JP6287592B2

JP6287592B2 - 小径エンドミル

Info

Publication number: JP6287592B2
Application number: JP2014113619A
Authority: JP
Inventors: 洋平西
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2014-05-31
Filing date: 2014-05-31
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-05-31
Also published as: JP2015226953A

Description

本発明は、超硬合金等の硬脆材料の切削加工に使用される小径エンドミルに関する。

金型に使用される材料は、長寿命化、耐摩耗性向上のためにの高硬度な材料を選択する傾向にあり、特に近年は硬脆材料（例えば超硬合金）が注目されている。これらの材料は非常に高硬度であるため、複雑で微細な形状に加工するために、加工品質（寸法精度等）や加工コスト（加工時間や工具寿命等）などを考慮して、粗加工、中仕上げ加工および仕上げ加工といった各工工程に応じた工具や加工条件が選定される。例えば粗加工では、電着砥石が使用され、中仕上げ加工では、ダイヤモンドでコーティングしたエンドミルが使用され、そして仕上げ加工ではダイヤモンド焼結体（以下「ＰＣＤ」という。）からなるエンドミルが多用されている。

高硬度の硬脆材料を高精度に加工しかつ工具寿命を長くするために、種々の工具形状が提案されている。特許文献１には、六角形断面を有する工具本体の先端部の各角部に外周刃を形成し、その先端面で隣接する角部と角部の間に切屑排出用の凹溝を形成し、凹溝で仕切られた角部を有する四角形の凸部の稜線に底刃を形成し、底刃は凹溝の前内壁をすくい面とする主底刃と外周面をすくい面とする副底刃とで構成したエンドミルが記載されている。

また、特許文献２にも、工具本体の多角形の断面を有する先端部の角部に２枚の外周刃を対向して形成し、外周刃の回転方向前方側に負角のすくい角を有するすくい面を形成し、外周刃の回転方向後方側に正角の逃げ角を有する逃げ面を形成し、先端部に２枚の外周刃の頂点を含む略多角形状の平坦面を形成すると共に平坦面は工具本体の回転軸線を含む領域に凹溝が形成されて分割されており、分割された平坦面と工具本体の側面との交差稜線部に底刃を形成したエンドミルが記載されている。

特開２０１２−２３６２４２号公報特開２０１３−１５１０５６号公報

しかしながら特許文献１に記載されたエンドミルは、断面形状が多角形のため、切刃の頂点（角部）が被削材に接触する断続切削であるため、各頂点部が欠損や摩耗し易くなり、変形した時点で外径寸法が変化する。そのため、エンドミルとしての機能が果たせないといった問題がある。また切り屑のつまりを回避するために、切刃と切刃の間に切り屑ポケットを有するので、切刃部の剛性が不足して、チッピングが発生し易くなるといった問題も伴う。

また、特許文献２に記載されたエンドミルも、断面形状が多角形のため、切刃の頂点（角部）が被削材に接触する断続切削であるため、各頂点部が欠損や摩耗し易くなり、変形した時点で外径寸法が変化するといった問題がある。

したがって本発明の目的は、特に硬脆材料の加工において高品位の加工面が得られる機能を有した長寿命の小径エンドミルを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の小径エンドミルは、刃径が６．０ｍｍ以下の小径エンドミルであって、前記小径エンドミルの先端には扇型状に形成された複数の切れ刃部と刃溝とが、円周方向に沿って交互に形成された円柱状の切れ刃部を有し、前記切れ刃部は中心にオイルホールを有するとともに、前記切れ刃部は、すくい面と逃げ面が交差する直線状の稜線を切れ刃とする第１底刃と、逃げ面と外周面が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第２底刃を有することを特徴とするものである。

