JP2021030354A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】エンドミル本体の剛性を損なうことなく、最大円弧の範囲における被削材の傾斜面との接点近傍の切屑詰まりの発生を防ぐ。【解決手段】軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転させられるエンドミル本体１の先端部外周に先端から後端側に延びる切屑排出溝４が形成され、切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部に切刃７が形成され、切刃７は、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面Ｍが、半径の異なる複数の凸円弧または半径の異なる複数の凸円弧と直線を接するように繋いだ形状とされ、複数の凸円弧のうち最も半径の大きな最大円弧の範囲Ｌにおいては、軸線Ｏに垂直な断面における心厚円Ｃの直径と切刃７の直径との比が、軸線Ｏ方向先端側から後端側に向かうに従い漸次減少して極小値となった後に漸次増加する。【選択図】図４

Description

本発明は、軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に延び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切刃が形成されたエンドミルであって、特に切刃が、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面が、半径の異なる複数の円弧を接するように繋いだ形状とされたエンドミルに関するものである。

このようなエンドミルとして、例えば特許文献１には、エンドミル本体の一端に円弧状の切れ刃を備え他端にはシャンクを備えたソリッドエンドミルにおいて、円弧状の切れ刃の円弧半径は刃径の０．６倍ないし３倍、円弧の長さは刃径の１／２以上で、かつ、円弧状の切れ刃の先端に連接してエンドミル回転軸上に中心をもちノーズに至る第二の円弧状の切れ刃を１／８円弧以上の長さにわたって設け、特に第二の円弧状の切れ刃の円弧半径を、刃径の１／４としたものが記載されている。

特開平１１−１５６６２１号公報

ここで、この特許文献１に記載されたエンドミルは、マシニングセンタなどの工作機械を用いた金型等における３次元曲面加工の用途に適するものであるが、近年ではこのような３次元曲面加工を、５軸加工可能な工作機械を用いてエンドミル本体を傾斜させて使用する場合が多くなってきている。

このような５軸加工では、切刃の全体を使用することは少なく、専ら切刃の軸線回りの回転軌跡の軸線に沿った断面がなす複数の円弧のうち、最も円弧の半径が大きい最大円弧の範囲の切刃が使用されることが多い。このように最大円弧の範囲の切刃が使用される切削加工では、切刃が被削材の傾斜面と接点をもち、この接点の近傍が主に切削に使用されて最も切削に関与し、切り込み量が最大となる。

しかしながら、例えば切屑排出溝の深さが切刃の最大円弧の範囲で一定であると、このように切り込みが最大となって主に切削に使用される被削材の傾斜面との接点近傍においては切刃の直径に対する切屑排出溝の容量が不足となり、最大となる切り込み量に対して切屑排出性が損なわれてしまって、切屑詰まりを生じるおそれがある。その一方で、このような切屑詰まりを防止するために、最大円弧の範囲の全長で切屑排出溝の深さを大きくすると、エンドミル本体の剛性が不十分となって撓みや振動を生じ易くなり、加工精度が低下するおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、エンドミル本体の剛性を損なうことなく、最大円弧の範囲における被削材の傾斜面との接点近傍において切屑詰まり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。

上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に延び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切刃が形成されたエンドミルであって、上記切刃は、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面が、半径の異なる複数の凸円弧を接するように繋いだ形状、または半径の異なる複数の凸円弧と直線とを接するように繋いだ形状とされており、上記複数の凸円弧のうち最も半径の大きな最大円弧の範囲においては、上記軸線に垂直な断面における上記軸線を中心として上記切屑排出溝のエンドミル本体外周側を向く底面に内接する心厚円の直径と上記切刃の直径との比が、上記軸線方向先端側から後端側に向かうに従い漸次減少して極小値となった後に漸次増加していることを特徴とする。

