JP6892037B1 - エンドミル - Google Patents

Abstract

本発明は、深堀加工に用いるエンドミルであって、工具自体の製造が容易であって、被切削材への食い込みを緩和して被加工面の品位を向上させることのできるエンドミルの提供を目的とする。エンドミルは、中心軸に沿って延びるシャンク部と、前記シャンク部の先端側に位置し、前記中心軸まわりに螺旋状に延びる外周刃が周方向に沿って複数設けられた刃部と、を備え、前記シャンク部は、少なくとも前記刃部との接続部位において前記外周刃の前記シャンク部側の後端の外径よりも小さい外径を有し、前記刃部と前記シャンク部との境界には、前記外周刃の前記後端に連続し、前記中心軸回りの回転軌跡が円錐台状をなす円錐面が設けられている。

Description

本発明は、金属の深堀加工に用いられるエンドミルに関するものである。

金属加工において、エンドミルを用いて深い立壁（９０°の壁）を切削する深堀加工を行なう場合、切刃部とシャンク部との間に刃径よりも小径の首部を設けたり、シャンク部径を刃径よりも小径とする工具を用いて、ステップ加工を行うことが知られている。
このような工具では、外周刃の刃元（後端部）が鋭利となり、被切削材に食い込むことで加工面に段差が形成されてしまい、加工面の品位が低下してしまうことがある。

そこで、外周刃の後端部に、特許文献１のように先端側の外周刃と滑らかに繋がる円弧状の外周刃を形成したり、特許文献２のように外周刃全体の回転軌跡
が釣鐘状となる外周刃を形成することで、被加工面に段差が形成されてしまうのを抑制する技術が開示されている。

特開２０００−３３４６１５公報 特開２００８−０４９４５０公報

しかしながら、上述した特許文献１，２のように外周刃の形状を複雑な形状に形成することは容易ではない。また、被加工面の品位の更なる向上が望まれている。

本発明は、このような背景の下になされたもので、工具自体の製造が容易であって、被切削材への食い込みを緩和して被加工面の品位を向上させることのできるエンドミルを提供することを目的としている。

本実施形態のエンドミルは、中心軸に沿って延びるシャンク部と、前記シャンク部の先端側に位置し、前記中心軸まわりに螺旋状に延びる外周刃が周方向に沿って複数設けられた刃部と、を備え、前記シャンク部は、少なくとも前記刃部との接続部位において前記外周刃の前記シャンク部側の後端の外径よりも小さい外径を有し、前記刃部と前記シャンク部との境界には、前記外周刃の前記後端に連続し、前記中心軸回りの回転軌跡が円錐台状をなす円錐面が設けられており、前記外周刃の逃げ面は、前記円錐面の回転方向後方側まで延在している。

本発明の一態様によれば、刃部とシャンク部との境界に、外周刃におけるシャンク部側の後端に連続し、中心軸回りの回転軌跡が円錐台となる、円錐の側面の一部が設けられていることによって、外周刃の後端部が被加工面に食い込みにくくなるとともに、円錐面が被切削面を適度に擦って磨き、被加工面の品位を向上させることができる。また、従来のエンドミルの製造工程にテーパ研削を加えるだけで、複数の外周刃の後端側に連続する円錐面を一括して形成することができるので、工具自体の製造が容易で製造コストを抑えることができる。

本発明の一態様によれば、前記外周刃の逃げ面は、前記円錐面の回転方向後方側まで延在している構成としてもよい。
このような構成により、円錐面の面積が大きくなりすぎず、被切削面を適度に擦る円錐面を実現しやすくなる。

本発明の一態様によれば、前記刃部は、周方向に並ぶ前記外周刃同士の間に、周方向に螺旋状に延びる切屑排出溝が複数設けられており、前記切屑排出溝の後端側の端部は、前記円錐面と周方向に隣接する構成としてもよい。

このような構成により、円錐面の面積が大きくなりすぎず、被加工面に適度に擦れる円錐面を実現しやすくなり、加工面品位をより向上させることができる。

本発明の一態様によれば、前記外周刃の回転軌跡と、前記円錐面の回転軌跡とがなす角度は、１５５°〜１７５°の範囲内である構成としてもよい。

このような構成により、外周刃と円錐面との境界部分の角が被加工面に食い込みにくくなり、被加工面が荒れるのを抑えることができる。また、円錐面の面積が大きくなりすぎず、被加工面と適度に擦れる円錐面を実現しやすくなり、加工面品位をより向上させることができる。