本発明において前記第１底刃および第２底刃の逃げ角は０°であり、切削加工時に底刃の逃げ面と被削材が接触することが好ましい。

本発明において、前記第２底刃の長さは前記切れ刃部の全周の３０〜７０％の範囲にあることが好ましい。

本発明において、前記オイルホールの直径は前記刃部の外径の２０〜６０％の範囲にあることが好ましい。

本発明によれば、底刃の一部が切れ刃部の外周に沿って曲線状に形成されているため、切れ刃長さを大きく形成することができ、硬脆材の切削加工でもチッピングを抑制することが可能である。また切れ刃長が長いため、長時間の加工でも切れ刃部の形状が崩れにくく、高精度でかつ高品位の加工面が得られる。さらに中心部にオイルホールを設けることにより、刃溝を狭くしても切り屑を効率よく排出することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる小径エンドミルの側面図である。図１に示す小径エンドミルの斜視図である。図１に示す小径エンドミルの底面図である。本発明の小径エンドミルの第１底刃におけるすくい角を説明するための図であって、すくい角を０°とした際の図３におけるＩ−Ｉ断面図である。本発明の小径エンドミルの第１底刃におけるすくい角を説明するための図であって、すくい角を−３０°とした際の図３におけるＩ−Ｉ断面図である。

以下に、本発明の実施形態の一つである６枚刃のスクエアエンドミルについて、添付図面により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。本発明において、切れ刃部の刃数は、少ないと形状精度や仕上げ面粗さが低下し、多すぎると切屑詰まりが発生しやすくなるので、２〜２０枚が好ましく、２〜１０枚がより好ましい。

本発明のエンドミル１は、図１に示すように、刃径Ｄ_１、長さＬ_１を有する円筒状の刃部２と、長さＬ_２を有する首部３と、刃部２と首部３との境界となる接合部２０と、外径Ｄ_３、長さＬ_３を有しテーパ部をもつシャンク部４を有する。同図において、エンドミル１は、Ｒで示す方向に回転する。エンドミル１において、シャンク部４および首部３は、ＷＣ基超硬合金又は高速度鋼で形成し、刃部２は、ＷＣ基超硬合金、ｃＢＮ焼結体、高速度鋼、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）および酸化物系セラミックス（サイアロン、アルミナ、ジルコニア等）のいずれかで形成することができる。切れ刃部の材質は、被削材の材質に応じて選定すればよく、例えば被削材が超硬合金の場合は、ＰＣＤを使用すればよい。ここで、シャンク部、首部と刃部との材料が同じ場合、接合部２０が存在しない一体型（ソリッド）エンドミルとなる。

図１において、刃径Ｄ_１は、０．０５〜６．０ｍｍの範囲が好ましく、０．１０〜２．０ｍｍの範囲がより好ましい。またシャンク径Ｄ_３は３.０〜６．０ｍｍの範囲が好ましい。刃径Ｄ_１が大きくなると、ＰＣＤやＣＢＮ焼結体の場合は、大幅なコストの増加を招く。また刃径Ｄ_１を大きくするに伴ってシャンク径Ｄ_３も増大するため、使用できる加工機が限定されるうえ、焼嵌めホルダなどの一部のホルダが使用できない。一方、刃径Ｄ_１とシャンク径Ｄ_３小さすぎると、剛性が不足して、折損し易くなるので、不都合である。

本発明において、刃部の長さＬ_１は０．０５〜６．０ｍｍ、首部の長さＬ_２は１．０Ｄ_１〜３．０Ｄ_１の範囲であることが好ましい。刃部２にＰＣＤやＣＢＮ焼結体を選択した場合、Ｌ_１が長すぎると大幅なコストの増加を招く。Ｌ_１が短すぎる場合、最適な溝形状の形成が困難なため、切り屑排出性が劣る。また首部の長さＬ_２は長すぎると剛性が不足し、短すぎるとシャンク部が干渉するため、加工形状が限定される。

