JP6303650B2 - ラフィングエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、エンドミル回転方向から見てエンドミル本体の半径方向に凹凸する波状の外周刃が形成された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、シャンクの一端に回転方向にねじれを有する複数の刃溝が設けられ、複数の刃溝間に、回転軸を中心とする回転軌跡が凸円弧部と凹円弧部を有する波状であるラフィング刃を持ったものが記載されている。このようなラフィングエンドミルでは、エンドミル本体の周方向に隣接する複数の波状のラフィング刃において互いの波形の位相をずらすことにより、切屑を分断して生成して切削抵抗の低減を図ることができる。

特開２００８−１３７１２１号公報

しかしながら、このようなラフィングエンドミルにおいても、例えば高硬度の被削材やステンレス鋼のような難削材を切削加工する場合には切削抵抗が大きくなり、エンドミル本体にビビリ振動が生じるおそれがある。さらに、このように切削抵抗が大きくなると、外周刃に欠損等の損傷が生じるおそれもある。そして、このような損傷は、波状に凹凸する外周刃のうち常に切削に使用される凹凸の凸部において顕著となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、高硬度被削材や難削材を切削する場合でもビビリ振動の発生や外周刃の損傷を抑えることができるとともに、特に波状に凹凸する外周刃の凸部における損傷を効果的に抑制することができる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、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、上記外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面には、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が上記外周刃に交差するように形成されており、上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記外周刃がエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する凸部において凹部よりも幅広に形成されているとともに、上記凹部においても上記軸線に垂直な平面上において最小で、かつ幅を有して形成されていることを特徴とする。

このようなラフィングエンドミルでは、外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面に、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が外周刃に交差するように形成されており、外周刃の刃先においてすくい面とマージン部または第１外周逃げ面とがなす刃物角を大きくすることができる。このため、外周刃に高い剛性や強度を確保することができて、ビビリ振動の発生を抑制するとともに、欠損等の損傷も防止することができる。

ここで、外周逃げ面の外周刃に交差する部分における逃げ角が０°よりも小さい負角であると、この交差する部分が被削材に干渉してしまって切削抵抗の著しい増大を招き、エンドミル本体に撓みを生じて加工面に削り残しが増えてしまう。また、この外周刃に交差する部分が第１外周逃げ面であっても、その逃げ角が３°よりも大きいと、外周刃の剛性や強度を十分に確保することができなくなってビビリ振動や損傷を確実に防止することができない。

また、本発明においては、上記マージン部または上記第１外周逃げ面が、上記外周刃がエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する凸部において凹部よりも幅広に形成されている。

このようなラフィングエンドミルでは、波状に凹凸する外周刃のうち常に切削に使用される凹凸の凸部において、マージン部または第１外周逃げ面が凹部よりも幅広に形成されているので、特にこの凸部における剛性や強度を十分に確保することができ、欠損等の損傷が発生するのを確実に防止することができる。

ここで、上記外周刃がエンドミル本体の後端側に向かうに従いエンドミル回転方向後方側に向かうように形成された一般的な右ねじれ刃のラフィングエンドミルにおいて、１の外周刃とそのエンドミル回転方向後方側に隣接する外周刃とで、これらの外周刃がなす波形の位相が該波形の周期の１／２未満の大きさでエンドミル本体の先端側に位相が順次ずらされているような場合には、外周刃による切削量は、エンドミル回転方向から見たときの上記凸部の頂点の位置よりもエンドミル本体先端側において最も大きくなる。そこで、このような場合には、上記マージン部または上記第１外周逃げ面も、エンドミル回転方向から見たときの上記凸部の頂点の位置よりも上記エンドミル本体の先端側で最も幅広に形成することにより、切削負荷も最も大きくなる部分での欠損等を効果的に防止することができる。

