JP5381132B2

JP5381132B2 - ラフィングエンドミル

Info

Publication number: JP5381132B2
Application number: JP2009021909A
Authority: JP
Inventors: 貴行畔上; 洋光田中; 元基松本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010173056A

Description

本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、波形をなしてエンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されて、被削材の中仕上げ加工等に用いられるラフィングエンドミルに関するものである。

この種のラフィングエンドミルとしては、例えば特許文献１に、本体の中心軸線から一様な半径方向距離に位置決めされたほぼらせん状に延びる切れ刃（外周刃）を有し、少なくとも一つの切れ刃はほぼ正弦曲線形状をもち、すくい面には正と負のすくい角部分が交互に設けられているものが提案されている。

このようなラフィングエンドミルでは、切れ刃がなす正弦曲線の凸となる部分と凹となる部分とで切屑の厚さが変化するために良好な切屑処理性を得ることができる。また、この特許文献１には、全ての正弦曲線状の刃が切削具の中心軸線から等距離に位置するなら（すなわち、切れ刃に沿って半径上の高さが均一であるなら）工作物は表面が比較的滑らかに成形されるとも記載されている。

特開昭６２−６８２１７号公報

しかしながら、この特許文献１に記載のラフィングエンドミルでは、上記負のすくい角部分は、切れ刃がなす正弦曲線形状のうち山頂部に位置決めされ、逆に正のすくい角部分は正弦曲線形状の谷部に位置決めされている。このため、切れ刃のうちで厚さの大きな切屑を生成する正弦曲線形状のうちの山頂部すなわち波形の凸となる部分では、切削抵抗が著しく大きくなったり、切れ刃が被削材に食い付く際に衝撃的負荷が生じて、ビビリ振動等が発生したりするおそれがある。

また、軸線方向の後端側に向かうに従いエンドミルの回転方向に向かうようにらせん状に捩れた切れ刃が正弦曲線形状のように波形に形成されていると、上記軸線方向の後端側に向けて波形の凸となる部分から凹となる部分の間で切れ刃の捩れ角は最大になる一方、逆に凹となる部分から凸となる部分の間では切れ刃の捩れ角は最小になって、切削抵抗は大きくなる。

ところが、上記特許文献１に記載のラフィングエンドミルでは、これら波形が凸から凹になる部分や凹から凸になる部分で、切れ刃のすくい角は負のすくい角部分と正のすくい角部分の中間の０°近辺となる。このため、波形の凹から凸となる部分の間では山頂部に比べて切刃強度が乏しくなって切削抵抗によってチッピングや欠損を生じ易く、一方この波形が凸から凹となる部分の間では谷部に比べて切れ味が鈍く、切削抵抗を効果的に低減することができない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、外周刃のチッピングや欠損を防ぐとともに切削抵抗自体も低減することができ、さらには外周刃の食い付き時の衝撃的負荷によるビビリ振動の発生なども防止することが可能なラフィングエンドミルを提供することを目的としている。

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向かうに従いエンドミル回転方向後方側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をすくい面として、該すくい面の外周側辺稜部に、上記切屑排出溝が捩れる方向に向けて捩れつつ波形をなして上記エンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されたラフィングエンドミルであって、上記外周刃の外周すくい角は、該外周刃の捩れ角が最大となる位置で最大となり、該外周刃の捩れ角が最小となる位置で最小となるように変化させられていることを特徴とするものである。

すなわち、本発明のラフィングエンドミルでは、このように外周刃の外周すくい角が、軸線方向の後端側に向けて波形をなす外周刃の凸となる部分から凹となる部分の間の捩れ角が最大となる位置で最大となるようにされているので、外周刃の切れ味を向上させることができて切削抵抗の低減を図ることができる。その一方で、逆に外周刃の凹から凸となる部分の間で捩れ角が最小となる位置では、外周すくい角が最小とされて切刃強度が確保されているので、上述のような大きな切削抵抗に対してもチッピングや欠損が生じるのを防ぐことが可能となる。

