WO2005102572A1

WO2005102572A1 - ボールエンドミル

Info

Publication number: WO2005102572A1
Application number: PCT/JP2005/000514
Authority: WO
Inventors: Tamotsu Nagai
Original assignee: Osg Corporation
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2005-11-03
Also published as: DE112005000799T5; KR100812255B1; US20070172321A1; JPWO2005102572A1; KR20070088283A; CN1942277A

Abstract

　加工能率の向上を図ることができるボールエンドミルを提供する。　ボールエンドミルの先端側の刃部３には、略半球状のボール刃１２ａ，１２ｂが軸心に対して対称に一対形成され、刃部３の少なくともボール刃１２ａ，１２ｂを含む範囲は硬質焼結体（ＰＣＢＮ）で構成されている。また、ボール刃１２ａ，１２ｂのすくい面は、スパイラルギャッシュ１４ａ，１４ｂによって形成され、そのスパイラルギャッシュ１４ａ，１４ｂのねじれ角は略２０°に構成されている。よって、ボール刃１２ａ，１２ｂは、高い硬度特性を有する硬質焼結体で構成されると共にねじれ形状に形成されるので、切り込み深さを深くして切削できると共に切削を高速に行うことができ、加工能率の向上を図ることができる。

Description

明細書

ボーノレエンドミノレ技術分野

[0001] 本発明は、ボールエンドミルに関し、特に、切刃を硬質焼結体で構成することにより加工能率の向上を図ることができるボールエンドミルに関するものである。

背景技術

[0002] マシユングセンタなどの工作機械によって行なわれる金型等の倣い加工は、一般的に超硬合金で構成されたボールエンドミルが使用されるが、長寿命化のために焼き入れされた金型を加工する場合には、ボールエンドミルの切刃の摩耗が早くなりェ具の寿命が短くなる。なお、切り込み深さを浅くすればボールエンドミルの寿命を長くすることができるが、かかる場合、所定の加工を行うための加工時間が増加して、その分力卩ェ能率が低下してしまう。そこで、近年では、切刃の摩耗を低減して加工能率の低下を防止するために、高硬度を有する立方晶窒化硼素焼結体 (PCBN)を切刃に適用したボールエンドミルが用いられて、る。

[0003] 特開 2001— 300813号公報には、立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質焼結体によって高硬度に構成された切刃を備えたボールエンドミルが開示されている。このボールエンドミルは、超硬合金を用いたボールエンドミル本体のコーナー部に、多結晶硬質焼結体と超硬合金からなる台金とが一体化して 2層構造に構成された板部材が鎩付けされ、その板部材に切刃が形成されている。

特許文献 1 :特開 2001— 300813号公報（図 1等）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、上述したボールエンドミルでは、切刃が軸心方向視において直線状に形成されるので、切削時の切削抵抗が大きくなり切り込み深さを深くして切削したり高速で切削することができない。よって、 2層構造に構成された板部材を切刃としてボールエンドミルのコーナー部に鎩付けする構成では、充分な加工能率を得ることができな！/ヽと、う問題点があった。 [0005] 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工能率の向上を図ることができるボールエンドミルを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0006] この目的を達成するために請求項 1記載のボールエンドミルは、軸心を有する工具本体と、その工具本体の先端側に設けられる略半球状のボール刃と、そのボール刃のすくい面を形成するスパイラルギヤッシュとを備えており、前記工具本体は、少なくとも前記ボール刃を含む範囲が硬質焼結体で構成され、前記スパイラルギヤッシュのねじれ角が略 10° 以上かつ略 30° 以下の範囲に構成されていると共に、前記ボール刃の中心厚さがボール半径 Rに対して略 0. 03R以上かつ略 0. 1R以下の範囲に構成されている。

[0007] 請求項 2記載のボールエンドミルは、請求項 1記載のボールエンドミルにおいて、前記ボール刃のすくい角は、略 30° 以上かつ略 10° 以下の範囲に構成されている。

[0008] 請求項 3記載のボールエンドミルは、請求項 1又は 2に記載のボールエンドミルにおいて、前記硬質焼結体は、立方晶窒化硼素を主体として構成されている。

発明の効果

[0009] 請求項 1記載のボールエンドミルによれば、工具本体は、その先端側に略半球状のボール刃が設けられており、少なくともそのボール刃を含む範囲が硬質焼結体で構成されてヽるので、超硬合金でボール刃が形成されたボールエンドミルと比較して、切り込み深さを深くして切削できると共に切削を高速で行うことができ、加工能率の向上を図ることができると、う効果がある。

