JP5557825B2

JP5557825B2 - 切削工具

Info

Publication number: JP5557825B2
Application number: JP2011248566A
Authority: JP
Inventors: 浩一赤澤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-11-14
Also published as: JP2013103296A

Description

本発明は、工作物等を切削するための不等ピッチエンドミルまたは不等ピッチフライスなどの切削工具に関する。

エンドミルとして、従来当初にあっては、図３に示すように切れ刃１００の間隔を回転中心Ｏ回りに等しく設定した等ピッチエンドミルが知られている。この等ピッチエンドミルにおいては、エンドミルの回転中心Ｏ回りにおける切れ刃１００の間隔が等しいため、自励びびり振動が発生しやすかった。

そこで、自励びびり振動の発生を抑制すべく、図４に示すように、回転中心Ｏの回りにおける切れ刃１０１の間隔を不等分割した不等ピッチエンドミルが提案されている（例えば特許文献１等参照）。

特開２００６−１９８７６７

ところで、上記不等ピッチエンドミルは、自励振動の抑制には効果があるが、工具切れ刃の不等分割により発生する切削抵抗の増減により、新たな強制振動が発生する場合がある。これは、前記等ピッチエンドミルでは、図５に示すように、各切れ刃１００の切削により発生する切削抵抗は理論的には等しくなるが、切れ刃の間隔が異なる不等ピッチエンドミルでは、図６に示すように、間隔が広い切れ刃１０１（Ａ）の切削抵抗は増加し、逆に狭い切れ刃１０１（Ｂ）の抵抗は減少する。ここで、間隔が広い（または狭い）とは、互いに隣り合う２つの切れ刃における回転中心Ｏ回りの中心角θが広い（または狭い）ことを言い、間隔が広い（または狭い）切れ刃とは、その中心角θを規定する２つの切れ刃のうちの回転方向下流側の切れ刃のことを言う。

そして、この切削抵抗の差異は、新たな加振力となり、加工中に加工振動（強制びびり振動）を発生させることになる。

そこで、切削抵抗の差異を低減させる手法として、例えば特許文献１にあっては、中心角が大きい切れ刃のすくい角を、中心角が小さい切れ刃のすくい角に対して大きくすることにより、切削抵抗を減少させ、前記加工振動を低減させる手法を提案している。

しかしながら、この手法による場合には、工具に機械加工を施す必要があって簡便とは言い難く、より簡単な方式が望まれていた。

本発明では、このような問題点を解決するために、簡単な処理で切削抵抗を均一化させ得る切削工具を提供することを目的とする。

本願発明者は、種々検討を行うことにより、以下の知見を得た。即ち、切削抵抗とは、被削材が切れ刃によりせん断変形されて切り屑になるための抵抗力、および、切り屑と工具との間の摩擦抵抗の総和と考えられる。よって、摩擦抵抗の低減により切削抵抗が低減し、逆に摩擦抵抗の増加により切削抵抗が増加することになる。このことから、切削抵抗が大きい切れ刃に対して低摩擦係数のコーティング膜を形成することで、その切れ刃の切削抵抗を低減でき、一方、切削抵抗が小さい切れ刃に対して高摩擦係数のコーティング膜を形成することでその切れ刃の切削抵抗を増大化でき、結果として各切れ刃の切削抵抗を均一化することが可能になる。

本発明の切削工具は、かかる知見に基づいてなされたものであり、回転方向に互いに離れて３以上の切れ刃を有し、各切れ刃が、回転方向下流側に１つ先行する切れ刃との間の間隔を、互いに隣り合う任意の２つの切れ刃間で異ならせた状態で配設された切削工具であって、互いに隣り合う任意の２つの切れ刃であって、前記間隔が広い方の第１切れ刃と前記間隔が狭い方の第２切れ刃とにおいて、前記第１切れ刃は、工具本体の第１切れ刃本体部と、その第１切れ刃本体部を覆って形成された所定の摩擦係数の第１コーティング膜とを有し、一方、前記第２切れ刃は、工具本体の第２切れ刃本体部のみを有するか、または前記第２切れ刃本体部と、その第２切れ刃本体部を覆って形成され、前記第１コーティング膜よりも摩擦係数の大きい第２コーティング膜とを有する構成となっており、このような第１切れ刃及び第２切れ刃の構成が全部の切れ刃を対象として２つずつの切れ刃に対し適用されて、全部の切れ刃の切削抵抗が均一化されていることを特徴とする。

