JPWO2019151169A1 - エンドミルおよび加工方法 - Google Patents

Abstract

等高線加工に用いるエンドミルであって、刃長をできるだけ長く設定して加工コストを低減しつつ加工精度を高めることを目的とする。刃部には、軸部よりも大きい外径寸法の８つの螺旋状の外周刃が周方向に沿って設けられ、８つの外周刃のうち１つの外周刃に着目し、当該外周刃の軸方向に沿う刃長をＬ、当該外周刃のねじれ角をθ、当該外周刃の下端において当該外周刃と当該外周刃の工具回転方向後方に隣接する他の外周刃との周方向距離をａとした時、外周刃の下端から少なくとも刃長の半分の領域において、以下の式で表されるｎが、８つの外周刃について全て略１である、エンドミル。ｎ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／（２×ａ）

Description

本発明は、エンドミルおよび当該エンドミルを用いた加工方法に関する。
本願は、２０１８年２月２日に、日本に出願された特願２０１８−０１７３８４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

金型加工において、深い立壁（９０°の壁）を切削加工する際に、刃長の長いエンドミルを用いると、エンドミルの剛性が不足して加工精度が低下する。このため、立壁の加工には、刃長の短いエンドミルを用いて軸方向へ段階的に移動しながら軸心と直角方向へ切削加工を用い、何段も繋ぎ合わせて切削加工する等高線加工が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０００−３３４６１５号公報

立壁の等高線加工において、深さ方向の切り込み量を外周刃の全長とすると、加工中に工具がたわみ易く、加工精度が低下し易い。そのため、高精度な仕上げ面品位を得るためには、何回もゼロカットを繰り返すため加工時間がかかり、結果的に加工コストが高くなってしまうという問題がある。また、深さ方向の切り込み量を小さくした場合には、エンドミルを軸方向に何度も移動させながら加工するため、加工時間が長くなり、結果的に加工コストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、等高線加工に用いるエンドミルであって、仕上げ加工におけるゼロカットを低減でき、かつ、加工精度を高めることができるエンドミルの提供を目的の１つとする。

本発明の一態様のエンドミルは、中心軸に沿って延びる円柱形状の軸部と、前記軸部の先端側に位置する刃部と、を備え、前記刃部には、前記軸部よりも大きい外径寸法の８つの外周刃が周方向に沿って設けられ、前記外周刃は、前記中心軸まわりに螺旋状に延びるねじれ刃であり、８つの前記外周刃のうち１つの外周刃に着目し、当該外周刃の軸方向に沿う刃長をＬ、当該外周刃のねじれ角をθ、当該外周刃の下端において当該外周刃と当該外周刃の工具回転方向後方に隣接する他の前記外周刃との周方向距離をａとした時、前記外周刃の下端から少なくとも前記刃長の半分の領域において、以下の式で表されるｎが、８つの前記外周刃について全て略１である、エンドミル。
ｎ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／（２×ａ）

本発明のエンドミルは、深さ方向の切り込み量を外周刃の全長よりも短くした場合に優れた工具性能が再現される構成を適用している。具体的には、深さ方向の切り込み量を外周刃の全長の半分とした等高線加工において特に優れた工具性能が再現される構成としている。上述の式で表されるｎは、外周刃の下半分の領域において、エンドミルによる被削材の切削中に被削材に常に接触する外周刃の数を表す。上述の構成によれば、外周刃の下半分の領域において、切削加工中に、常に略１つの外周刃が被削材に接触することとなる（下半分の領域における同時接触刃数が常に略１）。エンドミルによる被削材の切削中に、同時接触刃数が増減すると、エンドミルが被削材から受ける切削抵抗が増減する。これにより、エンドミルが振動して加工精度が低下するという問題がある。外周刃の下半分の領域は、取り代が大きいため、同時接触刃数が増減するとエンドミルの振動を増幅しやすい。また、外周刃の下半分の領域の同時接触刃数が常に２以上の自然数である場合であっても、同時接触刃数が常に略１である場合と比較して、加工精度が低下する。取り代が大きい外周刃の下半分の領域において、同時接触刃数が常に略１となる構成とすることで、加工中に工具のたわみが発生し難く、かつ、エンドミルの振動が抑制され、加工面の加工精度を高めることができる。
また、上述の構成を満たす範囲で、外周刃の刃長を軸方向に長く確保することができ、等高線加工を行う際の１ステップでより広範囲を加工でき、結果的に加工コストを低減できる。
加えて、上述の構成によれば、８つの外周刃が設けられる。外周刃の下半分の領域において同時接触刃数が略１となる構成としつつ、外周刃の数を増加させることで、被削材に接触する外周刃が切り替わる際の切削抵抗の増減幅を抑制できる。外周刃を８つ設けることで、切削抵抗の増減幅は低減されるようになり、切削中のエンドミルの振動を抑制し、結果的に加工精度を高めることができる。

また、上述のエンドミルにおいて、前記ｎが、０．９以上、１．１以下である、構成としてもよい。

上述したように、外周刃の下半分の領域において同時接触刃数が、常に略１である場合（すなわちｎ≒１）に、加工面の加工精度を高めることができる。一方で、ｎが１．１を超える場合、又はｎが０．９未満の場合、加工中のエンドミルの振動が加工精度に影響を与えて、十分な加工精度の加工面を形成することが困難となる。すなわち、上述の構成によれば、加工面の加工精度を十分に高めることができる。更に好ましくは、ｎが、０．９５以上、１．０５以下である。

