JPH04183509A - ボールエンドミルを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、本体の先端部にこの本体の回転軸心回りの回
転軌跡がこの回転軸心と垂直なほぼ平面状となる直線状
切れ刃を具えたボールエンドミルを用い、被削材の表面
を高精度にて加工して仕上げ作業に要する時間を大幅に
短縮し得る方法に関する。

〈従来の技術〉 数値制御装置や倣い装置を介し、プレス金型等の三次元
曲面を加工する工具の一つとして、ボールエンドミルが
知られている。

このボールエンドミルは、円柱状をなす本体の先端側に
この本体の回転軸心回りの回転軌跡がほぼ球面状となる
円弧状切れ刃を一枚以上形成したものであり、その加工
状態の一例を表す第７図に示すように、少なくとも直交
三軸の制御軸を有するマシニングセンタや金型加工機等
の工作機械の主軸１１に取り付けられる。

この第７図に示したボールエンドミル１２は、二枚の円
弧状切れ刃１３．１４を有する二枚刃のものを示してお
り、主軸１１と共に駆動回転するようになっている。そ
して、このボールエンドミル１２に被削材１５に対して
例えば図中、Ｚ方向の切り込みとＸ方向の送りとを繰り
返し与え、被削材１５の表面（以下、これを被削面と呼
称する）を加工するようになっている。つまり、ボール
エンドミル１２を駆動回転してＸ方向に送ることにより
、円弧状切れ刃１３．１４が被削面を溝状に削り取る。

次いで、このボールエンドミル１２をＸ方向に一定量ｐ
だけ移動させた後、再度Ｘ方向に送って被前面を溝状に
削り取る。

この際、ボールエンドミル１２のＸ方向の送りと同時に
Ｚ方向の切り込みを変化させることにより、被削面を三
次元曲面に加工することができる。

なお、Ｘ方向の送りの繰り返し間隔となるボールエンド
ミル１２のＸ方向への一回当たりの移動量ｐは、ピック
量と呼称される。

ところで、上述の如き円弧状切れ刃１３゜１４を具えた
ボールエンドミル１２を用いて切削加工を行う場合、Ｘ
方向の送りの繰り返し操作に伴って被削面にカスプと呼
称される高さｈの条痕Ｉ６と、Ｘ方向の送りに伴ってボ
ールエンドミル１２が一回転する毎に生ずる錐状の削り
残し１７とが必然的に発生するため、後工程でこの条痕
１６や削り残し１７をハンドグラインダ等で除去する作
業が必要となる。

そこで、被削面に形成される条痕１６をより少なくする
目的で、回転軸心回りの回転軌跡がほぼ球面状となる一
枚以上の円弧状切れ刃を有するボールエンドミルにおい
て、この円弧状切れ刃よりも先端側に当該円弧状切れ刃
に連なって形成され且つ本体の回転軸心回りの回転軌跡
が回転軸心と垂直なほぼ平面状となる直線状切れ刃を形
成したものが提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 円弧状切れ刃よりも先端側にこの円弧状切れ刃に連なる
直線状切れ刃を形成したボールエンドミルは、第７図に
示す条痕１６を少な（する効果は有するものの、Ｘ方向
の送りに伴ってボールエンドミル１２が一回転する毎に
生ずる錐状の削り残し１７を低減させることができない
。

この結果、上述した削り残し１７が鋭利な突起となって
被前面に残留し、後工程のグラインダによる手仕上げ作
業に多大な時間を要している。

ここで、この削り残し１７の発生機構について、直線状
切れ刃を持たない円弧状切れ刃のみで構成された二枚刃
のボールエンドミルを例に説明する。

なお、刃数が三枚以上でも削り残しが生ずるメカニズム
は同一であるが、刃数が多いほど削り残しは少なくなる
。

毎分６０００回転する本体の回転軸心が、毎分６０００
−の送り速度て点０．から点Ｏｓへ順次送り移動した場
合における被削面に投影した円弧状切れ刃１３．　ｌ　
４の移動軌跡を第８図に示す。但し、太い一点鎖線で示
す一方の円弧状切れ刃１３は実際に被削材を切り込む部
分のみを表示しており、同様に太い二点鎖線で示す他方
の円弧状切れ刃１４も、実際に被削材を切り込む部分の
みを表示しているが、当然これ以上の長さをそれぞれ持
っている。