本発明の一態様によれば、前記刃部は、先端から前記シャンク部に向かって前記外周刃の外径が漸次小となるようにバックテーパ状に縮径した形状になっており、前記刃部のバックテーパ量が０．０２０ｍｍ以下である構成としてもよい。

このような構成により、エンドミルの垂直性を確保して立壁の削り残り量が増えるのを抑えることができるとともに、被加工面に対する食い込みを抑えることができる。

以上説明したように、本発明によれば、製造コストを増大させることなく、深堀加工する場合に、加工面品位を向上させることが可能なエンドミルを得ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の先端部の側面図である。 図２は、本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の回転軌跡の中心軸Ｏを含む平面における断面図である。 図３は、図１に示す実施形態のエンドミル本体の二点鎖線で囲む領域を拡大して示す図である。 図４は、図１に示す実施形態のエンドミル本体の一点鎖線で囲む領域を拡大して示す側面図である。 図５は、図２に示すエンドミル本体の先端部における軸方向に交差する方向のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図６は、図２に示すエンドミル本体の先端部における軸方向に交差する方向のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１は、本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の先端部を示す側面図である。図２は、本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の回転軌跡の中心軸Ｏを含む平面における断面図である。図３は、図１に示す実施形態のエンドミル本体の二点鎖線で囲む領域を拡大して示す図である。図４は、図１に示す実施形態のエンドミル本体の一点鎖線で囲む領域を拡大して示す側面図である。図５は、図２に示すエンドミル本体の先端部における軸方向に交差する方向のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６は、図２に示すエンドミル本体の先端部における軸方向に交差する方向のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

本実施形態のエンドミル１０は、中心軸Ｏを中心として軸線方向に沿って延びる概略円柱の軸状をなしている。エンドミル１０は、超硬合金等の硬質材料から構成される。
以下の説明において、エンドミル１０の中心軸Ｏと平行な方向を「軸線方向」という。また、中心軸Ｏに直交する方向を「径方向」という。また、中心軸Ｏの回りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削加工時にエンドミル１０が回転する方向を工具回転方向Ｔという。

エンドミル１０は、金属材料等の被切削材の切削加工（転削加工）に使用される。本実施形態のエンドミル１０は、ラジアスエンドミルであって、等高線加工によって立壁の加工を行う。本実施形態ではラジアスエンドミルを例示したが、等高線加工によって立壁の加工を行なうエンドミルであれば他の形状であってもよく、例えばスクエアエンドミルであってもよい。エンドミル１０によって加工される被切削材は、例えば、樹脂成型用の金型の入れ子である。

エンドミル１０は、図１及び図２に示すように、シャンク部１１と、シャンク部１１の先端側に位置する刃部１３とを有する。シャンク部１１は、円柱状のシャンク部本体１１ａと、シャンク部本体１１ａと刃部１３とを接続する小径の首部１２とを有する。本実施形態では首部１２を有するが、本発明ではシャンク部１１のうち、少なくとも刃部１３との接続部位（シャンク部１１の先端）が、刃部１３の後端の外径よりも小さい外径を有していればよく、シャンク部１１の全体が刃部１３の後端の外径よりも小さい外径を有していてもよい。これら刃部１３、首部１２、シャンク部本体１１ａは、先端側（＋Ｘ方向側）から後端側（−Ｘ方向側）に向かって中心軸Ｏに沿ってこの順で並ぶ。

シャンク部本体１１ａは、中心軸Ｏを中心とする円柱状である。シャンク部本体１１ａは、エンドミル１０の後端側に位置する。エンドミル１０は、シャンク部本体１１ａにおいて工作機械に把持されて、中心軸Ｏの軸周りのうち工具回転方向Ｔに回転させられる。また、エンドミル１０は、工作機械によって、中心軸Ｏにおける軸周りの回転とともに、中心軸Ｏに交差する方向に送りを与えられて被切削材の加工を行う。シャンク部本体１１ａの形状は、工作機械側の形状に応じて変更してもよい。