本発明のエンドミル１は、図２および３に示すように、切れ刃部６ａ〜６ｆの位置が等分割であり、また外周刃１６ａ１〜１６ｆ１はねじれ角をもたない直刃形のエンドミルであり、刃部２の先端には、円周方向に沿って略扇形状を有する複数の切れ刃部６ａ〜６ｆと刃溝が交互に形成され、工具の中心部には、切り屑を排出するために、外周面１３と同心状に円筒状のオイルホール５が形成されている。両図において、Ｒはエンドミル１の回転方向を示す。直刃形のエンドミルにおいては、切削抵抗は外周刃に垂直に作用するので、形状精度が向上する。このエンドミルにおいては、工具先端から見て、工具外径の円周方向に沿って底刃の逃げ面１０ａ〜１０ｆと溝底面１２ａ〜１２ｆが交互に並ぶように構成される。これらの切れ刃部６ａ〜６ｆにおいて、第１底刃７ａ１〜７ｆ１は各々、底刃のすくい面９ａ〜９ｆと底刃の逃げ面１０ａ〜１０ｆが交差する直線状の稜線から形成されている。第２底刃８ａ〜８ｆは、外周面１３と底刃の逃げ面１０ａ〜１０ｆが交差する円弧状の稜線から構成される。また、外周切れ刃１６ａ〜１６ｆは第１底刃と第２底刃の交点１５ａ１〜１５ｆ１（図２、図３では１５ｂ１のみ記載）からシャンク軸後方側に延設され、底刃のすくい面９と外周面１３とが交差する稜線から構成される。

図２に示すように、切れ刃部６ａに注目すると、先端視にて、扇型の中心角度（すくい面９ａと溝壁面１１ａとのなす角度）をθ_１とすると、底刃のすくい面９ａと外周面１３とのなす角度θ_２および溝壁面１１ａと外周面１３とのなす角度θ_３は鋭角であり、θ_２＝θ_３に設定される。ここで扇型の頂点部（底刃のすくい面９ａと溝壁面１１ａとの交線）１４は、刃先処理などにより丸みを帯びた形状であってもよいが、切屑を排出し易くするために、先端が尖っていることが好ましい。また他の切れ刃部６ｂ〜６ｆも同様の関係を有するように設定される。

溝壁面およびすくい面の交線１４と、すくい面と溝壁面との交線１７とがなす角γは、１°〜９０°の範囲内で被削材の形状や加工条件に合わせて適宜設定できる。γが９０°を超える場合は刃の剛性が低下することからびびり振動が発生し易く、チッピング、加工面の粗悪化の原因となる。

底刃の逃げ面１０ａ〜１０ｆは、被削材と面接触することが好ましく、そのために底刃の逃げ角は０°が好ましい。底刃の逃げ角が０°を外れると、加工面品位が低下し、刃の剛性が不足するので、不都合である。特にＰＣＤ材では、切れ刃の表面に微細な凹凸が形成されているので、各凹凸が切れ刃として機能するため、仕上げ面品位が向上する。

本発明において、第１底刃のすくい角αは、０°〜−６０°の範囲が好ましく、より好ましくは０°〜−４５°の範囲である。図４（ａ）はα＝０°、図４（ｂ）はα＝−３０°とした際のＩ−Ｉ断面図である。第１底刃すくい角αが０°よりも正の値をとると、切れ刃の剛性が不足し、欠損し易くなり、さらにシャンク方向に沿って細長くなるので、びびりが生じ易く、欠損し易くなる。一方、すくい角が−６０°よりも負の値をとると、クーラントの断面積が小さくなるので、不都合である。また、第２底刃のすくい角は工具剛性を高め、仕上げ面品位を維持する必要があるため、０°であることが好ましい。第２底刃すくい角が０°よりも正の値をとると、切れ刃の剛性が低下し、チッピングが発生し易い。第２底刃すくい角が０°よりも負の値をとると、製造が困難となる。

本発明において、第２の切れ刃１０ａ〜１０ｆは、切れ刃部の外周と同じ曲率を有する円弧刃で形成されている。したがって、切れ刃長を大にできるため、工具外径の保持性能を向上することができる。この第２の切れ刃の長さは前記切れ刃部の全周の３０〜７０％の範囲にあることが好ましく、４０〜６０％の範囲にあることがより好ましい。２０％未満では刃の剛性が低下するため、切込みが増大した場合、欠損する可能性が高い。７０％超では刃数が少ない場合は刃のすくい面に切りくずが滞留し、切削液の流れを十分に確保できないだけでなく、切りくずが溝に詰まる可能性が高い。

