JP6038354B2

JP6038354B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP6038354B2
Application number: JP2015556626A
Authority: JP
Inventors: 優作宮本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: US20160256939A1; JPWO2015104732A1; DE112014006123T5; WO2015104732A1; US10118237B2

Description

この発明は、被削材の側面の切削加工を行うエンドミル（以下において、工具と称する場合もある）の改良に関するものである。

図５〜図７に従来の一般的なエンドミルの例を示す。図５は、エンドミルの外観を示している。図６は従来のエンドミルによる切削加工時の態様を示している。図７は従来のエンドミルにより切削加工されて形成された被削材の加工面の断面形状を示している。
図５〜図７に示したエンドミル５００は、ミル本体１０５の末端側がシャンク部１０８となっており、先端側に６本のらせん状の外周刃１０３が形成されている。各外周刃１０３の回転方向Ｒの前側には外周すくい面１０１が形成され、回転方向Ｒの後側には外周逃げ面１０６Ａが形成されている。このエンドミル５００の代表的な使用態様は、エンドミル５００を回転（矢印Ｒ方向）させながら、所定の切込みを与えて被削材Ｐの側面に沿って移動させることで被削材Ｐの一部分を除去し、目的の形状を得るようにしている。このような切削加工を行う場合、エンドミル５００の弾性変形による加工面のうねりが生じるので、高精度な平面度、軸方向の真直度を要求される加工においては、精度不良の原因となる。

以下、エンドミルの弾性変形と加工面のうねりについて説明する。図５に示した一般的なエンドミル５００は、円柱状のミル本体１０５の外周面に螺旋状の外周刃１０３を備え、ミル本体１０５の先端に放射状の切れ刃を備えている。このエンドミル５００は、自身が回転しながら被削材に接触することで被削材の側面と底面を同時に除去加工する機能を有する。エンドミルの加工形態の都合上、片持ち梁状態になり、被削材Ｐの除去加工時の負荷（以下、切削抵抗）を側面方向に受けるので、エンドミル５００にたわみを生じる。エンドミル５００の複数の外周刃１０３は軸心方向に沿って離間している。これにより、回転位相に応じて加工点の数および位置が変動するため、エンドミルのたわみも変化する。

以下、エンドミル５００の６本の外周刃１０３を平面状に展開した図６（ｂ）を用いて説明する。エンドミル５００の回転位相が図６（ｂ）中のＡの位置にある場合、エンドミル５００と被削材は３点（図中の○を付した位置）で接触しており、接触位置はエンドミル５００の先端寄りになる。次に、エンドミル５００が回転して回転位相Ｂの位置に来ると、エンドミル５００と被削材は３点で接触するが、接触位置はエンドミル５００の根元寄り（シャンク１０８寄り）になり、工具たわみが減少する。回転位相Ｃの位置では２点接触となり、接触位置がさらに根元寄りになるため、たわみがいっそう減少する。回転位相Ｄの位置に来ると、回転位相Ａと同様の接触形態となり、たわみが増加する。実際には、エンドミル５００の水平方向の移動速度に対して回転速度が非常に速いため、上記回転位相Ａ〜Ｄにおける現象は被削材Ｐの軸心Ｖ方向の断面に連続して表れ、被削材Ｐの加工面Ｍは図７に示すようなうねりを生じ、軸心Ｖから最も高い位置と最も低い位置との差である、うねり高さＨＡは大きいものとなっている。

高精度な平面度や軸方向真直度が要求される加工においては、上記のうねりが問題となる。そこで、被削材の加工面の真直度を改善するため、エンドミルの回転位相に応じた加工面のうねり位置および高さを事前に予測し、予測されたうねりを相殺するように工具径を予め軸心方向に沿って連続的に変化させておく方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−４５９５９号公報（明細書の段落［００１９］〜［００３１］、図１〜図３）

従来のエンドミルは、使用し続けると外周刃の摩耗が進行して切れ味が低下し、切削抵抗が増加する。これに伴いエンドミルの弾性変形が大きくなり、加工面のうねりも増大するという問題があった。すなわち、工具摩耗進行の過程において被削材の加工面のうねり高さも変化するため、上記特許文献１のように、工具摩耗進行のある１時点のうねり高さを予測して工具径を補正するものでは、その時点におけるうねり抑制はできるが、工具摩耗がその他の状態にある場合はうねり高さが大きくならざるを得ないのである。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、工具摩耗の進行度合いによらず被削材の加工面のうねりを小さくすることができ、加工精度を長期間に亘って維持することのできる長寿命なエンドミルの提供を目的としている。

