JP4325760B2 - ラジアスエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、ラジアスエンドミル、詳しくは、工作機械を用いた金型加工、主に鍛造型、プレス型、ダイキャスト型、樹脂型などの３次元曲面加工に用いられ、全体形状が略円柱形状をし、底刃と外周刃とが交わる角部にＲ刃（ほぼ円弧状の切れ刃）を備えるラジアスエンドミルに関する。

金型加工における製作時間の短縮や環境問題の改善には、加工時間が長く電解液を使用しなければならない放電加工を減らし、できるだけＮＣマシンによる直彫加工を行うことが望ましい。しかし、加工深さが深くなり、工具突出長が長くなるほど、切削加工が困難となり、放電加工への依存度が高くなってくる。また、工具突出長が長くなると、回転数が高いほどビビリが発生するため、回転数を下げて加工するようにしているが、同時に送り速度も下げているため、非常に効率の悪い加工しかできず、直彫加工の効果はあまり望めなかった。

近年、このような問題に対する解決策として、１刃当たりの切削量を大幅に増やすことができる非常に剛性の高いラジアスエンドミルが開発され、低い回転数でも速い送り速度での切削が可能になり、直彫加工の効果も現れるようになった。

しかし、従来のラジアスエンドミルは、その要部を斜視図として表した図９、及び、底刃の稜線及びＲ刃の稜線を平面図及び側面図として表した図１０に示すように、底刃４の稜線６は、端面部３の中心ＯからＲ刃５の稜線７と交わる自由端Ｘまで、直線により構成されている。

また、Ｒ刃５の稜線７は、底刃４の稜線６がＲ刃５の稜線７と交わる自由端Ｘから、Ｒ刃５の稜線７が外周刃２の稜線８と交わる自由端Ｙまで、側面視において、所定の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成されており、また、Ｒ刃５のＲ中心位置は、図１０に示すように、自由端ＸからＲ刃５の半径寸法分、回転軸方向（深さ方向）に離れた位置にある仮想横断面ＣＳ上に位置し、かつ、外周部１の直径寸法ＤからＲ刃５の半径寸法の２倍（＝２Ｒ）を減じた値（＝Ｄ−２Ｒ）を直径とする仮想円Ｃ上の所定範囲に位置する。例えば、図１０において、稜線７上の点ａ１，ａ３に対応する稜線７の中心位置は、それぞれｂ１，ｂ３となり、稜線７の中心位置は、仮想円Ｃ上の所定範囲（点ｂ１から点ｂ３までの範囲）に位置している。

そして、切削加工時、図１１に示すように、底刃４は、その稜線６が直線であることから、ワークの任意箇所ｐ１，ｐ２に対して垂直方向（直交方向）から入るようになる。また、各刃ごとの切削加工をミクロ的に考察した場合、底刃４及びＲ刃５は、ワークの任意箇所ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に対して略同時に切削加工を行っていることになり、また、隣り合う刃間の切削加工をミクロ的に考察した場合、断続的な切削加工が行われていることになる。

したがって、底刃４の稜線６が直線であるため、底刃４の稜線６の全長が短く、また、底刃４の稜線６が直線であることからＲ刃５の稜線７の全長が短いものとなること、また、上述したように、底刃４が常にワークの任意箇所ｐ１，ｐ２に対して垂直方向から入るとともに、ワークの任意箇所ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に対して各刃ごとの切削加工にあっては略同時に、隣り合う刃間の切削加工にあっては断続的に切削加工が行われるようになることから、底刃４及びＲ刃５の切削負担が大きいものとなり、ラジアスエンドミルの耐久性の向上には限界があった。

また、従来のラジアスエンドミルによると、１刃当たりの切削量を大幅に増やしたときに排出される切り屑は、図１２に示すように、非常に分厚く、重い物となり、ラジアスエンドミルの軸方向に大きな切削分力が発生することや、加工深さが深い加工では、切り屑が排出しきれずに、残った切り屑が切れ刃と工作物とに干渉することから、ラジアスエンドミルの破損や加工面の不良を招いていた。また、上記切り屑の排出を促すために、切削油剤を使用しなければならず、環境問題を含んでいた。なお、従来からのラジアスエンドミルについての先行文献として、例えば、特許文献１がある。
特開２００４−１４１９７５公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、ラジアスエンドミルの切削抵抗を軽減し耐久性の向上を図るとともに、切り屑の薄肉化、軽量化を図り、切削油剤を使用しなくても切り屑を円滑に排出させて切り屑の干渉によるラジアスエンドミルの破損及び加工面の不良を防止することができ、また、環境にやさしい切削加工ができるラジアスエンドミルを提供することを目的とする。

