WO2019003965A1 - ボールエンドミル - Google Patents

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ball
rotation center
tool rotation
end mill
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純一 古塩
英人 渡邉
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ユニオンツール株式会社
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    • B23C5/1009—Ball nose end mills
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    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/54—Configuration of the cutting part

Definitions

  • the present invention relates to a ball end mill.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and provides a practical ball end mill which can perform both cutting and polishing well and has a small cutting resistance at the tip.
  • a plurality of chip discharge grooves 2 extending from the tip of the tool toward the base end are formed on the outer periphery of the tool body 1, and the rake face 3 of the chip discharge groove 2 and the tool body 1
  • the second aspect of the present invention relates to the ball end mill according to the first aspect, wherein the tip spherical surface 4 is in sliding contact with the surface cut by the ball blades 5 and 6. It is a thing.
  • a flank 7 is provided continuously on the rear side in the tool rotational direction of the tip spherical surface 4. Ball end mill.
  • the width W of the tip spherical surface 4 in the direction perpendicular to the blade is 0.5% to 25% of the tool outer diameter. It relates to a ball end mill characterized by a certain.
  • the width W of the tip spherical surface 4 in the direction perpendicular to the blade is 2.5% or more and 20% or less of the tool outer diameter. It relates to a ball end mill characterized by a certain.
  • the distance from the tool rotation center O of the point closest to the tool rotation center O of the near-center ball blade 5 X relates to a ball end mill characterized in that it is more than 0% and not more than 3% of the tool outer diameter.
  • the point closest to the tool rotation center O of the other ball blade 6 which is not the near-center ball blade 5 The distance Y from the tool rotation center O is 2% or more and 10% or less of the tool outer diameter and the distance X from the tool rotation center O at a point closest to the tool rotation center O of the near-center ball blade 5 It relates to a ball end mill characterized by being 1.3 times or more.
  • An eighth aspect of the present invention relates to the ball end mill according to any one of the first to seventh aspects, wherein the number of the ball blades is two to four.
  • the present invention is configured as described above, it becomes a practical ball end mill that can perform both cutting and polishing well and has a small cutting resistance at the tip.
  • FIG. 10 is a front view schematically illustrating another example 1;
  • FIG. 13 is a front view schematically illustrating another example 2;
  • FIG. 10 is a schematic front view of another example 3;
  • It is a table showing an experimental result. It is a table which shows experimental conditions, and a graph and a photograph which show an experimental result. It is a table showing an experimental result. It is a table showing an experimental result.
  • It is explanatory drawing which shows an example of the method of confirming a spherical surface. It is explanatory drawing which shows the theoretical value h of height.
  • the cutting process is performed by the ball blades 5 and 6, and the polishing process is performed by the tip spherical surface 4. That is, by cutting the work surface and rubbing the cutting surface, it is possible to obtain a glossy processing surface with a small surface roughness.
  • the near center ball blade 5 which is disposed with respect to the rotation center, the biting property with respect to the work is improved and the cutting resistance is reduced even if there is no chisel edge at the tip.
  • the rigidity near the center is enhanced by separating the other ball blades 6 without moving them near the center. Therefore, damage to the ball blades 5 and 6 and deterioration in the property of the work surface can be suppressed.
  • a plurality of chip discharge grooves 2 are formed on the outer periphery of the tool body 1 from the tip of the tool to the base end side, and the rake face of this chip discharge groove 2
  • a ball end mill in which ball blades 5 and 6 are provided at the intersection ridge line portion of the tool main body 1 and the tip spherical surface 4 of the tool body 1, the tool rotation center O exists on the tip spherical surface 4, and An off-center ball set such that the distance X from the tool rotation center O of the point closest to the tool rotation center O to the one ball blade 5 is smaller than the same distance Y of the other ball blades 6 It has a blade 5.
  • a hemispherical CBN (cubic boron nitride) material is joined by welding or the like to the tip of the shank side member made of cemented carbide, grooved, and the CBN material at the tip is edged. Form the blade part.
  • the present embodiment is a two-edged ball end mill provided with two chip discharge grooves and two ball blades, which is used particularly for finishing.
  • the tip spherical surface 4 is formed by leaving a part of the outer surface (hemispherical surface) of the CBN material before the cutting process as it is. That is, when processing a CBN material before processing to provide a gasch, rake surface, flank surface, etc., the portion corresponding to the tip spherical surface including the tool rotation center O is not chamfered etc.
  • the surface has the above shape. In addition, it is good also as a procedure which forms the tip spherical surface 4 by cutting, grinding process etc. after performing the said blade attachment process.
  • the material of the tip is not limited to CBN, and the whole may be made of cemented carbide, or the like.
  • the tip spherical surface 4 which is a part of the spherical surface of the hemispherical CBN material is a tool rotational direction of each ball blade 5, 6 by not processing the portion corresponding to the tip spherical surface. It becomes the structure arrange
  • the tip spherical surface 4 is a spherical surface in sliding contact with the surface cut by the ball blades 5 and 6. That is, the tip spherical surface 4 is not a surface that escapes to the ball blades 5 and 6, but is rubbed against the cut surface (finished surface) of the workpiece during rotational processing. When the tip spherical surface 4 is in sliding contact with the cutting surface, the polishing action is exhibited.
  • the tip spherical surface 4 is not limited to a spherical surface, and any configuration may be adopted as long as it can slide on the surface cut by the ball blades 5 and 6 to exhibit a polishing effect.
