JP2007015025A - テーパネックエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】 回転軌跡がエンドミル本体の軸線と平行な円筒状をなす切刃を備えたテーパネックエンドミルにおいて、切刃部に多少の撓みが生じてもエンドミル本体が加工溝壁面に接触したりするのを防いで、加工品位の向上とエンドミル寿命の延長とを図る。
【解決手段】 軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１１の先端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏを中心とした円筒状をなす切刃１６を備えた切刃部１３が形成されるとともに、この切刃部１３の後端側にはネック部１４が形成され、このネック部１４を、外径が後端側に向かうに従い漸次大きくなるテーパネック部２０と、これらテーパネック部２０と切刃部１３との間に形成されて、切刃１６の外径Ｄよりも小さな外径ｄを有し、軸線Ｏに平行に延びる平行ネック部１９とから形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、切刃部の後端側に外径が後端側に向けて漸次大きくなるテーパネック部が形成されたテーパネックエンドミルに関するものである。

このようなテーパネックエンドミルは、金型の深溝加工等においてエンドミルの切刃部の突き出しを長くして使用するものであり、切刃部後端側のネック部が全体的にエンドミル本体の軸線に平行な長尺軸状とされたロングネックエンドミルに比べ、エンドミル本体後端側（シャンク側）のネック部外径を大きくすることができるので、このネック部の剛性が大きくて切削中の撓みを抑えることができる。

この種のテーパネックエンドミルとしては、例えば特許文献１、２に、切刃部が先細のテーパ状であって、その後端側に、この切刃部と略同等のテーパ角で直径が僅かに細い円錐体の一部からなる首部を備えたものが提案されている。また、特許文献３、４には、エンドミル本体の首下長さを切刃径の１０倍以上として、特許文献３では切刃溝部の切り上がり長さを有効刃長の０．３〜３倍にしたものが、特許文献４では切刃部後方に設けた首部工具軸平行部と首部テーパ部との繋ぎ部近傍の面粗さをＲｙ６．０μｍ以下にしたものが、それぞれ提案されている。
特開平１０−２２５８１２号公報 特開平１０−２２５８１３号公報 特開２００２−１１６１１号公報 特開２００２−６６８２７号公報

ところで、このようなテーパネックエンドミルでは、上記深溝加工等において極僅かに傾斜した溝壁面にテーパネック部の外周面を沿わせるようにして切刃部を加工溝内に挿入し、この切刃部によって溝壁面を切削してゆく。ところが、該切刃部には切屑排出のための溝が形成されていて、その断面積が特に外周側において小さくされており、この切刃部の剛性がネック部に比べて損なわれる傾向にある。

この点、切刃部自体もテーパ状とされた特許文献１、２に記載のテーパネックエンドミルでは、該切刃部の断面積および剛性も後端側に向けて大きくなるために切刃部に撓みが生じることは少ないが、特許文献３、４に記載のテーパネックエンドミルのように切刃形状がスクエア刃、ボール刃、ラジアス刃のようなものであって、その外周側に軸線回りの回転軌跡が該軸線を中心とした円筒状をなす外周刃が形成されている場合には、切屑排出のためにある程度の溝深さを確保しようとすると、切刃部自体がテーパネック部との境界部から撓みを生じてしまうおそれがある。そして、このように切刃部に撓みが生じると、特に加工溝の溝壁面の傾斜が垂直に近い場合などには、切刃のないテーパネック部の先端側部分や切刃部との境界部がこの溝壁面に接触してしまい、溝壁面に傷をつけたり、エンドミル自体が折損してしまったりするおそれがある。

