JP6473761B2 - エンドミルおよび切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、エンドミルおよび切削加工物の製造方法に関する。

エンドミルは、ワークの溝削りや片削りなどに利用されている。例えば、特許文献１では、底刃として、外周から延びてチゼル部に繋がるとともに回転軸を対称中心として点対称な２つの親刃（８ｂ、８ｄ）と、親刃同士の間に位置するとともに、外周から回転軸側に向かって延びつつチゼル部から離れて位置する２つの子刃（８ａ、８ｃ）とを有する４枚刃のエンドミルが記載されている。

かかるエンドミルにおいて、切削する際の切削抵抗はエンドミルの中心側、すなわち、回転軸付近が大きいことが知られている。そこで、特許文献１では、回転軸付近まで子刃側のギャッシュを食い込ませることによって、回転軸を含む親刃間の位置に、肉厚の薄いチゼル部を形成して、回転軸付近における欠けを抑制している。このとき、特許文献１のエンドミルでは、先端視で、チゼル部とこれに続く先端逃げ面との間に、肉厚が局所的に薄くなるとともに、その両隣の肉厚が厚いＶ形状の屈曲点が形成されている。

特許文献２には、チゼル部と先端逃げ面との間の肉厚が漸次薄くなっており、屈曲点がないエンドミルが記載されている。

特開２００４−１４１９７５号公報 特開２０１３−２０２７２２号公報

回転軸を有し、切削部およびシャンク部を備えるエンドミル本体と、
該エンドミル本体の先端側に位置し、前記回転軸を含むチゼル部と、
前記エンドミル本体の先端側に位置し、先端視において、外周から延びて前記チゼル部に繋がるとともに前記回転軸を対称中心として点対称な２つの第１刃、および、該第１刃同士の間に位置するとともに、前記外周から前記回転軸側に向かって延びつつ前記チゼル部から離れて位置する偶数枚の第２刃からなる底刃と、
前記チゼル部および該チゼル部側における前記第１刃の少なくとも一部から前記第１刃および前記第２刃の間において開口する第１ギャッシュと、
該第１ギャッシュの回転方向に隣接して位置し、前記チゼル部側から前記外周側に開口する第２ギャッシュとを備えたエンドミルであって、
側面視において、前記エンドミル本体の先端から前記第１ギャッシュの終端までの長さＬ１と前記エンドミル本体の先端から前記第２ギャッシュの終端までの長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．８〜１．１であり、
先端視した場合において、
前記第１ギャッシュ及び前記チゼル部の接続部は、前記チゼル部に向かって凸の円弧状であり、
前記第２ギャッシュ及び前記チゼル部の接続部は、前記第１ギャッシュ及び前記チゼル部の前記接続部よりも曲率半径が大きい、前記チゼル部に向かって凸の円弧状である。

図１Ａは、本実施形態のエンドミルの第１ギャッシュを含む側面図であり、図１Ｂは、図１Ａのエンドミルを９０°回転させた第２ギャッシュを含む側面図である。 図２Ａは、図１Ａの第１ギャッシュ８の要部拡大図であり、図２Ｂは、図１Ｂの第２ギャッシュ９の要部拡大図である。 図１のエンドミルを先端視した正面図である。 図１ＢのエンドミルのＸ−Ｘ断面図である。 図５Ａは図３のＡ−Ａ断面図であり、図５Ｂは図３のＢ−Ｂ断面図である。 本実施形態のエンドミルを用いた切削加工物の製造方法を示す模式図である。

図１−５のエンドミル１はソリッドタイプのエンドミルである。そして、図１Ａ、図１Ｂおよび図３の記載から明らかなように、エンドミル１は、エンドミル１の回転軸Ｏを有する直径Ｄの略円柱状のエンドミル本体４を備えている。なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、回転軸Ｏは二点鎖線で示す。エンドミル本体４は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、シャンク部２０と切刃部２１を備える。そして、エンドミル本体４は、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ等の硬質材料からなる。