本発明による場合には、回転方向下流側に１つ先行する切れ刃との間の間隔が狭い方の第２切れ刃は、前記間隔が広い方の第１切れ刃よりも切削抵抗が小さいため、第２切れ刃には、第１切れ刃に対して形成される第１コーティング膜よりも摩擦係数の大きい第２コーティング膜が形成されるかまたはコーティング膜の形成が省略される。このような構成を、全部の切れ刃を対象として２つずつの切れ刃に対し適用することで、全部の切れ刃における切削抵抗が均一化される。そして、その切削抵抗の均一化を、コーティング膜の形成により行うので、簡単な処理で済む。

なお、第２切れ刃に対しコーティング膜の形成を省略しても、第１切れ刃及び第２切れ刃における切削抵抗が均一化されることは、以下のような場合が該当する。切削抵抗が大きい第１切れ刃に、第２切れ刃における摩擦係数よりも小さい摩擦係数の第２コーティング膜を形成したときには、切削抵抗が小さい第２切れ刃に対してコーティング膜の形成を省略しても、第１中心角と第２中心角とが異なることにより発生する切削抵抗の増減幅と同等であって増減を逆にする変化が生じることがあり、その場合には切削抵抗が小さい第２切れ刃に対してコーティング膜の形成を省略することが可能になる。

また、本発明の切削工具において、前記第１コーティング膜は、前記第１切れ刃本体部よりも摩擦係数が小さくなるようにしてもよい。このようにした場合には、切れ刃全体における摩擦係数を小さくした状態で、第１切れ刃及び第２切れ刃における切削抵抗が均一化される。

本発明による場合には、切削工具に設けられた全部の切れ刃における切削抵抗の均一化を、コーティング膜の形成により行うので、簡単な処理で済む。

本発明に係る切削工具の一例としての不等ピッチエンドミルを示す横端面図（ハッチングは省略）である。図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。従来の等ピッチエンドミルを示す横断面図である。従来の不等ピッチエンドミルを示す横断面図である。従来の等ピッチエンドミルによる場合における工具の回転角度（横軸）と切削抵抗（縦軸）との関係を示す図である。従来の不等ピッチエンドミルによる場合における工具の回転角度（横軸）と切削抵抗（縦軸）との関係を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。

図１は、本発明の一例である不等ピッチエンドミルを示す横端面図（ハッチングは省略）であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。なお、図１における横端面図とは、エンドミルの軸心を直角に横切る端面図である。

この不等ピッチエンドミル１は、ミル本体１ａの上に部分的に第１コーティング膜３ａおよび第２コーティング膜５ａが被覆された４枚刃であって、回転中心Ｏを挟んで一対の第１切れ刃３と、同じく回転中心Ｏを挟んで一対の第２切れ刃５とを有する。つまり、第１切れ刃３及び第２切れ刃５は、それぞれ複数設けられている。また、これら第１切れ刃３及び第２切れ刃５は、交互に配置されている。

ミル本体１ａとしては、例えば超硬合金（Ｋ種）が用いられている。第１切れ刃３は、ミル本体１ａの第１切れ刃本体部３ｂに第１コーティング膜３ａが被覆された構成であり、第２切れ刃５は、ミル本体１ａの第２切れ刃本体部５ｂに第２コーティング膜５ａが被覆された構成である。つまり、第１切れ刃３は、第１切れ刃本体部３ｂと第１コーティング膜３ａとで構成され、第２切れ刃５は第２切れ刃本体部５ｂと第２コーティング膜５ａとで構成される。

