JP5346827B2

JP5346827B2 - エンドミル

Info

Publication number: JP5346827B2
Application number: JP2010020519A
Authority: JP
Inventors: 道孝霜手; 信行木場
Original assignee: 株式会社大光研磨
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: JP2011156622A

Description

本発明は、切り刃部の外周部に螺旋状の外周刃を備え、軸心回りに回転して切削加工するエンドミルに関する。

従来、切削加工に使用されるエンドミルには、粗削りを行う粗加工用のものや、仕上げ加工用のものがあり、粗加工用のエンドミルを用いた後に、仕上げ加工用のエンドミルを用いて切削加工が行われている。
粗加工用のエンドミル及び仕上げ加工用のエンドミルは、略円柱状の切り刃部の外周部に螺旋状に配置された外周刃を備える点で共通し、外周刃の形状が相違する。
仕上げ加工用のエンドミルの外周刃は、例えば特許文献１に記載されているように、エンドミル本体の軸心から刃先までの距離（刃先半径）、及びエンドミル本体の軸方向に対する捩れ角度が一定に形成されている。
これに対し、粗加工用のエンドミルの外周刃は、刃先半径や捩れ角度が一定でなく、例えば特許文献２で開示されているように、山部と谷部が交互に配置された波形状等に形成される。

特開２００９−２２６５０９号公報特開２００５−２３０９７６号公報

しかしながら、粗加工用のエンドミル及び仕上げ加工用のエンドミルをそれぞれ用いて、粗加工及び仕上げ加工の２工程を設けた場合、切削加工全体に要する時間が長くなるとの課題があった。更に、切削加工を行うに際して少なくとも２種類のエンドミルを用意する必要があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、粗加工及び仕上げ加工を同時に行い、切削加工全体の時間を短縮するエンドミルを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るエンドミルは、底部に平面切削用の底刃を、外周部に螺旋状に配置された複数の外周刃を備えた切り刃部と、該切り刃部に軸心を合わせて一体的に連結するシャンク部とを有するエンドミルにおいて、
前記各外周刃は、粗削り刃と、該粗削り刃の回転方向後方側に配置された仕上げ刃とを有し、しかも、前記仕上げ刃の刃先半径が、前記粗削り刃の刃先半径に比べて、該粗削り刃の刃先半径の１／１００以下の範囲で大きくなって、
前記仕上げ刃は、回転方向前後に隣り合う前記粗削り刃の中間位置より前方側に配置され、前記切り刃部の軸心方向に対する前記仕上げ刃の捩れ角度は、角度θで一定であり、前記切り刃部の軸心方向に対する前記粗削り刃の捩れ角度は、前記角度θの６５〜１３５％の範囲で規則的に増減し、かつ該規則的な増減の周期は、該切り刃部の軸心回りの全周３６０°に対して２５〜５０°の範囲にあることを特徴とする。

本発明に係るエンドミルにおいて、前記底刃は、前記粗削り刃及び前記仕上げ刃にそれぞれ連続して形成された第１、第２の底面刃を有するのが好ましい。

請求項１、２記載のエンドミルは、外周刃が、粗削り刃と仕上げ刃を有しているので、一種類のエンドミルを使用して、粗加工及び仕上げ加工を同時に行うことができ、切削加工全体に要する時間を短縮可能である。
また、仕上げ刃の刃先半径が、粗削り刃の刃先半径に比べて、粗削り刃の刃先半径の１／１００以下の範囲で大きくなっているので、粗削り刃で削り取った被削材を仕上げ刃によって切削して、切削面を滑らかに加工することが可能である。

特に、仕上げ刃が、回転方向前後に隣り合う粗削り刃の中間位置より前方側に配置されているので、仕上げ刃より刃先半径の短い粗削り刃によって被削材を削り取り可能な切削条件、即ち、エンドミルの回転数及び被削材に対する送り速度の条件の幅を広く設けることができる。

また、切り刃部の軸心方向に対する粗削り刃の捩れ角度が増減を繰り返すので、切削抵抗が場所によって異なり、被削材を深く削り取ることが可能である。

このエンドミルは、粗削り刃の捩れ角度が、規則的に増減しているので、刃の異なる場所での切削深さの均一化が図れ、安定した深さの切削加工が可能である。
また、粗削り刃の捩れ角度の増減は、仕上げ刃に対する相違が３５％以内に限定されるので、粗削り刃と仕上げ刃の回転方向の間隔は、場所によって大きく異ならず、仕上げ刃の切削深さの均一化によって、仕上げ刃の特定箇所に大きな切削抵抗が生じるのを回避可能である。