  • a step-like surface approximate to a spherical surface or the like can be appropriately adopted as long as it has a shape generally along a convex spherical surface having the tool rotation center O as an apex.
  • it is an appropriate configuration as long as it can exert the polishing action. It can be adopted.
  • a flank 7 is continuously provided on the rear side of the tip spherical surface 4 in the tool rotational direction.
  • the width W of the tip spherical surface 4 in the direction perpendicular to the blade can be appropriately set according to the manner of providing the flank 7 to adjust the amount of contact with the surface cut by the ball blades 5 and 6.
  • the second flank 8 is further connected to the first flank 7.
  • the width W of the tip spherical surface 4 in the blade perpendicular direction is set to 0.5% or more and 25% or less of the tool outer diameter (diameter of the tip portion of the blade). Specifically, the width W is set to be within the above numerical range in the entire area of the tip spherical surface 4. Further, in the present embodiment, the width W has a minimum value in the region on the rear side of the tool rotation direction of the center-disposed ball blade 5 as the tip spherical surface 4 and the maximum in the region on the rear side of the tool rotation direction of the ball blade 6 It is configured to take a value.
  • the removal effect (the polishing effect) of the cutting marks of the ball blades 5 and 6 is not sufficiently exhibited, and if it exceeds 25%, the surface to be machined may be rubbed.
  • the setting is preferably 2.5% or more and 20% or less, a particularly good removal effect of cutting marks can be obtained.
  • the near center ball blade 5 is provided in order to avoid an increase in cutting resistance of the tip portion by the tip spherical surface 4.
  • the ball blades are not arranged symmetrically with respect to the tool rotation center O, and at least one ball blade is shaped so as to pass near the center of the tool tip center with respect to the other ball blades, thereby reducing cutting resistance. If each blade is placed at unequal positions in a general ball end mill where a ball edge is formed by the rake face and the flank face, the tool body will run out, but as in this embodiment, the rake face 3 and the tip spherical When the ball blade is formed with the surface 4, no swing occurs even if the blade is in any position, so that no swing of the tool body 1 occurs even with the configuration provided with the center closer ball blade 5, and good processing Is possible.
  • the distance X from the tool rotation center O at a point closest to the tool rotation center O of the center-centered ball blade 5 is set to be more than 0% and not more than 3% of the tool outer diameter. If it exceeds 3% of the tool outer diameter, the reduction effect of the cutting resistance can not be obtained, and if it does not exist even slightly, the removal effect of the cutting trace is not sufficiently exhibited.
  • the distance Y from the tool rotation center O at a point closest to the tool rotation center O of the other ball blade 6 is 2% or more and 10% or less of the tool outer diameter and 1.3 times or more the distance X It is preferable to set to. By setting the distance Y to be 1.3 times or more of the distance X, an even better machined surface can be obtained by the vibration isolation effect due to the unequal division.
  • this embodiment can reduce the surface roughness of the machined surface of the work by cutting the ball blades 5 and 6 and rubbing the tip spherical surface 4 at the time of machining, and a beautiful gloss can be obtained.
  • a rotary cutting tool in which a cutting edge is formed at a crossing ridge line portion between a normal rake surface and a flank surface, cutting marks, so-called cutter marks appear on the processing surface of the work (FIG. 3 (a )reference).
  • Such a cutter mark loses the gloss of the surface of the workpiece and causes the surface roughness to deteriorate.
  • the ball end mill having a hemispherical tip as in the patent document 1 can only be used with a very small amount of infeed because the purpose is only rubbing and has no cutting edge.
  • a severe processing environment is required, such as using a high-precision processing machine and maintaining a constant temperature for a long time to maintain the machine attitude. Under this environment, it is made uniform from the remainder of the pre-finishing process, and on top of that, the cutting depth of the finishing process is also made uniform, and the target machined surface is finally obtained.
  • the cut surface by the ball blades 5 and 6 has a beautiful surface property without a sense of unevenness which is evened by the tip spherical surface 4 (see FIG. 3C), and a beautiful glossy processed surface (Mirror surface) can be obtained.
  • this embodiment has a cutting edge, it is possible to make a cut, and does not require a severe processing environment as compared with a spherical-only finishing tool as in Patent Document 1, and the level of ordinary finishing processing Because it can be used in the machine and can be cut efficiently with the cutting edge, it can be finished in a shorter time than conventional products.
  • the present Example demonstrated the 2 blade edged ball end mill, the same may be said of a 3 edged or more ball edged mill.
  • the ball blades are disposed asymmetrically with respect to the tool rotation center O, and the tool rotation at the point closest to the tool rotation center O
  • the distances X, Y1, and Y2 from the center O are the smallest, it is possible to use the smallest ball blade as the near-center ball blade 5.
  • the ball blade is disposed asymmetrically with respect to the tool rotation center O as in another example 2 shown in FIG. 5 and another example 3 shown in FIG. Distance X, Y1, Y2, Y3 from the tool rotation center O of the point which adjoins can make the smallest ball blade the center near ball blade 5.
  • FIG. Another example 2 is a configuration in which any one ball blade is extremely close to the tool rotation center O, and another example 3 is closest to the tool rotation center O of a pair of ball blades sandwiching the tool rotation center O The distances X and Y2 of the point from the tool rotation center O are relatively close to the tool rotation center O.
  • cutting is performed by the ball blades 5 and 6 and polishing is performed by the tip spherical surface 4. That is, by cutting the work surface and rubbing the cutting surface, it is possible to obtain a glossy processing surface with a small surface roughness.
