JP2008200817A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な加工を要することなく、回転速度や切込み、送り速度を高めてもビビリ振動の発生を防ぐことが可能なエンドミルを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の先端部外周に、後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔ後方に捩れる切屑排出溝４が形成され、この切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面５の外周側辺稜部には外周刃７が形成されるとともに、エンドミル本体１の外周面６にはこの外周刃７に連なる逃げ角βが３°以下の外周マージン８が形成されており、この外周マージン８の周方向の幅Ｗが０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内とされるとともに、外周刃７のすくい角αが−５°〜＋５°の範囲内とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金の切削加工に用いて好適なエンドミルに関するものである。

このようなアルミニウム等の加工において優れた切削性能が得られるエンドミルとしては、例えば特許文献１に、外周刃のすくい角が１５°〜２５°の範囲内で、０．２ｍｍ以下の外周マージンを有し、コーナＲ部の７５％以上の範囲に底刃ギャッシュの刃当りがあり、底刃のすくい角が１５°〜２５°の範囲内である横引き用のエンドミルが提案されており、上記外周刃の捩れ角は２０°〜４０°程度、さらには２５°〜３５°程度が望ましいとされている。そして、この特許文献１には、被削材Ａ７０５０に対して主軸回転数や送り速度、切込みを変えて切削を行ったときに、外周マージンのないエンドミルでは高速回転領域でビビリが発生し、また外周マージンがあるエンドミル同士では外周すくい角が大きい方が良好な切削性能が得られるとの試験結果が示されている。

一方、非特許文献１には、同様にアルミニウム合金加工におけるエンドミルの刃先（外周刃）の形状について、特許文献１に記載されたエンドミルでも高能率加工域ではビビリ振動が発生し、このビビリ振動を抑えるために丸ランドすなわち外周マージンの幅を広げると、これに比例して切削動力が増大することが記載されており、さらにはこの外周マージンの幅が被削材の上面に発生するバリの高さとも比例するとの結果も示されている。そして、この非特許文献１では、切削動力を増大させることなくビビリ振動を抑制するのに、外周マージンの幅を一定幅の帯型とせず、部分的に必要な幅が得られるように波型とするのが効果的であるとの結果が記載されている。
特開２０００−７１６号公報 荒井保他５名、「アルミニウム合金加工におけるエンドミル工具刃先形状に関する研究」、２００６年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、２００６年３月発行、ｐ．２３７−２３８

ところが、上記非特許文献１に記載のように外周マージンを波型に形成するような特殊な加工を施すのは容易ではなく、量産のエンドミルに適用するのは非現実的である。一方、特許文献１に記載されたエンドミルでは、非特許文献１に記載されているように、高能率加工域、すなわちエンドミル本体の回転速度を高めたり、高送りや高切込み加工を行う場合において、ビビリ振動の発生を確実に抑制することはできない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、非特許文献１に記載されたような特殊な加工を要することなく、回転速度や切込み、送り速度を高めてもビビリ振動の発生を防ぐことが可能なエンドミルを提供することを目的としている。

ここで、本発明の発明者らは、上述のような高能率加工域におけるエンドミルによる切削においてビビリ振動が発生する要因を鋭意研究したところ、その要因のひとつとして、例えば粗加工によってワークの加工面に発生した規則的な凹凸を、仕上げ加工においてエンドミルの外周刃がなぞるように切削することにより、エンドミル本体の送りに伴ってこの凹凸を切削する際に規則的に切削負荷が増減し、これにより周期的な振動が励起されてビビリ振動に至ることがあるとの知見を得た。

しかるに、このような要因によるビビリ振動を防ぐには、加工面への外周刃の食い込みすぎを防ぐのが効果的であり、外周マージンを周方向に適正な幅で設けることは、この食い込み防止効果を発揮するために重要ではあるが、特許文献１に記載のように外周刃のすくい角が大きいと、この外周刃の切れ味が鋭くなりすぎて外周マージンによる食い込み防止効果が損なわれてしまう。そして、この傾向は、エンドミル本体の回転速度や切込み、送り速度が大きい、上記高能率加工域における切削において、より顕著となる。