本発明に係るエンドミルは、軸心回りに回転されるミル本体の先端側外周に、上記軸心回りにねじれる外周刃部が複数形成されて成るエンドミルであって、前記外周刃部は、前記軸心回りのラセン状に形成された外周刃と、前記外周刃を境に前記外周刃よりも回転方向前側を向く外周すくい面と、前記外周刃を境に上記外周刃よりも回転方向後側に形成された外周逃げ面と、から構成され、前記外周逃げ面は、前記ミル本体の先端側から前記ミル本体の末端側に延在した第１外周逃げ面と、前記第１外周逃げ面上の回転方向後側の領域において前記先端側から前記末端側に向かって断続的に設けた第２外周逃げ面と、から構成されていることを特徴とするものである。

この発明のエンドミルは、外周逃げ面が、第１逃げ角で形成された第１外周逃げ面と、第１逃げ角よりも大きな第２逃げ角で形成された第２外周逃げ面と、から構成されているので、外周刃部の逃げ面幅が小さな領域は他の逃げ面幅の大きな領域と比べて工具摩耗が早く進行する。また、逃げ面幅が小さい領域は加工面のうねりの凹部に相当する。よって、エンドミル摩耗による工具径の減少と加工面のうねりの凹部とが相殺されるから、加工面のうねり高さを小さくでき、加工面の平面度を高くして見栄えを良くするという効果を奏する。因みに、本発明は、従来技術のような外周刃の直径すなわち工具径を軸心に沿う方向に変化させたものでない。

この発明の実施の形態１におけるエンドミルを示す図であって、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線矢視部分断面図、（ｄ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線矢視部分断面図部分正面図、（ｅ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視部分における磨耗の状態を示す説明図、（ｆ）は（ａ）のＧ−Ｇ線矢視部分における磨耗の状態を示す説明図である。この発明の実施の形態１におけるエンドミルにより切削加工された被削材の加工面の断面形状を示す部分断面図である。この発明の実施の形態２におけるエンドミルを示す図であって、（ａ）は図１（ｃ）に対応した部分断面図、（ｂ）は図１（ｄ）に対応した部分断面図である。この発明の実施の形態３におけるエンドミルを示す部分正面図である。従来の一般的なエンドミルを示す部分正面図である。従来の一般的なエンドミルによる切削加工の態様を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は外周刃を軸周方向に展開した状態を示す展開図である。従来の一般的なエンドミルにより切削加工された被削材の加工面の断面形状を示す部分断面図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１におけるエンドミルの概略構成を示している。
図１に示すように、この発明の実施形態１におけるエンドミル１００は、例えば超硬合金（タングステンカーバイト鋼）製であり、軸心Ｖ回りに回転するミル本体１０５の先端側外周に、軸心Ｖ回りにねじれる６条の外周刃部１０７が形成されている。各外周刃部１０７は、軸心Ｖ回りのラセン状に形成された外周刃１０３と、外周刃１０３を境に外周刃１０３よりも回転方向Ｒの前側に形成された外周すくい面１０１と、外周刃１０３を境に外周刃１０３よりも回転方向Ｒの後側に形成された外周逃げ面１０６と、から構成されている。尚、ミル本体１０５の末端側は、従来技術と同様に、回転駆動機のホルダ（図６（ａ）参照）に掴持されるシャンク部１０８となっている。

そして、上記の外周逃げ面１０６は、ミル本体１０５の先端側位置に形成された第１外周逃げ面１０２と、第１外周逃げ面１０２よりもミル本体１０５の末端寄りの隣接位置に形成された第２外周逃げ面１０４と、から構成されている。上記の第２外周逃げ面１０４は、図１（ａ）に示すように、外周刃１０３の軸心Ｖに沿う方向の領域Ａ−Ｃ内において、エンドミル１００の根元側半分の領域Ｂ−Ｃにのみ形成されている。この第２外周逃げ面１０４は、例えば砥石を用いて研削することにより形成される。また、同図（ｃ）のＦ−Ｆ断面に示すように、第１外周逃げ面１０２の第１逃げ角αは、同図（ｄ）のＧ−Ｇ断面に示す第２外周逃げ面１０４の第２逃げ角βに比して小さく設定されている。この例では、例えば逃げ角β＝２αにしてある。尚、エンドミル１００の切れ味と刃先強度を両立させるためには、逃げ角α，βを、それぞれ０〜２０ｄｅｇの範囲に設定することが望ましい。

