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

ボールエンドミルを用いた加工方法

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JPH04183509A
JPH04183509A JP30881890A JP30881890A JPH04183509A JP H04183509 A JPH04183509 A JP H04183509A JP 30881890 A JP30881890 A JP 30881890A JP 30881890 A JP30881890 A JP 30881890A JP H04183509 A JPH04183509 A JP H04183509A
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end mill
ball end
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Haruyoshi Kuwabara
桑原 晴義
Tsuneo Egawa
庸夫 江川
Eiji Fujii
英治 藤井
Fumio Inai
井内 文雄
Shinichi Fukasaku
深作 伸一
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B23C5/1009Ball nose end mills

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

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。
JP30881890A 1990-11-16 1990-11-16 ボールエンドミルを用いた加工方法 Expired - Lifetime JPH0825086B2 (ja)

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JPH04183509A true JPH04183509A (ja) 1992-06-30
JPH0825086B2 JPH0825086B2 (ja) 1996-03-13

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10151511A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Hitachi Tool Eng Co Ltd 多刃ボールエンドミル
KR100456129B1 (ko) * 2002-09-12 2004-11-08 화천기공 주식회사 공작기계용 슬라이딩부의 수평안내면 가공방법
CN102974880A (zh) * 2011-09-07 2013-03-20 于君琴 加工塑胶材料用刀具
JP2018509307A (ja) * 2015-03-26 2018-04-05 オープン マインド テクノロジーズ アーゲー 工作物の平坦面の加工方法

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