JP7131000B2 - ボールエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線上に中心を有する球状をなす切刃が形成され、この切刃が、エンドミル本体の先端側から上記中心を通り上記軸線に垂直な平面を越えて後端側に向けて延びているボールエンドミルに関するものである。

金型等のアンダーカット部の裏面取り加工や５軸加工等の工作機械の主軸を傾斜させる軸傾斜切削に用いられるボールエンドミルとして、特許文献１には、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、該軸線回りの回転軌跡が球面状をなす切刃が、上記軸線方向先端側から後端側に向けて、上記球面の中心を通り該軸線に垂直な平面を越えるように延設されており、上記切刃は、上記平面よりも上記軸線方向先端側では後端側に向かうに従いエンドミル回転方向の後方側に捩れるように形成される一方、該平面を越えた上記軸線方向後端側では、上記軸線に対する捩れ角が後端側に向かうに従い漸次小さくなるようにされたものが記載されている。

特開２０１０－３００２３号公報

ところで、この特許文献１に記載されたボールエンドミルでは、上記軸線方向後端側で後端側に向かうに従い漸次小さくなるようにされた上記切刃の捩れ角が、該切刃の上記軸線方向最後端部において負角となるようにされている。

このため、エンドミル本体の先端部に形成される切屑排出溝の上記切刃のすくい面とされるエンドミル回転方向を向く壁面も、上記平面を越えた軸線方向後端側の部分では軸方向すくい角が負角になるとともに、これに伴い径方向すくい角も負角となるおそれがあり、この部分での切刃の切れ味が鈍くなって切削抵抗の増大を招いたり、エンドミル本体にビビリ振動が発生したりするおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように切刃がエンドミル本体の先端側から該切刃の回転軌跡がなす球の中心を通り軸線に垂直な平面を越えて後端側に向けて延びているボールエンドミルにおいて、この平面を越えた後端側の部分でも切刃に鋭い切れ味を確保して切削抵抗の増大やビビリ振動を抑制することが可能なボールエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向いてすくい面とされる壁面と上記すくい面に交差する逃げ面との交差稜線部に、上記軸線回りの回転軌跡が上記軸線上に中心を有する球状をなす切刃が形成されたボールエンドミルであって、上記切刃は、上記エンドミル本体の先端側から上記中心を通り上記軸線に垂直な平面を越えて後端側に向けて延びており、上記切刃の径方向すくい角が上記エンドミル本体の先端側から後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなり、上記切刃の上記平面を越えた後端側の部分でも、上記径方向すくい角は後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなることを特徴とする。

このように構成されたボールエンドミルでは、切刃の径方向すくい角がエンドミル本体の先端側から後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなっており、すなわち切刃の回転軌跡がなす球の中心を通る軸線に垂直な平面を越えた後端側の部分でも、径方向すくい角は後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなる。

従って、この後端側の部分での切刃の切れ味を鋭くすることができ、切刃の後端側部分を使用するアンダーカット部の裏面取り加工や５軸加工等の軸傾斜切削において切削抵抗の増大を防ぐとともにビビリ振動の発生も抑制することができる。

また、上記切刃を、上記エンドミル本体の先端側から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向とは反対側に向けて捩れるように形成することにより、少なくとも上記エンドミル本体の先端側から上記中心を通り上記軸線に垂直な平面に達するまでの範囲では、切刃の切れ味をさらに鋭く確保して、一層確実な切削抵抗の低減やビビリ振動の抑制を図ることができる。
また、上記平面を越えた後端側の部分での軸線方向の単位長さあたりの上記径方向すくい角の変化量が、上記平面よりも先端側の部分での軸線方向の単位長さあたりの上記径方向すくい角の変化量よりも、大きいこととしてもよい。

さらに、すくい面には、上記切刃に交差する稜線が形成されていないことにより、この稜線との交点が起点となって切刃にチッピングが生じるのを防ぐことができるので、たとえ高硬度の金型等に対して上述のように切刃の切れ味を鋭くしても、長期に亙って安定した切削加工を行うことが可能となる。また、同じく上記逃げ面にも、上記切刃に交差する稜線が形成されていないことにより、同様の効果を得ることが可能となる。

ここで、このようにすくい面や逃げ面に切刃に交差する稜線が形成されていないとは、例えばすくい面や逃げ面の切刃に沿った方向のＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚが２．０μｍ未満であることが望ましい。このような方向の最大高さ粗さＲｚが２．０μｍ以上となるような段差がすくい面や逃げ面に形成されていると、上記稜線が目視でも確認でき、この稜線と切刃との交点からチッピングが生じるおそれが高くなる。

