JP6918013B2 - 切削工具および切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具および切削加工方法に関する。
本出願は、２０１６年１１月１５日に出願した日本特許出願である特願２０１６−２２２３７４号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

一般に、板状の部品にドリルまたはエンドミルなどの工具を用いて、穴明け加工をする場合、加工面と反対の裏面においては抜けバリと呼ばれるバリが発生し易い。このような場合には、部品形状において面取加工部を付けてバリを除去するという設計がなされる場合が多い。このような加工は一般に裏面取と言われる。

このような裏面取を行なう工具は、総型エンドミル形状とされ、かつ先端部に面取刃と呼ばれる角度を持った切れ刃を有したものが使用される。

なお球状刃エンドミルとして裏面取りにも使用できるものが、たとえば特開平１１−１５６６２２号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平１１−１５６６２２号公報

本開示の切削工具は、総形エンドミルよりなる切削工具であって、シャンク部と、裏面取刃部と、外周切れ刃部とを備えている。裏面取刃部は、裏面取刃を有する。外周切れ刃部は、シャンク部と裏面取刃部との間に位置し、かつ外周面に切れ刃を有する。外周切れ刃部の切れ刃は、右刃左ねじれ刃である。

図１は、一実施の形態に係る切削工具の構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示す切削工具の構成を示す正面図である。 図３は、第１の比較例の構成を示す正面図である。 図４は、第２の比較例の構成を示す正面図である。

[本開示が解決しようとする課題]
このような刃型形状が複雑でかつ形状精度が必要とされるような場合には、直線的な切れ刃を有する工具にならざるをえないことが多い。しかし、直線的な切れ刃では、使用時に切削抵抗が大きくなり、ビビリ振動（Chatter Vibration）が生じることが多い。

また切れ味を改善するために切れ刃がねじれ刃形状とされた場合にも、被削材の変形、ビビリ振動、コバ欠けなどの不具合を生じることが多い。

本開示の一態様は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被削材における変形、ビビリ振動、コバ欠けの発生を抑制可能な切削工具および切削加工方法を提供することである。
[本開示の効果]
本開示の一態様によれば、被削材における変形、ビビリ振動、コバ欠けの発生を抑制可能な切削工具および切削加工方法を提供することができる。

［本発明の実施の形態の概要］
まず、本発明の実施の形態の概要について説明する。

（１）本発明の一実施の形態に係る切削工具１０は、総形エンドミルよりなる切削工具であって、シャンク部１０Ｃと、裏面取刃部１０Ａと、外周切れ刃部１０Ｂとを備えている。裏面取刃部１０Ａは、裏面取刃１ａを有する。外周切れ刃部１０Ｂは、シャンク部１０Ｃと裏面取刃部１０Ａとの間に位置し、かつ外周面に切れ刃２ａを有する。外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａは、右刃左ねじれ刃である。

上記（１）に係る切削工具１０によれば、切削加工時において裏面取刃部１０Ａにはシャンク部１０Ｃ側に向かうような切削抵抗が発生する。一方、外周切れ刃部１０Ｂにおいては右刃左ねじれ刃による切削力が先端部側に向かうように働く。これにより、裏面取刃部１０Ａに働く切削抵抗と外周切れ刃部１０Ｂに働く切削力とが互いに反対向きとなることにより内力として打ち消し合う。このため、被削材２０に掛かる切削力が小さくなるような効果を得ることができ、被削材２０の変形、ビビリ振動、コバ欠けなどの不具合を抑制することができる。

（２）上記（１）に係る切削工具１０において、外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａは、直線状に延び、かつマイナス角度に傾斜していてもよい。これにより、外周切れ刃部１０Ｂにおいて切削力を先端部側に向かうように働かせることができる。

（３）上記（１）または（２）に係る切削工具１０において、外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａにおけるねじれ角度は３°以上３０°以下であってもよい。これにより、適切に外周切れ刃部１０Ｂにおいて切削力を先端部側に向かわせることができる。ねじれ角度が３°未満では、先端部側への切削力が不足する。またねじれ角度が３０°を超えると、切れ刃の接触長が大きくなり、抵抗が大きくなりすぎる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る切削工具１０において、裏面取刃部１０Ａは外周切れ刃部１０Ｂよりも外周側に突き出し、裏面取刃１ａはシャンク部１０Ｃから離れるしたがって外周切れ刃部１０Ｂの回転中心Ｃから離れていてもよい。これにより、被削材２０の裏面取りが可能となる。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る切削工具１０は、シャンク部１０Ｃと反対側の先端部に位置する底刃１０Ｄをさらに備えてもよい。これにより、穴あけ加工が可能となる。

