JP3891727B2

JP3891727B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP3891727B2
Application number: JP14927799A
Authority: JP
Inventors: 一公岡田; 英明今泉; 益生斉藤
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP2000334615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンドミルに係り、特に、軸方向へ段階的に移動させながら軸心と直角方向へ切削加工を行ってポケット穴や立ち壁などを切削加工するステップ加工に好適に用いられるエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
比較的深いポケット穴や高さが高い立ち壁などを切削加工する際に、刃長の長いロング刃のエンドミルを用いると、剛性が低下したり切削抵抗が大きくなったりするため、加工精度が低下したり加工条件が制限されたりする問題がある。このため、刃長の短いエンドミルを用いて、軸方向へ段階的に移動させながら軸心と直角方向へ切削加工を行い、何段もつなぎ合わせて目的の高さを切削加工するステップ加工が提案されている。
【０００３】
図２は、このようなステップ加工に用いられるエンドミルの一例で、このエンドミル１００は、シャンク１０２および切れ刃部１０４を軸方向に連続して一体に備えているとともに、切れ刃部１０４には、シャンク１０２よりも径寸法が大きいとともに軸心Ｏまわりに捩じれた複数の外周切れ刃１０６が設けられている。また、切れ刃部１０４の先端には、外周切れ刃１０６に連続して底刃１０８が設けられている。図２の軸心Ｏよりも右側半分は、軸心Ｏに対して直角な方向から見た正面図で、左側半分は切れ刃部１０４の外周切れ刃１０６を軸心Ｏと平行に示した断面図であり、その左側半分の外周形状は切れ刃部１０４の回転軌跡形状１０４Ｒ、すなわち切削形状と同じである。
【０００４】
図３は、図２のエンドミル１００を用いてワーク１１０の立ち壁１１２をステップ加工する場合の一例を説明する図で、(a) の第１工程では略垂直なエンドミル１００を軸心まわりに回転させつつ軸心と直角方向、具体的には立ち壁１１２と平行で且つ略水平な方向へ平行移動させて第１ステップ加工面１１４ａを切削加工し、(b) の第２工程では、エンドミル１００を軸方向の先端側へ所定寸法だけずらして同じく軸心まわりに回転させつつ軸心と直角方向、具体的には立ち壁１１２と平行で且つ略水平な方向へ平行移動させて第２ステップ加工面１１４ｂを切削加工する。このようなステップ加工を繰り返すことにより、目的とする高さ寸法の垂直面を切削加工できる。なお、図３とは逆に下から上方へエンドミル１００を段階的に移動させつつステップ加工を行うことも勿論可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、切削加工時には工具の撓み変形で切れ刃部１０４の後端１０４ａ側がワーク１１０側へ食い込むため、第１ステップ加工面１１４ａと第２ステップ加工面１１４ｂとの境界１１６に段差が生じる。加工条件などにより段差は小さくなるが、数μｍ程度（例えば１〜２μｍ）の段差が生じることは避けられず、手で触っただけでは分からなくても、視覚的に境界１１６部分に筋ができてしまうのである。特開平６−８０２９号公報には、切れ刃部１０４の後端１０４ａに、外周切れ刃１０６に連続して所定角度で傾斜した後方切削刃を設けたエンドミルが記載されているが、傾斜角度が１０°程度でもコーナ（外周切れ刃と接続する角部）が角張っていると、視覚的に筋が付いてしまう。また、この後方切削刃は、単にテーパ面まで溝を形成してすくい面および切れ刃を設けただけであり、逃げ面が設けられていないため、加工面粗さが悪く、この点でも他の加工面部分と反射特性が相違して視覚的な筋が生じ易い。