首部１２は、中心軸Ｏを中心とする円柱状である。首部１２は、シャンク部本体１１ａの先端側（＋Ｘ方向側）に位置する。本実施形態において、首部１２の外径は、シャンク部本体１１ａの外径より小さい。シャンク部本体１１ａの先端部には、首部１２に向かうに従って外径が小さくなるテーパ面１１ｂが形成されている。

刃部１３は、首部１２の先端側（＋Ｘ方向側）に位置する。刃部１３には、４つの外周刃１４と、外周刃１４の先端側においてそれぞれ外周刃１４と連続する４つのコーナー刃１５と、コーナー刃１５の先端側においてそれぞれコーナー刃１５と連続する４つの底刃１６と、が設けられる。

本実施形態における刃部１３は、先端から後端側（首部１２側）に向かって外周刃１４の外径が漸次小さくなるようにバックテーパ状に縮径した形状となっている。外周刃１４のバックテーパ量は、０．０２０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．００５〜０．０１５ｍｍの範囲内がより好ましい。

一般的に、バックテーパが強いほど外周刃１４の垂直性がなくなることから、立壁加工を行うときの立壁の削り残り量は大きくなる。そのため、被加工面の寸法精度を良くするためには、バックテーパはできるだけ小さい方が好ましい。一方で、バックテーパがない、もしくはバックテーパが弱いと、外周刃１４と被切削材との接触が増えてびびり振動が起きたり、被加工面が荒れて白濁したりして、被加工面の品位が低下してしまう。

そのため、本実施形態では、刃部１３のバックテーパを上記範囲内に設定することにより、立壁の削り残り量を小さくできるとともに、被加工面の品位低下を抑えることができる。

４つの外周刃１４は、刃部１３の外周において周方向に沿って等間隔に配置される。４つのコーナー刃１５は、外周刃１４と底刃１６の間において周方向に沿って等間隔に配置される。また、４つの底刃１６は、刃部１３の先端において周方向に沿って等間隔に配置される。

外周刃１４は、中心軸Ｏまわりに螺旋状に延びるねじれ刃である。外周刃１４は、エンドミル１０の後端側から先端側に向かうに従い工具回転方向Ｔへ向かって一定のねじれ角θで螺旋状にねじれている。本実施形態において、４つの外周刃１４のねじれ角は、互いに同じ角度である。なお、本実施形態のエンドミル１０は、不等分割不等リードのエンドミルとすることもできる。

外周刃１４の後端の外径寸法Ｄは、シャンク部１１の刃部１３との接続部位より大きい。本実施形態においては、外周刃１４の後端の外径寸法Ｄは、首部１２の外径寸法ｄより大きい。

周方向における外周刃１４同士の間には、切屑排出溝２４が構成される。複数の切屑排出溝２４は、周方向に等間隔に形成されている。切屑排出溝２４は、軸方向に沿って一定のねじれ角で螺旋状にねじれている。切屑排出溝２４のねじれ角は、外周刃１４のねじれ角θと一致する。切屑排出溝２４の後端側は、エンドミル１０の外周に切り上がって円錐面１７側へと延びている。

切屑排出溝２４の工具回転方向後方側の端縁には、外周刃１４が形成されている。すなわち、切屑排出溝２４は、外周刃１４の工具回転方向前方側に位置する。切屑排出溝２４の壁面は、底面とすくい面２４ｂとを含む。底面２４ａは、切屑排出溝２４において中心軸Ｏに対し径方向外側を向く面である。また、すくい面２４ｂは、切屑排出溝２４において工具回転方向Ｔを向く壁面である。

外周刃１４は、刃部１３の外周面において、すくい面２４ｂと逃げ面２５との交差稜線に形成されている。逃げ面２５は、切屑排出溝２４に対し回転方向後方側に隣接する面である。逃げ面２５は、外周刃１４の回転方向後方側において外周刃１４から切屑排出溝２４に向かって周方向に一連なりに延びる。

