JP3968943B2 - スローアウェイ式ボールエンドミル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具本体の先端部に略半円弧状の切刃を有するスローアウェイチップが着脱可能に取り付けられたスローアウェイ式ボールエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスローアウェイ式ボールエンドミルとしては、例えば特開昭５７−１９４８０４号公報などに、軸線回りに回転される工具本体の先端部に、この軸線を含む平面方向に延びるスリット状のチップ取付座が形成され、このチップ取付座に、略半円弧状に延びる切刃を備えたスローアウェイチップが、上記切刃がなす円弧の中心を上記軸線上に位置させるとともに該切刃を工具先端側に突出させて、クランプネジにより着脱可能に取り付けられたものが提案されている。ところが、このようなボールエンドミルでは、上記切刃に沿って工具本体の回転軸線に近づくに従い、回転速度が小さくなって切削速度も０に近づくため、被削材を削り取るというよりは押し潰すような切削形態となり、このため切刃に作用する切削負荷も、特に背分力が上記軸線の近傍において際だって高くなってしまい、加工面精度を損なったり、切刃の欠損を招いたりするおそれがあった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために、本発明の発明者らは、特開平７−１２１８号公報において、１／４円弧状の切刃を超高硬度焼結体上に有する切刃チップを工具本体の先端部にろう付けして接合し、この切刃を、工具本体の軸線に達することなく、その内周端を該軸線から僅かに離間させたボールエンドミルを提案している。しかるに、このようなボールエンドミルによれば、切刃の内周端が工具本体の回転軸線から離間しているため、この軸線上において切刃に欠損が生じたりすることはなく、またこの内周端が離間することによって被削材に削り残される部分は、その後の工具本体の送りに伴って削り取られてしまうため、加工面精度が損なわれることもない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報に記載のボールエンドミルにおいては、上記切刃チップの内周側部分を該切刃のすくい面に対向する方向からみて内周側に向かうに従い工具後端側に向かう平面によって面取りすることにより、切刃の内周端を軸線から離間させているため、この面取り部と円弧状の切刃とが交差する部分は角度を持って曲折させられることとなり、今度はこの曲折部に欠損が生じ易くなるという問題が惹起される。また、上記公報記載のボールエンドミルは、切刃チップを工具本体にろう付けしたものであるため、１／４円弧状の切刃が形成された一対の切刃チップを工具本体先端部に取り付ける場合に、これらの切刃チップを上記軸線に対して正確に対称に取り付けるのは難しく、特に上記切刃の内周端の位置に誤差が生じると、このうち内周側に位置する切刃の内周端に大きな負荷が作用して欠損が一層生じ易くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように切刃の内周端が工具本体の軸線に達することがないようにされたボールエンドミルにおいて、さらにこの切刃の内周端部にも欠損が生じることがなく、しかも一対の円弧状の切刃を軸線に対して正確に対称に配置することが容易なボールエンドミルを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部に、該軸線を含む平面方向に延びるスリット状のチップ取付座が形成され、このチップ取付座に、略半円弧状に延びる切刃を備えたスローアウェイチップが、上記切刃がなす円弧の中心を上記軸線上に位置させるとともに該切刃を工具先端側に突出させて着脱可能に取り付けられてなるスローアウェイ式ボールエンドミルであって、上記切刃を、上記スローアウェイチップ上に接合された超高硬度焼結体部分に形成するとともに、上記軸線の近傍においては互いに間隔をあけるように分断されて該軸線に達することがないように形成し、これら分断された切刃の内周端部に、上記平面に直交する方向からみて該切刃がなす上記円弧に滑らかに接して内周側に向かうに従い凸曲線を描きつつ工具後端側に向かう中心刃をそれぞれ形成したことを特徴とする。