一方の第１切れ刃３は、回転方向Ａ下流側に１つ先行する一方の第２切れ刃５に対して第１中心角θ１で離れて後行し、この一方の第２切れ刃５は、同じく回転方向Ａ下流側に１つ先行する他方の第１切れ刃３に対して、第１中心角θ１とは異なる第２中心角θ２で離れて後行する。つまり、第１中心角θ１は、一方の第１切れ刃３と一方の第２切れ刃５との間隔を示し、第２中心角θ２は一方の第２切れ刃５と他方の第１切れ刃３との間隔を示す。なお、本実施例では、θ１は１００度に、θ２は８０度に設定されている。

このように第１中心角θ１と第２中心角θ２とが１００度と８０度の不等分割になっている場合、第１コーティング膜３ａの形成を省略した第１切れ刃本体部３ｂで生じる切削抵抗は、第２コーティング膜５ａの形成を省略した第２切れ刃本体部５ｂで生じる切削抵抗に対し、１００／８０＝１．２５倍になる。

このように第１切れ刃本体部３ｂと第２切れ刃本体部５ｂとにおいて切削抵抗に差が有ると、加工中に加工振動（強制びびり振動）が発生することになるので、第１切れ刃３の切削抵抗と第２切れ刃５の切削抵抗とを均一化すべく、本実施形態では、切削抵抗が高い第１切れ刃本体部３ｂに対して摩擦係数の低い第１コーティング膜３ａを形成し、一方切削抵抗が低い第２切れ刃本体部５ｂに対して第１コーティング膜３ａよりも摩擦係数が大きい第２コーティング膜５ａを形成している。

したがって、本実施形態による場合には、第１コーティング膜３ａが形成されている第１切れ刃３の切削抵抗を、第２コーティング膜５ａが形成されている第２切れ刃５の切削抵抗に対し、１／１．２５＝０．８倍に低減させることで、第１切れ刃３および第２切れ刃５における切削抵抗を均一化することが可能になる。このようなコーティング膜は機械加工に比べて簡単に形成できるので、簡単な処理で切削抵抗を均一化させ得る。

なお、本発明にあっては、用いるコーティング膜の素材の種類により、切削工具と被削材との摩擦係数を変化させることができる。例えば、コーティング膜が無い超硬工具により鋼やアルミ合金からなる被削材を切削するときの摩擦係数は、一般的に０．３程度〜０．５程度であるが、その摩擦係数を低くする場合には、その工具の切れ刃に、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）からなるコーティング膜を形成することにより、切れ刃の摩擦係数を０．１程度〜０．２程度まで低減することできる。また、０．２より大きい摩擦係数のコーティング膜を形成する場合は、摩擦係数が０．３程度のＣｒＮコーティング膜、摩擦係数が０．４程度のＴｉＣＮコーティング膜、摩擦係数が０．５程度のＴｉＡｌＮコーティング膜などを選択して用いることができる。

表１は、工具と被削材の摩擦係数と、切削抵抗（主分力、背分力及び切削合力）との関係を纏めた表であり、その解析条件を表２に示す。なお、主分力、背分力及び切削合力の単位は、［Ｎ］である。解析条件としては、切削速度が１００ｍ／ｍｉｎ、切込み量が０．１ｍｍ、切削幅が１ｍｍ、工具材料が超硬合金（Ｋ種）、工具すくい角が１０ｄｅｇ、工具逃げ角が１０ｄｅｇ、被削材種がアルミニウム合金（ＪＩＳＡ５０５２）であり、摩擦係数としては、上述したＤＬＣコーティング膜の０．１〜０．２、ＣｒＮコーティング膜の０．３、ＴｉＣＮコーティング膜の０．４、ＴｉＡｌＮコーティング膜の０．５を採用した。また、解析ソフトには、伊藤忠テクノソリューションズ製の切削シミュレーションソフト「ＡＤＶＡＮＴＥＤＧＥ２Ｄ」を使用した。