以上説明したように、本発明によれば、切刃の回転軌跡がなす球の中心を通る軸線に垂直な平面を越えた後端側の部分で切刃に鋭い切れ味を確保することができる。このため、この後端側の部分を使用するアンダーカット部の裏面取り加工や５軸加工等の軸傾斜切削において切削抵抗の増大とビビリ振動の発生を抑えて、安定した切削加工を行うことができる。

本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の先端部の斜視図である。 図１に示す実施形態の正面図である。 図１に示す実施形態のさらに先端部の側面図である。 図１に示す実施形態の切刃上の位置と径方向すくい角との関係を示す図である。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、エンドミル本体１は超硬合金等の硬質材料によって軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成されており、後端側（図１において右上側）の部分は円柱状のままのシャンク部２とされ、先端部に切刃部３が形成されている。

このようなボールエンドミルは、シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ、切刃部３によって被削材に切削加工を施し、金型等のアンダーカット部の裏面取り加工や５軸加工等の工作機械の主軸を傾斜させる軸傾斜切削に用いられる。

切刃部３には、エンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に捩れる複数条（本実施形態では４条）の切屑排出溝４が周方向に間隔をあけて形成されており、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向いてすくい面５とされる壁面と、周方向に隣接する切屑排出溝４の間を切刃部３の先端内周部から後端外周部に延びてこのすくい面５に交差する逃げ面６との交差稜線部には、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏ上に中心Ｃを有する球状をなす切刃７がそれぞれ形成されている。

これらの切刃７は、互いの軸線Ｏ回りの回転軌跡が重なり合うとともに、この回転軌跡が切刃部３の先端から後端側に向けて上記中心Ｃを越える範囲にまで形成されている。例えば、通常の底刃の回転軌跡が半球状となるボールエンドミルの切刃部先端から底刃の後端までの軸線方向の長さを百分率で１００％とした場合、本実施形態のボールエンドミルの切刃７は図４に示すように１４０％を越える範囲にまで延びている。従って、上記シャンク部２の外径は、切刃７の最大外径である上記中心Ｃに垂直な平面の位置の外径よりも小さくされる。

また、４つの切刃７のうち、軸線Ｏを間にして反対側に位置する２つの切刃７は、切刃部３先端の軸線Ｏ近傍から延びる長切刃７ａとされている。これに対して、残りの２つの切刃７は、その逃げ面６の切刃部３先端側部分が切り欠かれることにより、軸線Ｏから外周側に間隔をあけた位置から後端側に延びる短切刃７ｂとされている。なお、エンドミル本体１は、軸線Ｏに関して１８０°回転対称形状とされている。

さらに、すくい面５は、切刃部３の先端内周部から後端外周部に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に延びるエンドミル回転方向Ｔに膨らんだ１つの凸曲面によって形成されており、本実施形態ではこのすくい面５に切刃７と交差する稜線は形成されてはいない。同様に、逃げ面６も、切刃７が形成された範囲では切刃部３の先端外周側から後端外周側に膨らんだ１つの凸曲面によって形成され、この逃げ面６にも本実施形態では切刃７と交差する稜線は形成されてはいない。

ここで、このようにすくい面５や逃げ面６に切刃７と交差する稜線が形成されていないとは、例えばすくい面や逃げ面の切刃に沿った方向のＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚが２．０μｍ未満であることであり、本実施形態では０．５８μｍとされている。この最大高さ粗さＲｚが２．０μｍ以上であると、目視によってもこのような稜線を確認することができる。

さらに、本実施形態では、切屑排出溝４が上述のようにエンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に捩れていて、すくい面５も切刃部３の先端内周部から後端外周部に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に延びていることから、切刃７もエンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に捩れ、少なくとも上記エンドミル本体１の先端側から上記中心Ｃを通り上記軸線Ｏに垂直な平面に達するまでの範囲では、切刃７には正角のすくい角が与えられる。

そして、さらに切刃７の径方向すくい角は、エンドミル本体１の先端側から後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなっている。ここで、図４の下側に示した図は、上述のように通常の底刃の回転軌跡が半球状となるボールエンドミルの切刃部先端から底刃の後端までの軸線方向の長さを百分率で１００％とした場合に、この百分率に対応する短切刃７ｂ上の各位置での径方向すくい角を表したものである。

