JP5447021B2

JP5447021B2 - ボールエンドミル

Info

Publication number: JP5447021B2
Application number: JP2010053625A
Authority: JP
Inventors: 洋光田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: JP2011183532A

Description

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に、この軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する半球状をなす６枚のボール刃が形成された６枚刃のボールエンドミルに関するものである。

この種の６枚刃のボールエンドミルとして、特許文献１には、ボール刃のノーズ部分に、２枚のボール刃に連続して回転中心に至る略直線状の底刃を設け、かつ該ノーズ部分で底刃を欠いた切れ刃を４枚設けたものが提案されている。また、特許文献２にも、６枚のボール刃のうち軸線を挟んで対向して位置する一対のボール刃がエンドミル本体の先端近傍に存在し、他の４枚のボール刃は先端近傍に近づく前に切り上げられたものが提案されている。

特開平１０−１５１５１１号公報特許第３５８１１１５号公報

ところが、このように６枚のボール刃のうち２枚のボール刃だけをエンドミル本体先端の軸線上に位置する回転中心で連続するように長く延びる長ボール刃とし、残りの４枚のボール刃を先端近傍に近づく前に短く切り上げて短ボール刃とした場合、２枚の長ボール刃同士を軸線上で突き合わせるように形成することは比較的容易となるものの、上記先端近傍ではこれよりも外周側に比べて切刃の数が少なくなりすぎて、高送り加工などでは加工面の精度が損なわれたり、切刃への負荷が大きくなりすぎたりするおそれがある。

その一方で、６枚のボール刃すべてを長ボール刃としてエンドミル本体先端の軸線上に突き合わせるのは、このエンドミル本体先端近傍ではボール刃同士の周方向の間隔が小さくなるため、容易ではない。また、こうして６枚のボール刃すべてが軸線上に突き合わせられていると、切屑を排出するためのポケットとなるギャッシュの大きさも先端近傍で小さくなりすぎてしまうため、切屑の生成量自体は少なくても切屑詰まりを生じるおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、エンドミル本体先端近傍における切刃の形成の容易さや良好な切屑排出性は維持しつつ、高送り加工でも加工精度や切刃寿命の向上を図ることが可能な６枚刃のボール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に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する半球状をなす６枚のボール刃が周方向に間隔をあけて形成されており、これら６枚のボール刃のうち周方向に１つおきの３枚のボール刃は、上記エンドミル本体先端の上記軸線上に交差させられた長ボール刃とされるとともに、残りの３枚のボール刃は、上記軸線から離れた位置に内周端を有する短ボール刃とされていることを特徴とする。

このように構成された６枚刃のボールエンドミルでは、６枚のボール刃のうち周方向に１つおきの３枚が長ボール刃とされてエンドミル本体先端の軸線上に交差して突き合わせられるようにされているので、６枚のボール刃すべてを突き合わせるのに比べてボール刃同士の周方向の間隔を確保して形成を容易にすることができる。また、残りの３枚のボール刃が軸線から離れた位置に内周端を有する短ボール刃とされているため、この短ボール刃の内周端と軸線との間の空間によって切屑排出ポケットの容量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、このように３枚のボール刃が長ボール刃とされてエンドミル本体先端の軸線上に交差させられることにより、２枚のボール刃を長ボール刃としたものに比べては、高送り加工などでも１刃当たりの送りは小さく抑えられるので、切刃への負担を軽減してその寿命を延長することができるとともに、加工面精度も向上させることが可能となる。さらに、これら３つの長ボール刃が周方向に等間隔に配置されていれば、エンドミル本体先端を用いた浅溝加工などを行う場合に、少なくとも１つの長ボール刃は常に被削材に食い付いた状態となるので、良好な切削バランスを維持することもできる。

ここで、上記ボール刃は、一般的にエンドミル本体の先端部に設けられたギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の外周縁部に形成されるが、このとき、上記長ボール刃が形成されるギャッシュのエンドミル回転方向を向く上記壁面とエンドミル回転方向後方側を向く壁面との交差稜線に直交する断面におけるこれら２つの壁面の開き角が大きすぎると、このギャッシュのエンドミル回転方向側に隣接する短ボール刃の内周端の位置をより軸線から離れた位置としなければならなくなって、エンドミル本体先端の長ボール刃への負担が大きくなりすぎるおそれがある。その一方で、このギャッシュの２つの壁面の開き角が小さすぎると、切屑排出のポケット容量も小さくなって切屑詰まりを招くおそれが生じるので、上記開き角は８０°〜１００°の範囲内とされるのが望ましい。

