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エンドミル
JP7497459B2
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2020-11-30
2022-06-02
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本発明はエンドミルに係り、特に、ビビリ振動の抑制に有効な新たな技術に関するものである。
エンドミルによる切削加工時にビビリ振動が生じると、切削速度が制限されたり加工面の面粗さが損なわれたりする。このようなビビリ振動を抑制するために、複数枚の外周切れ刃のねじれ角が互いに相違している不等リードエンドミルが提案されている。特許文献１に記載のエンドミルはその一例であり、ねじれ角の相違に伴って切削力（抵抗）の向きや大きさが異なるとともに切れ刃の間隔が変化することで共振が抑制され、その共振に起因して生じるビビリ振動が抑制される。
しかしながら、このような不等リードエンドミルは、ねじれ角が異なる複数の外周切れ刃が互いに干渉する可能性があるため、刃長や刃数、ねじれ角差が制約され、ねじれ角等の工具の設計が面倒であるとともに、ビビリ振動を適切に防止できない場合があった。図３８は、刃１～刃６で示される外周切れ刃が干渉（交差）する場合を例示した展開図で、上がシャンク側で下が底刃側であり、何れも右ねじれで、シャンク側から見て右まわりに回転駆動されて切削加工を行なうものである。左端の３枚刃の場合には、ねじれ角差が大きい刃３と刃１とが干渉する場合がある。中央の６枚刃の場合には、間隔が狭くて隣接する刃２と刃３、刃４と刃５、刃６と刃１とが、それぞれ干渉する場合がある。右端のロング刃長の４枚刃の場合には、ねじれ角差が比較的小さくても隣接する刃２と刃３、刃４と刃１とが、それぞれ干渉する場合がある。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ねじれ角が相違する不等リードとすることなくビビリ振動の抑制に有効な新たなエンドミルを提供することにある。
かかる目的を達成するために、第１発明は、複数枚の外周切れ刃を有するエンドミルにおいて、（ａ）前記複数枚の外周切れ刃のねじれ角は互いに等しい一方、（ｂ）前記複数枚の外周切れ刃の少なくとも１枚は、ニック刃またはラフィング刃から成る凹凸刃が設けられている凹凸刃付き切れ刃であり、（ｃ）前記凹凸刃は、前記凹凸刃付き切れ刃の刃長の一部分のみに設けられており、（ｄ）前記凹凸刃付き切れ刃は、工具軸方向においてシャンク側端部から底刃側に向かって刃長の７０％の範囲の中のその刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ａ、工具軸方向において底刃側端部からシャンク側に向かって刃長の７０％の範囲の中のその刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ｂ、および工具軸方向における刃長の中央からその工具軸方向の両方向へ刃長の３５％の範囲の中のその刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ｃの何れかであり、（ｅ）前記複数枚の外周切れ刃は、前記凹凸刃付き切れ刃である前記切れ刃Ａ～Ｃと、前記凹凸刃が無い切れ刃Ｄとの４種類の切れ刃Ａ～Ｄの何れかで、隣り合う外周切れ刃が異なる種類となるように２種類以上を含んで構成されており、（ｆ）前記複数枚の外周切れ刃のねじれ角は０°～５°の範囲内であることを特徴とする。
なお、外周切れ刃は必ずしもねじれ刃である必要はなく、ねじれ角が０°の直刃であっても良い。また、ねじれ方向は関係無く、右ねじれであっても左ねじれであっても０°～５°の範囲内であれば良く、左右両方で計１０°の範囲内であれば良い。
なお、外周切れ刃は必ずしもねじれ刃である必要はなく、ねじれ角が０°の直刃であっても良い。また、ねじれ方向は関係無く、右ねじれであっても左ねじれであっても０°～５°の範囲内であれば良く、左右両方で計１０°の範囲内であれば良い。
第２発明は、第１発明のエンドミルにおいて、前記複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面が硬質被膜で被覆されていることを特徴とする。
