JPH0628813B2 - ボ−ルエンドミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、本体の先端に形成された半球状部に曲線切刃
をもつチップを取り替え可能に取り付け、球面または曲
面の加工を可能にしたボールエンドミルに関する。

〔従来の技術〕

ボールエンドミルは、金型などのように球面や曲面を必
要とする工作物をＮＣ切削加工や倣い切削加工する際に
必要な切削工具である。これらの高精度を要する製品の
仕上げ加工には、本体と切刃などを一体形にしたボール
エンドミルや、あるいは本体の先端の半円球状部に半円
弧状の溝を形成し、この溝に沿ってエンドミル本体の先
端中央部の軸線と交差するチゼル部に接合部のない連続
する扇形のチップを配置して、該チップを溶接、ろう付
けしたボールエンドミルがある（実開昭５７−８１０１
８号公報参照）。

ボールエンドミルの中心軸線に対して切刃が適正な位置
にあっても、切削の回転中心となる中心軸線の上に位置
する切刃は切削速度が生ぜずゼロなので、大きな圧縮力
を受けて他の位置にある切刃部分に比して損傷が生じや
すい。そこで、チップの再取り付けによって、同一チッ
プの損傷した切刃面から新しい切刃面に切り換えたり、
あるいは新品のチップと交換が可能なスローアウエイ方
式のクランプ式のボールエンドミルもよく知られている
ところである。例えば、特開昭５４−９３２８４号公報
に記載されたボールエンドミルは、同時に切削に関与す
る一組の切刃と、同じ構成の他方の組の切刃から構成さ
れるチップをボールエンドミル本体の先端に設けたチッ
プ支持座にボルトで取り付けたものである。また、支持
座の壁面は切刃の一部の曲面を移動させて形成したもの
である。

上記のようなチップの交換が可能なスローアウエイ式ボ
ールエンドミルでは、チップの保管や取扱い等の容易さ
や経済性、さらには省資源の面からチップ一個に複数の
切刃を設けている。例えば、第１０図（イ）、（ロ）、
（ハ）に模式図で示すように、円弧と円弧、或いは円弧
と直線の組合せから構成する複雑な形状のものが多い。
即ち、第１０図（イ）のチップは、３個の円弧状の切刃
４１，４２，４３から構成されており、各切刃の交点を
各々４４，４５，４６とすると、切刃４１は切刃４２、
４３の交点Ａを中心とした半径ｒ１で形成された円弧４
７で、切刃４２は同様に切刃４１、４３の交点Ｂを中心
とした半径ｒ２で形成された円弧４８で、切刃４３も同
様に切刃４１、４２の交点Ｃを中心とした寸法ｒ３で形
成された円弧４９により、チップが形成される。各切刃
はそれぞれ中心とする点Ａ、Ｂ、Ｃを別個に有する。同
図（ロ）に示すチップの切刃５０は円弧でありその中心
点Ｄを、切刃５１は円弧状でありその中心点Ｅをそれぞ
れ基準として製造する。さらに同図（ハ）のチップは、
切刃５２−Ｇ−５３において、５２−Ｇの直線部分５４
は軸線Ｙ１を基準にしており、円弧部５５は点Ｇの対称
位置にある点Ｆを基準にして製造される。他方の切刃５
６，５７も同様にして製造される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本体の先端に半円弧状の溝を形成し、この溝に沿って先
端部が連続する扇形のチップを溶接、ろう付けしたボー
ルエンドミル（上述の実開昭５７−８１０１８号公報参
照）は、切削中に破損の危険のある軸中心のチゼル部に
チップのろう付けの継ぎ目が来ることを避けて取り付け
たものである。このため、先端チップの強度が向上し、
破損や欠落の発生を避けることができ、加工中の被切削
物を破壊する危険を回避するという効果を奏するが、一
旦当該部分が摩耗した場合にはボールエンドミル全体を
廃棄しなければならず、きわめて不経済である。

さらに、一体物のボールエンドミルは、刃部の形状の如
何にかかわらずボールエンドミルとして一体化された後
に切刃などが形成されるので、ボールエンドミルとして
良好な精度をもつが、再研削に際してはボールエンドミ
ル全体は、再研削盤に取り付けて切刃の再生作業を行わ
ざるを得ない。また、かかる再生作業を行っている間の
工作物の切削加工には、予め保有している交換用のボー
ルエンドミルを用いて工作物の加工を行わなければなら
ないなどの煩雑さと不経済な問題がある。