また、これらすくい角が最大、最小となる部分の間の外周刃の波形が凹となる部分および凸となる部分では、外周すくい角はこれら最大値と最小値の中間の大きさとなる。このため、特に外周刃が凸となる部分においても、外周すくい角が必要以上に負角側に大きくなるのを防いで切削抵抗の増大を抑えることができるとともに、食い付き時に衝撃的負荷が作用するのを抑え、ビビリ振動等の発生を防止することができる。

ここで、上記外周すくい角は、２〜２２°の正のすくい角の範囲内で変化させられているのが望ましい。すなわち、特許文献１に記載のラフィングエンドミルのように、外周すくい角が０°を下回って負角になるまで変化していると、特に外周刃の波形が軸線方向後端側に向けて凹から凸となる部分の間で捩れ角が最小となる位置において、切刃強度は確保できても、切削抵抗が大きくなるおそれがある。

以上説明したように、本発明によれば、ビビリ振動の発生や外周刃のチッピング、欠損を防ぐとともに、全体的な切削抵抗も効果的に低減することができて、被削材の中仕上げ加工を安定的かつ円滑に行うことが可能となる。

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外周刃の捩れ角（破線）と外周すくい角（鎖線）との関係を示す図である。

本実施形態のラフィングエンドミルにおいて、そのエンドミル本体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一体形成され、その後端側（図１における右側）部分が当該エンドミル本体１を工作機械の主軸に装着するためのシャンク部２とされるとともに、先端側（図１において左側）は切刃部３とされ、上記工作機械によって軸線Ｏ回りに符号Ｔで示すエンドミル回転方向に回転されつつ送り出されることにより、この切刃部３によってワークに切削加工を施してゆく。

この切刃部３の外周には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる複数条（本実施形態では４条）の切屑排出溝４が、周方向に等間隔に形成されている。そして、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面と、そのエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる切刃部３の外周面（外周逃げ面）との交差稜線部、すなわち上記壁面の外周側辺稜部には、この壁面を外周刃すくい面５とする外周刃６が、切屑排出溝４と同じく後端側に向かうに従い全体的に軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されている。

また、この切刃部３の先端部すなわちエンドミル本体１の最先端部においては、各切屑排出溝４の先端側開口部の内周側が削り広げられるようにしてギャッシュ７が形成されており、このギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面は底刃すくい面８とされている。さらに、この底刃すくい面８を含めた切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面の先端側辺稜部には、上記外周刃６の先端から軸線Ｏに対する径方向に向けて該軸線Ｏの近傍にまで延びる底刃９が形成されている。

ここで、外周刃６は、上記軸線Ｏに対して一定の捩れ角（例えば３０°）で軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる基準線に対して、例えば正弦曲線をなすようにエンドミル回転方向Ｔの前方側と後方側とに凹凸するような波形をなしている。ただし、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡は該軸線Ｏを中心とした円筒状をなすようにされていて、すなわち外周刃６の外径は一定とされている。

従って、この外周刃６の実際の捩れ角θは、図２に破線で示すように上記一定の捩れ角を基準として、外周刃６がなす波形の凹凸の凸部の山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側に向けて漸次大きくなり、この山頂部６Ａと凹凸の凹部の谷底部６Ｂとの中間部（中点）６ａで最大となる。さらに、この外周刃６の捩れ角θは、この中間部６ａから凹部の谷底部６Ｂに向けて漸次小さくなり、この谷底部６Ｂで上記一定の捩れ角に達した後、軸線Ｏ方向後端側に向けてさらに小さくなって、上記谷底部６Ｂと、次の凹凸の凸部の山頂部６Ａとの中間部（中点）６ｂで最小となる。