ただし、例えば上記波形の位相が１／２周期ずつずらされた外周刃が周方向に交互に形成されたようなラフィングエンドミルでは、凸部による切削量もその頂点の位置が最も大きくなるので、そのようなラフィングエンドミルにおいては、上記マージン部または上記第１外周逃げ面も、エンドミル回転方向から見たときの上記凸部の頂点の位置で最も幅広に形成することにより、効果的な欠損防止を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、波状をなす外周刃の刃先に高い剛性や強度を確保することができ、高硬度の被削材や難削材を切削加工する場合でも、ビビリ振動の発生や外周刃の損傷を抑制して安定的かつ効率的な切削加工を行うことができる。

本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態を先端側から見た拡大正面図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態の外周刃を（ａ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図１に示す実施形態の外周刃を（ａ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図１に示す実施形態による切削形態を示す、複数条の外周刃の軸線回りの回転軌跡を送りに合わせてずらして示した展開図である。 本発明の第２の実施形態の外周刃を（ａ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図７に示す実施形態の外周刃を（ａ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）外周刃がなす捩れ線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。 図７に示す実施形態による切削形態を示す、複数条の外周刃の軸線回りの回転軌跡を送りに合わせてずらして示した展開図である。

図１ないし図６は本発明の第１の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、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした外形略円柱状をなしており、その後端部（図１において右上部分、図３において上側部分）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において左下部分、図３において下側部分）は切刃部３とされている。このようなラフィングエンドミルは、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に回転させられつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出されて被削材に切削加工を施してゆく。

切刃部３の外周には、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝４が形成されており、この切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部には、この壁面をすくい面とするとともに該すくい面に交差する切刃部３の外周面を外周逃げ面５とする外周刃６が形成されている。本実施形態では、切刃部３に４条の切屑排出溝４が周方向に間隔をあけて形成され、従って外周刃６も４条が周方向に間隔をあけて形成されている。

なお、各切屑排出溝４の先端部には、図３に示すように略Ｖ字の凹溝状をなすギャッシュ７が形成されており、これらのギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端縁には、この壁面をすくい面とする底刃８が各外周刃６の先端から内周側に延びるように形成されている。本実施形態のラフィングエンドミルは、この底刃８が外周刃６と円弧等の凸曲線状のコーナ刃を介して交差するラジアスタイプのラフィングエンドミルとされている。なお、底刃８は、図２に示すように外周刃６の先端から軸線Ｏの近傍に延びる長底刃（図２において上下に延びる底刃）８と軸線Ｏから離れた位置までに延びる短底刃（図２において左右に延びる底刃）８とが周方向に交互に形成され、長底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する短底刃８までの間隔は、短底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する長底刃８までの間隔よりも大きくされている。

各切屑排出溝４は、エンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線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おり、従って各外周刃６も同様にエンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる螺旋状に形成されている。本実施形態では、４条の外周刃６がなす螺旋の捩れ角は互いに等しくなるように形成されており、従って４条の外周刃６の周方向の間隔は、長底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔が、短底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔よりも大きくされている。

一方、これらの外周刃６の上記外周逃げ面５は、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて半径方向（エンドミル本体１の内外周）に凹凸するように形成されており、これに伴い外周刃６もエンドミル回転方向Ｔから見て図４（ａ）および図５（ａ）に示すようにエンドミル本体１の半径方向に凹凸する波状に形成されている。この外周刃６がなす波形は、本実施形態ではエンドミル回転方向Ｔから見たときにエンドミル本体１の外周側に凸となる凸円弧と内周側に凹となる凹円弧とが一定の周期（ピッチ）で連続した形状に形成されている。

さらに、４条の外周刃６同士では、各外周刃６がなす波形の形状や大きさ、すなわち周期や振幅は互いに等しくされており、ただしこの波形の位相は、周方向に隣接する外周刃６間で軸線Ｏ方向にずらされている。本実施形態では、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６との間で、波形の１周期の１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向先端側にずらされている。

