JPH0790410B2 - スモールリリーフ付き切削工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば、エンドミル、サイドカッター、リ
ーマ、ドリル等のようにマージンを有する切削工具と、
バイト等のように単に二番角を付した切削工具の改良に
関するものである。

［従来の技術とその課題］ 一般に、切削工具には切刃の後方側に直ちに二番角を付
したものと、切刃の後方側にマージンを形成したものが
ある。

前者の例として例えばバイトでは、切削開始後瞬時にし
て切刃が欠損することが多々ある。また、例えばフライ
スでは、切刃に衝撃力が繰り返し印下される断続切削と
なるため、切刃のチッピングや欠損が生じ易く、その工
具寿命を著しく短縮している場合が多い。

また、後者の例として例えばリーマやエンドミルがあ
る。第６図はマージンを有する従来の切削工具における
切刃１と直交する断面を示すもので、切刃１の回転方向
後方の所定幅の部分にはマージン２が形成され、マージ
ン２の後ろ側の部分には所定の逃げ角が付された二番取
り面３が形成されている。

ここで、マージン２は、二番取りされていない円柱曲面
に形成されたもので、加工穴の内壁面に食い込むことな
くこれと摺接することによって、切削工具のびびり振動
を防止したり、穴明け加工にあっては、バニシング作用
により加工穴の寸法精度や面粗度を向上させるという機
能を有する。しかしながら、実際の切削加工において
は、マージン２の存在が逆に種々の悪影響を及ぼす場合
がある。

たとえば、被削材がマージン２の後部に溶着し、この溶
着が進んで付着物４として凝着することがある。このよ
うな付着物４は構成刃先とほぼ同じもので、極めて硬く
被削材の内壁面に深い筋傷を生じさせるばかりでなく、
特に、切削工具がリーマの場合には、被削材に深く食い
込んでリーマが被削材から抜けなくなったり、場合によ
っては折損事故につながることがある。しかも、前述の
通り、マージン２に凝着した付着物４は極めて硬く、除
去するのに多大な労力を要するばかりでなく、マージン
２の研磨表面の微細な凹凸の中に深く付着しているた
め、油砥石等で除去しても切削加工を行ったときに再度
凝着してしまうなど、その使用上製品不良や切削工具の
使用不能といった重大な支障を来すことが多い。

さらに、マージン２と被削材の内壁面との摩擦による発
熱が著しいため切削速度を高めることができず、また、
通常の切削速度であっても切削油によってはマージンの
発熱を抑えることができない場合がある。

ここで、マージン２が上記のような悪影響を及ぼすのは
次の理由による。

すなわち、被削材のほどんどは弾性材であるため、穿設
された穴はその直後に収縮して切削工具を締め付ける。
この場合、マージン２が被削材から受ける圧縮力は、マ
ージン２の稜線部である切刃１近傍では切刃１の切削作
用により除去されるが、回転方向後方へ向かうにしたが
って大きくなる。しかも、マージン２には被削材を冷却
したり溶着を防止する切削油がとどきにくいため発熱し
易く被削材との親和力が高まり、マージン２において僅
かでも溶着が起こるとそれが急速に進行して凝着現象を
起こしてしまうのである。

さらに、被削材を横送りして切削加工を行う場合には、
マージン２はトロコイド曲線を描いて移動するため、上
記のような不具合は工具を軸線方向へ送って加工する場
合よりも顕著に現れる。たとえば、切削代0.2mm/revで
加工を行うと、被削材に対するマージン２の逃げ角がマ
イナス33″となり、マージン２の後部は稜線部の切刃１
に対して約0.0067mm先行することになる。このため、被
削材の収縮による圧縮力に横送りによる圧縮力が加算さ
れ、マージン２に多大な圧縮力が作用するのである。

［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、フライ
ス等の二番角を有する切削工具にあっては切刃のチッピ
ング等を有効に防止することができ、リーマ等のマージ
ンを有する切削工具にあっては、マージンへの被削材の
溶着、凝着を防止することにより、種々のトラブルを解
消することができる切削工具を提供することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ この発明の切削工具は、マージンまたは切刃の後方側
に、所定の逃げ角を有する第１二番取り面を形成すると
ともに、この第１二番取り面の後方側に第１二番取り面
の逃げ角よりも大きな逃げ角を有する第２二番取り面を
形成し、上記マージン幅を0.05mm以下、マージンまたは
切刃と直交する断面視における第１二番取り面の逃げ角
を１°〜２°、マージン幅に第１二番取り面の幅を加え
てなる逃げ幅を0.05mm〜0.5mmとしたものである。