【０００７】
従って、このようなボールエンドミルによれば、軸線から離間した切刃の内周端部に形成される中心刃が、この切刃に滑らかに接する凸曲線状をなしているので、これら中心刃と切刃とが交差する部分が角度を持って曲折することがなく、しかも中心刃自体の強度も確保することができるので、この内周端部における切刃の欠損を効果的に防止することができる。また、本発明においては、略半円状の切刃が超高硬度焼結体部分に形成されたスローアウェイチップが工具本体に着脱可能に装着されていて、この切刃の上記軸線近傍に位置する部分が互いに間隔をあけて分断されるように形成することにより、切刃の内周端が該軸線から離間するようにされており、すなわちスローアウェイチップの取付位置に合わせて各切刃の内周端部の上記中心刃の位置を設定することができるので、これらの中心刃を容易に工具本体の軸線に対して対称に配置することができる。
【０００８】
ここで、上記平面に直交する方向からみた場合の上記中心刃がなす凸曲線の曲率半径は、これが小さすぎると切刃からの中心刃の折れ曲がりが急になりすぎてその強度を十分に確保することができなくなる一方、逆にこれが大きすぎても中心刃が切刃の延長線に沿って内周側に延びるようになって軸線近傍の大きな切削負荷を受けるおそれが生じるので、０．１〜０．５mmの範囲に設定されるのが望ましい。また、工具本体の軸線を間に挟んで配置される上記切刃と中心刃との接点同士の間隔は、これが小さすぎるとやはり切刃の内周端部に大きな切削負荷が作用するおそれがある一方、これが大きすぎると切刃が離間することによって被削材に削り残される部分が大きくなりすぎるおそれがあるので、０．３〜０．４mmの範囲に設定されるのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１ないし図７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工具本体１は軸線Ｏを中心とした略円柱状をなして、この軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転させられて切削に供されるものであり、その先端部はやはり軸線Ｏを中心とした略半球状に形成されていて、この先端部には該軸線Ｏを含む平面Ｐに沿って先端側に開口する断面「コ」字状のスリットが形成され、本実施形態におけるチップ取付座２とされている。なお、このチップ取付座２の上記平面Ｐに平行に延びる一対の壁面２Ａ，２Ｂのうち、一方の壁面２Ａには工具本体１の外周面に開口する取付孔２Ｃが、また他方の壁面２Ｂには取付ネジ孔２Ｄが、互いに同軸、かつ軸線Ｏおよび壁面２Ａ，２Ｂに直交する方向に形成されるとともに、これらの壁面２Ａ，２Ｂの間の工具先端側を向く底面２Ｅは、平面Ｐに沿って内周側に向かうに従い僅かに後退する凹円弧面状に形成されている。
【００１０】
そして、このチップ取付座２には、図３ないし図５に示すようなスローアウェイチップ３が着脱可能に取り付けられている。ここで、このスローアウェイチップ３は、チップ取付座２への取付状態において軸線Ｏに対し対称な形状とされており、そのチップ本体４が超硬合金によって半円よりも僅かに大きな概略円弧板状に形成されていて、このチップ本体４の厚さ方向を向く側面４Ａ，４Ｂ間の間隔、すなわち、当該チップ本体４の厚さは、チップ取付座２の上記壁面２Ａ，２Ｂ間に嵌挿可能な大きさとされ、またこのチップ本体４がなす上記円弧板の中心部分には、該チップ本体４をその厚さ方向に貫通する貫通孔４Ｃが形成されている。さらに、この貫通孔４Ｃを間にして上記半円部分とは反対側を向くチップ本体４の側面４Ｄは、チップ取付座２の上記底面２Ｅと等しい曲率半径で凸曲する凸円弧面とされており、この側面４Ｄを上記底面２Ｅに密着させた状態で上記貫通孔４Ｃは上記取付孔２Ｃおよび取付ネジ孔２Ｄと同軸とされて、これら取付孔２Ｃおよび貫通孔４Ｃに挿通されたクランプネジ５を取付ネジ孔にねじ込むことにより、このチップ本体４は、上記側面４Ａ，４Ｂを平面Ｐに平行にして壁面２Ａ，２Ｂに密着させるとともに、上記貫通孔４Ｃの中心軸Ｘを上記平面Ｐに垂直にして工具本体１の軸線Ｏ上に位置させ、上述のようにチップ取付座２に着脱可能に取り付けられる。