このようなエンドミルにおいては、複数枚の外周切れ刃の少なくとも１枚は、ニック刃またはラフィング刃から成る凹凸刃が設けられている凹凸刃付き切れ刃であり、且つその凹凸刃は凹凸刃付き切れ刃の刃長の一部分のみに設けられているため、凹凸刃の有無によって切削力の大きさが部分的に相違する。すなわち、凹凸刃が設けられた部分は切削力が小さくなるため、この切削力の相違によって共振が抑制され、複数枚の外周切れ刃のねじれ角が互いに等しいエンドミルにおいても、共振に起因して生じるビビリ振動が抑制される。
また、凹凸刃が設けられる範囲が何れも刃長の５％～６５％の範囲内で、その凹凸刃が設けられる位置が異なる３種類の切れ刃Ａ、Ｂ、Ｃの何れかが凹凸刃付き切れ刃として設けられるため、凹凸刃の有無等による切削力の大きさの変化でビビリ振動を適切に抑制することができる。
また、複数枚の外周切れ刃が、上記切れ刃Ａ～Ｃと、凹凸刃が無い切れ刃Ｄとの４種類の切れ刃Ａ～Ｄの何れかで、隣り合う外周切れ刃が異なる種類となるように２種類以上を含んで構成されているため、凹凸刃の有無や凹凸刃の位置が隣接する外周切れ刃同士で異なるため、ビビリ振動を一層適切に抑制することができる。また、凹凸刃を設けるとワークの表面部分でバリが生じる可能性があるが、凹凸刃の有無や位置が異なる２種類以上の切れ刃を含んで構成されるため、バリの発生を抑制することができる。
また、ねじれ角が０°～５°の範囲内で比較的小さく、送り分力が大きくなって振動が発生し易くなるため、凹凸刃付き切れ刃を設けることにより振動を抑制する、という本発明の効果が顕著に得られる。また、ねじれ角が小さいと溶着が発生し易くなって切削速度が制約されるが、凹凸刃によって切り屑が分断されることにより溶着が抑制され、切削速度の制限が緩和されて高切削速度（高回転速度）による切削加工が可能となる。また、凹凸刃付き切れ刃が設けられると、ねじれ角が大きくなった場合に刃欠けが生じ易くなるが、ねじれ角が５°以下とされることにより刃欠けが抑制され、この点でも高切削速度（高回転速度）による切削加工が可能となる。
第２発明では、複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面が硬質被膜で被覆されているため、部分的な凹凸刃の存在に拘らず優れた切削耐久性が得られる。
本発明のエンドミルは、シャンク側から見て右まわりに回転駆動されて切削加工を行なうものでも、左まわりに回転駆動されて切削加工を行なうものでも良い。エンドミルの刃数は３枚～５枚が広く用いられているが、２枚刃或いは６枚刃以上のエンドミルにも適用され得る。外周切れ刃は、ねじれ角が０°の直刃でも良いし右ねじれ或いは左ねじれのねじれ刃であっても良い。
本発明のエンドミルは、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やＣＦＲＴＰ（炭素繊維強化熱可塑性プラスチック）等のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）に対するトリミング加工（外周切削加工）に好適に用いられるが、鉄鋼材料などの他の被削材に対する切削加工に使用することも可能である。エンドミルの材質としては、例えば超硬合金や高硬度焼結体が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の硬質工具材料を採用することも可能で、必要に応じて切削耐久性を高めるために硬質被膜がコーティングされる。硬質被膜としては、金属間化合物の他、ダイヤモンド被膜などを採用することもできる。金属間化合物としては、元素の周期表の４族、５族、６族、１３族の金属、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどの炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれ等の相互固溶体が適当で、具体的にはＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣｒＮ、ＡｌＣｒＮなどが好適に用いられる。このような金属間化合物の硬質被膜は、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に設けられるが、プラズマＣＶＤ法等の他の成膜法で設けることもできる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図１は、本発明の一実施例であるエンドミル１０を示す斜視図である。