JP5974954B2

JP5974954B2 - ラフィングエンドミル

Info

Publication number: JP5974954B2
Application number: JP2013070821A
Authority: JP
Inventors: 康史大田; 松本　元基; 元基松本; 耕司深田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: EP2979799B1; EP2979799A1; WO2014156490A1; JP2014193506A; US9707628B2; US20160059325A1; EP2979799A4

Description

本発明は、被削材の粗加工や中仕上げ加工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。

このようなラフィングエンドミルとして、例えば特許文献１には、エンドミル本体の先端部外周に波形切刃すなわちニックを施した切刃を有し、切屑を分断させて切削抵抗を軽減するようにしたものが記載されている。そして、この特許文献１には、切刃部に、例えば窒化チタンアルミニウムのような周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移元素と第３ｂ、４ｂ族元素の炭化物、窒化物、酸化物および硼化物のコーティング膜を１層または２層以上で被覆することにより耐摩耗性を向上させることも記載されている。

特開２００５−２３０９７６号公報

ところで、このようなラフィングエンドミルでは、切刃がなす波形の振幅よりも小さな１刃当たりの送り量で切削加工を行うことによって切屑を分断するようにしており、この波形の谷底部と被削材の加工面との間には隙間が生じることになる。しかしながら、エンドミル回転方向側の切刃によって加工面を切削した際に切屑が加工面にあったりすると、後続する切刃がこの加工面を切削する際に切屑が上記隙間から逃げ面と加工面との間に入り込み、逃げ面に沿って無秩序に流出することにより噛み込まれ、逃げ面や切刃に欠損を生じるおそれがあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、たとえ切屑が逃げ面と加工面との間に入り込んでも、その流れを制御することによって逃げ面や切刃の欠損を抑制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、上記軸線方向に沿って波形に凹凸する形状を有する複数の切刃が、該軸線回りの回転軌跡において互いの波形の位相をずらすようにして形成されたラフィングエンドミルであって、上記切刃の逃げ面にはコーティング膜が被覆されており、このコーティング膜の少なくとも上記切刃側の表面には粗面領域と滑面領域とが上記軸線方向に交互に形成されていて、上記粗面領域では０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が上記滑面領域よりも多く突出していることを特徴とする。

このように構成されたラフィングエンドミルでは、逃げ面に被覆されたコーティング膜の少なくとも切刃側表面に、０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が多く突出した粗面領域と、このような微細粒子または微細突起の突出が少ない滑面領域とが軸線方向に交互に形成されていて、滑面領域が粗面領域よりも滑らかとされている。従って、加工面に切屑があって切刃がなす波形の谷底部と加工面との間の隙間から入り込んでも、この切屑は逃げ面に沿って抵抗の少ない滑面領域に流出するようにその流れが制御される。

そして、この滑面領域に流出した切屑は、エンドミル本体の回転に伴い滑らかな滑面領域上を滑るようにして速やかに排出されるため、切屑が逃げ面を無秩序に流出することによって加工面との間に噛み込まれるのを避けることができ、こうして噛み込まれた切屑によって逃げ面や切刃に欠損が生じるのを抑制することができる。また、逃げ面のコーティング膜に部分的にでも滑面領域が形成されることによって切削抵抗の低減を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、たとえ切刃がなす波形の谷底部と加工面との隙間から切屑が入り込んでも、この切屑の流れを制御して速やかに排出することができ、このような切屑が無秩序に流出して逃げ面と加工面との間に噛み込まれることにより逃げ面や切刃に欠損が生じるのを抑制することができる。

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すくい面の拡大図である。図１に示す実施形態における逃げ面の拡大図である。

図１ないし図３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、超硬合金や高速度工具鋼等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした外形略円柱状に一体に形成され、その後端部（図１において右側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部（図１において左側部分）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、上記シャンク部２が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、切刃部３によって被削材に粗加工や中仕上げ加工を施してゆく。

切刃部３の外周には、エンドミル本体１の先端から軸線Ｏ方向後端側に向けてエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる複数条の切屑排出溝４が形成されており、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面と切刃部３外周の逃げ面（外周逃げ面）５との交差稜線部に、上記壁面をすくい面とする切刃（外周切刃）６が形成されている。また、各切屑排出溝４の先端部にはギャッシュ７が形成され、このギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面と切刃部３先端の先端逃げ面との交差稜線部には底刃８が形成されている。なお、本実施形態のラフィングエンドミルは、底刃８が軸線Ｏに垂直な平面上に略沿って延びるスクエアエンドミルとされている。

上記逃げ面（外周逃げ面）５は、軸線Ｏ方向に沿って波形をなすように軸線Ｏに対する径方向に凹凸する形状とされており、これに伴い切刃６も図２に示すようにすくい面に対向する方向から見て軸線Ｏ方向（図２において左右方向）に沿って波形に凹凸する形状とされている。本実施形態では、この切刃６がすくい面に対向する方向から見たときになす波形は、例えば互いに等しい半径、中心角の凸円弧と、この凸円弧よりも小さな半径で互いにはやはり等しい半径、中心角の凹円弧とを、互いに接するように交互に連続させた形状とされている。

