JP5402575B2

JP5402575B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP5402575B2
Application number: JP2009269768A
Authority: JP
Inventors: 貴行畔上; 良彦木村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2011110661A

Description

本発明は、エンドミル本体の先端部外周に捩れ角の異なる外周刃が形成された、いわゆる不等捩れのエンドミルに関するものである。

このような捩れ角の異なる外周刃を有するエンドミルとして、例えば特許文献１には、エンドミル本体の先端部外周に、先端部から基端部に至るまで一定の捩れ角とされた第一の切刃と、先端部から中央部に至るまでの切刃部分および中央部から基端部に至る切刃部分のうちの、一方の切刃部分の捩れ角が上記第一の切刃の捩れ角より小さい捩れ角とされ、かつ他方の切刃部分が上記第一の捩れ角より大きい捩れ角とされた第二の切刃とを、円周方向に交互に形成した物が開示されている。

このようなエンドミルによれば、不等捩れの効果により切削に起因する振動等の発生を防止することができるとともに、外周刃の刃長が長い場合でも広い切刃間隔を確保することができるため、切屑排出溝の幅が部分的に小さくなりすぎるのを防いで、優れた切屑排出性能を得ることができる。

特公平３−１９００４号公報

しかしながら、このようなエンドミルでは、一定の捩れ角とされた第一の切刃に対して、エンドミル先端部から中央部に至るまでの切刃部分および中央部から基端部に至る切刃部分のうち一方が第一の切刃の捩れ角より小さく、かつ他方が第一の捩れ角より大きい捩れ角とされた第二の切刃においては、中央部で凹または凸に屈曲するように形成されるため、その全長に亙って第二の切刃の外径が一定となるように形成することが難しい。このため、エンドミル本体の軸線回りの回転軌跡において第二の切刃が高精度に直線状に延びるようにすることも困難となって仕上げ面に凹凸を生じ、仕上げ面精度の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、外周刃の不等捩れによる振動防止や良好な切屑排出性は維持しつつ、仕上げ面精度の低下を防ぐ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、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、上記軸線方向後端側に向かうに従い該軸線回りの同じ方向に捩れる複数の外周刃が形成されていて、これらの外周刃は、上記軸線に対する捩れ角が一定とされた等捩れ外周刃と、この等捩れ外周刃の捩れ角よりも小さな捩れ角の弱捩れ刃部と大きな捩れ角の強捩れ刃部とが該軸線方向に交互に連続した不等捩れ外周刃とにより構成されており、このうち上記等捩れ外周刃の外径Ｄが、上記不等捩れ外周刃の外径ｄよりも大きくされていることを特徴とする。

このような構成の不等捩れエンドミルでは、不等捩れ外周刃においてその捩れ角が弱捩れ刃部と強捩れ刃部とで等捩れ外周刃と異なる捩れ角とされているため、これらの外周刃が被削材に食い付く際の衝撃の大きさや周期も異なるものとして打ち消し合わせることができ、等しい大きさの衝撃が周期的に作用することにより共振して振動が励起されるのを防ぐことができる。また、不等捩れ外周刃では弱捩れ刃部と強捩れ刃部とが軸線方向に交互に連続しているため、周方向に隣接する外周刃との間隔が小さくなりすぎるのを防いで切屑排出溝の大きさを確保し、良好な切屑排出性を得ることができる。

そして、さらにこの不等捩れ外周刃の外径ｄに対して等捩れ外周刃の外径Ｄが大きくされているので、被削材の加工面は最終的には大きな外径Ｄの等捩れ外周刃によって仕上げられることになる。しかるに、弱捩れ刃部と強捩れ刃部とが交互に連続して屈曲した形状をなす不等捩れ外周刃は、上述の通りその外径ｄが一定となるように形成するのは困難であるのに対し、捩れ角が一定の等捩れ外周刃は外径Ｄも高精度に一定となるように形成するのが容易であるので、そのような等捩れ外周刃によって被削材の仕上げ面が最終的に形成されることにより、仕上げ面精度の向上を図ることができる。