また、上述のエンドミルは、前記外周刃の全長において、以下の式で表されるｍが、８つの前記外周刃について全て略２である、構成としてもよい。
ｍ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／ａ

上述の式で表されるｍは、外周刃の全長において、エンドミルによる被削材の切削中に被削材に常に接触する外周刃の数を表す。上述の構成によれば、深さ方向の切り込み量を外周刃の全長の半分とした等高線加工において、刃長の下半分の領域で主に加工面を形成し、次いで、下半分の領域が新たな面を加工している最中に刃長の上半分の領域がたわみ、刃長の下半分の領域が加工した領域を刃長の上半分の領域で再度加工を行うことができる。従来のエンドミルを用いた等高線加工では、エンドミルのたわみに起因して、深さ方向の切り込みの境界部分に微小な段差が生じる。上述の構成によれば、刃長の下半分で加工した領域を、次の切り込みにおいて、刃長の上半分を用いて、刃長および同時接触刃を揃えて加工することができる。つまりは、最初に下半分の刃長で加工した面を次の切り込みにおいて刃長の上半分の領域で同時接触刃数が略１でさらうことができる。そのため、加工面の加工精度がより高まり、かつ、深さ方向の切り込みの境界部分に生じた段差も軽減させることができる。

また、上述のエンドミルにおいて、前記ｍが、１．９以上、２．１以下である、構成としてもよい。

上述したように、外周刃の全長において同時接触刃数が、常に略２である場合（すなわちｍ≒２）に、加工面の加工精度を高めることができる。一方で、ｍが２．１を超える場合、又はｍが１．９未満の場合、加工中のエンドミルの振動が加工精度に影響を与えて、十分な加工精度の加工面を形成することが困難となる。すなわち、上述の構成によれば、加工面の加工精度を十分に高めることができる。更に好ましくは、ｍが、１．９５以上、２．０５以下である。

また、上述のエンドミルにおいて、前記外周刃の外径寸法Ｄが、４ｍｍ以上とすることが好ましい。

外周刃の外径寸法が小さくなると８枚刃を形成することが困難となる。そのため、８枚刃を前提としている本発明のエンドミルは、外周刃の外径寸法は４ｍｍ以上であることが好ましい。更には、外周刃の外径寸法は５ｍｍ以上が好ましい。また、外径寸法が大きくなり過ぎるとソリッドエンドミルとして製造が困難となる。そのため、外周刃の外径寸法は３０ｍｍ以下が好ましい。

上述のエンドミルにおいて、前記ねじれ角が、３５°以上、４０°以下とすることが好ましい。

上述の構成によれば、外周刃のねじれ角を３５°以上、４０°以下とすることで、外周刃の下半分の領域において同時接触刃が常に略１になる８つの外周刃を有するエンドミルにおいて、刃長が長くなり過ぎない外周刃の構成になるため、工具の剛性が高まり加工中に工具のたわみが発生し難くなる。これにより、ゼロカット無しに加工面の加工精度を十分に高めることができる。更には、外周刃のねじれ角を３７°以上、３９°以下とすることが好ましい。

上述のエンドミルにおいて、前記外周刃は、ポジティブタイプのすくい面を有する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、外周刃がポジティブタイプのすくい面を有するため、ネガタイプのすくい面を有する場合と比較して外周刃の切れ味が良くなる。これにより、ゼロカット無しに加工面の加工精度を十分に高めることができる。

上述のエンドミルにおいて、前記外周刃が、２段の逃げ面を有する、構成としてもよい。

上述の構成によれば、逃げ面が１段である場合と比較して、エンドミルの送り量を大きくした場合であっても、加工面の精度を向上できる。これにより、ゼロカット無しに加工面の加工精度を十分に高めることができる。

本発明の一態様の加工方法は、上述のエンドミルを用いた加工方法であって、深さ方向の切り込み量を前記刃長の半分として等高線加工を行う。

上述の構成によれば、ゼロカット無しに、加工精度を高めることができる。

本発明によれば、等高線加工に用いるエンドミルであって、寸法精度を出すためのゼロカットを低減でき、かつ、加工精度を高めることができるエンドミルを提供できる。

図１は、一実施形態のエンドミルの模式図である。 図２は、一実施形態のエンドミルの刃部の正面図である。 図３は、一実施形態のエンドミルの刃部の平面図である。 図４は、一実施形態のエンドミルの外周刃の拡大断面図である。 図５Ａは、一実施形態のエンドミルを用いた壁面の等高線加工の手順を示す図であり、等高線加工の最初のステップを示す。 図５Ｂは、一実施形態のエンドミルを用いた壁面の等高線加工の手順を示す図であり、図５Ａの次のステップを示す。 図５Ｃは、一実施形態のエンドミルを用いた壁面の等高線加工の手順を示す図であり、図５Ｂの次のステップを示す。 図６は、一実施形態の外周刃を周方向に沿って展開した展開模式図である。 図７は、図７は、試験例１−１、試験例１−２、試験例１−３、試験例１−４および試験例１−５の切削試験において、加工面の深さと加工面の倒れ量の測定結果の関係を示すグラフである。 図８Ａは、試験例２−１の切削試験における切削抵抗の経時変化を示すグラフである。 図８Ｂは、試験例２−２の切削試験における切削抵抗の経時変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分をわかりやすくするために、特徴とならない部分を便宜上省略して図示している場合がある。