図３および図５に示すように、本実施形態の外周刃１４は、２段の逃げ面を有する。すなわち、外周刃１４の逃げ面２５は、周方向に沿って並ぶ第１逃げ面２５ａおよび第２逃げ面２５ｂを有する。逃げ面２５において、第１逃げ面２５ａは、外周刃１４側（工具回転方向Ｔの前方側）に位置する。また、第２逃げ面２５ｂは、切屑排出溝２４側（工具回転方向Ｔの後方側）に位置する。第１逃げ面２５ａと第２逃げ面２５ｂとは、中心軸Ｏに直交する断面において、互いに異なる位置を中心とする円弧形状に構成されている。第２逃げ面２５ｂの逃げ角は、第１逃げ面２５ａの逃げ角より大きい。

図１及び図３に示すように、本実施形態のエンドミル１０は、刃部１３の各外周刃１４と、首部１２との境界に、各外周刃１４の後端側（首部１２側の端部）に連続する円錐面１７を有する。言い換えると、外周刃１４の後端（シャンク部１１側の端部）と、外周刃１４の後端よりも小さい径を有するシャンク部１１の先端部（刃部１３側の端部）とを隔てるように、円錐面１７が設けられている。円錐面１７は、中心軸Ｏ回りの回転軌跡が円錐台状をなすエンドミル１０の外周面である。すなわち、エンドミル１０は、刃部１３とシャンク部１１との境界に、外周刃１４におけるシャンク部１１側の後端に連続する円錐面１７を有する。

本実施形態においては、工具の製造過程において、外周刃１４と首部１２との境界部分に形成される角を落とすようにしてテーパ切削を行うことで、中心軸回りの回転軌跡が円錐面状をなす円錐面１７が形成される。外周刃１４の刃長は、予め製品の刃長よりも長く形成され、円錐面１７を形成するテーパ研削により製品の刃長とされる。これにより、外周刃１４の後端になめらかに連続する円錐面１７を容易に形成できる。

円錐面１７の回転軌跡は、外周刃１４側からシャンク部１１部側へと向かうにしたがって縮径した円錐を描く。また、図６に示すように、円錐面１７を軸方向から見たとき、軸回りの回転軌跡の円形に沿った円弧状をなす。図５及び図６に示すように、軸回りにおける外周刃１４の回転軌跡ＲＴ１よりも径方向内側に、円錐面１７の回転軌跡ＲＴ２が形成される。

このような円錐面１７は、軸方向における先端側が外周刃１４の後端側に連続するとともに、後端側が首部１２の外周面である円筒面１２ａに連続する。

円錐面１７は、逃げ角がない、もしくは非常に小さい逃げ角を有する。すなわち、円錐面１７と、円錐面１７の工具回転方向Ｔの前方側のすくい面２４ｂとの稜線は切刃ではない。本実施形態の円錐面１７は、逃げ面ではなく、被加工面に対してほぼ接触しないか、当該被加工面を適度に擦るように接触する面となる。言い換えると、本実施形態の円錐面１７は、外周刃１４の後端に対しては、径方向中心軸側に後退しつつも、回転軌跡に対しては後退していない面である。それゆえ、円錐面１７が設けられることによって、外周刃１４の終端部が被加工面に食い込みにくくなり、被加工面が荒れてしまうのを抑制することができるとともに、円錐面１７が被切削面を適度に擦って磨き、被加工面の品位を向上させることができる。

図１に示したように、周方向で隣り合う外周刃１４同士の間には、切屑排出溝２４がそれぞれ存在している。切屑排出溝２４は、周方向に螺旋を描いて軸方向へ延びるとともに、後端側が円錐面１７と周方向に隣接する位置まで延在している。つまり、周方向において、切屑排出溝２４の後端側部分と円錐面１７とが交互に存在する。この構成により、ステップ加工時において、切屑排出溝２４から切屑が効率よく排出される。本実施形態では、円錐面１７の全体が切屑排出溝２４と周方向に隣接しているが、円錐面１７と切屑排出溝２４とは、互いの少なくとも一部が周方向に隣接していればよい。

図２示すように、外周刃１４と円錐面１７とがなす角、すなわち、中心軸Ｏを含む平面における断面において、外周刃１４の回転軌跡と円錐面１７の回転軌跡とのなす角は鈍角であり、その角度αは、１５５°〜１７５°の範囲内であることが好ましい。また、１６０°〜１７５°の範囲内であることがより好ましく、１６５°〜１７０°の範囲内が特に好ましい。