  • the near center ball blade 5 which is disposed with respect to the rotation center, the biting property with respect to the work is improved and the cutting resistance is reduced even if there is no chisel edge at the tip.
  • the rigidity near the center is enhanced by separating the other ball blades 6 without moving them near the center. Therefore, damage to the ball blades 5 and 6 and deterioration in the property of the work surface can be suppressed.
  • the present embodiment can perform both cutting and polishing well, and it is practical that the cutting resistance at the tip is small.
  • FIG. 7 shows experimental results comparing the state of the machined surface (finished surface) with respect to the width W in the direction perpendicular to the blade of the tip spherical surface 4.
  • the visual condition of the finished surface was evaluated as ⁇ for particularly good, ⁇ for good, ⁇ for equivalent to the conventional product with hemispherical tip, and x for inferior to the conventional product. .
  • high-speed tool steel 64 HRC
  • a rotational speed 30,000 min -1
  • a feed rate 750 mm / min. It processed on conditions of 0.005 mm of thickness, and 0.02 mm of pick feeds.
  • the minimum value and the maximum value of the width W in the blade perpendicular direction of the tip spherical surface 4 is the minimum in the area on the rear side of the tool rotation direction of the near-center ball blade 5 It is particularly preferable to set a value such that the maximum value is taken in the area on the rear side of the tool rotation direction of the ball blade 6) in the range of 2.5% to 20% of the tool outer diameter. It could be confirmed. In addition, it has been confirmed that similar results can be obtained in the case of other tool outer diameters.
  • FIG. 8 shows a cutting amount of 0.005 mm on the workpiece surface according to the conventional example (a rotating cutting tool in which a cutting edge is formed at a crossing ridge line between a normal rake face and a flank face) and this example.
  • FIG. 8A shows the specifications of the experimental example and the experimental conditions.
  • the width W of the tip spherical surface 4 in the experimental example in the direction perpendicular to the blade has a minimum value of 0.041 mm (6.8% of the tool outer diameter) and a maximum value of 0.065 mm (10.8% of the tool outer diameter) Set to).
  • the machined surface according to the experimental example has a smaller surface roughness on both the 15 ° inclined surface and the 45 ° inclined surface (FIG. 8 (b)), and the surface gloss is strong like a mirror surface. (FIG. 8 (c)) can be confirmed.
  • FIG. 9 shows a processing surface (finished surface) with respect to the distance X from the tool rotation center O of the point closest to the tool rotation center O of the center-displacement ball blade 5 and the same distance Y of the other ball blade 6 (finished surface) 7 shows the results of experiments comparing the state of the tool tip and the overall evaluation.
  • ⁇ was particularly good
  • ⁇ was good
  • ⁇ was equivalent to the conventional product with a hemispherical tip
  • x was inferior to the conventional product.
  • the state of the tool tip after machining those with no abnormal damage at the tool tip after machining were marked ⁇ , and those with abnormal damage such as a large chip or a minute chip were marked x.
  • the comprehensive evaluation which united the state of a finishing surface and a tool was similarly shown by ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ .
  • high-speed tool steel 64 HRC
  • a rotational speed 30,000 min -1
  • a feed rate 750 mm / min. It processed on conditions of 0.005 mm of thickness, and 0.02 mm of pick feeds.
  • the distance Y from the tool rotation center O at the point closest to the tool rotation center O of the ball blade 6 is 2% or more and 10% or less of the tool outer diameter and 1.3 or more times the distance X It has been confirmed that setting is preferable.
  • FIG. 10 shows an experimental result of a distance X from the tool rotation center O at a point closest to the tool rotation center O of the near center ball blade 5 and a tool state of the tool tip.
  • a high speed tool steel (64 HRC) as a work material is used at a rotational speed of 30,000 min -1 and a feed speed of 750 mm / min using a two-blade ball end mill having a tool outer diameter of 0.8 mm according to the present embodiment. , Finishing allowance 0.005 mm, Pick feed 0.016 mm conditions.
  • the distance X from the tool rotation center O at a point closest to the tool rotation center O of the near center ball blade 5 is 0.005 mm, 0.6% of the tool outer diameter, and is biased to the tool center It was confirmed that cutting resistance can be reduced by this, and tool damage can be suppressed.
  • the tip end surface of the ball end mill is the tip spherical surface 4 of the present embodiment depends on the contact type / non-contact type three-dimensional shape measuring apparatus, laser probe type three-dimensional shape measuring apparatus (laser microscope), etc. It is possible to confirm by spherical measurement using a general three-dimensional shape measuring device regardless of contact type. Specifically, it can be confirmed that the tip end surface has a curved surface shape substantially along a convex spherical surface having the tool rotation center O as a vertex, unlike a flat flank surface processed by a grindstone or the like, that is, a flat surface. good.
  • a laser microscope for example, a shape analysis laser microscope VK-X160 manufactured by Keyence Corporation, etc.
  • VK-X160 manufactured by Keyence Corporation, etc.
  • confirmation can be made as follows.
  • the inclination of the approximate straight line is such that the direction of escaping from the ball edge is positive and the direction of projection from the ball edge is negative.
  • the inclination is expressed in ⁇ m, the difference between the heights of the left and right ends of the approximate straight line is shown, and when it is expressed as an angle, the angle to the direction perpendicular to the axis of the approximate straight line is shown.