[0010] また、工具本体の先端側に設けられたボール刃は、スノィラルギヤッシュによってすくい面が形成されているので、工具本体の軸心方向先端視においてねじれた形状 (即ち、切削方向に凸の湾曲形状)で構成される。よって、従来の軸心方向先端視において切刃が直線状に構成されたボールエンドミルと比較して切削抵抗が小さくなるので、切り込み深さを深くして切削できると共に切削を高速で行うことができ、カロェ能率の向上を図ることができるという効果がある。

[0011] また、スパイラルギヤッシュのねじれ角は、略 10° 以上かつ略 30° 以下の範囲に構成されている。スパイラルギヤッシュのねじれ角は、その角度が大きくなると刃先がチッビングし易くなり工具の寿命が短くなつてしまう。しかし、本発明では、ねじれ角を略 30° 以下に構成するので、刃先がチッビングすることを防止でき、工具の長寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0012] 一方、スパイラルギヤッシュのねじれ角は、その角度が小さくなるとボール刃の切れ味が悪くなり、充分な加工能率を得ることができない。しかし、本発明では、ねじれ角を略 10° 以上に構成するので、ボール刃の切れ味の低下を防止でき、充分な加工能率を得ることができると、う効果がある。

[0013] また、ボール刃の中心厚さは、ボール半径 Rに対して略 0. 03R以上かつ略 0. 1R 以下の範囲に構成されている。ボール刃の心残し部は、その回転速度が遅くなり大きな摩擦力が生じる。そのため、ボール刃の中心厚さを薄くするとボール刃の心残し部の剛性が弱くなり破損し易くなつてしまう。しかし、本発明では、ボール刃の中心厚さをボール半径 Rに対して略 0. 03R以上に構成するので、ボール刃の心残し部が破損することを防止でき、工具の長寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0014] 一方、ボール刃の中心厚さを厚くするとボール刃の心残し部の摩擦力が大きくなり加工面が粗くなつてしまい、充分なカ卩工面を得ることができない。しかし、本発明では、ボール刃の中心厚さをボール半径 Rに対して略 0. 1R以下に構成するので、加工面が粗くなることを防止でき、充分な加工面を得ることができるという効果がある。

[0015] 請求項 2記載のボールエンドミルによれば、請求項 1記載のボールエンドミルの奏する効果に加え、ボール刃のすくい角は、略 30° 以上かつ略 10° 以下の範囲に構成されている。ボール刃のすくい角は、その角度を正に大きくすると刃先がチッビングし易くなり工具の寿命が短くなつてしまう。しかし、本発明では、ボーノレ刃のすくい角を略 10° 以下に構成するので、刃先がチッビングすることを防止でき、工具の長寿命化を図ることができるという効果がある。

[0016] 一方、ボール刃のすくい角は、その角度を負に大きくするとボール刃の切れ味が悪くなり充分なカ卩ェ能率を得ることができない。しかし、本発明では、ボール刃のすくい角を略 30° 以上に構成するので、ボール刃の切れ味の低下を防止でき、充分な加工能率を得ることができると、う効果がある。 [0017] また、超硬合金で構成されたボールエンドミルでは、切れ味を良くするためにボール刃のすくい角を正角の範囲に構成するのが一般的である力刃先がチッビングし易くなるので、刃先のチッビングを防止するために面取り加工が施されている。これに対し本発明は、硬質焼結体でボール刃を構成し、すくい角を負角の範囲内に構成することによって、刃先の強度を確保できるので、面取り加工を施す必要がなぐボールエンドミルの製作工程を簡略ィ匕することができるという効果がある。

[0018] 請求項 3記載のボールエンドミルによれば、請求項 1又は 2に記載のボールエンドミルの奏する効果に加え、硬質焼結体は、立方晶窒化硼素を主体として構成されている。超硬合金に比べてより硬質な立方晶窒化硼素をボール刃に適用することにより、耐摩耗性に優れると共に加工面が粗くなることを防止できるという効果がある。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の一実施例であるボールエンドミルの正面図である。

[図 2]ボールエンドミルの先端側の拡大図である。

[図 3]図 1の矢印 II方向から見たボールエンドミルの側面図である。

[図 4]図 3の破線 A部分を拡大して示した拡大図である。

[図 5]切削試験の本発明品 A及び従来品 Bの結果を示した図である。

[図 6]切削試験の本発明品 A及び従来品 Bの結果を示した図である。

符号の説明

[0020] 1 ボーノレエンドミノレ

2 工具本体

3 刃部

10a, 10b 切り屑排出溝

11a, l ib 外周刃

12a, 12b ボーノレ刃

14a, 14b スパイラルギヤッシュ

θ 1 外周刃のねじれ角

θ 2 スパイラルギヤッシ.

