JP5381125B2

JP5381125B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP5381125B2
Application number: JP2009015458A
Authority: JP
Inventors: 洋光田中; 良彦木村; 元基松本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: JP2010172977A

Description

本発明は、エンドミル本体の先端部外周に形成される複数の外周刃の捩れ角が異なるものとされた、いわゆる不等リードのエンドミルに係わり、特にこの外周刃が６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）の６の倍数とされたエンドミルに関するものである。

このような不等リードのエンドミルとしては、古くは例えば特許文献１に、６条の外周刃のリードを悉く異ならしめ、軸線に直交する如何なる断面においても外周刃のピッチを不同にしたものが提案されている。また、比較的最近でも例えば特許文献２、３などに、エンドミル本体の先端や刃長のいずれかの位置で外周刃を周方向に等間隔に配置して、捩れ角を異なるものとしたエンドミルも提案されている。このような不等リードのエンドミルでは、捩れ角の異なる外周刃が被削材を切削する際に生じる振動が互いに打ち消し合って、共振によるビビリ振動等を防ぐことができる。

特公昭３０−５２４４号公報特公昭６３−６２３２３号公報特公平５−４９４０８号公報

ところが、特許文献１に記載のもののように、６条の外周刃のすべてのリードや捩れ角を互いに異なるものとした場合には、ある程度の長さの切刃長を有するエンドミルでは軸線方向のいずれかの位置で周方向の外周刃の間隔に極端な広狭が生じ、この間隔が狭い部分では切屑排出溝の幅も小さくなるため、切屑詰まりを生じるおそれがある。また、製造したエンドミルの外周刃の径を測定しようとしても、外周刃の間隔が等しくなる位置がないため、刃径の測定が困難となる。

この点、特許文献２、３に記載されたような、例えば４条の外周刃を有して周方向に隣接する外周刃同士で捩れ角が異なり、ただし軸線を挟んで反対側の外周刃同士では捩れ角が等しくされたエンドミルでは、外周刃が周方向に等間隔となる位置が設定されていることとも相俟って、隣接する外周刃の周方向の間隔が極端に広狭することはなく、従って切屑詰まりも生じにくいとともに、刃径の測定も容易である。

しかしながら、このように軸線を挟んだ一対の外周刃同士が互いに等しい捩れ角であって、すなわちエンドミル本体を軸線回りに１８０°ずつ回転させた位置で外周刃が互いに一致するように形成されていると、切削時に回転数の２倍の周波数の切削力が働いて強制振動を起こす可能性がある。

また、例えばエンドミル本体を軸線回りに回転させつつ該軸線に交差する方向に送り出して、その送り方向側の軸線を中心とした１８０°の範囲全体を用いて、被削材に外周刃の直径と等しい幅の溝加工を行うようなときには、軸線方向のいずれの位置においても周方向に隣接した２つの外周刃のみが常に被削材に切り込まれた状態となるため、これらの外周刃の捩れ角が異なっていてもエンドミル本体に作用する切削力の合力は均一で周期的なものとなり、共振によるビビリ振動を引き起こすおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、刃径の測定が容易であるのは勿論、エンドミル本体や工作機械の共振周波数が回転数の２倍の周波数近辺にあるときには強制振動の発生を防ぐことができ、またエンドミル本体の１８０°の範囲全体を用いて溝加工を行うような場合でも共振によるビビリ振動を抑制することが可能なエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向後方側に捩れる切屑排出溝が形成されて、そのエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に上記壁面をすくい面とする螺旋状の外周刃が形成されたエンドミルであって、上記エンドミル本体には６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）の上記外周刃が周方向に間隔をあけて形成されており、これらの外周刃は、上記エンドミル本体を上記軸線回りに１２０°ずつ回転させた位置で互いに一致するように形成されるとともに、この１２０°の範囲内に位置する２×Ｎ条の外周刃の捩れ角は、少なくとも１の外周刃の捩れ角が他と異なる捩れ角とされていて、６×Ｎ条の上記外周刃の周方向の間隔は、上記軸線方向における上記エンドミル本体の先端以外の箇所で互いに等しくされるとともに、各外周刃の先端からは該エンドミル本体の先端において内周側に延びる６×Ｎ条の底刃が形成されていることを特徴とする。