スローアウエイ方式のクランプ式のボールエンドミルに
おいては、同一チップの損傷した切刃面と損傷を受けて
いない新しい切刃面とを反転させてチップの再取り付け
を行ったり、あるいは摩耗したり、折損したチップをチ
ップ固定用ボルト、さらに固定金具、例えばクランパを
一々取り外してから新品のチップを再クランプする必要
があり、作業がきわめて厄介である。しかも、切削作業
中においては、工作機械からエンドミルを取り外し、計
測しながらチップを装着・固定しなければならないとい
う課題が存在する。さらに、これらに使用する精度の高
いチップは後述するように高価であるうえ、切刃位置の
調整やチップの交換時に精度の高い再現が困難であるな
どの問題がある。

また、特開昭５４−９３２８４号公報に開示されたボー
ルエンドミルは、第１０図（ロ）に示すような円弧また
は円弧と直線を組み合わせた複雑な形状のスローアウエ
イ式のものであり、上述のようにその製造にあたって、
各切刃毎に中心点を基準に加工すれば精度の高いものが
得られるが、一枚のチップにおいても、切刃ごとに基準
点の段取り変えが必要であり、さらに各点を中心とする
切刃までの半径寸法、ｒ１、ｒ２、ｒ３を精度良く揃え
なければならず、製造がきわめて煩雑であり高価につ
く。しかも直線部は工具先端における切り残しを避ける
ため、僅かに内側にクランプされなければならない。従
って中心を越えた部分は切刃とはならず仕上げ面を劣化
させる。チップの取付位置の再現が困難なので、高精度
のクランプが困難である。また、チップの位置移動は許
されず、チップ切刃の局部的損傷を避けるクランプは不
可能である。

本発明は、上記の従来品の課題に鑑み、簡単な構造の本
体及びチップにより、摩耗部分の微調整を可能にすると
共に、チップの寿命を長期化した経済的なボールエンド
ミルを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係わるボールエンドミルは、先端部が半球形
状をした本体と、該本体に続くシャンク部とからなり、
先端部に取り付け座を設け、該取り付け座に曲線切刃を
もつチップを取り付けたスローアウエイ式ボールエンド
ミルにおいて、チップは切刃部と底部が同心円をもつ扇
形に形成され、前記取り付け座は前記扇形チップの底部
と同一半径の円弧状をなし、取り付け座の円弧長さをチ
ップ底部の円弧長さよりも大とすると共に、取り付け座
面上のチップの位置調整を可能とする調整装置を設けた
ことにより、上記の課題を解決したのである。

〔作用〕

本発明に係るボールエンドミルで曲面の倣い切削加工を
行っていくと、軸心上における切刃の摩耗による精度低
下が生じるが、その際に、取り付け調整機構を作動させ
て、チップを取り付け座上を移動させる。このために、
他の位置にある切刃部に比して損傷し易い軸心上におけ
る切刃に代えて損傷していない部分に移動させることに
よってチップ切刃を適正な形状に再生する。チップの扇
形角度を９０°よりも僅かに大とした場合には、半球状
部全域の切削に必要な切刃を確保するばかりでなく、先
端の半球状部を越えた部分の曲面加工も行う。

〔実施例〕

次に、本発明に係るボールエンドミルの実施例を図面に
ついて説明する。半球状の全領域を２個の扇形チップ
（以下、チップと称する）からなる切刃によって分担切
削したものを第１図乃至第３図に示し、１個のチップで
半球状全領域を切削するものを、第４図乃至第６図に示
す。なお、通常のボールエンドミルは半球状の領域に続
いて隣接する円筒状の外径部にも切刃を設けるが、この
部分は通常のクランプ式ボールエンドミル等で一般的に
既に知られた技術であるから以下に述べる実施例では当
該部分の詳細な説明は省略する。

第１図乃至第３図において、本発明の実施例のクランプ
式ボールエンドミルＡは、半球状の先端部ａを有する本
体ｃと、これに隣接するシャンクｂと、先端部に組み込
まれチップ２、３とから構成される。ボールエンドミル
本体ｃの中心軸線６に対し、所要傾き角度βをもたせた
状態でチップ２、３が取り付け座５に装着、固定されて
いる。上記の傾き角βは、工作物の加工部分の形状・寸
法・許容差及びチップの切刃１２の形状・寸法・精度を
中心に、チップのすくい面１６の角度、及び後に詳細に
説明するが、第８図に示す第１逃げ角２１、チップ材
料、工作物の材料・寸法・剛性、工作機械の剛性・精
度、ボールエンドミルの把持精度・剛性、工作物の保持
剛性、加工条件などの諸々の条件を考慮して設定されて
いる。また、取り付け座５の円弧長さＷは、チップ２の
円弧長さｗよりも大きく形成されており、後述するよう
に先端切刃の中心軸線６を越える量３１のチップの位置
調整を可能としている。