図１は、一実施形態のエンドミル１の模式図である。図２は、エンドミル１の刃部２０の正面図である。図３は、エンドミル１の刃部２０の平面図である。

図１に示すように、エンドミル１は、軸線（中心軸）Ｏを中心として軸線方向に沿って延びる概略円柱の棒体である。エンドミル１は、超硬合金等の硬質材料から構成される。
本明細書において、エンドミル１の軸線Ｏと平行な方向を単に軸線方向という。また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。また、軸線Ｏ周りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削加工時にエンドミル１が回転する方向を工具回転方向Ｔという。また、以下の説明において、特定部位に対して工具回転方向Ｔ側の領域を回転方向前方側とよび工具回転方向Ｔ側と反対側の領域を回転方向後方側と呼ぶ場合がある。

本実施形態のエンドミル１は、スクエアエンドミルである。エンドミル１は、等高線加工によって立壁の加工を行う。エンドミル１によって加工される被削材は、例えば樹脂成型用の金型の入れ子である。

エンドミル１は、シャンク部１２と、首部（軸部）１１と、刃部２０と、を有する。シャンク部１２、首部１１および刃部２０は、基端側から先端側に向かって軸線Ｏに沿ってこの順で並ぶ。

シャンク部１２は、軸線Ｏに沿って延びる円柱状である。シャンク部１２は、工作機械９に把持される。エンドミル１は、シャンク部１２において工作機械９に把持され軸線Ｏ周りのうち工具回転方向Ｔに回転させられる。エンドミル１は、金属材料等の被削材の切削加工（転削加工）に使用される。また、エンドミル１は、工作機械９によって、軸線Ｏ周りの回転とともに、軸線Ｏに交差する方向に送りを与えられて被削材の加工を行う。

首部１１は、軸線Ｏに沿って延びる円柱状である。首部１１は、シャンク部１２の先端側に位置する。本実施形態において、首部１１の外径は、シャンク部１２の外径より小さい。首部１１は、エンドミル１を用いた等高線加工により形成された加工面に対向する領域である。

図２および図３に示すように、刃部２０は、首部１１の先端側に位置する。刃部２０には、８つの外周刃２１と、外周刃２１の先端（下端）側においてそれぞれ外周刃２１と接続される８つの底刃２２と、が設けられる。

８つの外周刃２１は、刃部２０の外周において周方向に沿って等間隔に配置される。また、８つの底刃２２は、刃部２０の先端において周方向に沿って等間隔に配置される。

図３に示すように、本実施形態のエンドミル１では、８つの底刃２２の間に、それぞれギャッシュ２６が設けられている。また、８つの底刃２２は、軸線Ｏ付近から半径方向外周側へ向かう中心刃２２ａと、中心刃２２ａに対し径方向外側に位置し中心刃２２ａと連続して径方向外側に向かう主底刃２２ｂと、を有する。中心刃２２ａの回転方向後方側には、中心刃二番面２３ａが設けられる。また、主底刃２２ｂのの回転方向後方側には、主底刃二番面２３ｂが設けられる。中心刃二番面２３ａと主底刃二番面２３ｂとは、径方向に連続して形成されている。中心刃二番面２３ａおよび主底刃二番面２３ｂは、底刃２２の逃げ面２３を構成する。

主底刃二番面２３ｂの周方向の幅は、径方向内側に向かうに従い、徐々に狭まる。主底刃二番面２３ｂの径方向内端における周方向の幅は、中心刃二番面２３ａの径方向外端の周方向の幅よりも狭い。中心刃二番面２３ａの周方向の幅は、径方向内側に向かうに従い、徐々に狭まる。

中心刃２２ａと当該中心刃２２ａの回転方向前方側に位置する中心刃二番面２３ａとの境界部には、ギャッシュ２６に連続する中心溝２７が設けられる。それぞれの中心溝２７は、径方向内側で軸線Ｏに達する。本実施形態によれば、中心刃２２ａの回転方向前方側に中心溝２７を形成しながらも、ギャッシュ２６内に存在する微細な切屑が中心溝２７内に入り込みにくい状態とすることができる。

図２に示すように、外周刃２１は、軸線Ｏまわりに螺旋状に延びるねじれ刃である。外周刃２１は、エンドミル１の基端側から先端側に向かうに従い工具回転方向Ｔへ向かって一定のねじれ角θで螺旋状にねじれている。本実施形態において、８つの外周刃２１のねじれ角θは、同角度である。すなわち、本実施形態の外周刃２１は、等リードである。

外周刃２１の外径寸法Ｄは、首部１１の外径寸法ｄより小さい。これにより、首部１１が、等高線加工により形成された加工面に干渉することが抑制される。

外周刃２１同士の間には、切屑排出溝２４が構成される。複数の切屑排出溝２４は、周方向に等間隔に形成されている。切屑排出溝２４は、軸方向に沿って一定のねじれ角で螺旋状にねじれている。切屑排出溝２４のねじれ角は、外周刃２１のねじれ角θと一致する。切屑排出溝２４は、刃部２０の基端側の端部において、エンドミル１の外周に切り上がっている。