（６）本発明の一実施の形態に係る切削加工方法は、上記（１）〜（５）のいずれかに係る切削工具１０を用いた切削加工方法である。この切削加工方法においては、切削工具１０をシャンク部１０Ｃ側から裏面取刃部１０Ａを見る視点において、その切削工具１０が時計回りに回転することで被削材２０が加工される。

上記（６）に係る切削加工方法によれば、切削工具１０が時計回りに回転することで被削材２０が加工される。このため、切削加工時において裏面取刃部１０Ａにはシャンク部１０Ｃ側に向かうような切削抵抗が発生するが、外周切れ刃部１０Ｂにおいては右刃左ねじれ刃による切削力が先端部側に向かうように働く。これにより、裏面取刃部１０Ａに働く切削抵抗と外周切れ刃部１０Ｂに働く切削力とが互いに反対向きとなることにより内力として打ち消し合う。このため、被削材２０に掛かる切削力が小さくなるような効果を得ることができ、被削材２０の変形、ビビリ振動、コバ欠けなどの不具合を抑制することができる。

［本発明の実施の形態の詳細］
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

まず、一実施の形態に係る切削工具１０の構成について説明する。
図１に示されるように、本実施の形態に係る切削工具１０は、例えば総形エンドミルよりなる切削工具であって、シャンク部１０Ｃと、裏面取刃部１０Ａと、外周切れ刃部１０Ｂとを有している。

シャンク部１０Ｃは、フライス盤の主軸に取り付けるための部分である。このシャンク部１０Ｃは、たとえばストレートシャンクであるが、テーパシャンクであってもよい。

裏面取刃部１０Ａは、切削工具１０の先端部側に配置されている。裏面取刃部１０Ａは外周切れ刃部１０Ｂよりも外周側に突き出している。これにより図２に示されるように、切削工具１０の先端部の最大径Ｄ１は、シャンク部１０Ｃの最大径Ｄ２よりも大きくなっている。本実施の形態においては、複数個（たとえば４つ）の裏面取刃部１０Ａが配置されている。

複数個の裏面取刃部１０Ａの各々は、裏面取刃１ａを有している。この裏面取刃１ａは、裏面取刃部１０Ａにおける逃げ面１ｂとすくい面１ｃとが交差する稜線により構成されている。複数の裏面取刃１ａの各々は、シャンク部１０Ｃから離れるしたがって外周切れ刃部１０Ｂの回転中心Ｃから離れている。

複数の裏面取刃１ａの各々は、たとえば左ねじれ刃である。ただし、複数の裏面取刃１ａの各々は、左ねじれ刃に限定されるものではなく、直刃であってもよく、また右ねじれ刃であってもよい。複数の裏面取刃１ａの各々が直刃または右ねじれ刃であっても切削は可能であるが、裏面取刃１ａによる先端方向への抵抗がなくなり、ビビリが大きくなり、被削材（ワーク）の上側にバリが生じやすくなる。したがって、複数の裏面取刃１ａの各々は、左ねじれ刃であることが好ましい。

外周切れ刃部１０Ｂは、シャンク部１０Ｃと裏面取刃部１０Ａとの間に位置している。外周切れ刃部１０Ｂは、複数個（たとえば４つ）の切れ刃２ａを外周面に有している。この複数個の切れ刃２ａの各々は、外周切れ刃部１０Ｂにおける逃げ面２ｂとすくい面２ｃとが交差する稜線により構成されている。複数個の切れ刃２ａの各々は、右刃左ねじれ刃である。

ここで「右刃」とは、シャンク部１０Ｃから裏面取刃部１０Ａを見る視点において切削工具１０が時計回りに回転することを意味する。また「左ねじれ刃」とは、シャンク部１０Ｃから裏面取刃部１０Ａを見る視点において切れ刃２ａが反時計回りの方向にねじれていることを意味する。別の言い方をすれば、「左ねじれ刃」とは、図２に示す正面視において、切削工具１０の回転中心（軸心）Ｃが延びる方向にそって、切れ刃２ａが左上がりであることを意味する。