また、特に特許文献４のように、切刃部後方のネック部に工具軸（エンドミル本体の軸線）と平行な工具軸平行部を設けた場合、図８に示すようにかかる平行部１は、切刃部２に切刃を形成する前に該切刃部２と一体に円筒研削を施すことにより形成され、しかる後に切刃部２に溝研削と外周逃げ面研削を施して切刃３を形成することになるが、その際にこの平行部１の外径が切刃（外周刃）３の外径よりも一段大きくなってしまうおそれがある。なお、この図８において符号４はエンドミル本体、符号５は首部テーパ部、符号６はこのテーパ部５と平行部１とからなる首部を示し、さらに破線は切刃３を形成する前の切刃部２の外形を示している。従って、そのようなテーパネックエンドミルでは、切刃部２に僅かでも撓みが生じると、この平行部１と切刃部２との間の段差部７が溝壁面に接触してその加工品位を損なったり、エンドミルの折損を招いたりすることになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように回転軌跡がエンドミル本体の軸線と平行な円筒状をなす切刃を備えたテーパネックエンドミルにおいて、切刃部に多少の撓みが生じてもエンドミル本体が加工溝壁面に接触したりするのを防いで、加工品位の向上とエンドミル寿命の延長とを図ることが可能なテーパネックエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線を中心とした円筒状をなす切刃を備えた切刃部が形成されるとともに、この切刃部の後端側にはネック部が形成され、このネック部を、外径が後端側に向かうに従い漸次大きくなるテーパネック部と、これらテーパネック部と上記切刃部との間に形成されて、上記切刃の外径よりも小さな外径を有し、上記軸線に平行に延びる平行ネック部とから形成したことを特徴とする。

従って、このようなテーパネックエンドミルによれば、回転軌跡が上記軸線を中心とした円筒状をなす切刃を備えた切刃部と、外径が後端側に向けて漸次大きくなるテーパネック部との間に平行ネック部が形成されており、この平行ネック部は、軸線に対して平行に延びてはいるものの、その外径が上記切刃の外径よりも小さくされているので、剛性の乏しい切刃部に切削中に撓みが生じても、この平行ネック部により溝壁面との間隔を確保して、ネック部の先端側が溝壁面に接触するのを避けることができる。このため、このような接触によって溝壁面が傷つけられたり、あるいは接触の際の抵抗によってネック部に折損を生じたりするのを防ぐことができ、品位の高い加工溝壁面を形成するとともに、エンドミル寿命の延長を図ることが可能となる。

また、このようなテーパネックエンドミルを製造する際には、例えば予め平行ネック部を切刃外径よりも小さくなるように円筒研削等により形成した上で、切刃部に溝研削と逃げ面研削を施すことにより切刃を形成することができるので、特許文献４記載のテーパネックエンドミルのように平行ネック部の外径が切刃の外径よりも大きくなってしまうようなことがなく、確実に溝壁面との接触を避けることができる。なお、ここで、上記テーパネック部と平行ネック部との境界部を、上記軸線に沿った断面において凹曲線状をなすように形成すれば、軸線に平行な平行ネック部から外径が大きくなり始めるこの境界部に応力が集中するのを防いで、該境界部から折損が生じ易くなったりするのを防ぐことができる。

なお、上記平行ネック部の外径は、上記切刃の外径Ｄに対して０．８５×Ｄ〜０．９５×Ｄの範囲とされるのが望ましく、これよりも大きいと切刃部に撓みが生じた際に十分な間隔を溝壁面との間に確保することができなくなるおそれがある一方、逆にこれよりも小さいと平行ネック部自体が撓みやすくなってテーパネック部が溝壁面と接触したりするおそれが生じる。また、この平行ネック部の上記軸線方向の長さが長すぎると、上記ロングネックエンドミルと同様に平行ネック部に撓みが生じ易くなる一方、短かすぎてもテーパネック部が溝壁面に接触しやすくなるおそれがあるので、この平行ネック部の長さについては、上記切刃の外径Ｄに対して０．８×Ｄ〜２×Ｄの範囲とされるのが望ましい。

図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態においてエンドミル本体１１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱の軸状に一体形成され、その後端側（図１、２において右側）部分は円柱状のままのシャンク部１２とされる一方、先端側（図１、２において左側）部分には切刃部１３が形成されて、この切刃部１３とシャンク部１２との間はネック部１４とされ、上記シャンク部１２が工作機械の主軸に保持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出されることにより、上記切刃部１３によって金型等の被削材に深溝加工等の切削加工を施してゆく。