また、この中間部６ｂからさらに後端側に向けて捩れ角θは漸次大きくなり、次の山頂部６Ａで再び上記一定の捩れ角に戻った後に、この次の山頂部６Ａと、さらにその次の凹部の谷底部６Ｂとの中間部６ａで最大となり、これを繰り返してゆく。なお、この外周刃６の捩れ角θの変化は、本実施形態では図２に示すように滑らかな凹凸曲線状をなすようにされている。

そして、このような外周刃６の捩れ角θの変化に対して、外周刃６の外周すくい角αは、同図２に一点鎖線で示すように捩れ角θの変化と合わせた凹凸をなすような曲線状をなしている。すなわち、外周すくい角αも一定のすくい角（例えば１２°）を基準として増減するようになされている。ただし、本実施形態では、この外周すくい角αは、２〜２２°の正のすくい角の範囲内で変化させられている。

従って、この外周すくい角αも、外周刃６がなす波形の凹凸の凸部の山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側に向けて漸次大きくなって、この山頂部６Ａと、その次の凹部の谷底部６Ｂとの中間部（中点）６ａの位置で最大となる。さらに、この中間部６ａから上記次の凹部の谷底部６Ｂに向けて漸次小さくなって、概ねこの谷底部６Ｂで上記一定のすくい角となる。

続いて、この谷底部６Ｂから軸線Ｏ方向後端側に向けて外周すくい角αはさらに小さくなって、該谷底部６Ｂと、次の凸部の山頂部６Ａとの中間部（中点）６ｂで最小となり、この中間部６ｂから後端側に向けては外周すくい角αは漸次大きくなって、上記次の凸部の山頂部６Ａで再び上記一定のすくい角に達する。その後、外周すくい角αは、この次の山頂部６Ａと、さらにその次の凹部の谷底部６Ｂとの中間部６ａで最大となって、これを繰り返してゆく。

なお、各外周刃６の凹凸する波形形状や捩れ角θおよび外周すくい角αの変化自体は共通したものであるが、周方向に隣接する外周刃６同士では、両外周刃６がなす波形形状の位相が軸線Ｏ方向にずらされている。すなわち、上記山頂部６Ａや谷底部６Ｂおよびその中間部６ａ、６ｂが、互いの間隔は同じまま、隣接する外周刃６同士では軸線Ｏ方向にずらされている。

例えば、４条の外周刃６が周方向に等間隔に形成された本実施形態では、軸線Ｏを挟んで反対側に位置する外周刃６同士の位相が一致させられるとともに、周方向に隣接する外周刃６同士では、一方の山頂部６Ａと他方の谷底部６Ｂとが、また一方の谷底部６Ｂと他方の山頂部６Ａとが、軸線Ｏ方向の位置を同じにするようにされていてもよく、また、それぞれの外周刃６の山頂部６Ａ、谷底部６Ｂ、および中間部６ａ、６ｂの位置が軸線Ｏ方向に同じとなるように、すべての外周刃６の位相がずらされていてもよい。

このように構成されたラフィングエンドミルでは、波状に凹凸する外周刃６によって良好な切屑処理性が確保されるのは勿論、この外周刃６の外周すくい角αが、この外周刃６の捩れ角θが最大となる山頂部６Ａから谷底部６Ｂへの上記中間部６ａの位置で最大となるため、大きな捩れ角θによって鋭い切れ味が与えられたこの中間部６ａにおいて、外周刃６の切れ味をさらに高めることができる。このため、切削抵抗を大幅に低減して円滑な被削材の中仕上げ切削加工を行うことが可能となる。

その一方で、捩れ角θが最小となる上記中間部６ｂでは外周刃６に作用する切削抵抗も大きくなりがちであるのに対し、上記構成のラフィングエンドミルでは、この中間部６ｂで外周すくい角αが最小となるようにされており、従って外周刃６のうちで最も高い切刃強度を確保することができる。このため、大きな切削抵抗が作用しても外周刃６にチッピングや欠損が生じたりするのを防いで、上述の円滑な被削材の中仕上げ切削加工を安定して行うことができる。

