JP5814611B2 - エンドミル - Google Patents
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Description
このような硬脆材等からなる被削材をエンドミルで切削加工する場合、粗仕上げ加工を行う際に深く切り込みが入らないので、薄い切り込みを行うことで加工していた。
この刃部はcBNまたはPCDの粉末を高温高圧の下で無垢の環状ボディーに焼結することで製造するか、或いは高温高圧の下でcBNまたはPCDの層を超硬合金である基板に結合してチップに切り出すことで製造している。
これによってろう付け接合部破断の危険を最小限にして低価格のエンドミルを製造できるとしている。
本発明によれば、工具本体の先端部が多角形断面形状を有し、その角部に外周刃が形成されており、しかも先端面の角部間に形成された凹溝で仕切られた角部を有する凸部の稜線に底刃を形成したから、先端面が逃げ面とされ、切削加工時に外周刃による被削材への切り込みは比較的浅くて底刃による切削が高精度で高い仕上げ加工を行え、しかも外周刃と底刃の剛性と強度が高いので刃先の欠損や摩耗を防止して長寿命になる。
なお、工具本体の先端部は4角以上の多角形であることが好ましい。
直刃すなわちネジレ角0°から回転方向前方に捩れていることにより、例えば、溝切削の場合、被削材上面と加工された側面の稜線において、バリや微小欠けを抑制することができる。ネジレ角が−60°を越えるとその効果が得られない。
また、工具本体の先端面の最大外径をDとして、底面は角部の外周刃と該外周刃に対向する中心側の角部との距離を底刃の長さLとして、該長さLがD>0.75mmの場合に0.05D〜0.30Dに設定され、D≦0.75の場合には0.10D〜0.30Dに設定されていることが好ましい。
底面の長さLを上述の条件下で0.05D〜0.30Dまたは0.1D〜0.35Dの範囲に設定したから、底刃の寿命が長く欠損し難い上に、切削抵抗を比較的小さく抑えて切削による加工面の仕上げ精度が高い。これに対し、底刃長さLが0.05Dまたは0.10Dより小さいと工具摩耗による工具寿命が著しく低下し、底刃の欠損を生じるおそれがあり、底刃長さLが0.30Dより大きいと切削抵抗が増加して加工面の劣化を招くおそれがある。
凹溝が略矩形状または略V字状であれば、底刃の刃先角を大きく設定できて刃先強度を確保すると共に切削して生成した切屑をスムーズに排出できて切屑詰まりを生じない。
上記のように傾斜角度aの範囲を設定することで底刃の刃先強度と工具剛性と加工面の仕上げ精度とのバランスを確保して切屑詰まりを防いで切屑排出性を確保できる。
上記のように傾斜角度bの範囲を設定することで底刃を有する凸部を含む工具剛性を確保して切屑詰まりを防いで切屑排出性を確保できる。
凹溝の深さcがこの範囲であれば切屑排出性と工具剛性を確保できて切屑詰まりによる工具本体の欠損を防止できる。
この場合、外周刃の切り込み切削性を確保できると共に工具剛性と切刃寿命を長く維持できる。
しかも、丸ランドまたはフラット面の幅は0.005〜0.05mmの範囲に設定されていることが好ましく、これらの範囲であれば、上述した特性を確実に確保できる。
このような材質で工具本体を形成することで、工具剛性と被削材に対する浅い切り込み深さによる仕上げ面の加工精度を高く維持できる。
しかも、硬質皮膜はダイヤモンドコーティング、チタンアルミコーティングを施してなることが更に好ましい。また、ダイヤモンド電着を施すようにしてもよい。
工具本体の先端部に形成した刃部に上述した硬質皮膜を形成することで工具の底刃と外周刃の切れ味と切刃寿命を長く確保できて仕上げ加工精度を向上できる。
また、工具本体の先端面を底刃の逃げ面としたから、底刃の刃先角と刃先強度が大きく底刃による切削加工時に逃げ面で加工面を擦過して仕上がり精度が高くなり、しかも底刃で加工面を切削した薄い切屑は凹溝内を走行して基端側に排出される。そのため、被削材が硬脆材や高硬度鋼材等であっても比較的浅い切り込み加工で高精度な仕上げ加工を行えて長寿命を得られる。
図1及び図2において、本実施形態によるエンドミル1は、工具本体2の先端部が例えば断面略六角形、ここでは正六角形をなしていて、基端側より先端側に一段拡径されてなる刃部3を有している。
この工具本体2は、例えば超硬合金、cBN焼結体、ダイヤモンド焼結体(PCD)等からなる材質とされている。例えば、工具本体2として超硬合金を用いた場合はソリッドであり、cBN焼結体やダイヤモンド焼結体等を用いた場合には、刃部3と拡径前の小径部分までを上記材質で形成して超硬合金基材に一体焼結したものを工具本体2にろう付けしている。
