WO2023119614A1 - エンドミル - Google Patents

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WO2023119614A1
WO2023119614A1 PCT/JP2021/048138 JP2021048138W WO2023119614A1 WO 2023119614 A1 WO2023119614 A1 WO 2023119614A1 JP 2021048138 W JP2021048138 W JP 2021048138W WO 2023119614 A1 WO2023119614 A1 WO 2023119614A1
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WO
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Prior art keywords
groove
end mill
tool
cutting
rear end
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/048138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
格 伊東
Original Assignee
オーエスジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オーエスジー株式会社 filed Critical オーエスジー株式会社
Priority to CN202180102470.7A priority Critical patent/CN117980100A/zh
Priority to PCT/JP2021/048138 priority patent/WO2023119614A1/ja
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft

Definitions

  • the present invention relates to end mills.
  • Roughing end mills used for heavy cutting and rough cutting are required to store and discharge a large amount of generated chips. For that reason, it is important to secure a sufficient chip room. Increasing the chip room reduces the cross-sectional area of the tool. When the cross-sectional area of the tool is reduced, the tool cannot withstand the bending stress during cutting, which may cause breakage.
  • the groove of the taper end mill disclosed in Patent Document 1 is provided so that the groove bottom radius becomes smaller from the shank side toward the tip side of the tool.
  • the groove bottom radius is the distance between the groove bottom and the axis.
  • the groove bottom radius changes linearly at a predetermined slope angle in the axial direction.
  • the slope angle changes at a predetermined change point so that the tip side of the tool is smaller than the shank side.
  • the core thickness is small on the tip side of the tool where the taper angle is small. As a result, a chip room can be secured on the tip side of the tool where cutting is mainly performed.
  • the core thickness increases at a large rate of change toward the shank side. Therefore, the taper end mill can ensure strength and rigidity.
  • An object of the present invention is to provide an end mill that can improve machining efficiency.
  • An end mill is an end mill in which cutting edges are provided along a plurality of twisted grooves twisted about an axis, wherein the groove bottoms of the twisted grooves extend from the tip of the tool toward the rear end of the tool.
  • a linear portion extending linearly in parallel with the axis to a position separated by the length of the outer diameter;
  • a gradient portion that linearly inclines toward the direction outer side, a rear end of the linear portion and a front end of the gradient portion are connected, and a gradient portion extends radially outward from the linear portion side toward the gradient portion side.
  • an R-shaped portion curved in an arc, and the rake angle of the cutting edge is constant over the entire circumference of the cutting edge.
  • the groove bottom of the twisted groove of this mode has a straight portion, it is possible to sufficiently secure the chip accommodation capacity. Furthermore, the groove bottom of the twisted groove has an inclined portion on the rear end side. The inclined portion linearly inclines radially outward from the straight portion side toward the rear end side. As a result, since the groove bottom radius increases toward the rear end side, the rigidity on the rear end side can be improved. Furthermore, an R-shaped portion is provided between the straight portion and the inclined portion. The R-shaped portion curves radially outward in an arc shape from the straight portion side to the slope portion side. As a result, the entire R-shaped portion can receive the stress applied between the straight portion and the sloped portion while the workpiece is being cut.
  • the rigidity of the whole tool can be improved.
  • the rake angle is constant over the entire circumference of the cutting edge, so cutting performance for the workpiece can be ensured.
  • the end mill can process the workpiece with a high depth of cut and a high feed rate, thereby improving the processing efficiency.
  • the plurality of twisted grooves of the end mill of this aspect are unequal divisions in which groove division angles of two twisted grooves adjacent in the circumferential direction are different from each other in a front view of the tip of the tool.
  • An unequal lead in which the twist angles of the two twist grooves are different from each other may also be used.
  • the end mill can suppress self-excited vibration that occurs during cutting of the workpiece.
  • the plurality of twisted grooves of the end mill of this aspect alternately include first grooves and second grooves having different groove division angles in the circumferential direction, and the first groove division angle of the first groove is equal to that of the second groove. and the width of the first groove on the tool tip side is narrower than the groove width of the second groove on the tool tip side, and the first groove is on the tool tip side
  • the groove width may be gradually widened from the tip side toward the rear end side, and the groove width of the second groove may be gradually narrowed from the tool tip side toward the rear end side.
  • the first slope angle of the slope portion of the first groove of the end mill of this aspect and the second slope angle of the slope portion of the second groove may be different from each other.
  • the end mill can achieve both improved chip discharge performance and improved rigidity.
  • the tip of the tool of the end mill of this aspect may be hemispherical, and the cutting edge may be provided with a nick at least on the tip side of the tool.
  • the end mill can improve chip discharge performance and reduce contact friction with the workpiece.
  • the value of the radius R of the R-shaped portion of the end mill of this aspect may be within the range of 50 to 90 mm.
  • the curved shape of the R-shaped portion can be favorably formed, so that the rigidity can be improved.
  • the R-shaped portion can be formed by moving the grindstone along an arc track. You may form a R-shaped part by the processing method which transfers .
  • FIG. 1 is a perspective view of an end mill 1;
  • FIG. 2 is a side view of the end mill 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2; 3 is an image diagram of a cross section along the axis O of the end mill 1.
  • FIG. FIG. 4 is a developed view of twisted grooves 5 to 8; It is a figure which compared the shape of the 1st groove
  • 4 is a graph showing the results of Test 1; 4 is a table showing the results of Test 2; 10 is a graph showing the results of Test 3-1; 10 is a graph showing the results of Test 3-2; 7 is a table showing lengths of straight portions, radii R of rounded portions, ⁇ 5, and ⁇ 6 of seven types of end mills. 4 is a table showing the results of Test 4; 4 is a graph showing the results of Test 4;
  • the configuration of a roughing ball end mill 1 (hereinafter referred to as end mill 1) will be described with reference to FIGS.
  • the end mill 1 is mainly used for heavy cutting and rough cutting.
  • the end mill 1 integrally includes a shank 2 and a blade portion 3 on the axis O.
  • the shank 2 is provided on the rear end side of the end mill 1 and the blade portion 3 is provided on the front end side of the end mill 1 .
  • the shank 2 is a round bar and is attached to the spindle of a machine tool (not shown). The machine tool rotates the end mill 1 clockwise around the axis O (see arrow T in FIGS.
  • the end mill 1 cuts grooves in the work.
  • the base material of the end mill 1 is HSS, it is not limited to this, and a hard film may be coated with, for example, cemented carbide.
  • the end mill 1 has a tool length of 80 mm, a tool diameter of 10 mm, a shank 2 length of 57.6 mm, and a blade portion 3 length of 22.4 mm.
  • the blade part 3 is rod-shaped and connected to the shank 2 on the axis O, and a hemispherical ball part 30 is provided at its tip.
  • Four twisted grooves 5 to 8 are provided around the axis O on the outer peripheral surface of the blade portion 3 .
  • the twisted grooves 5 to 8 are twisted to the right when viewed from the shank 2 side, and have unequal divisions and unequal leads as will be described later.
  • a peripheral cutting edge 11 is provided along one opening edge of each of the twisted grooves 5-8. Therefore, four outer peripheral cutting edges 11 are provided on the outer peripheral surface of the blade portion 3 .
  • the rake angle of the peripheral cutting edge 11 is constant over the entire circumference, and is, for example, 6°.
  • a large number of nicks 15 are provided on the peripheral cutting edge 11 .
  • the nick 15 extends parallel to the direction crossing the axis O. As shown in FIG.
  • the ball portion 30 is provided with four bottom cutting edges 12 .
  • the four bottom cutting edges 12 are connected to the corresponding four outer peripheral cutting edges 11, respectively.
  • the rake angle of the bottom cutting edge 12 is also constant over the entire circumference like the peripheral cutting edge 11, and is 6° as an example.
  • Two nicks 16 are provided on each of the four bottom cutting edges 12 .
  • the nick 16 also extends parallel to the direction intersecting the axis O. As shown in FIG. Chips cut out by the peripheral cutting edge 11 and the bottom cutting edge 12 are separated by the nicks 15 and 16 and discharged to the shank 2 side through the twisted grooves 5 to 8 together with the coolant. Therefore, the chip discharge performance is improved, so that the end mill 1 can perform cutting with high efficiency.
  • the twisted grooves 5 and 7 face each other across the axis O, and the twisted grooves 6 and 8 sandwich the axis O. facing each other.
  • the twisted grooves 5 and 7 are defined as the first grooves 21 and the twisted grooves 6 and 8 are defined as the second grooves 22 . Since the groove division angle ⁇ 1 of the first groove 21 and the groove division angle ⁇ 2 of the B groove are different from each other, the twisted grooves 5 to 8 are unequal divisions.
  • the groove division angle ⁇ 1 is 81° and the groove division angle ⁇ 2 is 99°. Since the twisted grooves 5 to 8 are unevenly divided, the four outer peripheral cutting edges 11 are unevenly arranged in the circumferential direction. As an example, the four peripheral cutting edges 11 are arranged at positions of 0°, 81°, 180°, and 261°. As a result, periodic self-excited vibration does not occur during cutting, and chattering is less likely to occur even when the cutting load is high. Furthermore, since chips are scattered and discharged, it is possible to prevent clogging of the twisted grooves 5 to 8 with chips during cutting.