そこで、本発明は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述のような目的を達成するために、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に後端側に向かうに従い上記軸線回りにエンドミル回転方向後方に捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部には外周刃が形成されるとともに、上記エンドミル本体の外周面にはこの外周刃に連なる逃げ角３°以下の外周マージンが形成されており、この外周マージンの周方向の幅が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内とされるとともに、上記外周刃のすくい角が−５°〜＋５°の範囲内とされていることを特徴とする。

すなわち、このような構成のエンドミルでは、外周刃のすくい角が−５°〜＋５°の範囲内と略０°前後の大きくなりすぎない範囲とされているため、この外周刃の切れ味が鋭くなりすぎるのを防ぐことができるとともに、この外周刃には０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内の適正な幅の外周マージンが形成されているので、上述のような高能率加工域にあっても加工面への外周刃の食い込みすぎを確実に防いで、外周マージンを波型に形成したりすることなく、ビビリ振動の発生を防止することが可能となる。なお、この外周マージンは、逃げ角が０°、すなわち非特許文献１に記載の丸ランドのようにエンドミル本体の軸線を中心とした円筒面とされていなくとも、上述のように逃げ角が３°以下の極小さい範囲であれば、食い込み防止効果を十分に得ることができる。

ここで、この外周刃のすくい角が＋５°を上回るほど大きいと、特許文献１記載のエンドミルと同様に外周刃の食い込み防止効果が損なわれることになり、逆に−５°を下回るほど小さいと（負角側に大きいと）、切削抵抗や切削動力の増大を招いて高能率加工域での切削には適さなくなる。また、外周マージンの周方向の幅が０．０１ｍｍより小さくても、この外周マージンによる十分な食い込み防止効果を得ることができなくなり、逆に０．２ｍｍよりも大きいと、やはり切削抵抗や切削動力の増大を招くことになる。

なお、このようなエンドミルにおいては通常、上記エンドミル本体の先端部にギャッシュが形成されて、このギャッシュのエンドミル回転方向を向くギャッシュ面の先端側辺稜部に、上記外周刃に連なる底刃が形成されるが、この底刃が上記外周刃に連なる部分においては、上記ギャッシュ面と上記外周マージンとを交差させて、この交差部分における上記ギャッシュ面の上記軸線方向の幅を、上記外周マージンの上記軸線方向の幅よりも広くすることにより、このギャッシュ面と交差する外周刃の先端部においては、逃げ角が３°以下の外周マージンが連なる部分を短くして、残りの部分では大きな逃げ角を確保することができるので、外周刃がこの先端部からワークに食い付く際には大きな切削抵抗が作用するのを避けて、食い付きを滑らかにすることができる。

さらに、上記外周刃の捩れ角は４５°〜６０°の範囲内と、特許文献１に記載のエンドミルよりも大きくされるのが望ましく、こうして捩れ角を大きくすることにより、外周マージンの周方向の幅が上記範囲内であっても、ワークに切り込まれる部分の外周刃の長さおよびこれに連なる外周マージンの面積は小さくすることができるので、切削抵抗や切削動力が増大するのをさらに確実に防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、外周マージンを波型に形成するなどの複雑な加工を要することなく、外周刃が加工面に食い込みすぎるのを防止してビビリ振動の発生を抑制することができ、アルミニウムまたはアルミニウム合金の高能率加工域における切削加工においても、高品位の加工を円滑に行うことが可能となる。

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１は、超硬合金等の硬質材料によって一体に形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その基端部（図１において右側部分）がシャンク部２とされるとともに先端部（図１において左側部分）は切刃部３とされ、この切刃部３の外周にはエンドミル本体１の先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りに切削時のエンドミル回転方向Ｔ後方側に捩れる切屑排出溝４が複数条（本実施形態では２条）周方向に等間隔に形成されている。

これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面５は、軸線Ｏに直交する断面において図２に示すように凹曲面状とされていて、その外周側辺稜部すなわち壁面５と切刃部３の外周面６との交差稜線部には、切屑排出溝４と等しい捩れ角θで螺旋状に捩れる外周刃７が形成されており、従って上記壁面５はこの外周刃７のすくい面とされる。なお、この外周刃７の捩れ角θは４５°〜６０°の範囲内に設定されるのが望ましく、本実施形態では５５°とされている。