ただし、これら等捩れ外周刃の外径Ｄが不等捩れ外周刃の外径ｄよりも大きくなりすぎると、エンドミルの送り量によっては不等捩れ外周刃が被削材に切り込まれなくなって、等捩れ外周刃だけにより切削が行われることになり、振動の発生を防止することができなくなるおそれがあるとともに、等捩れ外周刃だけに切削負荷が作用することになって寿命を短縮する結果となる。このため、上記等捩れ外周刃の外径Ｄは、上記軸線に対する半径方向において０．０５ｍｍ以下の範囲で上記不等捩れ外周刃の外径ｄよりも大きくされているのが望ましい。

また、不等捩れによる振動抑制効果や、不等捩れ外周刃を弱捩れ刃部と強捩れ刃部によって構成することによる切屑排出性の向上は、等捩れ外周刃の外径Ｄに対する外周刃の軸線方向の長さＬの比Ｌ／Ｄが比較的大きいエンドミルほど顕著であるので、この比Ｌ／Ｄは２以上とされるのが望ましい。すなわち、この比Ｌ／Ｄが上記範囲よりも小さいと、精度良く形成するのが困難な弱捩れ刃部と強捩れ刃部によって構成された不等捩れ外周刃を用いずとも、隣接する外周刃の間隔が小さくなる部分が生じるのを防いで切屑排出性を確保することができるとともに、エンドミル本体自体の剛性が高いために振動の発生自体も抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、外周刃の被削材への食い付きによってエンドミル本体に等しい大きさの衝撃が周期的に作用することによる振動の発生を抑制することができるとともに、外周刃の周方向の間隔が小さくなりすぎる部分が生じるのを防いで良好な切屑排出性を確保することができ、そして外径Ｄを精度良く所定の大きさに形成することが可能な等捩れ外周刃によって最終的な仕上げ面が形成されるので、被削材の仕上げ面精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態を示す平面図である。図１に示す実施形態の側面図である。図１に示す実施形態の正面図である。図１に示す実施形態の外周刃の展開図である。

図１ないし図４は、本発明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を中心とした外形概略円柱状に形成され、その後端側部分（図１および図２において右側部分）がシャンク部２とされるとともに、先端側部分（図１および図２において左側部分）は切刃部３とされ、シャンク部２が工作機械の主軸側に把持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ、該軸線Ｏに交差する方向に送り出されて、被削材に溝加工や肩削り加工を施す。

ここで、上記切刃部３には、エンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回り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おり、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側縁部に、この壁面をすくい面とする外周刃が形成されている。なお、本実施形態では、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる４条の切屑排出溝４が形成されており、従って外周刃も軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れるようにして、周方向に間隔をあけて４条形成される。

これらの外周刃は、上記軸線Ｏに対する捩れ角θが軸線Ｏ方向に亙って一定とされた等捩れ外周刃５と、この等捩れ外周刃５の捩れ角θよりも小さな捩れ角αの弱捩れ刃部６ａと捩れ角θよりも大きな捩れ角βの強捩れ刃部６ｂとが軸線Ｏ方向に交互に連続した不等捩れ外周刃６とにより構成されている。本実施形態では、例えば捩れ角θが３０°であるのに対して、捩れ角αは２０°、捩れ角βは４０°とされ、それぞれ２条ずつの等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６とが周方向に交互に、かつ軸線Ｏ回りに１８０°回転対称に形成されている。

従って、不等捩れ外周刃６同士では、軸線Ｏ方向後端側に向けて弱捩れ刃部６ａから強捩れ刃部６ｂに連続する山部と強捩れ刃部６ｂから弱捩れ刃部６ａに連続する谷部とは、それぞれ該軸線Ｏ方向に互いに等しい位置にあって、これら山谷の位相が一致させられている。なお、これら弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂとが交差する部分は、それぞれ凹凸曲線によって滑らかに連続させられている。また、これら弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂとは、互いの捩れ角α、βの平均の捩れ角（α＋β）／２に沿った方向に等しい長さとされている。