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、エンドミルを軸方向へ段階的に移動させながらステップ加工を行う場合に加工面の境界に視覚的な筋が発生することを防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、円柱形状の軸部と、その軸部の一端に連続して設けられるとともにその軸部よりも大きい一定の外径寸法の外周切れ刃を備えている切れ刃部と、を同心に一体に有し、軸方向へ段階的に移動させながら軸心と直角方向へ切削加工を行うステップ加工に用いられるエンドミルにおいて、(a) 前記外周切れ刃の前記軸部側の端部には、軸心まわりの回転軌跡のその軸心を含む断面形状において、その外周切れ刃の回転軌跡であるその軸心と平行な直線からその軸心側へ向かう円弧を形成するとともに、その直線と繋がる接続点におけるその円弧の接線がその直線と一致するようにその直線に滑らかに接続される後端切れ刃が、その外周切れ刃に連続して設けられているとともに、(b) その後端切れ刃には、刃先から周方向へ向かうに従って軸方向の先端側へ逃げる逃げ面が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明のエンドミルにおいて、前記外周切れ刃は軸心まわりに捩じれたねじれ刃で、その外周切れ刃の刃数をＮ、その外周切れ刃の外径寸法が等しい実質切削長さ（軸方向の長さ）をＢ、その外周切れ刃の外径をＤ、その外周切れ刃のねじれ角をβとした時、次式(1) で表されるｎが自然数であることを特徴とする。
ｎ＝Ｂ・Ｎ・tan β／（π・Ｄ）・・・(1)
【０００９】
【発明の効果】
このようなエンドミルにおいては、切れ刃部の後端の後端切れ刃が、軸心まわりの回転軌跡の軸心を含む断面形状において、外周切れ刃の回転軌跡である軸心と平行な直線からその軸心側へ向かう円弧を形成するとともに、その直線と繋がる接続点におけるその円弧の接線がその直線と一致するようにその直線に滑らかに接続されるように設けられているため、ステップ加工を行った場合に加工面の境界部分に生じる段差の面形状が上記円弧に対応する湾曲面になり、面の向きの急な変化が緩和される。また、後端切れ刃には軸方向の逃げ面が設けられているため加工面粗さが向上し、外周切れ刃によって加工される他の加工面部分との反射特性の相違が小さくなる。このように、段差部分の面の向きの急な変化が緩和され、且つその段差部分の面粗さが向上することにより、段差部分に生じる視覚的な筋の発生が抑制される。
【００１０】
また、(1) 式のｎが自然数になるように外周切れ刃の各部の諸元Ｎ、Ｂ、Ｄ、βが定められる第２発明では、実質切削長さＢの範囲内において軸方向に存在する外周切れ刃の刃数が軸心まわりのどの位置でも自然数ｎになるため、軸心まわりの回転に拘らず切削に関与する外周切れ刃の刃数が一定（＝ｎ）になり、切削抵抗（負荷）の変動が抑制されて軸部（回転ホルダから切れ刃部までの長さ）が長い場合でも高い加工精度が得られるようになる。すなわち、上記ステップ加工を行う場合、工作機械のホルダから切れ刃部までの長さ（軸部）が長くなるため、切削抵抗の変動で切れ刃部が振れてビビリ振動が生じ易いが、切削抵抗の変動が抑制されることから切れ刃部の振れが軽減されるのである。
【００１１】
なお、自然数は１以上の整数であるが、例えば実際の切削加工は後端切れ刃の一部を含んで行われるし、ステップ加工では軸方向にオーバーラップして切削加工が行われるため、厳密にｎが自然数となるように設定する必要はない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明のエンドミルは、軸方向へ段階的に移動させながらステップ加工を行う場合に、加工面の境界に視覚的な筋が発生し難いといった所望の効果が得られるが、後端切れ刃が設けられていることから、例えばエンドミルを軸方向の後端側（シャンク側）へ連続的に移動させつつ所定の内周面に沿って移動させてポケット穴をヘリカル加工することもできるなど、通常のエンドミルの使用形態を含めて種々の態様で使用できる。
【００１３】
円柱形状の軸部は、主にシャンクを想定したものであるが、シャンクと切れ刃部との間に首部が設けられる場合は、外周切れ刃は少なくとも首部よりも大径であれば良い。
【００１４】