このエンドミル１０は、シャンク１２と刃部１４とを同心に備えており、刃部１４には３本の溝が設けられることにより３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（以下、特に区別しない場合は単に外周切れ刃２０という。）が形成されている。３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃの先端には、それぞれ底刃２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、特に区別しない場合は単に底刃２２という。）が連続して設けられている。このエンドミル１０は、シャンク１２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行なうものである。エンドミル１０は超硬合金にて構成されているとともに、刃部１４の表面にはダイヤモンド被膜等の硬質被膜２４がコーティングされている。図１の斜線部は硬質被膜２４を表している。
図１は、本発明の一実施例であるエンドミル１０を示す斜視図である。このエンドミル１０は、シャンク１２と刃部１４とを同心に備えており、刃部１４には３本の溝が設けられることにより３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（以下、特に区別しない場合は単に外周切れ刃２０という。）が形成されている。３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃの先端には、それぞれ底刃２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、特に区別しない場合は単に底刃２２という。）が連続して設けられている。このエンドミル１０は、シャンク１２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行なうものである。エンドミル１０は超硬合金にて構成されているとともに、刃部１４の表面にはダイヤモンド被膜等の硬質被膜２４がコーティングされている。図１の斜線部は硬質被膜２４を表している。
３枚の外周切れ刃２０の少なくとも１枚は、ニック刃またはラフィング刃から成る凹凸刃Ｅｒが設けられている凹凸刃付き切れ刃である。図１では、２枚の外周切れ刃２０ａおよび２０ｂが、凹凸刃Ｅｒを有する凹凸刃付き切れ刃である。図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、切れ刃Ｃは、凹凸刃Ｅｒが設けられた凹凸刃付き切れ刃の具体例で、図は凹凸刃Ｅｒとしてラフィング刃が設けられている場合であり、図２の切れ刃Ｄは、凹凸刃Ｅｒが設けられていない普通刃である。図３は、凹凸刃Ｅｒであるニック刃およびラフィング刃を普通刃と比較して例示した図で、すくい面側から見た拡大写真である。普通刃は、ニック（溝）やラフィング（波形）が無い一定外径寸法の滑らかな通常の切れ刃である。
図２において、切れ刃Ａは、工具軸方向においてシャンク側端部から底刃側に向かって刃長Ｌの７０％の範囲（０．７Ｌ）の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲（０．０５Ｌ～０．６５Ｌ）に凹凸刃Ｅｒが設けられている。切れ刃Ｂは、工具軸方向において底刃側端部からシャンク側に向かって刃長Ｌの７０％の範囲（０．７Ｌ）の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲（０．０５Ｌ～０．６５Ｌ）に凹凸刃Ｅｒが設けられている。切れ刃Ｃは、工具軸方向における刃長Ｌの中央から工具軸方向の両方向へ刃長Ｌの３５％の範囲（０．３５Ｌ）の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲（０．０５Ｌ～０．６５Ｌ）に凹凸刃Ｅｒが設けられている。そして、本実施例のエンドミル１０の３枚の外周切れ刃２０は、凹凸刃付き切れ刃である上記切れ刃Ａ～Ｃ、および凹凸刃Ｅｒが無い切れ刃Ｄの計４種類の切れ刃Ａ～Ｄの中の何れかで、且つ隣り合う外周切れ刃２０が異なる種類となるように２種類以上を含んで構成されている。３枚刃である本実施例のエンドミル１０は、切れ刃Ａ～Ｄの中の異なる３種類で３枚の外周切れ刃２０が構成されている。図１では、外周切れ刃２０ａが切れ刃Ａで、外周切れ刃２０ｂが切れ刃Ｂで、外周切れ刃２０ｃが切れ刃Ｄであるが、図４に例示したように種々の態様が可能である。図４の刃１～刃３は、３枚の外周切れ刃２０ａ～２０ｃを表しており、図中の「Ａ」～「Ｄ」は、図２の「切れ刃Ａ」～「切れ刃Ｄ」を表している。この他、「切れ刃Ａ」、「切れ刃Ｃ」、および「切れ刃Ｄ」の組合せや、「切れ刃Ｂ」、「切れ刃Ｃ」、および「切れ刃Ｄ」の組合せも可能である。