従って、このように上記１２０°の範囲内に位置する２×Ｎ条の外周刃の捩れ角が、少なくとも１の外周刃の捩れ角が他と異なる捩れ角とされているため、上記構成のエンドミルでは、こうして捩れ角の異なる外周刃により生じる振動が打ち消し合って共振を防ぐことができる。また、切削力は、回転数の３倍の周波数成分を含むが、２倍の周波数成分はないため、機械の共振周波数が２倍の周波数近辺にあるときには、これを避けることができる。

さらに、これらの外周刃が、捩れ角は異なっていてもエンドミル本体を軸線回りに１２０°ずつ回転させた位置では互いに一致するように１２０°回転対称に形成されていることにより、これらの外周刃の外径（刃径）を測定する場合でも、例えば周方向に１２０°ずつの位置に測定子を備えた外径測定用の３点マイクロ等を用いて正確かつ容易に測定することができる。

さらにまた、特に上述のようにエンドミル本体の送り方向側の１８０°の範囲全体を用いて溝加工を行うような場合でも、６×Ｎ条の外周刃が軸線回りに１２０°ずつ回転対称に形成されるとともに、この１２０°の範囲内に位置する２×Ｎ条の外周刃の捩れ角は互いに異なるものとされているので、上記１８０°の範囲内においては、エンドミル本体の回転位置によって異なる条数の外周刃を被削材に切り込ませた状態とすることができる。従って、こうして被削材に切り込まされる外周刃の数が変化することにより、エンドミル本体に作用する切削力も、合力として不均一で非周期的なものとすることができるので、被削材やエンドミル本体、あるいは工作機械に生じる振動を分散させたり打ち消し合わせたりして、共振によるビビリ振動等を防止することが可能となる。

また、本発明のエンドミルでは、６×Ｎ条の上記外周刃の周方向の間隔が、上記軸線方向におけるエンドミル本体の先端以外の箇所で互いに等しくされるとともに、エンドミル本体の先端に各外周刃の先端から内周側に延びる６×Ｎ条底刃が形成されており、加工溝の溝底面を切削することができる。

そこで、こうして底刃を形成する場合に、各外周刃の先端からエンドミル本体の先端において内周側に延びる６×Ｎ条の上記底刃のうち、１つの底刃と、この１つの底刃から周方向に３×Ｎ番目に位置する他の１つの底刃との２つの底刃を、エンドミル本体先端の内周側に向けて上記軸線近傍に達するように延設することにより、これら２つの底刃は、軸線を挟んで反対側に位置していても、その周方向の間隔は異なるものになる。従って、このように構成することにより、これらエンドミル本体先端の軸線に達して上記溝底面の全体を切削することになる上記２つの底刃に作用する切削力についても、互いに異なる大きさで非周期的なものとすることができるので、共振によるビビリ振動等の発生を一層確実に防止することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、切削時の共振周波数が回転数の２倍の周波数近辺にある場合の強制振動を防いだり、エンドミル本体の１８０°の範囲全体を用いて溝加工を行うような場合の共振によるビビリ振動を抑えたりすることができ、しかも刃径の測定も容易であるため外周刃を正確に形成することも可能となって、これらにより高精度で高品位の切削加工を図ることができる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態の拡大正面図である。

図１および図２は、本発明のエンドミルの一実施形態を示すものである。本実施形態においてエンドミル本体１は超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱軸状に一体形成され、その後端側（図１における右側）部分が当該エンドミル本体１を工作機械の主軸に装着するためのシャンク部２とされるとともに、先端側（図１において左側）は切刃部３とされ、上記工作機械によって軸線Ｏ回りに符号Ｔで示すエンドミル回転方向に回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出されることにより、切刃部３によって被削材に切削加工を施してゆく。

