JP6708668B2 - エンドミル及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、エンドミル及び切削加工物の製造方法に関する。

エンドミルは、底刃及び外周刃を有して、ワークの溝加工及び肩加工などに利用されている。例えば、特開２００５−０９６０４７号公報（特許文献１）には、共振を防止するために、一対の主刃と、主刃に対して９０°回転した位置に配置されて主刃よりも径が小さい一対の副刃とを有する４枚刃のエンドミルが開示されている。

近年、切削加工面に生じやすい切削残りを低減して、平滑な切削面を得られるエンドミルが求められていた。

本開示のエンドミルは、回転軸を有し、第１端及び第２端を有する棒状のエンドミル本体を有し、前記エンドミル本体は、前記第１端に位置して前記回転軸を含むチゼル部と、前記第１端側に位置する２つの第１底刃と、前記第１端側に位置する２つの第２底刃と、前記第１底刃からそれぞれ延在し、前記エンドミル本体の側面に位置する２つの第１外周刃と、前記第２底刃からそれぞれ延在し、前記エンドミル本体の側面に位置する２つの第２外周刃と、前記第１外周刃に対して前記回転軸の回転方向の前方に位置する第１外周溝と、前記第２外周刃に対して前記回転方向の前方に位置する第２外周溝とを備える。２つの前記第１底刃及び２つの前記第２底刃は、前記回転軸の回転方向に沿って交互に位置しており、２つの前記第１外周刃及び２つの前記第２外周刃は、前記回転方向に沿って交互に位置する。前記第１底刃は、先端視において、前記チゼル部から外周に向かって延びており、前記第２底刃は、前記チゼル部と離れた位置から外周に向かって延びている。前記回転軸に直交する断面において、前記第１外周刃の前記回転軸からの距離をＬ１、前記第２外周刃の前記回転軸からの距離をＬ２としたとき、前記Ｌ２が前記Ｌ１よりも短く、前記第２外周刃と、該第２外周刃に対して前記回転方向の前方において隣り合う前記第１外周刃との間での前記回転軸の周方向における間隔が、前記第２外周刃と、該第２外周刃に対して前記回転方向の後方において隣り合う前記第１外周刃との間での前記回転軸の周方向における間隔よりも狭く、前記前記第１外周刃のすくい角をα１、前記第２外周刃のすくい角をα２としたとき、前記α２が前記α１よりも大きい。 そして、前記第１外周溝の開き角をγ１、前記第２外周溝の開き角をγ２としたとき、前記γ１が前記γ２よりも大きい。

一実施形態のエンドミルについての側面図である。 図１に示すエンドミルの第１端側の拡大図であり、第２底刃が回転軸上に投影される状態の側面図である。 図２に示すエンドミルを９０°回転させた図であり、第１底刃が回転軸上に投影される状態の側面図である。 図１に示すエンドミルを第１端に向かって見た正面図である。 図２に示すエンドミルのＸ−Ｘ断面図である。 図５に示すエンドミルの要部拡大図である。 図５に示すエンドミルの第１外周刃付近の拡大図である。 図５に示すエンドミルの第２外周刃付近の拡大図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法を示す模式図である。

図１〜図８に示すエンドミル１はソリッドタイプのエンドミルであり、図１〜図３において、破線で示す回転軸Ｏを有するエンドミル本体２を有する。また、エンドミル本体２は、図１に示すように、第１端（図１における左側）及び第２端（図１における右側）を有する棒状であり、エンドミル本体２の第１端側に切削部４、エンドミル本体２の第２端側にシャンク部６を備えている。なお、図１においては、切削部４とシャンク部６との間に根元部８を備えている例を示している。

エンドミル１は、少なくとも切削部４を含む部分が、超硬合金、サーメット及びｃＢＮなどの硬質材料を有する。エンドミル１は、硬質材料の表面に被覆層を有するものであってもよい。エンドミル本体２は、回転軸Ｏを中心とした直径Ｄの略円柱状である。なお、エンドミル１は、シャンク部６のうちの第２端側が切削加工機（図示せず）に把持される。