この図４に示すように短切刃７ｂの先端（２０％の位置）では径方向すくい角が負角の約－２°であるのに対し、短切刃７ｂの後端側に向かうに従い径方向すくい角は徐々に正角側に大きくなってゆき、およそ６０％の位置で０°となり、これよりも後端側では径方向すくい角は正角の範囲で漸次増大していって、短切刃７ｂの後端側の１４０％の位置では約１６°となる。これが、従来のボールエンドミルであると、切刃の位置が１００％を越えたところから径方向すくい角は小さくなってゆく。

従って、このような構成のボールエンドミルでは、切刃７の回転軌跡がなす球の中心Ｃを通る軸線Ｏに垂直な平面を越えた切刃７の後端側の部分でも、図４に示したように切刃７の径方向すくい角は正角側に漸次大きくなるので、この後端側の部分において切刃７に鋭い切れ味を確保することができる。

このため、この切刃７の後端側部分を使用するアンダーカット部の裏面取り加工や５軸加工等の軸傾斜切削において切削抵抗の増大を防ぐことができるとともに、ビビリ振動の発生も抑えて、安定した切削加工を行うことが可能となる。特に、本実施形態では、この切刃７の後端側部分の径方向すくい角が正角であるので、一層鋭い切れ味を確保することが可能となる。

また、本実施形態では、切刃７がエンドミル本体１の先端側から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に向けて捩れており、これによって少なくとも上記エンドミル本体１の先端側から上記中心Ｃを通り上記軸線Ｏに垂直な平面に達するまでの範囲では、切刃７の軸方向すくい角も後端側に向かうに従い正角側に漸次増大するので、切刃７の上記範囲における切れ味を一層鋭く確保することができ、さらに確実に切削抵抗の低減とビビリ振動の抑制を促すことができる。

さらに、このように切刃７の後端側の部分の切れ味を鋭くしても、本実施形態のボールエンドミルでは、例えばすくい面５や逃げ面６の切刃７に沿った方向のＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３における最大高さ粗さＲｚが２．０μｍ未満とされるなどして、これらすくい面５や逃げ面６に切刃７と交差する稜線が形成されないようにすることにより、鋭い切刃７にチッピングが生じるような事態を防止することができる。

すなわち、このように切刃７に交差する稜線がすくい面５や逃げ面６に形成されていると、この稜線と切刃７との交点を起点として切刃７にチッピングが生じ易くなるが、本実施形態ではそのような起点となる交点を形成する稜線がすくい面５や逃げ面６に形成されていないので、切刃７の特に後端側の部分の径方向すくい角を正角側に漸次増大するようにして切れ味を鋭くしても、このようなチッピングが生じるのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、すくい面５と逃げ面６との双方が、切刃７に交差する稜線が形成されていないものとしたが、すくい面５と逃げ面６の一方が切刃７に交差する稜線が形成されていないものとされていてもよい。ただし、本実施形態のように切刃７に交差する稜線がすくい面５と逃げ面６の双方に形成されていない方が、チッピングを確実にするためには望ましい。

１ エンドミル本体
２ シャンク部
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
５ すくい面
６ 逃げ面
７ 切刃
７ａ 長切刃
７ｂ 短切刃
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｃ 切刃７の軸線Ｏ回りの回転軌跡がなす球の中心

Claims (4)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向いてすくい面とされる壁面と上記すくい面に交差する逃げ面との交差稜線部に、上記軸線回りの回転軌跡が上記軸線上に中心を有する球状をなす切刃が形成されたボールエンドミルであって、
   上記切刃は、上記エンドミル本体の先端側から上記中心を通り上記軸線に垂直な平面を越えて後端側に向けて延びており、
   上記切刃の径方向すくい角が上記エンドミル本体の先端側から後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなり、
   上記切刃の上記平面を越えた後端側の部分でも、上記径方向すくい角は後端側に向かうに従い正角側に漸次大きくなることを特徴とするボールエンドミル。
2. 上記平面を越えた後端側の部分での軸線方向の単位長さあたりの上記径方向すくい角の変化量が、上記平面よりも先端側の部分での軸線方向の単位長さあたりの上記径方向すくい角の変化量よりも、大きいことを特徴とする請求項１に記載のボールエンドミル。
3. 上記すくい面には、上記切刃に交差する稜線が形成されていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールエンドミル。
4. 上記逃げ面には、上記切刃に交差する稜線が形成されていないことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のボールエンドミル。

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