この切刃部３の外周には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる複数条の切屑排出溝４が、周方向に間隔をあけて形成されている。ここで、この切屑排出溝４の条数は６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）とされ、本実施形態ではＮ＝１であって６×１＝６条とされている。

さらに、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面と、そのエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる切刃部３の外周面（外周逃げ面）との交差稜線部、すなわち上記壁面の外周側辺稜部には、この壁面を外周刃すくい面５とする外周刃６が、切屑排出溝４と同じく後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れるように、周方向に間隔をあけて形成されている。従って、これら外周刃６の条数も、切屑排出溝４の条数と等しく６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）とされて、Ｎ＝１の本実施形態では６条とされている。

また、この切刃部３の先端部すなわちエンドミル本体１の最先端部においては、各切屑排出溝４の先端側開口部が内周側に削り広げられるようにしてギャッシュ７が形成されており、このギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面は底刃すくい面８とされていて、その先端側辺稜部には、各外周刃６の先端から軸線Ｏに対する径方向内周側に延びる底刃９がそれぞれ形成されている。従って、これら底刃９の条数も外周刃６の条数と等しく６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）とされ、本実施形態では６条とされる。

なお、上記底刃すくい面８は、軸線Ｏに対して切屑排出溝４および外周刃６がなす捩れ角よりも緩やかな傾斜角となるように形成されていて、これにより底刃９には外周刃６の捩れ角よりも小さなアキシャルレーキ角が与えられる。さらに、この底刃９は、外周刃６とその先端で角度をもって交差して、上記径方向内周側に向かうに従い僅かな角度で後端側に向かうように傾斜した直線状に形成されており、すなわち本実施形態のエンドミルはいわゆるスクエアタイプのエンドミルとされている。

そして、エンドミル本体１に形成された上記６×Ｎ条の外周刃６は、エンドミル本体１を軸線Ｏ回りに１２０°ずつ回転させた位置で互いに一致するように形成されて、すなわち１２０°回転対称に形成されるとともに、この１２０°の範囲内に位置することになる２×Ｎ条の外周刃６の捩れ角は、少なくとも１の外周刃６の捩れ角が他の外周刃６と異なる角度とされている。

従って、Ｎ＝１で６条の外周刃６が形成された本実施形態のエンドミルでは、周方向に隣接する２条の外周刃６Ａ、６Ｂが組をなして、このような組の外周刃６Ａ、６Ｂが軸線Ｏ回りに１２０°ごとに３組形成されることになり、しかも外周刃６Ａ、６Ｂ同士ではその捩れ角θＡ、θＢが図１に示すように互いに異なる角度とされる。ちなみに、本実施形態では、外周刃６Ａの捩れ角θＡは４５°、外周刃６Ｂの捩れ角θＢは４３．５°とされている。

なお、これら６条の外周刃６（６Ａ、６Ｂ）は、その周方向の間隔が、本実施形態では例えば軸線Ｏ方向における外周刃６の刃長の１／２程度の位置など、軸線Ｏ方向におけるエンドミル本体１の先端以外の箇所で互いに等しくされている。従って、これに伴い、６条の底刃９の周方向の間隔は、この周方向に隣接するもの同士で異なる大きさとなる。

すなわち、本実施形態では図２に示すように、大きな捩れ角θＡとされた外周刃６Ａの先端に連なる底刃９Ａから、この底刃９Ａのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接して小さな捩れ角θＢとされた外周刃６Ｂの先端に連なる底刃９Ｂまでの周方向の間隔は、この底刃９Ｂから、該底刃９Ｂのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する次の組の底刃９Ａまでの周方向の間隔よりも大きくなる。

さらに、各外周刃６の先端からエンドミル本体１の先端において内周側に延びるように形成されたこれら６×Ｎ条の底刃９（９Ａ、９Ｂ）は、本実施形態ではそのうち１つの底刃９と、この１つの底刃９から周方向に３×Ｎ番目に位置する他の１つの底刃９とが、エンドミル本体１先端における軸線Ｏ近傍に達するように延びている一方、残りの（６×Ｎ−２）条の底刃９は軸線Ｏ近傍に達することなく、その内周端がこの軸線Ｏから僅かに離れて位置するようにされている。