エンドミル１は、エンドミル１を先端視した図３に示すように、回転軸Ｏを含むチゼル部５を備える。また、エンドミル１は、外周から延びてチゼル部５に繋がるとともに回転軸Ｏを対称中心として点対称な２つの第１刃６と、第１刃６同士の間に位置するとともに、外周から回転軸Ｏ側に向かって延びつつチゼル部５から離れて位置する偶数枚の第２刃７からなる底刃２を備える。さらに、エンドミル１は、チゼル部５およびチゼル部５側における第１刃６の少なくとも一部から第１刃６および第２刃７の間において開口する第１ギャッシュ８を備える。また、第１ギャッシュ８の回転方向に隣接して位置し、チゼル部５から外周側に開口する第２ギャッシュ９を備える。

チゼル部５は、図３に示すように、第１ギャッシュ８および第２ギャッシュ９によって切欠かれた部位であり、先端視で、チゼル部５の肉厚は、外周側から回転軸Ｏ側に向かって漸次薄くなっている。チゼル部５のうち、第１刃６に繋がる位置から回転軸Ｏに最も近い位置までは、切刃として機能する。

図３では、第２刃７が第１刃６間に１つずつ、合計２刃存在する。すなわち、エンドミル１は４枚刃である。いわゆる親刃である第１刃６は２つに限定されるが、いわゆる子刃である第２刃７は、第１刃６間に１つずつに限らず、２つずつ、３つずつなど偶数枚であればよい。すなわち、エンドミル１の底刃２は、刃数が４つ以上の偶数の刃が存在する。

また、図３において、点線で示す円は、底刃２の外周端および外周刃３の回転軌跡に相当する。

第１刃６は、回転方向の後方に位置し、第１刃６で切削する際の逃げ面となる第１後ろ面１１（以下、第１逃げ面と記載する。）を有する。図３においてチゼル部５は、一方の第１刃６の第１逃げ面１１（１１ａ）と第２ギャッシュ９（９ａ）とが接続する領域から回転軸Ｏまで、および回転軸Ｏから他方の第１刃６の第１逃げ面１１（１１ｂ）と第２ギャッシュ９（９ｂ）とが接続する領域までに亘って位置している。

また、エンドミル１は、図３に示すように、第２刃７が、回転方向の後方に位置し、第２刃７で切削する際の逃げ面となる第２後ろ面１２（以下、第２逃げ面と記載する。）を有する。さらに、第１逃げ面１１および第２逃げ面１２は、回転方向の後方において、それぞれに隣接する２番逃げ面１８を有する。

また、図１に示すように、エンドミル１は、それぞれの底刃２の後方にそれぞれ位置する外周刃３と、それぞれの外周刃３間にそれぞれ位置する切屑排出溝１０とを有する。切屑排出溝１０は、エンドミル本体４の外周に、エンドミル本体４の先端から所定の長さに亘ってらせん状に設けられ、切屑排出溝１０の外周端には、各底刃２の後方に設けられた外周刃３が存在する。外周刃３の回転方向の後方には、側方逃げ面１３が存在する。外周刃３と底刃２とは、コーナー１４にて滑らかに連結されている。図１に示すように、第１ギャッシュ８および第２ギャッシュ９は、側面視で、切屑排出溝１０と底刃２との間に位置する。

第１ギャッシュ８および第２ギャッシュ９によって、底刃２とすくい面１５が形成される。すくい面１５は、切屑排出溝１０が第１ギャッシュ８または第２ギャッシュ９によって切欠かれた部位である。図３において、すくい面１５は見えないが、括弧書きですくい面１５の位置を示す。すくい面１５と第１逃げ面１１との交差両側線が第１刃６であり、すくい面１５と第２逃げ面１２との交差両側線が第２刃７である。