そして、これらの外周刃のうち、図２に示す等捩れ外周刃５の外径Ｄが不等捩れ外周刃６の外径ｄよりも大きくされている。ここで、これら等捩れ外周刃５の外径Ｄと不等捩れ外周刃６の外径ｄとの差は、上記軸線Ｏに対する半径方向の差（Ｄ−ｄ）／２として０．０５ｍｍ以下とされるのが望ましい。また、このうち等捩れ外周刃５の外径Ｄに対する外周刃の軸線Ｏ方向の長さ（外周刃の有効長さ）Ｌの比Ｌ／Ｄは、２以上とされるのが望ましい。

なお、本実施形態では、切屑排出溝４の上記エンドミル回転方向Ｔを向く壁面に先端部にギャッシュ７が形成されていて、このギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端側縁部に、各外周刃の先端から内周側に延びる底刃８が形成されている。ここで、これらの底刃８は、本実施形態では外周刃が軸線Ｏ回りになす円筒状の回転軌跡に略垂直または垂直より僅かに鋭角に交差して内周側（軸線Ｏ側）に直線状に延びるように形成されていて、これにより本実施形態はスクエアエンドミルの構成とされている。

また、これらの底刃８のうち、上記不等捩れ外周刃６の先端に交差する底刃８は内周側に向けて軸線Ｏの近傍にまで延びているのに対し、等捩れ外周刃５の先端に交差する底刃８はこれよりも外周側に離れた位置までに形成されている。さらに、不等捩れ外周刃６に交差する底刃８からエンドミル回転方向Ｔに向けて隣接する等捩れ外周刃５に交差する底刃８までの周方向の間隔は、等捩れ外周刃５に交差する底刃８からエンドミル回転方向Ｔに向けて隣接する不等捩れ外周刃６に交差する底刃８までの間隔よりも僅かに小さくされている。

このように構成されたエンドミルでは、まず外周刃のうちの不等捩れ外周刃６が、等捩れ外周刃５と異なる捩れ角の弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂとが交互に連続して形成されているので、等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６の弱捩れ刃部６ａおよび強捩れ刃部６ｂが被削材に食い付く際の衝撃や食い付きの周期が異なるものとなって互いに打ち消し合い、これによりエンドミル本体１に振動が発生するのを抑制することができる。その一方で、不等捩れ外周刃６においてはこうして弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂとが交互に連続しているため、周方向に隣接する等捩れ外周刃５との間隔が部分的に小さくなりすぎることがなく、このため切屑排出溝４に必要な断面積を確保して良好な切屑排出性を維持することができる。

そして、さらに上記構成のエンドミルでは、等捩れ外周刃５の外径Ｄが上記不等捩れ外周刃６の外径ｄより大きくされているので、被削材の加工面は最終的にこの等捩れ外周刃５によって切削されて仕上げられることになる。しかるに、弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂとが連続して上述のように山谷を有する不等捩れ外周刃６では、その外径ｄを軸線Ｏ方向に亙って均一に形成することが難しいのに対し、等捩れ外周刃５では比較的容易に、しかしながら正確に一定の外径Ｄとすることができるので、これにより加工面の仕上げ面精度の向上を図ることができる。

なお、このように仕上げ面精度の向上を図るには、等捩れ外周刃５の外径Ｄと不等捩れ外周刃６の外径ｄとの差は大きい方が効果的であるが、この差が大きすぎるとエンドミルの送り量によっては不等捩れ外周刃６が切削に関与することが無くなって等捩れ外周刃５のみによる切削となってしまい、該不等捩れ外周刃５への負担が大きくなってエンドミル寿命の短縮を招くのは勿論、被削材への食い付きにより周期的に等しい大きさの衝撃が作用することになって、振動の発生を防止することもできなくなる。このため、これら外径Ｄ、ｄの差は、上述のように軸線Ｏに対する半径方向の差（Ｄ−ｄ）／２として０．０５ｍｍ以下とされるのが望ましい。