図５は、３枚刃、４枚刃、および５枚刃のエンドミルについて、隣り合う外周切れ刃が異なる種類となるように切れ刃Ａ～Ｄの中の２種類以上を含んで構成した場合を例示した図である。
一方、３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃのねじれ角は互いに等しい。また、３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃのねじれ角は０°～５°の範囲内で、右ねじれであっても左ねじれであっても良く、左右両方で計１０°の範囲内で定められる。本実施例では、３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃはねじれ角が０°の直刃、または切り屑がシャンク１２側へ排出されるようにねじれ角が右ねじれ方向に５°以下の範囲内の右ねじれ刃とされる。図６は、エンドミル１０の３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、それぞれ図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、切れ刃Ｄによって構成されている場合に、それ等の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃを軸心まわりに展開して示した展開図で、刃１～刃３はそれぞれ外周切れ刃２０ａ～２０ｃに相当し、破線部分は凹凸刃Ｅｒである。また、刃１～刃３のねじれ角α１～α３（以下、特に区別しない場合は単にねじれ角αという。）はα１＝α２＝α３であり、その外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃは周方向に等間隔で配置されている。すなわち、刃１～刃３の間隔Ｄ１～Ｄ３（以下、特に区別しない場合は単に間隔Ｄという。）はＤ１＝Ｄ２＝Ｄ３である。図６は、ねじれ角α１～α３が２５°程度の場合であるが、ねじれ角α１～α３を５°以下とした場合が本発明の一実施例である。図１～図４もねじれ角が２０°程度であるが、５°以下とした場合が本発明の実施例である。
図７は図６に対応する展開図で、外周切れ刃３０が左ねじれの場合で、ねじれ角β１～β３は何れも０°～５°の範囲内で且つβ１＝β２＝β３である。また、外周切れ刃３０の３枚の刃１～刃３は周方向に等間隔で配置されており、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３である。図８は図６に対応する展開図で、外周切れ刃４０は前記外周切れ刃２０と同様に右ねじれで、ねじれ角α１～α３は０°～５°の範囲内で且つα１＝α２＝α３であるが、この外周切れ刃４０の３枚の刃１～刃３は周方向に不等間隔で配置されており、Ｄ１≠Ｄ２≠Ｄ３である。間隔Ｄ１～Ｄ３の中の１つでも相違している場合は不等間隔である。これ等の外周切れ刃３０、４０も、本発明の一実施例である。図７の左ねじれの外周切れ刃３０も、不等間隔とすることができる。
このようなエンドミル１０によれば、外周切れ刃２０、３０、４０の複数の刃１～刃３の少なくとも１枚は、ニック刃またはラフィング刃から成る凹凸刃Ｅｒが設けられている凹凸刃付き切れ刃であり、且つその凹凸刃Ｅｒは凹凸刃付き切れ刃の刃長Ｌの一部分のみに設けられているため、凹凸刃Ｅｒの有無によって切削力の大きさが部分的に相違する。すなわち、凹凸刃Ｅｒが設けられた部分は切削力が小さくなるため、この切削力の相違によって共振が抑制され、外周切れ刃２０、３０、４０のねじれ角α、βが等しい等リードのエンドミル１０においても、共振に起因して生じるビビリ振動が抑制される。これにより加工面粗さが向上するとともに、高切削速度（高回転速度）による切削加工が可能となる。
また、凹凸刃Ｅｒが設けられる範囲が何れも刃長Ｌの５％～６５％の範囲内で、その凹凸刃Ｅｒが設けられる位置が異なる３種類の切れ刃Ａ、Ｂ、Ｃの何れかが凹凸刃付き切れ刃として設けられる場合には、凹凸刃Ｅｒの有無等による切削力の大きさの変化でビビリ振動を適切に抑制することができる。