図１〜図３に示すように、エンドミル本体２は、第１底刃１０、第２底刃１２、第１外周刃１４及び第２外周刃１６を備える。第１底刃１０及び第２底刃１２は、第１端側に位置する。言い換えれば、第１底刃１０及び第２底刃１２は、第１端の近くに位置する。第１外周刃１４は、第１底刃１０から第２端側に向かって延在し、エンドミル本体２の側面に位置する。第２外周刃１６は、第２底刃１２から第２端側に向かって延在し、エンドミル本体２の側面に位置する。

また、図４及び図５によれば、第１外周刃１４及び第２外周刃１６は、エンドミル本体２の外周に交互に配置されている。なお、本実施形態の図面において、図面には表れないが位置を示すものについては括弧書きで示している。また、図４及び図５において、点線の円弧は第１外周刃１４の回転軌跡を示している。なお、図５は、回転軸Ｏに直交する断面となっている。

本実施形態においては、図５の部分拡大図である図６において、点線の円弧は第１外周刃１４の回転軌跡を示し、実線の円弧は第２外周刃１６の回転軌跡を示している。図６に示すように、第２外周刃１６の回転軸Ｏからの距離Ｌ２が、第１外周刃１４の回転軸Ｏからの距離Ｌ１よりも短い。また、図８に示す第２外周刃１６のすくい角α２が、図７に示す第１外周刃１４のすくい角α１よりも大きい。

これによって、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のような繊維の切削残りが生じ易い被削材を加工する際でも、第２外周刃１６は、すくい角が相対的に大きく、切れ味が良いために、切削加工面に生じやすい切削残りを低減できる。その結果、切削効率が高く、かつ加工残りの少ない安定した切削加工により平滑な切削面が得られる。また、第２外周刃１６においては削り代が少ないために、第２外周刃１６にかかる切削抵抗が小さくなる。そのため、第２外周刃１６のすくい角α２が大きくても、第２外周刃１６は欠損しにくい。

本実施形態のエンドミル１を用いた切削加工では、第１外周刃１４及び第２外周刃１６の両方が被削材に接触して被削材を切削する。このとき、第１外周刃１４の回転軸Ｏからの距離Ｌ１が第２外周刃１６の回転軸Ｏからの距離Ｌ２よりも長いことから、第１外周刃１４で切削されて生じる切屑の生成量が、第２外周刃１６で切削されて生じる切屑の生成量よりも多い。

本実施形態においては、第１外周刃１４の回転軸Ｏからの距離Ｌ１と、第２外周刃１６の回転軸Ｏからの距離Ｌ２との比Ｌ２／Ｌ１が、０．９６５〜０．９９８である場合には、第１外周刃１４及び第２外周刃１６の切削量を適正化でき、かつ第１外周刃１４及び第２外周刃１６の耐欠損性をともに高めることができる。

また、本実施形態においては、図７に示す第１外周刃１４のすくい角α１は、１０〜２５°であり、図８に示す第２外周刃１６のすくい角α２は、１５〜３５°である。すくい角α１が１２〜１８°であるとともに、すくい角α２が２１〜３０°である場合には、第１外周刃１４及び第２外周刃１６の耐欠損性を高めることができる。また、すくい角の比α１／α２が、０．５〜０．８である場合においても、第１外周刃１４及び第２外周刃１６の耐欠損性をともに高めることができる。

エンドミル本体２は、中心に位置する回転軸Ｏ側から外周側に延びる少なくとも１つの第１底刃１０と、少なくとも１つの第２底刃１２とを備える。図４では、エンドミル本体２が２つの第１底刃１０と、２つの第２底刃１２とを備えており、第１底刃１０及び第２底刃１２は、回転軸Ｏの回転方向Ｒに沿って交互に配置されている。第１底刃１０に対して回転方向Ｒの後方には第１底逃げ面２２が位置し、第２底刃１２に対して回転方向Ｒの後方には第２底逃げ面２４が位置している。