すなわち、軸線Ｏ近傍に達する底刃９は、この軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する異なる捩れ角θＡ、θＢの外周刃６Ａ、６Ｂ先端に連なった２つの底刃９Ａ、９Ｂのみとされ、しかもこれら２つの底刃９Ａ、９Ｂは、図２に示すように軸線Ｏ方向先端側から見て、軸線Ｏ近傍で屈曲するように形成されることになる。ただし、本実施形態では、底刃９はいずれも負のラジアルレーキ角が与えられるように、いわゆる心上がりとされており、上記２つの底刃９Ａ、９Ｂ同士が交差することはない。

このように構成されたエンドミルにおいては、６×Ｎ条の外周刃６のうち上記１２０°の範囲内にある２×Ｎ条の外周刃６は、少なくとも１つが他と異なる捩れ角とされていて、Ｎ＝１の本実施形態では２条の外周刃６Ａ、６Ｂの捩れ角θＡ、θＢが互いに異なる角度とされるので、切削時にこれらの外周刃６Ａ、６Ｂからエンドミル本体１や工作機械、あるいは被削材に作用する振動も周期や大きさが異なるものとなって互いに打ち消し合うことになり、これにより、かかる振動が共振してビビリ振動等に発達したりするのを防ぐことができる。

また、６×Ｎ条の外周刃６がエンドミル本体１を軸線Ｏ回りに１２０°ずつ回転させた位置で互いに一致するように形成された１２０°回転対称とされていて、すなわちこうして互いに異なる捩れ角θＡ、θＢとされた外周刃６Ａ、６Ｂが組をなして３組配置されているので、切削時に作用する振動は回転数の２倍の周波数成分がないため、特にエンドミル本体１や工作機械等の共振周波数が回転数の２倍の周波数近辺にあるときには、これを避けることができる。

さらに、こうして外周刃６が１２０°回転対称とされていることにより、例えば周方向において切刃部３の送り方向側を向いた１８０°の範囲全体を使って被削材に溝加工を施すような場合、軸線Ｏ方向の位置によっては、この１８０°の範囲に位置する外周刃６の数がエンドミル本体１の回転に伴って変化するので、被削材に切り込まれる外周刃６の数自体も変化することになり、これによっても、上記構成のエンドミルによれば、共振の発生を防止することができる。

すなわち、例えば本実施形態においてエンドミル本体１の先端の位置で見ると、図２に示すように大きな捩れ角θＡの外周刃６Ａの１つからエンドミル回転方向Ｔの後方側に１８０°の範囲Ａ内に位置する外周刃６は３条であるのに対し、小さな捩れ角θＢの外周刃６Ｂの１つからエンドミル回転方向Ｔの後方側に１８０°の範囲Ｂ内には４条の外周刃６が存在することになる。そして、これは、軸線Ｏ方向において外周刃６の周方向の間隔が互いに等しくなる位置の周辺以外で生じうるので、こうして被削材に切り込まれる外周刃６の数自体が変化することにより、エンドミル本体１等に作用する振動も刻一刻と変化して打ち消し合い、共振を防いでビビリ振動等を抑制することができるのである。

また、６×Ｎ条の外周刃６がエンドミル本体１を軸線Ｏ回りに１２０°ずつ回転させた位置で互いに一致するように形成された１２０°回転対称とされているので、この１２０°の範囲内の外周刃６Ａ、６Ｂは異なる捩れ角θＡ、θＢとされていても、このうち１２０°ごとの３条の外周刃６だけに着目すると、捩れ角が等しい外周刃が周方向に等間隔に形成された通常の３枚刃のエンドミルと同じとなる。従って、外周刃６Ａ、６Ｂの外径（刃径）を測定するときにも、そのような３枚刃のエンドミルの刃径を測定する場合と同様に、例えば周方向に１２０°ずつの位置に測定子を備えた外径測定用の３点マイクロ等を用いて、外周刃６Ａと外周刃６Ｂとをそれぞれ測定することで、正確かつ容易に刃径測定を行うことが可能となる。