このように構成されたエンドミルでは、エンドミル本体の軸線に垂直な断面における軸線を中心として切屑排出溝のエンドミル本体外周側を向く底面に内接する心厚円の直径と切刃の直径との比が、切刃の最大円弧の範囲において軸線方向先端側から後端側に向かうに従い漸次減少して極小値となった後に漸次増加しているので、この最大円弧の範囲における切屑排出溝の切刃の直径に対する深さは、軸線方向先端側から後端側に向かうに従い漸次増加して極大値となった後に漸次減少することになる。

このため、エンドミル本体を傾斜させて切削を行う際に、切り込みが最大となって主に切削に使用される被削材の傾斜面との接点近傍において、切屑排出溝の深さを大きくして良好な切屑排出性を確保することができる。その一方で、心厚円の直径と切刃の直径との比は、この極小値となった位置から後端側に向かうに従い漸次増加して心厚円の直径が大きくなるので、主に切削に使用される部分のエンドミル本体の剛性の向上を図ることができる。

ここで、上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比が上記極小値をとる位置は、上記軸線方向における上記最大円弧の範囲の長さの１／２の位置から、上記軸線方向の先端側と後端側とに、上記軸線方向における上記最大円弧の範囲の長さの３０％の範囲内にあることが望ましい。

このような範囲は、切刃の最大円弧の範囲においても、エンドミル本体を傾斜させて切削を行う際に、特に多く切削に使用される範囲であるので、極小値をとる位置が上記軸線方向における上記最大円弧の範囲の長さの１／２の位置から先端側または後端側に最大円弧の範囲の長さの３０％の範囲を越えてしまうと、このように多く切削に使用される範囲において良好な切屑排出性を確保することが困難となるおそれがある。

また、上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比の上記極小値は、０．６〜０．８５の範囲内にあることが望ましい。この極小値が０．６を下回ると、切屑排出溝が深くなりすぎてエンドミル本体の剛性を確保することができなくなるおそれがあり、逆に極小値が０．８５を上回ると、切屑排出溝が浅くなりすぎて良好な切屑排出性を得ることができなくなるおそれがある。

さらに、上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比は、上記軸線方向先端側から上記極小値に向かうに従い減少する割合が漸次小さくなるとともに、上記極小値から上記軸線方向後端側に向かうに従い増加する割合が漸次大きくなることが望ましい。これにより、極小値をとる位置のエンドミル本体先端側と後端側の周辺において軸線に垂直な断面における切屑排出溝に内接する心厚円の直径と切刃の直径との比が急激に変化するのを抑えて、安定した切屑の排出を促すことができる。

以上説明したように、本発明によれば、エンドミル本体を傾斜させて使用する５軸加工等において、エンドミル本体の剛性が損なわれて加工精度が低下するような事態を招くことなく、最大円弧の範囲における被削材の傾斜面との接点近傍において切屑詰まりの発生を防ぐことが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態の拡大正面図である。 図１に示す実施形態における心厚円の位置と切刃（外周刃）の軸線回りの回転軌跡の軸線に沿った断面とを示すエンドミル本体先端部の拡大側面図である。 図４におけるＺＺ拡大断面図である。 図１に示す実施形態の最大円弧の範囲における心厚円の直径と切刃の直径との比の変化を示す概略図である。 本発明の第１の具体例における最大円弧の範囲における心厚円の直径と切刃の直径との比の変化を示す図である。 本発明の第２の具体例における最大円弧の範囲における心厚円の直径と切刃の直径との比の変化を示す図である。 図８の縦軸を説明のために拡大した図である。 本発明の第３の具体例における最大円弧の範囲における心厚円の直径と切刃の直径との比の変化を示す図である。 図１０の縦軸を説明のために拡大した図である。

図１〜図６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り軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成され、後端側（図１において右上側。図２および図３においては右側）の部分は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端側（図１において左下側。図２および図３においては左側）の部分は切刃部３とされる。このようなラフィングエンドミルは、シャンク部２が５軸加工可能な工作機械の主軸に把持されて、軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出されて、切刃部３により被削材に粗加工を施す。