後端切れ刃の回転軌跡の軸心を含む断面形状の円弧は、例えば一定の曲率中心を中心とする一定の曲率半径の円弧であっても良いが、楕円の円弧のように連続的に変化しているものでも良い。円弧の曲率半径は、視覚的な筋の発生を防止する上で０．０１ｍｍ以上が良く、０．０２ｍｍ以上が望ましい。また、軸部と外周切れ刃との直径寸法の差Δｄに対して、例えば一定の曲率中心を中心として一定の曲率半径Δｄ／２で円弧が形成されるようにすれば、切れ刃部の後端に１／４円弧が形成される。Δｄ／２以上の曲率半径で円弧が形成されるようにしても良い。なお、外周切れ刃と底刃とのコーナにも、必要に応じて所定の曲率半径のＲを設けることができることは勿論である。
【００１５】
後端切れ刃の逃げ面は、軸方向の先端側へ逃げているだけでなく、径方向にも所定の逃げを設けることが望ましい。また、前記(1) 式において、刃数Ｎおよび自然数ｎは何れも２以上が望ましい。
【００１６】
次に、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１の(a) は、本発明の一実施例であるエンドミル１０を軸心Ｏと直角方向から見た図で、シャンク１２の一部を切り欠いた正面図であり、(b) は先端側から見た底面図で、(c) は軸心Ｏの左側半分が切れ刃部１４の回転軌跡形状（左外周形状は軸心Ｏを含む断面形状と同じ）１４Ｒを示す図で、右側半分が外周切れ刃１６を軸心Ｏと平行に図示した断面形状を示す図である。シャンク１２は円柱形状で、その一端に連続して切れ刃部１４がシャンク１２と同心に一体に設けられている。切れ刃部１４には、シャンク１２よりも径寸法が大きい一定の外径寸法で軸心Ｏまわりに捩じれた複数（本実施例では４枚）の外周切れ刃１６が設けられているとともに、切れ刃部１４の先端には、それ等の外周切れ刃１６に連続して底刃１８が設けられている。また、切れ刃部１４の後端、すなわちシャンク１２側の端部には、外周切れ刃１６に連続して後端切れ刃２０が設けられている。外周切れ刃１６および後端切れ刃２０は、共通のねじれ溝２２に沿って設けられており、底刃１８は、ねじれ溝２２の先端に設けられたギャッシュ２４に沿って設けられている。なお、シャンク１２は軸部に相当する。
【００１７】
ここで、上記外周切れ刃１６の刃数をＮ、外周切れ刃１６の外径寸法が等しい実質切削長さ（軸方向長さ）をＢ、外周切れ刃１６の外径をＤ、外周切れ刃１６のねじれ角をβとした時、それ等の諸元は前記(1) 式で表されるｎが自然数となるように設定されている。本実施例では、ｎ＝２になるように、Ｎ＝４、Ｂ≒２０ｍｍ、Ｄ≒１４ｍｍ、β≒４８°に設定されている。
【００１８】
一方、前記後端切れ刃２０は、図１(c) の左側半分に示す切れ刃部１４の回転軌跡形状（断面形状）１４Ｒにおいて、曲率中心が一定で曲率半径が１ｍｍの円弧２０Ｒが形成されるように設けられており、且つ、その円弧２０Ｒの曲率中心は、外周切れ刃１６の回転軌跡である軸心Ｏと平行な直線に対して、その直線との接続点における円弧２０Ｒの接線がその直線と一致するように滑らかに接続され、軸心Ｏ側へ向かって湾曲するように設定されている。本実施例ではシャンク１２と切れ刃部１４との直径寸法の差Δｄが２ｍｍで、断面形状における段差Δｄ／２＝１ｍｍであり、後端切れ刃２０の回転軌跡断面形状における円弧２０Ｒの曲率半径と同じであることから、回転軌跡形状１４Ｒの後端に半径１ｍｍの１／４円弧が形成される。
【００１９】
後端切れ刃２０にはまた、刃先から周方向へ向かうに従って軸方向の先端側へ逃げる逃げ面２８が設けられている。この逃げ面２８は、軸方向の先端側へ逃げているだけでなく、径方向にも所定の逃げが設けられている。
【００２０】
また、外周切れ刃１６と底刃１８とのコーナ２６には、図１(c) の左側半分に示す切れ刃部１４の回転軌跡形状（断面形状）１４Ｒにおいて、曲率中心が一定で曲率半径が１ｍｍの円弧２６Ｒが形成されるように、Ｒ面取りが施されている。曲率中心は、Ｒ面取りの円弧２６Ｒが外周切れ刃１６の回転軌跡である軸心Ｏと平行な直線に対して接線で繋がるように設定されている。なお、回転軌跡形状１４Ｒ（円弧２０Ｒ、２６Ｒを含む）は、切れ刃部１４の切削形状を表している。
【００２１】
