JPH0720211U - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超硬合金等から成るソリッドボールエンドミ
ルの切削中の振動、切屑の噛み込みを少なくして刃先の
チッピング等を減少させ、寿命の延長と仕上げ面粗度の
向上を図る。 【構成】 硬質材で作られたボールエンドミルの先端球
面部１における切れ刃４ａのねじれ角αを２０°〜３０
°にする。また、後方ストレート部２における切れ刃４
ｂのねじれ角は３５°〜４５°となす。そして更に、ス
トレート部におけるポケット５最深部の芯厚Ｗを０．８
Ｄ〜０．９Ｄ（Ｄ＝エンドミル径）にする。これによ
り、切削抵抗の低減、剛性向上、切削バランスの改善が
図られ、切削中の振動が抑制される。また、切屑の処理
と排出性も良くなり切屑の噛み込みも減少する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、鋼や鋳鉄類の曲面加工に用いられるボールエンドミル、中でも超硬 合金等の硬質材で作られたソリッドタイプのボールエンドミルの改善案に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

周知のソリッドタイプのボールエンドミルは、図２に示すように、先端の球面 部１に円弧状の切れ刃４ａを形成し、さらに、後方のストレート部２に球面部の 切れ刃４ａに連なる切れ刃４ｂを形成してある。切れ刃４ａは、同図（ｂ）に示 すねじれ角αを１０°前後とし、さらに、同図（ｅ）に示すように、内端を回転 中心に充分に近づけて回転中心を通る線上に置いてある。

【０００３】 従って、回転中心のチゼル４ｃは極く微小な幅になっている。一方、切れ刃４ ｂは２５°前後のねじれ角をもつねじれ刃又はストレート刃にしてある。また、 同図（ｃ）に示すストレート部の芯厚ｗ（ポケット５の最深部の径）をエンドミ ル径Ｄの２／３程度とし、同図（ｄ）に示すギャッシュ角γを付した面６はスト レート面としてある。刃数は１〜４枚である。

【０００４】 このボールエンドミルは、被削物の曲面加工だけでなく、切れ刃４ｂにより軸 芯と略平行な面の加工も行える。

【０００５】 また、その材料には、主として高速度鋼が用いられているが、高速加工の観点 から表面にＴｉＮ等の硬質被覆を設けたり、材料にＷＣを主成分とする超硬合金 を使用したり、その表面に前述の如き硬質被覆を施すことも行われている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

エンドミルは、横送り加工して使用されるので、ヤング率の高い材料を使って も剛性が不足すると切削中に振動し、これが原因で切れ刃のチッピングが起こり 、極端なケースではエンドミル自体が折れてしまう。

【０００７】 切屑の噛み込み等も上述したチッピング、切損の原因となるが、上述した従来 のエンドミル、中でも超硬合金製のエンドミルは、この点に関して満足できない 面があり、高速加工を行うと寿命が短く、加工精度も悪くなると言う問題があっ た。

【０００８】 そこで、本考案は、構造面から超硬合金等の硬質材から成るソリッドボールエ ンドミルの剛性を向上させて切削中の振動を低く抑えることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、本考案においては、先端球面部から後方のストレ ート部に連なる切れ刃の先端球面部におけるねじれ角を２０°〜３０°、後方の ストレート部におけるねじれ角を３５°〜４５°に設定し、さらに、後方ストレ ート部におけるポケット最深部の芯厚を０．８Ｄ〜０．９Ｄとなす。

【００１０】 このボールエンドミルは、回転中心部の切れ刃を芯上りとして回転中心に０． ０１５Ｄ〜０．０３５Ｄの幅のチゼルを形成したり、ギャッシュ角を付す面を半 径が０．３Ｄ〜０．８Ｄの円弧面にしたり、切れ刃のホーニング量を、先端中心 部については０〜０．０１mm×２０°〜３０°、球面外周部については０．００ ３〜０．０２mm×２０°〜３０°とし、この範囲でそのホーニング量を先端中心 から球面外周部に向かって徐々に大きくしたりするとより好ましい形態となる。

【００１１】

【作用】

切れ刃のねじれ角を先端球面部、後方ストレート部とも従来品に比べて相当大 きくしたことにより、被削物への喰付性が良くなり、切削抵抗も軽減される。従 って、同一切削条件であれば従来のエンドミルよりも切削抵抗によるしなり（い わゆる倒れ）が少なく、切削中の振動が抑えられる。

【００１２】 また、ボールエンドミルの場合、主に先端球面部を使って切削するが、先端球 面部のねじれ角が大きいと、生成される切屑は大きく彎曲した状態で周速差（軸 心部の切削速度はゼロで外周部との速度差が大きい）による流出速度の差を受け るため大きく歪んで破断し易くなり、このため、切屑の処理及び排出性が良くな って切屑の噛み込みが減少する。