工具本体2はその中心の回転軸線O回りに回転可能とされている。
外周刃6は回転軸線Oと略平行なストレート刃とされているが、これに代えてバックテーパ形状の切刃とされていてもよい。
そして、工具本体2の先端面7において、隣接する2つの角部に形成した外周刃6、6の中間には対向する稜辺同士を連通して回転軸線Oを通過する凹溝8がそれぞれ形成されている。図1に示すように、先端面7は正六角形であるから凹溝8は60°間隔で3本形成されている。
ここで、刃部3の先端面7は回転軸線Oを中心とする回転対称とされている。
底刃13の長さLを上述の範囲に設定することで、底刃13の寿命が長く欠損し難い上に、切削抵抗を比較的小さく抑えて切削による加工面の仕上げ精度が高い。
底刃13の底面14は平坦面であり、好ましくは回転軸線Oに直交する平坦面を形成する。底面14は切削加工時に摩耗による平坦面の後退及び加工面の性状に大きく関係するものであり、平坦面とすることで切削時の摩耗を抑制できる。しかも底刃長さLを0.05D〜0.30Dまたは0.1D〜0.30Dの範囲に設定することで加工面に良好な仕上げ面が得られる。
なお、上述した底刃長さLの範囲に関し、外径D=0.75mmを境界としたのは、外径Dが0.75mmより大きい場合、底刃長さLの下限値L=0.05Dの場合であっても外径Dがある程度大きいために凸部9の剛性は確保されるためである。一方、外径Dが0.75mm以下の場合には、Dが比較的小さくなるため底刃長さL=0.05Dでは底刃長さLが極微小になるため、底刃長さL=0.10D以上とした。
なお、底面14と外周面4との交差稜線で形成された底刃13の副底刃12は外周面4をすくい面とし底面14を逃げ面とし、回転切削によって生成される切屑は外周面4を走行して工具本体2の基端側に排出される。
他方、傾斜角度aが0°より大きいと切れ味は向上するが切刃剛性が著しく低下し、欠損を生じるおそれがあり、また傾斜角度aが−80°より大きな負角になると凹溝8で形成する切屑ポケットが極端に小さくなり、切屑詰まりによって欠損を生じるおそれがある。
好ましくは傾斜角度a=−5°〜−60°の範囲に設定され、更に好ましくは傾斜角度a=−10°〜−45°の範囲に設定される。傾斜角度aが−10°〜−45°の範囲であれば工具剛性が高く切屑の排出性も良いため最も良好な結果が得られる。
他方、傾斜角度bが0°より小さいと工具剛性が著しく低下し、欠損を生じるおそれがあり、また傾斜角度bが80°より大きい正角であると凹溝8で形成する切屑ポケットが極端に小さくなり、切屑詰まりによって欠損を生じるおそれがある。
好ましくは傾斜角度b=5°〜60°の範囲に設定され、更に好ましくは傾斜角度b=10°〜45°の範囲に設定される。傾斜角度bが10°〜45°の範囲であれば工具剛性が高く切屑の排出性も良いため最も良好な結果が得られる。
他方、底部18の深さcが0.01Dより小さいと切屑ポケットが極端に浅くなり切屑詰まりによる欠損を生じるおそれがあり、また、0.20Dより大きいと工具剛性が著しく低下して欠損を生じるおそれがある。
好ましくは底部18の深さc=0.05D〜0.15Dの範囲に設定される。底部18の深さcが0.05D〜0.15Dの範囲であればより工具剛性が高く切屑排出性も良いため最も良好な結果が得られる。
例えば、図3は刃部3の凸部9に被覆された硬質皮膜20の要部拡大断面図を示している。図3において、硬質皮膜20として、刃部3の凸部9の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされている。
また、図3に示す硬質皮膜20に代えて、図4に示すようにエンドミル1の超硬合金製の刃部3にダイヤモンド電着が施されていてもよい。この場合、刃部3の表面に被覆形成された電着基層21に微細なダイヤモンド粒子22が固着されている。
或いは図5(b)に示すように、外周刃6に平面状の面取りを形成してフラット面24を形成してもよい。この場合、フラット面24は工具本体2の回転軸線Oから対向する角部の頂点までを結ぶ半径線または対角線に略直交する平面であることが好ましい。
これらの場合には丸ランド23やフラット面24を形成しないピン角の外周刃6と比較して切れ味は劣るが、切刃強度が増大し、耐久性が向上する。
外周刃6の丸ランド23やフラット面24はその幅t=0.005〜0.05mmの範囲で設定されることが好ましい。幅tが0.005mmより小さいと刃先強度向上という顕著な効果が得られず、0.05mmを超えると外周刃6の切れ味が著しく低下して異常摩耗を生じるおそれがある。