本実施形態におけるエンドミル本体２は、第１端に位置するチゼル部２０を備えている。また、エンドミル本体２は、２つの第１底刃１０と、２つの第２底刃１２とを備えている。図２〜図４に示すように、チゼル部２０は、回転軸Ｏを含んでいる。第１底刃１０は、切削部４の第１端側に位置している。

また、図４に示すように、第１底刃１０は、先端視において、チゼル部２０から外周に向かって延びている。第１底刃１０は、回転軸Ｏを対称中心として点対称な位置に２つ配置されている。第１底刃１０は、いわゆる親刃と呼ばれる底刃である。ここで、「先端視」とは、第１端に向かって見た状態であることを意味する。

第２底刃１２は、回転軸Ｏの周方向において２つの第１底刃１０の間に位置する。また、第２底刃１２は、チゼル部２０と離れた位置から外周に向かって延びている。他の観点によれば、第２底刃１２は、外周から回転軸Ｏ側に向かって延びている。第２底刃１２は、いわゆる子刃と呼ばれる底刃である。

なお、本開示においては、必ずしも、第１底刃１０が親刃で、第２底刃１２が子刃でなくてもよい。エンドミル１が親刃及び子刃を備える場合には、エンドミル１で切削加工した底面を平滑にすることが可能である。

図４では、第２底刃１２が２つ配置されているが、本開示では、第２底刃１２が１つであってもよく、３つ以上であってもよい。なお、第２底刃１２が偶数個存在し、第２底刃１２が回転軸Ｏを対称中心として点対称な位置に配置されている場合には、切削加工時にエンドミル１にかかる切削負荷のバランスが良くなる。

また、エンドミル本体２は、図５に示すように、第１外周刃１４に対して回転軸Ｏの回転方向Ｒの前方に位置する第１外周溝２６と、第２外周刃１６に対して回転軸Ｏの回転方向Ｒの前方に位置する第２外周溝２８とを備える。第１外周刃１４は、親刃である第１底刃１０から延在する外周刃である。第１外周溝２６の開き角γ１が、第２外周溝２８の開き角γ２よりも大きいときには、第１外周刃１４の切削代が第２外周刃１６の切削代より多くても、切屑が第１外周溝２６内で詰まって、切屑排出性が悪化することを抑制できる。

図２及び図３に示すように、第１外周刃１４及び第１底刃１０が第１底刃１０の外周端である第１コーナ３８にて滑らかに接続されている場合には、第１コーナ３８も切刃として機能する。また、第２外周刃１６及び第２底刃１２が第２底刃１２の外周端である第２コーナ４０にて滑らかに接続されている場合には、第２コーナ４０も切刃として機能する。

図５に示すように、エンドミル本体２は、第１外周逃げ面３０に対して回転方向Ｒの後方に第１ヒール３２を有しており、第２外周逃げ面３４に対して回転方向Ｒの後方に第２ヒール３６を有している。

図５に示すように、第１ヒール３２は、第１外周逃げ面３０と、この第１外周逃げ面３０に対して回転方向Ｒの後方において隣接する第２外周溝２８との交点である。第２ヒール３６は、第２外周逃げ面３４と、この第２外周逃げ面３４に対して回転方向Ｒの後方において隣接する第１外周溝２６との交点である。

なお、図５に示すように、第１外周溝２６の開き角γ１は、回転軸Ｏと第２ヒール３６とを通る直線と、回転軸Ｏと第１外周刃１４とを通る直線とのなす角である。第２外周溝２６の開き角γ２は、回転軸Ｏと第１ヒール３２とを通る直線と、回転軸Ｏと第２外周刃１６とを通る直線とのなす角である。