【００１１】
ここで、このチップ本体４の上記側面４Ａ，４Ｂには、上記取付状態において該側面４Ａ，４Ｂの工具回転方向Ｔを向く互い違いの側の略１／４円弧状の縁部に、それぞれ凹部６，６が形成されており、これらの凹部６，６の工具回転方向Ｔ側を向く底面６Ａは、軸線Ｏに平行かつ互いにも平行とされ、上記平面Ｐに斜めに交差して外周側に向かうに従い工具回転方向Ｔ側に向かうように形成されている。従って、この底面６Ａは、工具本体１の後端外周側では上記平面Ｐよりも工具回転方向Ｔ側に突出して位置させられる一方、先端内周側では平面Ｐよりも反対側の側面４Ｂ，４Ａ側に後退して位置させられ、この底面６Ａの軸線Ｏに対する後退量、すなわち該底面６Ａから軸線Ｏまでの底面６Ａに垂直な方向の距離は、両凹部６，６同士で互いに等しくされている。また、この凹部６の上記底面６Ａから側面４Ａ，４Ｂに至る壁面６Ｂは、底面６Ａに垂直とされるとともに、側面Ａ，４Ｂに対向する方向からみて鈍角に折れ曲がるように形成され、さらに工具本体１の先端内周部周辺では底面６Ａが平面Ｐから後退しているのに伴い、両凹部６，６の壁面６Ｂ，６Ｂ同士が軸線Ｏ上で鈍角をなして交差するように形成される。
【００１２】
そして、これらの凹部６，６には、超硬合金とダイヤモンドやＣＢＮを主成分とする超高硬度焼結体とを層状に一体焼結してなる略１／４円弧の三日月型平板状の切刃チップ７，７が、その超硬合金部分が上記底面６Ａにろう付けされることにより、超高硬度焼結体部分７Ａを工具回転方向Ｔ側に向けてそれぞれ接合されている。ここで、この切刃チップ７の厚さは底面６Ａの軸線Ｏに対する上記後退量と等しくされており、従って上記超高硬度焼結体部分７Ａの工具回転方向Ｔ側を向く面は軸線Ｏを含む面とされ、この面がすくい面とされるとともに該すくい面に交差する切刃チップ７の周面は逃げ面とされ、これらすくい面と逃げ面との交差稜線部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏと上記中心軸Ｘとの交点を中心とする略半球状をなすように、略１／４円周状の切刃８が形成されている。従って、この切刃８は切刃チップ７の超高硬度焼結体部分７Ａ上に形成されることとなる。また、この切刃チップ７の逃げ面とされる上記周面からこれに連なるチップ本体４の周面にかけては切刃８に対して所定の逃げ角が与えられている。
【００１３】
ここで、図６および図７は、こうして構成されたスローアウェイチップ３を取り付けた状態における工具本体１の先端内周部の拡大図であるが、これらの図に示されるように、両切刃チップ７，７はその内周側の端部が軸線Ｏから僅かに外周側に離間するように取り付けられており、従って上記切刃８も、その内周端が軸線Ｏには達しておらず、軸線Ｏの近傍において互いに間隔をあけるように分断されている。そして、さらにこの切刃８の内周端部には、上記平面Ｐに直交する方向からみて該切刃８がなす円弧（厳密には楕円）に滑らかに接し、内周側に向かうに従い凸曲線を描きつつ後端側に向かう中心刃８Ａが形成されており、特に本実施形態ではこの中心刃８Ａが描く上記凸曲線は、その曲率半径ｒが０．１〜０．５mmの範囲に設定された円弧とされている。
【００１４】
また、本実施形態では上記平面Ｐに直交する方向からみた場合の両切刃８，８とその中心刃８Ａ，８Ａとの接点Ｑ，Ｑ同士の間隔Ｌは、０．３〜０．４mmの範囲に設定されている。なお、この中心刃８Ａの内周端から後端側に延びる上記すくい面の辺稜部は、該中心刃８Ａに鈍角に交差して軸線Ｏに平行とされている。さらにまた、本実施形態では、このすくい面において上記切刃８の内周端部から上記接点Ｑを通って中心刃８Ａおよび上記後端側に延びる辺稜部の先端部分までを含む範囲に、上記平面Ｐに直交する方向からみて軸線Ｏに対して４５°の角度で中心刃８Ａ側に向かう方向に沿って、該中心刃８Ａ側に向かうに従い極小さな傾斜で漸次陥没する傾斜面９が形成されており、従ってこれら切刃８の内周端部から中心刃８Ａおよび上記後端側に延びる辺稜部の先端部分は、この傾斜面９上に形成されることとなり、このうち少なくとも中心刃８Ａ部分にはホーニングが施されている。