また、第１外周逃げ面１０２の回転方向Ｒの幅Ｑ１の外周刃１０３の螺進方向における平均値は、第２外周逃げ面１０４の回転方向Ｒの幅ＱＡの外周刃１０３の長さ方向における平均値と比して大きくなるように設定されている。そして、第２外周逃げ面１０４と回転方向Ｒ前側で隣接する第１外周逃げ面１０２の回転方向Ｒの幅Ｑの最小値は、０ｍｍを超え０．１ｍｍ以下に設定されている。言い換えれば、第２外周逃げ面１０４と回転方向Ｒに隣接する領域には、幅Ｑの第１外周逃げ面１０２が形成されている。尚、各外周刃１０３において、第２外周逃げ面１０４はそれぞれ共通の回転位相の位置に形成されている。

次に動作について説明する。
上記のように構成された実施の形態１のエンドミル１００は、回転駆動機のホルダ（図６参照）にチャック部１０８が掴持され、回転駆動機の駆動により回転される。そして、被削材Ｐに所定の切込みを与えながら被削材Ｐの側面に沿って繰り返し移動されることにより切削加工が施される。すなわち、第２外周逃げ面１０４が形成されている領域は、工具摩耗の過程において第１外周逃げ面１０２が回転方向の全幅に渡って摩耗した後に、第２外周逃げ面１０４が形成されていない領域と比べて摩耗進行が早くなり、工具径は小さくなる。このように工具摩耗が進行した状態で更に加工がなされると、図２に示すような被削材Ｐの加工面Ｎの形状が得られる。このようにして得られた加工面Ｎは、被削材Ｐの軸心から最凸部までの距離と最凹部までの距離との差である、うねり高さＨが、従来技術により得られた加工面Ｍに関するうねり高さＨＡ（図７参照）よりも小さくなり加工面Ｎを形成させる。因みに、第２外周逃げ面１０４の存在による効果は、自分でうねりを修復するイメージである。すなわち、従来の加工面Ｍのように取り過ぎる部分を、取り過ぎにしないようにしてやって加工面Ｎを形成させるのである。

上記した態様について更に詳しく説明する。図１（ｃ）のＦ−Ｆ断面、図１（ｄ）のＧ−Ｇ断面を近似形状で表したものが、図１（ｅ）と図１（ｆ）である。ここで、第１外周逃げ面１０２の第１逃げ角α＝５ｄｅｇ、第２外周逃げ面１０４の第２逃げ角β＝１５ｄｅｇ、第１外周逃げ面１０２の回転方向Ｒの幅Ｑ＝０．０３ｍｍと仮定する。切削加工を続けるうちに工具摩耗が進行し、図１（ｅ），（ｆ）中のハッチングで示した部分が消失していくが、逃げ面の形状が消失するエンドミル１００の体積に与える影響は小さく、図１（ｅ），（ｆ）中に示すように、Ｆ−Ｆ断面におけるハッチング部の断面積Ｓと、Ｇ−Ｇ断面におけるハッチング部の断面積Ｓは等しくなる。この性質により、Ｆ−Ｆ断面に比べＧ−Ｇ断面の径方向の摩耗が早く進行する。例えば、Ｆ−Ｆ断面における径方向の摩耗高さｘ＝０．０１ｍｍとすると、Ｇ−Ｇ断面における径方向の摩耗高さｘ‘＝０．０１３ｍｍである。更に、Ｆ−Ｆ断面における径方向の摩耗高さｘ＝０．０２ｍｍの場合は、Ｇ−Ｇ断面における径方向の摩耗高さｘ‘＝０．０３ｍｍとなる。

また、第２外周逃げ面１０４が形成されている軸心Ｖに沿う方向の位置は、従来のエンドミル５００で加工した場合の加工面の凹面として形成される位置に対応しており、工具径が他の領域よりも小さいことで凹面の深さが浅くなる。すなわち、得られるうねり高さＨが低減化されたのである。
尚、第１外周逃げ面１０２の回転方向の摩耗の幅は一般的に０．１ｍｍ以下であることから、第２外周逃げ面１０４を形成する際に、第１外周逃げ面１０２の回転方向Ｒの幅Ｑは、０を超えて０．１ｍｍ以下にすることが望ましい。