また、複数の切屑排出溝４に形成される複数の切刃６同士では、上記凹凸円弧の半径や切刃６がなす波形の波長、振幅は互いに等しくされているが、これらの切刃６がなす波形の位相は軸線Ｏ回りの回転軌跡においてずらされている。例えば、これらの切刃６がなす波形の位相は、エンドミル回転方向Ｔ側に向けて該切刃６の波形の波長を切刃６の数で除した長さ分ずつ軸線Ｏ方向に順次ずらされている。

なお、切刃６のすくい面には正の径方向すくい角が与えられており、これにより切刃６は、逃げ面５に対向する方向から見たときにも図３に示すように軸線Ｏ方向（図３において左右方向）に沿って、すくい面から対向する方向に見たときの凹凸の周期に合わせ、エンドミル本体１の周方向（図３において上下方向）に凹凸する波形を呈することになる。ただし、この逃げ面５に対向する方向から見たときの凹凸の振幅は、すくい面に対向する方向から見たときの振幅よりも小さい。

さらに、エンドミル本体１の少なくとも切刃部３の表面には、コーティング膜が被覆されている。このコーティング膜は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆのような周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移元素と第３ｂ、４ｂ族元素のうち１種または２種以上を含む金属の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、または硼化物よりなるものであって、代表的にはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮなどの高融点硬質物皮膜であり、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法によって所定の膜厚で被覆され、特にアークイオンプレーティング法により被覆されるのが好ましい。

こうして被覆されたままのコーティング膜の表面には、上記高融点硬質物による微細粒子または微細突起が０．３μｍ〜５．０μｍ程度の大きさで疎らに突出しており、該コーティング膜の表面は粗面とされている。そこで、本実施形態では、少なくとも上記逃げ面５の切刃６側のコーティング膜において、このように突出した微細粒子または微細突起を部分的に除去して減らし、突出する微細粒子または微細突起が少ない滑らかな滑面領域Ａを形成する。

また、こうして微細粒子または微細突起が除去されない部分は、０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が残されて滑面領域Ａよりも数多く突出する粗面のままの粗面領域Ｂとされる。滑面領域Ａに突出する０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起の数は、単位面積（例えば０．０１ｍｍ^２）当たりで粗面領域Ｂに突出する０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起の数の４０％以下とされるのが望ましく、場合によっては滑面領域Ａに０．３μｍ以上の大きさで突出する微細粒子または微細突起がなくてもよい。

このような滑面領域Ａを形成するには、例えば研磨砥粒を含有したブラシや、研磨布、バフによる研磨、またはポリッシュ加工やラップ加工、あるいは細かいダイヤモンド砥粒等をショット粒子として加圧流体により吹き付けるショットブラストなどが用いられる。例えばショットブラストによって滑面領域Ａを形成する際には、粗面のまま残す粗面領域Ｂの部分にマスキングを施してショット粒子を吹き付けるようにしてもよいが、ラフィングエンドミルの逃げ面５は上述のように軸線Ｏ方向に沿って波形に凹凸しているので、波形の凹となる谷底部に粗面領域Ｂを残す場合は、軸線Ｏに対して斜め外周側からショット粒子を吹き付けることにより、波形の凸となる頂部でショット粒子を遮って谷底部に粗面領域Ｂが残るようにしてもよい。

図３においては、滑面領域Ａと粗面領域Ｂとが軸線Ｏ方向に交互に形成されている。このうち、図３の左側の滑面領域Ａ１は切刃６がなす波形の凹凸の凹となる谷底部から延びており、また図３の中央の滑面領域Ａ２はこの波形の凸となる頂部から軸線Ｏ方向の一方の側に延びている。さらに、図３の右側の滑面領域Ａ３は頂部から軸線Ｏ方向の両側に延びている。

なお、図３においては、それぞれの滑面領域Ａと粗面領域Ｂとが軸線Ｏ方向に一定幅で周方向に延びているが、周方向に向けて幅が変化していてもよく、また隣接する滑面領域Ａと粗面領域Ｂとの間に０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起の数が軸線Ｏ方向に向けて増減する中間領域が介在していてもよい。さらに、本実施形態では、切刃部３の表面全体に上述のようなコーティング膜が被覆されており、このうち切刃６および底刃８のすくい面とされる切屑排出溝４とギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面は、０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が除去されて減らされた滑面領域とされている。

このようなラフィングエンドミルでは、切刃６がすくい面に対向する方向から見てなす波形の振幅よりも１刃当たりの送り量が小さくなるようにしてエンドミル本体１が軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、この波形の谷底部で被削材の加工面との間に隙間が生じて切屑が分断されて生成される。このため、粗加工や中仕上げ加工において切削抵抗を低減することができる。