請求項２記載のエンドミルは、底刃が、２種類の底面刃を有するので、安定的に平面切削が可能である。

本発明の一実施の形態に係るエンドミルの側面図である。同エンドミルの粗削り刃及び仕上げ刃を含む一部拡大断面図である。同エンドミルの外周刃の配置を示す展開図である。同エンドミルの底面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施の形態に係るエンドミル１０は、底部に平面切削用の底刃１１を、外周部に螺旋状に配置された複数の外周刃１２を備えた切り刃部１３と、切り刃部１３に軸心を合わせて一体的に連結するシャンク部１４とを有し、チタン合金等の被削材を切削するシャンクタイプのフライスである。
そして、各外周刃１２は、粗削り刃１５と、粗削り刃１５の回転方向後方側に配置された仕上げ刃１６とを有して構成されている。

図１に示すように、エンドミル１０は、超硬合金、ハイス等の硬質材により略円柱状に形成され、先端からＹｍｍの領域に切り刃部１３を設け、基側領域に工作機械に固定されるシャンク部１４を有している。
そして、切り刃部１３の外周部には、対となる粗削り刃１５及び仕上げ刃１６によって構成された外周刃１２が複数（本実施の形態では３つ）等間隔で配置されている。
なお、本実施の形態では、Ｙが２０〜６０ｍｍ（具体的には４０ｍｍ）、シャンク部１４の半径Ｒが６〜１５ｍｍ（具体的には１０ｍｍ）である。

図１、図３に示すように、エンドミル１０の軸心回りの回転方向Ｔの向きを前方として、対となる粗削り刃１５及び仕上げ刃１６は、粗削り刃１５が、仕上げ刃１６の前方に配置され、その配置間隔は、エンドミル１０の軸心Ｏ回りの全周３６０°に対して、角度差αとなる。ここで、エンドミル１０の軸心Ｏ回りの全周３６０°に対する、各仕上げ刃１６の配置間隔を角度差Ｋ（本実施の形態では、Ｋ＝１２０°）とすると、αは、以下の式が成立する値であり、本実施の形態ではα＝５０°である。
Ｋ／６＜α＜Ｋ／２（式１）
なお、粗削り刃１５及び仕上げ刃１６は、切り刃部１３で、エンドミル１０の先端に向かうに従って、回転方向Ｔの向きに捩れて、螺旋状に配置されている。

図１、図２に示すように、粗削り刃１５の後方には、粗削り刃１５に連続して形成された第１の逃げ面１８と、第１の逃げ面１８の後端部に連続して形成された第２の逃げ面１９が配置されている。第１、第２の逃げ面１８、１９の逃げ角、即ちエンドミル１０の回転方向Ｔに対する第１、第２の逃げ面１８、１９の角度（逃げ角）φ１、φ２は、それぞれ５〜１５°の範囲、及び１０〜３０°の範囲であり、φ１はφ２に比べて小さい。なお、本実施の形態では、φ１＝８°、φ２＝２０°である。

また、仕上げ刃１６の後方には、仕上げ刃１６に連続して形成された逃げ面２０が設けられ、逃げ面２０の逃げ角φ３は５〜２０°の範囲で、本実施の形態では、φ３＝１０°である。
この第１、第２の逃げ面１８、１９、及び逃げ面２０を設けることによって、切削加工時に、粗削り刃１５及び仕上げ刃１６が被削材に食い込み過ぎないようにし、ビビリ振動の発生を防止している。

また、第２の逃げ面１９と仕上げ刃１６の間には、仕上げ刃１６に沿って螺旋状に湾曲して配置された溝２１が設けられ、この溝２１によって被削材の切屑を排出することができる。
図２に示すように、溝２１は断面Ｕ字状に形成され、溝２１には、回転方向Ｔ側に向いて配置されたすくい面２２が設けられている。なお、すくい面２２は、表面が凹曲面状に形成されている。