第４図に示す実施例においてはチップ３４を本体ｃの中
心軸線６に対し、所要傾き角βをもたせた状態でチップ
３４が取り付け座５に装着固定されている。該取り付け
座５も第３図に示したものと同様に、その円弧長さＷが
チップ３４の円弧長さｗよりも大きく構成されていて、
後述するように切刃１２が中心軸線６が通過して越える
量３１を確保している。

上記のチップ２は２′で示す範囲を、チップ３は３′で
示す範囲をそれぞれ分担して切削する。但し、それぞれ
の境界部分に切り残しが出ないように僅かな重複範囲４
が出来るようにそれぞれのチップを位置せしめて切削領
域１を形成させ、回転切削により半球形状を形成する。

本発明において用いられるチップ２、３、３４は、第８
図及び第９図に示すように、厚さＴを有する扇状をなし
ており、第７図に示すように半球状先端部の半径Ｒの中
心８を通る軸線２０を中心とする半径Ｒ１の曲線で切刃
１２が形成される。さらにすくい面１６及び第１逃げ面
２１とこれに隣接する第２逃げ面２２のいずれも前記軸
線２０を中心とする平面または円錐面をもって形成され
ている。

上記チップ２、３及び３４を本体ｃに取り付ける際の基
準面、即ち、半径寸法Ｒ２の円筒上にある底面１３、背
面１４、すくい面１６に隣接するすくい面側のくさび角
θをもつ固定面５１、本体に取り付けるための所要の扇
形角度γなど、いずれも半球状先端部の半径Ｒの中心を
通るただ一つの軸線２０を基準として構成される。この
場合、主要な各部位を加工する度に段取り替えを行う必
要がなく、一度の段取りで済むので構造が容易、かつ高
精度の加工が行われる。

チップ２をβ°傾斜させて本体の取り付け座５の装着固
定する場合には、第７図に示すようにボールエンドミル
の中心軸線６と、半球状先端部ａを形成する半径Ｒとの
交点７を、チップの切刃１２が通らなければならない。
上記交点７を通るチップの傾斜角βを構成する線９に対
して垂直であり、かつ前記半径Ｒの中心８を通る線２０
との交点５２と、交点７との距離Ｒ１が、軸線２０を中
心とするチップの切刃１２の半径Ｒ１である。半球状先
端部ａの半径Ｒと軸線２０を中心とする切刃１２の半径
Ｒ１との関係は、次の関係式で表される。

Ｒ１＝Ｒｃｏｓβ また、チップの底部１３の軸線２０を中心とする半径は
Ｒ２である。

工作物を高い精度に仕上げ切削を行う場合には、傾斜角
β＝０°として第６図に示す扇形角度γを９０°よりも
僅かに大としたチップ３４を使用したクランプ式ボール
エンドミルを用いるとよい。そうすると、第１図に示す
実施例における重複範囲４を必要としないので、重複範
囲での加工精度の低下を防止することができる。仕上げ
切削は、加工時間の短い軽切削であるから、傾斜角β＝
０°でも切削能力上問題がない。

第７図は、上述の如く高精度且つ製造容易なチップ２、
３、３４を装着・固定する本体ｃの構造を、チップとの
関係を示しながら、本体ｃの中心軸線６を含む平面によ
る断面で示したものである。本体ｃは半球状先端部の半
径Ｒより若干小さい半径をもつ半球部ａ、取り付け座５
及び中心軸線６に対し傾斜角αをもつねじ穴４０を有す
るクランパ嵌合溝２３などの主要部位から構成される。

本体ｃのチップ取り付け座５は、中心軸線６とチップの
所要の取り付け角度βをもつ線９と、該線９に直角で、
且つ半球状先端部の半径Ｒの中心８を通る軸線２０、該
軸線２０を中心としてチップの底部１３の半径Ｒ２と同
じ半径の円弧に形成される。取り付け座５とチップの底
部１３とは、半球状先端部の半径Ｒの中心８を通る軸線
２０及び半径寸法Ｒ２を共有するので、円周方向に移動
が可能であり、しかも精度高く接触する。軸線９に平行
でチップの背面１４に接触する側壁１１及び取り付け座
５は、チップを取り付け座に装着・固定した際、半球状
先端部ａの半径Ｒとの交点７にチップの切刃１２が位置
するようにチップの厚さＴ（第８図に示す）、チップの
高さ（Ｒ１−Ｒ２）、チップの傾斜角βを考慮し、点７
を基準として形成される。

