JP7587771B1

JP7587771B1 - 切削工具

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Publication number: JP7587771B1
Application number: JP2024099145A
Authority: JP
Inventors: 友葉吉田
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2024-06-19
Filing date: 2024-06-19
Publication date: 2024-11-21
Anticipated expiration: 2044-06-19
Also published as: JP2026001640A; US20250387839A1; EP4667145A1

Abstract

【課題】剛性に配慮しつつ、とくに突き加工をするときの切りくず排出性能を向上させ、耐びびり性と切りくず排出性とをより高い次元で両立させるようにした切削工具を提供する。
【解決手段】切削工具は、中心軸側から径方向に延びるように形成される底刃２１と、該底刃２１とともに一組の切れ刃２０を形成する外周刃２４と、中心軸周りに設けられた切りくず排出溝３０と、を備えている。切りくず排出溝３０は異なるねじれ角を持つ、少なくとも主溝３１と副溝３２とを含む２つ以上の溝で形成されていて、当該切削工具１０の周側面１０ｓとの稜線上に外周刃２４を形成する主溝３１のねじれ角αが最も小さく、該主溝３１に接し、該主溝３１よりも工具回転方向の前方に位相をずらして配置される副溝３２のねじれ角βが主溝３１のねじれ角αよりも大きい。
【選択図】図５

Description

本発明は、切削工具に関する。

切削工具側面の側面刃（本明細書では「外周刃」という）と当該切削工具先端面の底刃とを備えた、たとえばエンドミルといった回転式の切削工具（転削工具）においては、溝加工や壁面加工に用いられる際の耐びびり性のほか、突き加工による穴あけに用いられる際の切りくず排出性も重要であることから、当該転削工具の耐びびり性と切りくず排出性とをいかに両立させるかが切削性能を最大限発揮させる上で重要である。ただ、これら２つの性能（耐びびり性と切りくず排出性）は、工具回転軸周りに形成される切りくず排出溝の設計によっては相反するという関係にある。すなわち、一般的に、転削工具の耐びびり性は、当該切削工具を高剛性化することで向上させることができ、これには、切りくず排出溝の断面積を小さく設計し、当該切削工具の芯厚を増すことが効果的であるといえる。しかし、そうすると切りくず排出性が犠牲となって劣ってしまい、特に当該切削工具とワーク（被削材）の加工壁面に十分な空間が確保できない溝加工や突き加工では、切りくず詰まりが生じる原因となる。

しかして、耐びびり性と切りくず排出性の両方を確保できるようにした工具として、従来、切れ刃と対で設けられる切りくず排出溝を、第１の刃溝面と第２の刃溝面の２つで構成したエンドミルが提案されている（たとえば特許文献１参照）。ここでは、外周刃の軸方向すくい角を形成する切りくず排出溝のねじれ角を４０°～６０°に設定し、外周刃の加工切り取り厚みを薄くすることで切削抵抗の低減を図り、且つ、上述の第１の刃溝面と第２の刃溝面を鈍角に配置し、当該切削工具の断面積を広く確保することで、切削工具の剛性の低下を抑制している。しかし、特許文献１にて提案されているような第１の刃溝面と第２の刃溝面の配置だと（特許文献１の図２等参照）、切りくずは、外周刃を直接形成する第２の刃溝面を主として通り、第２の刃溝面と鈍角に交差し当該第２の刃溝面の断面積よりも小さくなるように配置される第１の刃溝面は、切りくず排出の面において効果的ではない。

また、底刃に、たとえば特許文献２に開示されているような凹部を設けることで、生成される切りくずを細断し、切りくず排出性の向上を狙うことが可能ではある。しかし、切りくずを細断したところで単位時間内に生成される切りくずの体積は変わらないため、結局は切りくず排出溝の断面積を確保しない限り切りくず詰まりは解消されない。