本実施形態では、図１Ａ、図１Ｂの側面図に示すように、エンドミル本体４の先端から第１ギャッシュ８の終端までの長さＬ１とエンドミル本体４の先端から第２ギャッシュ９の終端までの長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．８〜１．１である。これによって、第１刃６と第２刃７のエンドミル１の先端付近における切屑排出溝１０の容量の差を小さくできて、エンドミル１の全体としての切屑排出性が向上する。すなわち、第２刃７の第２ギャッシュ９が第１刃６の回転方向に隣接する２つの第１ギャッシュ８よりも極端に小さくなることがない。そのため、切屑排出溝１０の容量の差が小さくなることから、第２刃７の第２ギャッシュ９における切屑詰まりを抑制できて、エンドミル１全体の切屑排出性を高めることができる。

また、本実施形態では、図２Ａ、図２Ｂに示すように、側面視において、第１ギャッシュ８の面積Ｓ１（図示せず）が、第２ギャッシュの面積Ｓ２（図示せず）よりも小さい。これによって、第１刃６と第２刃７のエンドミル１の先端付近における切屑排出溝１０の容量の差を小さくできるため、エンドミル１の全体としての切屑排出性が向上する。なお、側面視における第１ギャッシュ８の面積Ｓ１、および第２ギャッシュの面積Ｓ２は、エンドミル１の側面視において、第１ギャッシュ８および第２ギャッシュ９のそれぞれにおいて、最大となる面積のことである。言い換えれば、第１ギャッシュ８の側面視における最大面積が、第２ギャッシュの側面視における最大面積Ｓ２よりも小さいということである。

本実施形態においては、図２Ａ、図２Ｂに示すように、第ギャッシュ８および第２ギャッシュ９は、それぞれ回転方向の後方に凹曲面を有する。これによって、切削時の衝撃によって、すくい面１５の端部にかかる応力を分散させることができ、底刃２側の大きな欠損を抑制できる。このとき、第２ギャッシュ９の凹曲面の曲率半径が第１ギャッシュ８の凹曲面の曲率半径よりも大きい場合には、第１ギャッシュ８における切屑の排出方向が妨げられることによって切屑排出性を低下させることがない。また、第２ギャッシュ９においては、第２刃７側の肉厚が薄くなりすぎないため、第２刃７側の強度を確保できる。

本実施形態では、図３の先端から見た正面図に示すように、先端視において、チゼル部５の肉厚は、外周の第１先端面１１側から回転軸Ｏに向かって漸次薄くなっている。すなわち、第１先端面１１からチゼル部５にかけて肉厚が局所的に薄くなるＶ形状の屈曲点が存在しない。これによって、切削時の応力が集中する屈曲点がないことから、チゼル部５の欠損が抑制される。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、第１ギャッシュ８におけるチゼル部５との接続部１６は円弧状であり、接続部１６に続き、第２ギャッシュ９におけるチゼル部５との接続部１７は直線または接続部１６の曲率半径よりも曲率半径の大きい円弧状である。接続部１６と接続部１７とが鈍角で連結されている。チゼル部５の回転軸Ｏにおける肉厚は、エンドミル１の直径Ｄに対して、０．０１×Ｄ〜０．０４×Ｄである。

さらに、図３において、第１逃げ面１１の面積Ｓ３（図示せず）と、第２逃げ面１２の面積Ｓ４（図示せず）との比（Ｓ３／Ｓ４）が１．０〜１．２である。これによって、第１刃６と第２刃７のエンドミル１の先端付近における切屑排出溝１０の容量の差を小さくできて、エンドミル１の全体としての切屑排出性が向上する。

また、図５Ａに示す、第１ギャッシュ８を含むエンドミル１の回転軸Ｏに沿った断面図、図５Ｂに示す、第２ギャッシュ９を含むエンドミル１の回転軸Ｏに沿った断面図のように、回転方向の前方に位置する第１ギャッシュ８の輪郭と回転軸Ｏとのなす第１角γ１の角度が、回転方向の前方に位置する第２ギャッシュ９の輪郭と回転軸Ｏとのなす第２角γ２の角度よりも大きい。これによって、第１刃６と第２刃７のエンドミル１の先端付近における切屑排出溝１０の容量の差を小さくできて、エンドミル１の全体としての切屑排出性が向上する。本実施形態では、第１角γ１は４５°〜７０°であり、第２角γ２は３０°〜６０°である。