  • the twist angle ⁇ 3 of the first groove 21 and the twist angle ⁇ 4 of the second groove 22 are different from each other, so the twist grooves 5 to 8 have unequal leads.
  • the twist angles ⁇ 3 and ⁇ 4 are twist angles with respect to the axis O. As shown in FIG. As an example, the twist angle ⁇ 3 is 40° and the twist angle ⁇ 4 is 42°. In this embodiment, the twist angle ⁇ 4 of the second grooves 22 is greater than the twist angle ⁇ 3 of the first grooves 21 .
  • the width of each of the first groove 21 and the second groove 22 will be described with reference to FIG.
  • the width of the groove means the length in the direction orthogonal to the length direction of the groove.
  • the two first grooves 21 and the two second grooves 22 are arranged alternately in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the blade portion 3 .
  • the groove division angle ⁇ 1 of the first grooves 21 is smaller than the groove division angle ⁇ 2 of the second grooves 22 (see FIG. 3). Therefore, on the tip side (left side in FIG. 4) of the blade portion 3, the width of the first groove 21 is narrower than the width of the second groove 22, and the width of the second groove 22 is equal to the width of the first groove 21. It's wider than that.
  • the width of the first groove 21 gradually increases toward the shank 2 side, and the width of the second groove 22 gradually decreases toward the shank 2 side, contrary to the first groove 21 . Therefore, on the shank 2 side of the blade portion 3, the width of the first groove 21 is wider than the width of the second groove 22, and the width of the second groove 22 is narrower than the width of the first groove 21. .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view along the axis O of the end mill 1.
  • the first groove 21 and the second groove 22 are arranged along the axis O. It is an image diagram extended parallel to.
  • the groove bottom of the first groove 21 includes a linear portion 41, an R-shaped portion 42, an inclined portion 43, and a raised portion 44 in order from the tool tip side toward the shank 2 side.
  • the linear portion 41 is provided on the tip side of the blade portion 3 and is a portion that extends parallel to the axis O from the tip side of the tool to the outer diameter Dc.
  • the outer diameter Dc is the tool diameter (diameter) of the end mill, and is 10 mm as an example.
  • An enlarged diameter portion 40 is provided on the tip side of the tool.
  • the enlarged diameter portion 40 is tapered from the tip of the tool toward the shank 2 side, or enlarged in diameter in a curved shape based on this, and is connected to the front end of the straight portion 41 .
  • the length of the expanded diameter portion 40 may be designed according to the tool diameter.
  • the groove bottom diameter ratio of the straight portion 41 is 53%.
  • the groove bottom diameter ratio is the ratio of the groove bottom diameter to the tool diameter.
  • a large chip room 61 is formed in a portion of the first groove 21 corresponding to the straight portion 41 .
  • the sloped portion 43 is a sloped portion provided closer to the shank 2 than the intermediate portion in the length direction of the blade portion 3 and linearly sloped so that the groove bottom diameter increases toward the shank 2 side.
  • An example of the slope angle ⁇ 5 of the slope portion 43 with respect to the axis O is 5°.
  • the R-shaped portion 42 is a portion that smoothly connects the rear end of the straight portion 41 and the front end of the inclined portion 43 in an arc shape.
  • the R-shaped portion 42 is curved in an arc shape so that the groove bottom diameter gradually increases from the rear end of the straight portion 41 toward the front end of the sloped portion 43 .
  • the groove bottom diameter ratio at the rear end of the R-shaped portion 42 is 55%.
  • the gently arcuate R-shaped portion 42 can be formed by applying a grindstone to the base material of the tool rotating at high speed or by moving the tool along an arcuate trajectory.
  • the raised portion 44 is a portion that is rounded up from the rear end of the inclined portion 43 toward the surface of the tool.
  • the groove bottom of the second groove 22 like the groove bottom of the first groove 21, also has an enlarged diameter portion 50, a linear portion 51, and an R-shaped portion in this order from the tool tip side toward the shank 2 side.
  • a portion 52 , an inclined portion 53 , and a rounded portion 54 are provided.
  • a large chip room 62 is formed in a portion of the second groove 22 corresponding to the straight portion 51 .
  • the slope angle ⁇ 6 of the slope portion 43 with respect to the axis O is 3°. Although the slope angles ⁇ 5 and ⁇ 6 of this embodiment are different from each other, they may be the same.
  • the chip discharge performance and rigidity when cutting a workpiece with the end mill 1 will be described.
  • the depth of cut is normally less than the outer diameter Dc, so the end mill 1 is required to have a large capacity to accommodate chips.
  • large chip rooms 61 and 62 are provided in portions corresponding to the straight portions 41 and 51, respectively. Since the chip rooms 61 and 62 can accommodate large chips generated on the tip side of the tool, they can be discharged to the shank 2 side. Thereby, the end mill 1 can prevent chips from clogging the first groove 21 and the second groove 22 .
  • the groove bottom radii of the straight portions 41 and 51 of the first groove 21 and the second groove 22 become smaller, but the groove bottom radii of the sloped portions 43 and 53 gradually increase toward the shank 2 side.
  • the end mill 1 can improve the rigidity on the shank 2 side compared to an end mill in which the linear portions 41 and 51 of the first groove 21 and the second groove 22 are extended to the shank 2 side. Therefore, the end mill 1 can improve the rigidity of the blade portion 3 on the shank 2 side while improving the chip discharging performance of the first groove 21 and the second groove 22 .
  • the end mill 1 does not directly connect the straight portions 41, 51 and the sloped portions 43, 53, but indirectly connects them via the R-shaped portions 42, 52. If the straight portions 41, 51 and the sloped portions 43, 53 are directly connected, the groove bottom radius changes abruptly at the connecting portion between the straight portions 41, 51 and the sloped portions 43, 53. In this case, since a large load is applied to the connection portion where the groove bottom radius changes rapidly during cutting of the workpiece, there is a possibility of breakage at the connection portion. Since the end mill 1 smoothly connects the straight portions 41, 51 and the sloped portions 43, 53 by the arc-shaped R-shaped portions 42, 52, the groove bottom radius from the straight portions 41, 51 toward the sloped portions 43, 53 gradually increases. As a result, the load is applied to the entire R-shaped portions 42 and 52 in a distributed manner during cutting of the workpiece, so breakage can be effectively prevented.
  • the processing of the R-shaped portions 42 and 52 is performed by bringing a circular grindstone into contact with the base material rotating at high speed.
  • the size of the radius R (R dimension) at this time is preferably 50 (mm) to 90 (mm).
  • the size of R is greater than 90 (mm)
  • the rounded portions 42, 52 extend toward the shank 2, so the front ends of the sloped portions 43, 53 move toward the shank 2, reducing rigidity. put away.
  • the size of the R is smaller than 50 (mm)
  • the rounded portions 42 and 52 are slightly curved, so stress concentration is likely to occur, and chips can smoothly flow into the first grooves 21.
  • the rake angle of the outer peripheral cutting edge 11 is constant (for example, 6°) at any position.
  • the sharpness of the workpiece can be improved, and the cutting resistance can be reduced.
  • the chip shape is stabilized, clogging of chips in the first groove 21 and the second groove 22 can be prevented.
  • the slope angle ⁇ 5 of the slope portion 43 of the first groove 21 having a large width on the shank 2 side is larger than the slope angle ⁇ 6 of the slope portion 53 of the second groove 22 having a narrow width on the shank 2 side.
  • Test 1 was conducted to verify the effects of the groove bottom shapes of the first groove 21 and the second groove 22 .
  • the end mill 1 of the present invention and end mills 101 to 104 of comparison were examined for tool life when cutting a workpiece.
  • the tool life was determined by cutting endurance length (m).
  • the cutting endurance length was defined as the length when Vb (peripheral flank wear width) was 0.5 mm or when it was broken.
  • the end mills 101 to 104 are obtained by changing the groove bottom shapes of the first groove 21 and the second groove 22, respectively.
  • FIG. 6 only the groove bottom shape of the first groove 21 will be described for the sake of clarity.
  • the end mill 101 is obtained by extending the straight part 41 of the end mill 1 to the shank 2 side and rounding it up with a rounding part 44 .
  • the end mill 102 is obtained by shallowing the groove bottom of the linear portion 41 of the end mill 101 .
  • the end mill 103 is obtained by making the groove bottom of the linear portion 41 of the end mill 102 shallower.
  • the end mill 104 is obtained by deforming the groove bottom into a zigzag shape.
  • Each of the end mills 1, 101 to 104 has a tool diameter of 10 mm and four blades.
  • the groove bottom diameter ratio at each position of the end mills 1, 101 to 104 will be explained. As shown in FIG. 7, for each of the end mills 1, 101 to 104, the groove bottom diameter ratio was measured at four points 7 mm, 10 mm, 15 mm, and 20 mm away from the tip of the tool. The groove bottom diameter ratio indicates the ratio (%) of the groove bottom diameter to the tool diameter. In end mill 1, the groove bottom diameter ratio at the 7 mm point was 53%, the groove bottom diameter ratio at the 10 mm point was 53%, the groove bottom diameter ratio at the 15 mm point was 55%, and the groove bottom diameter ratio at the 20 mm point was 58%. .