この点、たとえば特許文献３には、外周刃を形成する主溝（４ｂ）よりも弱ねじれ角を持つ副溝（４ａ）を底刃近傍に設け、溝断面積を大きく確保することで、底刃や底刃近傍で生成される切りくずの排出性を向上させる技術が開示されている。しかし、このような溝構成の場合、溝長が増すに従って弱ねじれ角の副溝は、その副溝よりも回転方向前方に位置し、主溝で形成される外周刃の周方向逃げ面に食い込んでいく形とならざるを得ない（特許文献３の図７等）。このことは、外周刃の剛性を低下させ、加工中のびびり振動を発生させる一因となる。また、この理由より、主溝と同じ溝長の副溝を設けることができない。つまり、特許文献３に開示されているような溝の構成では、副溝の溝長と同深さまでの加工ならば切りくず排出性の向上が認められるが、主溝のみが配置される溝長以上の加工深さになると、切りくず排出溝の断面積はそれまでよりも著しく小さくなるため、良好な切りくず排出性が見込めない。特に副溝長以上の深さを必要とする突き加工の場合、切りくず詰まりが発生しやすい。

特許第４９３６４９５号公報特許第５５３５３１５号公報特許第６６９３９６５号公報

このように、エンドミルなどの切削工具においては、耐びびり性と切りくず排出性とを両立させることが難しく、とくに、エンドミルのような工具を使って突き加工をするような局面における切りくず排出性には難があることがあり、改善の余地があると考えられる。

そこで、本発明は、剛性に配慮しつつ、とくに突き加工をするときの切りくず排出性能を向上させ、耐びびり性と切りくず排出性とをより高い次元で両立させるようにした切削工具を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく、本発明者は、上記のごとき問題を念頭におきつつ切りくず排出溝やその周辺の構造に着目して種々検討し、新たな知見を得るに至った。本発明はかかる知見に基づき想到したものであって、その一態様は、中心軸周りに回転する切削工具であって、
切削工具の先端から見た先端視にて、中心軸側から当該切削工具の径方向に延びるように形成される底刃と、
該底刃とともに一組の切れ刃を形成する、先端から当該切削工具の基端に向かって延びる外周刃と、
中心軸周りに設けられた切りくず排出溝と、
を備えていて、
切りくず排出溝は異なるねじれ角を持つ、少なくとも主溝と副溝とを含む２つ以上の溝で形成され、
当該当該切削工具の周側面との稜線上に外周刃を形成する主溝のねじれ角が最も小さく、該主溝に接し、該主溝よりも工具回転方向の前方に位相をずらして配置される副溝のねじれ角が主溝のねじれ角よりも大きい、切削工具である。

上記のごとき切削工具によれば、切りくず排出溝の溝長を長めにとった場合においても、副溝が、それよりも工具回転方向前方に位置する外周刃の周方向逃げ面に干渉することがない。外周刃の剛性は、外周刃を形成する主溝と、その外周刃の回転方向後方に配置される副溝が成す厚みが影響するが、上記のごとき切削工具によれば、当該厚みを、外周刃の先端から基端まで一定値以上に保つことができる。このため、切込み量が深い加工の時でも、加工中のびびり振動の発生を抑制することができるようになる。また、副溝の溝長を長く設けることができるため、外周刃の基端部でも切りくず排出溝の断面積を広く確保することができるようになる。このため、外周刃の刃長を最大限に使用する切込み量が深い加工の時でも、良好な切りくず排出性を実現することができる。

上記のごとき切削工具において、第ｎ（ｎは自然数）の副溝に接し、該第ｎの副溝よりもさらに工具回転の前方に位相をずらして配置される第ｎ＋１の副溝のねじれ角は、第ｎの副溝のねじれ角よりも大きくてもよい。

上記のごとき切削工具において、底刃と外周刃とが、曲線切れ刃からなるコーナ切れ刃で接続されていてもよい。

上記のごとき切削工具において、底刃と外周刃とが、チャンファ切れ刃からなるコーナ切れ刃で接続されていてもよい。

上記のごとき切削工具において、底刃のすくい面が正面にくる姿勢で、中心軸に垂直な方向から見た側面視で、当該底刃は、工具外周側から工具中心へ向かうにつれて、工具先端側から基端側へ後退するようになっていてもよい。