なお「右ねじれ刃」とは「左ねじれ刃」の逆である。また裏面取刃１ａが「直刃」であるとは、図２に示す正面視において、裏面取刃１ａが切削工具１０の回転中心Ｃに平行であることを意味する。

複数個の切れ刃２ａの各々は、たとえば直線状に延び、かつマイナス角度に傾斜している。複数個の切れ刃２ａの各々におけるねじれ角度θ（図２）は、３°以上３０°以下である。

ここでねじれ角度θは、切削工具１０の回転中心Ｃを基準に測定され、回転中心Ｃからの傾斜角度のことである。具体的には、図２に示す正面視において回転中心Ｃを０°として、時計回りの角度θが「プラス角度」とされ、反時計回りの角度θが「マイナス角度」とされる。

切削工具１０は、複数個（たとえば４つ）の切屑排出溝３を外周面に有している。複数個の切屑排出溝３の各々は、外周切れ刃部１０Ｂから裏面取刃部１０Ａを通じて切削工具１０の先端に到るまで延在している。複数個の切屑排出溝３の各々は、左ねじれである。裏面取刃部１０Ａにおける切屑排出溝３の壁面の一部は、裏面取刃部１０Ａのすくい面１ｃを構成している。また外周切れ刃部１０Ｂにおける切屑排出溝３の壁面の一部は、外周切れ刃部１０Ｂのすくい面２ｃを構成している。

裏面取刃部１０Ａの裏面取刃１ａと外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａとは連なっている。裏面取刃部１０Ａの逃げ面１ｂと外周切れ刃部１０Ｂの逃げ面２ｂとは連なっている。裏面取刃部１０Ａのすくい面１ｃと外周切れ刃部１０Ｂのすくい面２ｃとは連なっている。

切削工具１０は、底刃１０Ｄをさらに有している。底刃１０Ｄは、シャンク部１０Ｃと反対側の先端部に位置している。

次に、本実施の形態における切削工具１０を用いた切削加工方法について図２を用いて説明する。

図２に示されるように、切削工具１０がシャンク部１０Ｃ側から裏面取刃部１０Ａを見る視点において、切削工具１０が時計回りの方向（図２の矢印Ｒ方向）に回転する。この回転状態の切削工具１０により被削材２０が切削加工される。

具体的には、被削材２０の穴２０ａの壁面が切削工具１０の外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａにより切削される。これと同時に、被削材２０の裏面２０ｂ側における穴２０ａの開口端２０ｃが裏面取刃部１０Ａの裏面取刃１ａにより切削される。この裏面取刃１ａによる切削によって、穴２０ａの開口端２０ｃにおける抜けバリが除去されるとともに、開口端２０ｃが面取り加工される。

次に、本実施の形態の作用効果について、図３に示す第１の比較例および図４に示す第２の比較例の各々と対比して説明する。

図３に示されるように、第１の比較例における切削工具１１０は、裏面取刃部１０Ａの裏面取刃１ａと、外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａとの各々が直刃である点において本実施の形態の切削工具１０と異なる。また図４に示されるように、第２の比較例における切削工具１２０は、裏面取刃部１０Ａの裏面取刃１ａと、外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａとの各々が右ねじれ刃である点において本実施の形態の切削工具１０と異なる。

上記の第１の比較例および第２の比較例の各々の上記以外の構成は、本実施の形態の切削工具１０の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

図３に示す第１の比較例の構成では、切れ刃２ａが直刃であるため、切削加工時に切削抵抗が大きくなり、ビビリ振動が生じやすい。

また図４に示す第２の比較例の構成では、裏面取刃１ａにおける切削抵抗力は、矢印Ａ１で示すように、切削工具１２０の回転中心Ｃに沿ってシャンク部１０Ｃ方向に向かうように生じる。また切れ刃２ａが右ねじれ刃であるため、切れ刃２ａによる切削力が、矢印Ａ３で示すように切削工具１２０の回転中心Ｃに沿ってシャンク部１０Ｃ方向に向かうように生じる。

このように裏面取刃部１０Ａに働く切削抵抗と外周切れ刃部１０Ｂに働く切削力とが互いに同じ向きに働く。このため、切削工具１２０の回転中心Ｃに沿ってシャンク部１０Ｃ方向に被削材２０を引き上げる力が大きく働く。これにより、被削材２０の変形、ビビリ振動、コバ欠けなどの不具合を生じることが多くなる。