この表１より理解されるように、工具と被削材の摩擦係数の低下により切削抵抗の値が大きく低減している。

なお、上述した実施形態では、切削抵抗が高い第１切れ刃本体部３ｂに対して摩擦係数の低い第１コーティング膜３ａを形成し、一方切削抵抗が低い第２切れ刃本体部５ｂに対して第１コーティング膜３ａよりも摩擦係数が大きい第２コーティング膜５ａを形成したが、本発明はこれに限らず、切削抵抗が高い第１切れ刃本体部３ｂに対して摩擦係数の低い第１コーティング膜３ａを形成するものの、一方切削抵抗が低い第２切れ刃本体部５ｂに対しては第２コーティング膜５ａの形成を省略することができる場合がある。例えば、摩擦係数が０．５のミル本体１ａにおいて、中心角が大きいために切削抵抗の大きい切れ刃本体部に摩擦係数が０．２のＤＬＣコーティング膜を形成し、もともと切削抵抗の小さい（中心角が小さい）切れ刃本体部にはコーティングを施さないとき、ＤＬＣコーティング膜が形成された中心角が大きい切れ刃の切削合力は表１より５７．２［Ｎ］となり、一方のコーティングを施さない中心角が小さい切れ刃本体部の切削合力は、摩擦係数が０．５のときの７１．７［Ｎ］となるため、ＤＬＣコーティング膜が形成された中心角が大きい切れ刃の切削抵抗を５７．２／７１．７≒０．８倍に低減させることができ、つまり不等分割により切削抵抗が１．２５倍に増加しても、その増加分を逆に０．８倍に低減する変化が生じることがあり、その場合には切削抵抗が小さい第２切れ刃本体部に対してコーティング膜の形成を省略することが可能になる。

なお、上述した実施形態では、４枚刃の不等ピッチエンドミル１における第１中心角θ１を１００度に、第２中心角θ２を８０度に設定しているが、本発明はこれに限らず、第１中心角θ１を９０度よりも大きい任意の角度に、第２中心角θ２を９０度よりも小さい任意の角度に設定する場合にも同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では、４枚刃の不等ピッチエンドミルに適用しているが、本発明はこれに限らず、３枚刃や５枚刃、或いは６枚刃以上の不等ピッチエンドミルに対しても同様に適用することができる。

更に、本発明は、工具軸心の周りの周面と、工具の軸心方向の一端側の端面とに切れ刃が形成されている場合には、その両方を適用対象とすることが好ましい。

更にまた、上述した実施形態では、不等ピッチエンドミルに適用した例を説明しているが、本発明はこれに限らず、不等ピッチフライスなどの切削工具にも同様に適用することができる。

１不等ピッチエンドミル
１ａミル本体
３第１切れ刃
３ａ第１コーティング膜
３ｂ第１切れ刃本体部
５第２切れ刃
５ａ第２コーティング膜
５ｂ第２切れ刃本体部
Ａ回転方向
Ｏ回転中心
θ１第１中心角
θ２第２中心角

Claims

回転方向に互いに離れて３以上の切れ刃を有し、各切れ刃が、回転方向下流側に１つ先行する切れ刃との間の間隔を、互いに隣り合う任意の２つの切れ刃間で異ならせた状態で配設された切削工具であって、
互いに隣り合う任意の２つの切れ刃であって、前記間隔が広い方の第１切れ刃と前記間隔が狭い方の第２切れ刃とにおいて、前記第１切れ刃は、工具本体の第１切れ刃本体部と、その第１切れ刃本体部を覆って形成された所定の摩擦係数の第１コーティング膜とを有し、一方、前記第２切れ刃は、工具本体の第２切れ刃本体部のみを有するか、または前記第２切れ刃本体部と、その第２切れ刃本体部を覆って形成され、前記第１コーティング膜よりも摩擦係数の大きい第２コーティング膜とを有する構成となっており、
このような第１切れ刃及び第２切れ刃の構成が全部の切れ刃を対象として２つずつの切れ刃に対し適用されて、全部の切れ刃の切削抵抗が均一化されていることを特徴とする切削工具。
請求項１に記載の切削工具において、
前記第１コーティング膜は、前記第１切れ刃本体部よりも摩擦係数が小さいことを特徴とする切削工具。