仕上げ刃１６は、すくい面２２と逃げ面２０が交差する稜線に配置され、すくい角γ１、即ち、すくい面２２と逃げ面２０の交差箇所での、回転方向Ｔの直交方向に対するすくい面２２の角度は、０〜１０°の範囲（本実施の形態では、γ１＝８°）であるので、すくい角が大きすぎ、被削材への仕上げ刃１６の食い込みが深くなるのを防止している。
また、仕上げ刃１６は、図３に示すように切り刃部１３の異なる位置で、軸心Ｏに対する捩れ角度θが、２０〜４０°の範囲（本実施の形態では、θ＝３２．５°）で一定に形成されているので、切削によって被削材の切削面を滑らかに加工することができる。

逃げ面２０と粗削り刃１５の間には、螺旋状に湾曲して配置された溝２３が設けられ、被削材の切屑は、溝２３によっても排出される。
溝２３は、溝２１と同様に、断面Ｕ字状に形成されている。そして、図２に示すように、溝２３には、凹曲面状に形成され、回転方向Ｔ側に向かって配置されたすくい面２４が設けられている。

粗削り刃１５は、すくい面２４と第１の逃げ面１８が交差する稜線に配置され、すくい角γ２が、０〜１０°の範囲（本実施の形態では、γ２＝５°）となるように形成されている。なお、本実施の形態では、γ１及びγ２が、γ１＞γ２の関係になっているが、γ１≦γ２の関係でもよい。
また、粗削り刃１５は、図１、図３に示すように、軸心Ｏに対する捩れ角度が増減を繰り返して形成され、捩れ角度が一定となっていないので、粗削り刃１５は、被削材を削り取る際に生じる抵抗が、粗削り刃１５の場所によって異なり、捩れ角度が一定の仕上げ刃１６に比べて、被削材を深く削り取ることが可能である。

粗削り刃１５は、捩れ角度が角度θの６５〜１３５％の範囲で規則的に増減し、振幅及び波長が等しい複数の波形（例えばサインカーブ）によって波形状に形成されている。
また、波形状に形成された粗削り刃１５の各波形の周期、即ち増減する捩れ角度の周期は、切り刃部１３の軸心回りの全周３６０°に対して２５〜５０°の範囲にある。本実施の形態では、粗削り刃１５が、３．５個のサインカーブによって形成され、各サインカーブの捩れ角度の最小角θｓ及び、最大角θｂは、それぞれθの６５〜８０％及び１２０〜１３５％の範囲にでき、例えば、θｓ＝２５°、θｂ＝４０°である。

図２に示すように、粗削り刃１５及び仕上げ刃１６の、エンドミル１０の軸心Ｏからの距離、即ち刃先半径は、仕上げ刃１６の刃先半径Ｌ１が、粗削り刃１５の刃先半径Ｌ２に比べて、Ｌ２の１／１００以下の範囲で大きくなっている。従って、仕上げ刃１６は、粗削り刃１５に比べて、被削材を深く削り取ることができ、被削材は仕上げ刃１６により滑らかに切削される。
なお、本実施の形態では、Ｌ１＝１０．００ｍｍ、Ｌ２＝９．９８ｍｍであり、Ｌ１はシャンク部１４の半径Ｒに等しくなっている。

ここで、対となる粗削り刃１５と仕上げ刃１６の配置間隔（角度差）α、及び仕上げ刃１６とその仕上げ刃１６の回転方向後側に配置された粗削り刃１５の配置間隔Ｋ−αには、式１より、以下の関係が成立する。
Ｋ−α＞α （式２）
即ち、仕上げ刃１６は、回転方向前後に隣り合う粗削り刃１５の中間位置より前方側に配置されることになる。
従って、Ｌ１＞Ｌ２の関係にある粗削り刃１５及び仕上げ刃１６の両刃が被削材を切削可能な条件幅を広くすること、即ち、Ｌ１≦Ｌ２の場合に比べて、エンドミル１０の軸心Ｏ回りの回転数Ｔｏを上げること、及び被削材に対するエンドミル１０の送り速度Ｓｏを遅くすることが可能である。
これにより、仕上げ刃１６は、仕上げ刃のみを設けたエンドミルに比べて、被削材の削り取り一回あたりの切削量が少なくなるので、切削加工時に生じる仕上げ刃１６への負担が小さく、刃こぼれの発生を少なくし、刃の摩耗量を低減することができる。

そして、エンドミル１０を用いて、α＝５０°、Ｋ＝１２０°、回転数Ｔｏ＝１６００回転／分、送り速度Ｓｏ＝３８４ｍｍ／分の条件下で、エンドミル１０の側部を被削材に当て、軸心Ｏに直交する方向に被削材を２ｍｍの深さで切削し、粗削り刃１５及び仕上げ刃１６の両方の刃によって被削材を削り取ること、及び仕上げ刃のみのエンドミルと比べて仕上げ刃の摩耗量が低減されることを確認した。

図４に示すように、エンドミル１０の底部には、３条の粗削り刃１５にそれぞれ連続して形成された第１の底面刃２６、２７、２８と、３条の仕上げ刃１６にそれぞれ連続して形成された第２の底面刃２９、３０、３１が設けられ、底刃１１は、第１の底面刃２６、２７、２８及び第２の底面刃２９、３０、３１を有して構成されている。
第１の底面刃２６と第２の底面刃２９、第１の底面刃２７と第２の底面刃３０、及び第１の底面刃２８と第２の底面刃３１はそれぞれ対となって設けられている。また、第２の底面刃２９は、第２の底面刃３０、３１に比べて刃長が長く、第２の底面刃２９の刃の基端はエンドミル１０の底部中央に位置する。

そして、第１の底面刃２６、２７、２８の回転方向Ｔの後方側には、それぞれ底逃げ面３２、３３、３４が形成され、底逃げ面３２、３３、３４と第２の底面刃２９、３０、３１の間には、被削材の切屑を排出するギャッシュ３５、３６、３７がそれぞれ設けられている。
また、第２の底面刃２９、３０、３１の回転方向Ｔの後方側には、それぞれ第１の底逃げ面３８、３９、４０が設けられ、第１の底逃げ面３８、３９、４０の後方側には、それぞれ第２の底逃げ面４１、４２、４３が形成されている。
そして、エンドミル１０の底部には、ギャッシュ３５、３６、３７とは別に、切屑を排出するギャッシュ４４、４５、４６が設けられている。ギャッシュ４４は、第２の底逃げ面４１と第１の底面刃２７の間に配置され、ギャッシュ４５、４６はエンドミル１０の底部中央領域に配置されている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、粗削り刃及び仕上げ刃を２対あるいは４対以上設けることができる。

１０：エンドミル、１１：底刃、１２：外周刃、１３：切り刃部、１４：シャンク部、１５：粗削り刃、１６：仕上げ刃、１８：第１の逃げ面、１９：第２の逃げ面、２０：逃げ面、２１：溝、２２：すくい面、２３：溝、２４：すくい面、２６〜２８：第１の底面刃、２９〜３１：第２の底面刃、３２〜３４：底逃げ面、３５〜３７：ギャッシュ、３８、３９、４０：第１の底逃げ面、４１〜４３：第２の底逃げ面、４４〜４６：ギャッシュ

Claims

底部に平面切削用の底刃を、外周部に螺旋状に配置された複数の外周刃を備えた切り刃部と、該切り刃部に軸心を合わせて一体的に連結するシャンク部とを有するエンドミルにおいて、
前記各外周刃は、粗削り刃と、該粗削り刃の回転方向後方側に配置された仕上げ刃とを有し、しかも、前記仕上げ刃の刃先半径が、前記粗削り刃の刃先半径に比べて、該粗削り刃の刃先半径の１／１００以下の範囲で大きくなって、
前記仕上げ刃は、回転方向前後に隣り合う前記粗削り刃の中間位置より前方側に配置され、前記切り刃部の軸心方向に対する前記仕上げ刃の捩れ角度は、角度θで一定であり、前記切り刃部の軸心方向に対する前記粗削り刃の捩れ角度は、前記角度θの６５〜１３５％の範囲で規則的に増減し、かつ該規則的な増減の周期は、該切り刃部の軸心回りの全周３６０°に対して２５〜５０°の範囲にあることを特徴とするエンドミル。
請求項１記載のエンドミルにおいて、前記底刃は、前記粗削り刃及び前記仕上げ刃にそれぞれ連続して形成された第１、第２の底面刃を有することを特徴とするエンドミル。