上記切刃部１３には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔ後方側に捩れる複数（本実施形態では２条）の切屑排出溝１５が形成されており、これらの切屑排出溝１５のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側辺稜部に、それぞれ切刃１６が形成されている。ここで、この切刃１６は、切刃部１３の後端側にあって軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏを中心とする円筒状をなす外周刃１７と、この外周刃１７の先端に連なって、本実施形態では軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏ上に中心を有する凸半球状をなす底刃１８とから形成されたボールエンドミルの切刃とされている。

さらに、上記ネック部１４は、先端側の上記切刃部１３に連なる平行ネック部１９と、後端側のシャンク部１２に連なるテーパネック部２０とから構成されている。このうちテーパネック部２０は、その外径が、先端で上記平行ネック部１９と等しくされて、後端側に向かうに従い一定の割合で漸次大きくなるようにされた軸線Ｏを中心とする円錐台状をなしている。ただし、このテーパネック部２０の外径が後端側に向けて大きくなる割合はあまり大きくなく、本実施形態ではその外周面が軸線Ｏに沿った断面において該軸線Ｏに対してなす傾斜角θとして３０’〜５°程度の範囲とされている。

また、このテーパネック部２０の後端側部分には、上記シャンク部１２との間に、本実施形態では図１および図２に示されるように軸線Ｏに対して上記傾斜角θよりも大きな傾斜角で後端側に向かうに従い漸次外径が大きくなる円錐台状の繋ぎ部２１が形成されていて、この繋ぎ部２１先端までが有効なテーパネック部２０の長さとされる。なお、このような円錐台状の繋ぎ部２１に代えて、後端側に向かいに従い傾斜角が漸次大きくなる、軸線Ｏに沿った断面が凹曲線状の繋ぎ部としてもよい。

一方、上記平行ネック部１９は軸線Ｏを中心として該軸線Ｏに沿って延びる円柱状に形成され、従ってその外径ｄは一定とされている。そして、この平行ネック部１９の外径ｄは、上記切刃部１３の切刃１６の外径Ｄ、すなわち外周刃１７が上記回転軌跡においてなす円筒の外径Ｄよりも小さくされており、本実施形態では０．８５×Ｄ〜０．９５×Ｄの範囲とされている。また、この平行ネック部１９の軸線Ｏ方向の長さＬは、切刃１６の外径Ｄに対して０．８×Ｄ〜２×Ｄの範囲とされている。

なお、本実施形態では、この平行ネック部１９は、図３に示すように軸線Ｏを含む断面において、上記テーパネック部２０とその境界部２２において角度をもって交差するように形成されている一方、切刃部１３との境界部２３においては切刃１６（外周刃１７）の外径Ｄから一段内周側に後退するように段差をもって接続されている。また、上記切屑排出溝１５の切上げ部分の手前までの心厚（軸線Ｏに直交する断面において切屑排出溝１５の溝底面に接する軸線Ｏを中心とした円の直径）は一定とされている。ただし、上記ネック部１４においては、切刃６は形成されてはいない。

このように構成されたテーパネックエンドミルにより上述のような金型における深溝加工を行う際に、上記エンドミル本体１１は、例えば図４に示すようにその軸線Ｏが垂直に支持されて、ネック部１４のテーパネック部２０外周面を、垂直方向に対して僅かに傾斜した加工溝の溝壁面Ｗに沿わせつつ切刃部１３が加工溝内に挿入され、この切刃部１３により上記溝壁面Ｗを切削加工してゆく。ここで、上記切刃部１３においては、切刃１６（外周刃１７）の回転軌跡が円筒状とされ、すなわちその外径Ｄが一定とされているところに切屑排出溝１５が形成されることによって断面積が削がれて剛性が低減しており、また本実施形態では上記平行ネック部１９の外径ｄが切刃１６の外径Ｄより小さくされていることからも、上記切削加工時の溝壁面Ｗへの切刃１６の切込みにより、図４に示したように切刃部１３や平行ネック部１９に撓みが生じ易い。