［実施例］ 第１図ないし第５図はこの発明の一実施例を示すもので
あり、第２図はエンドミルを示す斜視図である。図にお
いて符号10は工具本体である。工具本体10は軸線回りに
回転される円柱状をなすもので、その先端部には、軸線
部から外周側へ向けて延在する３つのチップポケット11
が円周方向へ等間隔に形成され、各チップポケット11の
回転方向を向く壁面の先端稜線部には切刃12が形成され
ている。また、工具本体10の外周には３つのねじれ溝13
が形成され、各ねじれ溝13の先端部は上記チップポケッ
ト11に連続させられている。

ここで、ねじれ溝13の回転方向を向く壁部は、第１図に
示すように、すくい面14とされている。そして、すくい
面14の外周稜線部には切刃15が形成され、切刃15の後方
の所定幅の部分には、マージン16、第１二番取り面17お
よび第２二番取り面18とからなるスモールリリーフ19が
形成されている。

マージン16は二番取りされていない円柱曲面をなすもの
で、そのマージン幅Ｔは0.05mm以下に設定されている。
ただし、マージン幅Ｔはゼロ（すなわち、マージンが存
在しない）であっても差し支えない。また、第１二番取
り面17は、マージン16の後方の所定幅の部分に平坦に形
成されており、逃げ角αが付されている。また、第１二
番取り面17の後方には、逃げ角αよりも大きな逃げ角β
が付された平坦な第２二番取り面18が形成されている。

ここで、第１二番取り面17の逃げ角αは、１°〜２°に
設定されている。また、マージン幅Ｔ方向において、マ
ージン幅Ｔに第１二番取り面17の幅を加えてなる逃げ幅
Ｗは0.05mm〜0.5mmに設定されている。さらに、第２二
番取り面18の逃げ角βは８°〜20°に設定されている。
なお、第１図中逃げ角α，βの基準となる線分ｌは、マ
ージン16の最も後端側における接線である。

ここで、上記数値限定の根拠につき、具体的実験結果を
まじえて説明する。

マージン幅Ｔを0.05mm以下とした理由： マージン幅Ｔが0.05mmを上回ると、被削材との摩擦が激
しくなるために被削材の溶着が生じ易くなるからであ
る。

第１二番取り面17の逃げ角αを１°〜２°とした理
由： 第１表に逃げ角αを種々選定して穴明け加工を行った場
合の結果を示す。

第１表から判るように、逃げ角αが30′のときは、従来
のエンドミルで穴明け加工を行う場合と同様に、切刃15
が切削作用を行わず、第１二番取り面17との摩擦により
穴内壁面に筋が生じている。しかし、逃げ角αが1.0°
の場合には、切刃15がやや切削的な作用を行う結果、穴
の内壁面に筋が生じていない。つまり、逃げ角αを１°
以上とすることにより、切刃15の切削作用により穴の内
壁面から受ける圧縮力を除去することができるのであ
る。

しかしながら、被削材を横送りして切削加工を行う場合
には、前述のようにエンドミル外周がトロコイド曲線を
描いて移動するため、逃げ角αはもっと大きく設定する
必要がある。現在行われている一般的に切削加工では、
切削代を1.0mm/revまで高めることがあるが、この場合
において逃げ角αがゼロと仮定すると、第１二番取り面
17の被削材に対する逃げ角がマイナス35′となる。この
ため、第１二番取り面17の二番当たりを防止するために
は、余裕をみて逃げ角αを設定する必要があるが、逃げ
角αを不必要に大きくすることは、同時に刃先強度の低
下によるチッピングや工具のびびり振動という新たな問
題を生じさせる原因となる。したがって、逃げ角αは、
第１二番取り面17と穴内壁面との摩擦を防止し得る最小
限の値とする必要があり、第１表の結果より２°を上限
とした。