切屑排出溝２４の回転方向後方側の端縁には、外周刃２１が形成されている。すなわち、切屑排出溝２４は、外周刃２１の回転方向前方側に位置する。切屑排出溝２４の壁面は、底面２４ａとすくい面２４ｂとを含む。底面２４ａは、切屑排出溝２４において軸線Ｏに対し径方向外側を向く面である。また、すくい面２４ｂは、切屑排出溝２４において工具回転方向Ｔを向く壁面である。

外周刃２１は、刃部２０の外周面において、すくい面２４ｂと逃げ面２５との交差稜線に形成されている。逃げ面２５は、切屑排出溝２４に対し回転方向後方側に隣接する面である。逃げ面２５は、外周刃２１の回転方向後方側において外周刃２１から切屑排出溝２４に向かって周方向に１連なりに延びる。

図４は、外周刃２１の軸線Ｏに直交する断面を拡大して模式的に示す断面模式図である。なお、図４において、外周刃２１によって切削される被削材を図示する。

本実施形態の外周刃２１は、２段の逃げ面を有する。すなわち、外周刃２１の逃げ面２５は、周方向に沿って並ぶ第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂを有する。第１領域２５ａは、外周刃２１側に位置する。また、第２領域２５ｂは、切屑排出溝２４側に位置する。第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂは、それぞれエンドミル１の横断面において、軸線Ｏを中心とする仮想円に対して偏心する円形状に構成されている。第１領域２５ａと第２領域２５ｂとは、それぞれ互いに異なる偏心する円形状に構成されている。外周刃２１の逃げ面２５において、第１領域２５ａの逃げ角βは、例えば４°であり、第２領域２５ｂの逃げ角γは、例えば１１°である。すなわち、第２領域２５ｂの逃げ角γは、第１領域２５ａの逃げ角βより大きい。

本実施形態によれば、外周刃２１が、２段の逃げ面で構成されるため、外周刃２１は、切削加工時に微小な１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）において加工面に接触して被削材の加工面を擦る。これにより、加工面に形成された傷や凹凸を平滑にでき、加工面精度を向上させることができる。

１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の逃げ角βは、１°以上１０°以下とすることが好ましく、４°±１°の範囲とすることがより好ましい。１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の角度を小さくしすぎると、切削抵抗が高まり、加工面が粗くなる虞がある。一方で、１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の角度を大きくしすぎると、切削抵抗を抑制できるが、１段目の逃げ面において加工面を擦り凹凸を平滑にする効果が小さくなる。１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の逃げ角βを上述の範囲とすることで、切削抵抗を抑制しつつ加工面を平滑にすることができ、また加工面の寸法精度を高めることができる。
なお、本明細書において、逃げ面の逃げ角は、軸線Ｏに直交する切断面において測定される。測定時には、まず外周刃の先端を結ぶ仮想円を求め、測定対象の外周刃の先端を通過する仮想円の接線に対して、逃げ面の角度を求める。

また、１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の幅ｗは、０．０１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．０３±０．０１ｍｍの範囲とすることがより好ましい。１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の幅ｗを上述の範囲とすることで、逃げ面２５の被削材に対する接触面積を小さくすることができ、切削抵抗を抑制しつつ加工面を平滑にすることができ、また加工面の寸法精度を高めることができる。
なお、本明細書において、１段目の逃げ面（第１領域２５ａ）の幅ｗは、軸線Ｏに直交する切断面において測定される。測定時には、まず外周刃の先端を結ぶ仮想円を求め、測定対象の外周刃の先端を通過する仮想円の接線方向における第１領域２５ａの長さ寸法を幅ｗとする。

図４に示すように、本実施形態の外周刃２１は、ポジティブタイプのすくい面２４ｂを有する。すなわち、軸方向から見て、すくい面２４ｂは、外周刃２１の刃先から、刃先と軸線Ｏとを結ぶ直線に対して、工具回転方向Ｔの反対側に向かって延びる。本実施形態によれば、外周刃２１がポジティブタイプのすくい面２４ｂを有するため、ネガタイプのすくい面を有する場合と比較して外周刃２１の切れ味が良くなる。このため、加工面の加工精度を十分に高めることができる。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、エンドミル１を用いた壁面の等高線加工の手順を示す図である。図５Ａ〜図５Ｃは、等高線加工の各ステップを図示したものである。なお、図５Ａ〜５Ｃにおいて、外周刃２１の軸方向に沿う刃長をＬとする。

本実施形態の加工方法では、深さ方向の切り込み量を刃長Ｌの半分として等高線加工を行う。エンドミル１による等高線加工において、外周刃２１は、刃長Ｌの下半分の領域で主に加工面を形成し、刃長Ｌの上半分の領域で加工面に対して再度加工を行う。
外周刃の外径寸法Ｄは、外周刃の全長において一様である。このため、刃長Ｌの上半分の領域による加工における取り代は、微小なものとなる。

一般的にエンドミルを用いた等高線加工では、エンドミルのたわみに起因して、深さ方向の切り込みの境界部分に微小な段差が生じる。本実施形態によれば、外周刃２１の下半分の領域で形成した加工面を、上半分の領域において再加工する。このため、深さ方向の切り込みの境界部分に生じた段差を、刃長の上半分の領域による再加工により軽減させることができる。結果的に、エンドミル１によって加工精度を高めた加工面を形成できる。

