JP7481377B2 - 仕上げ加工用工具 - Google Patents
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Description
本発明は、仕上げ加工に適した仕上げ加工用工具に関するものである。
従来、仕上げ加工に適した仕上げ加工用工具として、例えば、特許文献１に開示されるようなボールエンドミル（以下、「従来例」という。）が提案されている。
この従来例は、工具本体の先端部が略半球状の球体面を有する刃部に形成され、この刃部の表面に凹陥部若しくは凹溝部を形成することで、クーラントの浸透を促し、潤滑性の向上、切削抵抗の低減により、工具寿命及び切削加工面の安定性を向上させているものである。
しかしながら、従来例のような凹陥部や凹溝部の形成は複雑であり、製作難度が高い欠点がある。
本発明は、このような従来例の現状に鑑みなされたものであり、簡易構成にして容易に設計実現可能でありながら、良好な仕上げ加工を行うことができる仕上げ加工用工具を提供することを目的とする。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
工具本体１の先端に、被加工材に摺接する球面部３を有する加工部２が設けられた仕上げ加工用工具であって、前記加工部２は、前記球面部３と連接する第一平面部４を有し、この第一平面部４と前記球面部３との境界部の稜線が切れ刃６に形成され、また、前記球面部３は、工具回転軸ａを含むように形成され、また、前記第一平面部４は、前記工具回転軸ａと平行な平面若しくは該工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成され、また、前記第一平面部４と連接する第二平面部５を有し、この第二平面部５は、前記第一平面部４の基端と連接し該第一平面部４と交差する交差面に形成され、この第二平面部５と前記第一平面部４とにより前記球面部３にクーラントを供給するためのクーラント供給溝７が形成され、また、前記第一平面部４及び前記第二平面部５は、前記工具回転軸ａに対して対称に設けられ、また、前記球面部３は、工具先端視において、前記工具回転軸ａを中心とする一対の円弧部３ａを有し、この一対の円弧部３ａは、前記工具回転軸ａに対して対称に設けられ、さらに、前記球面部３は、工具先端視において、前記工具回転軸ａから前記切れ刃６までの最短距離が、工具半径ｒの１０％～７０％となり、且つ、前記一対の円弧部３ａの長さの和が、前記工具回転軸ａを中心とし前記円弧部３ａを通る円の円周の６％～５０％となるように構成されていることを特徴とする仕上げ加工用工具に係るものである。
また、請求項１記載の仕上げ加工用工具において、前記加工部２はｃＢＮ焼結体からなることを特徴とする仕上げ加工用工具に係るものである。
また、請求項２記載の仕上げ加工用工具において、前記ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒径が３μｍ以下であることを特徴とする仕上げ加工用工具に係るものである。
また、請求項１～３いずれか１項に記載の仕上げ加工用工具において、前記切れ刃６にはＲ加工が施されていることを特徴とする仕上げ加工用工具に係るものである。
また、請求項４記載の仕上げ加工用工具において、前記Ｒ加工のＲの大きさは、０．００３ｍｍ～０．０２ｍｍであることを特徴とする仕上げ加工用工具。に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、簡易構成にして容易に設計実現可能でありながら、良好な仕上げ加工を行うことができる仕上げ加工用工具となる。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
本発明の加工部２は、工具回転軸ａを含むように形成された球面部３と、この球面部３に連接し、工具回転軸ａと平行な平面若しくは工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成された第一平面部４とを含み、球面部３と第一平面部４との境界部に稜線６が形成されている構成である。本発明は、この球面部３による摺接作用により加工面が磨き加工（仕上げ加工）され、加工面を表面粗さが小さく、且つ、光沢のある加工面に仕上げることができる。
また、本発明は、第一平面部４の基端と連接し、この第一平面部４と交差する交差面に形成された第二平面部５が設けられ、この第二平面部５と第一平面部４とにより、球面部３にクーラントを供給するためのクーラント供給溝７が形成されている。
本発明は、このクーラント供給溝７を有することで、球面部３へのクーラントの浸透性が向上し、これにより、潤滑性が向上し、工具寿命及び加工面の安定性が向上する。
このように、本発明は、簡易構成にして容易に設計実現可能でありながら、良好な仕上げ加工を行うことができる実用性に優れた仕上げ加工用工具となる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は、本発明の仕上げ加工用工具を、仕上げ用の回転切削工具に構成した場合であり、工具本体１の先端に、被加工材に摺接する球面部３を有する加工部２が設けられたものである。