外周刃１４と円錐面１７とがなす角度αが上記角度範囲よりも小さい場合、外周刃１４の終端刃（外周刃１４と円錐面１７との境界部分）の角が被加工面に食い込みやすくなり、被加工面が荒れやすくなる。また、上記角度範囲よりも大きい場合も、円錐面１７において被加工面に擦れる面積が大きくなりすぎて、被加工面が荒れやすくなる。

外周刃１４と円錐面１７とがなす角度αを上記角度範囲内に設定することにより、外周刃１４と円錐面１７との境界部分を、角が形成されることなく連続した滑らかな曲面にしやすくなる。これにより、外周刃１４の終端が被加工面に食い込みにくくなる。なお、外周刃１４と円錐面１７との境界に角が形成されていても、その角は十分に大きな鈍角であるため、被加工面への食い込みは抑制される。

本実施形態におけるエンドミル１０は、従来のエンドミルの製造工程にテーパ切削を加えるだけで、複数の外周刃１４の各後端側に連続する円錐面１７を一括して形成することができる。本実施形態のエンドミル１０は、工具自体の製造が容易で製造コストを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態のエンドミル１０によれば、各外周刃１４の後端側に円錐面１７が設けられることによって、外周刃１４の上記終端刃が被加工面に食い込みにくくなり、被加工面が荒れてしまうのを抑制することができるとともに、円錐面が被切削面を適度に擦って磨き、被加工面の品位を向上させることができる。

エンドミル１０では、円錐面１７が逃げ面ではなく、円錐面１７が適度に被加工面を擦ることで、被加工面に光沢感を与えることができるので、被加工面の品位を高めることが可能である。また、円錐面１７と被加工面とが擦れる面積が大きくなりすぎないことで、被加工面が白濁してしまうのも抑制できる。

また、本実施形態のエンドミル１０では、再研磨により刃部１３の外径が小さくなった場合でも、外周刃１４の回転軌跡と円錐面１７の回転軌跡とがなす角度は、再研磨の前後で変化しないため、再研磨の回数によらず、安定して高品位な加工面を得ることができる。

本実施形態の場合、外周刃１４の逃げ面２５は、円錐面１７の回転方向後方側まで延在しており、周方向において複数の円錐面１７と複数の切屑排出溝２４とが交互に配置される。これにより、円錐面１７の面積が大きくなりすぎず、被加工面を適度に擦る円錐面１７を実現しやすくなる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

上記実施形態では、首部１２を有する構成について述べたが、首部１２のない構成であってもよく、その場合は、刃部１３のうち、各外周刃１４とシャンク部１１との境界部分に円錐面１７が形成された構成であってもよい。

１０…エンドミル、１１…シャンク部、１３…刃部、１４…外周刃、１７…円錐面、２４…切屑排出溝、Ｏ…中心軸、α…角度、θ…ねじれ角

Claims (4)

1. 中心軸に沿って延びるシャンク部と、
   前記シャンク部の先端側に位置し、前記中心軸まわりに螺旋状に延びる外周刃が周方向に沿って複数設けられた刃部と、を備え、
   前記シャンク部は、少なくとも前記刃部との接続部位において前記外周刃の前記シャンク部側の後端の外径よりも小さい外径を有し、
   前記刃部と前記シャンク部との境界には、前記外周刃の前記後端に連続し、前記中心軸回りの回転軌跡が円錐台状をなす円錐面が設けられており、
   前記外周刃の逃げ面は、前記円錐面の回転方向後方側まで延在している、
   エンドミル。
2. 前記刃部は、周方向に並ぶ前記外周刃同士の間に、周方向に螺旋状に延びる切屑排出溝が複数設けられており、
   前記切屑排出溝の後端側の端部は、前記円錐面と周方向に隣接する、
   請求項１に記載のエンドミル。
3. 前記外周刃の回転軌跡と、前記円錐面の回転軌跡とがなす角度は、１５５°〜１７５°の範囲内である、
   請求項１から２のいずれか１項に記載のエンドミル。
4. 前記刃部は、先端から前記シャンク部に向かって前記外周刃の外径が漸次小となるようにバックテーパ状に縮径した形状になっており、前記刃部のバックテーパ量が０．０２０ｍｍ以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のエンドミル。

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