  • the inclination of the approximate straight line is desirably 0 as described above, it should be within 2 ° or less in the direction of escaping to the ball edge and within 2 ° or less in the direction projecting from the ball edge (range of ⁇ 2 °) Good cutting trace removal effect can be obtained. That is, when a thrust load is applied during processing, the work is elastically deformed in the tool axis direction, and after passing through the ball blade, the work comes into contact with the tip spherical surface by return of the elastic deformation. Even if the surface escapes, it comes in sliding contact with the cutting surface, but the contact amount decreases as the angle exceeds 2 °, and the effect of polishing is gradually lost.
  • the tip spherical surface protrudes with respect to the ball blade, the cutting trace removal effect is exhibited, but if it protrudes more than 2 °, it is excessively rubbed and the processed surface is peeled off. Desirably, it is within the range of ⁇ 0.5 °.
  • the X coordinate of the 0 °, 10 °, 20 ° ... 90 ° position of the target ball blade from the tool side Measure the distance R from the rotation center and the Y coordinate (distance from the tip) and calculate the radius R of the approximate circle by the least squares method from the XY coordinates measured by this non-contact tool diameter measuring machine (see Fig. 15)
  • the theoretical value h of the height calculated from the radius R can be confirmed by comparing the height in the tool axis direction on any circle (Z coordinate value measured by laser microscope).
  • the shape is spherical. If the difference between the value on the maximum value side of the approximate straight line and the theoretical value h of the height is large, it can be determined not to be spherical.
  • the XY coordinates of the ball blade do not necessarily have to be measured from 0 ° to 10 ° in steps of 90 °, but may be measured at a plurality of points at predetermined intervals.
  • a tapered ball end mill such as (b)
  • not only the usual ball end mill as shown in (a) of FIG. R may be calculated by measuring up to °°.
  • FIG. 16 shows the measurement results of the above (A) and (B) of the ball end mill according to the present embodiment, in which the nominal R is 0.5 mm, a conventional product (an example of a general flank instead of a spherical surface
  • the measurement results of (A) above are shown in FIG.
  • the inclination of the approximate straight line is expressed in ⁇ m, the angle notation is substantially 0, and the difference between the theoretical value h of the height and the Z coordinate (maximum value of the approximate straight line) is also Since it is approximately 0, it could be confirmed that it was a spherical surface.

Abstract

切削加工及び磨き加工の双方を良好に行え、しかも、先端部の切削抵抗が小さいボールエンドミルを提供する。工具本体１の外周に、工具先端から基端側に向かう複数の切り屑排出溝２が形成され、この切り屑排出溝２のすくい面３と前記工具本体１の先端球状面４との交差稜線部にボール刃５，６が設けられたボールエンドミルであって、工具回転中心Ｏが先端球状面４上に存在し、工具先端視において一の前記ボール刃５にして工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘが、他の前記ボール刃６の同距離Ｙより小さくなるように設定された中心寄りボール刃５を有するボールエンドミル。