また、このようにボール刃がギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の外周縁部に形成されている場合に、長ボール刃が形成されるギャッシュのエンドミル回転方向を向く上記壁面とエンドミル回転方向後方側を向く壁面との交差稜線が上記軸線との交点において該軸線に直交する平面に対してなすギャッシュ角（底刃ギャッシュ角）が小さすぎると、やはり切屑排出のポケット容量が小さくなって詰まりを生じるおそれがある一方、このギャッシュ角が大きすぎると、エンドミル本体先端の軸線周辺部分の肉厚が削がれて破損を招きやすくなるおそれがある。このため、このギャッシュ角は４０°〜６０°の範囲内とされるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、エンドミル本体先端の軸線上に突き合わされる長ボール刃の形成を容易にすることができるとともに、切屑を排出するためのポケット容量を確保して切屑詰まりの発生を防止しつつ、従来の６枚刃ボールエンドミルに比べて加工面精度の向上と切刃寿命の延長を図ることができ、円滑かつ安定した切削を長期に亙って行うことが可能となる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態の先端部の拡大側面図である。図１に示す実施形態の先端部の拡大平面図である。図１に示す実施形態を軸線方向先端側から見た拡大正面図である。

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形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その後端側部分（図１において右側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部は切刃部３とされる。このようなボールエンドミルは、上記シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて軸線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、上記切刃部３により例えば金型等の曲面を切削加工したりするのに用いられる。

この切刃部３においては、その後端側の外周部に、周方向に間隔をあけて６条の切屑排出溝４が軸線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辺稜部には、この壁面をすくい面とする外周刃５がそれぞれ形成されている。これらの外周刃５は、軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏを中心とした１つの円筒面をなすようにされており、ただし切屑排出溝４が捩れるのに伴う外周刃５の捩れ角は、周方向に１つおきの外周刃５ごとに互いに等しく、かつ周方向に隣接する外周刃５同士では互いに異なる大きさとされている。

一方、切刃部３の先端部、すなわちエンドミル本体１の先端部においては、上記切屑排出溝４の先端部を先端側に向かうに従い内周側に向けてさらに切り欠くようにしてギャッシュ６が形成されており、このギャッシュ６のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面６ａの外周縁部には、上記外周刃５の先端に連なって先端側に向かうに従い凸曲しつつ内周側に向かうボール刃７がそれぞれ形成されている。これらのボール刃７は、その軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏ上に中心を有して先端側に凸となる１つの半球をなすようにされていて、この半球の半径は上記外周刃５の回転軌跡がなす円筒面の半径と等しくされる。

そして、これら６枚のボール刃７のうち、周方向に１つおきの３枚のボール刃７は、外周刃５の先端からエンドミル本体１先端の軸線Ｏ上に達するまで延びて、この軸線Ｏ上で互いに交差させられた長ボール刃７Ａとされるとともに、残りの３枚のボール刃７は、これら長ボール刃７Ａよりも軸線Ｏから離れた位置に内周端Ｐを有する短ボール刃７Ｂとされている。

ここで、本実施形態では、長ボール刃７Ａのエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる先端逃げ面８Ａが、外周刃５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる外周逃げ面からエンドミル本体１の先端内周側に延びて上記軸線Ｏ上に達することにより、３枚の長ボール刃７Ａも軸線Ｏ上で交差させられている。なお、これら長ボール刃７Ａの３つの先端逃げ面８Ａと３つのギャッシュ６Ａとは、軸線Ｏ方向先端視において図４に示すようにエンドミル本体１先端の該軸線Ｏ周辺を周方向に等分するように、それぞれ軸線Ｏを中心とした１２０°ずつの挟角をなすようにされている。

これに対して、短ボール刃７Ｂに連なる先端逃げ面８Ｂは、外周逃げ面から先端内周側に延びる途中で、軸線Ｏに垂直な方向またはこれよりも内周側に向かうに従い僅かに先端側に向かう方向に延びる切欠面８Ｃによって切り欠かれていて、この切欠面８Ｃと先端逃げ面６Ｂとギャッシュ６Ｂのエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面との交点に位置することにより、短ボール刃７Ｂの内周端Ｐは軸線Ｏから離れて配置される。

なお、この切欠面８Ｃは当該短ボール刃７Ｂのエンドミル回転方向Ｔ側に位置する長ボール刃７Ａの上記先端逃げ面８Ａに交差させられるとともに、この切欠面８Ｃによって当該短ボール刃７Ｂのギャッシュ６Ｂとそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する長ボール刃７Ａのギャッシュ６Ａとは、上記３つの先端逃げ面８Ａと３つのギャッシュ６Ａとにより等分されるエンドミル本体１先端の上記軸線Ｏ周辺よりも外周側で、互いに連通するようにされる。

また、これらのボール刃７も、軸線Ｏ方向後端外周側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔの後方側に僅かに捩れるように形成されているが、その捩れ角は長短ボール刃７Ａ、７Ｂで互いに等しくされている。なお、本実施形態では、捩れ角の小さな外周刃５の先端に長ボール刃７Ａが、捩れ角の大きな外周刃５の先端に短ボール刃７Ｂがそれぞれ連なるようにされている。