ここで、ボールエンドミルの回転軸心の移動軌跡を基準
としてダウンカットとなる図中、左側の被前面上の任意
の点Ｑに着目すると、この点Ｑはまずボールエンドミル
の回転軸心が点０．の位置で一方の円弧状切れ刃１３に
より削られるが、ボールエンドミルの回転軸心の移動軌
跡を基準として図中、左側に大きな削り残しが生ずるの
は、ボールエンドミルが反時計方向に回転する場合であ
り、時計方向に逆回転する場合には、削り残しがボール
エンドミルの回転軸心の移動軌跡を基準として図中、右
側に生ずる。そして、回転軸心が点０２の位置に移動し
た時点で他方の円弧状切れ刃１４により削られる。線分
０１Ｑと線分０．Ｑとは、円弧状切れ刃１３．１４の一
部を形成しているので、これら線分０．Ｑ、Ｏ□Ｑは点
０＋、Ｏ□を最下点（被削材に対して最大切り込み深さ
となる点）とする円弧となり、点Ｑは点０．，０２より
も高い位置、即ち凸形の錐状をなす削り残しとなる。

例えば、上述した条件で直径が１０ｍｍのボールエンド
ミルを用い、ピック量を０．６１１ｍとした場合の加工
の進行に伴う被前面の変化を表した第９図に示すように
、ボールエンドミル１２を基準としてその送り方向に向
かって左側に２５ｔｌＩｎもの高さの錐状の削り残し１
７が生ずる。

但し、この削り残し１７は、ボールエンドミル１２の回
転軸心に対してほぼ垂直な被前面を有する被削材１５に
のみに生成するものであるが、−船釣には第７図に示し
た条痕１６の高さｈよりも高く、被前面の表面粗さを大
幅に低下させるものであることから、加工面精度上の大
きな問題となる。

なお、円弧状切れ刃１３．１４の回転軌跡が球面状とな
るため、ボールエンドミル１２を基準としてアップカッ
トとなるその送り方向に向かって右側でも若干の削り残
しを生ずるが、先に述べた左側に比べて軽微であり、特
に問題とするほどではない。

〈発明の目的〉 本発明は、被削材に対する送り移動に伴って、ボールエ
ンドミルの一回転毎に生ずる錐状の削り残しを低減し、
これによって被前面の表面粗さの精度を向上させ、この
被削面の仕上げ作業に要する時間を大幅に短縮し得るボ
ールエンドミルを用いた加工方法を提供することを目的
とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明によるボールエンドミルを用いた加工方法は、本
体の回転軸心回りの回転軌跡がほぼ球面状となる円弧状
切れ刃と、この円弧状切れ刃よりも先端側に当該円弧状
切れ刃に連なって形成され且つ前記本体の回転軸心回り
の回転軌跡が前記回転軸心と垂直なほぼ平面状となる直
線状切れ刃とを具えたボールエンドミルを用い、被削材
に対してこのボールエンドミルに相対的な送りを繰り返
し与え、前記被削材の表面を加工するに際し、前記被削
材に対する前記ボールエンドミルの送り移動に伴って前
記ボールエンドミルの一回転毎に生ずる錐状の削り残し
が低減されるように、前記ボールエンドミルの送り速度
と前記送りの繰り返し間隔と前記ボールエンドミルの回
転速度とを設定したことを特徴とするものである。

く作用〉 被削材に対する送りに伴ってボールエンドミルが一回転
する毎に生ずる錐状の削り残しは、先に説明したように
切れ刃が円弧状であることに起因して必然的に生ずるも
のである。

従って、この削り残しをなくすためには、少なくとも切
れ刃の′先端側を直線状にしなければならない。つまり
、ボールエンドミル自体の形状としては、本体の回転軸
心回りの回転軌跡が回転軸心と垂直なほぼ平面状となる
直線状切れ刃を円弧状切れ刃よりも先端側に当該円弧状
切れ刃に連なって形成する必要があり、すでに提案され
たボールエンドミルと同様の形状とする必要がある。

ここで、最終的に加工終了面として残るのは、第７図か
らも明らかなようにビック量ｐに相当する幅領域のみで
あるから、この幅領域のみ削り残しがなくなるように、
直線状切れ刃の長さを決めれば良い。

但し、この直線状切れ刃が長いほど通常のボールエンド
ミルと形状が異なって来るため、　　゛ＮＣ加ニブログ
ラミングが難しくなる等、実用上の問題が顕在化して来
る。このため、直線状切れ刃の長さは必要最小限に抑え
た方が好ましい。

以上の知見に基づき、それぞれ直線状切れ刃を持つ二枚
刃ボールエンドミルの本体の回転軸心が毎分６０００ｍ
ｍの速度で点０１から点０８へ順次送り移動した場合に
おける被削面に投影した直線状切れ刃の移動軌跡を第１
図に示す。但し、太い一点鎖線で示す一方の直線状切れ
刃１８には、図示しない円弧状切れ刃がこれに連続して
形成されており、同様に太い二点鎖線で示す他方の直線
状切れ刃１９にも、図示しない円弧状切れ刃がこれに連
続して形成されている。