また、図４に示す切屑排出溝１０を有する位置での回転軸Ｏに直交する断面において、芯厚ｄはエンドミル１の直径Ｄに対して０．５〜０．８倍である。この範囲であれば、エンドミル１の強度が高く、エンドミル１の折損を抑制できる。なお、芯厚ｄは、図４に破線で示すエンドミル１の中心部に描かれる最も大きな円ｃの直径で定義され、切屑排出溝１０の最深点間の距離に等しくなる。

さらに、外周刃３の数によって異なるが、図４に示す切屑排出溝１０の開き角βの望ましい範囲は３０°〜８０°である。この範囲であれば、切屑排出溝１０に切屑が詰まることなく、かつ切屑が切屑排出溝１０によってカールされず切屑排出溝１０を飛び出すこともない。なお、切屑排出溝１０の開き角βは、図４において、切屑排出溝１０の外周刃３側の外周端Ｐと回転軸Ｏとを結ぶ直線（破線で示す。）と、切屑排出溝１０の側方逃げ面１３側の外周端Ｑと回転軸Ｏとを結ぶ直線（破線で示す。）とのなす角度で定義される。

本実施形態では、図１Ｂに示す外周刃３のねじれ角αは３０°〜６０°である。この角度であれば、回転軸Ｏと直交する方向への切削抵抗成分が減少するため、工具への負荷を低下させることができるという効果がある。

本実施形態では、図３に示すように、第１刃６と回転方向に隣接する第２刃７とのなす角度が、第２刃７と回転方向に隣接する第１刃６とのなす角度よりも大きい不等分割となっている。これによって、切削時にエンドミル１が共振してびびりが発生することを抑制することができる。それに加えて、外周刃３のねじれ角αが少なくとも１つ異なる不等リードとなっていてもよい。

本実施形態のエンドミル１は、再研磨によって切刃を再生することが可能である。具体的には、切屑排出溝１０の再研磨加工とすくい面１５のギャッシュの再研磨加工によって、底刃２および外周刃３を再生させることができる。

＜切削加工物の製造方法＞
本実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図６を用いて説明する。

本実施形態では、アーバ（図示せず）に取り付けたエンドミル１を、図６Ａに示すように、エンドミル１の回転軸Ｏを基準に矢印Ａ方向に回転させつつ矢印Ｂ方向に動かして、被削材１００に近づける。

次に、図６Ｂに示すように、回転しているエンドミル１の底刃２および外周刃３を被削材１００の表面に接触させる。具体的には、回転しているエンドミル１を、回転軸Ｏに対して垂直な方向である矢印Ｃ方向に移動させ、底刃２および外周刃３を被削材１００の表面に接触させる。これにより、切刃のうち主として外周刃３に接触して切削された被削材１００の被削面が、切削面１０１となる。また、底刃２によって切削された被削材１００の被削面が仕上げ面１０２となる。

切削加工が終了したら、図６Ｃに示すように、エンドミル１を矢印Ｃ方向にそのまま動かし、エンドミル１を被削材１００から離隔させることによって、所望の切削加工物１１０を得る。エンドミル１が上述した理由から優れた切削能力を備えているので、加工面精度に優れる切削加工物１１０を得ることができる。

なお、切削加工を継続する場合には、エンドミル１を回転させた状態を保持したまま、被削材１００の異なる箇所にエンドミル１を接触させる工程を繰り返せばよい。本実施形態では、エンドミル１を被削材１００に近づけているが、エンドミル１および被削材１００は相対的に近づけばよく、例えば被削材１００をエンドミル１に近づけてもよい。この点、エンドミル１を被削材１００から離隔させる工程についても同様である。