一方、ギャッシュ６は通常、円錐台状をなす研削砥石をその中心線回りに回転させつつ、ボール刃７の上記捩れ角に沿ってエンドミル本体１先端部の後端外周側と先端内周側との間で送りを与えることで、この砥石の円錐面とこれに鋭角に交差する円板面とに形成された砥粒層により、上記エンドミル回転方向Ｔを向く壁面６ａとこれに対向してエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面６ｂとを研削して切屑排出溝４の先端部に形成される。

そして、こうして形成されるギャッシュ６のうち、少なくともその外周縁部に上記長ボール刃７Ａが形成されるギャッシュ６Ａにおいては、上記エンドミル回転方向Ｔを向く壁面６ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面６ｂとの交差稜線Ｌに直交する断面におけるこれら２つの壁面６ａ、６ｂの開き角が、本実施形態では８０°〜１００°の範囲内となるようにされている。

また、同じく少なくとも長ボール刃７Ａのギャッシュ６Ａにおいては、図２に示すようにエンドミル回転方向を向く壁面６ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面６ｂとの上記交差稜線Ｌが上記軸線Ｏとの交点において該軸線Ｏに直交する平面Ｑに対してなすギャッシュ角θが、４０°〜６０°の範囲内となるようにされている。なお、短ボール刃７Ｂのギャッシュ６Ｂの開き角やギャッシュ角は、長ボール刃７Ａのギャッシュ６Ａの開き角やギャッシュ角θに応じて、これより大きくされていたり、小さくされていたり、等しくされていたりしてもよい。

このような構成の６枚刃ボールエンドミルでは、まず６枚のボール刃７のうち周方向に１つおきの３枚のボール刃７が長ボール刃７Ａとされていて、これらの長ボール刃７Ａがエンドミル本体１先端の軸線Ｏ上で交差させられる一方で、残りの３枚のボール刃７は軸線Ｏに至る手前に内周端Ｐが位置する短ボール刃７Ｂとされているので、これら６枚のボール刃７をすべて軸線Ｏ上に交差させるのに比べ、上述のような研削砥石でギャッシュ６を研削してボール刃７を形成する際に、特にボール刃７間の周方向の間隔が小さくなるエンドミル本体１先端の軸線Ｏ周辺において、確実かつ容易にこれら長ボール刃７Ａを互いに突き合わせて交差させることができるとともに、その交点も軸線Ｏ上に高精度に位置させることができる。

また、こうして軸線Ｏに交差することのない短ボール刃７Ｂの内周端Ｐより内周側は、本実施形態では切欠面８Ｃによって長ボール刃７Ａの回転軌跡がなす半球よりも後退するようにされており、これによって長ボール刃７Ａのエンドミル回転方向Ｔ側には、該長ボール刃７Ａの回転軌跡がなす半球、すなわち長ボール刃７Ａによる加工面に対して後退した空間が形成されることになる。従って、この空間により、長ボール刃７Ａの特に軸線Ｏ周辺部分により生成された切屑を排出するポケットの容量を大きく確保することができ、該空間を介して円滑かつ良好な切屑排出を促して切屑詰まりの発生を防止することが可能となる。

その一方で、上述のように３枚の長ボール刃７Ａがエンドミル本体１先端の回転中心にまで延びて軸線Ｏ上で交差させられることにより、この軸線Ｏ周辺の回転中心近傍では、特許文献１、２に記載された２枚のボール刃を突き合わせたボールエンドミルに比べ、刃数を１．５倍として切刃の負荷は２／３に軽減することができる。このため、長ボール刃７Ａの軸線Ｏ周辺を用いた高送り加工などにおいても切刃寿命の延長を図ることができ、長期に亙って安定的な切削を促すことができる。また、こうして軸線Ｏ周辺に延在する長ボール刃７Ａの刃数が増やされることにより、高送り加工の場合などでも被削材に形成される加工面の精度の向上を図ることもできる。

特に、本実施形態では、これら３枚の長ボール刃７Ａが周方向に等間隔に配設されているので切削のバランスが良く、例えばこれらの長ボール刃７Ａの軸線Ｏ周辺部分のみを用いて被削材に浅溝を切削加工するような場合でも、３枚の長ボール刃７Ａのうち少なくとも１つは常に被削材に食い付いた状態となるので、一層安定した切削を行うことが可能となる。勿論、短ボール刃７Ｂの上記内周端Ｐより後端側の部分も使用する切削加工では、６枚のボール刃７すべてによって切削が行われるので、高送り加工の際の切刃への負荷を一層軽減することができる。