そして、この外周刃７のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内とされており、本実施形態では０°、すなわち図２に示すように軸線Ｏに直交する断面において該軸線Ｏと外周刃７とを結ぶ径線と外周刃７における上記壁面（すくい面）５の接線とが一致するように設定されている。

また、上記外周面６には、外周刃７からエンドミル回転方向Ｔの後方側に向けて順に、外周刃７に連なる外周マージン８と、この外周マージン８に連なり、該外周マージン８よりも逃げ角および周方向の幅が大きい外周逃げ面９とが形成されており、さらにこの外周逃げ面９よりもエンドミル回転方向Ｔ後方側の外周面６は、外周逃げ面９に対して内周側に一段後退した後、凸曲面を描きつつエンドミル回転方向Ｔ後方側の外周刃７のすくい面とされる上記壁面５に連なるように形成されている。

そして、上記外周マージン８は、その逃げ角βが３°以下とされていて、本実施形態では０°、すなわち外周マージン８が軸線Ｏを中心とした外周刃７と等しい半径の円筒面状とされるとともに、周方向の幅Ｗが０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内とされ、本実施形態では０．０８ｍｍとされている。なお、これら外周マージン８の幅Ｗおよび外周逃げ面９の幅は、後述するエンドミル本体１の先端部を除いて一定とされている。

一方、切屑排出溝４の先端部にはギャッシュ１０が形成されている。このギャッシュ１０は、エンドミル本体１の先端中央部から切屑排出溝４の上記壁面５の先端縁を径方向に切り欠くように形成された凹部であって、先端部外周の外周逃げ面９にまで達するように形成されており、そのエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面は本実施形態では軸線Ｏに略平行な平面状のギャッシュ面１１とされ、このギャッシュ面１１の先端側辺稜部、すなわち該ギャッシュ面１１とエンドミル本体１先端に形成された先端逃げ面１２との交差稜線部には、外周刃７の先端に連なるように底刃１３が形成されている。ここで、本実施形態のエンドミルは、この底刃１３と外周刃７とが図１に示すように略９０°の角度をもって交差するスクエアエンドミルとされている。

従って、上記ギャッシュ面１１はこの底刃１３のすくい面とされて、その軸方向すくい角は外周刃７の捩れ角θよりも負角側とされる。また、この底刃１３が外周刃７に連なる部分においては、ギャッシュ面１１が外周逃げ面９と交差することにより、図３に示すようにこのギャッシュ面１１の軸線Ｏ方向の幅Ａが外周マージン８の軸線Ｏ方向の幅Ｂより大きくされていて、外周刃７の先端部７Ａはこのギャッシュ面１１と上記外周逃げ面９との交差稜線部に形成されることになり、この先端部７Ａのうち後端側は逃げ角βが３°以下の外周マージン８との交差稜線部となるものの、先端側はこれよりも逃げ角が大きい外周逃げ面９との交差稜線部に形成されることになる。

このように構成されたエンドミルでは、外周刃７のすくい角αが、本実施形態ではこの外周刃７の先端部７Ａを除いて−５°〜＋５°の範囲内と、正角側に大きくなりすぎないように設定されているとともに、この外周刃７に連なるように逃げ角βが３°以下の外周マージン８が周方向に０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内の幅Ｗで形成されているので、アルミニウムやアルミニウム合金よりなる被削材の切削においても、切削抵抗や切削動力の増大を抑えつつ、加工面に外周刃７が食い込みすぎるのを防いでビビリ振動の発生を防止することができる。すなわち、上記各範囲よりもすくい角αや逃げ角βが大きかったり、幅Ｗが小さかったりすると、外周刃７の切れ味が鋭くなりすぎて外周刃７の食い込み防止効果が十分に奏功されず、逆にすくい角αが小さかったり、幅Ｗが大きかったりすると、徒に切削抵抗が増大し、従って大きな切削動力を要する結果となる。