  • the 7 mm point corresponds to the position on the tip side of the linear portion 41
  • the 10 mm point corresponds to the position of the rear end of the linear portion 41
  • the 15 mm point corresponds to the position of the starting end of the slope portion 43
  • the 20 mm point corresponds to It corresponds to a position on the rear end side of the lengthwise intermediate portion of the inclined portion 43 .
  • the groove bottom diameter ratio was 53% at each of the 7 mm point, 10 mm point, 15 mm point, and 20 mm point.
  • the groove bottom diameter ratio was 57% at the 7 mm point, 10 mm point, 15 mm point, and 20 mm point.
  • the groove bottom diameter ratio was 58% at the 7 mm point, 10 mm point, 15 mm point, and 20 mm point.
  • the groove bottom diameter ratio at the 7 mm point is 53%
  • the groove bottom diameter ratio at the 10 mm point is 44.67%
  • the groove bottom diameter ratio at the 15 mm point is 56.33%
  • the groove bottom diameter ratio at the 20 mm point is 58. %Met.
  • the rake angles of the outer peripheral cutting edges 11 of the end mills 1, 101 to 104 were all set to 6°.
  • the cutting speed was 80 m/min
  • the rotational speed was 2547 min ⁇ 1
  • the feed rate was 1019 mm/min
  • the axial depth of cut was 10 mm
  • the width was 10 mm.
  • the feed speed means the speed at which the table on which the workpiece is fixed is moved relative to the tool mounted on the spindle of the machine tool (not shown).
  • the durable cutting length (m) of the end mill 1 which is the product of the present invention, was 120.8.
  • the end mill 101 had a durable cutting length (m) of 0.1 and was broken during cutting of the workpiece.
  • the end mill 102 had a durable cutting length (m) of 34 and was broken during cutting of the workpiece.
  • the end mill 103 had a cutting endurance length (m) of 0.1 and was broken during cutting of the workpiece.
  • the end mill 104 had a durable cutting length (m) of 58 and was broken during cutting of the workpiece. Considering these results, in the end mill 101, since the linear portion 41 extends to the shank 2 side, it is considered that the rigidity of the shank 2 side was lowered and the breakage occurred.
  • the end mill 102 had a larger groove bottom diameter ratio than the end mill 101, and thus had slightly improved rigidity.
  • the groove bottom diameter ratio was further increased and the chip room was narrowed, chips were clogged in the first groove 21, resulting in breakage.
  • End mill 104 had a longer cutting endurance length (m) than end mills 101 to 103, but was significantly shorter than end mill 1. Since the bottom of the groove is zigzag, it is thought that chips were caught on the bottom of the groove and clogged, resulting in breakage.
  • the end mill 1 which is the product of the present invention, had the longest cutting endurance length (m). rice field.
  • Test 2 was conducted to verify the effects of unequal division and unequal leads.
  • Test 2 the maximum depth of cut into the work was examined for the end mill 1, which is the product of the present invention, and the end mill, which is the comparative product, with equal division and equal lead.
  • the tool diameter of each of the present invention product and the comparative product is 10 mm, and the number of blades is 4.
  • the maximum depth of cut of the product of the present invention was larger than the maximum depth of cut of the comparative product. I found out.
  • Test 3 was conducted to verify the effect of keeping the rake angle constant.
  • end mill 1 which is the product of the present invention
  • an end mill whose rake angle varies according to the slope of the groove bottom were prepared as comparison products, and the maximum value of cutting force (N) when the depth of cut was changed. and averaged.
  • the configuration of the comparative product is the same as that of the product of the present invention except that the rake angle varies according to the slope of the groove bottom.
  • Both the tool diameters of the present invention product and the comparative product are ⁇ 20 (R10) mm.
  • Pre-hardened steel (40HRC) was used for the work.
  • the cutting speed was 100 m/min
  • the rotation speed was 1590 min ⁇ 1
  • the feed speed was 450 mm/min
  • the groove was cut with a width of 10 mm.
  • the cutting resistance (N) was measured when the axial cutting depth AP was changed from 0.3D to 1.0D, and the maximum and average values were examined. Note that D is the tool diameter.
  • the maximum value of AP 0.6D
  • the value was 2182
  • the maximum value of the cutting resistance of the product of the present invention showed a tendency to increase as the depth of cut increased, similar to the change in the maximum value of the comparative product.
  • the slope of the rise was greatly reduced especially after the depth of cut of 0.5D, and the difference increased as the depth of cut increased.
  • the maximum value of AP 0.6D
  • the value was 2062
  • the average value of the cutting resistance of the products of the present invention also tended to increase as the depth of cut increased, similar to the change in the average value of the comparative products.
  • the average value of the cutting resistance of the product of the present invention compared to the change in the average value of the comparative product, the slope of the increase at a cutting depth of 0.5D or later is greatly reduced, and as the cutting depth increases The difference has grown.
  • the maximum and average values of the cutting resistance of the products of the present invention increased as the depth of cut increased, but they were lower than the rising slope of the maximum and average values of the cutting resistance of the comparative products. Therefore, it was found that the constant rake angle of the peripheral cutting edge 11 reduces the cutting resistance to the workpiece.
  • Test 4 was conducted in order to verify the inclination angles ⁇ 5 and ⁇ 6 of the first groove 21 and the second groove 22 and the curved shape of the R-shaped portions 42 and 52 .
  • 7 types of end mills A to G were prepared, and the tool life of each was examined by cutting the workpiece.
  • End mills A and B are products of the present invention
  • end mills C to G are comparative products.
  • the length (mm) of the straight portions 41 and 51 of the first groove 21 and the second groove 22, the size of the R of the R-shaped portions 42 and 52, and the slope angle of the slope portion 43 .theta.5 and the slope angle .theta.6 of the slope portion 53 are defined respectively.
  • the length (mm) of the straight portions 41 and 51 is the length from the tip of the tool to the rear end of each of the straight portions 41 and 51 (hereinafter collectively referred to as straight portions).
  • the straight portions 41 and 51 have the same length.
  • the length of the straight portion is 10 mm
  • the size of the R-shaped portion is 75 mm
  • the slope angle ⁇ 5 is 3°
  • the slope angle ⁇ 6 is 3°
  • the straight portion has a length of 10 mm
  • the radius of the rounded portion is 75 mm
  • the slope angle ⁇ 5 is 5°
  • the slope angle ⁇ 6 is 3°.
  • the only difference between end mills A and B is the slope angle ⁇ 5.
  • the straight portion has a length of 10 mm
  • the radius of the rounded portion is 10 mm
  • the inclination angle ⁇ 5 is 3°
  • the inclination angle ⁇ 6 is 3°.
  • the straight portion has a length of 10 mm, the radius of the rounded portion is 30 mm, the inclination angle ⁇ 5 is 3°, and the inclination angle ⁇ 6 is 3°.
  • the straight portion has a length of 10 mm, the radius of the rounded portion is 50 mm, the inclination angle ⁇ 5 is 3°, and the inclination angle ⁇ 6 is 3°.
  • the straight portion has a length of 10 mm, the radius of the rounded portion is 90 mm, the inclination angle ⁇ 5 is 3°, and the inclination angle ⁇ 6 is 3°.
  • the straight portion has a length of 10 mm, the radius of the rounded portion is 100 mm, the inclination angle ⁇ 5 is 3°, and the inclination angle ⁇ 6 is 3°.
  • the tool diameter of each of the end mills A to G is 10 mm, and the number of teeth is four.
  • Cutting conditions will be explained.
  • Stainless steel (SUS304) was used for the work.
  • the cutting speed was 80 m/min
  • the rotation speed was 2547 min ⁇ 1
  • the feed rate was 1019 mm/min
  • the groove width was 10 mm
  • the axial depth of cut was 10 mm.
  • the tool life when grooving a workpiece under these cutting conditions was investigated. As in Test 1, the tool life was determined by cutting endurance length (m).
  • the cutting endurance length was defined as the length when Vb (peripheral flank wear width) was 0.5 mm or when it was broken.
  • the conversion values are calculated for each of the other end mills, and these conversion values and the cutting endurance length are determined.
  • the condition of the tool was comprehensively evaluated in three stages of ⁇ , ⁇ , and ⁇ .
  • an end mill with a conversion value of 70 to 100% was rated as ⁇
  • an end mill with a conversion value of 40 to 70% was rated as ⁇
  • an end mill with a conversion value of 0 to 39% was rated as x.
  • End mill A has a cutting endurance length of 120.8
  • end mill B has a cutting endurance length of 131.5
  • end mill C has a cutting endurance length of 2.4
  • end mill D has a cutting endurance length of 13.3
  • end mill E. was 95.2
  • the end mill F had a cutting endurance length of 102.3
  • the end mill G had a cutting endurance length of 37.6. From these results, the cutting endurance length of end mill B was the longest. Therefore, if the cutting endurance length of end mill B is 100.0%, the conversion value of end mill A is 91.9%, the conversion value of end mill C is 1.8%, and the conversion value of end mill D is 10.1%.
  • the conversion value of the end mill E was 72.4%
  • the conversion value of the end mill F was 77.8%
  • the conversion value of the end mill G was 28.6%.