さらに、これらの中間部６ａ、６ｂの間の、波状をなす外周刃６の山頂部６Ａおよび谷底部６Ｂでは、捩れ角θが基準線の一定捩れ角と等しくされるとともに、外周すくい角αも基準となる一定のすくい角と等しくされて、上記最大、最小のすくい角の中間の大きさとされている。このため、特に厚さの大きな切屑が生成される上記山頂部６Ａの周辺で、外周刃６に衝撃的負荷が作用してビビリ振動が引き起こされたりするのを防ぐことができるとともに、切削抵抗が大きくなりすぎるのも防ぐことができて、エンドミル本体１全体に作用する抵抗を一層低減することが可能となる。

しかも、本実施形態では、外周刃６の外周すくい角αが２〜２２°の正のすくい角の範囲内で変化させられており、特許文献１に記載のラフィングエンドミルのようにすくい角が負角になる部分がないので、最小の外周すくい角αとなる上記中間部６ｂでも、ある程度の切れ味は確保することができる。従って、外周刃６の全長に亙って切削抵抗の低減を図ることができるので、さらに確実に上述のような円滑な切削加工を促すことが可能となる。

すなわち、外周刃６の外周すくい角αが上記範囲を下回るほど小さい部分があって、つまり中間部６ｂにおける外周すくい角αが負角側に大きくなりすぎると、このような全長に亙る切削抵抗の低減を損なうおそれがある。その一方で、外周刃６の外周すくい角αが上記範囲を上回るほど大きな部分があって、つまり中間部６ａにおける外周すくい角αが正角側に大きくなりすぎると、この中間部６ａで切刃強度が不十分となってチッピングや欠損を確実に防止することができなくなるおそれが生じる。なお、上記効果を一層確実に奏するには、外周刃６の外周すくい角αは５〜２０°の範囲内で変化させられるのがより望ましく、７〜１８°の範囲内で変化させられるのがさらに望ましい。

また、外周刃６の捩れ角θが最大となる位置と外周すくい角αが最大となる位置、捩れ角θが最小となる位置と外周すくい角αが最小となる位置とは、勿論正確に一致させられているのが望ましいのであるが、多少の誤差が生じるのはやむを得ない。ただし、この誤差が大きくなりすぎると上述した効果が損なわれるおそれがあるので、これらの位置の軸線Ｏ方向の誤差は、外周刃６がなす波形の波長（例えば、山頂部６Ａから後端側に次の山頂部６Ａまでの上記基準線に沿った長さ）に対して±１０％以下の範囲とされるのが望ましい。

１エンドミル本体
３切刃部
４切屑排出溝
５外周刃すくい面
６外周刃
６Ａ外周刃６がなす波形の山頂部
６Ｂ外周刃６がなす波形の谷底部
６ａ軸線Ｏ方向後端側に向けて山頂部６Ａから谷底部６Ｂまでの間の中間部（外周刃６の捩れ角θと外周すくい角αが最大となる位置）
６ｂ軸線Ｏ方向後端側に向けて谷底部６Ｂから山頂部６Ａまでの間の中間部（外周刃６の捩れ角θと外周すくい角αが最小となる位置）
９底刃
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
θ 外周刃６の捩れ角
α 外周刃６の外周すくい角

Claims

軸線回りに回転さ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向かうに従いエンドミル回転方向後方側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をすくい面として、該すくい面の外周側辺稜部に、上記切屑排出溝が捩れる方向に向けて捩れつつ波形をなして上記エンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されたラフィングエンドミルであって、上記外周刃の外周すくい角は、該外周刃の捩れ角が最大となる位置で最大となり、該外周刃の捩れ角が最小となる位置で最小となるように変化させられていることを特徴とするラフィングエンドミル。
上記外周すくい角は、２〜２２°の正のすくい角の範囲内で変化させられていることを特徴とする請求項１に記載のラフィングエンドミル。