本発明のラジアスエンドミルは、全体形状が略円柱形状をし、外周部に形成されたスパイラル形状の外周刃と、端面部に形成された底刃と、前記外周刃と前記底刃とが交わる角部に形成されたＲ刃とを備えるラジアスエンドミルにおいて、前記底刃の稜線は、前記端面部の中心から前記Ｒ刃の稜線と交わる自由端まで、平面視において凸円弧状の曲率円により構成されていることを特徴とする。

本発明によると、底刃の稜線を平面視において凸円弧状の曲率円により構成したことにより、稜線が直線により構成された底刃を備えた従来のラジアスエンドミルと比べ、底刃の稜線の全長が長くなる。このため、底刃の切削負担が分散されて軽減され、耐久性が向上する。また、底刃は、その稜線が凸円弧状曲線であることから、切削加工時、ワークの任意箇所に対して、従来のラジアスエンドミルの底刃のように垂直方向から入るのではなく、斜め方向から斜め切りするように入るため、切削抵抗が減少し、切り屑の薄肉化及び軽量化を図ることができるとともに、切り屑の薄肉化及び軽量化に伴い切り屑を円滑に外部に排出可能になり、切り屑の干渉によるラジアスエンドミルの破損及び加工面の不良を防止することができる。

ここで、前記底刃稜線の曲率半径を、前記外周部の直径寸法Ｄの１／４倍に設定すると、底刃稜線の全長が最大となり、ベストモードとなるが、前記底刃稜線の曲率半径は、前記外周部の直径寸法Ｄの１／２倍から１／４倍までの範囲に設定すればよい。曲率半径をＤ／２以下に設定した理由は、Ｄ／２よりも大きく設定すると、底刃の稜線が直線である場合と比べ、稜線の全長の増大が余り大きくならず、十分な性能の向上が期待できないためである。

また、曲率半径をＤ／４以上かつＤ／２以下に設定した場合、前記Ｒ刃のＲ中心位置は、前記底刃の稜線が該Ｒ刃の稜線と交わる自由端から、該Ｒ刃の稜線が前記外周刃の稜線と交わる自由端まで、平面視及び側面視において、前記底刃の稜線の曲率と同一の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成され、また、前記Ｒ刃のＲ中心位置は、前記底刃の稜線の自由端から前記Ｒ刃の半径寸法分、回転軸方向に離れた位置にある仮想横断面上に位置すると共に、前記外周部の直径寸法Ｄから前記Ｒ刃の半径寸法の２倍（＝２Ｒ）を減じた値（＝Ｄ−２Ｒ）を直径とする仮想円上に位置し、かつ、該仮想円上の１／２４円（内角１５度）から１／６円（内角６０度）の範囲に位置する。

Ｒ刃の稜線を上記のように構成することにより、Ｒ刃の稜線の全長が大幅に増大する。このため、底刃の稜線の全長の増大による作用効果と同様、Ｒ刃の切削負担が分散されて軽減され、耐久性が向上する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る三枚刃ラジアスエンドミルの要部斜視図、図２は、同ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図、図３は、同ラジアスエンドミルのＲ刃の説明図、図４は、同ラジアスエンドミルの作用の説明図、図５は、同ラジアスエンドミルを使用したときに生じた切り屑の斜視図、図６は、変形例に係る三枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図、図７は、他の実施形態に係る二枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図、図８は、変形例に係る二枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図をそれぞれ示す。

図１において、三枚刃ラジアスエンドミルは、全体形状が略円柱形状をしている。外周部１には、スパイラル形状の外周刃２が形成されている。端面部３には、底刃４が形成されている。外周刃２と底刃４とが交わる角部には、Ｒ刃５が形成されている。

底力４の稜線６及びＲ刃５の稜線７は、平面視で図２の左部に示すように表され、底刃４の稜線６は、端面部３の中心Ｏから破線で図示した仮想円Ｃに至る範囲にあり、また、Ｒ刃５の稜線７は、仮想円Ｃ上から外周部１に至る範囲にある。

底刃４の稜線６は、端面部３の中心ＯからＲ刃５の稜線７と交わる自由端Ｘ（仮想円Ｃ上の点）まで、平面視において凸円弧状の曲率円により構成されている。底刃４の稜線６の曲率半径は、本実施形態の場合、外周部１の直径寸法Ｄの１／４倍つまりＤ／４に設定されている。また、底刃４の稜線６の高さ位置は、図２の右部に示すように、端面部３の中心Ｏに向かうに従って僅かではあるが徐々に低くなっている。換言すると、端面部３は、略すり鉢状になっている。