ところが、上記構成のテーパネックエンドミルでは、このように切刃部１３や平行ネック部１９に撓みが生じても、上述のように平行ネック部１９の外径ｄが切刃部１３における切刃１６の外径Ｄよりも小さくされているので、ネック部１４の特に平行ネック部１９と溝壁面Ｗとの間に十分な間隔を確保することができ、溝壁面Ｗの傾斜がテーパネック部２０の傾斜角θに近いような場合でも、このネック部１４が溝壁面Ｗに接触して傷をつけたり、あるいはこの接触した部分からネック部１４に折損が生じたりするような事態を防止することが可能となる。

この点、従来のテーパネックエンドミル、例えば特許文献４に記載のテーパネックエンドミルでは、切刃部２に連なる首部６の平行部１の外径が切刃３の外径より小さくされてはおらず、むしろ図８に示したように切刃３の外径よりも大きくなって段差部７が形成されるおそれがある。このため、上記と同様に切刃部２や平行部１に撓みが生じると、図５に示すように溝壁面Ｗと首部６との間に十分な間隔を確保することができずに首部６が溝壁面Ｗに接触し、該溝壁面Ｗを傷つけてその品位を損なったり、逆に首部６の溝壁面Ｗと接触した部分に負荷が集中して折損を招いたりするおそれがある。

また、このように平行ネック部１９の外径ｄが切刃部１３における切刃１６の外径Ｄよりも小さくされているため、上記構成のテーパネックエンドミルでは、切刃部１３に切刃１６を形成する前に、予めこの平行ネック部１９の外径ｄを外径Ｄよりも小さく形成しておいてから、溝研削や外周逃げ面研削によって切刃部１３に切刃１６を形成することにより、図３に破線で示した研削前の切刃部１３の外径から研削後の切刃１６の外径Ｄが小さくなっても、この外径Ｄよりも平行ネック部１９の外径ｄを小さくしたままとすることができる。従って、より確実に切削加工時の溝壁面Ｗへのネック部１４の接触を防止することができるので、上記構成のテーパネックエンドミルによれば、傷等のない高品位の溝壁面Ｗを有する深溝を金型等の被削材に形成することができるとともに、エンドミル寿命の延長を図って経済的な切削加工を図ることができる。

ただし、この平行ネック部１９の外径ｄが切刃１６の外径Ｄに対して小さすぎると、平行ネック部１９自体が切削時の撓みに耐えきれなくなって折損の発生を防止することができなくなるおそれがある。その一方で、この外径ｄが大きすぎて、外径Ｄとの差が小さくなりすぎると、特許文献４に記載のテーパネックエンドミルと同様に溝壁面Ｗとの間隔を確保することができなくなるおそれがあるので、本実施形態のようにこの平行ネック部１９の外径ｄは、切刃１６の外径Ｄに対して０．８５×Ｄ〜０．９５×Ｄの範囲とされるのが望ましい。

また、この平行ネック部１９の軸線Ｏ方向の長さＬについても、これが長すぎると従来のロングネックエンドミルと同様に平行ネック部１９の撓みが生じ易くなり、特にこの平行ネック部１９の外径ｄが切刃１６の外径Ｄよりも小さくされた上記構成のテーパネックエンドミルでは、平行ネック部１９に折損のおそれも生じる。その一方で、この平行ネック部１９の長さＬが短すぎても、切刃部１３とネック部１４後端側のテーパネック部２０との間隔が小さくなって、切刃部１３や平行ネック部１９に撓みが生じたときにこのテーパネック部２０と溝壁面Ｗとの間隔を十分に確保することができなくなるおそれが生じるので、上記長さＬについては、やはり本実施形態のように切刃１６の外径Ｄに対して０．８×Ｄ〜２×Ｄの範囲とされるのが望ましい。