また、外周逃げ面５には、外周刃６から極僅かに離間した位置からエンドミル回転方向Ｔ後方側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に向かうように逃げ角が与えられている。この外周逃げ面５の逃げ角は３°よりも大きい。これに対して、外周逃げ面５の外周刃６に交差する極幅狭の部分にはマージン部９が形成されており、このマージン部９の逃げ角は０°とされていて、上記外周逃げ面５の逃げ角よりも小さく設定されている。

さらに、このマージン部９の幅は、外周刃６がエンドミル回転方向Ｔから見てエンドミル本体１の半径方向に凹凸する凸部において凹部よりも幅広に形成されている。すなわち、本実施形態においては、外周刃６がエンドミル本体１の外周側に凸円弧をなす部分においてマージン部９の幅が最大となり、外周刃６がエンドミル本体１の内周側に凹円弧をなす部分においてマージン部９の幅が最小となるように、マージン部９の幅が連続的に増減させられている。

特に、この第１の実施形態では、マージン部９は、上記凸部のうちでも、エンドミル回転方向Ｔから見たときの該凸部（凸円弧）のエンドミル本体１外周側への頂点Ｐの位置よりも僅かにエンドミル本体１の先端側の位置で最も幅広となるように形成されている。この最大のマージン部９の幅は、例えば外周刃６の直径（凸部の頂点Ｐが軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす円の直径）が１０ｍｍのラフィングエンドミルにおいて、図４に示すように軸線Ｏに垂直な平面Ｑに沿った方向での最大幅Ａが０．１８５ｍｍ、図５に示すように外周刃６がなす捩れ線（１つの外周刃６の頂点Ｐを結んだ捩れ線）に垂直な平面Ｒに沿った方向での最大幅Ｂが０．１５３ｍｍである。

なお、マージン部９の幅が最小となる位置は、本実施形態では凹部が最もエンドミル本体１の内周側に凹んだ位置とされている。上記と同じく外周刃６の直径が１０ｍｍのラフィングエンドミルにおいて、図４に示すように軸線Ｏに垂直な平面上での最小幅Ｃは０．０１３ｍｍ、図５に示すように外周刃６がなす捩れ線に垂直な平面上での最小幅Ｄは略０ｍｍである。

このようなラフィングエンドミルは、上述のように軸線Ｏ回りに回転させられつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、図６に示すように位相をずらされた外周刃６が順次被削材に切り込まれ、分断された切屑を生成しながら被削材を切削加工（粗加工）してゆく。このとき、上記構成のラフィングエンドミルでは、外周刃６のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる外周逃げ面５の刃先側に、外周逃げ面５よりも小さい逃げ角のマージン部９が形成されており、外周刃６の刃先においてすくい面とマージン部９とがなす刃物角を大きくすることができる。

このため、外周刃６の剛性の向上を図ることができ、たとえ高硬度の被削材やステンレス鋼のような難削材を切削加工する場合でも、ビビリ振動が発生するのを抑えて安定した切削を行うことができる。また、外周刃６の刃先強度も向上するので、大きな切削負荷が作用しても外周刃６に欠損等の損傷が生じるのを防ぐことができ、エンドミル寿命の延長を図って効率的な切削加工を行うことが可能となる。

なお、このマージン部９に相当する部分の逃げ角が０°よりも小さい、いわゆる負角であって、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡よりも外周側にこの部分が膨らんでいたりすると、この部分が被削材の加工面に干渉してしまって切削抵抗が著しく増大し、エンドミル本体１が撓んで加工面に削り残される部分が多くなってしまう。なお、このマージン部９に相当する部分は、逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面とされていてもよく、この場合に該第１外周逃げ面のエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる上記外周逃げ面５は、第１外周逃げ面よりも逃げ角が大きい第２外周逃げ面となる。だだし、この第１外周逃げ面の逃げ角が３°を上回るほど大きいと、外周刃６の刃先剛性や強度を十分に向上させることができなくなる。