その一方で、外周マージン８は上述のように一定の幅Ｗで形成すればよく、上記先端部７Ａでもこうして一定幅Ｗで形成した外周マージン８を、ギャッシュ１０を形成する際に外周逃げ面９ごと切り欠けばよいので、当該エンドミルを製造するに際して複雑な加工を要したりすることがない。従って、上記構成のエンドミルによれば、こうして切削抵抗や切削動力が増大するのを抑えつつビビリ振動の発生も防止することができるので、上述のような被削材をエンドミル回転速度や切込み、送り速度を高めた高能率加工域で切削する場合でも、加工面の品位に優れた加工を円滑に行うことが可能なエンドミルを低コストで提供することができる。

また、本実施形態ではエンドミル本体１の先端部にギャッシュ１０が形成されて、そのギャッシュ面１１の先端側辺稜部に底刃１３が形成されるとともに、この底刃１３が外周刃７に連なる部分においては、ギャッシュ面１１と外周マージン８とが交差させられて、この交差部分におけるギャッシュ面１１の軸線Ｏ方向の幅Ａが外周マージン８の軸線Ｏ方向の幅Ｂよりも広くされている。

そして、これにより、上述のように外周刃７は、その先端部７Ａのうち先端側が、逃げ角βが３°以下の外周マージン８よりも逃げ角が大きい外周逃げ面９との交差稜線部に形成されることになるので、外周刃７がこの先端部７Ａの先端側からワークに食い付く際には切削抵抗を軽減することができ、切削を滑らかに行うことができるとともに、食い付きの際にエンドミル本体１に衝撃的負荷が作用するのを防いで、かかる衝撃的負荷による振動も防止して一層の加工面品位の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、上記外周刃７の捩れ角θが４５°〜６０°の範囲内と、例えば特許文献１に記載のエンドミルなどよりも大きくされている。このため、外周マージン８の周方向の幅Ｗは上記範囲内であっても、ワークに切り込まれる部分の外周刃７の長さは短くなるためにこの部分に連なる外周マージン８の面積も小さくすることができるので、これにより切削抵抗や切削動力が増大するのをさらに確実に防ぐことができる。

なお、本実施形態では上述したようなスクエアエンドミルに本発明を適用した場合について説明したが、外周刃７と底刃１３とが１／４円弧状のコーナ刃を介して連続したラジアスエンドミルや底刃１３自体が１／４円弧状に形成されたボールエンドミルに本発明を適用することも可能である。また、本発明を３枚刃以上のエンドミルに適用することも勿論可能である。

本発明の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態における切刃部３の、外周刃７の先端部７Ａ以外の部分における軸線Ｏに直交する拡大断面図である。 図１に示す実施形態の外周刃７の先端部７Ａ周辺を軸線Ｏに対する径方向（図１におけるＸ方向）から見た拡大側面図である。

符号の説明

１ エンドミル本体
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
５ 切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面（外周刃７のすくい面）
７ 外周刃
７Ａ 外周刃７の先端部
８ 外周マージン
９ 外周逃げ面
１０ ギャッシュ
１１ ギャッシュ面（底刃１３のすくい面）
１３ 底刃
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｗ 外周マージン８の周方向の幅
Ａ 外周刃７の先端部７Ａにおけるギャッシュ面１１の軸線Ｏ方向の幅
Ｂ 外周刃７の先端部７Ａにおける外周マージン８の軸線Ｏ方向の幅
α 外周刃７のすくい角
β 外周マージン８における外周刃７の逃げ角

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に後端側に向かうに従い上記軸線回りにエンドミル回転方向後方に捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部には外周刃が形成されるとともに、上記エンドミル本体の外周面にはこの外周刃に連なる逃げ角３°以下の外周マージンが形成されており、この外周マージンの周方向の幅が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内とされるとともに、上記外周刃のすくい角が−５°〜＋５°の範囲内とされていることを特徴とするエンドミル。
2. 上記エンドミル本体の先端部にはギャッシュが形成されていて、このギャッシュのエンドミル回転方向を向くギャッシュ面の先端側辺稜部に、上記外周刃に連なる底刃が形成されており、この底刃が上記外周刃に連なる部分においては、上記ギャッシュ面と上記外周マージンとが交差させられていて、この交差部分における上記ギャッシュ面の上記軸線方向の幅が、上記外周マージンの上記軸線方向の幅よりも広くされていることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
3. 上記外周刃の捩れ角が４５°〜６０°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に記載のエンドミル。

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