【００１５】
このように構成されたスローアウェイ式ボールエンドミルにおいては、まず略１／４円弧状の切刃８が超高硬度焼結体部分７Ａ上に形成された一対の切刃チップ７，７が、１つのスローアウェイチップ３のチップ本体４に接合されることにより、軸線Ｏ近傍に位置する部分が分断された半円状の切刃８，８が構成されているので、上記１／４円弧状の切刃８同士の回転軌跡を一致させるのは勿論、その内周端の中心刃８Ａ同士や切刃８との接点Ｑの位置も両切刃チップ７，７同士で軸線Ｏに対して正確に対称となるように配置するのが容易となる。このため、いずれか一方の切刃チップ７の切刃８や中心刃８Ａに大きな負荷が集中して作用して摩耗が促進されたり、特に切刃８の内周端部の上記中心刃８に欠損が生じたりするのを防ぐことができ、また加工精度の向上を図ることができる。
【００１６】
そして、さらに上記スローアウェイ式ボールエンドミルでは、この軸線Ｏから離間した切刃８の内周端部に形成される中心刃８Ａが、該切刃８に接点Ｑを介して滑らかに接する凸曲線状をなしていて、従来のように切刃との間に角度を有する曲折部が形成されることがなく、しかも中心刃８Ａ自体の強度の向上を図ることもできるので、特に大きな負荷が作用する軸線Ｏの近傍においても、このような曲折部から欠損が生じたりするのをより確実に防ぐことができ、チップ寿命の延長を図って長期に亙って安定かつ高精度の加工を促すことが可能となる。加えて本実施形態では、この中心刃８Ａが切刃８の内周端部も含めて上記傾斜面９上に形成されており、これにより該中心刃８Ａの刃先角を大きくすることができるとともに、この中心刃８Ａにはホーニングも施されているので、一層の強度の向上を図ってさらに確実に欠損等の発生を防止することができる。
【００１７】
一方、本実施形態では、チップ取付座２に取り付けられた上記スローアウェイチップ３にあって、上記切刃チップ７が接合されるチップ本体４の凹部６の底面６Ａが、上記平面Ｐに対して斜めに交差して外周側に向かうに従い工具回転方向Ｔ側に向かうように傾斜させられており、この平面Ｐとチップ本体４の両側面４Ａ，４Ｂとが平行であることから、両凹部６，６の底面６Ａ，６Ａとその工具回転方向Ｔ後方側の側面４Ａ，４Ｂとの間には、工具本体１の外周側においてより大きな肉厚が確保されることとなる。しかるに、この工具本体１の外周側における切刃８による切削形態は、切削速度が０に近くて被削材を押し潰すような切削形態となる先端内周側に比べ、切削速度が速く、またより断続的な切削となるとともに生成される切屑の厚さも大きくなり、このため切刃８には衝撃的な負荷が作用することとなるが、これに対して本実施形態では、上述のようにこの外周側において超硬合金よりなるチップ本体４の肉厚が確保されているので、このような衝撃的負荷にも十分抗し得る剛性を切刃８に与えることができ、従ってこの外周側でも切刃８の欠損等を防止することが可能となる。
【００１８】
なお、本実施形態では、上記平面Ｐに直交する方向からみた場合の上記中心刃８Ａがなす凸曲線（特に本実施形態では凸円弧）もの曲率半径ｒを０．１〜０．５mmの範囲としているが、これは、この曲率半径ｒが小さすぎると、接点Ｑを介しての切刃８からの中心刃８Ａの折れ曲がりが急になりすぎ、如何に中心刃８Ａが切刃８に滑らかに接しているといっても、特にこの接点Ｑの周辺で切刃強度が損なわれて欠損等が生じてしまうおそれがあるからである。また、これとは逆に上記曲率半径ｒが大きすぎると、中心刃８Ａを切刃８の内周端に滑らかに接するようにするのに伴い、中心刃８Ａが切刃８の延長線に沿って内周側に延びるようになってしまって、該中心刃８Ａの内周端における軸線Ｏ方向の後退量が不十分となり、軸線Ｏ近傍において大きな負荷が作用するのを避けることができなくなって、やはりその欠損等を招くおそれが生じる。従って、この中心刃８Ａがなす凸曲線の曲率半径ｒは、本実施形態のように０．１〜０．５mmの範囲に設定されるのが望ましい。
【００１９】