  • the reason why the end mills A, B, E, and F were judged to be the cutting endurance length was wear, and the end mills C, D, and G were broken.
  • both end mills A and B were evaluated as O, and it was found that the groove bottom shape of each of the first groove 21 and the second groove 22 could improve chip discharge performance and ensure rigidity. rice field.
  • the tool life of the end mill B was longer than that of the end mills A and B, it was found that setting the slope angles ⁇ 5 and ⁇ 6 different from each other rather than making them the same would extend the tool life.
  • the end mills A, C to G have different R values of the R-shaped portions. As the value of R increases, the arc of the R-shaped portion (R-shaped portion) curves gently and greatly.
  • the evaluation of the end mills A, E, and F was ⁇ , and the evaluation of the other end mills C, D, and G was x. That is, the end mill E with an R value of 50 (mm), the end mill A with an R value of 75 (mm), and the end mill F with an R value of 90 (mm) did not break and reached the tool life due to wear.
  • the curved shape of the R-shaped portion becomes steep, so that the load tends to be concentrated. Therefore, it is considered that the end mills C and D having small R values are likely to break at the R-shaped portion. Conversely, if the value of R is large, the R-shaped portion becomes nearly straight, so that the groove bottom diameter hardly changes from the straight portion and the rigidity cannot be improved. Therefore, in this case as well, it is considered that the R-shaped portion is likely to break.
  • the entire R-shaped portion can receive the load applied between the straight portion and the sloped portion, and the durability is improved. can be improved.
  • the peripheral cutting edge 11 and the bottom cutting edge 12 are examples of the "cutting edge” of the present invention.
  • the groove dividing angle ⁇ 1 is an example of the "first groove dividing angle” in the present invention
  • the groove dividing angle ⁇ 2 is an example of the “second groove dividing angle” in the present invention.
  • the slope angle ⁇ 5 is an example of the "first slope angle” in the present invention
  • the slope angle ⁇ 6 is an example of the "second slope angle” in the present invention.
  • the end mill 1 of the present embodiment is a roughing machine for heavy cutting and rough cutting in which the outer cutting edge 11 and the bottom cutting edge 12 are provided along the twisted grooves 5 to 8 twisted around the axis O. It is an end mill.
  • Each groove bottom of the twisted grooves 5 to 8 has a linear portion 41 (51), an R-shaped portion 42 (52), and an inclined portion 43 (53).
  • the linear portion 41 extends linearly in parallel with the axis O from the front end of the tool to a position separated by the length of the outer diameter of the tool toward the rear end side.
  • the sloped portion 43 is provided closer to the rear end than the straight portion 41 and linearly slopes outward in the radial direction from the straight portion 41 toward the rear end.
  • the R-shaped portion 42 connects the rear end of the straight portion 41 and the front end of the sloped portion 43 , and curves radially outward in an arc shape from the straight portion 41 side toward the sloped portion 43 side.
  • the rake angle between the outer peripheral cutting edge 11 and the bottom cutting edge 12 is constant over the entire circumference.
  • the groove bottoms of the twisted grooves 5 to 8 are provided with the linear portions 41, it is possible to ensure a sufficient chip accommodation capacity. Furthermore, since the sloped portion 43 is provided on the rear end side, the groove bottom radius increases toward the rear end side, so that the rigidity on the rear end side can be improved. Furthermore, since the R-shaped portion 42 is provided between the straight portion and the sloped portion, the stress applied between the straight portion 41 and the sloped portion 43 is distributed and received by the entirety of the R-shaped portion 42 during cutting of the workpiece. be able to. Thereby, the end mill 1 can improve the rigidity of the whole tool.
  • the end mill 1 is capable of machining a workpiece with a high depth of cut and a high feed, so that machining efficiency in heavy cutting and rough cutting can be improved.
  • the end mill 1 is for heavy cutting and rough cutting, but may be for normal cutting or finishing.
