JPH02106209A - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、切削抵抗を軽減することができるとともに
構成刃先の付着を防止することができ、特に、エンドミ
ル本体をその軸線方向へ送って加工するドリリング時の
加工効率を向上させることができるボールエンドミルに
関するしのである。

［従来の技術］ 第１６図および第１７図は従来のボールエンドミルの一
例を示す図である。これらの図に示すボールエンドミル
は、軸線回りに回転させられるエンドミル本体ｌの先端
部に、軸線を挟んで点対称に２つのギャッシュ２・２が
形成されるとともに、エンドミル本体ｌの外周に上記ギ
ャッシュ２に連続するねじれＴｔＩｔ３が形成され、ギ
ャッシュ２およびねじれ溝３の回転方向を向く壁面の稜
線部にそれぞれ切刃４．５が形成されたものである。こ
こで、先端側の切刃４は回転方向へ向けて緩やかなカー
ブを描く凸曲線状に形成されており、これによって、切
刀４の回転軌跡における側面視形状が１／４円弧状とさ
れている。

このようなボールエンドミルは、切刃４．５によって底
部断面形状が半円形の溝加工を行うものであり、エンド
ミル本体ｌを軸線方向へ送るドリリング加工と横送り加
工によって、たとえば、金型の型彫り加工などに供され
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来のボールエンドミルにおいては、特
に、ドリリング加工を行う場合に構成刃先が生し易く、
このため、送り速度や切削速度を例えば横送り加工の場
合の７０％以下と大幅に遅くしなければならないという
問題があった。

すなわち、構成刃先は切刃と切屑との間の摩擦力と圧力
により切屑の微粉が切刃すくい而に層をなして溶着する
ことによって生じる。したがって、切刃のすくい角が小
さいほど切削抵抗が大きいから発熱量が大きく構成刃先
が生じ易い。また、ドリリング加工では切刃が連続切削
を行うから構成刃先がさらに生じ易くなる。一方、ボー
ルエンドミルにおいては、刃先強度を維持する必要性か
ら切刃のすくい角を大きく設定することができない。

つまり、ツイストドリルのようにドリリングのみを行う
工具であれば、切刃にねじれ溝のねじれ角に応じた比較
的大きなすくい角を設けることができるが、ボールエン
ドミルのように横送り切削を行う場合には、その断続切
削により繰り返し叩上される衝撃力に耐え得るように切
刃の刃物角を大きくしなければならないからである。こ
のため、ボールエンドミルによるドリリング加工におい
ては、送り速度と切削速度とを小さくすることにより、
切刃部分の発熱を防ぎ、構成刃先の発生を少なくする必
要がある。

［発明の目的］ この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、構成刃
先の付着を有効に防止することができ、ドリリング加工
においても高送り、高速切削を行うことかでき、よって
切削加工の効率を大幅に向ヒさせることができるボール
エンドミルを提供することを目的とする。

［課題を解決するためのト段］ この発明のボールエンドミルは、切刃の形状を次のよう
に構成したらのである。

■軸線方向先端視における切刃の形状が回転方向へ向け
て凸曲線となる。

■空間の固定された一点にト記切刃の外周側端部を位置
さＵ“てエンドミル本体の基準位置とし、この基準位置
からエンドミル本体を切刃の上記ｌ／４円弧の曲率中心
回りに旋回させながら軸線回りに回転さけることにより
上記一点を切刃に沿って相対移動させたときに、エンド
ミル本体の基準位置からの旋回角度が８５°のときのエ
ンドミル本体の基準位置からの回転角度が４８°〜１３
０となる。

■エンドミル本体の基準位置からの旋回角度αが１０°
〜８５°のときの旋回１Ｍ度αに対応するエンドミル本
体の回転角度βが次式の範囲となる。

α４　ｇ／８５≦β≦αｌ　３０／８５次に、上記ボー
ルエンドミルの構成についてさらに詳述する。

［■の構成について］ 切刃長を長く設定することにより切刃を回転方向へ向け
て大きく突出する形状とするための数値限定である。

すなわち、第１２図に二点鎖線で示すように、切刃形状
が回転方向へ向けて凸曲線とならず一平面」二において
ｌ／４円弧状をなすと仮定すると、上記のような空間の
固定点と切刃との相対移動においてエンドミル本体の回
転角度はゼロとなる。

つまり、エンドミル本体を回転させろことなく基準位置
から９０°旋回させるだけで空間の固定点を切刃の外周
端部Ｐから軸線部Ｑまで相対的に移動させることができ
る。前記従来のボールエンドミルは、切刃が回転方向へ
向けて緩やかなカーブを描く凸曲線状に形成されたもの
で（図中一点鎖線で示す）、本発明者等による測定の結
果、エンドミル本体の回転角度は１６°であった。つま
り、エンドミル本体の回転角度が大きいほど空間の固定
点は端部Ｐから軸線部Ｑまで遠回りして相対移動するこ
ととなり、このことからエンドミル本体の回転角度と切
刃長さとの間には相関関係があることが判る。この相関
関係は、第１３図に示すように、１／４円弧をなす切刃
の曲率半径をＲ１エンドミル本体の微少旋回角度をｄα
、エンドミル本体の微少回転角度をｄβとして微少切刃
長さをｄｆ２とすると、 ｄ１２＝Ｒ（ｄα”＋ｄβ＊）　ｌ／！により導かれ、
この式から回転角度（ｄβの総和）が大きければ切刃長
さも大きくなることが判る。

本発明のボールエンドミルでは、エンドミル本体の旋回
角度が８５°のときの回転角度を４８゜以上としている
から、第１２図中実線で示すように、空間の固定点は端
部Ｐから大幅に迂回して軸線Ｑに達する。つまり、上記
■の数値限定により切刃長さが長くなり、これによって
、切刃は回転方向へ向けて大きく突出した形状となる。

［■の構成について］ 切刃形状を特定し、具体的には軸線方向先端視において
略Ｓ字状とするための数値限定である。

すなわち、第８図は、エンドミル本体を語学位置から８
５°旋回させたときの回転角度が約７０である場合の切
刃形状の例を示すもので、はぼ完全なＳ字状をなしてい
る。この場合の旋回角度αに対応する回転角度βの関係
は第９図（ロ）中実線で示すように線型をなす。しかし
、回転角度βが同じでも、同図中一点鎖線の関係では第
１Ｏ図、二点鎖線の関係では第１Ｉ図の切刃形状となり
、旋回角度αと回転角度βの関係により切刃形状は若干
界なったものとなる。

上記構成■は、旋回角度αに対応する回転角度βの値を
、α４８／８５≦、β≦αＩ　３０／８５とすることに
より、回転角度αの変化曲線が第９図（ロ）の鎖線で挟
まれた領域内からはみ出さないようにし、これによって
、切刃形状がほぼＳ字状となるようにしたものである。

そして、上記構成■、■により、切刃の軸線方向先端視
における形状は大きな曲率を有する略Ｓ字状となる。

［作用］ 次に、上記構成のボールエンドミルが、構成刃先の付着
を有効に防止し得る理由について説明する。

第１４図（イ）（ロ）は、切刃による切削作用を示す模
式図である。同図（イ）は、切刃がその運動方向に対し
て直交する場合を示し、同図（ロ）は切刃が運動方向と
直交する方向に対して傾斜している場合を示す。これら
の図から明らかなように、切刃の楔角が同一であっても
、切刃かその運動方向と直交する方向に対して傾斜して
いるとすくい角が大きくなる。本発明のボールエンドミ
ルでは、切刃形状を大きな曲率を有する略Ｓ字状として
いるから、切刃はその運動方向と直交する方向に対して
大きく傾斜している。このため、切刃のすくい角が大き
く切削抵抗を小さくすることかできる。

しかも、切刃の全長が長いから切刃単位長さ当たりの切
削抵抗がさらに小さくなる。さらに、切刃がその運動方
向と直交する方向に対して傾斜しているから、切刃で生
成される切屑は外周側へ向けて成長する。このため、す
くい面に切屑の微粉が溶着しても成長する切屑によって
直ちに剥離される。したかって、構成刃先の付着を有効
に防止することができ、ドリリング加工においても高送
り、高速切削を行うことができる。さらに、切屑が外周
側へ向かって成長するので切屑の排出性が向上される。

ここで、エンドミル本体の旋回角度が８５°のときの回
転角度を４８°以上としたのは、種々の試作品による加
工結果により、上述したような切削抵抗の軽減および溶
着物の剥離を良好に行うには回転角度５０°が限界であ
ることが確認され、製造および測定誤差を見越して４８
°に設定したからである。また、回転角度が１３０°を
上回ると、切刃の長さか長すぎるため細長い切屑か生成
されて切屑の排出性が悪化するとともに、切刃形状が極
端に急カーブとなるため、切刃のチッピングや欠損が生
じ易くなるからである。

［実施例］ 以下、第１図ないし第１１図を参照しながら本発明の一
実施例について説明する。第１図は実施例のボールエン
ドミルを示す側面図である。これらの図において符号１
０はエンドミル本体である。

エンドミル本体１０は、軸線σ回りに回転させられる例
えば超硬合金または高速度鋼からなる円柱状のもので、
その先端部には、軸線Ｑを挟んで点対称に２つのギャッ
ンユｌｌ−１１が形成されている。また、エンドミル本
体ＩＯの外周には、上記ギャッシュ１１に連続するねじ
れ’ｔＶ＋　１２が形成されている。そして、ギャッシ
ュ１１およびねじれ溝１２の回転方向を向く壁面の稜線
部には、それぞれ切刃１３．１４が形成され、それらの
交叉部は滑らかに連続させられている。

先端側の切刃１３は、軸線方向先端視における形状が回
転方向へ向けて凸曲線となるように形成され、回転軌跡
における側面視形状が略１／４円弧状とされている。さ
らに、空間の固定された一点に切刃Ｉ３の外周側端部Ｐ
を位置させて基準位置とし、この基本位置からエンドミ
ル本体１０を切刃１３の上記１／４円弧の曲率中心０回
りに旋回させるとともに、軸線４回りに回転させること
により上記固定点を切刃Ｉ３に沿って相対移動させたと
きに、エンドミル本体１０の旋回角度が８５°のとき（
第２図において固定点がＱ、で示す位置にきたとき）の
回転角度は４８°〜１３０とされ、好ましくは５５°〜
１３０°　より好ましくは６０゛〜１３０°とされる。

なお、第２図に水筆切刃１３の形状は、旋回角度が８５
°のときの回転角度が７０°のものである。またさらに
、エンドミル本体１０の基準位置からの旋回角度αか！
０°〜８５゛のときの旋回角度αに対応するエンドミル
本体の回転角度βは、 α４８／８５≦β≦α１３０／８５の範囲とされている
。これによって、切刃１３の軸線方向先端視における形
状は大きな曲率を有する略Ｓ字状となっている。

ここで、エンドミル本体１０の回転角度を測定する方法
について説明する。

第８５図はエンドミルの回転角度等を測定するだめの装
置である。図において符号２０はテーブルである。テー
ブル２０の中心には、スタンド２１かテーブル２０の中
心線回りに回転自在に支持されている。スタンド２Ｉの
端部には、ブラケ・ノド２２を介して筒状体２３か支持
され、筒状体２３には軸２４が回転自在に挿入されてい
る。軸２・１の一端部の外周には、筒状体２３に対する
回転角度を知るための目盛り２４ａが付されている。

一方、筒状体２３の端部には、リング２３１が上記目盛
り２４ａに隣接して回転自在に取り付けられ、リング２
３ａの外周には目盛り２４ａを指し示す矢印が付されて
いる。そして、リング２３ａは、ハンドル２３ｂにより
回転可能になされ、任意の回転位置で筒状体２３に対し
て固定されるようになっている。また、軸２４の他端部
には、チャック２５が取り付ＩＪられでいる。チャック
２５は、ボールエンドミルＡを水平にして着脱自在に把
持ずろものである。チャック２５の前方には顕＠鏡２６
が配置されている。顕微鏡２６の接眼レンズ２７と接物
レンズとの間には、内部に照準フィルムを取り付けたリ
ング２９が接眼レンズ２７と同一中心線上に介装されて
いる。そして、顕微ｆｉ２６を覗くと、視野の中央部に
おいて照準フィルムの十字線が交叉するようになってい
る。照準フィルムは接眼レンズ２７の中心線回りに回転
自在になされており、視野の中で十字線が回転し得るよ
うになっている。また、その回転角度を知るためにリン
グ２９の外周には目盛が付されている。

このような測定装置により、エンドミル本体１０の回転
角度を測定するに際しては、まず、ボールエンドミルＡ
をチャック２５に把持させ、その切刃１３の１／４円弧
の曲率中心０をスタンド２１の回転中心軸に一致させる
。この位置決めは、スタンド２１の回転中心２１ａに治
具を取り付け、この治具にボールエンドミルＡの先端を
当接させて行う。次に、第８５図に示す状態からスタン
ド２１を９０°回転させる。この状態で軸２４を回転さ
せ、照準フィルムの十字線の交点に切刃１３の外周端部
Ｐを一致させ、ハンドル２３ｂを回してリング２３ａの
矢印を目盛り２４ａのゼロ点に合わせる（第３図）。こ
の状態で顕微鏡のリング２９を回し、照準フィルムの十
字線のうち上下方向を向くものが切刃１３と接するよう
にする。このときの目盛りにより、切刃１３の運動方向
と直交する方向（図中矢印Ｘ方向）に対して切刃のなす
角度θを読み取る。

次に、リング２９を回してもとの位置に戻し、スタンド
２１をもとの位置の方向へ５°旋回させる。すると、ボ
ールエンドミルＡは中心０回りに旋回し、視野中の切刃
１３は、第３図に示す状態から同図中矢印方向へ移動し
、第４図に示す状態となる。次に、軸２４を回してボー
ルエンドミルＡを回転させ、切刃１３を第４図に示す状
態から同図中矢印方向へ移動させて第５図に示す状態と
する。そして、上記と同様にして軸２４の回転角度を目
盛り２４ａで、切刃１３の角度θをリング２９の目盛り
で読み。このようにして、第５図から第７図までに示す
ように、スタンド２Ｉを５゜づつ旋回させながら上記一
連の動作を繰り返し、スタンド２１が測定開始位置から
８５°旋回するまで続ける。第１表は上記のようにして
測定した結果（単位は“）を示し、第９図（イ）は、旋
回角度αと回転角度βとの関係を示す線図である。

第１表 第１表から明らかなように、切刃Ｉ３の運動方向と直交
する方向に対する切刃角度は、最大４５とかなり大きく
なっている。これによって、上記ボールエンドミルでは
、切刃１３のすくい角が大きく切削抵抗を小さくするこ
とかできる。しかし、切刃１３の全長が長いから切刃１
３の単位長さ当たりの切削抵抗がさらに小さくなる。さ
らに、切刃１３が運動方向と直交する方向に対して大き
く傾斜しているから、切刃１３で生成される切屑は外周
側へ向けて成長する。このため、すくい面に切屑の微粉
が溶着しても成長する切屑によって直ちに剥離される。

したがって、構成刃先の付着を有効に防止することがで
きるので、ドリリング加工においても高送り、高速切削
を行うことができる。よって、横送り加工と同じ切削条
件でドリリング加工を行うことができ、切削効率を大幅
に向上させることができる。また、切屑が外周側へ向か
って成長するので切屑の排出性が向上される。

なお、上記のようにして得られたエンドミル本体１０の
回転角度は、照準フィルムの十字線の交点を切刃１３に
沿って連続的に移動させる場合と若干の誤差が生じる。

しかしながら、エンドミル本体１０を上記のように５°
づつ傾斜させれば誤差は極めて僅かであり、むしろその
ように作業を標準化するほうが操作ミスが少ない。

次に、第２表および第３表は、旋回角度８５゜において
回転角度が６０°のものと５０°のもので上記と同じ測
定を行った結果を示すものであり、上記と同様に第９図
（イ）にも示す。第２表および第３表から、上記ボール
エンドミルにおいてら切刃角度が大きいことが判る。し
たかって、構成刃先の付着を有効に防止ずろことができ
る。

第２表 ところで、上記各ボールエンドミルは、第９図（イ）に
示すように、エンドミル本体ＩＯの回転角度βがほぼ直
線状に増加するように構成したものであり、いずれら第
８図に示すようなほぼ完全なＳ字状となる。このような
切刃では、切刃の曲率か滑らかに変化するため、本発明
の作用効果をさらに有効に発揮することができるが、Ｓ
字状の切刃形状を得るためには、旋回角度αと回転角度
βとの関係を次のように設定すれば良い。

すなわち、旋回角度αが８５°のときの回転角度βを例
えば０とすると、第９図（ロ）に示すように、回転角度
βの変化曲線が原点と０１．θ、とを結んた線分で挟ま
れた領域（図中ハツチングで示ず）からはみ出さないよ
うにし、θ、＝７７＋５゜０、＝０−５°　とする。

さらに、本発明は、上記のように回転角度βの変化曲線
が直線状となるものに限らず、前項で述べたように曲線
状となっても良い。例えば、第１θ図に示す切刃１３で
は、切刃１３の外周側における構成刃先の付着をより有
効に防止ケることかできる。また、第１！図に示す切刃
では、切刃１３の内周側における構成刃先の付着を有効
に防止ずろことができる。また、実際の切削加工におい
ては切刃１３の内周側の方が構成刃先が付着し易いので
、例えば、第８図において、軸線部の切刃１３の曲率を
大きく設定してその部分を第１１図に示す切刃形状に近
い形状としても良い。

なお、本発明は上記のようなソリッドタイプのものに限
るしのではなく、先端の切刃のみを超硬合金で構成した
スローアウェイ式エンドミルや、ろう付は式エンドミル
に適用しても同様の効果を奏１ろことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明のボールエンドミルでは、
切刃の形状を、軸線方向先端視におけろ切刃の形状が回
転方向へ向けて凸曲線とし、空間の固定された一点に上
記切刃の外周側端部を位置させてエンドミル本体の基準
位置とし、この基準位置からエンドミル本体を切刃の１
／４円弧の曲率中心回りに旋回させながら軸線回りに回
転させろことにより、上記一点を切刃に沿って相対移動
させたときに、エンドミル本体の基準位置からの旋回角
度が８５°のときの回転角度を４８°〜１３０°とし、
エンドミル本体の基準位置からの旋回ｆ【１度αが１０
°〜８５°のときの旋回角度αに対応するエンドミル本
体の回転角度βをα４８／８５≦β≦αｔ　３０／８５ としたしのであるから、軸線方向先端視におけろ切刃形
状が大きな曲率をａする略Ｓ字状となり、これによって
切刃がその運動方向に対して大きく傾斜する。このため
、切刃のすくい角か大さく切削抵抗を小さくすることが
できる。しかも、切刃の全長が長いから切刃単位長さ当
たりの切削抵抗がさらに小さくなる。さらに、切刃が運
動方向に対して大きく傾斜しているから、切刃で生成さ
れる切屑は外周側へ向けて成長する。このため、すくい
而に切屑の微粉が溶着してら成長する切屑によって直ち
に剥離され、構成刃先の付着を有効に防止することがで
きろ。したがって、ドリリング加工においてら高送り、
高速切削を行うことかできるので、ドリリングにおける
切削条件を横送りの場合と同じに設定することができ、
切削加工の効率を大幅に向上させることができろ。また
、切屑が外周側へ向かって成長するので切屑の排出性が
向上される等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１１図は本発明の一実施例を示す図であ
って、第１図はボールエンドミルを示す側面図、第２図
は第１図の１方向矢視図、第３図ないし第７図は顕微鏡
で見た切刃の形状をそれぞれ示す図、第８図は切刃の形
状を示す軸線方向先端視、第９図（イ）（ロ）はエンド
ミル本体の傾斜角度と回転角度との関係を示す線図、第
１θ図および第１１図は上記ボールエンドミルの変更例
を示し、切刃形状を示す軸線方向先端視図、第１２図お
よび第１３図は切刃曲線を説明するための斜視図、第１
４図は切削作用を説明するための斜視図、第８５図は回
転角度を測定するための装置を示す側面図、第１６図は
従来のボールエンドミルを示す側面図、第１７図は第１
６図の■方向矢視図である。 ・・エンドミ ル本体、 ３・・ ・・・切刃、 ・曲率中心、 Ｐ　・・・ ・・外周側端部、 内周側端部、 軸線。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部に回
   転軌跡における側面視形状が略１／４円弧状をなす切刃
   が設けられたボールエンドミルにおいて、上記切刃の形
   状が次のようになされたことを特徴とするボールエンド
   ミル。 （１）軸線方向先端視における切刃の形状が回転方向へ
   向けて凸曲線となる。 （２）空間の固定された一点に上記切刃の外周側端部を
   位置させてエンドミル本体の基準位置とし、この基準位
   置からエンドミル本体を切刃の上記１／４円弧の曲率中
   心回りに旋回させながら軸線回りに回転させることによ
   り上記一点を切刃に沿って相対移動させたときに、エン
   ドミル本体の基準位置からの旋回角度が８５°のときの
   エンドミル本体の基準位置からの回転角度が４８°〜１
   ３０°となる。 （３）エンドミル本体の基準位置からの旋回角度αが１
   ０°〜８５°のときの旋回角度αに対応するエンドミル
   本体の回転角度βが次式の範囲となる。 α４８／８５≦β≦α１３０／８５