図６は、刃部２０の外周刃２１を周方向に沿って展開した展開模式図である。
ここで、８つの外周刃２１のうち１つの外周刃に着目し、当該外周刃２１の軸方向に沿う刃長をＬ、当該外周刃２１のねじれ角をθ、当該外周刃２１の下端２１ｂにおいて当該外周刃２１と当該外周刃２１の工具回転方向後方に隣接する他の外周刃２１との周方向距離をａとする。なお、ここで周方向距離とは、軸線Ｏを中心として周方向に延びる円弧長を意味する。

外周刃２１の軸方向に沿う刃長Ｌとは、実質的に被削材の切削を行う外周刃２１の有効刃長である。すなわち、刃長Ｌとは、軸方向に沿って螺旋状に延びる外周刃２１のうち、首部１１より大径の一定の外径寸法Ｄを有する領域の軸方向に沿う長さを意味する。また、外周刃２１の上端２１ａは、外周刃２１において外径寸法Ｄを維持する領域の上端を意味する。同様に、外周刃２１の下端２１ｂとは、外周刃２１において外径寸法Ｄを維持する領域の下端を意味する。なお、本実施形態のエンドミル１は、スクエアエンドミルであるため、外周刃２１の下端２１ｂは、底刃２２との接続部である。エンドミル１がラジアスエンドミルである場合は、外周刃２１の下端２１ｂは、円弧状のラジアス刃との接続部である。

本実施形態において、全ての外周刃２１について、その工具回転方向後方に隣接する他の外周刃２１との周方向距離ａは等しく、ａ＝Ｄπ／８である。同様に、本実施形態において、全ての外周刃２１について、軸方向に沿う刃長Ｌおよび外周刃２１のねじれ角θは、等しい。

本実施形態のエンドミル１は、外周刃２１の下端２１ｂから少なくとも刃長の半分（Ｌ／２）の領域において、以下の（式１）で表されるｎが８つの外周刃２１について全て略１である。
ｎ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／（２×ａ） …（式１）

ここで、周方向において互いに隣り合う一対の外周刃２１に着目する。（式１）においてｎ＝１となるエンドミル１は、工具回転方向前方の一方の外周刃２１の軸方向の中間点２１ｃと、工具回転方向Ｔ後方に隣接する他方の外周刃２１の下端２１ｂとの周方向の位置が、略一致する。エンドミル１は、軸線Ｏ周りに回転させて刃部２０において被削材の切削加工を行う。（式１）において、ｎ＝１となるエンドミル１は、刃部２０の位相に関わらず、外周刃２１の下半分の領域において８つの外周刃２１のうち何れか１つの外周刃２１が常に被削材と接触する。

すなわち、上述の式で表されるｎは、外周刃２１の下半分の領域においてエンドミル１による被削材の切削中に被削材に常に接触する外周刃２１の数を表す。本実施形態によれば、切削加工中に、外周刃２１の下半分の領域において常に略１つの外周刃２１が被削材に接触することとなる（下半分の領域における同時接触刃数が常に略１）。

上述したように、本実施形態のエンドミル１は、深さ方向の切り込み量を刃長Ｌの半分として等高線加工を行った場合に、特に優れた工具性能が再現される構成としている。したがって、外周刃２１の下半分の領域は、取り代が大きいため、振動発生の支配的な要因となっており、振動を抑制する構成とすることが重要である。

エンドミル１による被削材の切削中に、下半分の領域における同時接触刃数が増減すると、エンドミル１が被削材から受ける切削抵抗が増減する。より具体的には、下半分の領域において外周刃２１が被削材から離れた際に切削抵抗が急激に減少し、外周刃２１が被削材に接触し始める際に切削抵抗が急激に増加する。これにより、エンドミルが振動して加工精度が低下するという問題がある。また、下半分の領域における同時接触刃数が常に２以上の自然数である場合であっても、同時接触刃数が常に略１である場合と比較して、加工精度が低下する。

本実施形態によれば、下半分の領域における同時接触刃数を常に略１とすることで、１つの外周刃２１が被削材から離れると略同時に、他の外周刃２１が被削材と接触し始めるため、加工中のエンドミル１の振動を抑制し、加工面の加工精度を高めることができる。
また、上述の構成を満たす範囲で、外周刃２１の刃長を軸方向に長く確保することができ、等高線加工を行う際の１ステップでより広範囲を加工でき、結果的に加工コストを低減できる。

本実施形態のエンドミル１において、上記（式１）で表されるｎは、０．９以上、１．１以下とすることが好ましい。上述したように、下半分の領域における同時接触刃数が、常に略１である場合（すなわちｎ≒１）に、加工面の加工精度を最も高めることができる。一方で、ｎが１．１を超える場合、又はｎが０．９未満の場合、加工中のエンドミル１の振動が加工精度に影響を与えて、十分な加工精度の加工面を形成することが困難となる。すなわち、ｎを０．９以上、１．１以下とすることで、加工面の加工精度を十分に高めることができる。また、ｎを０．９５以上、１．０５以下とすることがより好ましい。ｎを０．９５以上、１．０５以下とすることで、エンドミル１の振動をより効果的に抑制できる。