上記のごとき切削工具において、底刃は、先端視にて、中心軸を越えない形状に形成されていてもよい。

上記のごとき切削工具において、先端視にて、底刃が径方向に直線状に延びていてもよい。

上記のごとき切削工具において、先端視にて、底刃が径方向に沿って凹円弧状に延びていてもよい。

上記のごとき切削工具において、ヘッドがシャンクに着脱可能な構成になっていてもよい。

本発明に係る切削工具の一実施形態におけるエンドミルの一例を示す先端側から見た斜視図である。図１に示すエンドミルを先端側から見た図である。中心軸に沿って工具径の５０％の位置におけるエンドミルの断面形状を示す図である。副溝を成形する前後でのエンドミルの形状を対比した断面図である。本発明の一実施形態におけるエンドミルの特徴について説明する図である。エンドミルの変形例（１本の主溝と２本の副溝で切りくず排出溝を構成した例）を示す側方から見た図である。エンドミルの変形例（１本の主溝と２本の副溝で切りくず排出溝を構成した例）を示す、先端側から見た斜視図である。エンドミルを側方から見た図である。図８に示すエンドミルを先端から見た図である。すくい面を正面にしてエンドミルの一例を見たときの形状を示す図である。先端部分が超硬インサートで形成され、シャンクに着脱可能である切削工具の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る切削工具の好適な実施形態について詳細に説明する（図１等参照）。以下では本発明を適用したエンドミルについて説明することとするがこれは好適な例の一例にすぎず、中心軸周りに回転する切削工具の一種であるエンドミル以外の工具にも適用することができることは以下の説明から明らかとなるとおりである。

エンドミル１は、中心軸１０Ａ周りに回転して切削加工をする切削工具（転削工具）のひとつであり、たとえば、シャンク５０と、該シャンク５０に着脱可能な交換式のヘッド１０とで構成されている（図１、図１１等参照）。ヘッド１０には、底刃２１、コーナ切れ刃２２、外周刃２４、ギャッシュ２５、切りくず排出溝３０が設けられている（図１、図２等参照）。

底刃２１は、ヘッド１０の先端１０ｔに形成されている刃で、先端１０ｔから見た先端視にて、中心軸１０Ａから当該ヘッド１０の径方向に延びるように形成されている（図１、図２参照）。別言すれば、ヘッド１０のもっとも先端１０ｔの部分を通る、中心軸１０Ａに垂直な面を先端面Ｓ１とした場合（図１０参照）、底刃２１は、中心軸１０Ａと先端面Ｓ１の交点から、ヘッド１０の径方向に直線状に延びるように形成されている。ちなみに、変形例（底刃２１が直線状ではない一例）としては、底刃２１が径方向に沿って凹円弧状に延びているもの（先端視で底刃２１が凹円弧状となっているもの）が挙げられる。この場合、底刃２１で生成される切りくずが凹曲面に沿って屈曲した形状になり、排出しやすくなる。底刃２１は複数、たとえば３枚が周方向に等間隔となるように配置されている。これら底刃２１の具体的な形状はとくに限定されないが、たとえば本実施形態のヘッド１０における底刃２１は径方向に直線状に延びていて、尚かつ、先端視にて、中心軸１０Ａを越えない形状に形成されている（図２参照）。このように、すべての底刃２１が中心軸１０Ａを越えないように設けられていることで、特に突き加工において、穴中心付近の加工をすべての底刃２１で担うことができるため、切削送りが高い加工条件でも、一部の切れ刃２１が破損するようなことがなく、安定した加工ができる。ちなみに、先端視にて複数の底刃のうち一つが中心軸を越える構造のヘッドによると、突き加工時に中心軸周辺を加工する底刃は１枚しかないということになるが、これに対し、本実施形態のごとく中心軸１０Ａの周辺を加工する底刃２１が３枚あると、これら３牧の切れ刃２１に負荷が分散され、安定した加工に結びつきやすくなる。