Ｒ刃５の稜線７は、図２に示すように、自由端Ｘから、Ｒ刃５の稜線７が外周刃２の稜線８と交わる自由端Ｙまで、平面視及び側面視において、底刃４の稜線６の曲率と同一の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成される。

また、Ｒ刃５のＲ中心位置は、図２に示すように、自由端ＸからＲ刃５の半径寸法分、回転軸方向（深さ方向）に離れた位置にある仮想横断面ＣＳ上に位置し、かつ、外周部１の直径寸法ＤからＲ刃５の半径寸法の２倍（＝２Ｒ）を減じた値（＝Ｄ−２Ｒ）を直径とする仮想円Ｃ上の所定範囲に位置する。例えば、図２において、稜線７上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に対応する稜線７の中心位置は、それぞれｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５となり、三枚刃のうちの一枚についてのＲ刃５のＲ中心位置は、仮想円Ｃ上の所定範囲（点ｂ１から点ｂ３までの範囲）に位置している。また、Ｒ刃５の稜線７及びＲ中心位置は、図３によって表すことができ、図３において、稜線７の任意の点ｄ１，ｄ２，ｄ３，‥，ｄｎのＲ中心位置ｅ１，ｅ２，ｅ３，‥，ｅｎは、自由端Ｘから回転軸方向に離れた位置にある仮想横断面ＣＳ上に位置し、かつ、Ｄ−２Ｒを直径とする仮想円Ｃ上の所定範囲（点ｅ１から点ｅｎまでの範囲であり、θ（＝６０°）で表した角度範囲）に位置する。

これに対し、図９に示した従来からのラジアスエンドミルのＲ刃５のＲ中心位置は、図１０において述べたように、仮想円Ｃ上の狭い所定範囲（点ｂ１から点ｂ３までの範囲）に位置しており、稜線７の全長は、本実施形態と比べ大幅に短いものとなっている。

次に、本実施形態に係るラジアスエンドミルの作用効果を図４に基づいて説明する。

本実施形態に係るラジアスエンドミルは、上述したように、底刃４の稜線６は、端面部３の中心Ｏから自由端Ｘまで平面視において凸円弧状の曲率円により構成され、また、Ｒ刃５の稜線７は、自由端Ｘから自由端Ｙまで、平面視及び側面視において、底刃４の稜線６の曲率と同一の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成されている。

したがって、図４に示すように、底刃４及びＲ刃５は、ワークの任意箇所ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に対して斜め方向から斜め切りするように入り、しかも、任意箇所ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に各々対応する稜線６，７上の点の傾斜角度ａ，ｂ，ｃ，ｄには、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄの関係が成立している。このため、切削抵抗が大幅に減少し、切り屑の薄肉化及び軽量化を図ることができる。現に図５に示すように、図１図示のラジアスエンドミルを用いて切削加工を行ったときに生じた切り屑は、図１２図示の切り屑と比べ、十分に薄肉化及び軽量化されている。また、切り屑の薄肉化及び軽量化に伴い切り屑を円滑に外部に排出可能になり、切り屑の干渉によるラジアスエンドミルの破損及び加工面の不良を防止することができた。

上述した実施形態では、底刃４の稜線６の曲率半径を、外周部１の直径寸法Ｄの１／４倍に設定したため、稜線６の全長が最大となり、ベストモードとなるが、本発明は、図６に示すように、稜線６の曲率半径を、外周部１の直径寸法Ｄの１／２倍から１／４倍までの範囲に設定してもよい。

曲率半径をＤ／４以上かつＤ／２以下に設定した場合、Ｒ刃５の稜線７は、底刃４の稜線６がＲ刃５の稜線７と交わる自由端Ｘから、Ｒ刃５の稜線７が外周刃２の稜線８と交わる自由端Ｙまで、平面視及び側面視において、底刃４の稜線６の曲率と同一の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成され、また、上述したような曲率半径がＤ／４である場合と同様、Ｒ刃５のＲ中心位置は、自由端ＸからＲ刃５の半径寸法分、回転軸方向に離れた位置にある仮想横断面ＣＳ上に位置すると共に、外周部１の直径寸法ＤからＲ刃５の半径寸法の２倍（＝２Ｒ）を減じた値（＝Ｄ−２Ｒ）を直径とする仮想円Ｃ上に位置し、かつ、仮想円Ｃ上の１／２４円（内角１５度）から１／６円（内角６０度）の範囲（１５°≦θ≦６０°）に位置する。