マージン幅Ｔに第１逃げ面17の幅を加えてなる逃げ
幅Ｗを0.05mm〜0.5mmに設定した理由： 逃げ幅Ｗが0.05mmを下回ると刃先強度が低下し、切刃15
のチッピングが生じ易くなるからである。特に、横送り
切削では切刃15が断続的に切削を行うため、その際の衝
撃力により切刃15が欠損し易くなる。一方、逃げ幅Ｗが
0.5mmを上回ると、後述するように、摩耗深さに対する
摩耗幅が広くなってしまうため、寿命が低下するからで
ある。

また、第２二番取り面18の逃げ角βを８°〜20°に設定
したのは、逃げ角βが８°を下回ると、上記と同様に摩
耗深さに対する摩耗幅が広くなってしまうからであり、
逃げ角βが20°を上回ると、鋼等の重切削のように多大
な切削抵抗が作用する場合の刃先剛性が不足してしまう
からである。

しかして、上記構成のエンドミルにあっては、切刃15の
後方にスモールリリーフ19を形成しているから、工具外
周部と穴内壁面との摩擦を少なくすることができる。し
たがって、マージン16や第１二番取り面17への被削材の
溶着を防止することができ、付着物に起因する穴内壁面
への筋の発生等の重大なトラブルを有効に防止すること
ができる。また、発熱量が少ないから高速切削に対応す
ることができるとともに、通常の切削速度においても切
削油の冷却効果を高めることができる。

ところで、前述のとおり、従来のフライスなどのように
切刃の後方に直ちに二番角が付された切削工具（すなわ
ち、マージンが形成されていない切削工具）では、断続
切削により繰り返し印下される衝撃力によって切刃が欠
損し易いという欠点があった。しかしながら、そのよう
な切削工具についても、上記のようなスモールリリーフ
19を形成することにより、切刃の楔角が大きくなるため
刃先強度が増加し、したがって、フライスとしての機能
を損なうことなく切刃のチッピングや欠け等の発生を未
然に防止することができる。そして、この結果、切刃の
すくい角や第２二番取り面18の逃げ角βを従来工具のす
くい角や二番角よりも大きく設定することができるの
で、切刃の切れ味を高めるとともに二番当たりを有効に
防止することができ、刃先強度の増加との相乗効果によ
り切削性能を大幅に向上させることができる。さらに、
切刃部をCBN等のような硬度の高い材料で構成しても何
ら支障なく切削加工を行うことが可能となる。

さらに、上記エンドミルでは、マージン幅Ｔに第１二番
取り面17の幅を加えてなる逃げ幅Ｗを0.5mm以下として
いるため、第１図および第４図に示すように、工具外周
部が図中一点鎖線で示す箇所まで従来のエンドミルと同
じように摩耗した場合であっても、従来のエンドミルに
比して摩耗幅Ｌが狭い。このため、工具寿命を大幅に延
長することができる。

第４図に本発明のスモールリリーフ付きエンドミル（た
だし、逃げ角αは１°30′）と従来のエンドミルにより
切削加工を行った場合の、切削距離と外周摩耗の幅との
関係を示す。図中は本発明のスモールリリーフ付き超
硬エンドミル、は従来の超硬エンドミル、は超硬合
金製でかつ表面にチタンコーティングを施した従来のエ
ンドミルであり、，とも外周部に従来と同様のマー
ジンを有している。また、切削条件は、工具外径:16m
m、被削材:FC25、その他の送り等は同一である。

第４図から判るように、スモールリリーフ付きエンドミ
ルでは外周摩耗が著しく軽減される。また、本発明の
エンドミルは、の３倍、の４倍の寿命を有するこ
とが確認された。さらに、，ではマージンに作用す
る圧縮力が大きいため、発熱によりエンドミルの外周部
のほぼ全体が黒色に焼けているのに対し、スモールリリ
ーフ付きエンドミルでは切刃近傍が焼けているだけで
あった。

また、第５図に被削材材質をS50Cとして切削加工を行っ
た場合の切削距離と外周摩耗の幅との関係を示す。な
お、工具外径はいずれも20mmで、切削条件は同一であ
る。図中は本発明のスモールリリーフ付き超硬エンド
ミル、は外周部に従来と同様のマージンを有する超硬
エンドミル、は外周切刃の後方側に直ちに二番角を付
した超硬エンドミルである。