また、本実施形態のヘッド１０における底刃２１は、当該底刃２１のすくい面２１ｒが正面にくる姿勢で側方から見た側面視にて（あるいは、中心軸１０Ａに垂直な方向から見た側面視にて）、工具外周側から、中心軸１０Ａがある工具中心へ向かうにつれ、先端１０ｔ側から基端１０ｂ側へ後退するようになっている（図１０参照）。別言すれば、底刃２１は、中心軸１０Ａに垂直な線Ｈに対する角度（底刃２１のすかし角）θ₂₁が正の角度となり、工具中心へ向かうにつれて先端１０ｔ側から基端１０ｂ側へ後退するように形成されている。角度（底刃２１のすかし角）θ₂₁が正の角度となることで、底刃２１と加工底面との間にクリアランスが確保され、良好な加工面品位を得ることができるようになる。

外周刃２４は、ヘッド１０の先端１０ｔから当該ヘッド１０の基端１０ｂに向かって延びるように、ヘッド１０の周側面１０ｓに螺旋状に形成される刃である。この外周刃２４と底刃２１は、コーナ切れ刃２２を介して接続されて一組ないしは一続きの切れ刃２０を形成している（図１、図２、図１０等参照）。したがって、切れ刃２０の数は、底刃２１、コーナ切れ刃２２、外周刃２４のそれぞれと同数である。なお、ここではシャンク５０に着脱可能なヘッド１０を例示しつつ説明しているが、特に図示してはいないものの、ソリッドエンドミル（ヘッドとシャンクが一体化した構造のエンドミル）などに適用することが当然に可能である。

コーナ切れ刃２２は、底刃２１と外周刃２４とをつなぐように、両者の間となるコーナ部分に形成されている刃である（図１、図２等参照）。特に詳しく図示をしているわけではないが、コーナ切れ刃２２は、曲線状に構成された刃（曲線切れ刃）であってもよいし、直線状に構成された刃（チャンファ切れ刃）であってもよい。なお、ここではコーナ切れ刃２２が設けられている場合を例示しつつ説明しているが、エンドミル１は、コーナ切れ刃がなく、底刃２１と外周刃２４が直接接続される仕様（いわゆるピン角仕様）のものであってもよい。

切りくず排出溝３０は、切削加工時に生じた切りくずを排出するため、ヘッド１０の中心軸１０Ａ周りに螺旋状に形成されている溝である。本実施形態のエンドミル１における切りくず排出溝３０は、主溝３１と副溝３２とを含む２つ以上の溝で形成されている。主溝３１は単一であり、副溝３２はｎ個の溝（ｎは自然数）で構成される。主溝３１は、当該主溝３１の輪郭とヘッド１０の周側面１０ｓとが成す稜線に外周刃２４が形成されるように配置される（図１等参照）。ｎ番目の副溝３２_nは、主溝３１よりも回転方向（図２参照）の前方に位置するように配置される。たとえば、副溝３２が２本の場合には、主溝３１よりも回転方向前方に第１の副溝３２₁が位置し、該第１の副溝３２₁よりも回転方向前方に第２の副溝３２₂が位置するという構成となる（図６、図７参照）。

主溝３１は、ねじれ角αで形成されている。ｎ番目の副溝３２は、ねじれ角β_nで形成されている。これらのねじれ角α、β_nは、互いに異なる大きさである。また、ねじれ角α、β_nは、α＜β_n であり、たとえば副溝３２がひとつ（ｎ＝１）である場合、第１の副溝３２₁のねじれ角β₁が、主溝のねじれ角αよりも大きい。また、副溝３２が複数である場合、第ｎ＋１の副溝３２_(n+1)のねじれ角β_(n+1)は、第ｎの副溝３２_nのねじれ角β_nよりも大きい（図６、図７等参照）。切りくず排出溝３０が複数の溝（主溝３１と副溝３２_n）で形成されることで、切りくずと切りくず排出溝３０の接触面積が小さくなるため、より一層良好な切りくず排出が期待できる。