t 中心厚さ発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図 1は、本発明の一実施例である多刃ボールエンドミル（以下「ボールエンドミル」と略す） 1の正面図であり、図 2は、ボールエンドミル 1の先端側（図 1における右側）の拡大図であり、図 3は、図 1の矢印 II方向力も見たボールエンドミル 1の側面図である。まず、これら図 1一図 3を参照してボールエンドミル 1の全体構成について説明する。

[0022] ボールエンドミル 1は、軸心 Lを有する工具本体 2と、その工具本体 2の先端側に同心に連結される刃部 3とを主に備えて構成され、被加工物である金型などの自由曲面加工やコーナーアールの仕上げカ卩ェなどに用いられるボールエンドミルである。このボールエンドミル 1は、工具本体 2のシャンク部 2aを保持するホルダー（図示せず）を介してマシユングセンター等の加工機械に取り付けられ、軸心 Lまわりに回転駆動されつつ移動させられることにより切削加工を行う。また、工具本体 2は、タングステンカーバイト (WC)等を加圧焼結した超硬合金により構成されている。なお、本実施例では、シャンク部 2aの直径は、略 6mmに構成されている。

[0023] 刃部 3は、主に、切り屑排出溝 10a, 10b、外周刃 11a, l lb、ボール刃 12a, 12b、ランド 13a, 13b、スパイラルギヤッシュ 14a, 14b等を備えており、この刃部 3によって金型などの自由曲面力卩ェが行われる。

[0024] 刃部 3は、少なくともボール刃 12a, 12bを含む範囲が立方晶窒化硼素焼結体 (PC BN)を主体に構成される硬質焼結体で形成されている。なお、本実施例では、刃部 3の直径は、略 2mmに構成されている。即ち、ボール半径 Rは lmmである。また、ボール刃 12a, 12bは、高い硬度特性を有するダイアモンド焼結体 (PCD)を主体に構成される硬質焼結体で形成するものとしても良ヽ。

[0025] この刃部 3の製作は、先ず、硬質焼結体と超硬合金とが 2層に焼結固着された積層材を工具本体 2の先端部に鎩付けする。その後、その鎩付けされた先端部に上述した切り屑排出溝 10a, 10b、外周刃 11a, l ib、ボール刃 12a, 12b、ランド 13a, 13b 、スパイラルギヤッシュ 14a, 14bなどを形成して、刃部 3が形成される。

[0026] なお、硬質焼結体は、高硬度であるため加工が非常に困難となる。そのため刃部 3 の直径が大きなものとなると、製作コストがかかり実用的でなくなるので、刃部 3の直径は略 6mm以下となる小径のものが好ましぐ本実施例では略 2mmとした。

[0027] 切り屑排出溝 10a, 10bは、切削加工中の切り屑の生成、収納及び排出を行うためのものであり、ねじれを伴う 2本の切り屑排出溝 10a, 10bが工具本体 2の軸心 Lに対して対称に配設されている。

[0028] 外周刃 11a, l ibは、刃部 3に形成される切刃であり、刃部 3aの外周側に所定の幅を有して形成されるランド 13a, 13bと切り屑排出溝 10a, 10bとが交差する稜線部分に 2枚の外周刃が形成されている。外周刃 11a, l ibのねじれ角 θ 1は、本実施例では略「30° 」に構成されている。

[0029] ボール刃 12a, 12bは、刃部 3に形成される切刃であり、その回転軌跡が略半球状を呈する。また、ボール刃 12a, 12bは、軸心 Lに対して対称的に一対形成されており、軸心 L先端視において略 S字形状をなすよう構成されている（図 3参照)。このボール刃 12a, 12bは、上述した 2枚の外周刃 11a, l ibと連接して形成されている。

[0030] スパイラルギヤッシュ 14a, 14bは、ボール刃 12a, 12bにおける切り屑の排出性を高めるための溝であり、切り屑排出溝 10a, 10bにそれぞれ 1本ずつ合計 2本が凹設されている。このスパイラルギヤッシュ 14a, 14bは、その一側（スパイラルギヤッシュ 1 4aにおいては図 2の左側）のギヤッシュ面がボール刃 12a, 12bのすくい面を形成しており、このスパイラルギヤッシュ 14a, 14bがランド 13a, 13bと交差する各稜線部分に 2枚のボール刃 12a, 12bが形成されている。