クランパ嵌合溝２３は、チップの傾斜角βを有しながら
取り付け座５の幅がチップの厚さＴよりも若干狭い寸法
となる位置を占め、且つ側壁１１に平行な一つの壁面を
有する。さらに、クランパ１７が本体ｃに締め付け固定
され、チップポケット３０とクランパ上面２９とが連続
して隣接する。他方側壁２５は傾斜角βを形成する線９
に平行である。さらにクランパ嵌合溝の底面２７は軸線
２０を中心とし、取り付け座５よりも深い外円筒面を形
成する。

さらに、第７図に示すクランパ１７は取り付け座５と平
行なクランパ嵌合溝２３に収納され、本体ｃ先端に形成
されたチップポケット３０に連設する上面２９を有し、
該上面のほぼ中央に本体の中心軸線６に対してαの角度
で、皿小ねじ１９のねじ部分を貫通する穴５３をもつ。

クランパ１７の前端面１８は、チップの固定面５１に当
接すると共に、該固定面５１に設けられたくさび角度θ
に対応し、該くさび角度θに対応する円錐面とする。ま
た、該円錐面はチップの固定面５１と同一の寸法とする
か、あるいはクランパ１７の両端が固定面５１との干渉
を避けるよう若干寸法を変更した円錐面とする。

クランパ１７の後端面２４はクランパ嵌合溝２３の壁面
２５に当接せしめ得る形状寸法に軸線２０と直交する平
面とする。またクランパの前端面１８は後端面２４に対
し角θをなし、またこの間の距離は固定面５１とクラン
パ嵌合溝２３の壁面２５の間に適切に介在させることが
できる。さらに底面２６はクランパ嵌合溝２３の底面２
７と干渉しないよう、後端面２４とのなす角２８は９０
°よりも小さくし、且つ軸線２０を中心とし、底面２７
の半径Ｒ３より若干大きい半径として、底面２６と２７
の干渉を避ける。

なお、クランパ１７の上面２９は、チップの切刃１２と
平行で、ボールエンドミルなどにより成形され、すくい
面１６及びチップポケット３０と隣接して連続する面を
形成する。このために、切屑の円滑な排出を可能にして
いる。

取り付け座５にチップ２、３、３４を挿入し、クランパ
１７の穴５３を貫通した皿ねじ１９をクランパ１７の嵌
合溝２３の底面２７に設けられたねじ穴４０に螺入する
と、クランパ１７はクランパ嵌合溝２３の中に引き込ま
れ、クランパの後端面２４が壁面２５の制約を受ける。
また、クランパの前端面１８はチップの固定面５１を強
く押しつけ、くさび効果を生じさせて、切削中であって
もチップが浮き上がることなく強固に固定される。

さらに、切刃１２が中心軸線６に達していないと切り残
しが生じ、工作物の加工仕上げ面を悪化させる。また、
中心中心軸線６を切刃１２が通過し、さらに該中心中心
軸線６を越える量３１は、切削時において該部分のみが
逆転しながら切削するのと同じ事象を示す。第８図に示
す第１逃げ面２１及び第２逃げ面２２が切削の時に切り
屑のすくい面の機能を分担するが、切り屑をすくい上げ
ずに工作物に押しつける働きをなし、すくい面１６の方
向に切削力を受け、切刃１２に欠損を発生させたり、あ
るいは工作物の加工面を悪化させるなどの危険が大であ
る。

。そこで、チップの取り付け座５の円弧長さＷをチップ
底部１３の円弧長さｗよりも大とすることによって、中
心軸線６を越える量３１を適正に設定することを可能に
した。さらに、第６図においてチップ３４の扇形角度γ
を９０°よりも僅かに大とし、前述の如く先端切刃の中
心軸線６に対する適正な越える量３１の確保、さらに半
球部ａと円筒部との境界線３５を後端切刃３６が越える
量３７を確保した。本発明は、隣接する損傷のない切刃
を中心軸線６よりも越える位置に移動させることによ
り、損傷を生じた部分を除去することにより、作業能率
を向上させたのである。