切刃部３には、エンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に捩れる切屑排出溝４が複数条（本実施形態では６条）、周方向に間隔をあけて形成されている。ここで、本実施形態では、これら複数条の切屑排出溝４は、図５に示すように軸線Ｏに垂直な断面において、互いに等しい断面形状および深さに形成されている。

これらの切屑排出溝４の先端部には、切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面に沿って凹溝状のギャッシュ５が形成されており、このギャッシュ５のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面とエンドミル本体１の先端面（先端逃げ面）との交差稜線部には、軸線Ｏに対する半径方向に延びる底刃６が形成されている。ここで、底刃６は、軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏ上に中心を有してエンドミル本体１の先端側に凸となる略半球状をなすように形成されている。

また、この底刃６の後端からエンドミル本体１の後端側に向けて、切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部には、軸線Ｏ回りの回転軌跡の該軸線Ｏに沿った断面が、図４に一点破線Ｍで示すように底刃６の回転軌跡がなす半球の半径よりも大きな半径の凸円弧状をなす外周刃７が、底刃６に接するように形成されている。これら底刃６と外周刃７とが、本実施形態における切刃とされる。

従って、本実施形態では、この切刃は半径の異なる複数の凸円弧を接するように繋いだ形状とされており、このうち外周刃７が形成された範囲が、上記複数の円弧のうち最も半径の大きな最大円弧の範囲Ｌとされる。なお、外周刃７の後端側には、外周刃７の軸線Ｏ回りの回転軌跡の該軸線Ｏに沿った断面が、外周刃７よりも半径の小さい凸円弧状をなして外周刃７に接する後端刃が形成されていてもよい。また、この後端刃は、エンドミル本体１の後端側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に向かうように延びていて、この後端刃の後端側においてエンドミル本体１が切刃から縮径した部分（いわゆる首ぬすみ部）が形成されるようにしてもよい。

ここで、図６は、この最大円弧の範囲Ｌにおける軸線Ｏに垂直な断面において、図５に示す軸線Ｏを中心とした切屑排出溝４のエンドミル本体１外周側を向く底面４Ａに内接する心厚円Ｃの直径ｄと、外周刃７が軸線Ｏ回りになす円の直径、すなわち外周刃７（切刃）の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが、外周刃７の先端側（図６において左側）から後端側（図６において右側）に向かうに従い、どのように変化しているかを示す概略図である。また、図４に破線で示すのは、切刃部３の最大円弧の範囲Ｌにおける心厚円Ｃの外径線を軸線Ｏ方向に連続させて透視したものである。

そして、これら図４および図６に示すように、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７（切刃）の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、最大円弧の範囲Ｌの軸線Ｏ方向の先端側から後端側に向かうに従い漸次減少し、最大円弧の範囲Ｌの軸線Ｏ方向における１／２の位置Ｐの近傍で最小の極小値Ｑとなり、この極小値Ｑをとる位置から後端側に向かうに従い漸次増加してゆく。また、この比ｄ／Ｄは、軸線方向Ｏ先端側から極小値Ｑに向かうに従い減少する割合が漸次小さくなるとともに、極小値Ｑから軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い増加する割合が漸次大きくなる。

このように構成されたエンドミルにおいては、エンドミル本体１の軸線Ｏに垂直な断面における軸線Ｏを中心とした切屑排出溝４のエンドミル本体１外周側を向く底面４Ａに内接する心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７（切刃）の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが、外周刃７が形成された切刃の最大円弧の範囲Ｌにおいて軸線Ｏ方向先端側から後端側に向かうに従い漸次減少して極小値Ｑとなった後に漸次増加しているので、この最大円弧の範囲Ｌにおける切屑排出溝４の外周刃７の直径Ｄに対する深さは、図４に示したように軸線Ｏ方向先端側から後端側に向かうに従い漸次増加して極小値Ｑの位置で最大となった後に漸次減少することになる。