また、上述のエンドミル１は、外周刃２１の全長において、以下の（式２）で表されるｍが、８つの外周刃２１について全て略２である。
ｍ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／ａ …（式２）

（式２）で表されるｍは、外周刃２１の全長において、エンドミル１による被削材の切削中に被削材に常に接触する外周刃２１の数を表す。このような構成とすることで、深さ方向の切り込み量を外周刃２１の全長の半分とした等高線加工において、刃長Ｌの下半分の領域で主に加工面を形成し、次いで、加工面に対して刃長Ｌの上半分の領域で再度加工を行うことができる。従来のエンドミルを用いた等高線加工では、エンドミルのたわみに起因して、深さ方向の切り込みの境界部分に微小な段差が生じる。上述の構成によれば、刃長Ｌの下半分と上半分とにおいて、刃長および同時接触刃が同じとなる。そのため、加工面の加工精度がより高まり、かつ、深さ方向の切り込みの境界部分に生じた段差も軽減させることができる。

本実施形態のエンドミル１において、上記（式２）で表されるｍは、１．９以上、２．１以下とすることが好ましい。上述したように、外周刃２１の全長において同時接触刃数が、常に略２である場合（すなわちｍ≒２）に、加工面の加工精度を高めることができる。一方で、ｍが２．１を超える場合、又はｍが１．９未満の場合、加工中のエンドミル１の振動が加工精度に影響を与えて、十分な加工精度の加工面を形成することが困難となる。すなわち、上述の構成によれば、加工面の加工精度を十分に高めることができる。また、ｍを１．９５以上、２．０５以下とすることがより好ましい。ｎを１．９５以上、２．０５以下とすることで、エンドミル１の振動をより効果的に抑制できる。

また、本実施形態によれば、刃部２０には８つの外周刃２１が設けられる。外周刃２１の下半分の領域において同時接触刃数を常に略１としつつ、外周刃２１の数を増加させることで、被削材に接触する外周刃２１が切り替わる際の切削抵抗の増減幅を抑制できる。外周刃２１を８つ設けることで、切削抵抗の増減幅をして、切削中のエンドミル１の振動を抑制し、結果的に加工精度を高めることができる。

エンドミル１において、外周刃２１の外径寸法Ｄは、４ｍｍ以上とすることが好ましい。外周刃２１の外径寸法Ｄが小さくなると８枚刃を形成することが困難となる。そのため、８枚刃を前提としている本実施形態のエンドミル１は、外周刃２１の外径寸法Ｄは４ｍｍ以上であることが好ましい。更には、外周刃２１の外径寸法Ｄは５ｍｍ以上が好ましい。また、外径寸法Ｄが大きくなり過ぎるとソリッドエンドミルとして製造が困難となる。そのため、外周刃２１の外径寸法Ｄは、３０ｍｍ以下が好ましい。

エンドミル１の剛性を高めて加工精度を十分に高めるため、外周刃２１が形成された部分の軸線Ｏに直交する断面におけるエンドミル１の芯厚は、同じ断面における外周刃２１の外径寸法Ｄの７５％以上８５％以下であることが好ましい。また、エンドミル１の剛性を高めて加工精度を十分に高めるため、外周刃２１の刃長Ｌは、外周刃２１の外形寸法Ｄの１．５倍以下であることが好ましく、１．２倍以下であることがより好ましい。

エンドミル１において、ねじれ角θが、３５°以上、４０°以下とすることが好ましい。外周刃２１のねじれ角θを３５°以上、４０°以下とすることで、外周刃の下半分の領域において同時接触刃が常に略１になる８つの外周刃２１を有するエンドミル１において、刃長Ｌが長くなり過ぎない外周刃２１の構成になるため、エンドミル１の剛性が高まり加工中にエンドミル１のたわみが発生し難くなる。これにより、ゼロカット無しに加工面の加工精度を十分に高めることができる。同様の理由から、外周刃２１のねじれ角を３７°以上、３９°以下とすることがより好ましい。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（試験１）
以下の条件において、試験例１−１、試験例１−２、試験例１−３、試験例１−４および試験例１−５の立壁における仕上げ加工の切削試験を行った。
・被削材：ＤＡＣ（Ｈ）４８ＨＲＣ
・エンドミル：外周刃の外径寸法Φ６ｍｍ、芯厚８０％
・機械：ＭＡＫＩＮＯ Ｖ３３（ＨＳＫ−Ｆ６３）
・切削条件：回転数ｎ＝２６５０回転／分
送り速度Ｖｆ＝６３６ｍｍ／分
取りしろ０．１ｍｍ
加工深さ４０ｍｍ
ダウンカット
ドライ−エアブロー加工

試験例１−１に用いるエンドミルは、外周刃の下半分の領域で同時接触刃が略１としたエンドミルを用いた。そして、深さ方向の切り込み量を外周刃の刃長の半分として等高線加工を行った。したがって、試験例１−１では、外周刃の下半分で切削した加工面を、外周刃の上半分で再加工した。すなわち、試験例１−１では、外周刃の下半分および上半分の領域の同時接触刃数がそれぞれ常に略１となるように各ステップの切削を行った。
試験例１−１に用いるエンドミルは、外周刃の刃長６ｍｍを有する。
試験例１−１に用いるエンドミルの外周刃は、２段の逃げ面を有する。
試験例１−１に用いるエンドミルは、ねじれ角が３８°の等リードの８つの外周刃を有する。
試験例１−１に用いるエンドミルは、外周刃のすくい角がポジティブタイプを有する。