Description

ボールエンドミル
　本発明は、ボールエンドミルに関するものである。
　近年、ボールエンドミルとして、仕上げ加工を目的として先端部を半球状にしたものが提案されている（特許文献１等参照）。
特開２０１６－１１２６７８号公報
　ところで、上記特許文献１等に開示される先端部が半球状のボールエンドミルにおいては、ボール刃が存在しないため、切り込み量が極めて小さく、実質的には切削加工が行えないという問題点がある。
　また、先端部にチゼルエッジが存在しないため、先端部の切削抵抗が大きくなり、工具の破損や先端部で加工されるワーク表面の性状悪化の原因となる。
　本発明は、上述の問題点を解決したもので、切削加工及び磨き加工の双方を良好に行え、しかも、先端部の切削抵抗が小さい実用的なボールエンドミルを提供するものである。
　添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
　本発明の第一の態様は、工具本体１の外周に、工具先端から基端側に向かう複数の切り屑排出溝２が形成され、この切り屑排出溝２のすくい面３と前記工具本体１の先端球状面４との交差稜線部にボール刃５，６が設けられたボールエンドミルであって、工具回転中心Ｏが先端球状面４上に存在し、工具先端視において一の前記ボール刃５にして工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘが、他の前記ボール刃６の同距離Ｙより小さくなるように設定された中心寄りボール刃５を有するものであることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様において、前記先端球状面４は前記ボール刃５，６により切削された面に摺接するものであることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第三の態様は、前記第一，第二のいずれかの態様において、前記先端球状面４の工具回転方向後方側には逃げ面７が連設されていることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第四の態様は、前記第一～第三のいずれかの態様において、前記先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗは工具外径の０．５％以上２５％以下であることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第五の態様は、前記第一～第三のいずれかの態様において、前記先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗは工具外径の２．５％以上２０％以下であることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第六の態様は、前記第一～第五のいずれかの態様において、前記中心寄りボール刃５の前記工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘは、工具外径の０％を超え３％以下であることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第七の態様は、前記第一～第六のいずれかの態様において、前記中心寄りボール刃５でない他の前記ボール刃６の前記工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｙは、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃５の前記工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘの１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　また、本発明の第八の態様は、前記第一～第七のいずれかの態様において、前記ボール刃の数は、２乃至４であることを特徴とするボールエンドミルに係るものである。
　本発明は上述のように構成したから、切削加工及び磨き加工の双方を良好に行え、しかも、先端部の切削抵抗が小さい実用的なボールエンドミルとなる。
本実施例の概略説明正面図である。 本実施例の概略説明側面図である。 加工面の比較写真である。 別例１の概略説明正面図である。 別例２の概略説明正面図である。 別例３の概略説明正面図である。 実験結果を示す表である。 実験条件を示す表、実験結果を示すグラフ及び写真である。 実験結果を示す表である。 実験結果を示す表である。 球状面を確認する方法の一例を示す説明図である。 高さの理論値ｈを示す説明図である。 測定装置による実際の測定画面の一例を示す説明図である。 近似直線の傾きを説明する説明図である。 ボールエンドミルの先端のＲの測定方法の一例を示す説明図である。 測定結果を示す表である。 測定結果を示す表である。
　好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
　ボール刃５，６により切削加工が行われると共に、先端球状面４により磨き加工が行われる。即ち、ワーク表面を切削すると共に切削面を擦ることで、表面粗さが小さく、且つ、光沢のある加工面を得ることができる。
　また、回転中心に対して偏って配置される中心寄りボール刃５があるから、先端部にチゼルエッジが存在しなくてもワークに対する食い付き性が向上し、切削抵抗が小さくなる。また、他のボール刃６を中心近傍に寄せずに離すことにより中心近傍の剛性が高まることになる。よって、ボール刃５，６の破損やワーク表面の性状悪化を抑制できる。
　本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
　本実施例は、図１，２に図示したように、工具本体１の外周に、工具先端から基端側に向かう複数の切り屑排出溝２が形成され、この切り屑排出溝２のすくい面３と前記工具本体１の先端球状面４との交差稜線部にボール刃５，６が設けられたボールエンドミルであって、工具回転中心Ｏが先端球状面４上に存在し、工具先端視において一の前記ボール刃５にして工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘが、他の前記ボール刃６の同距離Ｙより小さくなるように設定された中心寄りボール刃５を有するものである。
　本実施例は、超硬合金製のシャンク側部材の先端に半球状のＣＢＮ（立方晶窒化硼素）材を溶接等により接合し、溝加工を施し、この先端のＣＢＮ材に刃付け加工を施すことで刃部を形成している。本実施例は切り屑排出溝が２つ、ボール刃が２つ設けられた２枚刃ボールエンドミルであり、特に仕上げ加工に用いられるものである。