また、本実施形態では、このマージン部９が、エンドミル回転方向Ｔから見て外周刃６がエンドミル本体１の半径方向に凹凸するうちの凸部において凹部よりも幅広となるように形成されている。従って、図６に示したように送り速度に関わらずに常に切削加工に使用される外周刃６の凸部において十分な剛性と強度を確保することができ、高硬度被削材や難削材の切削加工でも欠損等の損傷を確実に防止することができる。

なお、このように凸部において最大となるマージン部９の最大幅は、小さすぎると外周刃６の剛性や強度を十分に確保することができず、逆に大きすぎると切削抵抗の増大を招いてしまう。このため、上記マージン部の最大幅は、外周刃６の直径ｄに対して、図４に示した軸線Ｏに垂直な平面上での最大幅Ａが０．０１５×ｄ〜０．０３０×ｄの範囲内、または図５に示した外周刃６がなす捩れ線に垂直な平面上での最大幅Ｂが０．０１０×ｄ〜０．０２２×ｄの範囲内とされるのが望ましい。

さらに、上記第１の実施形態では、同形同大の波形をなす４条の外周刃６がエンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる螺旋状に形成されているとともに、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６とで波形の１周期の１／２未満の１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向先端側にずらされている。

従って、このようなラフィングエンドミルでは、外周刃６による切削量（切屑の厚さ）は図６に示したように外周刃６の凸部の頂点Ｐよりも僅かにエンドミル本体１の先端側で最も大きくなるが、これに対して第１の実施形態では、同じく外周刃６の凸部の頂点Ｐよりも僅かにエンドミル本体１の先端側でマージン部９が最大幅Ａ、Ｂとなるように形成されている。従って、本実施形態によれば、切削量が最大となるために切削負荷も最大となる部分のマージン部９を最も幅広として剛性や強度を向上することにより、効果的に外周刃６の損傷を防ぐことができる一方、切削負荷がそれほど大きくならない部分ではマージン部９の幅も狭くして、不要に切削抵抗が増大するのを避けることができる。

ただし、第１の実施形態では、このように４条の外周刃６が、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６とで波形の１周期の１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向先端側にずらされているために、外周刃６の凸部の頂点Ｐよりも僅かにエンドミル本体１の先端側で切削量が最も大きくなるが、例えば波形の位相がちょうど１／２周期ずつずらされた外周刃６がエンドミル本体１の周方向に交互に形成されたラフィングエンドミルでは、図９に示すように外周刃６の凸部の頂点Ｐの周辺で切削量が最も大きくなる。

そこで、このような場合には、図７および図８に示す本発明の第２の実施形態のラフィングエンドミルのように、この凸部の頂点Ｐの位置でマージン部９が最も幅広となるように形成することにより、外周刃６の損傷を効果的に防ぎつつ切削抵抗の増大を抑えることができる。なお、この第２の実施形態においてマージン部９の幅は、外周刃６の直径が１０ｍｍの場合、図７に示すように軸線Ｏに垂直な平面上での最大幅Ａが０．１１８ｍｍ、最小幅Ｃは０．００９ｍｍ、図８に示すように外周刃６がなす捩れ線に垂直な平面上での最大幅Ｂは０．０９３ｍｍ、最小幅Ｄは０．００７ｍｍである。

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 外周逃げ面
６ 外周刃
７ ギャッシュ
８ 底刃
９ マージン部（または第１外周逃げ面）
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向

Claims (3)

1. 軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、上記外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面には、逃げ角が０°のマージン部または逃げ角が３°以下の第１外周逃げ面が上記外周刃に交差するように形成されており、
   上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、上記外周刃がエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する凸部において凹部よりも幅広に形成されているとともに、上記凹部においても上記軸線に垂直な平面上において最小で、かつ幅を有して形成されていることを特徴とするラフィングエンドミル。
2. 上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、エンドミル回転方向から見たときの上記凸部の頂点の位置よりも上記エンドミル本体の先端側で最も幅広に形成さ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。
3. 上記マージン部または上記第１外周逃げ面は、エンドミル回転方向から見たときの上記凸部の頂点の位置で最も幅広に形成さ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。

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