また、本実施形態では、上記軸線Ｏを間に挟んで配置される一対の切刃チップ７，７の切刃８と中心刃８Ａとの接点Ｑ，Ｑ同士の間隔Ｌを０．３〜０．４mmの範囲に設定しているが、これについても、この間隔Ｌが小さすぎると、中心刃８Ａや切刃８の内周端部が軸線Ｏに近づきすぎて、軸線Ｏ近傍に作用する大きな切削負荷を避けることができなくなるおそれがある一方、逆にこの間隔Ｌが大きすぎると、切刃８が軸線Ｏに達しないために被削材に削り残される部分の幅が大きくなりすぎ、加工精度を損なうおそれが生じる。このため、この接点Ｑ，Ｑ間の間隔Ｌについても、本実施形態のように０．３〜０．４mmの範囲に設定されるのが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボールエンドミルの軸線近傍に位置する部分が互いに間隔をあけるように分断された半円弧状をなす切刃が、工具本体の着脱可能に装着されるスローアウェイチップの超高硬度焼結体部分に形成されているので、この分断された切刃、特にこの切刃の内周端に形成される中心刃を上記軸線に対して正確かつ容易に対称に配置することができ、一方の切刃に過大な切削負荷が作用して欠損が生じたり、加工精度が損なわれたりするのを防止することができる。そして、さらにこの中心刃が、上記切刃の内周端部に滑らかに接する凸曲線状をなしているので、中心刃自体の強度の向上を図るとともに、特にこれら中心刃と切刃とが接する部分において欠損等が生じるのを一層確実に防止することができ、これらによりチップ寿命の延長を図って長期に亙って安定かつ円滑な加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図２】 図１に示す実施形態を先端側からみた正面図である。
【図３】 本発明の一実施形態に係わるスローアウェイチップ３の平面図である。
【図４】 図３に示すスローアウェイチップ３を工具本体１への取付状態において先端側からみた正面図である。
【図５】 図３におけるＺＺ断面図である。
【図６】 図３ないし図５に示したスローアウェイチップ３を工具本体１に装着した実施形態の先端部の拡大平面図である。
【図７】 図３ないし図５に示したスローアウェイチップ３を工具本体１に装着した実施形態の先端部の拡大正面図である。
【符号の説明】
１ 工具本体
２ チップ取付座
３ スローアウェイチップ
４ チップ本体
４Ｃ 貫通孔
５ クランプネジ
７ 切刃チップ
７Ａ 切刃チップ７の超高硬度焼結体部分
８ 切刃
８Ａ 中心刃
９ 傾斜面
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｘ 貫通孔４Ｃの中心軸
Ｐ 工具本体１の軸線Ｏを含む平面（チップ取付座２が形成される平面）
Ｑ 切刃８と中心刃８Ａとの接点
Ｌ 接点Ｑ，Ｑ同士の間隔
ｒ 中心刃８Ａの曲率半径
Ｔ 工具回転方向

Claims (3)

1. 軸線回りに回転される工具本体の先端部に、該軸線を含む平面方向に延びるスリット状のチップ取付座が形成され、このチップ取付座に、略半円弧状に延びる切刃を備えたスローアウェイチップが、上記切刃がなす円弧の中心を上記軸線上に位置させるとともに該切刃を工具先端側に突出させて着脱可能に取り付けられてなるスローアウェイ式ボールエンドミルであって、上記切刃は、上記スローアウェイチップ上に接合された超高硬度焼結体部分に形成されるとともに、上記軸線の近傍においては互いに間隔をあけるように分断されて該軸線に達することがないように形成されており、これら分断された切刃の内周端部には、上記平面に直交する方向からみて該切刃がなす上記円弧に滑らかに接して内周側に向かうに従い凸曲線を描きつつ工具後端側に向かう中心刃がそれぞれ形成されていることを特徴とするスローアウェイ式ボールエンドミル。
2. 上記平面に直交する方向からみて上記中心刃がなす凸曲線の曲率半径が０．１〜０．５mmの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式ボールエンドミル。
3. 上記軸線を間に挟んで配置される上記切刃と中心刃との接点同士の間隔が０．３〜０．４mmの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスローアウェイ式ボールエンドミル。

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