このような本実施例のエンドミル１０においては、切れ刃部１４の後端の後端切れ刃２０が、軸心Ｏまわりの回転軌跡の軸心Ｏを含む断面形状（１４Ｒ）において、外周切れ刃１６の回転軌跡である直線からその軸心Ｏ側へ向かう円弧２０Ｒを形成するとともに、その直線と繋がる接続点における円弧２０Ｒの接線がその直線と一致するようにその直線に滑らかに接続されるように設けられているため、例えば図３に示すようなステップ加工を行った場合に加工面１１４ａと１１４ｂとの境界部分１１６に生じる段差の面形状が上記円弧２０Ｒに対応する湾曲面になり、面の向きの急な変化が緩和される。また、後端切れ刃２０には逃げ面２８が設けられているため加工面粗さが向上し、外周切れ刃１６によって加工される他の加工面部分との反射特性の相違が小さくなる。このように、段差部分（境界部分）１１６の面の向きの急な変化が緩和され、且つその段差部分１１６の面粗さが向上することにより、段差部分１１６に生じる視覚的な筋の発生が抑制され、優れた加工面品質が得られるようになる。
【００２２】
また、前記(1) 式のｎ＝２となるように外周切れ刃１６の各部の諸元Ｎ、Ｂ、Ｄ、βが定められているため、実質切削長さＢの範囲内において軸方向に存在する外周切れ刃１６の刃数が軸心Ｏまわりのどの位置でもｎすなわち「２」であるため、軸心Ｏまわりの回転に拘らず切削に関与する外周切れ刃１６の刃数が一定（ｎ＝２）になり、切削抵抗（負荷）の変動が抑制されてシャンク１２（厳密にはホルダから切れ刃部までの長さ）が長い場合でも高い加工精度（面粗さなど）が得られるようになる。すなわち、上記ステップ加工を行う場合、工作機械のホルダから切れ刃部１４までの長さが長くなるため、切削抵抗の変動で切れ刃部１４が振れてビビリ振動が生じ易いが、切削抵抗の変動が抑制されることから切れ刃部１４の振れやビビリ振動が軽減されるのである。
【００２３】
なお、図３とは逆に、エンドミル１０を軸方向のシャンク１２側へ段階的に移動させながらステップ加工を行う場合も同様の効果が得られる。また、図３は立ち壁１１２を加工する場合であるが、ポケット穴の内周面加工などにもステップ加工を適用できる。
【００２４】
また、後端切れ刃２０が設けられていることから、例えばエンドミル１０を軸方向の後端側（シャンク１２側）へ連続的に移動させつつ所定の内周面に沿って移動させてポケット穴をヘリカル加工することもできるなど、通常のエンドミルの使用形態を含めて種々の態様で使用できる。
【００２５】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるエンドミルを説明する図である。
【図２】従来のエンドミルの一例を示す一部を切り欠いた図である。
【図３】従来のエンドミルを用いて立ち壁をステップ加工する場合の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１０：エンドミル１２：シャンク（軸部）１４：切れ刃部１６：外周切れ刃２０：後端切れ刃２８：逃げ面

Claims

円柱形状の軸部と、該軸部の一端に連続して設けられるとともに該軸部よりも大きい一定の外径寸法の外周切れ刃を備えている切れ刃部と、を同心に一体に有し、軸方向へ段階的に移動させながら軸心と直角方向へ切削加工を行うステップ加工に用いられるエンドミルにおいて、
前記外周切れ刃の前記軸部側の端部には、軸心まわりの回転軌跡の該軸心を含む断面形状において、該外周切れ刃の回転軌跡である該軸心と平行な直線から該軸心側へ向かう円弧を形成するとともに、該直線と繋がる接続点における該円弧の接線が該直線と一致するように該直線に滑らかに接続される後端切れ刃が、該外周切れ刃に連続して設けられているとともに、
該後端切れ刃には、刃先から周方向へ向かうに従って軸方向の先端側へ逃げる逃げ面が設けられている
ことを特徴とするエンドミル。
前記外周切れ刃は軸心まわりに捩じれたねじれ刃で、該外周切れ刃の刃数をＮ、該外周切れ刃の外径寸法が等しい実質切削長さをＢ、該外周切れ刃の外径をＤ、該外周切れ刃のねじれ角をβとした時、次式で表されるｎが自然数である
ｎ＝Ｂ・Ｎ・tan β／（π・Ｄ）
ことを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。