切りくず排出溝３０が、上記のごとき主溝３１と副溝３２とで構成されたエンドミル１の特徴を説明する。ここでは、構造を簡素化して理解しやすくするため、副溝３２がひとつ（ｎ＝１）である場合について説明することとする（図５参照）。この場合、エンドミル１のヘッド１０においては、複数の切りくず排出溝３０のそれぞれが、ねじれ角（α、β₁）が互いに異なる２つの溝（主溝３１、副溝３２）で構成されていて、かつ、ねじれ角の大きさが α＜β₁ となっている。これは、別言すれば、主溝３１がいわば「弱ねじれ」、副溝３２が「強ねじれ」となっている状態であるから、切りくず排出溝３０がこのように構成されたヘッド１０においては、切りくず排出溝３０の溝長を長めにしたとしても、副溝３２が、それよりも工具回転前方に位置する外周刃２４の周方向逃げ面に干渉することがない（図５参照）。

また、一般に、外周刃２４の剛性に対しては、当該外周刃２４を形成する主溝３１と、その外周刃２４の回転方向後方に配置される副溝３２との間の厚み（バックメタルの厚み）Ｔが影響する。ここまで説明した本実施形態のヘッド１０においては、主溝３１と副溝３２のそれぞれのねじれ角の大きさがねじれ角α＜ねじれ角β₁ となっているため、溝長が長めの切りくず排出溝３０の場合にも、基端１０ｂに近づくにしたがって副溝３２が当該副溝３２よりも回転方向前方の外周刃２４の逃げ面２４ｆに干渉することはなく、むしろ、切れ刃２０のバックメタルの厚みＴが基端１０ｂに近づくほど厚くなる（図５参照）。このため、このヘッド１０においては、外周刃２４の先端（先端１０ｔ側の端部）から基端（ヘッド１０の基端１０ｂ側の端部）まで当該厚みＴが一定値以上に保たれるようになり、たとえば切込み量が深い加工の時でも、加工中のびびり振動の発生を抑制することができるようになる。また、副溝３２の溝長を長く設けることができるようになるため、外周刃２４の基端１０ｂ寄りの部分においても切りくず排出溝３０の断面積を広く確保することが可能となる。このため、外周刃２４の刃長を最大限に使用する切込み量が深い加工の時でも、良好な切りくず排出性を実現することができる（図５等参照）。

［主溝と副溝の形状例］
中心軸１０Ａに沿って工具径の５０％の位置におけるエンドミル１の断面形状の一例を参考までに図３に示す。主溝３１と副溝３２のそれぞれの溝底面の形状は図に示すようになる（図３参照）。また、図３に示した断面形状に加え、副溝３２を形成する前後でのエンドミル１の形状を対比した断面図を参考までに図４に示す。

［ねじれ角α、β_nなどの具体例］
本実施形態のヘッド１０におけるねじれ角α、β_nなどの具体例を説明する。

外径が１０［ｍｍ］であって、切れ刃２０が３つ設けられたいわゆる３枚刃のヘッド１０の場合（ここでは、３つの切れ刃２０をそれぞれ「第１の切れ刃」「第２の切れ刃」「第３の切れ刃」と称する）、主溝３１のねじれ角αと、単一である副溝３２のねじれ角βの好適例としては下記のものがある。