なお、開き角γ１の範囲は、第１外周刃１４及び第１外周溝２６が２つの場合に３０〜８０°、３つの場合には２０〜５０°、４つの場合には１５〜４０°であるのがよい。この範囲である場合には、第１外周溝２６において切屑が詰まりにくく、かつ切屑が第１外周溝２６内から飛び出しにくくなる。

本実施形態において、第１外周溝２６の開き角γ１と第２外周溝２８の開き角γ２との比γ１／γ２が、１．１〜１．３である場合には、切屑排出性が良好である。

図１〜図３においては、第１外周刃１４及び第２外周刃１６は、回転軸Ｏに対してねじれており、エンドミル本体２の外周にらせん状に位置している例を示している。本実施形態では、第１外周刃１４の回転軸Ｏに対するねじれ角β１と、第２外周刃１６の回転軸Ｏに対するねじれ角β２は同じである。

本開示はこれに限定されず、ねじれ角β２がねじれ角β１よりも大きくてもよい。この場合には、第２外周刃１６の切れ味がさらに良くなり、被削材の加工残りをより低減することができる。第１外周刃１４の回転軸Ｏに対するねじれ角β１は、５〜２５°であり、第２外周刃１６の回転軸Ｏに対するねじれ角β２は、７〜３０°である。

ここで、ねじれ角β１とは、図２に示すように、第１外周刃１４と回転軸Ｏとの交点における接線Ｚ１と回転軸Ｏとのなす角であり、ねじれ角β２とは、第２外周刃１６と回転軸Ｏとの交点における接線Ｚ２と回転軸Ｏとのなす角である。

エンドミル本体２の外周には、第１外周刃１４に対して回転方向Ｒの後方において隣接し、回転軸Ｏからの距離が第１外周刃１４と同じである外周ランド部（図示せず）が設けられていてもよい。また、第２外周刃１６に対して回転方向Ｒの後方において隣接し、回転軸Ｏからの距離が第２外周刃１６と同じである外周ランド部（図示せず）が設けられていてもよい。

図１に示すように、第１外周溝２６及び第２外周溝２８は、切削部４における第１端側から根元部８側までらせん状に延在している。根元部８は、切削部４の第１外周溝２６及び第２外周溝２８から延在して、第１外周溝２６及び第２外周溝２８の深さがそれぞれ浅くなる切れ上がり部４２を有する。

エンドミル１の芯厚ｄは、図５に示すような断面において、エンドミル本体２の直径Ｄに対する比ｄ／Ｄで０．５〜０．８である。比ｄ／Ｄがこの範囲である場合には、エンドミル１の強度が高く、エンドミル１の折損を抑制できる。芯厚ｄは、図５において、エンドミル１の中心部に描かれる最も大きな円ｃの直径で定義され、回転軸Ｏと外周溝の最深位置との間の距離の２倍に等しくなる。

また、図５に示すように、第１外周溝２６の溝深さをｔ１、第２外周溝２８の溝深さをｔ２としたとき、ｔ１がｔ２より小さい場合には、第１外周溝２６及び第２外周溝２８の両方における切屑排出性を良好にできる。特に、比ｔ１／ｔ２が、０．９４０〜０．９９８である場合には、第１外周溝２６及び第２外周溝２８の両方における切屑排出性をさらに良好にできる。

ここで、本実施形態における第１外周溝２６の溝深さｔ１とは、図５に示すように、第１外周刃１４を通る円弧から、第１外周溝２６までの深さのうち、最も深い深さのことであり、回転軸Ｏと最も深い部分とを通る直線において、最も深い部分から上記円弧までの距離のことを指す。同様に、第２外周溝２８の溝深さｔ２とは、図５に示すように、第２外周刃１６を通る円弧から、第２外周溝２８までの深さのうち、最も深い深さのことである。

また、図２〜図４に示すように、エンドミル本体２が、第１底刃１０に隣接して第１外周溝２６との間に位置する第１ギャッシュ４４を有していてもよい。エンドミル本体２が第１ギャッシュ４４を有するときには、図２に示すように、第１底刃１０と第１外周溝２６との間に平面状の第１底すくい面４６が形成される。