従って、５軸加工の場合にエンドミル本体１を傾斜させて切削を行う際に、外周刃７において切り込みが最大となって主に切削に使用される被削材の傾斜面との接点近傍において、切屑排出溝４の深さを大きくして切屑排出性を良好に確保することができ、切屑詰まりの発生を防ぐことが可能となる。

その一方で、この心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、この極小値Ｑとなった位置からエンドミル本体１の後端側に向かうに従い漸次増加して心厚円Ｃの直径ｄが漸次大きくなってゆくので、主に切削に使用される部分におけるエンドミル本体１の剛性の向上を図ることができ、撓みや振動が生じるのを防いで高い加工精度を得ることが可能となる。なお、上記切刃は、上記軸線Ｏ回りの回転軌跡の該軸線Ｏに沿った断面が、半径の異なる複数の凸円弧と直線とを接するように繋いだ形状とされていてもよい。

また、本実施形態では、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、軸線Ｏ方向先端側から極小値Ｑに向かうに従い減少する割合が漸次小さくなるとともに、極小値Ｑから軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い増加する割合は漸次大きくなっている。従って、極小値Ｑをとる位置のエンドミル本体１先端側と後端側の周辺においては、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが急激に変化するのを抑制することができるので、切屑排出溝４の深さが最も深くなる極小値Ｑの位置の周辺において切屑の安定した排出を促すことができる。

なお、上記心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄが上記極小値Ｑをとる位置は、軸線Ｏ方向における最大円弧の長さの１／２の上記位置Ｐから、軸線Ｏ方向の先端側と後端側とに、軸線Ｏ方向における最大円弧の長さの３０％の範囲内にあることが望ましい。

この軸線Ｏ方向における最大円弧の長さの１／２の位置Ｐから軸線Ｏ方向の先端側と後端側とに軸線Ｏ方向における最大円弧の長さの３０％の範囲は、外周刃７の最大円弧の範囲においても、エンドミル本体１を傾斜させて切削を行う際に、特に多く切削に使用される範囲であり、比ｄ／Ｄが極小値Ｑをとる位置がこのような範囲を越えてしまうと、こうして多く切削に使用される範囲において良好な切屑排出性を確保することが困難となるおそれがある。

また、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの極小値Ｑ自体は、０．６〜０．８５（百分率にして６０％〜８５％）の範囲内にあることが望ましい。極小値Ｑが０．６（百分率にして６０％）を下回ると、極小値Ｑの位置において切屑排出溝４が深くなりすぎてエンドミル本体１の剛性を確保することができなくなるおそれがある。また、逆に極小値Ｑが０．８５（百分率にして８５％）を上回ると、切屑排出溝４が浅くなりすぎて良好な切屑排出性を得ることができなくなるおそれがある。

ここで、図７は、本発明の第１〜第３の具体例における最大円弧の範囲Ｌにおける心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの変化を、横軸をエンドミル本体１の先端からの軸線Ｏ方向の距離（底刃６の先端からの距離）とし、縦軸を比ｄ／Ｄ（ただし、百分率）として示した図である。

また、図８および図１０は、本発明の第２、第３の具体例における最大円弧の範囲Ｌにおける心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの変化を、同じく横軸をエンドミル本体１の先端からの軸線Ｏ方向の距離（底刃６の先端からの距離）とし、縦軸を比ｄ／Ｄ（ただし、百分率）として示した図であり、図９および図１１は、これら第２、第３の具体例の縦軸を説明のために拡大したものである。

このうち、図７に示す第１の具体例では、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの極小値Ｑは、エンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に１５．０ｍｍの位置にあるとともに、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐはエンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に１３．３ｍｍの位置にあり、最大円弧の範囲Ｌ（外周刃７が形成された範囲）の軸線Ｏ方向の長さは２０．４ｍｍであったので、比ｄ／Ｄが極小値Ｑをとる位置は、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐから軸線Ｏ方向先端側に最大円弧の範囲Ｌの長さの３０％以下の範囲内の８．５％の位置にある。