これに対して本実施の形態の切削工具１０によれば、図２に示されるように、切れ刃２ａが左ねじれ刃である。このため、切れ刃２ａによる切削力は、矢印Ａ２で示すように切削工具１２０の回転中心Ｃに沿って先端部方向に向かうように生じる。一方、切削加工時に裏面取刃部１０Ａには矢印Ａ１で示すようにシャンク部１０Ｃ側に向かうような切削抵抗が発生する。このように、切削抵抗と外周切れ刃部１０Ｂに働く切削力とが互いに反対向きとなる。これにより上記切削抵抗と切削力とが互いに内力として打ち消し合う。このため、被削材２０に掛かる切削力が小さくなるような効果を得ることができ、被削材２０の変形、ビビリ振動、コバ欠けなどの不具合を抑制することができる。

特に本実施の形態の切削工具１０を用いて板状の被削材２０を切削する場合、直刃に比べてねじれ刃効果により切削抵抗が小さくなる。また、図２の矢印Ａ１、Ａ２で示すように両側から挟み込むような力によって切削加工が行われる。このため被削材２０としての板状の薄肉部品を変形させるような力も小さくなる。また切れ刃２ａが左ねじれ刃であるため、穴２０ａの入口側においてもバリの発生を抑えることもできる。

本実施の形態の切削工具により得られる上記効果は、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）などの積層状の複合材料を切削する場合においては積層構造の剥離を抑えることにも働く。

また図２に示されるように、外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａは、直線状に延び、かつマイナス角度に傾斜している。これにより、外周切れ刃部１０Ｂにおいて切削力を先端部側に向かうように働かせることができる。

また外周切れ刃部１０Ｂの切れ刃２ａにおけるねじれ角度は３°以上３０°以下である。これにより、適切に外周切れ刃部１０Ｂにおいて切削力を先端部側に向かわせることができる。ねじれ角度が３°未満では、先端部側への切削力が不足する。またねじれ角度が３０°を超えると、切れ刃の接触長が大きくなり、抵抗が大きくなりすぎる。

また裏面取刃部１０Ａは外周切れ刃部１０Ｂよりも外周側に突き出し、裏面取刃１ａはシャンク部１０Ｃから離れるしたがって外周切れ刃部１０Ｂの回転中心Ｃから離れている。これにより、被削材２０の裏面取りが可能となる。

また切削工具１０がシャンク部１０Ｃと反対側の先端部に位置する底刃１０Ｄをさらに備えていることにより、穴あけ加工が可能となる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ａ 裏面取刃、２ａ 切れ刃、１ｂ，２ｂ 逃げ面、１ｃ，２ｃ すくい面、３ 切屑排出溝、１０，１１０，１２０ 切削工具、１０Ａ 切れ刃部、１０Ｂ 外周切れ刃部、１０Ｃ シャンク部、１０Ｄ 底刃、２０ 被削材、２０ａ 穴、２０ｂ 裏面、２０ｃ 開口端、Ａ１，Ａ２，Ａ３ 矢印、Ｃ 回転中心。

Claims (6)

1. 総形エンドミルよりなる切削工具であって、
   シャンク部と、
   各々が裏面取刃を有する複数の裏面取刃部と、
   前記シャンク部と前記複数の裏面取刃部との間に位置し、かつ外周面に複数の切れ刃を有する外周切れ刃部とを備え、
   前記裏面取刃と前記外周切れ刃部の前記切れ刃とは連なっており、
   前記外周切れ刃部の前記切れ刃は、右刃左ねじれ刃であり、
   複数の前記裏面取刃のすべては右刃左ねじれ刃であり、
   前記外周切れ刃部の前記切れ刃は直線状に延びる、切削工具。
2. 前記外周切れ刃部の前記切れ刃は、マイナス角度に傾斜している、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記外周切れ刃部の前記切れ刃におけるねじれ角度は３°以上３０°以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
4. 前記裏面取刃部は、前記外周切れ刃部よりも外周側に突き出しており、
   前記裏面取刃は、前記シャンク部から離れるにしたがって前記外周切れ刃部の回転中心から離れる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記シャンク部と反対側の先端部に位置する底刃をさらに備えた、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の切削工具を用いた切削加工方法であって、
   前記切削工具を前記シャンク部側から前記裏面取刃部を見る視点において、前記切削工具が時計回りに回転することで被削材を加工する、切削加工方法。

Images