かかる状態において、最終的に加工面として残るピック
量ｐの半分に相当する領域の削り残しをなくすには、こ
の領域がすべて直線状切れ刃１８．１９によって切削さ
れれば良い。例えば、直線状切れ刃１８．１９の長さが
この第１図の通りであると仮定すると、図中、斜線で示
した領域ｇ＋、ｇ２は直線状切れ刃１８．１９によって
切削されず、直線状切れ刃１８．１９に連続する図示し
ない円弧状切れ刃にて切削されるため、錐状の削り残し
が発生してしまう。従って、最終的に加工面として残る
部分を完全に削り取る直線状切れ刃１８．１９の最小の
長さは、第１図において領′域ｇ１．ｇ２が共になくな
る条件、即ちＭ１＝Ｍ、及びＮ　＋　＝　Ｎ　２となる
直線状切れ刃の長さγの内の大きい方の値である。

なお、Ｍ　１．Ｍ２は回転軸心の移動軌跡と直線状切れ
刃１８．１９の最外周位置の軌跡との交点、Ｎ１．Ｉ’
Ｌ２は回転軸心の移動軌跡と平行にこの回転軸心の移動
軌跡からｐ／２だけ離れた線分ｌと直線状切れ刃１８．
１９の最外周位置の軌跡との交点である。

ここで、ボールエンドミルの刃数をＺｌその送り速度を
毎分Ｆ（ｍｍ）、回転速度を毎分Ｎ（ｒｐｍ）、Ｍ、＝
Ｍ、となる点Ｏ８から点０．までボールエンドミルが移
動した時間をｔｍとした時、Ｍ　ｌ＝Ｍ２どなる直線状
切れ刃の長さγ。

は、下式（１）、（２）の条件の下で Ｚ＋２　　Ｆ Ｆｔｘ＋γＭＣ０５（２πＮ　ｔ　、）＝４２−即・　
・　・（１） Ｑ　＜　Ｉ　Ｍ＜　４　Ｎ−・　・　・（２）を満足す
れば良い。

従って、上述した第１図に示す被削面の領域ｇ１におけ
る錐状の削り残しをなくすためには、前記（］）、（２
）の条件の下で次式（３）を満だす必要がある。

γ關≧　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）２Ｓ
ｉｎ（２πＮｔａｓ） 一方、Ｎ　ｒ　＝　Ｎ　２となる直線状切れ刃の長さγ
８は、 Ｚ＋２　　Ｆ ２　　Ｎ で与えられるから、上述した第１図に示す被削面の領域
ｇ２における錐状の削り残しをな（すためには、次式（
４）の条件を満たす必要がある。

Ｚ＋２　　Ｆ γ・≧　４２’即　　　　　　　　・・・（４）　　・
そして、前記（３）式及び（４）式から算出される直線
状切れ刃の長さγ、、γ、の内の大きな値の方が目的と
する直線状切れ刃の最小の長さとなる。換言すれば、ボ
ールエンドミルに形成された直線状切れ刃１８．１９の
長さに基づいて、錐状の削り残しのないビック量ｐや送
り速度Ｆ或いは回転速度Ｎを適切に設定することができ
る。

ところで、公知の前記条痕のみをなくすことを狙った従
来の発明では、直線状切れ刃の長さが条痕の間隔の半分
、即ちｐ／２でこの条痕は完全になくなるから、直線状
切れ刃の長さをｐ／２以上にしても無意味である。これ
に対し、本願で対象とする錐状の削り残しをなくすため
には、直線状切れ刃の長さを少なくともｐ／２にする必
要があるが、直線状切れ刃の長さをｐ／２にした場合に
は、ボールエンドミルの送り速度に対してその回転速度
を非常に高く設定する必要がある。

；実施例〉 本発明を実施し得るボールエンドミルの外観を表す第２
図に示すように、本体２０の回転軸心２１を横切るよう
に並ぶ二枚の直線状切れ刃２２．２３とこれら直線状切
れ刃２２゜２３に連続する二枚の円弧状切れ刃２４゜２
５とを有する直径が２０１１ＩＩＩ＋のボールエンドミ
ル２６を用い、毎分６０００回転でピック量が０．６１
の条件での削り残しをなくするために必要な直線状切れ
刃２２．２３の各長さγと送り速度Ｆとの関係を第３図
に示す。この第３図から明らかなように、送り速度Ｆが
高くなるほど直線状切れ刃２２．２３の長さγを長くす
る必要があり、例えば毎分１２０００ｍｍの送り速度Ｆ
の場合には、直線状切れ刃２２゜２３の長さγをそれぞ
れ１．０　ｍｍ　（ピック量ｑ１．６７倍）以上にしな
ければならない。