ただし、これら外径Ｄ、ｄの差が小さすぎると、振動の防止や外周刃への負担の均一化の面からは有利ではあるが、上述のように不等捩れ外周刃６の外径ｄを一定に形成するのが困難であることから、この不等捩れ外周刃６の外径ｄが等捩れ外周刃５の外径Ｄを越えないようにエンドミルを製造するのに多大な時間と労力、コストを要することになる。このため、上記外径Ｄ、ｄの差は、やはり軸線Ｏに対する半径方向の差（Ｄ−ｄ）／２として０．００５ｍｍ以上とされるのが望ましい。なお、このように不等捩れ外周刃６ではその外径ｄに誤差が生じやすいので、等捩れ外周刃５の外径Ｄと比較する外径ｄは不等捩れ外周刃６のうち最大外径の部分とすればよい。

また、このように外周刃を等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６とによって構成することによる振動の抑制効果や、このうち不等捩れ外周刃６を弱捩れ刃部６ａと強捩れ刃部６ｂによって構成することによる切屑排出性の向上は、エンドミル本体１の剛性が確保し難くて振動が発生し易く、また切屑排出性も損なわれがちな、外径Ｄに対する外周刃の軸線Ｏ方向長さＬの比Ｌ／Ｄが大きなエンドミルにおいて、より顕著に奏することができる。このため、上記の構成は、本実施形態のように比Ｌ／Ｄが２以上のエンドミルに適用して、より効果的である。

ただし、この比Ｌ／Ｄについても、これがあまりに大きすぎると、外周刃を等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６とによって構成することだけでは確実に振動を防止することができなくなるおそれがある。このため、上記比Ｌ／Ｄは５以下であることが望ましい。

なお、本実施形態では、等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６とが周方向に交互に並んだ４枚刃の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、本発明は、２枚刃以上であれば任意の刃数のエンドミルに適用可能である。ただし、各外周刃への負荷をできるだけ均一にするために、本実施形態のように刃数を偶数として等捩れ外周刃５と不等捩れ外周刃６とを交互に並べるのが望ましい。

また、本実施形態では、本発明をスクエアタイプのエンドミルに適用した場合について説明したが、例えば外周刃と底刃のコーナ部に１／４円弧状のコーナ刃が形成されたラジアスエンドミルや、底刃の軸線回りの回転軌跡が半球状とされたボールエンドミルに本発明を適用することも勿論可能である。

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等捩れ外周刃
６不等捩れ外周刃
６ａ弱捩れ刃部
６ｂ強捩れ刃部
７ギャッシュ
８底刃
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
Ｄ等捩れ外周刃５の外径
ｄ不等捩れ外周刃６の外径
Ｌ外周刃の軸線方向の長さ

Claims

軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、上記軸線方向後端側に向かうに従い該軸線回りの同じ方向に捩れる複数の外周刃が形成されていて、これらの外周刃は、上記軸線に対する捩れ角が一定とされた等捩れ外周刃と、この等捩れ外周刃の捩れ角よりも小さな捩れ角の弱捩れ刃部と大きな捩れ角の強捩れ刃部とが該軸線方向に交互に連続した不等捩れ外周刃とにより構成されており、このうち上記等捩れ外周刃の外径Ｄが、上記不等捩れ外周刃の外径ｄよりも大きくされていることを特徴とするエンドミル。
上記等捩れ外周刃の外径Ｄが、上記軸線に対する半径方向において０．０５ｍｍ以下の範囲で上記不等捩れ外周刃の外径ｄよりも大きくされていることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
上記等捩れ外周刃の外径Ｄに対する上記外周刃の上記軸線方向の長さＬの比Ｌ／Ｄが２以上とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンドミル。