JP6627618B2 - ボールエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、ボールエンドミルに関する。

表面に硬質膜が形成された表面被覆切削工具において、硬質膜形成時に生じる粗大粒子に起因する被削材の表面精度の低下を抑制するために、硬質膜の成膜後に粗大粒子を湿式ブラスト法により除去することが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００６−２６３８５７号公報 特開２００５−００１０８８号公報

近年、仕上げ加工が手作業から機械加工に移行しており、高速に高精度の仕上げ加工が可能な切削工具のニーズが増している。しかし、従来のエンドミルでは、十分に平滑な仕上げ面を得ることが難しかった。

本発明は、良好な平滑性を有する仕上げ面が得られるボールエンドミルを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様によれば、軸線周りに回転するエンドミル本体と、前記エンドミル本体の軸線方向の一方の端部に設けられた側面視弧状の底刃と、少なくとも前記底刃の表面に形成されたコーティング膜と、を備え、前記底刃の先端逃げ面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下であり、前記底刃のすくい面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下である、ボールエンドミルが提供される。

前記先端逃げ面の最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ未満である構成としてもよい。

本発明のボールエンドミルによれば、仕上げ加工に用いることで良好な平滑性を有する仕上げ面を得ることができる。

実施形態のボールエンドミルを示す斜視図。 図１のボールエンドミルの側面図。 図１のボールエンドミルの正面図。

以下、ボールエンドミルの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のボールエンドミルを示す斜視図である。図２は、図１のボールエンドミルの側面図である。図３は、図１のボールエンドミルの正面図である。

本実施形態のボールエンドミル１は、軸状のエンドミル本体２を有する。エンドミル本体２は、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料からなる概略円柱状の部材である。エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の一方の端部に刃部３ａが形成されている。エンドミル本体２の刃部３ａ以外の部位がシャンク部３ｂである。

本明細書においては、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向のうち、シャンク部３ｂから刃部３ａへ向かう方向を先端側、刃部３ａからシャンク部３ｂへ向かう方向を基端側という。また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。径方向のうち、軸線Ｏに接近する向きを径方向の内側、軸線Ｏから離間する向きを径方向の外側という。また、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削加工時にエンドミル本体２が回転する方向を工具回転方向Ｔという。

刃部３ａの外周には、複数条（本実施形態では二条）の切屑排出溝４が周方向に間隔をあけて形成されている。切屑排出溝４は、エンドミル本体２の先端面に開口している。切屑排出溝４は、エンドミル本体２の先端面から基端側へ向かうに従い、工具回転方向Ｔとは反対側へ向けてねじれて延びている。切屑排出溝４は、刃部３ａの基端側の端部において、エンドミル本体２の外周に切り上がっている。

切屑排出溝４の工具回転方向Ｔ側の端縁に切れ刃が形成されている。切れ刃は外周刃６と底刃９とを含む。外周刃６と底刃９は切屑排出溝４に沿って滑らかに連続する。

外周刃６は、刃部３ａの外周面において、すくい面７と外周逃げ面５との交差稜線に形成されている。外周逃げ面５は、切屑排出溝４の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する面である。外周刃６は、切屑排出溝４の外周端縁に沿って、つる巻き線状（螺旋状）に延びている。外周逃げ面５の幅（外周刃６に直交する向きの長さ）は、外周刃６の延在方向に沿ってほぼ一定である。

外周刃６の径（径方向に沿う軸線Ｏから外周刃６までの距離。つまり半径）は、軸線Ｏ方向に沿って一定である。外周刃６が軸線Ｏ回りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏを中心とする１つの円筒面となる。

底刃９は、切屑排出溝４における工具回転方向Ｔを向く壁面と、エンドミル本体２の先端面との交差稜線に形成されている。底刃９は、刃部３ａの先端において、すくい面７と先端逃げ面８との交差稜線に形成されている。すくい面７は、切屑排出溝４の工具回転方向Ｔを向く壁面であり、先端逃げ面８は、切屑排出溝４の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する面である。

先端逃げ面８は、エンドミル本体２の先端外周側へ向けて凸となる凸曲面状をなしている。先端逃げ面８の基端部は、外周逃げ面５の先端部に接続している。底刃９を構成する先端逃げ面８の幅（底刃９に直交する向きの長さ）は、底刃９の延在方向に沿って一様な幅である。本実施形態の場合、先端逃げ面８の幅は、外周逃げ面５の幅よりも小さい。

底刃９は、エンドミル本体２の先端外周側へ向けて凸となる凸円弧状である。したがて、図２に示されるエンドミル本体２の側面視において、底刃９が軸線Ｏ回りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏを中心とする１つの半球面となる。

エンドミル本体２の少なくとも刃部３ａの表面には、コーティング膜が被覆されている。コーティング膜としては、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を用いることができる。コーティング膜は、代表的にはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮなどの高融点硬質物皮膜である。コーティング膜の成膜方法としては、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）法を用いることができる。好適な成膜方法としては、アークイオンプレーティング法が挙げられる。

なお、本実施形態では、ボールエンドミル１は、二枚刃（２つの切れ刃）の刃部３ａを有する構成としたが、切れ刃の数（外周刃６及び底刃９の組数）は特に限定されず、三枚刃以上としてもよい。

ボールエンドミル１は、エンドミル本体２のシャンク部３ｂにおいて工作機械の主軸等に把持される。ボールエンドミル１は、軸線Ｏ周りの一方向（工具回転方向Ｔ）に回転させられ、かつ軸線Ｏに交差する方向に送りを与えられて、金属材料等からなる被削材の切削加工（転削加工）に使用される。本実施形態のボールエンドミル１は、特に、加工面を平滑化する仕上げ加工に適している。

上記構成を備えた本実施形態のボールエンドミル１では、先端逃げ面８における算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下である。また、すくい面７における算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下である。

本実施形態のボールエンドミル１によれば、先端逃げ面８の表面粗さが上記範囲を満たしていることで、うねりや切削痕が少ない、光沢のある仕上げ面を得ることができる。したがって本実施形態のボールエンドミル１を例えば金型の切削加工に用いた場合、切削加工のみで平滑な面が得られるため、金型表面の手仕上げ工程を省略又は短縮することができる。本実施形態のボールエンドミル１は、高硬度鋼の加工に好適に用いることができ、高速度鋼の加工においても良好な仕上げ面を得ることができる。
また、すくい面７も平滑な面であることから、すくい面７と先端逃げ面８との稜線（底刃９）のうねりや凹凸を少なくすることができ、先端逃げ面８のみを平滑化した場合と比較しても、より平滑な加工面を得ることができる。
本実施形態のボールエンドミル１では、外周逃げ面５の表面粗さを、先端逃げ面８と同等の表面粗さとしてもよい。

先端逃げ面８における算術平均粗さＲａが０．０１μｍを超えていると、先端逃げ面８のうねりにより加工面の均一性が損なわれ、良好な仕上げ面が得られない。最大高さ粗さＲｚが０．１μｍを超えていると、先端逃げ面８の表面の凹凸によって加工面に切削痕が残り、良好な仕上げ面が得られない。また、すくい面７における算術平均粗さＲａが０．０１μｍを超え、あるいは最大高さ粗さＲｚが０．１μｍを超えている場合、すくい面７と先端逃げ面８との稜線における凹凸によって加工面の平滑性が低下する。

先端逃げ面８及びすくい面７において、上記範囲の表面粗さを得るには、切屑排出溝４を形成した後、先端逃げ面８及びすくい面７に対して、ショットブラスト方式の表面研磨装置を用いて１回目の表面研磨処理（コーティング前研磨処理）を施す。さらに、基材表面に硬質材料のコーティングを施した後、ショットブラスト方式の表面研磨装置を用いて２回目の表面研磨処理（コーティング後研磨処理）を施す。このようにコーティング前後で研磨処理を実施することで、研磨痕やパーティクルが除去された平滑な逃げ面８及びすくい面７を得ることができる。
上記の製造方法において、切屑排出溝４を形成した後、コーティング前研磨処理を施す前に、仕上げ用砥石を用いた磨き加工を施してもよい。磨き加工を併せて行うことにより、さらに平滑な面を逃げ面８及びすくい面７を得ることができる。

（実施例１）
まず、円柱状の超硬合金基材に研削加工により切り屑排出溝を形成し、エンドミル本体を作製した。切り屑排出溝の形成後、エンドミル本体のすくい面と先端逃げ面に対して、＃３０００以上の砥石を用いて磨き加工を施した。磨き加工の後、すくい面と先端逃げ面に対して、ショットブラスト方式の表面研磨装置を用いて研磨処理（コーティング前研磨処理）を施した。ショットブラストには平均粒径１μｍ未満のメディアを用いた。
研磨処理後のエンドミル本体に、ＡｌＴｉＮ膜からなるコーティング膜をイオンプレーティング法により成膜した。成膜後、コーティング膜の表面に対して、ショットブラスト方式の表面研磨装置を用いて研磨処理（コーティング後研磨処理）を施した。ショットブラストには平均粒径１μｍ未満のメディアを用いた。
以上の工程により実施例１のボールエンドミルを作製した。

（比較例１）
実施例１の工程において、コーティング前研磨処理、及びコーティング後研磨処理を実施しない以外は同様として、比較例１のボールエンドミルを作製した。

（比較例２）
実施例１の工程において、コーティング前研磨処理を省略した以外は同様として、比較例２のボールエンドミルを作製した。

（比較例３）
実施例１の工程において、コーティング後研磨処理を省略した以外は同様として、比較例３のボールエンドミルを作製した。

（測定及び評価）
実施例１及び比較例１〜３のボールエンドミルについて、先端逃げ面の表面粗さを、面粗さ計（ミツトヨ社製）を用いて測定した。測定結果を表１に示す。
なお、すくい面の面粗さを同様に測定した結果を表２に示す。面粗さの測定は、先端逃げ面及びすくい面のいずれも、刃先から５０μｍ以内の領域について実施した。
表１及び表２において、「仕上げ面」の列は、仕上げ加工により得られた仕上げ面の算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下であるものを「○」、算術平均粗さＲａが５０ｎｍを超えるものを「×」とした。

コーティングの前後両方で表面研磨処理を施した実施例１のボールエンドミルは、先端逃げ面及びすくい面のいずれにおいても、算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下、最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下であり、良好な切れ刃表面及び稜線が形成されていた。
コーティング前後の少なくとも一方の表面研磨処理を省略した比較例１〜６のボールエンドミルでは、先端逃げ面及びすくい面のいずれにおいても所望の表面粗さを得ることができなかった。

次に、実施例１、比較例１〜６のボールエンドミルを用いて、ステンレス鋼の表面仕上げ加工を行った。
先端逃げ面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下、最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下であった実施例１のボールエンドミルを用いた仕上げ加工では、切削痕が少なく、表面のうねりも抑制された良好な仕上げ面が得られた。実施例１のボールエンドミルによる仕上げ面は良好な光沢を有する面であり、算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下である極めて平滑な面が得られた。

比較例１〜６のボールエンドミルを用いた仕上げ加工では、刃先に残った凹凸により加工面に切削痕が残り、刃先表面のうねりにより加工面が均一な平坦面とならず、光沢性の低い仕上げ面となった。先端逃げ面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍを超えており、最大高さ粗さＲｚが０．１μｍを超えている比較例１〜３のボールエンドミルでは、仕上げ面の算術平均粗さＲａを１．０μｍ以下にすることができなかった。算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下である比較例５、最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下である比較例４，６のボールエンドミルで加工した場合には、仕上げ面の算術平均粗さＲａは数１００ｎｍに低減できたが、良好な光沢を有する仕上げ面は得られなかった。

１…ボールエンドミル、２…エンドミル本体、７…すくい面、８…先端逃げ面、９…底刃、Ｏ…軸線、Ｒａ…算術平均粗さ、Ｒｚ…最大高さ粗さ

Claims (3)

1. 軸線周りに回転するエンドミル本体と、
   前記エンドミル本体の軸線方向の一方の端部に設けられた側面視弧状の底刃と、
   少なくとも前記底刃の表面に形成されたコーティング膜と、
   を備え、
   前記底刃の先端逃げ面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下であり、底刃のすくい面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下かつ最大高さ粗さＲｚが０．１μｍ以下である、ボールエンドミル。
2. 前記先端逃げ面の最大高さ粗さＲｚが０．０６μｍ未満である、請求項１に記載のボールエンドミル。
3. 前記エンドミル本体は、超硬合金、サーメット、またはセラミックスからなり、
   前記コーティング膜は、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、または硼化物からなる、
   請求項１または２に記載のボールエンドミル。

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