  • the end mill 1 has four twisted grooves 5 to 8, but the number of twisted grooves may be plural, for example, two or four or more.
  • the end mill 1 has unequal divisions and unequal leads, but may be unequal divisions and equal leads, unequal divisions and equal leads, and equal divisions and unequal leads.
  • the twisted grooves 5 to 8 are right-handed, but may be left-handed.
  • the rake angle between the peripheral cutting edge 11 and the bottom cutting edge 12 is constant, it may not be constant, and may vary according to the slopes of the groove bottoms of the twisted grooves 5 to 8, for example.
  • the number of nicks 16 provided on the bottom cutting edge 12 should be at least one, and may be two or more.
  • the number of nicks 15 provided on the outer peripheral cutting edge 11 is also not limited.

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Abstract

エンドミルは、捩じれ溝に沿って外周切れ刃と底刃を備える。捩じれ溝は第１溝（２１）と第２溝（２２）を備える。第１溝（２１）の溝底は、直線部（４１）、Ｒ状部（４２）、勾配部（４３）を備える。直線部（４１）は、工具先端から後端側に向けて工具外径の長さ分離れた位置まで、軸線Ｏと平行且つ直線状に延びる。勾配部（４３）は、直線部（４１）よりも後端側に設けられ、直線部（４１）側から後端側に向かうに従って径方向外側に向けて直線状に傾斜する。Ｒ状部（４２）は、直線部（４１）の後端と勾配部（４３）の前端とを接続し、直線部（４１）側から勾配部（４３）側に向かうに従って径方向外側に向けて円弧状に湾曲する。外周切れ刃と底刃のすくい角は全周に亘って一定である。

Description

エンドミル
　本発明は、エンドミルに関する。
　重切削及び荒切削に使用されるラフィングエンドミルは、生成される多量の切り屑を収納し排出することが要求される。その為には十分なチップルームの確保が重要である。チップルームを大きくすると工具断面積が減少する。工具断面積が減少すると、切削時の曲げ応力に工具が耐えられなくなり、折損を引き起こす可能性がある。
　特許文献１が開示するテーパエンドミルの溝は、溝底半径がシャンク側から工具先端側へ向かうに従って小さくなるように設けられる。溝底半径とは溝底と軸線との距離である。溝底半径は、軸線方向において所定の勾配角で直線的に変化する。勾配角は、シャンク側に比較して工具先端側の方が小さくなるように予め定められた変化点で変化する。勾配角が小さい工具先端側では芯厚は小さくなる。これにより、切削が主に行われる工具先端側では、チップルームを確保できる。勾配角が大きいシャンク側では、シャンク側に向かうに従って芯厚は大きな変化率で増加する。それ故、テーパエンドミルは強度や剛性を確保できる。
国際公開第２０１９／２４４３６１号
　特許文献１に記載のテーパエンドミルを重切削や荒切削に使用した場合、生成される切屑が大きい。それ故、工具先端側の溝底の勾配では、大きな切屑を収納して排出できるチップルームを形成できない。また、溝底の勾配に伴い切れ刃のすくい角は次第に小さくなる。この場合、ワークに対する切れ味は低下し、切削抵抗が増加するという問題点もある。すくい角の減少は切り屑の形状を不安定にして、切り屑の詰まりを誘発する要因になる。
　本発明の目的は、加工能率を向上できるエンドミルを提供することである。
　本発明の一態様のエンドミルは、軸線回りに捩じられた複数の捩じれ溝に沿って切れ刃が設けられたエンドミルにおいて、前記捩じれ溝の溝底は、工具先端から後端側に向けて工具外径の長さ分離れた位置まで、前記軸線と平行且つ直線状に延びる直線部と、前記直線部よりも前記後端側に設けられ、前記直線部側から前記後端側に向かうに従って径方向外側に向けて直線状に傾斜する勾配部と、前記直線部の後端と前記勾配部の前端とを接続し、前記直線部側から前記勾配部側に向かうに従って前記径方向外側に向けて円弧状に湾曲するＲ状部とを備え、前記切れ刃のすくい角は、前記切れ刃の全周に亘って一定であることを特徴とする。
　本態様の捩じれ溝の溝底は直線部を備えるので、切り屑の収容能力を十分に確保できる。さらに、捩じれ溝の溝底は、後端側に勾配部を備える。勾配部は、直線部側から後端側に向かうに従って径方向外側に向けて直線状に傾斜する。これにより、溝底半径は後端側に向かうに従って大きくなるので、後端側の剛性を向上できる。更に、直線部と勾配部との間にはＲ状部が設けられている。Ｒ状部は、直線部側から勾配部側に向かうに従って径方向外側に向けて円弧状に湾曲する。これにより、ワーク切削中において、直線部と勾配部との間にかかる応力をＲ状部全体で分散して受けることができる。これにより、工具全体の剛性を向上できる。また、溝底にＲ状部と勾配部が設けられていても、切れ刃の全周に亘ってすくい角が一定なので、ワークに対する切込性能を確保できる。これらにより、エンドミルは、ワークに対して高切込且つ高送りの加工が可能となるので、加工能率を向上できる。
　本態様のエンドミルの前記複数の捩じれ溝は、前記工具先端の正面視において周方向に隣り合う２つの捩じれ溝の夫々の溝分割角が互いに異なる不等分割であり、前記周方向に隣り合う前記２つの捩じれ溝の夫々の捩じれ角が互いに異なる不等リードであってもよい。これにより、エンドミルは、ワーク切削中に生じる自励振動を抑制できる。
　本態様のエンドミルの前記複数の捩じれ溝は、溝分割角が互いに異なる第１溝と第２溝を前記周方向に交互に備え、前記第１溝の第１溝分割角は、前記第２溝の第２溝分割角よりも小さく、前記第１溝の前記工具先端側の溝幅は、前記第２溝の前記工具先端側の溝幅よりも狭く、前記第１溝は、前記工具先端側から前記後端側に向けて前記溝幅が次第に広くなり、前記第２溝は、前記工具先端側から前記後端側に向けて前記溝幅が次第に狭くなっていてもよい。これにより、エンドミルは、第１溝と第２溝において同等量の切り屑の量を収容しつつ後端側に向けて排出できる。よって、エンドミルは、切り屑の排出性能を確保できる。また、エンドミルは不等分割・不等リードであっても、周方向において第１溝と第２溝の間隔を確保できる。
　本態様のエンドミルの前記第１溝の前記勾配部の第１勾配角と、前記第２溝の前記勾配部の第２勾配角とは互いに異なっていてもよい。これにより、エンドミルは、切り屑の排出性能と剛性の向上の両立を図ることができる。
　本態様のエンドミルの前記工具先端は半球状であって前記切れ刃のうち、少なくとも前記工具先端側にニックが設けられてもよい。これにより、エンドミルは、切り屑の排出性能を向上できると共に、ワークとの接触摩擦を低減できる。
　本態様のエンドミルの前記Ｒ状部の半径Ｒの値は、５０～９０ｍｍの範囲内であってもよい。これにより、Ｒ状部の湾曲形状を良好に形成できるので、剛性を向上できる。なお、Ｒ状部を研削加工する際、砥石を円弧軌道に沿って移動させることでＲ状部を形成できるが、Ｒ状部の研削加工時の砥石径を１００ｍｍ～１８０ｍｍにして、そのＲ形状を転写する加工方法でＲ状部を形成してもよい。
エンドミル１の斜視図である。 エンドミル１の側面図である。 図２のＩ－Ｉ線矢視方向断面図である。 エンドミル１の軸線Ｏに沿った断面のイメージ図である。 捩じり溝５～８の展開図である。 ５種のエンドミルの第１溝２１の形状を比較した図である。 ５種のエンドミルの溝底半径とすくい角を示した表である。 試験１の結果を示すグラフである。 試験２の結果を示す表である。 試験３－１の結果を示すグラフである。 試験３－２の結果を示すグラフである。 ７種のエンドミルの直線部の長さ、Ｒ状部の半径Ｒ、θ５、θ６を示す表である。 試験４の結果を示す表である。 試験４の結果を示すグラフである。
　本発明の実施形態を説明する。本発明は下記の実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。説明を明瞭とする為、適宜図面において実際の寸法比率、角度とは異なる寸法比率、角度で示す箇所がある。
　図１～図３を参照し、ラフィングボールエンドミル１（以下、エンドミル１と呼ぶ）の構成について説明する。エンドミル１は主に重切削や荒切削に使用される。図１，図２に示すように、エンドミル１はシャンク２と刃部３を軸線Ｏ上に一体的に備える。シャンク２はエンドミル１の後端側、刃部３はエンドミル１の先端側に設けられる。シャンク２は丸棒であって、図示しない工作機械の主軸に装着される。工作機械は、エンドミル１をシャンク２側から見て軸線Ｏを中心に右回り（図１，図２中矢印Ｔ参照）に回転駆動しつつ、ワークに対して軸線Ｏと直交する方向へ相対移動させる。これにより、エンドミル１は、ワークに対して溝の切削加工を行う。エンドミル１の母材はＨＳＳであるが、これに限定されず、例えば超硬合金で硬質被膜がコーティングされてもよい。一例として、エンドミル１の工具長は８０ｍｍ、工具径は１０ｍｍ、シャンク２の長さは５７．６ｍｍ、刃部３の長さは２２．４ｍｍである。
　刃部３はシャンク２と軸線Ｏ上に連結する棒状であって、その先端部には、半球状のボール部３０が設けられる。刃部３の外周面には、軸線Ｏ周りに４本の捩じれ溝５～８が設けられる。捩じれ溝５～８はシャンク２側から見て右捩じれであり、後述のように、不等分割・不等リードである。捩じれ溝５～８の夫々の一方の開口端縁に沿って外周切れ刃１１が設けられる。それ故、刃部３の外周面には、４枚の外周切れ刃１１が設けられる。外周切れ刃１１のすくい角は全周にわたって一定であり、一例として６°である。外周切れ刃１１には、多数のニック１５が設けられる。ニック１５は軸線Ｏに交差する方向に平行に延びる。
