JP6911534B2 - ボールエンドミル - Google Patents
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Description
ボールエンドミルは、軸状をなすエンドミル本体を有しており、エンドミル本体の軸線方向の先端部には刃部が形成され、エンドミル本体の刃部以外の部位はシャンク部とされている。また、刃部には、切屑排出溝、ギャッシュ、外周刃及び底刃(先端刃)がそれぞれ複数形成されている。
一方、本発明とは異なり、放射方向に沿う第1〜第3底刃の振れが5μmを超えると、一刃送り量を大きく設定しないと、各底刃が十分に機能せずに加工面精度が低下する傾向にある。また、一刃送り量を大きく設定することで、早期に工具損傷が発生するおそれがある。
エンドミル本体2は概略円柱状をなしており、該エンドミル本体2の軸線O方向に沿う少なくとも先端部に刃部3aが形成され、該刃部3a以外の部位はシャンク部3bとされている。
具体的に、本実施形態のボールエンドミル1は、例えば4〜6軸の多軸制御のマシニングセンタ等の工作機械の主軸に着脱可能に装着されて、被削材の切削に用いられる。本実施形態の例では、工作機械として5軸加工機を用いている。
また、軸線Oに直交する方向を径方向という。径方向のうち、軸線Oに接近する向きを径方向の内側といい、軸線Oから離間する向きを径方向の外側という。
また、軸線O回りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削時に工作機械の主軸によりエンドミル本体2が回転させられる向きをエンドミル回転方向Tといい、これとは反対の回転方向を、エンドミル回転方向Tとは反対側(反エンドミル回転方向)という。
刃部3aの先端面には、周方向に隣り合うギャッシュ7(切屑排出溝4)同士の間に、先端逃げ面8がそれぞれ形成されている。先端逃げ面8は、底刃9からエンドミル回転方向Tとは反対側へ向かうに従い基端内周側へ向けて傾斜しており、これにより底刃9には逃げ角が付与されている。本実施形態では、底刃9の逃げ角が、5〜15°である。
第3底刃9Cの先端23は、軸線Oからの直線距離が工具径dの0.15d〜0.3dの範囲に設けることが好ましい。前記直線距離が0.15d未満であると、第2底刃9Bとの刃長の差が小さくなり過ぎてびびり振動が発生し易くなる。また、前記直線距離が0.3dよりも大きくなると切削性能が低下する。
ここで、底刃9上の所定の点A及び軸線Oを含む仮想平面を、基準面Prと定義する。基準面Prは、エンドミル回転方向T(つまり主運動方向)に垂直な面である。また、基準面Pr内において、中心点Cと所定の点Aとを通る仮想直線VLが、軸線Oに対して傾斜する角度を、放射角度θと定義する。放射角度θは、所定の点Aが軸線O上に配置される場合を0°とし、所定の点Aが中心点Cに対して軸線O方向の同一位置に配置される場合を90°とする。
本実施形態では、前記所定の放射角度θが、40〜50°である。
本実施形態では、底刃9の放射方向すくい角は、0〜5°である。また、底刃9の放射方向すくい角は、底刃9の先端(放射角度θ=0°付近)から外周刃5に接続する径方向の外縁(放射角度θ=90°付近)へ向かうに従い大きくなる。
図3に示されるエンドミル本体2の正面視において、第1底刃9Aのギャッシュ7Aに対して第2底刃9Bのギャッシュ7Bの長さが短く、第2底刃9Bのギャッシュ7Bに対して第3底刃9Cのギャッシュ7Cの長さが短い。
本実施形態の例では、第1底刃9Aのギャッシュ7Aの先端と、第3底刃9Cのギャッシュ7Cの先端とが互いに接続しており、また、第1底刃9Aのギャッシュ7Aのうち、第3底刃9Cのギャッシュ7Cと接続する先端から基端側へ向けて離間した部分に対して、第2底刃9Bのギャッシュ7Bの先端が接続している。つまり、ギャッシュ7Aに対してギャッシュ7B、7Cが連通しており、ギャッシュ7Aを通してギャッシュ7B、7C同士も連通している。
図4に示されるように、第3底刃9Cのギャッシュ7Cに対して、第2底刃9Bのギャッシュ7Bの深さは深く、第2底刃9Bのギャッシュ7Bに対して、第1底刃9Aのギャッシュ7Aの深さは深い。