また、エンドミル本体２が、第２底刃１２に隣接して第２外周溝２８との間に位置する第２ギャッシュ４８を有していてもよい。エンドミル本体２が第２ギャッシュ４８を有するときには、図３に示すように、第２底刃１２と第２外周溝２８との間に平面状の第２底すくい面５０が形成される。

第１底すくい面４６と第１底逃げ面２２との交差部に位置し、回転軸Ｏから外周側に向かって延びる部分も第１底刃１０に含まれる。第２底すくい面５０と第２底逃げ面２４との交差部に位置し、回転軸Ｏから外周側に向かって延びる部分も第２底刃１２に含まれる。

第１底刃１０及び第２底刃１２のうちの少なくとも１つが、他の切刃とは点対称の形状ではない不等分割である場合には、第１底刃１０及び第２底刃１２の配置が非対称な形状となり、切削時にエンドミル１が共振してびびり振動が発生することを抑制できる。第１底刃１０及び第２底刃１２の配置を非対称にする以外に、第１外周刃１４及び第２外周刃１６のうちのいずれか１つのねじれ角を変える方法（不等リード）等であってもよい。

また、本実施形態では、回転方向Ｒの後方に向かって、第１外周溝２６−第１外周刃１４−第２外周溝２８−第２外周刃１６の順に外周刃の数だけ繰り返されて配置されているが、これに限定されるものではない。つまり、第１外周溝２６と第１外周刃１４、第２外周溝２８と第２外周刃１６のいずれか１つの数が少ないものであってもよい。

本実施態様のエンドミル１は、再研磨によって切刃を再生することが可能である。具体的には、第１底逃げ面２２の再研磨加工と、第１底すくい面４６を含む第１ギャッシュ４４の再研磨加工とによって、第１底刃１０及び第１外周刃１４を再生させることができる。また、第２底逃げ面２４の再研磨加工と、第２底すくい面５０を含む第２ギャッシュ４８の再研磨加工とによって、第２底刃１２及び第２外周刃１６を再生させることができる。

＜切削加工物の製造方法＞
本実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図９を用いて説明する。

図９は、図１のエンドミル１を用いて、被削材を肩加工する切削加工物の製造方法を示す模式図である。本実施形態では、アーバ（図示せず）に取り付けたエンドミル１を、図９Ａに示すように、エンドミル１の回転軸Ｏを基準に矢印Ａ方向に回転させつつ矢印Ｂ方向に動かして、被削材１００に近づける。

次に、図９Ｂに示すように、回転しているエンドミル１を被削材１００の表面に接触させる。具体的には、回転しているエンドミル１を被削材１００に接触させながら矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、外周刃によって切削された被削材１００の被削面が、側方切削面１０１となる。また、底刃によって切削された被削材１００の被削面が底切削面１０２となる。

図９Ｃに示すように、エンドミル１を矢印Ｃ方向にそのまま動かし、エンドミル１が被削材１００から離れることによって切削加工は終了であり、所望の切削加工物１１０を得ることができる。エンドミル１が上述した理由から優れた切削能力を備えているので、加工面精度に優れる切削加工物１１０を得ることができる。

なお、切削加工を継続する場合には、エンドミル１を回転させた状態を保持したまま、被削材１００の異なる箇所にエンドミル１の切刃の接触を繰り返せばよい。本実施形態では、エンドミル１を被削材１００に近づけているが、エンドミル１と被削材１００とが相対的に近づけばよいため、例えば被削材１００をエンドミル１に近づけてもよい。この点、エンドミル１を被削材１００から離す工程についても同様である。