また、本実施形態では、長ボール刃７Ａが形成されるギャッシュ６Ａのエンドミル回転方向Ｔを向く壁面６ａとエンドミル回転方向Ｔの後方側を向く壁面６ｂとの交差稜線Ｌに直交する断面においてこれら２つの壁面６ａ、６ｂがなす開き角が８０°〜１００°の範囲内とされており、これにより、一層確実に良好な切屑排出性を維持するとともに長ボール刃７Ａのエンドミル本体１先端における寿命の延長を図ることができる。

すなわち、この開き角が上記範囲よりも小さいと、ギャッシュ６Ａのポケット容量が小さくなって切屑排出性が損なわれるおそれがある。その一方で、開き角が上記範囲よりも大きいと、このギャッシュ６Ａのエンドミル回転方向Ｔ側に隣接する短ボール刃７Ｂのギャッシュ６Ｂとの間のエンドミル本体１の肉厚が小さくなるため、切欠面８Ｃをさらに後退させるなどしなければならなくなり、これに伴って短ボール刃７Ｂの内周端Ｐはより軸線Ｏから離れた位置となるため、エンドミル本体１先端で長ボール刃７Ａのみによって切削が行われる範囲が大きくなりすぎて、その寿命が短縮されるおそれが生じる。

さらに、本実施形態では、この長ボール刃７Ａが形成されるギャッシュ６Ａのギャッシュ角（底刃ギャッシュ角。ギャッシュノッチ角とも称する。）θ、すなわちこのギャッシュ６Ａのエンドミル回転方向Ｔを向く壁面６ａとエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面６ｂとの上記交差稜線Ｌが軸線Ｏとの交点において該軸線Ｏに直交する平面Ｑに対してなす角度が、４０°〜６０°の範囲内とされており、これによってもより確実に良好な切屑排出性を維持するとともに工具寿命の延長を図ることができる。

すなわち、このギャッシュ角θが上記範囲よりも小さいと、エンドミル本体１先端の軸線Ｏ周辺でギャッシュ６Ａが浅くなりすぎて、この部分で長ボール刃７Ａにより生成された切屑の排出性が損なわれるおそれがある。その一方で、ギャッシュ角θが上記範囲より大きいと、このエンドミル本体１先端の軸線Ｏ周辺が大きく切り欠かれすぎることになって強度が損なわれ、破損を生じ易くなってしまう。

なお、本実施形態では、外周刃５も６枚刃であって、高送り加工の際の負荷の軽減を図ることができる。しかも、これらの外周刃５は、捩れ角が互いに異なる大きさのものを含んで構成されているので、切削時の振動等を打ち消し合わせてビビリ振動などが励起されるのを防ぐことができる。

ただし、本実施形態ではこのように外周刃５を不等の捩れ角（不等リード）としているが、互いに等しい捩れ角（等リード）としてもよい。また、逆に、本実施形態ではボール刃７の捩れ角は互いに等しい捩れ角とされているが、これを外周刃５と同じように不等捩れ角としてもよく、また、捩れ角は互いに等しくしたまま、ボール刃７や外周刃５の周方向の間隔を不等間隔としてもよい。

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
６（６Ａ、６Ｂ）ギャッシュ
６ａギャッシュ６Ａのエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面
６ｂギャッシュ６Ａのエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面
７ボール刃
７Ａ長ボール刃
７Ｂ短ボール刃
８Ａ長ボール刃７Ａの先端逃げ面
８Ｂ短ボール刃７Ｂの先端逃げ面
８Ｃ切欠面
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
Ｐ短ボール刃７Ｂの内周端
Ｑ軸線Ｏに垂直な平面
Ｌギャッシュ６Ａの壁面６ａ、６ｂの交差稜線
θ ギャッシュ角

Claims

軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する半球状をなす６枚のボール刃が周方向に間隔をあけて形成されており、これら６枚のボール刃のうち周方向に１つおきの３枚のボール刃は、上記エンドミル本体先端の上記軸線上に交差させられた長ボール刃とされるとともに、残りの３枚のボール刃は、上記軸線から離れた位置に内周端を有する短ボール刃とされていることを特徴とするボールエンドミル。
上記ボール刃は、上記エンドミル本体の先端部に設けられたギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の外周縁部に形成されており、上記長ボール刃が形成されるギャッシュのエンドミル回転方向を向く上記壁面とエンドミル回転方向後方側を向く壁面との交差稜線に直交する断面におけるこれら２つの壁面の開き角が、８０°〜１００°の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載のボールエンドミル。
上記ボール刃は、上記エンドミル本体の先端部に設けられたギャッシュのエンドミル回転方向を向く壁面の外周縁部に形成されており、上記長ボール刃が形成されるギャッシュのエンドミル回転方向を向く上記壁面とエンドミル回転方向後方側を向く壁面との交差稜線が上記軸線との交点において該軸線に直交する平面に対してなすギャッシュ角が４０°〜６０°の範囲内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に記載のボールエンドミル。