ただし、このように隙間が生じることにより、エンドミル回転方向Ｔ側の切刃６による切削で加工面に切屑があったりすると、この切屑が、後続して切削を行うエンドミル回転方向Ｔ側の切刃６と加工面との隙間から、この切刃６の逃げ面５と加工面との間に入り込んで噛み込まれ、この噛み込まれた切屑によって逃げ面５や切刃６が潰されて欠損が生じるおそれがあるのは上述した通りである。

これに対して、上記構成のラフィングエンドミルでは、逃げ面５に滑面領域Ａと粗面領域Ｂとが軸線Ｏ方向に交互に形成されており、粗面領域Ｂでは０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が滑面領域Ａよりも多く突出しているので、例えば図３の左側に符号Ｆで示したように上記隙間から入り込んだ切屑の逃げ面５上の流れは、滑らかで抵抗の少ない滑面領域Ａ１に沿ったものとなる。すなわち、切屑が滑面領域Ａ１から隣接する粗面領域Ｂに流れ出ようとしても、粗面領域Ｂは突出する微細粒子または微細突起が多くて抵抗が大きいので滑面領域Ａ１に戻ることになる。

そして、このように滑面領域Ａ１を流れる切屑は、滑面領域Ａ１が滑らかであるために滞留することなく、エンドミル本体１の回転に伴って滑面領域Ａ１を滑るように速やかに排出される。従って、上記構成のラフィングエンドミルによれば、このように逃げ面５と加工面との間に入り込んだ切屑が噛み込まれるのを防ぐことができ、噛み込まれた切屑によって逃げ面５や切刃６に欠損が生じるのを抑制してエンドミル寿命を延長することが可能となる。

これは、例えば図３の中央や右側に示したように切刃６の波形の凸となる頂部に連なる滑面領域Ａ２、Ａ３に入り込んだ切屑の流れＦについても同様であり、滑面領域Ａ２、Ａ３から粗面領域Ｂに切屑が流れ出ようとしても滑面領域Ａ２、Ａ３に戻って速やかに排出されるので、切屑が無秩序に流出して逃げ面５上に滞留することにより噛み込みを生じるのを避けることができる。

また、上述のようなコーティング膜は、被覆したままの状態では０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が全体に突出したままの粗面であるが、本実施形態のように逃げ面５のコーティング膜表面に微細粒子または微細突起の突出が少ない滑面領域Ａが部分的にでも形成されることにより、切削抵抗の低減を図ることができる。さらに、このような滑面領域Ａにおいてもコーティング膜は残されたままであって、表面の微細粒子または微細突起が除去されて減らされているだけであるので、耐摩耗性が損なわれるようなことはない。

さらにまた、逃げ面５には部分的に粗面領域Ｂが残されているので、逃げ面５全体が滑面領域Ａとされている場合のように逃げ面５と加工面との間に入り込んだ切屑が無秩序に流出して噛み込みを生じるおそれもない。

なお、本実施形態では、図３に示したように滑面領域Ａ（Ａ１〜Ａ３）と粗面領域Ｂとは、切刃６がなす凹凸の周期に関わりなく形成されているが、滑面領域Ａと粗面領域Ｂとを、上記切刃６がなす波形の周期に合わせて上記軸線Ｏ方向に周期的に交互に形成されるようにしてもよい。これにより、逃げ面５に沿った切屑の流れＦを切刃６の１波ごとに互いに同様となるようにすることができ、より安定した切屑の流れＦの制御を図ることができる。

また、図３では滑面領域Ａと粗面領域Ｂとが切刃６から縞状に延びているが、少なくとも切刃６側で軸線Ｏ方向に交互に形成されていれば、切刃６から離れた逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側では、滑面領域Ａと粗面領域Ｂの一方が他方に斑状に点在していたり、あるいはコーティング膜の表面が滑面領域Ａと粗面領域Ｂのいずれか一方だけであったりしてもよい。

１エンドミル本体
２シャンク部
３切刃部
４切屑排出溝
５逃げ面（外周逃げ面）
６切刃（外周切刃）
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
Ａ（Ａ１〜Ａ３）滑面領域
Ｂ粗面領域
Ｆ切屑の流れ

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、上記軸線方向に沿って波形に凹凸する形状を有する複数の切刃が、該軸線回りの回転軌跡において互いの波形の位相をずらすようにして形成されたラフィングエンドミルであって、上記切刃の逃げ面にはコーティング膜が被覆されており、このコーティング膜の少なくとも上記切刃側の表面には粗面領域と滑面領域とが上記軸線方向に交互に形成されていて、上記粗面領域では０．３μｍ〜５．０μｍの微細粒子または微細突起が上記滑面領域よりも多く突出していることを特徴とするラフィングエンドミル。