具体的には、本実施例は、図１に示すようなボールエンドミルに構成した場合であり、工具本体１の先端に、球面部３を有する刃部２が設けられ、前記刃部２は、前記球面部３と連接する第一平面部４を有し、この第一平面部４と前記球面部３との境界部稜線が切れ刃６となる構成であり、また、前記球面部３は、工具回転軸ａを含むように形成され、また、前記第一平面部４は、前記工具回転軸ａと平行な平面若しくは該工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成され、また、前記第一平面部４と連接する第二平面部５が設けられ、この第二平面部５は、前記第一平面部４の基端と連接し該第一平面部４と交差する交差面に形成され、この第二平面部５と前記第一平面部４とにより前記刃部２にクーラントを供給するためのクーラント供給溝７が形成されているものである。
以下、本実施例に係る構成各部について詳述する。
本実施例の工具本体１は、超硬合金製であり、刃部２が設けられる先端側の首部１ａがストレート形状若しくはアンダーカット形状に形成されている。なお、ストレート形状とは、刃部２の外径と首部１ａの径が同径となる形状であり、アンダーカット形状とは、刃部２の外径に比べて首部１ａが一段小径となる形状である。
また、この首部１ａ及び後述する刃部２を含むボディ長（図中Ｌ４）は、刃部２の外径Ｄの２．８倍以下（２．８Ｄ以下）に設定されている（ボディ長が長すぎると剛性が低下し、切削抵抗により工具にびびり振動が生じ、それが加工面に転写されてしまうため。）。
また、工具本体１の先端に設けられた刃部２は、ｃＢＮ粒径が３μｍ以下のｃＢＮ焼結体（本実施例の刃部２は、ｃＢＮ粒径が１μｍ程度の微粒ｃＢＮ焼結体）からなるものである。なお、刃部２の素材は、上記に限定されるものではなく、例えば、ダイヤモンド焼結体としても良い。
具体的には、本実施例の刃部２は、工具本体１の先端に半球状のｃＢＮ焼結体をロウ付け等により接合し、このｃＢＮ焼結体の所定部分を除去し、図２～図５に示すような、所謂モヒカン形状に形成されている（図中グレーに色付けした部分がｃＢＮ焼結体からなる部分である。）。なお、本実施例では、上記のように半球状のｃＢＮ焼結体を部分的に除去してモヒカン形状の刃部２を形成しているが、予めモヒカン形状に形成した刃部２を接合しても良い。
また、本実施例の刃部２は、球面部３と第一平面部４との境界部稜線が切れ刃６となっており、この切れ刃６（切れ刃６の刃先）には、カッターマークの形成を抑制するためのＲ加工が施されている。
具体的には、本実施例ではＲの大きさを０．００３ｍｍ以上、０．０２ｍｍ以下とするＲ加工が施されている（Ｒの大きさが０．００３ｍｍ未満の場合、加工面にキズ、カッターマークが生じ、０．０２ｍｍより大きい場合、切削抵抗が大きくなり、加工面にムシレが発生するため。）。
より具体的には、本実施例においては、ダイヤモンド砥粒を用いたホーニング処理によるＲ加工が施されている。このＲの大きさの測定には、キーエンス社製の形状解析レーザ顕微鏡（VK-X160）を使用し、所定の治具で被測定物（工具）を所定の位置と所定の姿勢となるように設置し、球面部３から切れ刃６の刃先を経由して第一平面部４までの範囲をレーザによりプロファイルを検出し、このプロファイルの刃先近傍の近似円を最小二乗法によって求め、この近似円の半径を刃先のＲとした。図６は、実際に切れ刃６の刃先のＲの大きさを測定した結果（Ｒ０．００４ｍｍ）である。
なお、本実施例では、刃先にＲ加工が施されている構成としたが、レーザ処理等でチャンファ面を付した構成としても良い。
また、本実施例の刃部２は、刃長（図中Ｌ１）が１．２ｒ～１．３ｒ（ｒ：工具半径）に設定されている。
また、刃部２の球面部３は、図２～５に示すように、工具先端視において、帯状に形成され、工具回転軸ａを中心とする一対の円弧部３ａを有し、また、この一対の円弧部３ａは工具回転軸ａに対して対称に設けられている。
また、本実施例の球面部３は、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離（図中Ｌ５）が、工具半径ｒの１０％～７０％となり、且つ、外径部分における一対の円弧部３ａの長さ（図中Ｌ６，Ｌ７）の和が、工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の６％～５０％となるように構成されている（工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの１０％未満、若しくは、一対の円弧部３ａの長さの和が工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の６％未満の場合、被削材との摺接長さが短くなり、凝着摩耗し易くなり工具寿命が低下し、また、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの７０％超、若しくは、一対の円弧部３ａの長さの和が工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の５０％超の場合、被削材との摺接長さが長くなり、刃部２にクーラントが浸透しにくくなるため。）。