　先端球状面４は刃付け加工前のＣＢＮ材の外面（半球状面）の一部をそのまま残すことで形成されたものである。即ち、加工前のＣＢＮ材にギャッシュ、すくい面及び逃げ面等を設ける刃付け加工をする際、工具回転中心Ｏを含む先端球状面に相当する部分には面取り加工等を施さないことで先端球状面が上記形状となる。なお、前記刃付け加工をした後に先端球状面４を切削・研磨加工等により形成する手順としても良い。更に、先端の素材はＣＢＮに限らず、全体を超硬合金製とするなど、他の構成としても良い。
　刃付け加工の際、先端球状面に相当する部分には加工を施さないことで、半球状のＣＢＮ材の球状表面の一部である先端球状面４が各ボール刃５，６の工具回転方向後方側に配置された構成となる。
　本実施例においては、先端球状面４はボール刃５，６により切削された面に摺接する球面である。即ち、先端球状面４はボール刃５，６に対して逃げる面ではなく、回転加工時にワークの切削加工面（仕上面）に擦り付けられる。先端球状面４が切削加工面に摺接することで磨き作用が発揮される。なお、先端球状面４は球面に限らず、ボール刃５，６により切削された面に摺接し磨き作用を発揮し得る構成であれば適宜採用できる。例えば球面に近似する階段状面等、工具回転中心Ｏを頂点とする凸球面に概ね沿った形状であれば適宜採用できる。また、ボールエンドミルの外方に膨出する曲面（凸となる曲面）を含む形状であっても（前記凸球面に沿った形状でなくとも）、前記磨き作用を発揮し得る構成であれば適宜採用できる。
　また、先端球状面４の工具回転方向後方側には逃げ面７が連設されている。この逃げ面７の設け方により、先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗを適宜設定して前記ボール刃５，６により切削された面への接触量を調節できる。本実施例では、第一逃げ面７に、更に第二逃げ面８を連設した構成としている。
　先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗは工具外径（刃部の先端部の直径）の０．５％以上２５％以下に設定する。具体的には、前記幅Ｗは先端球状面４の全域において上記数値範囲内となるように設定している。また、本実施例においては、幅Ｗが、先端球状面４にして中心寄りボール刃５の工具回転方向後方側の領域において最小値を取り、ボール刃６の工具回転方向後方側の領域において最大値を取る構成としている。０．５％未満ではボール刃５，６の切削痕の除去効果（磨き効果）が十分に発揮されず、２５％を超えると加工面にむしれが生じる。好ましくは２．５％以上２０％以下に設定すると、特に良好な切削痕除去効果を得られる。
　また、中心寄りボール刃５は、先端球状面４による先端部の切削抵抗の増大を回避するために設けられたものである。
　即ち、ボール刃を工具回転中心Ｏに対して対称に配置せず、少なくとも１枚のボール刃は他のボール刃より工具先端部中心近傍側を通過する形状とし、これにより切削抵抗を低減する。すくい面と逃げ面とでボール刃が形成される一般的なボールエンドミルで各刃を不等位置に配すると工具本体の振れとなってしまうが、本実施例のようにすくい面３と先端球状面４とでボール刃を形成する場合、どの位置に刃がきても、振れは生じないため、中心寄りボール刃５を設けた構成であっても工具本体１の振れは生ぜず、良好な加工が可能である。
　中心寄りボール刃５の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘは、工具外径の０％を超え３％以下に設定されている。工具外径の３％を超えると切削抵抗の低減効果が得られず、僅かでも存在しないと切削痕の除去効果が十分に発揮されないからである。
　また、他のボール刃６の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｙは、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記距離Ｘの１．３倍以上に設定するのが好ましい。距離Ｙを距離Ｘの１．３倍以上とすることにより、不等分割による防振効果で、さらに良好な加工面が得られる。
　以上の構成により、本実施例は、加工時にボール刃５，６の切削と先端球状面４の擦りとにより、ワークの加工面の表面粗さを小さくできると共に、美しい光沢が得られるものとなる。即ち、通常のすくい面と逃げ面との交差稜線部に切れ刃が形成された回転切削工具により加工した場合、ワークの加工面には切削痕、所謂カッターマークが現出する（図３（ａ）参照）。このようなカッターマークはワーク表面の光沢を失わせ、表面粗さを悪化させる要因となる。
　また、仕上げ加工を目的とした特許文献１のように先端部を半球状としたボールエンドミルは、その目的は擦るだけで切れ刃を有しないため、極僅かな切込み量でしか使用できず、さらに高精度な加工機を使用し、機械姿勢を保つために長時間一定温度を保つなどのシビアな加工環境が要求される。この環境下で仕上げ前加工の残り代から均一にし、その上で仕上げ加工の切込み量も均一にし、ようやく目的の加工面が得られる。実際に特許文献１と同様の先端にボール刃がない球面のみの工具を製作し、この工具を用いて前述したシビアな加工環境とすることなく仕上げ加工を実施したところ、加工面はむしれて光沢は得られなかった（図３（ｂ）参照）。
　この点、本実施例によれば、ボール刃５，６によるカットラインが先端球状面４により均された凹凸感のない美しい表面性状となり（図３（ｃ）参照）、美しい光沢のある加工面（鏡面）を得ることができる。また、本実施例は切れ刃を有するため切り込みを入れることが可能であり、特許文献１のような球面のみの仕上げ工具と比較し、シビアな加工環境を要求せず、通常の仕上げ加工のレベルでの使用が可能で、さらに切れ刃で効率よく切削するため、従来品に比べ短時間での仕上げが可能となる。
　なお、本実施例は２枚刃ボールエンドミルについて説明したが、３枚刃以上のボールエンドミルについても同様である。この場合、例えば３枚刃ボールエンドミルでは、図４に図示した別例１のように工具回転中心Ｏに対して非対称にボール刃を配置し、工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘ，Ｙ１，Ｙ２が、最も小さいボール刃を中心寄りボール刃５とすることができる。
　また、４枚刃ボールエンドミルでは、図５に図示した別例２及び図６に図示した別例３のように工具回転中心Ｏに対して非対称にボール刃を配置し、工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘ，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が、最も小さいボール刃を中心寄りボール刃５とすることができる。別例２は、いずれか１つのボール刃を極端に工具回転中心Ｏに寄せた構成であり、別例３は、工具回転中心Ｏを挟んだ一対のボール刃の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘ，Ｙ２を工具回転中心Ｏに比較的寄せた構成である。