　ボール部３０には、４枚の底刃１２が設けられる。４枚の底刃１２は、対応する４枚の外周切れ刃１１の夫々に接続される。底刃１２のすくい角も、外周切れ刃１１と同様に全周にわたって一定であり、一例として６°である。４つの底刃１２の夫々には、２本のニック１６が設けられる。ニック１６も軸線Ｏに交差する方向に対して平行に延びる。外周切れ刃１１と底刃１２により切り出された切り屑は、ニック１５，１６によって分断され、クーラントと共に捩じれ溝５～８によってシャンク２側へ排出される。それ故、切り屑の排出性能が向上するので、エンドミル１は高能率に切削加工を行える。
　図２，図３を参照し、不等分割・不等リードについて説明する。図３に示すように、エンドミル１の刃部３の断面を工具先端側から見たときに、捩じれ溝５と７が軸線Ｏを挟んで互いに対向し、捩じれ溝６と８が軸線Ｏを挟んで互いに対向する。説明の便宜上、捩じれ溝５と７を第１溝２１、捩じれ溝６と８を第２溝２２と定義する。第１溝２１の溝分割角θ１とＢ溝の溝分割角θ２は互いに異なるので、捩じれ溝５～８は不等分割である。一例として、溝分割角θ１は８１°、溝分割角θ２は９９°である。捩じれ溝５～８が不等分割なので、４枚の外周切れ刃１１は周方向において不均一に配置される。一例として、４枚の外周切れ刃１１は、０°、８１°、１８０°、２６１°の各位置に配置される。これにより、切削時に周期的な自励振動が発生せず、切削負荷が高い状態になってもビビリが生じ難い。さらに、切り屑が散らばって排出される特性があるので、切削時において捩じれ溝５～８に切り屑が詰まるのを防止できる。
　図２に示すように、第１溝２１の捩じれ角θ３と第２溝２２の捩じれ角θ４は互いに異なるので、捩じれ溝５～８は不等リードである。捩じれ角θ３，θ４とは、軸線Ｏに対する捩じれ角度である。一例として、捩じれ角θ３は４０°、捩じれ角θ４は４２°である。本実施形態では、第２溝２２の捩じれ角θ４の方が、第１溝２１の捩じれ角θ３よりも大きい。この不等リードにより、切削力の向きが外周切れ刃１１及び底刃１２によって変化するのと同時に、不等分割と同様に、外周切れ刃１１及び底刃１２が加工面に接触する周期が変動することで自励振動を防止できる。
　図４を参照し、第１溝２１と第２溝２２の夫々の幅について説明する。溝の幅とは、溝の長さ方向に直交する方向の長さを意味する。２本の第１溝２１と２本の第２溝２２は、刃部３の外周面において周方向に交互に配置される。上記の通り、第１溝２１の溝分割角θ１は第２溝２２の溝分割角θ２よりも小さい（図３参照）。それ故、刃部３の先端側（図４の左側）においては、第１溝２１の幅は第２溝２２の幅に比べて狭く、第２溝２２の幅は第１溝２１の幅に比べて広くなっている。第１溝２１は、シャンク２側に向かうにつれて次第に幅が広くなり、第２溝２２は、第１溝２１とは逆に、シャンク２側に向かうにつれて次第に幅が狭くなっている。それ故、刃部３のシャンク２側において、第１溝２１の幅は第２溝２２の幅に比べて広く、第２溝２２の幅は第１溝２１の幅に比べて狭くなっている。
　図５を参照し、第１溝２１と第２溝２２の夫々の溝底形状について説明する。図５は、エンドミル１の軸線Ｏに沿った断面図であるが、第１溝２１と第２溝２２の溝底形状を分かり易く図示する為、第１溝２１と第２溝２２を軸線Ｏに対して平行に延ばしたイメージ図である。
　第１溝２１の溝底は、工具先端側からシャンク２側に向かって順に、直線部４１、Ｒ状部４２、勾配部４３、切上げ部４４を備える。直線部４１は、刃部３の先端側に設けられ、工具先端側から外径Ｄｃまでを軸線Ｏと平行とする部分である。外径Ｄｃはエンドミルの工具径（直径）であり、一例として１０ｍｍである。なお、工具先端側には、拡径部４０が設けられる。拡径部４０は、工具先端からシャンク２側に向かってテーパ状、或いはこれに準じた曲線状に拡径し、直線部４１の前端と接続する。拡径部４０の長さは、工具径に応じて設計すればよい。一例として、直線部４１の溝底径比は５３％である。溝底径比とは、工具径に対する溝底直径の比率である。第１溝２１において直線部４１に対応する部分には、大きなチップルーム６１が形成される。
　勾配部４３は、刃部３の長さ方向の中間部よりもシャンク２側に設けられ、シャンク２側に向かって溝底径が大きくなるように直線状に傾斜した勾配部分である。勾配部４３の軸線Ｏに対する勾配角θ５の一例は５°である。Ｒ状部４２は、直線部４１の後端と勾配部４３の前端とを円弧状に滑らかに接続する部分である。Ｒ状部４２は、直線部４１の後端から勾配部４３の前端に向かって溝底径が緩やかに大きくなるように円弧状に湾曲する。一例として、Ｒ状部４２の後端における溝底径比は５５％である。なお、Ｒ状部４２の研削は、例えば周知の円盤状の砥石を用いる。高速回転する工具の母材に砥石を当てるか、或いは円弧軌道上を移動させることによって、緩やかな円弧状のＲ状部４２を形成できる。切上げ部４４は、勾配部４３の後端から工具表面に向かって円弧状に切り上げた部分である。
　なお、詳述しないが、第２溝２２の溝底も、第１溝２１の溝底と同様に、工具先端側からシャンク２側に向かって順に、拡径部５０、直線部５１、Ｒ状部５２、勾配部５３、切上げ部５４を備える。第２溝２２において直線部５１に対応する部分には、大きなチップルーム６２が形成される。一例として、勾配部４３の軸線Ｏに対する勾配角θ６は３°である。本実施形態の勾配角θ５とθ６は互いに異なるが、同一でもよい。
　図５を参照し、エンドミル１によるワーク切削時の切り屑排出性能と剛性について説明する。例えば、溝切削のような重切削での切込みの場合、通常の切込深さは外径Ｄｃ以下なので、エンドミル１の先端側には大きな切り屑の収容能力が要求される。上記の通り、第１溝２１と第２溝２２において、直線部４１，５１に対応する部分には、大きなチップルーム６１，６２が設けられる。チップルーム６１，６２は、工具先端側で生成される大きな切り屑を収納可能なので、シャンク２側に良好に排出できる。これにより、エンドミル１は、第１溝２１と第２溝２２内に切り屑が詰まるのを防止できる。
　そして、第１溝２１と第２溝２２の直線部４１，５１の溝底半径は小さくなるが、勾配部４３，５３の溝底半径はシャンク２側に向かって次第に大きくなる。これにより、エンドミル１は、第１溝２１と第２溝２２の直線部４１，５１をシャンク２側まで延ばしたエンドミルと比較して、シャンク２側の剛性を向上できる。従って、エンドミル１は、第１溝２１と第２溝２２による切り屑の排出性性能を向上しつつ刃部３のシャンク２側の剛性を向上できる。
　また、エンドミル１は、直線部４１，５１と勾配部４３，５３を直接的に接続するのではなく、Ｒ状部４２，５２を介して間接的に接続する。仮に直線部４１，５１と勾配部４３，５３を直接的に接続した場合、直線部４１，５１と勾配部４３，５３の接続部分において溝底半径が急激に変化する。この場合、ワーク切削時において溝底半径が急激に変化する接続部分に大きな負荷がかかるので、その接続部分で折損する可能性がある。エンドミル１は、直線部４１，５１と勾配部４３，５３を、円弧状のＲ状部４２，５２によって滑らかに接続するので、直線部４１，５１から勾配部４３，５３に向かって溝底半径が緩やかに大きくなる。これにより、ワーク切削時においてＲ状部４２，５２全体に対して負荷が分散してかかるので、折損を効果的に防止できる。
　なお、後述するが、Ｒ状部４２，５２の加工は、高速回転する母材に円形状の砥石を接触させて行う。Ｒ状部４２，５２の湾曲形状を加工する為、このときの半径Ｒの大きさ（Ｒ寸法）は、５０（ｍｍ）～９０（ｍｍ）であるのが好ましい。例えば、Ｒの大きさが９０（ｍｍ）より大きいと、Ｒ状部４２，５２がシャンク２側に延びることから、勾配部４３，５３の前端がシャンク２側に移動し、剛性が低下してしまう。これとは逆に、Ｒの大きさが５０（ｍｍ）より小さいと、Ｒ状部４２，５２が小さく湾曲するので、応力の集中が生じ易くなると共に、切り屑がスムーズに第１溝２１と第２溝２２に沿ってシャンク２側に排出されるのを阻害してしまう。従って、Ｒの大きさが５０（ｍｍ）～９０（ｍｍ）の範囲内で加工可能な砥石（砥石半径の転写でＲ形状を加工する場合は砥石径１００ｍｍ～１８０ｍｍの砥石）を用いてＲ状部４２，５２を研削するのがよい。
　また、エンドミル１では、第１溝２１と第２溝２２に勾配部４３，５３が設けられていても、外周切れ刃１１のすくい角がどの位置においても一定（例えば６°）である。これにより、ワークに対する切れ味を向上できるので、切削抵抗を減少できる。また、切り屑形状が安定化するので、第１溝２１と第２溝２２において切り屑の詰まりを防止できる。
　また、シャンク２側の幅が大きい第１溝２１の勾配部４３の勾配角θ５は、シャンク２側の幅が狭い第２溝２２の勾配部５３の勾配角θ６よりも大きい。このように勾配角θ５とθ６を互いに異ならせることで、後述の試験４の結果に示すように、勾配角θ５とθ６を同一にした場合に比べて、刃部３の剛性をより向上できる。
　次に、第１溝２１と第２溝２２の溝底形状の効果を検証する為、試験１を行った。図６に示すように、試験１では、本発明品であるエンドミル１と、比較品であるエンドミル１０１～１０４について、ワークを切削したときの工具寿命を調べた。工具寿命は、切削耐久長さ（ｍ）で判定した。切削耐久長さは、Ｖｂ（外周逃げ面摩耗幅）が０．５ｍｍ又は折損したときの長さとした。エンドミル１０１～１０４は、第１溝２１と第２溝２２の夫々の溝底形状を変えたものである。なお、図６では、分かり易くする為、第１溝２１の溝底形状のみで説明する。
　エンドミル１０１は、エンドミル１の直線部４１をシャンク２側まで延ばし、切上げ部４４で切り上げたものである。エンドミル１０２は、エンドミル１０１の直線部４１の溝底を浅くしたものである。エンドミル１０３は、エンドミル１０２の直線部４１の溝底をさらに浅くしたものである。エンドミル１０４は、溝底をジグザグに変形したものである。エンドミル１，１０１～１０４の夫々の工具径は何れも１０ｍｍ、刃数は４枚である。
