が等分割点からのずれ角が１０°以内となる位置に配置されているねじれ刃エンドミル。
前記外周刃（４）のすくい角（β）を切れ刃毎に異ならせた請求項１に記載のねじれ刃エンドミル。
エンドミルの直径を（Ｄ）として、心厚（ｔ）を０．４Ｄ〜０．８５Ｄ、ランド部（７）のランド幅（ｗ）を、０．１Ｄ〜０．３Ｄに設定した請求項１又は２に記載のねじれ刃エンドミル。