なお、本実施例における「摺接長さ」とは、工具本体１一回転当りに摺接する長さ（距離）を意味する。また、図７（ａ）～（ｃ）は、上述のように構成される本実施例の球面部３の実施形態の一例であり、（ａ）は第一平面部４が工具回転軸ａに平行な平面であり、工具半径ｒを０．５ｍｍ、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離（Ｌ５）を工具半径ｒの３５％、且つ、外径部分における球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（Ｌ６＋Ｌ７）をこの円弧部３ａを通る円の円周の２２．８％とした場合、（ｂ）は第一平面部４が工具回転軸ａに平行な平面であり、工具半径ｒを０．５ｍｍ、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離（Ｌ５）を工具半径ｒの７０％、且つ、外径部分における球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（Ｌ６＋Ｌ７）をこの円弧部３ａを通る円の円周の４９．４％とした場合、（ｃ）は第一平面部４が工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面であり、工具半径ｒを０．５ｍｍ、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離（Ｌ５）を工具半径ｒの３５％、且つ、外径部分における球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（Ｌ６＋Ｌ７）をこの円弧部３ａを通る円の円周の４４．５％とした場合である。
また、この球面部３に連接する第一平面部４は、上述したように、工具回転軸ａと平行な平面若しくは工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成されている。
具体的には、本実施例の第一平面部４は、図２～５に示すような、工具回転軸ａに平行な平面若しくは工具先端側から工具基端側に向かうに従い工具回転軸ａから離間するよう傾斜する傾斜面に形成され、工具回転軸ａに対して対称的（対向状態）に二面設けられている。
また、この第一平面部４と連接する第二平面部５は、上述したように、第一平面部４の基端と連接し、この第一平面部４と交差する交差面に形成され、工具回転軸ａに対して対称的に二面設けられている。
具体的には、本実施例の第二平面部５は、第一平面部４の基端から工具基端側に向かって工具回転軸ａに対する傾斜角が第一平面部４より大きい傾斜角で工具回転軸ａより離間するよう傾斜する傾斜面に形成され、外周部が工具本体１の首部１ａの周面に連設されている。
本実施例は、このように、第一平面部４及び第二平面部５を工具回転軸ａに対して対称的に設けることで、刃部２が円周方向に等分割で形成され、これにより、摺接面となる球面部３が工具回転方向に等間隔で配設され、被削材に対して均等に摺接作用が働き、加工面にムラが生じることを抑制するように構成されている。
また、本実施例は、上述のように、第一平面部４及び第二平面部５を工具回転軸ａに対して対称的に夫々二面設けることで、一対の（二本の）クーラント供給溝７が形成された構成となっている。
具体的には、本実施例のクーラント供給溝７は、刃部２の先端（球面部３の頂部）から第一平面部４の基端位置までの第１溝長（図中Ｌ２）が１．３ｒより長く、２ｒ以下（ｒ：工具半径）の長さとなり、且つ、刃部２の先端（球面部３の頂部）から第二平面部５の先端位置までの第２溝長（図中Ｌ３）が上述した第１溝長の長さ以上、２．５ｒ以下（ｒ：工具半径）の長さとなるように形成されている（第１溝長が刃長より短いと刃長全域のクーラントの浸透が不十分となるため、また、第１溝長、第２溝長が長すぎると剛性が低下し、切削抵抗により工具にびびり振動が生じ、それが加工面に転写されてしまうため。）。
以上のように構成される本実施例の作用効果について以下に説明する。
本実施例は、刃部２がｃＢＮ粒径３μｍ以下のｃＢＮ焼結体で構成されているから、酸化による加工面の変化が可及的に防止され、さらに、耐摩耗性にも優れたものとなる。
また、本実施例は、半球状のｃＢＮ焼結体を部分的に除去してモヒカン形状の刃部２と二本のクーラント供給溝７が形成されているから、簡易構成にして容易に設計実現可能でありながら、切れ刃６が被削材に接触し被削材を切削加工する場合においては、その切れ刃６の回転方向後方に続く球面部３による摺接作用により、また、切れ刃６が被削材に接触せず加工に関与しない場合においては、球面部３による摺接作用により荒加工時の切削加工面が磨き加工（仕上げ加工）され、切削加工面を、表面粗さが小さく、且つ、光沢のある加工面に仕上げることができると共に、二本のクーラント供給溝７により刃部２へのクーラントの浸透性が向上し、潤滑性が向上し、工具寿命及び加工面の安定性が向上する。その結果、良好な仕上げ加工を行うことができる画期的なボールエンドミルとなる。
次に、本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。なお、各実験例に用いた本実施例の工具仕様は、工具サイズ（工具半径ｒ）：０．５ｍｍ、刃長：０．６ｍｍ（１．２ｒ）、ボディ長：２．５ｍｍ（２．５Ｄ）、第１溝長：０．７ｍｍ（１．４ｒ）、第２溝長：０．８５ｍｍ（１．７ｒ）、アンダーカット径（アンダーカット形状の場合のみ）：０．９５ｍｍである。
＜実験例１＞