以上のように、実施の形態１に係るエンドミル１００を使用することにより、工具摩耗が進行した場合であっても、加工面のうねり高さＨを低減化することができる。このように、うねり高さＨが小さくなると、加工面の見栄えが良くなるとともに平面度が高くなる。これにより、例えば空調機のスクロール圧縮機に使用されるアルミニウム製のスクロール刃を切削加工した場合は、互いに摺動するスクロール刃間からの冷媒ガスの漏れを解消することができる。また、高精度な平面度や真直度が要求される加工において、エンドミルの長寿命化が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第１外周逃げ面および第２外周逃げ面として、断面直線状の平面に形成したものを示したが、次に、実施の形態１とは異なる実施の形態２を説明する。
この実施の形態２におけるエンドミル１００Ａは、図３に示すように、第１外周逃げ面１０２および第２外周逃げ面１０４Ａを備えている。この第２外周逃げ面１０４Ａはその軸心Ｖ方向に視た断面形状が、径方向内向きに凹入した曲線（図３（ｂ）参照）に形成されている。
このような凹曲面の第２外周逃げ面１０４Ａを備えたエンドミル１００Ａであれば、直線状の第２外周逃げ面１０４と比べて、第２外周逃げ面１０４Ａの第２逃げ角βを大きく採ることができる。これにより、加工面のうねり高さを低減化でき、高精度の平面度や真直度を実現することができる。

実施の形態３．
上記の実施形態１，２では、６条の外周刃部を有するエンドミル１００を例示したが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、７条以上の外周刃部または５条以下の外周刃部を有するエンドミルも、本発明に含まれる。
それらのうち、例えば４条の外周刃部を有するエンドミル１００Ａを図４に示す。このエンドミル１００Ａも、ミル本体１０５の先端側部分に、外周すくい面１０１、第１外周逃げ面１０２、外周刃１０３、および、第２外周逃げ面１０４から成る外周刃部１０７を４つ有している。このようなエンドミル１００Ａであっても、工具摩耗が進行した場合にうねり高さを低減化することができる。また、エンドミル１００Ａにおいて、第２外周逃げ面１０４を第２外周逃げ面１０４Ａ（実施の形態２）に替えた場合も、実施の形態２と同様の効果を有する。

尚、上記下実施形態１〜３においては、軸心Ｖ方向に沿って視た第１外周逃げ面１０２の断面形状を、ほぼ直線状の平面に形成した例を示しているが、これらの第１外周逃げ面１０２も、径方向内向きに凹入した曲線となる曲面に形成しても構わない。
以上のように、第１外周逃げ面１０２および第２外周逃げ面１０４Ａがいずれもれ凹曲面で形成されている場合は、実施の形態３の場合と同等もしくはそれ以上の効果を得ることができる。

１００エンドミル
１０１外周すくい面
１０２第１外周逃げ面
１０３外周刃
１０４第２外周逃げ面
１０４Ａ第２外周逃げ面
１０５ミル本体
１０６外周逃げ面
１０７外周刃部
Ｑ幅
Ｒ回転方向
Ｓ断面積
Ｔ接線
Ｖ軸心
α 第１逃げ角
β 第２逃げ角

Claims

軸心回りに回転されるミル本体の先端側外周に、前記軸心回りにねじれる外周刃部が複数形成されて成るエンドミルであって、
前記外周刃部は、
前記軸心回りのラセン状に形成された外周刃と、
前記外周刃を境に前記外周刃よりも回転方向前側を向く外周すくい面と、
前記外周刃を境に上記外周刃よりも回転方向後側に形成された外周逃げ面と、から構成され、
前記外周逃げ面は、
前記ミル本体の先端側から前記ミル本体の末端側に延在した第１外周逃げ面と、
前記第１外周逃げ面上の回転方向後側の領域において前記先端側から前記末端側に向かって断続的に設けた第２外周逃げ面と、から構成されていることを特徴とするエンドミル。
前記第１外周逃げ面は、
前記第２外周逃げ面より回転方向前側で隣接し、
前記第１外周逃げ面の回転方向の幅の最小値が、０ｍｍを超え０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
前記第１外周逃げ面および／または前記第２外周逃げ面は、
軸心方向に視た断面において前記軸心方向に凹入した曲線となる、曲面であ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。
前記第２外周逃げ面は、
各外周刃において、共通の回転位相の位置に形成されることを特徴とする請求項1に記載のエンドミル。