【００１３】 さらに、先端球面部のねじれ角が大きいと、図３に示すように球面部の切れ刃 に作用する切削力の方向がずれてくるため、切削抵抗の向きが徐々に変わって切 削バランスが良くなり、また、刃長の増加で切れ刃に加わる衝撃も緩和される。

【００１４】 さらに、ストレート部の芯厚を大きくしたことにより、この部分の断面積、断 面２次モーメントが共に従来エンドミルよりも大きくなる。例えば、直径６mmの エンドミルについてストレート部の断面積、断面２次モーメントを比較すると表 １のようになる。

【００１５】

【表１】

【００１６】 従って、ストレート部の剛性が向上し、これによっても切削中の振動が抑制さ れる。

【００１７】 本考案のボールエンドミルは、以上のことが有効に作用して耐摩耗性、耐チッ ピング性が高まり、寿命や仕上面粗度が向上する。

【００１８】 なお、回転中心部の切れ刃を芯上りにしてチゼル幅を従来品よりも大きくした ものは、チゼル刃の強度が向上してその刃のチッピングがより少なくなる。ここ で言う芯上りとは、図１（ｅ）に示すように、切れ刃４ａを回転中心を通る線上 から回転方向前方にずらすことである。

【００１９】 また、ギャッシュ角を付す面を円弧面にしたものは、その面から切れ刃までの 距離が短くなるので切屑の排出性を悪化させずに先端球面部の切れ刃強度を向上 させることができる。

【００２０】 さらに、切れ刃のホーニング量を先端中心部から球面外周部に向かって徐々に 大きくしたものは、切削抵抗を増大させずに切れ刃の耐溶着チッピング性を向上 させることができる。横向り加工時の切屑は、図４に示すように先端中心側が薄 く、外周側ほど厚くなるので、かかるホーニング処理はチッピング防止に関して 非常に有効である。

【００２１】 なお、切れ刃４ａのねじれ角αは、大き過ぎると切れ刃のバックメタルが小さ くなり、切れ刃強度が低下するので、切れ刃強度を考慮して上限を設けた。また 、切れ刃４ｂのねじれ角βが過大であると剛性が低下するのでこのβについても 上限を定めた。

【００２２】 α、βの下限は上述の効果が充分に発揮される値を選んだ。

【００２３】

【実施例】

図１に、本考案のボールエンドミルの一例を示す。図は２枚刃のエンドミルを 例に挙げたが、刃数は２枚以上にすることもある。

【００２４】 また、エンドミル径とシャンク３の径は、図のようにシャンク径を大とする場 合と両者を同一径にする場合とがある。

【００２５】 さらに、材料にはＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系の超硬合金や サーメット等の硬質材が用いられ、必要に応じて表面にＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣ Ｎ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＡｌＮ等の硬質被覆が施される。

【００２６】 切れ刃は先端球面部の切れ刃４ａに後方ストレート部２の切れ刃４ｂを連ねた 状態になっている。先端球面部の切れ刃４ａの同図（ｂ）に示すねじれ角αは２ ０°〜３０°にしてあり、一方、ストレート部の切れ刃４ｂについては、そのね じれ角βを３５°〜４５°にしてある。

【００２７】 また、ストレート部における芯厚Ｗ｛図１（ｃ）参照｝は、０．８Ｄ〜０．９ Ｄにしてある。

【００２８】 さらに、同図（ｅ）に示すように、切れ刃４ａを芯上りにして先端中心部に付 すチゼル４ｃの幅ｇを０．０１５Ｄ〜０．０３５Ｄにしてある。

【００２９】 図１（ｄ）に示すギャッシュ角γはスラスト低減のために３０°前後とし、こ の状態でギャッシュ角を付す面６を０．３Ｄ〜０．８Ｄの半径をもつ円弧面とし て先端部の強度を向上させている。

【００３０】 また、切れ刃４ａのホーニング量を先端中心部から球面外周部に向かって徐々 に大きくしている。このホーニングは、図５（ａ）に示す角ホーニング（δ＝２ ０°〜３０°）、同図（ｂ）に示す丸ホーニングのどちらであってもよいが、切 削抵抗は角ホーニングの方が小さくなる。ホーニング量の具体的数値は、先端中 心部側が０〜０．０１mm、球面外周部が０．００３〜０．０２mmの範囲にあるよ うにしてその範囲で大きさを徐々に変化させている。

【００３１】 以下に、本考案のボールエンドミルに関する性能評価試験について述べる。

【００３２】 −実験例１− 実施例で述べた構造のボールエンドミルを試作した。その寸法諸元は以下の通 りである。 直径Ｄ＝１０mm（ｒ＝５．０）、シャンク径Ｄ₁ ＝１０mm、全長Ｌ＝１００mm 、有効刃長ｌ₁ ＝２０mm、ストレート部芯厚Ｗ＝８．０mm、切れ刃４ａの芯上り 量＝０．２〜０．３mm、チゼル幅ｇ＝０．５mm、すくい角０〜５°、切れ刃の一 番逃げ角１４°〜１６°、ギャッシュ角γ＝３０°、ギャッシュ角の付いた面の 円弧半径＝２０mm。