従来の一般的な２枚刃タイプのボールエンドミル（以下、「従来例１」という。）、先端部が半球形状のボールエンドミル（以下、「従来例２」という。）及び本実施例を用いて、図８（ｂ）に示す工具回転軸ａに直交する面に対し１５°及び４５°の傾斜面からなる傾斜面ポケット（以下、単に「傾斜面ポケット」という。）を下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、実験例１においては、本実施例は、球面部３と連接する第一平面部４が工具回転軸ａと平行な平面であり、また、刃部２の刃先にＲ０．００４ｍｍのＲ加工が施され、さらに、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離の工具半径ｒに対する割合（表中では「工具回転軸からの最短距離/工具半径」と記載）が、工具半径ｒの３５％（０．１７５ｍｍ）、一対の円弧部３ａの長さの和が、工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の２２．８％（０．７２ｍｍ）となる形状のものを用いた。
従来の一般的な２枚刃タイプのボールエンドミル（以下、「従来例１」という。）、先端部が半球形状のボールエンドミル（以下、「従来例２」という。）及び本実施例を用いて、図８（ｂ）に示す工具回転軸ａに直交する面に対し１５°及び４５°の傾斜面からなる傾斜面ポケット（以下、単に「傾斜面ポケット」という。）を下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、実験例１においては、本実施例は、球面部３と連接する第一平面部４が工具回転軸ａと平行な平面であり、また、刃部２の刃先にＲ０．００４ｍｍのＲ加工が施され、さらに、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離の工具半径ｒに対する割合（表中では「工具回転軸からの最短距離/工具半径」と記載）が、工具半径ｒの３５％（０．１７５ｍｍ）、一対の円弧部３ａの長さの和が、工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の２２．８％（０．７２ｍｍ）となる形状のものを用いた。
［加工条件］
工具形状：ストレート形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
工具形状：ストレート形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
［結果］
図８は従来例１の加工後の工具及加工面の状態を示すものであり、図９は従来例２の加工後の工具及加工面の状態を示すものであり、図１０は本実施例の加工後の工具及加工面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工後の工具の状態、（ｂ）は加工面全体、（ｃ）は１５°傾斜面の拡大図である。
図８は従来例１の加工後の工具及加工面の状態を示すものであり、図９は従来例２の加工後の工具及加工面の状態を示すものであり、図１０は本実施例の加工後の工具及加工面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工後の工具の状態、（ｂ）は加工面全体、（ｃ）は１５°傾斜面の拡大図である。
従来例１は、図８（ｃ）に示すように、切れ刃によって加工面にカッターマーク（破線囲い部）が発生しており、また、従来例２は、図９（ｃ）に示すように、ムシレ（破線囲い部）が発生している。これに対して、本実施例は、図１０（ｃ）に示すように、加工面がカッターマークもムシレも発生していない鏡面に仕上げられている。
これは従来例２と比較した場合、本実施例にはクーラント供給溝７が形成されており、刃部２へのクーラントの回り込み、浸透性が向上したためと考える。
＜実験例２＞
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が異なるサンプル（第一平面部４は実験例１と同様、工具回転軸ａと平行な平面）を作製し、各サンプルについて、実験例１と同様、図１１に示す傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）と加工後の工具の摩耗状態を比較した。なお、加工面の加工状態は目視観察にて行った。また、工具の摩耗状態の評価は、切り込み量が０．００３ｍｍと微少であるために工具の摩耗が進行すると加工面に切り残しが発生するため、この切り残しの有無で評価を行った。
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が異なるサンプル（第一平面部４は実験例１と同様、工具回転軸ａと平行な平面）を作製し、各サンプルについて、実験例１と同様、図１１に示す傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）と加工後の工具の摩耗状態を比較した。なお、加工面の加工状態は目視観察にて行った。また、工具の摩耗状態の評価は、切り込み量が０．００３ｍｍと微少であるために工具の摩耗が進行すると加工面に切り残しが発生するため、この切り残しの有無で評価を行った。
［加工条件］
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
［結果］
下表１は、実験例２の評価サンプル条件及び加工面の加工状態観察結果並びに加工後の工具の摩耗状態の評価結果を示したものである。表中の１５°傾斜面及び４５°傾斜面においては、加工した１５°及び４５°傾斜面にてカッターマークやムシレ等の発生が無く鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。また、摩耗状態について、工具摩耗の進行による加工面の切り残しが発生しなかったものを○、切り残しが発生したものを×で示した。