試験例１−２に用いるエンドミルは、外周刃の刃長を、試験例１−１に用いるエンドミルの外周刃の刃長の半分とした。そして、試験例１−２では、深さ方向の切り込み量を外周刃の全刃長として等高線加工を行った。すなわち、試験例１−２では、刃長の全域において、同時接触刃数が常に略１となるように各ステップの切削を行った。
試験例１−２に用いるエンドミルは、外周刃の刃長３ｍｍを有する。
試験例１−２に用いるエンドミルの外周刃は、２段の逃げ面を有する。
試験例１−２に用いるエンドミルは、ねじれ角が３８°の等リードの８つの外周刃を有する。
試験例１−２に用いるエンドミルは、外周刃のすくい角がポジティブタイプを有する。

試験例１−３に用いるエンドミルは、試験例１−１で用いるエンドミルの外周刃の刃長を倍として、外周刃の下半分の領域で同時接触刃数を略２とした。そして、深さ方向の切り込み量を外周刃の刃長の半分として等高線加工を行った。すなわち、試験例１−３では、同時接触刃数がそれぞれ常に略２となるように各ステップの切削を行った。
試験例１−３に用いるエンドミルは、外周刃の刃長１２ｍｍを有する。
試験例１−３に用いるエンドミルの外周刃は、２段の逃げ面を有する。
試験例１−３に用いるエンドミルは、ねじれ角が３８°の等リードの８つの外周刃を有する。
試験例１−３に用いるエンドミルは、外周刃のすくい角がポジティブタイプを有する。

試験例１−４に用いるエンドミルは、試験例１−２と同様に外周刃の刃長を短くし、更に外周刃が１段の逃げ面を有する構成とした。そして、試験例１−４では、深さ方向の切り込み量を外周刃の全刃長として等高線加工を行った。すなわち、刃長の全域において、同時接触刃数が略１となるよう等高線加工を行った。
ただし、試験例１−４に用いるエンドミルの外周刃は、１段の逃げ面を有する。
試験例１−４に用いるエンドミルは、外周刃の刃長３ｍｍを有する。
試験例１−４に用いるエンドミルは、ねじれ角が３８°の等リードの８つの外周刃を有する。
試験例１−４に用いるエンドミルは、外周刃のすくい角がポジティブタイプを有する。

試験例１−５に用いるエンドミルは、試験例１−１で用いるエンドミルと異なるねじれ角とした。そして、試験例１−５では、深さ方向の切り込み量を外周刃の全刃長として等高線加工を行った。すなわち、刃長の全域において、同時接触刃数が常に略１となるよう等高線加工を行った。
試験例１−５に用いるエンドミルは、外周刃の刃長６ｍｍを有する。
試験例１−５に用いるエンドミルの外周刃は、２段の逃げ面を有する。
試験例１−５に用いるエンドミルは、ねじれ角が２１°の等リードの８つの外周刃を有する。
試験例１−５に用いるエンドミルは、外周刃のすくい角がポジティブタイプを有する。

図７は、試験例１−１、試験例１−２、試験例１−３、試験例１−４および試験例１−５の切削試験において、加工面の深さと加工面の倒れ量の測定結果の関係を示すグラフである。図７に示すように、試験例１−１では、他の試験例と比較して倒れ量が十分に少ないことが確認できる。

以下の表１は、試験例１−１、試験例１−２、試験例１−３、試験例１−４および試験例１−５の切削試験において形成された加工面の評価結果である。
表１において、「Ｒａ」は加工面の算術平均粗さであり、「Ｒｚ」は加工面の最大高さである。また、「外観・光沢感」は、加工面の目視による評価結果である。「加工スジ」は、深さ方向の送りの各ステップに起因して形成される等間隔な筋の状態の目視による評価結果である。「倒れ精度」は、図７に示すグラフを基にした評価結果である。切削抵抗は、切削抵抗の測定結果を基に、評価した評価結果である。なお、各項目において、Ａが最も良く、Ｂが次に良く、Ｃがさらに次に良く、Ｄが好ましくない状態であったことを示す。

表１に示す結果からも、試験例１−１における加工面が、他の試験例における加工面と比較して最も優れていることが確認できる。
試験例１−１は、倒れ精度も面性状も優れており、補正のためのゼロカットは不要であった。切り込み量が大きい試験例１−３、１−５では、倒れ精度が悪く、追加工程として、ゼロカットを５〜１０回行っても、１０μｍ程度の削り残り量が確認された。試験例１−２、１−４は倒れ精度は５μｍ以下におさまったが、試験例１−１に比べて面性状が悪化した。

（試験２）
次に、外周刃の刃数を８とすることの優位性を示す試験２について説明する。
以下の条件において、試験例２−１および試験例２−２の切削試験を行う。
・被削材：ＤＡＣ（Ｈ）４８ＨＲＣ
・エンドミル：外周刃の外径寸法Φ６ｍｍ
・機械：ＭＡＫＩＮＯ Ｖ３３（ＨＳＫ−Ｆ６３）
・切削条件：回転数ｎ＝２６５０回転／分
送り速度Ｖｆ＝６３６ｍｍ／分
取りしろ０．１ｍｍ
ダウンカット
ドライ−エアブロー加工