【００３３】 この試作エンドミルと、市販のＤ＝１０mmの従来エンドミル２種（比較例Ａ、 Ｂ）を用いて深さｄ＝６mmの突っ込み加工を行った。

【００３４】 切削条件は、被削材＝ＳＣＭ４３５（ＨＲｃ３０）、回転数Ｎ＝２６００ｒｐ ｍ、切削速度Ｖ＝８２ｍ／ｍｉｎ、送り速度Ｆ＝４００mm／ｍｉｎ、送り量＝０ ．０７７mm／刃であり、エアーを吹付けながら加工を行った。

【００３５】 その結果、図６に示すように、本考案品は比較例に比べてスラスト力が相当低 く、切屑の処理、排出も良好であった。

【００３６】 なお、比較品Ａ、Ｂは先端球面部の切れ刃のねじれ角は同じである。にも拘ら ず、スラスト力に大きな差が見られたのは、ギャッシュ角、チゼル幅、刃先のホ ーニング処理等の違いによると思われる。

【００３７】 −実験例２− 実験例１で用いたものと同じ本考案品と比較例Ａ、Ｂ及びこれも市販品の比較 例Ｃ（Ｄ＝１０mm）の４種類のボールエンドミルを用意した。そして、これ等の 試料を用いて表２のＩ、IIの条件で倣い加工を行った。

【００３８】

【表２】

【００３９】 図７にその結果を示す。この実験では、本考案品は条件Ｉ、IIのどちらにおい ても振動が小さく、また総加工長０．３ｍ時点では切れ刃のチッピング、欠け等 も見られず、まだまだ継続切削が可能であった。

【００４０】 これに対し、比較例Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも総加工長０．３ｍの段階で既に欠け が生じ、その寿命が短かった。

【００４１】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案のボールエンドミルは、切削抵抗の軽減、剛性の向 上、切削バランスの改善を図って切削中の倒れに起因した振動を抑制し、また、 切屑の処理性、排出性を向上させることにより切屑の噛み込みを少なくし、更に 必要に応じチゼル幅の設定、ギャッシュ形状の工夫、切れ刃のホーニング処理の 工夫を加えて刃先強度をより一層向上させるようにしたので、加工の安定性、切 れ刃の耐摩耗性、耐チッピング性が高まり、高速加工でも長寿命を発揮し、仕上 面粗度の大幅向上も実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）：本考案のボールエンドミルの一例を示
す側面図 （ｂ）：同上の正面図 （ｃ）：ストレート部の軸直角断面図 （ｄ）：ギャッシュ部を縦に切った断面図 （ｅ）：チゼル部の拡大正面図

【図２】（ａ）：従来のボールエンドミルを示す側面図 （ｂ）：同上の正面図 （ｃ）：ストレート部の軸直角断面図 （ｄ）：ギャッシュ部を縦に切った断面図 （ｅ）：チゼル部の拡大正面図

【図３】先端球面部の切れ刃に働く切削力の方向を示す
図

【図４】横送り加工時の切屑厚みを示す図

【図５】刃先のホーニング処理の例を示す拡大断面図

【図６】スラストの比較試験結果をグラフ化して示す図

【図７】寿命の比較試験結果をグラフ化して示す図

【符号の説明】

１ 先端球面部 ２ ストレート部 ３ シャンク ４ａ 先端球面部の切れ刃 ４ｂ ストレート部の切れ刃 ４ｃ チゼル ５ ポケット ６ ギャッシュ角を付した面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 大屋 敬雄 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 (72)考案者 藤村 明生 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超硬合金等の硬質材で作られたソリッド
   タイプのボールエンドミルであって、切れ刃が先端球面
   部から後方のストレート部に連なり、その切れ刃は先端
   球面部におけるねじれ角が２０°〜３０°、後方のスト
   レート部におけるねじれ角が３５°〜４５°に設定さ
   れ、さらに、ストレート部におけるポケット最深部の芯
   厚がエンドミル径Ｄの０．８〜０．９倍であることを特
   徴とするボールエンドミル。
2. 【請求項２】 回転中心部の切れ刃を芯上りとして回転
   中心に０．０１５Ｄ〜０．０３５Ｄの幅のチゼルを形成
   してある請求項１記載のボールエンドミル。
3. 【請求項３】 ギャッシュ角を付す面を半径が０．３Ｄ
   〜０．８Ｄの円弧面にしてある請求項１又は２記載のボ
   ールエンドミル。
4. 【請求項４】 切れ刃のホーニング量を、先端中心部に
   ついては０〜０．０１mm×２０°〜３０°、球面外周部
   については０．００３〜０．０２mm×２０°〜３０°と
   し、この範囲でそのホーニング量を先端中心から球面外
   周部に向かって徐々に大きくしてある請求項１、２又は
   ３に記載のボールエンドミル。