[0031] ここで、スパイラルギヤッシュ 14a, 14bのねじれ角（即ち、ボール刃 12a, 12bのねじれ角） Θ 2は、略 10° 以上かつ略 30° 以下の範囲となる角度にすることが好ましい。これは、スパイラルギヤッシュ 14a, 14bのねじれ角 Θ 2が略 10° より小さな角度となるとボール刃 12a, 12bの切れ味が悪くなり加工能率が低下する。一方、そのねじれ角 Θ 2が略 30° を越える角度となると刃先がチッビングし易くなりボールエンドミル 1の寿命が低下するからである。なお、本実施例では、スパイラルギヤッシュ 14a, 1 4bのねじれ角 Θ 2が略 20° に構成されている。これにより、加工能率の低下を防止できると共に工具の寿命の低下を防止することができる。

[0032] また、スパイラルギヤッシュ 14a, 14bによって形成されるボール刃 12a, 12bのすくい面は、すくい角が略 30° 以上かつ略 10° 以下の範囲となる角度にすることが好ましい。これは、すくい角が略 30° よりも負に大きな角度となると、ボール刃 12a , 12bの切れ味が悪くなり加工能率が低下する。一方、すくい角が略 10° よりも正に大きな角度となると、刃先がチッビングし易くなりボールエンドミル 1の寿命が低下する力である。なお、本実施例では、ボール刃 12a, 12bのすくい角が略 20° に構成されている。これにより、加工能率の低下を防止できると共に工具の寿命の低下を防止することができる。

[0033] なお、超硬合金で構成されたボールエンドミルでは、切れ味を良くするためにボール刃のすくい角を正角の範囲に構成するのが一般的である力刃先がチッビングし易くなるので、刃先のチッビングを防止するために面取り加工が施されている。これに対し本実施例のボールエンドミル 1は、硬質焼結体でボール刃 12a, 12bを構成し、すくい角を負角の範囲内に構成することによって、刃先の強度を確保できるので、面取り加工を施す必要がなぐボールエンドミル 1の製作工程を簡略ィ匕することができる

[0034] 次に、図 4を参照して、ボール刃 12a, 12bの中心厚さについて説明する。図 4は、図 3の破線 A部分を拡大して示した拡大図である。

[0035] 図 4に示すように、軸心 Lを中心としてボール刃 12a, 12bが連接される心残し部の厚さとなる中心厚さ tは、略 0. 03mm以上かつ略 0. 1mmの範囲となる厚みに形成することが好ましい（即ち、本実施例では、ボール半径 Rが lmmとされているので、中心厚さ tは、 0. 03R以上かつ 0. 1R以下である）。ボール刃 12a, 12bの心残し部は、その回転速度が遅くなり大きな摩擦力が生じるので、中心厚さ tが略 0. 03mmより薄くなると心残し部の剛性が弱くなり破損し易くなり、ボールエンドミル 1の寿命が低下する。一方、中心厚さ tが略 0. 1mmより厚くなると摩擦力が大きくなり加工面が粗くなり、切削速度を高速にできないので加工能率が低下する。なお、本実施例では、中心厚さ tが略 0. 03mmに形成されている。これにより、加工能率の低下を防止できると共に工具の寿命の低下を防止することができる。

[0036] 次に、上述のように構成されたボールエンドミル 1を用いて行った切削試験について以下に示す。切削試験は、ボールエンドミル 1を、被切削面に沿って所定の条件で往復直線移動させることにより、ボール刃に生じる摩耗幅と、被切削面の面粗さとを測定する試験である。

[0037] 切削試験の詳細諸元は、被削材: JIS— SKH51 (65HRC)、切削方法:ダウンカット、切削油供給方法:ミスト供給、使用機械：立型マシニングセンタ、切削速度： 251. 2 m/min,送り速度： 0. 075mm/t,軸方向切り込み深さ aa : 0. 05mm,ピックフィード Pf : 0. 02mmである。

[0038] また、切削試験には、本実施例で説明した少なくともボール刃 12a, 12bが硬質焼結体で構成されたボールエンドミル 1 (以下「本発明品 A」と称す)と、超硬合金で構成されたボールエンドミル (以下「従来品 B」と称す)とを用いて行った。なお、本発明品 Aと従来品 Bとは同一形状に構成されている。