試験例２−１に用いるエンドミルは、等リードの８つの外周刃を有し、外周刃のねじれ角は、３８°である。試験例２−１に用いるエンドミルは、上述した試験例１−１のエンドミルと同じ構成のエンドミルである。
一方で試験例２−２に用いるエンドミルは、等リードの２つの外周刃を有し、外周刃のねじれ角は、７２°である。試験例２−２に用いるエンドミルのその他の構成は、試験例２−１のエンドミルと同様である。

試験例２−１および試験例２−２では、等高線加工において、外周刃の下半分の領域だけを用いて切削するステップ（すなわち、図５Ａに示すステップ）における切削抵抗の経時変化を測定した。

図８Ａは、試験例２−１の切削試験における切削抵抗の経時変化を示すグラフである。図８Ｂは、試験例２−２の切削試験における切削抵抗の経時変化を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂの横軸は時間であり、縦軸は切削抵抗である。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、横軸のスケールは一致している。なお、図８Ａおよび図８Ｂのグラフ中において、周方向に並ぶ外周刃がそれぞれ接触し始めたポイントに数字を記載した。

図８Ａおよび図８Ｂに示すように、試験例２−１および試験例２−２において、１つの外周刃が被削材から離間するとともに他の外周刃が被削材に接触し始める瞬間に切削抵抗が高まる。切削抵抗の絶対値に着目すると、試験例２−１の切削抵抗の絶対値は、試験例２−２の切削抵抗の絶対値より大きい。これは、試験例２−１のエンドミルは、試験例２−２のエンドミルと比較して、ねじれ角が小さいことに起因すると考えられる。しかしながら、切削抵抗の増減の幅に着目すると、試験例２−１の切削抵抗の増減幅は、試験例２−２の切削抵抗の増減幅と比較して小さい。切削抵抗の増減幅が大きくなると、切削抵抗の増減に起因してエンドミルが振動し加工精度が低下する。すなわち、試験例２−１に用いる８つの外周刃を備えたエンドミルを用いることで、２つの外周刃を用いるエンドミル（試験例２−２のエンドミル）と場合と比較して、加工面の精度を高めることができる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…エンドミル
１１…首部（軸部）
２０…刃部
２１…外周刃
２１ｂ…下端
２２…底刃
２４ｂ…すくい面
２５…逃げ面
ａ…周方向距離
ｄ，Ｄ…外径寸法
Ｌ…刃長
Ｏ…軸線（中心軸）
Ｔ…工具回転方向
θ…ねじれ角

Claims (11)

1. 中心軸に沿って延びる円柱形状の軸部と、
   前記軸部の先端側に位置する刃部と、を備え、
   前記刃部には、前記軸部よりも大きい外径寸法の８つの外周刃が周方向に沿って設けられ、
   前記外周刃は、前記中心軸まわりに螺旋状に延びるねじれ刃であり、
   ８つの前記外周刃のうち１つの外周刃に着目し、当該外周刃の軸方向に沿う刃長をＬ、当該外周刃のねじれ角をθ、当該外周刃の下端において当該外周刃と当該外周刃の工具回転方向後方に隣接する他の前記外周刃との周方向距離をａとした時、前記外周刃の下端から少なくとも前記刃長の半分の領域において、以下の式で表されるｎが、８つの前記外周刃について全て略１である、
   エンドミル。
   ｎ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／（２×ａ）
2. 前記ｎが、０．９以上、１．１以下である、
   請求項１に記載のエンドミル。
3. 前記外周刃の全長において、以下の式で表されるｍが、８つの前記外周刃について全て略２である、
   請求項１に記載のエンドミル。
   ｍ＝（Ｌ×ｔａｎθ）／ａ
4. 前記ｍが、１．９以上、２．１以下である、
   請求項３に記載のエンドミル。
5. 前記外周刃の外径寸法が、４ｍｍ以上である。
   請求項１〜４の何れか一項に記載のエンドミル。
6. 前記ねじれ角が、３５°以上、４０°以下である、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のエンドミル。
7. 前記外周刃は、ポジティブタイプのすくい面を有する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のエンドミル。
8. 前記外周刃が、２段の逃げ面を有する、
   請求項１〜７の何れか一項に記載のエンドミル。
9. 前記刃部には、８つの前記外周刃に加えて、先端に設けられ前記中心軸側から径方向外側に延びる８つの底刃と、前記外周刃と前記底刃との間を滑らかに繋ぐ８つのラジアス刃と、が設けられ、
   前記刃部の最先端点は、前記ラジアス刃と前記外周刃の境界と前記ラジアス刃と前記底刃の境界との間において、前記ラジアス刃に位置する、
   請求項１〜８の何れか一項に記載のエンドミル。
10. 深さ方向の切り込み量を刃長の半分として等高線加工を行う、
    請求項１〜９の何れか一項に記載のエンドミル。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のエンドミルを用いた加工方法であって、
    深さ方向の切り込み量を前記刃長の半分として等高線加工を行う、
    加工方法。