　エンドミル１，１０１～１０４の各位置における溝底径比を説明する。図７に示すように、エンドミル１，１０１～１０４の夫々について、工具先端から７ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ離れた４点の溝底径比を計測した。溝底径比とは、工具径に対する溝底径の比率（％）を示したものである。エンドミル１において、７ｍｍ点の溝底径比は５３％、１０ｍｍ点の溝底径比は５３％、１５ｍｍ点の溝底径比は５５％、２０ｍｍ点の溝底径比は５８％であった。なお、７ｍｍ点は、直線部４１の先端側の位置に相当し、１０ｍｍ点は直線部４１の後端の位置に相当し、１５ｍｍ点は勾配部４３の始端の位置に相当し、２０ｍｍ点は勾配部４３の長さ方向中間部よりも後端側の位置に相当する。
　エンドミル１０１において、７ｍｍ点、１０ｍｍ点、１５ｍｍ点、２０ｍｍ点の何れも溝底径比は５３％であった。エンドミル１０２において、７ｍｍ点、１０ｍｍ点、１５ｍｍ点、２０ｍｍ点の何れも溝底径比は５７％であった。エンドミル１０３において、７ｍｍ点、１０ｍｍ点、１５ｍｍ点、２０ｍｍ点の何れも溝底径比は５８％であった。エンドミル１０４において、７ｍｍ点の溝底径比は５３％、１０ｍｍ点の溝底径比は４４．６７％、１５ｍｍ点の溝底径比は５６．３３％、２０ｍｍ点の溝底径比は５８％であった。なお、エンドミル１，１０１～１０４の夫々の外周切れ刃１１のすくい角は全て６°とした。
　切削条件を説明する。ワークはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用した。切削速度は８０ｍ／ｍｉｎ、回転速度は２５４７ｍｉｎ－１、送り速度は１０１９ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切込み深さは１０ｍｍ、幅は１０ｍｍの溝切削とした。なお、送り速度とは、図示しない工作機械の主軸に装着した工具に対して、ワークが固定されたテーブルを相対的に移動する速度を意味する。
　図８を参照し、試験１の結果を説明する。本発明品であるエンドミル１の切削耐久長さ（ｍ）は１２０．８であった。エンドミル１０１の切削耐久長さ（ｍ）は０．１であり、ワーク切削中に折損した。エンドミル１０２の切削耐久長さ（ｍ）は３４であり、ワーク切削中に折損した。エンドミル１０３の切削耐久長さ（ｍ）は０．１であり、ワーク切削中に折損した。エンドミル１０４の切削耐久長さ（ｍ）は５８であり、ワーク切削中に折損した。これらの結果を考察すると、エンドミル１０１においては、直線部４１がシャンク２側まで延びているので、シャンク２側の剛性が低下して折損したと考えられる。エンドミル１０２においては、エンドミル１０１よりは溝底径比が大きいことから剛性はやや向上したが、エンドミル１と比較して剛性が低いことから切削耐久長さ（ｍ）は短かった。エンドミル１０３においては、溝底径比が更に大きくなり、チップルームが狭くなったことから、切り屑が第１溝２１内に詰まってしまい、折損したと考えられる。エンドミル１０４においては、エンドミル１０１～１０３よりは切削耐久長さ（ｍ）は長かったが、エンドミル１に比べては大幅に短かった。溝底がジグザグなので、切り屑が溝底に引っ掛かって詰まってしまい、折損したと考えられる。
　以上の結果より、本発明品であるエンドミル１の切削耐久長さ（ｍ）が最も長かったので、本発明品が第１溝２１における切り屑の排出性能を向上しつつ剛性を確保できることが分かった。
　次に、不等分割・不等リードの効果を検証する為、試験２を行った。試験２では、本発明品であるエンドミル１と、比較品である等分割・等リードのエンドミルとについて、ワークへの最大切込み量について調べた。なお、本発明品と比較品の夫々の工具径は何れも１０ｍｍ、刃数は４枚である。
　切削条件について説明する。ワークはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用した。切削速度は８０ｍ／ｍｉｎ、回転速度は２５４７ｍｉｎ－１、送り速度は１０１９ｍｍ／ｍｉｎ、幅１０ｍｍの溝切削とした。軸方向切込み深さは、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍの９パターンについて実施し、最大切込み量を調べた。そして、各軸方向切込深さで切削したときの工具の状態を、〇、△、×の３段階で評価した。
　図９を参照し、試験２の結果について説明する。比較品において、軸方向切込深さが０．５～６ｍｍでは、大きな振動もなく加工できたので〇と判定した。一方、軸方向切込深さが８ｍｍでは、加工はできたが振動を生じたので△と判定した。また、軸方向切込深さが１０ｍｍ以上では、切削中にエンドミルが折損したので×と判定した。比較品は等分割・等リードなので、切削加工中にビビリを生じ、軸方向切込深さが大きくなるほどビビリは大きくなった。従って、比較品の最大切込み量は６ｍｍであることが分かった。
　これに対し、本発明品において、軸方向切込深さが０．５～１１ｍｍでは、大きな振動もなく加工できたので〇と判定した。一方、軸方向切込深さが１２ｍｍでは加工はできたが振動を生じたので△と判定した。本発明品は不等分割・不等リードなので、切削加工中に生じるビビリを効果的に抑制できることが分かった。但し、軸方向切込深さが１１ｍｍを超えると、切り屑のサイズがさらに大きくなり、エンドミル１に大きな負荷がかかったことから振動が生じたものと考えられる。従って、本発明品の最大切込み量は１１ｍｍであることが分かった。
　以上の結果より、本発明品の最大切込み量の方が、比較品の最大切込み量よりも大きかったことから、不等分割・不等リードである本発明品において、ビビリを効果的に抑制できることが分かった。
　次に、すくい角を一定にしたことによる効果を検証する為、試験３を行った。試験３では、本発明品であるエンドミル１と、溝底の勾配に応じてすくい角が変動するエンドミルを比較品として用意し、切込深さを変えたときの切削抵抗（Ｎ）の最大値と平均値を調べた。なお、比較品について、溝底の勾配に応じてすくい角が変動する以外の構成は、本発明品の構成と全て同じである。
　切削条件について説明する。本発明品と比較品の夫々の工具径は何れもφ２０（Ｒ１０）ｍｍである。ワークはプリハードン鋼（４０ＨＲＣ）を使用した。切削速度は１００ｍ／ｍｉｎ、回転速度は１５９０ｍｉｎ－１、送り速度は４５０ｍｍ／ｍｉｎとし、幅１０ｍｍの溝切削とした。軸方向切込み深さＡＰを０．３Ｄ～１．０Ｄまで変えたときの切削抵抗（Ｎ）を計測し、最大値と平均値を調べた。なお、Ｄは工具径である。
　図１０，図１１を参照し、試験３の結果について説明する。先ず、切削抵抗の最大値の変化について説明する。図１０に示すように、比較品においては、ＡＰ＝０．３Ｄの最大値は１２３０、ＡＰ＝０．４Ｄの最大値は１５９０、ＡＰ＝０．５Ｄの最大値は２０１１、ＡＰ＝０．６Ｄの最大値は２５８０、ＡＰ＝０．７Ｄの最大値は２９７１、ＡＰ＝０．８Ｄの最大値は３６１５、ＡＰ＝０．９Ｄの最大値は４２０１、ＡＰ＝１Ｄの最大値は４９５２であった。このように、比較品における切削抵抗の最大値は、切込深さが大きくになるにつれて高くなる傾向を示した。
　これに対し、本発明品においては、ＡＰ＝０．３Ｄの最大値は１２２５、ＡＰ＝０．４Ｄの最大値は１５６５、ＡＰ＝０．５Ｄの最大値は１９５１、ＡＰ＝０．６Ｄの最大値は２１８２、ＡＰ＝０．７Ｄの最大値は２４７６、ＡＰ＝０．８Ｄの最大値は２７８３、ＡＰ＝０．９Ｄの最大値は３０６５、ＡＰ＝１Ｄの最大値は３２９８であった。このように、本発明品における切削抵抗の最大値は、比較品における最大値の変化と同様に、切込深さが大きくになるにつれて高くなる傾向を示した。しかしながら、比較品における最大値の変化に比べて、切込深さが特に０．５Ｄ以降において上昇する傾きが大きく低下し、切込深さが大きくなるにつれてその差は大きくなった。
　切削抵抗の平均値の変化について説明する。図１１に示すように、比較品においては、ＡＰ＝０．３Ｄの最大値は１１２９、ＡＰ＝０．４Ｄの最大値は１４９４、ＡＰ＝０．５Ｄの最大値は１９１２、ＡＰ＝０．６Ｄの最大値は２４４８、ＡＰ＝０．７Ｄの最大値は２８２６、ＡＰ＝０．８Ｄの最大値は３４５４、ＡＰ＝０．９Ｄの最大値は４０２４、ＡＰ＝１Ｄの最大値は４７６６であった。このように、比較品における切削抵抗の平均値も、切込深さが大きくなるにつれて高くなる傾向を示した。
　これに対し、本発明品においては、ＡＰ＝０．３Ｄの最大値は１１２２、ＡＰ＝０．４Ｄの最大値は１４７２、ＡＰ＝０．５Ｄの最大値は１８４６、ＡＰ＝０．６Ｄの最大値は２０６２、ＡＰ＝０．７Ｄの最大値は２３５０、ＡＰ＝０．８Ｄの最大値は２６４６、ＡＰ＝０．９Ｄの最大値は２９２３、ＡＰ＝１Ｄの最大値は３１４９であった。このように、本発明品における切削抵抗の平均値も、比較品における平均値の変化と同様に、切込深さが大きくになるにつれて高くなる傾向を示した。そして、本発明品における切削抵抗の平均値も、比較品の平均値の変化に比べて、切込深さが０．５Ｄ以降において上昇する傾きが大きく低下し、切込深さが大きくなるにつれてその差は大きくなった。
　以上の結果より、本発明品の切削抵抗の最大値及び平均値は、切込深さが大きくなるにつれて高くなるが、比較品の切削抵抗の最大値及び平均値の上昇する傾きよりも低下したことから、外周切れ刃１１のすくい角を一定にしたことによって、ワークに対する切削抵抗が減少することが分かった。
　次に、第１溝２１と第２溝２２の勾配角θ５，θ６、及びＲ状部４２，５２の湾曲形状を検証する為、試験４を行った。試験４では、７種のエンドミルＡ～Ｇを用意し、ワークを切削することにより夫々の工具寿命を調べた。エンドミルＡ，Ｂは本発明品、エンドミルＣ～Ｇは比較品である。試験４では、エンドミルＡ～Ｇについて、第１溝２１と第２溝２２の直線部４１，５１の長さ（ｍｍ）、Ｒ状部４２，５２のＲの大きさ、勾配部４３の勾配角θ５、勾配部５３の勾配角θ６を夫々規定した。なお、直線部４１，５１の長さ（ｍｍ）とは、工具先端から直線部４１，５１（以下、纏めて直線部と呼ぶ）の夫々の後端までの長さである。直線部４１，５１の夫々の長さは互いに同一である。