[0039] 図 5は、上記切削試験の本発明品 A及び従来品 Bの結果を示した図であり、切削距離 XIと摩耗幅 Y1との関係について示している。図 5中、横軸 23は切削試験において被削材を切削した切削距離 XIを示しており、縦軸 24はボール刃の摩耗幅 Y1を示している。また、図 5中の折れ線 25は本発明品 A (実線、黒三角（▲) )のグラフであり、折れ線 26は従来品 B (実線、黒四角（♦) )のグラフである。

[0040] 図 5中の折れ線 25, 26を比較すると、切削距離 XIが約 100m以上では、本発明品 Aの摩耗幅 Y1及び従来品 Bの摩耗幅 Y1の両者とも略直線的な傾きで増加しており、切削距離 XIが延びると摩耗幅 Y1が大きくなることがわかる。しかし、その傾きは、本発明品 Aの傾きに対して、従来品 Bの傾きがより大きな傾きとなっている。即ち、本発明品 Aによれば、従来品 Bよりも切削距離 XIに対する摩耗幅 Y1の拡大速度を遅くすることができた。

[0041] 図 6は、上記切削試験の本発明品 A及び従来品 Bの結果を示した図であり、切削距離 X2と被切削面の面粗さ Y2との関係について示している。

[0042] 図 6中、横軸 27は切削試験において被削材を切削した切削距離 X2を示しており、縦軸 28は被削材の面粗さ Y2を示している。また、図 6中の折れ線 29は本発明品 A ( 実線、黒三角（▲) )のグラフであり、折れ線 30は従来品 B (実線、黒四角（♦) )のダラフである。なお、被切削面の面粗さ Y2の計測方法は、最大高さ Rz CFIS B0601-2 001)によって求められている。

[0043] 図 6中の折れ線 29, 30を比較すると、切削距離 X2が約 134m以上では、本発明品 Aの面粗さ Y2及び従来品 Bの面粗さ Y2の両者とも、切削距離 X2が長くなるほど面粗さ Y2が大きくなつていることがわかる。しかし、切削距離 X2が約 288m以上となると、本発明品 Aの面粗さ Y2の増加分に対して、従来品 Bの面粗さ Y2の増加分が極端に多くなつている。即ち、切削距離 X2が長くなつた場合、本発明品 Aは切削距離 X2の延びに対して面粗さ Y2の増加分が少なぐ従来品 Bは切削距離 X2の延びに対して面粗さ Y2の増加分が極端に多くなつて、る。

[0044] また、切削距離 X2が約 10m—約 134mの間では、本発明品 Aの面粗さ Y2の推移に比べて、従来品 Bの面粗さ Y2の推移のバラツキが大きくなつている。さらに、本発明品 Aは、従来品 Bの面粗さ Y2より常に小さい面粗さ Y2となっている。即ち、本発明品 Aは、従来品 Bと比較して安定した面粗さ Y2を得ることができた。

[0045] 以上、説明したように、本実施例のボールエンドミル 1 (本発明品 A)は、ボール刃 1 2a, 12bが硬質焼結体で構成されることによって、超硬合金で同形状に構成されたボールエンドミル (従来品 B)と比較して耐摩耗性に優れると共に面粗さの向上を図ることができると共に安定した面粗さ Y2とすることができる。よって、ボールエンドミル 1 の切削速度を高速ィ匕することができると共に、切り込み深さを深くして切削することができる。

[0046] 以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

[0047] 例えば、上記各実施例では、 2枚のボール刃 12a, 12bで構成するものとした力 3 枚以上の複数のボール刃で構成するものとしても良い。

Claims

請求の範囲

[1] 軸心を有する工具本体と、その工具本体の先端側に設けられる略半球状のボール刃と、そのボール刃のすく!/、面を形成するスパイラルギヤッシュとを備えたボールェンドミノレにおいて、

前記工具本体は、少なくとも前記ボール刃を含む範囲が硬質焼結体で構成され、前記スパイラルギヤッシュのねじれ角が略 10° 以上かつ略 30° 以下の範囲に構成されていると共に、前記ボール刃の中心厚さがボール半径 Rに対して略 0. 03R以上かつ略 0. 1R以下の範囲に構成されていることを特徴とするボールエンドミル。

[2] 前記ボール刃のすくい角は、略 30° 以上かつ略 10° 以下の範囲に構成されて、ることを特徴とする請求項 1に記載のボールエンドミル。

[3] 前記硬質焼結体は、立方晶窒化硼素を主体として構成されて、ることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のボールエンドミル。