本実施形態によるエンドミル1を用いて、超硬合金、セラミックス、ガラス等の硬脆材や高硬度鋼材からなる被削材に切り込んで横送り加工する。切り込みに際して、被削材が硬脆材であるために例えば0.5〜1.0μm程度の薄い切り込みをして横送りする。すると、エンドミル1の外周刃6によって浅く切り込んで肩削り加工を行うことができる。外周刃6で切削された薄層の切屑は、外周刃6の回転方向前方に隣接する外周刃6の外周面4の逃げ面に送られて排出される。
しかも、底刃13の逃げ面は凸部9の底面14であり、回転軸線Oに直交する平面であるから加工面を擦過して仕上げ面精度を向上させて高精度に仕上げ加工する。このとき、底刃13が例えば0.5〜1.0μm等の微細な粒径のダイヤモンドを焼結したダイヤモンド焼結体や上述した他の材質である場合、被削材が硬脆材や高硬度鋼材であっても、1nmまたは2nm程度のナノメータサイズの加工精度で仕上げ加工が行われる。
また、底刃13が主底刃11と副底刃12が屈曲して形成されているために切削抵抗が小さく、この点からも横送り方向の加工面の面粗さが小さい。
次に本発明の第二実施形態によるエンドミルについて図6及び図7により説明するが、上述した第一の実施形態によるエンドミル1と同一または同様な構成については同一の符号を用いて説明を省略する。
本第二実施形態によるエンドミル26においては、底刃13の切屑ポケットを構成する凹溝27が長手方向に直交する断面視で略V字状に形成されている。これにより凹溝27は工具本体2の回転方向前方を向く前内壁28と後方を向く後内壁29とで構成されている。そして、主底刃11のすくい面は凹溝27の前内壁28によって形成される。その余の構成は第一実施形態によるエンドミル1と同様である。
このような構成を採用することで、外周刃6が直刃すなわちネジレ角0°から回転方向前方に−60度まで捩れていることにより、例えば、溝切削の場合、被削材上面と加工された側面の稜線において、バリや微小な欠けを抑制することができる。但し、ネジレ角が−60°を越えるとその効果が得られなくなる。効果は奏しないが工具本体2の回転方向を逆回転とすることにより右ネジレとして作用する。
2 工具本体
3 刃部
4 外周面
6 外周刃
8,27 凹溝
9 凸部
11 主底刃
12 副底刃
13 底刃
14 底面
16、28 前内壁(内壁)
17、29 後内壁(内壁)
18 底部
23 丸ランド
24 フラット面
30 C面刃
31 R刃
Claims (9)
- 工具本体の多角形の断面を有する先端部の角部に外周刃が形成され、工具本体の先端面には隣接する角部と角部の間に切屑排出用の凹溝が形成され、該凹溝で仕切られた角部を有する凸部の稜線に底刃が形成され、
前記底刃の逃げ面は前記工具本体の先端面に形成された底面であって前記工具本体の長手方向に略直交する平面とされ、前記底刃のすくい面は前記凹溝の内壁に形成されており、前記凹溝は外周面から回転軸線に向けて延びていることを特徴とするエンドミル。 - 前記外周刃は回転軸線に対して0°〜−60°の範囲で回転方向前方に螺旋状に捩れていることを特徴とする請求項1に記載されたエンドミル。
- 前記工具本体の先端面の最大外径をDとして、前記底面は角部の外周刃と該外周刃に対向する中心側の角部との距離を底刃の長さLとして、長さLがD>0.75mmの場合に0.05D〜0.30Dに設定され、D≦0.75mmの場合に0.10D〜0.30Dに設定されている請求項1または2に記載されたエンドミル。
- 前記凹溝の長手方向に直交する断面形状は略矩形または略V字形状とされている請求項1乃至3のいずれか1項に記載されたエンドミル。
- 前記凹溝において前記工具本体の回転方向前方を向く内壁である前内壁の傾斜角度aは0°〜−80°の範囲に設定されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載されたエンドミル。
- 前記凹溝において前記工具本体の回転方向後方を向く内壁である後内壁の傾斜角度bは0°〜80°の範囲に設定されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載されたエンドミル。
- 前記工具本体の先端面の最大外径をDとして、前記凹溝の最大深さcは0.01D〜0.20Dの範囲である請求項1乃至6のいずれか1項に記載されたエンドミル。
- 前記外周刃には丸ランドまたは面取りされたフラット面が形成されている請求項1乃至7のいずれか1項に記載されたエンドミル。
- 前記丸ランドまたはフラット面の幅は0.005〜0.05mmの範囲に設定されている請求項8に記載されたエンドミル。
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