なお、本実施形態では、ネック部１４において上記平行ネック部１９とテーパネック部２０との境界部２２が軸線Ｏを含む上記断面において角度をもって交差するように形成されていたが、この平行ネック部９の外径ｄが切刃１６の外径Ｄよりも小さくされて、撓みが生じたときに溝壁面Ｗとの間に十分な間隔が確保されるならば、図６に回転軌跡を示す変形例のように、この境界部２２がテーパネック部２０の先端において一段内周側に縮径するような段差部を介して平行ネック部１９に連なるように形成されていてもよい。ただし、この場合には、上記平行ネック部１９に切削抵抗によって撓みが生じたときに、こうして段差状に形成された境界部２２に曲げ応力が集中して折損を惹起するおそれがあるので、上記実施形態のように円錐台状のテーパネック部２０先端に円柱状の平行ネック部１９が互いの外径ｄを等しくして段差を生じることなく連接されるように形成されるのが望ましい。

さらに、このような曲げ応力の集中による折損を一層効果的に防ぐには、このテーパネック部２０と平行ネック部１９との境界部２２を、図７に示すように軸線Ｏに沿った断面において凹曲線状、特にこれら平行ネック部１９とテーパネック部２０とに滑らかに接する円弧等の凹曲線状をなすように形成するのがより望ましく、これにより、平行ネック部１９に撓みが生じた際の曲げ応力を境界部２２からその周辺に分散させることができる。なお、平行ネック部１９と切刃部１３との境界部２３についても、上記軸線Ｏに沿った断面において、少なくとも平行ネック部１９に滑らかに接する凹曲線状に形成すれば、切刃部１３に撓みが生じたときでもこの境界部２３への応力集中による該境界部２３からの折損を回避することができる。

また、上記実施形態では、底刃１８の回転軌跡が凸半球状をなすボールエンドミルについて説明したが、底刃１８が軸線Ｏに略垂直な方向に延びて外周刃１７に略直交するスクエアエンドミルや、この底刃１８と外周刃１７とが略１／４円弧状のコーナ刃を介して接続されるラジアスエンドミルに本発明を適用することも可能である。すなわち、切刃部１３に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏを中心とする円筒状をなす切刃１６（外周刃１７）が形成されていればよい。

本発明の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態の軸線Ｏ回りの回転軌跡を示す図である。 図１に示す実施形態の切刃部１３およびネック部１４の先端側部分の回転軌跡を示す拡大図である。 図２に回転軌跡を示した実施形態により被削材の溝壁面Ｗを切削するときの状態を示す図である。 従来のテーパネックエンドミルにより被削材の溝壁面Ｗを切削するときの状態を示す図である。 図２に回転軌跡を示した実施形態の変形例を示す図である。 図３に回転軌跡を示した実施形態の変形例を示す拡大図である。 従来のテーパネックエンドミルの切刃部２および平行部１の先端側部分の回転軌跡を示す拡大図である。

符号の説明

１１ エンドミル本体
１３ 切刃部
１４ ネック部
１５ 切屑排出溝
１６ 切刃
１７ 外周刃
１８ 底刃
１９ 平行ネック部
２０ テーパネック部
２２ 平行ネック部１９とテーパネック部２０との境界部
２３ 平行ネック部１９と切刃部１３との境界部
Ｏ エンドミル本体１１の軸線
Ｔ エンドミル本体１１の切削加工時の回転方向
Ｄ 切刃６（外周刃１７）の外径
ｄ 平行ネック部１９の外径
Ｌ 平行ネック部１９の軸線Ｏ方向の長さ

Claims (4)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が該軸線を中心とした円筒状をなす切刃を備えた切刃部が形成されるとともに、この切刃部の後端側にはネック部が形成され、このネック部は、外径が後端側に向かうに従い漸次大きくなるテーパネック部と、これらテーパネック部と上記切刃部との間に形成されて、上記切刃の外径よりも小さな外径を有し、上記軸線に平行に延びる平行ネック部とから形成されていることを特徴とするテーパネックエンドミル。
2. 上記テーパネック部と平行ネック部との境界部が、上記軸線に沿った断面において凹曲線状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のテーパネックエンドミル。
3. 上記平行ネック部の外径が、上記切刃の外径Ｄに対して０．８５×Ｄ〜０．９５×Ｄの範囲とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテーパネックエンドミル。
4. 上記平行ネック部の上記軸線方向の長さが、上記切刃の外径Ｄに対して０．８×Ｄ〜２×Ｄの範囲とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のテーパネックエンドミル。
   

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