また、例えば図４、図５に示すように、複数枚の外周切れ刃２０（刃１～刃５）が、切れ刃Ａ～Ｃと、凹凸刃Ｅｒが無い切れ刃Ｄとの４種類の切れ刃Ａ～Ｄの何れかで、隣り合う外周切れ刃が異なる種類となるように、切れ刃Ａ～Ｄの中の２種類以上で構成される場合には、凹凸刃Ｅｒの有無や凹凸刃Ｅｒの位置が隣接する外周切れ刃２０同士で異なるため、ビビリ振動を一層適切に抑制することができる。また、凹凸刃Ｅｒを設けるとワークの表面部分でバリが生じる可能性があるが、凹凸刃Ｅｒの有無や位置が異なる３種類の切れ刃で構成されるため、バリの発生を抑制することができる。
また、本実施例ではねじれ角α、βが０°～５°の範囲内で比較的小さく、送り分力が大きくなって振動が発生し易くなるため、外周切れ刃２０、３０、４０の刃１～刃３の少なくとも１枚が凹凸刃Ｅｒを有する凹凸刃付き切れ刃とされることにより振動を抑制する、という効果が顕著に得られる。また、ねじれ角α、βが小さいと溶着が発生し易くなって切削速度が制約されるが、凹凸刃Ｅｒによって切り屑が分断されることにより溶着が抑制され、切削速度の制限が緩和されて高切削速度（高回転速度）による切削加工が可能となる。また、切れ刃Ａ～切れ刃Ｃ等の凹凸刃付き切れ刃が設けられると、ねじれ角α、βが大きくなった場合に刃欠けが生じ易くなるが、ねじれ角α、βが５°以下とされることにより刃欠けが抑制され、この点でも高切削速度（高回転速度）による切削加工が可能となる。
また、外周切れ刃２０、３０、４０が設けられた刃部１４の表面が硬質被膜２４で被覆されているため、部分的な凹凸刃Ｅｒの存在に拘らず優れた切削耐久性が得られる。
図９は、前記図６に示す外周切れ刃２０を備える前記エンドミル１０である本発明品、および不等リードの従来品について、３枚の外周切れ刃（刃１～刃３）の展開図に切削力を白抜き矢印で示した図である。白抜き矢印の方向は切削力の方向で、太さは切削力の大きさを表している。本発明品は前記図６と同じで、３枚の刃１～刃３が図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｄによって構成されている場合で、刃１および刃２は凹凸刃Ｅｒが設けられた部分で切削力が小さくなるため、この切削力の相違により共振が抑制されて、不等リードの従来品と同様に防振効果が適切に得られる。
次に、本発明の効果を具体的に明らかにするために行なった幾つかの切削加工試験を説明する。
図１０は切削加工試験を行なう際に用いた試験品No１～No３の切れ刃形状を説明する図で、刃１～刃３は３枚の外周切れ刃２０ａ～２０ｃに相当する。試験品No１は、凹凸刃Ｅｒが無い前記図２の切れ刃Ｄのみから成る従来品で、試験品No２およびNo３は、凹凸刃Ｅｒとしてラフィング刃が設けられた凹凸刃付き切れ刃を有する本発明品である。試験品No２は、３枚の刃１～刃３が前記図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｄから構成されており、試験品No３は、３枚の刃１～刃３が前記図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから構成されている。各切れ刃の括弧内の％は、刃長Ｌに対する凹凸刃Ｅｒの長さの比率で、凹凸刃Ｅｒを有する切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、切れ刃Ｃは何れも６０％である。これ等の試験品No１～No３の３枚の刃１～刃３は、何れもねじれ角αが５°の右ねじれ刃であり、刃長Ｌは１２ｍｍで、刃径Φは６ｍｍである。図１１は、切削加工試験で測定する抵抗値の合力Ｆを説明する図で、工具送り方向の送り分力Ｆｘ、加工面Ｗｆ（図１２参照）に直角な方向の主分力Ｆｙ、および工具軸方向（被削材の板厚方向）の背分力Ｆｚの合力Ｆを測定する。この合力Ｆは、ワークＷに加えられる負荷に対応する。図１２は、切削加工試験におけるワークＷと工具Ｔとの位置関係を説明する図で、テーブルから３０ｍｍ突き出した位置でワークＷの外周面にトリミング加工が行なわれる。図１３は、切削加工試験で測定した抵抗値の合力Ｆの振幅を説明する図で、合力Ｆの最大値と最小値との幅が振幅である。