また、図８および図９に示す第２の具体例では、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの極小値Ｑは、エンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に７．５ｍｍの位置にあるとともに、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐはエンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に１２．１ｍｍの位置にあり、最大円弧の範囲Ｌ（外周刃７が形成された範囲）の軸線Ｏ方向の長さは１８．０ｍｍであったので、比ｄ／Ｄが極小値Ｑをとる位置は、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐから軸線Ｏ方向後端側に最大円弧の範囲Ｌの長さの３０％以下の範囲内の２５．６％の位置にある。

さらに、図１０および図１１に示す第３の具体例では、心厚円Ｃの直径ｄと外周刃７の直径Ｄとの比ｄ／Ｄの極小値Ｑは、エンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に１４．０ｍｍの位置にあるとともに、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐはエンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に１５．４ｍｍの位置にあり、最大円弧の範囲Ｌ（外周刃７が形成された範囲）の軸線Ｏ方向の長さは２７．５ｍｍであったので、比ｄ／Ｄが極小値Ｑをとる位置は、最大円弧の長さの１／２の位置Ｐから軸線Ｏ方向後端側に最大円弧の範囲Ｌの長さの３０％以下の範囲内の５．１％の位置にある。

さらにまた、第１の具体例において、比ｄ／Ｄの極小値Ｑ自体は百分率にして６５．９％であり、第２の具体例においては、比ｄ／Ｄの極小値Ｑ自体は百分率にして７３．８％であり、第３の具体例においては、比ｄ／Ｄの極小値Ｑ自体は百分率にして６６．３％であり、いずれも６０％〜８０％の範囲内であった。従って、このような第１〜第３の具体例によれば、一層確実に切屑排出性の向上とエンドミル本体１の剛性の確保とを図ることが可能となる。

１ エンドミル本体
２ シャンク部
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
４Ａ 切屑排出溝４のエンドミル本体１外周側を向く底面
５ ギャッシュ
６ 底刃
７ 外周刃
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｃ 心厚円
ｄ 心厚円Ｃの直径
Ｄ 切刃（外周刃７）の直径
Ｌ 切刃の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす複数の凸円弧のうち最も半径の大きな最大円弧の範囲
Ｍ 切刃（外周刃７）の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面
Ｐ 軸線Ｏ方向における最大円弧の範囲Ｌの長さの１／２の位置
Ｑ 比ｄ／Ｄの極小値

Claims (4)

1. 軸線回りにエンドミル回転方向に回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に延び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切刃が形成されたエンドミルであって、
   上記切刃は、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面が、半径の異なる複数の凸円弧を接するように繋いだ形状、または半径の異なる複数の凸円弧と直線とを接するように繋いだ形状とされており、
   上記複数の凸円弧のうち最も半径の大きな最大円弧の範囲においては、上記軸線に垂直な断面における上記軸線を中心として上記切屑排出溝のエンドミル本体外周側を向く底面に内接する心厚円の直径と上記切刃の直径との比が、上記軸線方向先端側から後端側に向かうに従い漸次減少して極小値となった後に漸次増加していることを特徴とするエンドミル。
2. 上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比の上記極小値をとる位置は、上記軸線方向における上記最大円弧の範囲の長さの１／２の位置から、上記軸線方向の先端側と後端側とに、上記軸線方向における上記最大円弧の範囲の長さの３０％の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
3. 上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比の上記極小値は、０．６〜０．８の範囲内にあ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。
4. 上記心厚円の直径と上記切刃の直径との比は、上記軸線方向先端側から上記極小値に向かうに従い減少する割合が漸次小さくなるとともに、上記極小値から上記軸線方向後端側に向かうに従い増加する割合が漸次大きくなることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のエンドミル。

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