下表１は、実験例２の評価サンプル条件及び加工面の加工状態観察結果並びに加工後の工具の摩耗状態の評価結果を示したものである。表中の１５°傾斜面及び４５°傾斜面においては、加工した１５°及び４５°傾斜面にてカッターマークやムシレ等の発生が無く鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。また、摩耗状態について、工具摩耗の進行による加工面の切り残しが発生しなかったものを○、切り残しが発生したものを×で示した。
表１に示すように、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離（表中では「工具回転軸からの最短距離」と記載）を工具半径ｒの１０％以上、７０％以下としたサンプルでは、加工面にムシレの発生は無く、良好な鏡面が得られた。
また、最短距離を工具半径ｒの５％にしたサンプルでは、加工面に切り残しが発生した。これは、最短距離を小さくしたことによりクーラント供給溝７の体積が大きくなり、摺接長さが短くなったことで、凝着摩耗が発生したためと考える。
また、最短距離を工具半径ｒの８０％にしたサンプルでは、４５°傾斜面にムシレが発生した。これは、最短距離を大きくしたことによりクーラント供給溝７の体積が小さくなり、摺接長さが長くなったことで、刃部２へのクーラントの浸透が低下し、球面部３と被削材との接触距離が長い４５°傾斜面にムシレが発生したと考える（１５°傾斜面は球面部３と被削材との接触距離が短いため、ムシレが発生しなかったと考える。）。
＜実験例３＞
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離の工具半径ｒに対する割合（表中では「工具回転軸からの最短距離／工具半径」と記載）を２０％に固定し、球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和が異なるサンプルを作製し、各サンプルについて、図１２に示す四角ポケットの側面の立壁９０°面のみを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、評価方法は実験例２と同様である。また、実験例３においては、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面（球面部３に対して垂直な面）に形成したものと、工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成したものの両方を用いた。
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離の工具半径ｒに対する割合（表中では「工具回転軸からの最短距離／工具半径」と記載）を２０％に固定し、球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和が異なるサンプルを作製し、各サンプルについて、図１２に示す四角ポケットの側面の立壁９０°面のみを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、評価方法は実験例２と同様である。また、実験例３においては、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面（球面部３に対して垂直な面）に形成したものと、工具回転軸ａに対して傾斜する傾斜面に形成したものの両方を用いた。
［加工条件］
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：５ｍｍ×５ｍｍ×深さ２．５ｍｍ
加工時間：１時間２５分
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：５ｍｍ×５ｍｍ×深さ２．５ｍｍ
加工時間：１時間２５分
［結果］
下表２は、実験例３の評価サンプル条件及び加工面の目視観察結果並びに工具摩耗評価結果を示したものである。表中の９０°面においては、加工した立壁９０°面にて鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。また、摩耗状態について、工具摩耗の進行による加工面の切り残しが発生しなかったものを○、切り残しが発生したものを×で示した。
下表２は、実験例３の評価サンプル条件及び加工面の目視観察結果並びに工具摩耗評価結果を示したものである。表中の９０°面においては、加工した立壁９０°面にて鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。また、摩耗状態について、工具摩耗の進行による加工面の切り残しが発生しなかったものを○、切り残しが発生したものを×で示した。
表２において円弧部の長さの和/円周として示した球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（弧の長さの総和）を、工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の５０％以下としたサンプルは、いずれも加工面が良好な鏡面に仕上げられ、また、工具摩耗状態も良好であったが、球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（弧の長さの総和）を、工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の５５．３％としたサンプルでは、加工面に工具に生じたびびり振動による転写が確認された。これは、円弧部３ａの長さの和を大きくしたことで、クーラント供給溝７の体積が小さくなり、摺接長さが長くなったことで、切削抵抗が高くなり工具にびびり振動が生じたためと考える（立壁９０°面の加工は工具の横方向（ラジアル方向）にかかる切削抵抗が大きく、工具が逃げてびびり振動が生じ易いことも影響していると考える。）。