本実施の形態では、エンドミル１の中心部にオイルホール５を設けることにより、放熱性能が向上し、切り屑の排出性能が向上する。また、刃溝１２ａ〜１２ｆの面積を広げなくても高い切り屑排出性能を確保できるため、底刃が大きく形成し、剛性が高くすることが可能である。このオイルホールの直径Ｄ_２は、過小であると切り屑排出性能が低下し、過大であると剛性が不足するため、刃径Ｄ_１の２０〜６０％の範囲にあることが好ましく、刃径Ｄ_１の４０〜５５％の範囲にあることがより好ましい。

図３に示すように、溝の外周側の幅Ｗ_１と内周側の幅Ｗ_２は、被削材の形状や加工条件により適宜変更できる。例えばＷ_１＞Ｗ_２とした際、溝内の切削油の流れが良くなり、切り屑排出効率が向上する。Ｗ_１＜Ｗ_２とした際、第２底刃８ａ〜８ｆを長く形成することが可能なので、より長寿命となる。

図３に示すように、本発明のエンドミルは刃部の形状が左右対称であることから、第１底刃、底刃のすくい面、および外周切れ刃の位置が回転方向によって変化する。すなわち、本実施形態の工具回転方向Ｒを逆回転とした際、刃部６ｂに注目すると、第１底刃は７ｂ２、底刃のすくい面は１１ｂ、外周切れ刃は１６１となる。また他の切れ刃部６ａ、６ｃ〜６ｆも同様の関係を有するように設定される。

本発明は上記の構成に限らず、次の構成を採用することができる。
（１）底刃と外周刃が交差するコーナー刃が円弧状に形成されたラジアスエンドミルでもよい。コーナー刃が円弧状であると、１刃当たりの切削抵抗が小さくなり、送り速度が向上し、また工具寿命を長くすることができる。
（２）底刃の断面形状は、円形に限らず、他の形状、例えば楕円形状でもよい。
（３）オイルホールの断面形状は、円形に限らず、他の形状（楕円形状又は多角形状等）でもよい。

１：エンドミル、２：刃部、３：シャンク部、４：首部、５：オイルホール、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ：切れ刃部、７ａ１、７ｂ１、７ｃ１、７ｄ１、７ｅ１、７ｆ１：第１底刃、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ：第２底刃、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ：底刃のすくい面、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ：底刃の逃げ面、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ：溝壁面、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ：溝底面、１３：外周面、１４：すくい面と溝壁面との交線、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ：外周切れ刃、１７：すくい面と溝底面との交線、Ｄ_１：刃径、Ｄ_２：オイルホール径、Ｄ_３：シャンク径、Ｅ：第１底刃と第２底刃の交点、Ｌ：工具長、Ｌ_１：刃部長さ、Ｌ_２：首部の長さ、Ｌ_３：シャンク長、Ｒ:回転方向、Ｏ：工具回転軸、Ｗ_１：溝の外周側の幅、Ｗ_２:溝の内周側の幅、α：第１底刃のすくい角、γ：溝壁面とすくい面の交線とすくい面と溝底面との交線とがなす角、θ_１：底刃のすくい面と溝壁面とのなす角度、θ_２：底刃のすくい面と外周面とのなす角度、θ_３：溝壁面と外周面とのなす角度

Claims

刃径が６．０ｍｍ以下の小径エンドミルであって、前記小径エンドミルの先端には扇型状に形成された複数の切れ刃部と刃溝とが、円周方向に沿って交互に形成された円柱状の切れ刃部を有し、前記切れ刃部は中心にオイルホールを有するとともに、前記切れ刃部は、すくい面と逃げ面が交差する直線状の稜線を切れ刃とする第１底刃と、逃げ面と外周面が交差する円弧状の稜線を切れ刃とする第２底刃を有することを特徴とする小径エンドミル。
前記第１底刃および第２底刃の逃げ角は０°であり、前記逃げ面が被削材と接触することを特徴とする請求項１に記載の小径エンドミル。
前記第２底刃の長さは、刃部の円周方向長さの３０〜７０％の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の小径エンドミル。
前記オイルホールの直径は、刃径の２０〜６０％の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の小径エンドミル。