・外周刃２４が、先端面Ｓ１から中心軸１０Ａに沿って工具径の７５％の長さで形成されている場合、主溝３１が、先端面Ｓ１から中心軸１０Ａに沿って工具径の９０％の長さで形成されているとよい。
・副溝３２が、先端面Ｓ１から中心軸１０Ａに沿って工具径の１１０％となる長さで形成されている場合、先端面Ｓ１から中心軸１０Ａに沿って工具径の５０％の位置である断面において、芯厚ＣＴが工具径の３０％となるように副溝３２の凹部が配置されているとよい。ちなみに、芯厚ＣＴが工具径の３８％であるサンプルを使って試験をしたところ、良好な切りくず排出ができなかったことが確認された（図３参照）。
・外周刃２４の長さ≦主溝３１の溝長＜副溝３２_nの溝長という関係性となる構成であることも好ましい。このような構成となることで、外周刃２４の基端（ヘッド１０の基端１０ｂ寄りの端部）においても切りくず排出溝３０の断面積を広く確保することができ、いわゆる高切込みの切削条件下においても良好な切りくず排出を実現することが可能となる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。たとえば、既に述べたとおり、ここまではエンドミルに本発明を適用した場合について説明してきたが、中心軸周りに回転する切削工具であればエンドミル以外の工具にも本発明を適用することができることはいうまでもない。

また、上述した実施形態では、副溝３２_nの数が一つ（ｎ＝１）または２つである場合を中心に説明したがこれらは好適例にすぎず、数が限られることはない。ちなみに、副溝３２_nの数を増やせば増やすほど、切りくず排出溝３０の領域が増え、切りくず排出性がさらに向上する方向に作用する。

本発明は、エンドミルをはじめとする切削工具に適用して好適である。

１…エンドミル（切削工具）
１０…ヘッド
１０Ａ…中心軸
１０ｂ…基端
１０ｓ…周側面
１０ｔ…先端
２０…（一組の）切れ刃
２１…底刃
２１ｒ…すくい面
２２…コーナ切れ刃
２４…外周刃
２４ｆ…外周刃の逃げ面
２５…ギャッシュ
３０…切りくず排出溝
３１…主溝
３２…副溝
３２_n…第ｎの副溝
５０…シャンク
Ｔ…外周刃２４を形成する主溝３１と、その外周刃２４の回転方向後方に配置される副溝３２が成す厚み
ＣＴ…芯厚
Ｈ…中心軸１０Ａに垂直な線
Ｓ１…先端面
α…（主溝の）ねじれ角
β_n…（ｎ番目の副溝の）ねじれ角
θ₂₁…底刃のすかし角

Claims

中心軸周りに回転する切削工具であって、
前記切削工具の先端から見た先端視にて、前記中心軸側から当該切削工具の径方向に延びるように形成される底刃と、
該底刃とともに一組の切れ刃を形成する、前記先端から当該切削工具の基端に向かって延びる外周刃と、
前記中心軸周りに設けられた切りくず排出溝と、
を備えていて、
前記切りくず排出溝は異なるねじれ角を持つ、少なくとも主溝と副溝とを含む２つ以上の溝で形成され、
当該切削工具の周側面との稜線上に前記外周刃を形成する前記主溝のねじれ角が最も小さく、該主溝に接し、該主溝よりも工具回転方向の前方に位相をずらして配置される前記副溝のねじれ角が前記主溝のねじれ角よりも大きい、切削工具。
第ｎ（ｎは自然数）の副溝に接し、該第ｎの副溝よりもさらに工具回転の前方に位相をずらして配置される第ｎ＋１の副溝のねじれ角は、前記第ｎの副溝のねじれ角よりも大きい、請求項１に記載の切削工具。
前記底刃と前記外周刃とが、曲線切れ刃からなるコーナ切れ刃で接続されている、請求項１に記載の切削工具。
前記底刃と前記外周刃とが、チャンファ切れ刃からなるコーナ切れ刃で接続されている、請求項１に記載の切削工具。
前記底刃のすくい面が正面にくる姿勢で、前記中心軸に垂直な方向から見た側面視で、当該底刃は、工具外周側から工具中心へ向かうにつれて、工具先端側から基端側へ後退する、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
前記底刃は、前記先端視にて、中心軸を越えない形状に形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
前記先端視にて、前記底刃が径方向に直線状に延びている、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
前記先端視にて、前記底刃が径方向に沿って凹円弧状に延びている、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
ヘッドがシャンクに着脱可能な構成である、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。