以上、本開示に係る好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１ エンドミル
２ エンドミル本体
４ 切削部
６ シャンク部
８ 根元部
１０ 第１底刃
１２ 第２底刃
１４ 第１外周刃
１６ 第２外周刃
２０ チゼル部
２２ 第１底逃げ面
２４ 第２底逃げ面
２６ 第１外周溝
２８ 第２外周溝
３０ 第１外周逃げ面
３２ 第１ヒール
３４ 第２外周逃げ面
３６ 第２ヒール
３８ 第１コーナ
４０ 第２コーナ
４２ 切れ上がり部
４４ 第１ギャッシュ
４６ 第１底すくい面
４８ 第２ギャッシュ
５０ 第２底すくい面
Ｏ 回転軸
ｄ 芯厚
Ｌ１ 第１外周刃の回転軸からの距離
Ｌ２ 第２外周刃の回転軸からの距離
α１ 第１外周刃のすくい角
α２ 第２外周刃のすくい角
β１ 第１外周刃のねじれ角
β２ 第２外周刃のねじれ角
γ１ 第１外周溝の開き角
γ２ 第２外周溝の開き角
ｔ１ 第１外周溝の溝深さ
ｔ２ 第２外周溝の溝深さ

Claims (5)

1. 回転軸を有し、第１端及び第２端を有する棒状のエンドミル本体を有するエンドミルであって、
   前記エンドミル本体は、
   前記第１端に位置して前記回転軸を含むチゼル部と、
   前記第１端側に位置する２つの第１底刃と、
   前記第１端側に位置する２つの第２底刃と、
   前記第１底刃からそれぞれ延在し、前記エンドミル本体の側面に位置する２つの第１外周刃と、
   前記第２底刃からそれぞれ延在し、前記エンドミル本体の側面に位置する２つの第２外周刃と、
   前記第１外周刃に対して前記回転軸の回転方向の前方に位置する第１外周溝と、
   前記第２外周刃に対して前記回転方向の前方に位置する第２外周溝とを備え、
   ２つの前記第１底刃及び２つの前記第２底刃は、前記回転軸の回転方向に沿って交互に位置しており、
   ２つの前記第１外周刃及び２つの前記第２外周刃は、前記回転方向に沿って交互に位置しており、
   前記第１底刃は、先端視において、前記チゼル部から外周に向かって延びており、
   前記第２底刃は、前記チゼル部と離れた位置から外周に向かって延びており、
   前記回転軸に直交する断面において、
   前記第１外周刃の前記回転軸からの距離をＬ１、前記第２外周刃の前記回転軸からの距離をＬ２としたとき、前記Ｌ２が前記Ｌ１よりも短く、
   前記第２外周刃と、該第２外周刃に対して前記回転方向の前方において隣り合う前記第１外周刃との間での前記回転軸の周方向における間隔が、前記第２外周刃と、該第２外周刃に対して前記回転方向の後方において隣り合う前記第１外周刃との間での前記回転軸の周方向における間隔よりも狭く、
   前記第１外周刃のすくい角をα１、前記第２外周刃のすくい角をα２としたとき、前記α２が前記α１よりも大きく、
   前記第１外周溝の開き角をγ１、前記第２外周溝の開き角をγ２としたとき、前記γ１が前記γ２よりも大きいエンドミル。
2. 前記エンドミル本体は、
   前記第１外周刃に対して前記回転軸の回転方向の前方に位置する第１外周溝と、
   前記第１底刃及び前記第１外周溝との間に形成された平面状の第１底すくい面とをさ
   らに備える請求項１記載のエンドミル。
3. 前記エンドミル本体は、
   前記第２外周刃に対して前記回転軸の回転方向の前方に位置する第２外周溝と、
   前記第２底刃及び前記第２外周溝との間に形成された平面状の第２底すくい面とをさらに備える請求項１または２のいずれか記載のエンドミル。
4. 前記第１外周刃のねじれ角をβ１、前記第２外周刃のねじれ角をβ２としたとき、前記β１が前記β２より小さい請求項１乃至３のいずれか記載のエンドミル。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載のエンドミルを回転させる工程と、
   回転している前記エンドミルを被削材に接触させる工程と、
   前記エンドミルを前記被削材から離す工程とを備える切削加工物の製造方法。

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