なお、曲率半径をＤ／２以下に設定した理由は、Ｄ／２より大きくすると、底刃４の稜線６が直線である場合と比べ、稜線６の全長の増大が余り大きくならず、十分な性能の向上が期待できないためである。

また、上述した実施形態は三枚刃のラジアスエンドミルであるが、本発明は、図７に平面図として底刃４の稜線６及びＲ刃５の稜線７を表したような二枚刃のラジアスエンドミルの各刃を上記実施形態と同様に構成するようにしてもよく、この場合、図７は図２の左部に対応し、また、図８は図６に対応している。

以上説明したように、本実施形態のラジアスエンドミルは、全体形状が略円柱形状をし、外周部１に形成されたスパイラル形状の外周刃２と、端面部３に形成された底刃４と、外周刃２と底刃４とが交わる角部に形成されたＲ刃５とを備えるラジアスエンドミルにおいて、底刃４の稜線６は、端面部３の中心ＯからＲ刃５の稜線７と交わる自由端Ｘまで、平面視において凸円弧状の曲率円により構成されている。

このため、稜線６が直線により構成された底刃４を備えた従来のラジアスエンドミルと比べ、底刃４の稜線６の全長が長くなり、底刃４の切削負担が分散されて軽減され、耐久性が向上する。また、底刃４は、その稜線６が凸円弧状の曲率円であることから、切削加
工時、ワークの任意箇所ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に対して、従来のラジアスエンドミルの底刃４のように垂直方向から入るのではなく、斜め方向から斜め切りするように入るため、切削抵抗が減少し、切り屑の薄肉化及び軽量化を図ることができるとともに、切り屑の薄肉化及び軽量化に伴い切り屑を円滑に外部に排出可能になり、切り屑の干渉によるラジアスエンドミルの破損及び加工面の不良を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る三枚刃ラジアスエンドミルの要部斜視図である。 同ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図である。 同ラジアスエンドミルのＲ刃の説明図である。 同ラジアスエンドミルの作用の説明図である。 同ラジアスエンドミルを用いた切削加工により生じた切り屑の斜視図である。 変形例に係る三枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図である。 他の実施形態に係る二枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図である。 変形例に係る二枚刃ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図である。 従来のラジアスエンドミルの要部斜視図である。 同ラジアスエンドミルの底刃及びＲ刃の説明図である。 同ラジアスエンドミルの作用説明図である。 同ラジアスエンドミルを用いた切削加工により生じた切り屑の斜視図である。

符号の説明

１ 外周部
２ 外周刃
３ 端面部
４ 底刃
５ Ｒ刃
６ 底刃４の稜線
７ Ｒ刃５の稜線
８ 外周刃２の稜線
Ｏ 端面部３の中心
Ｘ 稜線６の自由端
Ｙ 稜線７の自由端

Claims (4)

1. 全体形状が略円柱形状をし、外周部に形成されたスパイラル形状の外周刃と、端面部に形成された底刃と、前記外周刃と前記底刃とが交わる角部に形成されたＲ刃とを備えるラジアスエンドミルにおいて、
   前記底刃の稜線は、前記端面部の中心から前記Ｒ刃の稜線と交わる自由端まで、平面視において凸円弧状の曲率円により構成されていることを特徴とするラジアスエンドミル。
2. 前記底刃稜線の曲率半径は、前記外周部の直径寸法Ｄの１／４倍に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアスエンドミル。
3. 前記底刃稜線の曲率半径は、前記外周部の直径寸法Ｄの１／２倍から１／４倍までの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアスエンドミル。
4. 前記Ｒ刃の稜線は、前記底刃の稜線が該Ｒ刃の稜線と交わる自由端から、該Ｒ刃の稜線が前記外周刃の稜線と交わる自由端まで、平面視及び側面視において、前記底刃の稜線の曲率と同一の曲率を有する凸円弧状の曲率円により構成され、
   また、前記Ｒ刃のＲ中心位置は、前記底刃の稜線の自由端から前記Ｒ刃の半径寸法分、回転軸方向に離れた位置にある仮想横断面上に位置すると共に、前記外周部の直径寸法Ｄから前記Ｒ刃の半径寸法の２倍（＝２Ｒ）を減じた値（＝Ｄ−２Ｒ）を直径とする仮想円上に位置し、かつ、該仮想円上の１／２４円（内角１５度）から１／６円（内角６０度）の範囲に位置する
   ことを特徴とする請求項３に記載のラジアスエンドミル。

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