　本実施例は上述のように構成したから、ボール刃５，６により切削加工が行われると共に、先端球状面４により磨き加工が行われる。即ち、ワーク表面を切削すると共に切削面を擦ることで、表面粗さが小さく、且つ、光沢のある加工面を得ることができる。
　また、回転中心に対して偏って配置される中心寄りボール刃５があるから、先端部にチゼルエッジが存在しなくてもワークに対する食い付き性が向上し、切削抵抗が小さくなる。また、他のボール刃６を中心近傍に寄せずに離すことにより中心近傍の剛性が高まることになる。よって、ボール刃５，６の破損やワーク表面の性状悪化を抑制できる。
　よって、本実施例は、切削加工及び磨き加工の双方を良好に行え、しかも、先端部の切削抵抗が小さい実用的なものとなる。
　本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
　図７は、先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗに対する加工面（仕上面）の状態を比較した実験結果を示すものである。ここで、目視での仕上面の状態の判定は、特に良好なものを◎、良好なものを〇、先端が半球状の従来品と同等のものを△、従来品より劣るものを×とした。
　具体的には、本実施例に係る工具外径１ｍｍの２枚刃ボールエンドミルを用い、被削材としての高速度工具鋼（６４ＨＲＣ）を、回転速度３００００ｍｉｎ－１、送り速度７５０ｍｍ／ｍｉｎ、仕上げ代０．００５ｍｍ、ピックフィード０．０２ｍｍの条件で加工した。
　その結果、先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗの最小値及び最大値（上述した通り、本実施例に係る工具において幅Ｗは中心寄りボール刃５の工具回転方向後方側の領域において最小値を取り、ボール刃６の工具回転方向後方側の領域において最大値を取る。）が、工具外径の２．５％以上２０％以下の範囲となるように設定することが特に好ましいことが確認できた。また、他の工具外径の場合にも同様の結果が得られることを確認している。
　また、図８は、従来例（通常のすくい面と逃げ面との交差稜線部に切れ刃が形成された回転切削工具）と本実施例に係る実験例によりワーク表面を０．００５ｍｍの切り込み量で仕上げ加工を行った加工面の表面粗さ及び表面状態を比較した結果を示すものである。図８（ａ）には実験例の仕様及び実験条件を示す。なお、実験例の先端球状面４の刃直角方向の幅Ｗは、最小値を０．０４１ｍｍ（工具外径の６．８％）、最大値を０．０６５ｍｍ（工具外径の１０．８％）に設定した。
　実験結果より、実験例による加工面の方が、１５°傾斜面及び４５°傾斜面のいずれにおいても表面粗さが小さく（図８（ｂ））、表面の光沢が強く鏡面のようになっている（図８（ｃ））ことが確認できる。
　また、図９は、中心寄りボール刃５の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘと、他の前記ボール刃６の同距離Ｙに対する加工面（仕上面）、工具先端の状態、総合評価を比較した実験結果を示すものである。ここで、目視での仕上面の状態については、特に良好なものを◎、良好なものを〇、先端が半球状の従来品と同等のものを△、従来品より劣るものを×とした。また、加工後の工具先端の状態については、加工後の工具先端に異常な損傷が見られないものを〇、大きな欠損や微小な欠け等の異常損傷があるものを×とした。そして、仕上面と工具の状態を合わせた総合評価を同様に◎○△×で示した。
　具体的には、本実施例に係る工具外径１ｍｍの２枚刃ボールエンドミルを用い、被削材としての高速度工具鋼（６４ＨＲＣ）を、回転速度３００００ｍｉｎ－１、送り速度７５０ｍｍ／ｍｉｎ、仕上げ代０．００５ｍｍ、ピックフィード０．０２ｍｍの条件で加工した。
　その結果、ボール刃６の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｙは、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記距離Ｘの１．３倍以上に設定するのが好ましいことが確認できた。
　また、図１０は、中心寄りボール刃５の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘと、工具先端部の工具状態の実験結果を示すものである。
　具体的には、本実施例に係る工具外径０．８ｍｍの２枚刃ボールエンドミルを用い、被削材としての高速度工具鋼（６４ＨＲＣ）を、回転速度３００００ｍｉｎ－１、送り速度７５０ｍｍ／ｍｉｎ、仕上げ代０．００５ｍｍ、ピックフィード０．０１６ｍｍの条件で加工した。
　その結果、中心寄りボール刃５の工具回転中心Ｏに最も近接する点の該工具回転中心Ｏからの距離Ｘが０．００５mm、工具外径の０．６％と工具中心に偏って配されることで切削抵抗が低減し、工具損傷を抑制できることが確認できた。
　なお、ボールエンドミルの先端面が本実施例の先端球状面４であるか否かは、接触プローブ式三次元形状測定装置、レーザプローブ式三次元形状測定装置（レーザ顕微鏡）等、接触式・非接触式を問わず一般的な三次元形状測定装置を用いた球面測定により確認することが可能である。具体的には、先端面が、砥石等で加工された平坦な逃げ面、即ち平面とは異なり、工具回転中心Ｏを頂点とする凸球面に概ね沿った曲面形状となっていることが確認できれば良い。
　また、例えば、測定装置としてレーザ顕微鏡（例えば株式会社キーエンス製の形状解析レーザ顕微鏡VK-X160等）を用い、以下のようにして確認することもできる。
　図１１に図示したように、球（半球）を正面から見て頂点となる部分を中心とした任意の半径ｒの円を描いたとき、その半径ｒの円上のどの部分でも高さ（工具軸方向高さ）は同一となる（Ａ）。また、その高さは、図１２に図示したように、側面視方向で前記半径ｒ及び球の半径Ｒの真円をもとに算出される高さの理論値ｈ（Ｒ－Ｒｃｏｓθ）と一致する（Ｂ）。そこで、例えば、ボールエンドミルの先端面がこの（Ａ）及び（Ｂ）を半径の異なる複数の前記円で満たすものは球状面と判断できる。
　上記（Ａ）については、レーザ顕微鏡を用い、任意の半径の円上のＺ座標（工具軸方向高さ）を適宜な間隔で測定し、工具先端面の当該円上の全Ｚ座標値に最小二乗法で近似直線を引くことで確認できる（図１３）。即ち、理論値通り全Ｚ座標値が同一であれば近似直線の傾きは０となる。従って、傾きが概ね０であれば球状面と判断できるし、近似直線の傾斜が明らかに大きい場合（例えば±５°以上の場合）には、球面状ではないと判断できる。なお、ここでは図１４に図示したように、前記近似直線の傾きは、ボール刃に対し逃げる方向を正、ボール刃から突出する方向を負とする。また、傾きをμｍで表現する場合は前記近似直線の左右両端の高さの差を示し、角度で表現する場合は近似直線の軸直角方向に対する角度を示す。