なお、「ギャッシュ7の深さ」とは、軸線O回りに底刃9が回転して得られる半球状の回転軌跡(仮想半球面)と、ギャッシュ7の底面のうち前記回転軌跡からの距離が最も遠い部分(ギャッシュ7の最深部)と、の間の前記距離を指す。つまり、仮想半球面RLに対して、ギャッシュ7底面のうち、中心点Cを中心とする放射方向の最も内側に位置する部分と、仮想半球面RLと、の間の放射方向に沿う距離が、「ギャッシュの深さ」である。
具体的には、図4において符号RLで示されるものが、底刃9が軸線O回りに回転して得られる回転軌跡(仮想半球面)であり、符号Dで示される距離が、底刃9の回転軌跡RLからギャッシュ7の最深部までのギャッシュ7深さ(図示の例ではギャッシュ7Aの深さ)である。
本実施形態では、外周刃5のねじれ角が、15〜30°である。
一方、本実施形態とは異なり、放射方向に沿う第1〜第3底刃9A〜9Cの振れが5μmを超えると、一刃送り量を大きく設定しないと、各底刃9A〜9Cが十分に機能せずに加工面精度が低下する傾向にある。また、一刃送り量を大きく設定することで、早期に工具損傷が発生するおそれがある。
通常、6枚刃のような多刃のボールエンドミルにおいては、製造時に砥石の干渉が発生しやすいことから各底刃の振れをより抑制するのは困難である。本実施形態のように、6枚刃ボールエンドミルの底刃9の振れを5μm以下、さらには4μm以下、3μm以下にまで量産ベースで達成するには、製造時の砥石の干渉を抑制するため、底刃9A〜9Cの長さを第1底刃9A、第2底刃9B、第3底刃9Cの順に短くし、かつこれらを軸線Oを中心に対称に設けた刃型が有効である。
すなわちこの場合、底刃9が6枚刃とされたボールエンドミル1となり、切削の加工能率を高めることができる。そしてこのような多刃のボールエンドミル1であっても、本実施形態によれば、切屑排出性が安定して確保される。
刃部3aの先端付近では第2底刃9B及び第3底刃9Cが形成されていないため、各底刃9A〜9CのR精度を正確に測定することは困難となる。このため、本実施形態で説明したように、所定の放射角度θを40〜50°に設定することが好ましい。つまり、底刃9A〜9CのR精度の測定を、刃部3aの先端から軸線Oに対して40〜50°の箇所で測定すればよい。この範囲の底刃9A〜9Cは特に使用頻度が高い傾向にあるため、各底刃9A〜9Cの振れを抑制することで加工面精度をより高めることができる。
つまり、第3底刃9Cのギャッシュ7C、第2底刃9Bのギャッシュ7B及び第1底刃9Aのギャッシュ7Aが、この順に深くされている。そして、第1〜第3底刃9A〜9Cのうち、刃長が長いものほどギャッシュ7の容積(断面積)が大きくなる。言い換えると、切削量の多い底刃9になるほどギャッシュ容積を大きく確保できる。従って、切屑排出性が安定して高められる。
底刃9の放射方向すくい角が、0°未満であると、切れ味が悪くなり切削抵抗が増大してたわみが発生するため、高精度加工に影響する。また、底刃9の放射方向すくい角が、5°よりも大きくなると、底刃9の刃物角が小さくなって刃先強度が低下する。
このような底刃9とすることで、該底刃9の先端部での剛性を高められ、かつ、チップポケット(切屑排出溝4)が大きくなる外周刃5との接続部分付近においては、切れ味を高めて切削効率を向上させることができる。
底刃9の逃げ角が、5°未満であると、被削材の加工面が先端逃げ面8に擦れやすくなり、またこれらの間に切屑が噛み込むなどして、チッピングや欠けが発生しやすくなる。また、底刃9の逃げ角が、15°よりも大きくなると、底刃9の刃物角が小さくなって刃先強度が低下する。
外周刃5のすくい角が、−10°未満であると、底刃9のすくい面12と外周刃5のすくい面11との接続部分に段差が生じやすくなり、切屑の流れが悪くなって、切屑詰まり等の不具合が発生しやすくなる。また、外周刃5のすくい角が、0°よりも大きくなると、外周の刃溝(エンドミル製造時に切屑排出溝4を成形する際に付く溝条)が底刃9のすくい面12に干渉し、底刃9の剛性に影響してチッピングが発生しやすくなる。
外周刃5の逃げ角が、5°未満であると、立ち壁加工時において、被削材の加工面が外周逃げ面6に擦れやすくなり、またこれらの間に切屑が噛み込むなどして、チッピングや欠けが発生しやすくなる。また、外周刃5の逃げ角が、15°よりも大きくなると、外周刃5の刃物角が小さくなって刃先強度が低下し、チッピングや欠けが生じやすくなり、また製造時においては、隣接する外周刃5の刃先に砥石が干渉しやすくなるため、エンドミルの製造が困難となる。