この実験例３の結果と、前述した実験例２における球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離を工具半径ｒの１０％にした場合の結果を踏まえると、球面部３の一対の円弧部３ａの長さの和（弧の長さの総和）が工具回転軸ａを中心とし円弧部３ａを通る円の円周の６％以上５０％以下において、加工面に切り残し、ムシレが発生せず、良好な鏡面が得られることとなる。
＜実験例４＞
ｃＢＮ粒径の異なるサンプル（ｃＢＮ粒径：１μｍ／３μｍ／５μｍ）を作製し、各サンプルについて、傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の工具の摩耗状態を比較した。なお、実験例４においては、工具形状の要因を排除するために、先端部が半球形状のボールエンドミル（実験例１の従来例２）を用いた。また、工具摩耗の評価は、他の実験例と同様、切り残しの有無で評価を行った。また、ｃＢＮ粒径は、ｃＢＮ焼結体の断面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影し、撮影した複数のｃＢＮ粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径を求め、これら円の直径の平均値をｃＢＮ粒径とした。
ｃＢＮ粒径の異なるサンプル（ｃＢＮ粒径：１μｍ／３μｍ／５μｍ）を作製し、各サンプルについて、傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の工具の摩耗状態を比較した。なお、実験例４においては、工具形状の要因を排除するために、先端部が半球形状のボールエンドミル（実験例１の従来例２）を用いた。また、工具摩耗の評価は、他の実験例と同様、切り残しの有無で評価を行った。また、ｃＢＮ粒径は、ｃＢＮ焼結体の断面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影し、撮影した複数のｃＢＮ粒子の面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径を求め、これら円の直径の平均値をｃＢＮ粒径とした。
［加工条件］
工具形状：ストレート形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
工具形状：ストレート形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
［結果］
ｃＢＮ粒径が１μｍと３μｍのものには、加工面に切り残しが見られなかった（図１３にて耐摩耗性：○）のに対し、５μｍのものには、切り残しの発生が確認された(耐摩耗性：×)。
ｃＢＮ粒径が１μｍと３μｍのものには、加工面に切り残しが見られなかった（図１３にて耐摩耗性：○）のに対し、５μｍのものには、切り残しの発生が確認された(耐摩耗性：×)。
また、図１３に示すように、切り残しの発生が確認された５μｍのものには、大きな摩耗痕が確認された（ｃＢＮ粒径が大きいと粒子の脱落が発生し易くなり、この粒子の脱落により摩耗し易くなると考える。）。
＜実験例５＞
本実施例において、刃部２の切れ刃６の刃先にＲ（０．００４ｍｍ）を付したサンプルと、Ｒを付さないサンプルを作製し、各サンプルについて、傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、実験例５においては、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの２０％となる形状であり、また、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面に形成したものを用いた。
本実施例において、刃部２の切れ刃６の刃先にＲ（０．００４ｍｍ）を付したサンプルと、Ｒを付さないサンプルを作製し、各サンプルについて、傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、実験例５においては、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの２０％となる形状であり、また、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面に形成したものを用いた。
［加工条件］
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
［結果］
図１４は切れ刃６の刃先にＲを付さないサンプルで加工した加工面の状態を示すものであり、図１５は切れ刃６の刃先にＲ（０．００４ｍｍ）を付したサンプルで加工した加工面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工面全体、（ｂ）は１５°傾斜面の拡大図である。