　図１２に示すように、エンドミルＡにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは７５ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＢにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは７５ｍｍ、勾配角θ５は５°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＡとＢの違いは勾配角θ５のみである。エンドミルＣにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは１０ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＤにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは３０ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＥにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは５０ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＦにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは９０ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。エンドミルＧにおいて、直線部の長さは１０ｍｍ、Ｒ状部のＲの大きさは１００ｍｍ、勾配角θ５は３°、勾配角θ６は３°である。なお、エンドミルＡ～Ｇの夫々の工具径は何れも１０ｍｍ、刃数は４枚である。
　切削条件について説明する。ワークはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用した。切削速度は８０ｍ／ｍｉｎ、回転速度は２５４７ｍｉｎ－１、送り速度は１０１９ｍｍ／ｍｉｎ、溝幅は１０ｍｍで、軸方向切込み深さは１０ｍｍとした。このような切削条件でワークに対して溝加工を行ったときの工具寿命について調べた。なお、工具寿命は、試験１と同様に、切削耐久長さ（ｍ）で判定した。切削耐久長さは、Ｖｂ（外周逃げ面摩耗幅）が０．５ｍｍ又は折損したときの長さとした。さらに、その中で最も切削耐久長さが長かったエンドミルの切削耐久長さを１００％とした場合の換算値をその他のエンドミルについて夫々算出し、これらの換算値と、切削耐久長さと判定したときの工具の状態とを併せて総合的に〇、△、×の３段階で評価した。評価方法として、換算値が７０～１００％のエンドミルは〇、換算値が４０～７０％のエンドミルは△、換算値が０～３９％のエンドミルは×とした。
　図１３，図１４を参照し、試験４の結果について説明する。エンドミルＡの切削耐久長さは１２０．８、エンドミルＢの切削耐久長さは１３１.５、エンドミルＣの切削耐久長さは２．４、エンドミルＤの切削耐久長さは１３.３、エンドミルＥの切削耐久長さは９５.２、エンドミルＦの切削耐久長さは１０２.３、エンドミルＧの切削耐久長さは３７．６であった。これらの結果より、エンドミルＢの切削耐久長さが最も長かった。従って、エンドミルＢの切削耐久長さを１００．０％とした場合、エンドミルＡの換算値は９１．９％、エンドミルＣの換算値は１．８％、エンドミルＤの換算値は１０．１％、エンドミルＥの換算値は７２．４％、エンドミルＦの換算値は７７．８％、エンドミルＧの換算値は２８．６％であった。切削耐久長さと判定した理由について、エンドミルＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆは摩耗、エンドミルＣ、Ｄ、Ｇは折損であった。
　上記結果を考察すると、エンドミルＡとＢの評価は何れもＯであり、第１溝２１と第２溝２２の夫々の溝底形状によって切り屑の排出性能を向上しつつ剛性を確保できることが分かった。また、エンドミルＡとＢのうち、エンドミルＢの工具寿命の方が長かったことから、勾配角θ５とθ６について、互いに同一にするよりも異ならせることで工具寿命が延びることも分かった。
　Ｒ状部の湾曲について考察する。エンドミルＡ、Ｃ～Ｇは、Ｒ状部のＲの値を夫々変えている。Ｒの値が大きいほどＲ状部の円弧（Ｒ形状）は緩やかに大きく湾曲し、Ｒの値が小さいほどＲ状部の円弧は急激に小さく湾曲する。エンドミルＡ、Ｅ、Ｆの評価は〇、その他のエンドミルＣ、Ｄ、Ｇの評価は×であった。つまり、Ｒの値が５０（ｍｍ）のエンドミルＥと、７５（ｍｍ）のエンドミルＡと、９０（ｍｍ）のエンドミルＦとについては、折損せずに摩耗で工具寿命となった。
　Ｒ状部のＲの値が小さいと、Ｒ状部の湾曲形状が急になることから負荷が集中し易くなる。よって、Ｒの値が小さいエンドミルＣとＤにおいては、Ｒ状部において折損し易くなると考えられる。これとは逆に、Ｒの値が大きいと、Ｒ状部は直線に近くなるので、直線部から溝底径が殆ど変化せず、剛性を向上できない。従って、この場合においても、Ｒ状部において折損し易くなると考えられる。
　以上の結果より、Ｒ状部のＲの値が５０（ｍｍ）～９０（ｍｍ）の範囲内において、直線部と勾配部の間にかかる負荷をＲ状部全体で受けることができ、耐久性を向上できることが分かった。
　以上説明において、外周切れ刃１１と底刃１２は本発明の「切れ刃」の一例である。溝分割角θ１は本発明の「第１溝分割角」の一例であり、溝分割角θ２は本発明の「第２溝分割角」の一例である。勾配角θ５は本発明の「第１勾配角」の一例であり、勾配角θ６は本発明の「第２勾配角」の一例である。
　以上説明したように、本実施形態のエンドミル１は、軸線Ｏ回りに捩じられた捩じれ溝５～８に沿って外周切れ刃１１と底刃１２が設けられた重切削及び荒切削用のラフィングエンドミルである。捩じれ溝５～８の夫々の溝底は、直線部４１（５１）、Ｒ状部４２（５２）、勾配部４３（５３）を備える。直線部４１は、工具先端から後端側に向けて工具外径の長さ分離れた位置まで、軸線Ｏと平行且つ直線状に延びる。勾配部４３は、直線部４１よりも後端側に設けられ、直線部４１側から後端側に向かうに従って径方向外側に向けて直線状に傾斜する。Ｒ状部４２は、直線部４１の後端と勾配部４３の前端とを接続し、直線部４１側から勾配部４３側に向かうに従って径方向外側に向けて円弧状に湾曲する。そして、外周切れ刃１１と底刃１２のすくい角は、全周に亘って一定である。
　このように、捩じれ溝５～８の溝底は直線部４１を備えるので、切り屑の収容能力を十分に確保できる。更に、後端側に勾配部４３を備えるので、溝底半径は後端側に向かうに従って大きくなるので、後端側の剛性を向上できる。更に、直線部と勾配部との間にはＲ状部４２が設けられるので、ワーク切削中において、直線部４１と勾配部４３との間にかかる応力をＲ状部４２全体で分散して受けることができる。これにより、エンドミル１は、工具全体の剛性を向上できる。また、溝底にＲ状部４２と勾配部４３が設けられていても、外周切れ刃１１と底刃１２の全周に亘ってすくい角が一定なので、ワークに対する切込性能を確保できる。これらにより、エンドミル１は、ワークに対して高切込且つ高送りの加工が可能となるので、重切削及び荒切削における加工能率を向上できる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。エンドミル１は、重切削用及び荒切削用であるが、通常の切削用、又は仕上げ用であってもよい。エンドミル１は４本の捩じれ溝５～８を備えるが、捩じれ溝の数は複数であればよく、例えば２本でも４本以上でもよい。エンドミル１は不等分割・不等リードであるが、等分割・等リード、不等分割・等リード、等分割・不等リードであってもよい。捩じれ溝５～８は右捩じれであるが、左捩じれであってもよい。外周切れ刃１１と底刃１２のすくい角は一定であるが、一定でなくてもよく、例えば捩じれ溝５～８の溝底の勾配に合わせて変化していてもよい。底刃１２に設けるニック１６の数は少なくとも１本あればよく、２本以上であってもよい。外周切れ刃１１に設けられるニック１５の本数も限定しない。

Claims (6)

  1. 　軸線回りに捩じられた複数の捩じれ溝に沿って切れ刃が設けられたエンドミルにおいて、
    　前記捩じれ溝の溝底は、
    　工具先端から後端側に向けて工具外径の長さ分離れた位置まで、前記軸線と平行且つ直線状に延びる直線部と、
    　前記直線部よりも前記後端側に設けられ、前記直線部側から前記後端側に向かうに従って径方向外側に向けて直線状に傾斜する勾配部と、
    　前記直線部の後端と前記勾配部の前端とを接続し、前記直線部側から前記勾配部側に向かうに従って前記径方向外側に向けて円弧状に湾曲するＲ状部と
    を備え、
    　前記切れ刃のすくい角は、前記切れ刃の全周に亘って一定であること
    を特徴とするエンドミル。
  2. 　前記複数の捩じれ溝は、
    　前記工具先端の正面視において周方向に隣り合う２つの捩じれ溝の夫々の溝分割角が互いに異なる不等分割であり、
    　前記周方向に隣り合う前記２つの捩じれ溝の夫々の捩じれ角が互いに異なる不等リードであること
    を特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
  3. 　前記複数の捩じれ溝は、溝分割角が互いに異なる第１溝と第２溝を前記周方向に交互に備え、
    　前記第１溝の第１溝分割角は、前記第２溝の第２溝分割角よりも小さく、
    　前記第１溝の前記工具先端側の溝幅は、前記第２溝の前記工具先端側の溝幅よりも狭く、
    　前記第１溝は、前記工具先端側から前記後端側に向けて前記溝幅が次第に広くなり、
    　前記第２溝は、前記工具先端側から前記後端側に向けて前記溝幅が次第に狭くなること
    を特徴とする請求項２に記載のエンドミル。
  4. 　前記第１溝の前記勾配部の第１勾配角と、前記第２溝の前記勾配部の第２勾配角とは互いに異なること
    を特徴とする請求項３に記載のエンドミル。
  5. 　前記工具先端は半球状であって
    　前記切れ刃のうち、少なくとも前記工具先端側にニックが設けられたこと
    を特徴とする請求項１から４の何れか一に記載のエンドミル。
  6. 　前記Ｒ状部の半径Ｒの値は、５０～９０ｍｍの範囲内であること
    を特徴とする請求項１から５の何れか一に記載のエンドミル。
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