第５図から、スモールリリーフ付きエンドミルは、被
削材が抗張力の高いS50Cであっても、従来のマージンを
有するエンドミルよりも外周摩耗が著しく軽減される
ことが判る。また、スモールリリーフ付きエンドミル
では、切削距離が短いうちは二番角を付した従来のエン
ドミルよりも摩耗幅が広いが、切削距離が長くなるに
つれて従来のエンドミルに比して摩耗幅が格段に狭く
なっており、スモールリリーフ19の効果が顕著に現れて
いる。

しかも、スモールリリーフ付きエンドミルでは特に初
期摩耗が比較的安定しており、これにより工具寿命の延
長が図られていることが分かる。

また、本発明をリーマに適用し、逃げ角αが１°のもの
と１°30′のものにより穴明け加工を行った。

逃げ角αが１°のリーマでは、第１二番取り面17と穴内
壁面との間に若干の摩擦が生じていたが、切削油の使用
により工具外周への切粉の付着等の問題は一切生じなか
った。また、逃げ角αが１°30′のリーマでは、穴内壁
面との摩擦はなかったが、僅かながらびびり振動が発生
した。しかし、そのびびり振動は穴の寸法精度や面粗度
に何ら影響を与えず、従来のリーマよりも滑らかな加工
面が得られた。

なお、上記実施例では、第１二番取り面17を平坦に形成
しているが、第３図に示すような凸曲面や凹曲面に形成
しても良い。また、本発明はエンドミル、リーマおよび
ドリルに限るものではなく、その他、バイト、スローア
ウエイチップ、サイドカッター、フライス等の種々の切
削工具にスモールリリーフを形成しても同様の効果を奏
することは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明のスモールリリーフ付き切
削工具では、マージンまたは切刃の後方側に、所定の逃
げ角を有する第１二番取り面を形成するとともに、この
第１二番取り面の後方側に第１二番取り面の逃げ角より
も大きな逃げ角を有する第２二番取り面を形成し、上記
マージン幅を0.05mm以下、マージンまたは切刃と直交す
る断面視における第１二番取り面の逃げ角を１°〜２
°、マージン幅に第１二番取り面の幅を加えてなる逃げ
幅を0.05mm〜0.5mmとしたものであるから、フライス等
のように切刃の後方に直ちに二番角が付された切削工具
にあっては切刃のチッピング等の発生を未然に防止する
ことができる。これによって、第２二番取り面の逃げ角
を従来よりも大きく設定することができるので、二番当
たりを有効に防止することができる。また、切刃部をCB
N等のような硬度の高い材料で構成しても何ら支障なく
切削加工を行うことが可能となる。

また、リーマ等のマージンを有する切削工具にあって
は、工具外周と被削材との摩擦を少なくすることがで
き、したがって、工具外周の発熱を少なくするととも
に、工具外周への被削材の溶着を未然に防止することが
できる。これによって、被削材への傷の発生等のトラブ
ルを未然に防止することができ、また、工具寿命を大幅
に延長することができる等種々の優れた効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はマージンに直交する断面の詳細を示す第２
図におけるＩ−Ｉ線断面図、第２図はエンドミルを示す
斜視図、第３図は第１図に示す切削工具の変形例を示す
第２図におけるIII-III線断面図、第４図および第５図
は切削距離と外周摩耗幅との関係を示す線図、第６図は
従来の切削工具のマージンに直交する断面図である。 １……切刃、２……マージン、３……二番取り面、10…
…工具本体、13……ねじれ溝、15……切刃、16……マー
ジン、17……第１二番取り面、18……第２二番取り面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マージンまたは切刃の後方側に所定の逃げ
   角を有する第１二番取り面を形成するとともに、この第
   １二番取り面の後方側に第１二番取り面の逃げ角よりも
   大きな逃げ角を有する第２二番取り面を形成してなり、
   上記マージン幅を0.05mm以下、マージンまたは切刃と直
   交する断面視における第１二番取り面の逃げ角を１°〜
   ２°、マージン幅に第１二番取り面の幅を加えてなる逃
   げ幅を0.05mm〜0.5mmとしたことを特徴とするスモール
   リリーフ付き切削工具。
2. 【請求項２】前記第２二番取り面の逃げ角を８°〜20°
   としたことを特徴とする請求項１に記載のスモールリリ
   ーフ付き切削工具。