そして、図１４に示す２つの加工条件（条件１および条件２）で被削材であるＣＦＲＴＰにトリミング加工を行い、合力Ｆを測定してその振幅を求めた結果が図１５である。条件１と条件２とでは、切削速度および１刃当りの送り量が相違しており、条件１に比較して条件２は切削速度が速くて１刃当りの送り量が小さい。図１５は、測定した合力Ｆの振幅と、試験品No１（従来品）の振幅を１００％とした場合の比率を示した図である。この図１５から明らかなように、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎで１刃当りの送り量が０．０８ｍｍ／ｔの条件１では、試験品No２の本発明品によれば振幅が２２％程度小さくなり、試験品No３の本発明品によれば振幅が４１％程度小さくなった。また、条件１よりも切削速度が速くて１刃当りの送り量が小さい条件２では、試験品No２の本発明品によれば振幅が７０％程度小さくなり、試験品No３の本発明品によれば振幅が８０％程度小さくなり、防振効果が顕著となる。図１６は、条件１の場合の振幅をグラフにより比較して示した図で、図１７は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形を比較して示した図である。図１８は、条件２の場合の振幅をグラフにより比較して示した図で、図１９は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形を比較して示した図である。なお、ここで使用した試験品No１～No３には、硬質被膜２４としてダイヤモンド被膜がコーティングされている。
図２０は、図１０と同じ試験品No１～No３を用いて被削材が異なる別の切削加工試験を行なった際の加工条件であり、ここではＳ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）に対して切込みａｐ（軸方向）＝６ｍｍ、切込みａｅ（径方向）＝０．６ｍｍで側面切削加工を行なった。図２１は測定した合力Ｆの振幅と、試験品No１の振幅を１００％とした場合の比率を示した図で、試験品No２の本発明品によれば振幅が１２％程度小さくなり、試験品No３の本発明品によれば振幅が１９％程度小さくなった。図２２は、図２１の振幅をグラフにより比較して示した図で、図２３は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形を比較して示した図である。なお、ここで使用した試験品No１～No３には、硬質被膜２４としてＣｒ系の金属間化合物がコーティングされている。
図２４～図２６は、更に別の切削加工試験を行なった試験結果を説明する図で、図２４は、前記外周切れ刃２０ａ～２０ｃに相当する３枚の刃１～刃３の切れ刃形状が異なる６種類の試験品No１～No６を説明する図である。試験品No１は、凹凸刃Ｅｒが無い前記図２の切れ刃Ｄのみから成る従来品である。試験品No２～No６は、３枚の刃１～刃３が、凹凸刃Ｅｒとしてラフィング刃が設けられた凹凸刃付き切れ刃で、前記図２の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから成る本発明品であるが、刃長Ｌに対する凹凸刃Ｅｒの長さの比率が異なり、試験品No２は５％、試験品No３は２５％、試験品No４は４５％、試験品No５は６５％、試験品No６は８５％である。これ等の試験品No１～No６の３枚の刃１～刃３は、何れもねじれ角αが５°の右ねじれ刃であり、刃長Ｌは１２ｍｍで、刃径Φは６ｍｍである。また、硬質被膜２４としてダイヤモンド被膜がコーティングされている。
そして、図２５に示す加工条件で切削速度を変更しつつ切削加工を行い、ビビリ振動の発生状況を観察したところ、図２６に示す結果が得られた。図２６から明らかなように、従来品である試験品Ｎｏ１では切削速度が１５０ｍ／ｍｉｎ以上になるとビビリ振動が大きくなって加工不可になるのに対し、本発明品である試験品Ｎｏ２～Ｎｏ５では、切削速度５０～４００ｍ／ｍｉｎの総ての条件で振動が小さく、安定した加工が可能であった。また、凹凸刃Ｅｒの比率が８５％の試験品Ｎｏ６では、切削速度が２５０ｍ／ｍｉｎ以上になるとビビリ振動が大きくなって加工不可になる。この試験結果から、凹凸刃Ｅｒが設けられた凹凸刃付き切れ刃（切れ刃Ａ～Ｃ）を有する本発明品の試験品Ｎｏ２～Ｎｏ５によればビビリ振動が抑制される。凹凸刃Ｅｒの比率が高くなると高切削速度（高回転速度）でビビリ振動が生じる可能性があるため、刃長Ｌに対する凹凸刃Ｅｒの長さの比率を５％～６５％程度の範囲内とすることが望ましい。