以上、本発明に係る好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１ エンドミル
２ 底刃
３ 外周刃
４ エンドミル本体
５ チゼル部
６ 第１刃
７ 第２刃
８ 第１ギャッシュ
９ 第２ギャッシュ
１０ 切屑排出溝
１１ 第１後ろ面（第１逃げ面）
１２ 第２後ろ面（第２逃げ面）
１３ 側方逃げ面
１４ コーナー
１５ すくい面
１６ 第１接続部
１７ 第２接続部
１８ ２番逃げ面
２０ シャンク部
２１ 切刃部
Ｏ 回転軸
Ｄ エンドミルの直径
α ねじれ角
β 開き角
γ１ 第１角
γ２ 第２角
ｃ 屑排出溝を有する位置での回転中心軸に直交する断面において、エンドミルの中心部に描かれる最も大きな円
ｄ 芯厚

Claims (8)

1. 回転軸を有し、シャンク部および外周刃を含む切削部を備えるエンドミル本体と、
   該エンドミル本体の先端側に位置し、前記回転軸を含むチゼル部と、
   前記エンドミル本体の先端側に位置し、先端視において、外周から延びて前記チゼル部に繋がるとともに前記回転軸を対称中心として点対称な２つの第１刃、および、該第１刃同士の間に位置するとともに、前記外周から前記回転軸側に向かって延びつつ前記チゼル部から離れて位置する偶数枚の第２刃からなる底刃と、
   前記チゼル部および該チゼル部側における前記第１刃の少なくとも一部から前記第１刃および前記第２刃の間において開口する第１ギャッシュと、
   該第１ギャッシュの回転方向に隣接して位置し、前記チゼル部側から前記外周側に開口する第２ギャッシュとを備えたエンドミルであって、
   側面視において、前記エンドミル本体の先端から前記第１ギャッシュの終端までの長さＬ１と前記エンドミル本体の先端から前記第２ギャッシュの終端までの長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．８〜１．１であり、
   先端視した場合において、
   前記第１ギャッシュ及び前記チゼル部の接続部は、前記チゼル部に向かって凸の円弧状であり、
   前記第２ギャッシュ及び前記チゼル部の接続部は、前記第１ギャッシュ及び前記チゼル部の前記接続部よりも曲率半径が大きい、前記チゼル部に向かって凸の円弧状であるエンドミル。
2. 先端視において、前記チゼル部の肉厚は、前記外周側から前記回転軸側に向かって漸次薄くなっている請求項１記載のエンドミル。
3. 前記第１ギャッシュと前記第２ギャッシュそれぞれの面積が最大となる側面視において、前記第１ギャッシュの面積Ｓ１が、前記第２ギャッシュの面積Ｓ２よりも小さい請求項１または２記載のエンドミル。
4. 先端視において、前記第１刃の回転方向の後方に位置する第１後ろ面の面積Ｓ３と、前記第２刃の回転方向の後方に位置する第２刃後ろ面の面積Ｓ４との比（Ｓ３／Ｓ４）が１．０〜１．２である請求項１乃至３のいずれか記載のエンドミル。
5. 前記回転軸に沿った断面視において、回転方向の前方に位置する前記第１ギャッシュの輪郭と前記回転軸とのなす第１角の角度が、回転方向の前方に位置する前記第２ギャッシ
   ュの輪郭とのなす第２角の角度よりも小さい請求項１乃至４のいずれか記載のエンドミル。
6. 先端視において、前記第１刃と回転方向に隣接する前記第２刃とのなす角度が、前記第２刃と回転方向に隣接する前記第１刃とのなす角度よりも大きい請求項１乃至５のいずれか記載のエンドミル。
7. 側面視において、前記第１ギャッシュおよび前記第２ギャッシュは、それぞれ回転方向の後方に凹曲面を有し、前記第２ギャッシュの凹曲面の曲率半径が前記第１ギャッシュの凹曲面の曲率半径よりも大きい請求項１乃至６のいずれか記載のエンドミル。
8. 請求項１乃至７のいずれか記載のエンドミルを回転させる工程と、回転している前記エンドミルと被削材とを接触させる工程と、前記エンドミルを前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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