　具体的には、近似直線の傾斜は上述の通り０が望ましいが、ボール刃に対し逃げる方向で２°以下、ボール刃から突出する方向で２°以下の範囲（±２°の範囲）であれば良好な切削痕除去効果を得られる。即ち、加工時にスラスト荷重が加わることにより、ワークは工具軸方向に弾性変形し、ボール刃通過後に弾性変形の戻りにより先端球状面に接触するため、軸方向でボール刃に対して僅かに先端球状面が逃げていても切削加工面に摺接するが、２°を超えるほど接触量が小さくなり、磨きの効果は徐々に失われる。また、ボール刃に対して先端球状面が突出していても切削痕除去効果を発揮するが、２°を超えて大きく突出すると過度に擦り、加工面をむしれさせてしまう。望ましくは±０．５°以内の範囲である。
　また、上記（Ｂ）については、例えばＣＣＤカメラを使用した非接触工具径測定機を用い、工具側面から対象となるボール刃の０°、１０°、２０°…９０°位置のＸ座標（工具回転中心からの距離）とＹ座標（先端からの距離）を測定し、この非接触工具径測定機で測定したＸ－Ｙ座標から最小二乗法で近似円の半径Ｒを算出し（図１５参照）、この半径Ｒから算出される前記高さの理論値ｈと任意の円上の工具軸方向高さ（レーザ顕微鏡により測定したＺ座標値）とを比較することで確認できる。
　具体的には、上記（Ａ）を満たすものにおいて、前記近似直線の最大値側（工具先端側に突出する側）の値と前記高さの理論値ｈとが一致若しくは近似していれば球状面と判断できるし、前記近似直線の最大値側の値と前記高さの理論値ｈとの差が大きい場合、球面状ではないと判断できる。
　なお、ボール刃の前記Ｘ－Ｙ座標は必ずしも０°から１０°刻みで９０°まで測定する必要はなく、所定間隔で複数点測定すれば良い。例えば、図１５の（ａ）のような通常のボールエンドミルに限らず、（ｂ）のようなテーパボールエンドミルの場合には、ボール刃の前記Ｘ－Ｙ座標を０°から１０°刻みで６０°まで測定してＲを算出しても良い。
　実際に、呼びＲが０．５ｍｍである、本実施例に係るボールエンドミルの上記（Ａ）及び（Ｂ）の測定結果を図１６に、従来品（球状面ではなく一般的な逃げ面の例）の上記（Ａ）の測定結果を図１７に示す。
　上記（Ａ）については、前記ボールエンドミルの工具回転中心Ｏを中心とした半径０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５ｍｍの各円上のＺ座標を夫々所定間隔で測定し、工具先端面の当該円上の全Ｚ座標値に最小二乗法で近似直線を引いて確認した。
　上記（Ｂ）については、前記ボールエンドミルの実際のＲを測定したところ、本実施例に係るボールエンドミルの実際のＲは０．５０１８ｍｍであった。そして、Ｒ＝０．５０１８ｍｍの近似円から算出できる高さの理論値ｈとＺ座標（近似直線の最大値）とを比較して確認した。なお、従来品については上記（Ａ）を満たさないことが明らかであることから上記（Ｂ）の確認は行っていない。
　これらの結果から、本実施例に係るボールエンドミルは、近似直線の傾きはμｍ表記、角度表記とも略０であり、高さの理論値ｈとＺ座標（近似直線の最大値）との差も略０であることから、球状面であることが確認できた。
　一方、従来品は、近似直線に明らかな傾きが確認でき、球面の特徴を備えておらず球状面でないことが確認できた。
　１　工具本体
　２　切り屑排出溝
　３　すくい面
　４　先端球状面
　５・６　ボール刃
　７　逃げ面
　Ｏ　工具回転中心
　Ｗ　先端球状面の刃直角方向の幅
　Ｘ・Ｙ　工具回転中心からの距離

Claims (16)

  1. 　工具本体の外周に、工具先端から基端側に向かう複数の切り屑排出溝が形成され、この切り屑排出溝のすくい面と前記工具本体の先端球状面との交差稜線部にボール刃が設けられたボールエンドミルであって、工具回転中心が先端球状面上に存在し、工具先端視において一の前記ボール刃にして工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離が、他の前記ボール刃の同距離より小さくなるように設定された中心寄りボール刃を有するものであることを特徴とするボールエンドミル。
  2. 　請求項１記載のボールエンドミルにおいて、前記先端球状面は前記ボール刃により切削された面に摺接するものであることを特徴とするボールエンドミル。
  3. 　請求項１記載のボールエンドミルにおいて、前記先端球状面の工具回転方向後方側には逃げ面が連設されていることを特徴とするボールエンドミル。
  4. 　請求項２記載のボールエンドミルにおいて、前記先端球状面の工具回転方向後方側には逃げ面が連設されていることを特徴とするボールエンドミル。
  5. 　請求項１～４いずれか１項に記載のボールエンドミルにおいて、前記先端球状面の刃直角方向の幅は工具外径の０．５％以上２５％以下であることを特徴とするボールエンドミル。
  6. 　請求項１～４いずれか１項に記載のボールエンドミルにおいて、前記先端球状面の刃直角方向の幅は工具外径の２．５％以上２０％以下であることを特徴とするボールエンドミル。
  7. 　請求項１～４いずれか１項に記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の０％を超え３％以下であることを特徴とするボールエンドミル。
  8. 　請求項５記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の０％を超え３％以下であることを特徴とするボールエンドミル。
  9. 　請求項６記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の０％を超え３％以下であることを特徴とするボールエンドミル。
  10. 　請求項１～４いずれか１項に記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  11. 　請求項５記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  12. 　請求項６記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  13. 　請求項７記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  14. 　請求項８記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  15. 　請求項９記載のボールエンドミルにおいて、前記中心寄りボール刃でない他の前記ボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離は、工具外径の２％以上１０％以下で且つ前記中心寄りボール刃の前記工具回転中心に最も近接する点の該工具回転中心からの距離の１．３倍以上であることを特徴とするボールエンドミル。
  16. 　請求項１～４いずれか１項に記載のボールエンドミルにおいて、前記ボール刃の数は、２乃至４であることを特徴とするボールエンドミル。
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