このため、上記構成のエンドミルによれば、こうして正確かつ容易に刃径を測定して、切刃精度の高いものにより切削加工を行うことができ、そして、その切削加工の際にも上述のように共振の発生をより効果的に防いでビビリ振動等を防止することができるので、被削材に対しても高精度で高品位の切削加工を施すことが可能となる。

また、本実施形態では、外周刃６の周方向の間隔が等しくなる位置がエンドミル本体１の先端以外の位置であるため、このエンドミル本体１の先端に形成される６×Ｎ条の底刃９も、周方向の間隔が互いに異なる底刃９Ａ、９Ｂによって構成されることになる。このため、底刃９が被削材に形成する溝の底面に切り込まれる周期も、これら底刃９Ａ、９Ｂで異なるものとなり、これによっても周期的な振動を打ち消して共振を防止することができる。

しかも、本実施形態では、こうして形成された６×Ｎ条の底刃９のうち、１つの底刃９Ａと、この１つの底刃９Ａから周方向に３×Ｎ番目に位置する他の１つの底刃９Ｂとの２つの底刃９Ａ、９Ｂが、エンドミル本体１の内周側に向けてその軸線Ｏ近傍にまで達するように延びており、これら２つの底刃９Ａ、９Ｂはエンドミル本体１の１回転ごとに上記溝の底面の全体を切削することになるが、そのような２つの底刃９Ａ、９Ｂも、本実施形態においては先端側から見て屈曲していて、互いの間のエンドミル回転方向Ｔ側に向けた間隔が異なるものとされる。

このため、特にこうして溝底面の全体を切削する底刃９においても、周期的な切込みを防ぐことができるので、この溝底面の切削の際の共振を一層効果的に防止することができる。その一方で、これら２つの底刃９Ａ、９Ｂは、軸線Ｏを挟んで反対側に位置することにもなるので、そのエンドミル回転方向Ｔ側に向けた間隔が極端に広狭し過ぎることもなく、いずれか一方の底刃９への負荷が過剰に多くなって摩耗等が促進されたりするのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、上述のようにこれら外周刃６と底刃９とが角度をもって交差したスクエアエンドミルに本発明を適用した場合について説明したが、外周刃と底刃とが１／４凸円弧状のコーナＲ刃を介して連続するラジアスエンドミルに本発明を適用することも可能である。また、底刃が軸線回りの回転軌跡において半球状をなすボールエンドミルに適用することも可能である。

１エンドミル本体
２シャンク部
３切刃部
４切屑排出溝
５外周刃すくい面
６（６Ａ、６Ｂ）外周刃
７ギャッシュ
８底刃すくい面
９（９Ａ、９Ｂ）底刃
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
θＡ外周刃６Ａの捩れ角
θＢ外周刃６Ｂの捩れ角

Claims

軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向後方側に捩れる切屑排出溝が形成されて、そのエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に上記壁面をすくい面とする螺旋状の外周刃が形成されたエンドミルであって、上記エンドミル本体には６×Ｎ条（ただし、Ｎは１以上の整数）の上記外周刃が周方向に間隔をあけて形成されており、これらの外周刃は、上記エンドミル本体を上記軸線回りに１２０°ずつ回転させた位置で互いに一致するように形成されるとともに、この１２０°の範囲内に位置する２×Ｎ条の外周刃の捩れ角は、少なくとも１の外周刃の捩れ角が他と異なる捩れ角とされていて、６×Ｎ条の上記外周刃の周方向の間隔は、上記軸線方向における上記エンドミル本体の先端以外の箇所で互いに等しくされるとともに、各外周刃の先端からは該エンドミル本体の先端において内周側に延びる６×Ｎ条の底刃が形成されていることを特徴とするエンドミル。
上記底刃のうち、１つの底刃と、この１つの底刃から周方向に３×Ｎ番目に位置する他の１つの底刃とが、内周側に向けて上記軸線の近傍に達するように延びていることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。