図１４は切れ刃６の刃先にＲを付さないサンプルで加工した加工面の状態を示すものであり、図１５は切れ刃６の刃先にＲ（０．００４ｍｍ）を付したサンプルで加工した加工面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工面全体、（ｂ）は１５°傾斜面の拡大図である。
図１４に示すように、切れ刃６の刃先にＲを付さないものは加工初期に加工面にキズ（破線囲い部）が形成されることが確認された。これに対して、切れ刃６の刃先にＲを付したものは、図１５に示すように、キズのない鏡面に仕上げられている。
＜実験例６＞
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離を工具半径ｒの１０％にしたものと、７０％にしたものの夫々の刃部２の切れ刃６の刃先に付したＲの大きさが異なるサンプル（第一平面部４は工具回転軸ａと平行な平面）を作製し、各サンプルについて、図１１に示す傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面、具体的には、切れ刃６が接触する４５°傾斜面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、加工面の加工状体は目視観察にて行った。
本実施例において、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離を工具半径ｒの１０％にしたものと、７０％にしたものの夫々の刃部２の切れ刃６の刃先に付したＲの大きさが異なるサンプル（第一平面部４は工具回転軸ａと平行な平面）を作製し、各サンプルについて、図１１に示す傾斜面ポケットを下記加工条件で仕上げ加工した場合の加工面、具体的には、切れ刃６が接触する４５°傾斜面の加工状態（仕上げ状態）を比較した。なお、加工面の加工状体は目視観察にて行った。
［加工条件］
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
仕上げ代：０．００３ｍｍ（軸方向切り込み量：０．００１ｍｍ）
加工形状：傾斜ポケット９ｍｍ×９ｍｍ×深さ１．５ｍｍ
加工時間：１時間３９分
［結果］
下表３は、実験例６の評価サンプル条件及び４５°傾斜面の目視観察結果を示したものである。表中の４５°傾斜面においては、加工した４５°傾斜面にてカッターマークやムシレ等の発生が無く鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。
下表３は、実験例６の評価サンプル条件及び４５°傾斜面の目視観察結果を示したものである。表中の４５°傾斜面においては、加工した４５°傾斜面にてカッターマークやムシレ等の発生が無く鏡面が得られたものを○、鏡面が得られなかったものを×で示した。
表３に示すように、球面部３の工具先端視における工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離を工具半径ｒの１０％にしたものと７０％にしたものの双方において、切れ刃６の刃先のＲの大きさを０．００１ｍｍとしたものにカッターマークが発生し、切れ刃６の刃先のＲの大きさを０．０２５ｍｍとしたものにムシレが発生した。また、上記以外のものは良好な鏡面が得られた。
以上から、切れ刃６の刃先に付されるＲの大きさは、０．００３ｍｍ以上０．０２ｍｍ以下の範囲とすることが好ましいことが確認された。なお、刃先にＲの代わりに、レーザ処理等でチャンファ面を付した場合も同様の結果が得られた。
＜実験例７＞
先端部がｃＢＮ焼結体からなる半球形状に形成されたボールエンドミル（以下、「半球形状ボールエンドミル」という。）と、本実施例とを用い、四角ポケットの底面を下記加工条件で加工した場合の加工面を比較した。なお、実験例７においては、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの３５％となる形状であり、また、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面に形成したものを用いた。
先端部がｃＢＮ焼結体からなる半球形状に形成されたボールエンドミル（以下、「半球形状ボールエンドミル」という。）と、本実施例とを用い、四角ポケットの底面を下記加工条件で加工した場合の加工面を比較した。なお、実験例７においては、球面部３の形状が、工具先端視において、工具回転軸ａから切れ刃６までの最短距離が工具半径ｒの３５％となる形状であり、また、第一平面部４を工具回転軸ａと平行な平面に形成したものを用いた。
［加工条件］
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
径方向切り込み量：０．００５ｍｍ
軸方向切り込み量：０．００５ｍｍ
加工形状：４ｍｍ×４ｍｍ×０．００５ｍｍ
加工時間：１２分
工具形状：アンダーカット形状
被削材：焼き入れ鋼（６０ＨＲＣ）
クーラント：オイルミスト
回転速度：３０，０００ｍｉｎ－１
送り速度：３７５ｍｍ／ｍｉｎ
径方向切り込み量：０．００５ｍｍ
軸方向切り込み量：０．００５ｍｍ
加工形状：４ｍｍ×４ｍｍ×０．００５ｍｍ
加工時間：１２分
［結果］
図１６は半球形状ボールエンドミルで加工した底面の状態を示すものであり、図１７は本実施例で加工した底面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工後の工具状態、（ｂ）は底面の加工状態である。