即ち、切刃の調整装置の実施例は第３図及び第６図に示
すとおりである。第３図においてチップ２の後端部の位
置に、六角穴付き止めねじ３２をねじ込むためのねじ穴
３３をチップ２の後端側から未貫通に設け、ねじの下穴
は外側まで貫通せしめてある。このようにして、六角穴
付き止めねじ３２の調整を六角棒スパナにより、外側か
ら操作させてチップ２及び３の取り付け座５上の位置を
調整し、先端切刃の中心軸線６を越える量３１または重
複範囲４の量の適正化、さらに損傷切刃の位置調整を行
う。また、エンドミルの回転中に六角穴付き止めねじ３
２が緩み、外に飛び出ることのない構造となっている。
第６図においても、第３図と同様に六角穴付き止めねじ
３２及びねじ穴３３を設けて、上記と同じ働きを行わし
め、中心中心軸線６を越える量３１及び半球部ａと円筒
部との境界線３５を越える量３７の適正化、及び損傷切
刃の位置調整を可能とする。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように先端部が半球形状をした本体と、
該本体に続くシャンク部とからなり、先端部に取り付け
座を設け、該取り付け座に曲線切刃を取り付けたスロー
アウエイ式ボールエンドミルであって、チップを切刃部
と底部が同心円をもつ扇形に形成し、さらに扇形チップ
の底部と同一半径の円弧状としたので、チップはチップ
取り付け座上を正確かつ円滑に移動可能となった。さら
に、取り付け座の円弧長さＷをチップ底部の円弧長さｗ
よりも長くすると共に、調整装置によりチップの取り付
け座面上の位置を調整することができるので、切刃位置
の調整、切刃の位置替え、チップの交換などを容易かつ
高精度に行うことが可能になった。特に先端中心に切削
速度がゼロとなるので圧縮力のみを受けて他の切刃部に
比して損傷し易い先端切刃を適正位置に調整することが
可能となった。しかも、先端切刃が僅かに損傷し、他の
切刃部分が損傷していない場合に、先端切刃のわずかな
損傷部分を削除し、削除分を調整装置により移動させて
チップを再使用することが可能となった。

さらに、扇形のチップを用いるために、従来品の三角形
や変形四角形などのように、深いチップ取り付け座を必
要としないために、ボールエンドミルの剛性を損なうお
それが少なくなった。チップの扇形角度を９０°より僅
かに大とした場合には、半球状部全域の切削に必要な切
刃を確保できるばかりでなく、先端の半球状部を越えた
部分の曲面の加工も可能となった。ボールエンドミルの
軸線に平行な工作部の側壁を越えても、さらには高精度
な曲面加工に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の正面図、第２図は第１図の矢
印方向から視た同平面図、第３図は第１図III−III線に
よる断面図、第４図は他の実施例の正面図、第５図は同
平面図、第６図は第４図VI−VI線による断面図、第７図
は第２図及び第５図におけるVII−VII線による部分拡大
断面図、第８図はチップの中心線２０を通る平面による
チップ断面図、第９図はチップをすくい面側から視た平
面図、第１０図（イ）、（ロ）、（ハ）は従来品のチッ
プの形状の概略図である。 ２……チップ ３……チップ ５……取り付け座 ６……ボールエンドミルの中心軸線 １２……チップの切刃 １３……チップの底部 ２０……チップ、取り付け座などの軸線 ３２……六角穴付き止めねじ（調整装置） ３３……ねじ穴（調整装置） ３４……チップ Ａ……ボールエンドミル ａ……先端部 ｂ……シャンク ｃ……本体 Ｗ……取り付け座の円弧長さ ｗ……チップ底部の円弧長さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部が半球形状をした本体と、該本体に
   続くシャンク部とからなり、先端部に取り付け座を設
   け、該取り付け座に曲線切刃をもつチップを取り付けた
   スローアウエイ式ボールエンドミルにおいて、チップは
   切刃部と底部が同心円をもつ扇形に形成され、前記取り
   付け座は前記扇形チップの底部と同一半径の円弧状をな
   し、取り付け座の円弧長さをチップ底部の円弧長さより
   も大とすると共に、取り付け座面上のチップの位置調整
   を可能とする調整装置を設けたことを特徴とするボール
   エンドミル。
2. 【請求項２】前記扇形チップの中心角度を９０°よりも
   僅かに大とした特許請求の範囲第１項記載のボールエン
   ドミル。