このボールエンドミルで切削した場合における被前面の
表面粗さの実測値を表す第３図に示すように、この被前
面の表面粗さはＲ１，。

表示で１．０μｓ前後とほぼ平坦となった。

切削条件を全く同一にして第７図に示す従来のボールエ
ンドミルを用いて被前面の表面粗さを比較したところ、
従来のボールエンドミルでは表面粗さがＲ１１８表示で
３０ｔ１ｍより悪いことも確認した。

なお、本発明では幾何学的に被前面を完全な平坦面とす
ることができるが、実際に切削した結果は第３図からも
明らかなように、被前面は完全な平坦面とはなっていな
い。この理由は、直線状切れ刃の刃先が完全に平坦且つ
シャープでないこと、及び刃先に被削材の溶着が若干生
ずること等により、被前面に荒れが発生してしまうため
である。

次に、上述した実施例と同一のボールエンドミルを用い
、送り速度が毎分６０００ａｏでピック量が０．６　ｍ
の条件での削り残しをなくするために必要な直線状切れ
刃の長さγとその回転速度Ｎとの関係を第４図に示す。

ボールエンドミルの回転数が高くなるほど、直線状切れ
刃の長さγは短くなることが判る。

なお、この第５図から明らかなように、ボールエンドミ
ルの回転数が高くなるほど、直線状切れ刃の長さγがピ
ック量ｐの半分、０．３ｍに近付（ことが判る。

第６図はこのボールエンドミルで切削した場合における
被前面の表面粗さの実測値であ　ｌる。この場合の被前
面の表面粗さはＲ１１、表示で１．０ＩＪｎ前後とほぼ
平坦となるが、従来のボールエンドミルでは毎分２４０
００回転の場合で最良の表面粗さが得られるものの、そ
の値はＲ，１，表示で１２μｓより悪いことも判明した
。

〈発明の効果〉 本発明のボールエンドミルを用いた加工方法によると、
ボールエンドミルの送り速度及び回転速度と、このボー
ルエンドミルに形成された直線状切れ刃の長さ及びその
数と、当該ボールエンドミルの送りの繰り返し間隔とを
最適に設定したので、被削材の表面粗さを悪化させる最
大の原因である錐状の削り残しがなくなり、この被削材
の表面粗さを大幅に改善することができる。この結果、
被削材の表面がほぼ平坦に削られ、加工後の仕上げ工程
に要する時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はボールエンドミルに形成された直線状切れ刃の
移動軌跡を表す本発明の加工原理図、第２図は本発明を
実施し得るボールエンドミルの一実施例の外観を表す正
面図、第３図は本発明によるボールエンドミルの送り速
度と直線状切れ刃の長さとの関係を表すグラフ、第４図
はその表面粗さの分布を表すグラフ、第５図は本発明に
よるボールエンドミルの回転数とその直線状切れ刃の長
さとの関係を表すグラフ、第６図はその表面粗さの分布
を表すグラフ、第７図は従来の切削状況を表す加工概念
図、第８図はその加工原理図、第９図は削り残しの原理
を説明する加工概念図である。 又、図中の符号で１２．２６はボールエンドミル、１３
．　ｌ　４．２４．２５は円弧状切れ刃、】５は被削材
、１６は条痕、１７は錐状の削り残し、１８．１９，２
２．２３は直線状切れ刃、２０は本体、２１は回転軸心
、γは一つの直線状切れ刃の長さ、ｐはビック量である
。 特許出願人　三菱重工業株式会社 代理人　弁理士　光石英俊（他１名） 第１ｒｇ 第２図 第３図 送り速度Ｆ　（ｍｍ／ｍｉｎ　） 第４図 送り速度Ｆ　（ｍｍ／ｍｉｎ　） 第５図 回転数Ｎ（ｒｐｍ） 第６図 回転数Ｎ（ｒｐｍ） べ　　　′Ｌ ハ → 讐

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体の回転軸心回りの回転軌跡がほぼ球面状となる円弧
   状切れ刃と、この円弧状切れ刃よりも先端側に当該円弧
   状切れ刃に連なって形成され且つ前記本体の回転軸心回
   りの回転軌跡が前記回転軸心と垂直なほぼ平面状となる
   直線状切れ刃とを具えたボールエンドミルを用い、被削
   材に対してこのボールエンドミルに相対的な送りを繰り
   返し与え、前記被削材の表面を加工するに際し、前記被
   削材に対する前記ボールエンドミルの送り移動に伴って
   前記ボールエンドミルの一回転毎に生ずる錐状の削り残
   しが低減されるように、前記ボールエンドミルの送り速
   度と前記送りの繰り返し間隔と前記ボールエンドミルの
   回転速度とを設定したことを特徴とするボールエンドミ
   ルを用いた加工方法。