図２７～図２９は、更に別の切削加工試験を行なった試験結果を説明する図で、図２７は、前記外周切れ刃２０ａ～２０ｃに相当する３枚の刃１～刃３の切れ刃形状が異なる３種類の試験品Ｎｏ１～Ｎｏ３を説明する図である。試験品Ｎｏ１～Ｎｏ３は、何れも凹凸刃Ｅｒとしてラフィング刃が設けられた凹凸刃付き切れ刃を有し、試験品Ｎｏ１は、３枚の刃１～刃３が前記図２の３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから構成されており、試験品Ｎｏ２は、３枚の刃１～刃３が前記図２の２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｂにて構成されおり、試験品Ｎｏ３は、３枚の刃１～刃３が前記図２の２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｃにて構成されている。試験品Ｎｏ１は本発明品で、試験品Ｎｏ２およびＮｏ３は比較品である。各切れ刃の括弧内の％は、刃長Ｌに対する凹凸刃Ｅｒの長さの比率で、何れも６０％である。これ等の試験品Ｎｏ１～Ｎｏ３の３枚の刃１～刃３は、何れもねじれ角αが５°の右ねじれ刃であり、刃長Ｌは１２ｍｍで、刃径Φは６ｍｍである。
そして、図２８に示す加工条件で切削加工を行い、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形、振幅、および試験品No１の振幅を１００％とした場合の比率を図２９に示した。図２９から明らかなように、３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから成る試験品No１に比較して、２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｂから成る試験品No２は振幅が２８％程度大きくなり、２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｃから成る試験品No３は振幅が２２％程度大きくなる。この試験結果から、隣り合う切れ刃が異なる種類の凹凸刃付き切れ刃となるように、３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃを用いて３枚の刃１～刃３を構成することが望ましい。なお、ここで使用した試験品No１～No３には、硬質被膜２４としてダイヤモンド被膜がコーティングされている。
図３０は、図２７と同じ試験品No１～No３を用いて被削材が異なる別の切削加工試験を行なった際の加工条件であり、ここではＳ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）に対して切込みａｐ（軸方向）＝６ｍｍ、切込みａｅ（径方向）＝０．１５ｍｍで側面切削加工を行なった。図３１は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形、振幅、および試験品No１の振幅を１００％とした場合の比率を示した図で、３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから成る試験品No１に比較して、２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｂから成る試験品No２は振幅が１２％程度大きくなり、２種類の切れ刃Ａおよび切れ刃Ｃから成る試験品No３は振幅が１５％程度大きくなる。したがって、この試験結果からも、隣り合う切れ刃が異なる種類の凹凸刃付き切れ刃となるように、３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃを用いて３枚の刃１～刃３を構成することが望ましいことが分かる。なお、ここで使用した試験品No１～No３には、硬質被膜２４としてＣｒ系の金属間化合物がコーティングされている。
図３２～図３５は、更に別の切削加工試験を行なった試験結果を説明する図で、図３２は、３枚刃のエンドミルの切れ刃形状が異なる８種類の試験品Ｎｏ１～Ｎｏ８を説明する図である。試験品Ｎｏ１～Ｎｏ４は、何れも３枚の刃１～刃３が凹凸刃Ｅｒが無い前記図２の切れ刃Ｄのみから成る従来品で、ねじれ角αが異なるだけである。すなわち、試験品Ｎｏ１はねじれ角αが０°の直刃で、試験品Ｎｏ２はねじれ角αが１５°の右ねじれ刃で、試験品Ｎｏ３はねじれ角αが３０°の右ねじれ刃で、試験品Ｎｏ４はねじれ角αが４５°の右ねじれ刃である。また、試験品Ｎｏ５～Ｎｏ８は、凹凸刃Ｅｒとしてラフィング刃が設けられた凹凸刃付き切れ刃を有し、図３３に具体的に示されているように何れも３枚の刃１～刃３が前記図２の３種類の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、および切れ刃Ｃから構成されているとともに、それ等の切れ刃Ａ、切れ刃Ｂ、切れ刃Ｃにおける凹凸刃Ｅｒの刃長Ｌに対する比率は６０％であり、ねじれ角αのみが相違する。すなわち、試験品Ｎｏ５はねじれ角αが０°の直刃で、試験品Ｎｏ６はねじれ角αが１５°の右ねじれ刃で、試験品Ｎｏ７はねじれ角αが３０°の右ねじれ刃で、試験品Ｎｏ８はねじれ角αが４５°の右ねじれ刃である。試験品Ｎｏ５は本発明品で、試験品Ｎｏ６～Ｎｏ８は比較品である。これ等の試験品Ｎｏ１～Ｎｏ８の刃長Ｌは１２ｍｍで、硬質被膜２４としてダイヤモンド被膜がコーティングされている。