外周刃5のねじれ角が、15°未満や30°を超える場合には、底刃9と外周刃5との接続部に段差が生じやすくなり、被削材の加工面にスジ(切削痕)が発生しやすくなる。
ボールエンドミル1による加工面精度をより向上させるには、工具の剛性をより高めることが好ましい。工具の剛性を高めるためには、心厚を60%以上とすることが効果的であり、心厚を65%以上とすることがより好ましい。また、刃部3aの刃長については、刃径に対して1.5倍以下とすることが効果的であり、1.0倍以下とすることがより好ましい。
2 エンドミル本体
5 外周刃
7 ギャッシュ
7A 第1底刃のギャッシュ
7B 第2底刃のギャッシュ
7C 第3底刃のギャッシュ
9 底刃(先端刃。ボール刃)
9A 第1底刃
9B 第2底刃
9C 第3底刃
21 第1底刃の刃長方向の先端
A 底刃上の所定の点
C 中心点
O 軸線
Pr 基準面
RL 仮想半球面(底刃の回転軌跡)
T エンドミル回転方向
VL 仮想直線
θ 放射角度
Claims (5)
- 軸状をなすエンドミル本体と、
前記エンドミル本体の軸線方向の先端部に、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが凸円弧状をなすとともに、前記軸線回りの回転軌跡が前記軸線上に中心を有する半球状をなす複数の底刃と、
複数の前記底刃に対して、前記軸線回りのうちエンドミル回転方向にそれぞれ隣接配置される複数のギャッシュと、を備えたボールエンドミルであって、
複数の前記底刃には、
前記軸線に直交する径方向の内側へ向けた刃長が、複数の前記底刃の中で最も長くされた第1底刃と、
前記第1底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第1底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第2底刃と、
前記第2底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第2底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第3底刃と、が含まれ、
前記底刃は、前記軸線上に中心点を有する仮想半球面に沿って延びており、
前記底刃上の所定の点及び前記軸線を含む基準面内において、前記中心点と前記所定の点とを通る仮想直線が、前記軸線に対して傾斜する角度を放射角度と定義して、
所定の前記放射角度において、前記第1底刃、前記第2底刃及び前記第3底刃の前記軸線回りの各回転軌跡のうち、前記中心点を中心とする放射方向の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の前記放射方向に沿う距離が、5μm以下であり、
前記第1底刃、前記第2底刃及び前記第3底刃の組が、前記軸線を中心として180°回転対称に2組設けられたことを特徴とするボールエンドミル。 - 請求項1に記載のボールエンドミルであって、
前記第1底刃のギャッシュ、前記第2底刃のギャッシュ及び前記第3底刃のギャッシュが、互いにすべて連通していることを特徴とするボールエンドミル。 - 請求項1又は2に記載のボールエンドミルであって、
前記エンドミル本体の外周には、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが前記底刃の前記径方向の外側の端縁に接続するとともに、前記端縁から前記軸線方向の基端側へ向けて延びる複数の外周刃が備えられ、
前記エンドミル本体の正面視で、
前記第1底刃は、前記外周刃との接続部分から前記径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端が、前記軸線を越えた位置に配置されることを特徴とするボールエンドミル。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のボールエンドミルであって、
前記所定の放射角度は、40〜50°であることを特徴とするボールエンドミル。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のボールエンドミルであって、
前記放射方向に沿う距離が、3μm以下であることを特徴とするボールエンドミル。
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