図１６は半球形状ボールエンドミルで加工した底面の状態を示すものであり、図１７は本実施例で加工した底面の状態を示すものである。なお、各図において、（ａ）は加工後の工具状態、（ｂ）は底面の加工状態である。
図１６（ｂ）に示すように、半球形状ボールエンドミルで加工した底面はムシレが発生しているのに対し、図１７（ｂ）に示すように、本実施例で加工した底面はムシレがなく鏡面に仕上げられている。これは、本実施例にはクーラント供給溝７が形成されており、刃部２へのクーラントの回り込み、浸透性が向上したためと考える。
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
１ 工具本体
２ 加工部
３ 球面部
３ａ 円弧部
４ 第一平面部
５ 第二平面部
６ 切れ刃
７ クーラント供給溝
ａ 工具回転軸
ｒ 工具半径
２ 加工部
３ 球面部
３ａ 円弧部
４ 第一平面部
５ 第二平面部
６ 切れ刃
７ クーラント供給溝
ａ 工具回転軸
ｒ 工具半径
Claims (5)
- 工具本体の先端に、被加工材に摺接する球面部を有する加工部が設けられた仕上げ加工用工具であって、前記加工部は、前記球面部と連接する第一平面部を有し、この第一平面部と前記球面部との境界部の稜線が切れ刃に形成され、また、前記球面部は、工具回転軸を含むように形成され、また、前記第一平面部は、前記工具回転軸と平行な平面若しくは該工具回転軸に対して傾斜する傾斜面に形成され、また、前記第一平面部と連接する第二平面部を有し、この第二平面部は、前記第一平面部の基端と連接し該第一平面部と交差する交差面に形成され、この第二平面部と前記第一平面部とにより前記球面部にクーラントを供給するためのクーラント供給溝が形成され、また、前記第一平面部及び前記第二平面部は、前記工具回転軸に対して対称に設けられ、また、前記球面部は、工具先端視において、前記工具回転軸を中心とする一対の円弧部を有し、この一対の円弧部は、前記工具回転軸に対して対称に設けられ、さらに、前記球面部は、工具先端視において、前記工具回転軸から前記切れ刃までの最短距離が、工具半径の１０％～７０％となり、且つ、前記一対の円弧部の長さの和が、前記工具回転軸を中心とし前記円弧部を通る円の円周の６％～５０％となるように構成されていることを特徴とする仕上げ加工用工具。
- 請求項１記載の仕上げ加工用工具において、前記加工部はｃＢＮ焼結体からなることを特徴とする仕上げ加工用工具。
- 請求項２記載の仕上げ加工用工具において、前記ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒径が３μｍ以下であることを特徴とする仕上げ加工用工具。
- 請求項１～３いずれか１項に記載の仕上げ加工用工具において、前記切れ刃にはＲ加工が施されていることを特徴とする仕上げ加工用工具。
- 請求項４記載の仕上げ加工用工具において、前記Ｒ加工のＲの大きさは、０．００３ｍｍ～０．０２ｍｍであることを特徴とする仕上げ加工用工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022016360A JP7481377B2 (ja) | 2022-02-04 | 2022-02-04 | 仕上げ加工用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022016360A JP7481377B2 (ja) | 2022-02-04 | 2022-02-04 | 仕上げ加工用工具 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2023114165A JP2023114165A (ja) | 2023-08-17 |
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Family
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| JP2022016360A Active JP7481377B2 (ja) | 2022-02-04 | 2022-02-04 | 仕上げ加工用工具 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2010094766A (ja) | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | 穴加工工具 |
| JP2014000663A (ja) | 2012-06-21 | 2014-01-09 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 切削工具 |
| JP2015085462A (ja) | 2013-10-31 | 2015-05-07 | ユニオンツール株式会社 | 硬質皮膜被覆切削工具 |
| WO2019180873A1 (ja) | 2018-03-22 | 2019-09-26 | 住友電工ハードメタル株式会社 | エンドミル |
-
2022
- 2022-02-04 JP JP2022016360A patent/JP7481377B2/ja active Active
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