そして、図３４に示す加工条件で切削速度を変更しつつ切削加工を行い、溶着の有無や量、刃欠けの有無を観察したところ、図３５に示す結果が得られた。図３５から明らかなように、凹凸刃Ｅｒが無い切れ刃Ｄのみから成るねじれ角αが０°の試験品Ｎｏ１では、切削速度が１５０ｍ／ｍｉｎ以上で多くの溶着が認められた。また、ねじれ角αが４５°の試験品Ｎｏ４では、切削速度５０～４００ｍ／ｍｉｎの総ての条件で溶着や刃欠けの問題が無かったものの、試験品Ｎｏ２およびＮｏ３では、切削速度が３００ｍ／ｍｉｎ以上になると溶着が認められるようになる。一方、試験品Ｎｏ５～Ｎｏ８においては、ねじれ角αが４５°の試験品Ｎｏ８で、切削速度が３００ｍ／ｍｉｎ以上になると刃欠けが認められるものの、ねじれ角αが０°～３０°の試験品Ｎｏ５～Ｎｏ７では、切削速度５０～４００ｍ／ｍｉｎの総ての条件で溶着や刃欠けの問題が無かった。すなわち、凹凸刃Ｅｒが設けられた凹凸刃付き切れ刃（切れ刃Ａ～Ｃ）を有する試験品Ｎｏ５～Ｎｏ８の場合、凹凸刃Ｅｒにより切り屑が分断されて溶着が防止されるものの、ねじれ角αが大きくなると刃欠けが生じ易くなることから、ねじれ角αは０°～３０°程度の範囲内が望ましい。
図３７は、ねじれ角αが１５°の試験品Ｎｏ２および試験品Ｎｏ６について、切削速度４００ｍ／ｍｉｎで切削加工を行なった場合のすくい面における溶着の有無および切り屑の写真を例示したもので、図３６は、この時の切削加工の加工条件を具体的に示した図である。図３７において、凹凸刃Ｅｒが無い切れ刃Ｄのみから成る従来品の試験品Ｎｏ２では切り屑が大きくなり、すくい面に溶着が認められる。試験品Ｎｏ６では、凹凸刃Ｅｒであるラフィング刃によって切り屑が小さく分断されるため、切り屑排出性能が良くなって溶着が防止される。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
１０：エンドミル １２：シャンク １４：刃部 ２０、３０、４０：外周切れ刃 ２０ａ、２０ｂ：外周切れ刃（凹凸刃付き切れ刃） ２４：硬質被膜 Ａ、Ｂ、Ｃ：切れ刃（凹凸刃付き切れ刃） Ｌ：刃長 Ｅｒ：凹凸刃 α１、α２、α３：ねじれ角（右ねじれ） β１、β２、β３：ねじれ角（左ねじれ）
Claims (2)
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- 複数枚の外周切れ刃を有するエンドミルにおいて、
前記複数枚の外周切れ刃のねじれ角は互いに等しい一方、
前記複数枚の外周切れ刃の少なくとも１枚は、ニック刃またはラフィング刃から成る凹凸刃が設けられている凹凸刃付き切れ刃であり、
前記凹凸刃は、前記凹凸刃付き切れ刃の刃長の一部分のみに設けられており、
前記凹凸刃付き切れ刃は、工具軸方向においてシャンク側端部から底刃側に向かって刃長の７０％の範囲の中の該刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ａ、工具軸方向において底刃側端部からシャンク側に向かって刃長の７０％の範囲の中の該刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ｂ、および工具軸方向における刃長の中央から該工具軸方向の両方向へ刃長の３５％の範囲の中の該刃長の５％～６５％の範囲に前記凹凸刃が設けられている切れ刃Ｃの何れかであり、
前記複数枚の外周切れ刃は、前記凹凸刃付き切れ刃である前記切れ刃Ａ～Ｃと、前記凹凸刃が無い切れ刃Ｄとの４種類の切れ刃Ａ～Ｄの何れかで、隣り合う外周切れ刃が異なる種類となるように２種類以上を含んで構成されており、
前記複数枚の外周切れ刃のねじれ角は０°～５°の範囲内である
ことを特徴とするエンドミル。 - 前記複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面が硬質被膜で被覆されている
ことを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。