JPS6052903B2 - ボ−ルエンドミルの先端切刃研削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボールエンドミルの先端切刃研削方法に関し、
特にボールエンドミルの先端切刃をほぼ理論Ｓ字刃に研
削する方法に関する。

ボールエンドミルは従来より金型加工をはじめとする高
精度金属加工用切削工具として多用されている。

特に金型加工においては、金型自体の精度向上に伴い、
ボールエンドミルの形状精度や寸法精度も高い精度が要
求され、更に金型加工の場合には長い加工時間を要する
ために耐用寿命も長いことが要求される。然るに従来の
ボールエンドミルの先端切刃研削方法では先端部すくい
面を平面に研削する場合が多く、故に切削加工時に、切
刃が一度に金属加工材に作用して振動を発生し易く、金
型加工面の精度の劣下を招くばかりでなく、ボールエン
ドミルの耐用寿命を低下させる原因となる。更に高速回
転による重切削が困難であるという不都合もある。また
、この先端部すくい面を平面に研削する方法を改善した
Ｓ字研削方法も提案されている。然しながら、このボー
ルエンドミルのＳ字研削方法においても長時間に亘る金
型加工の切削過程において、先端切刃のいわゆる肩の部
分で損傷を起こし易く、故に耐用寿命が充分でないと共
に切刃に損傷を生じると、金型加工面にも損傷を来たす
に致るという欠点がある。依つて、本発明の目的は、上
述した従来のボールエンドミル先端切刃の研削方法によ
る欠点を解・消し、ボールエンドミルの外周ねじれ切刃
と先端部のＳ字切刃の接点肩において切削過程でくい込
みを生じることのない理論的すくい面を先端切刃に形成
するボールエンドミル先端切刃の研削方法を提供するも
のである。すなわち、本発明によれば、砥石車の回転軸
と平行な旋回軸を有した旋回アームを具備する工具研削
盤によりねじれ角θ、直径ｄのボールエンドミルの先端
切刃を研削する方法において、前記ボ−ルエンドミルの
一回転の自転に対して前記旋回アームの旋回角度量βを
の割合に設定旋回せしめつつ研削するようにしたことを
特徴とするボールエンドミルの先端切刃研削方法が提供
される。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。第１図は理論Ｓ字刃を有するボールエンドミ
ルの球状先端部とこれに続く円筒形状部とを示す部分正
面図、また第２図は第１図の矢印■−■方向から見たＳ
字刃を示す平面図である。

同第１，第２図において、直径ｄを有するボールエンド
ミル１０は軸心１２を有する円筒形状部１４と、この円
筒形状部１４の上方への仮想延長部（二点鎖線で示す部
分）に内接する半径ｒの球面形状部１６を有し、上記円
筒形状部１４の外周にはねじれ角θを有する外周ねじれ
切刃１８が形成され、また球面形状部１６には理論Ｓ字
刃２０が形成されている。

この理論Ｓ字刃２０は上記仮想延長部にねじれ切刃１８
を延長させた場合にお；ける仮想切刃Ｋｇ″ｅ″を球面
形状部１６に投影した場合の切刃形状として形成されて
いる。なお、ｂ点は外周ねじれ切刃１８と理論Ｓ字刃２
０との接合点、ｌ点は仮想切刃上の任意の点、ｅ″点は
仮想切刃がｂ点から高さｒの分だけ上昇した点であ２る
。更に、第１図、第２図において、１『，２０″はそれ
ぞれ外周ねじれ切刃１８と理論Ｓ字刃１８の１８０れ対
称位置に形成されている外周ねじれ切刃と理論Ｓ字刃と
をそれぞれ示したものである。このような理論Ｓ字刃２
０，２『を有した５ボールエンドミル１０が、これらの
理論Ｓ字刃２０，２『通りに切削可能であれば、切削加
工中に軸心１２を回転中心としてボールエンドミル１０
が回転する際にも刃と金属被加工材とは該理論Ｓ字刃２
０，２『の刃すじに沿つて移動するの３で過負荷を受け
ることはなく長い耐用寿命が得られる。然しながら従来
の研削方法に依れば、第３図に示すようにＳ字刃２『，
２０′″″を形成するＡＢＣＤの刃すじ中にＢ点、Ｃ点
の位置で肩が出現し、この肩部分では研削加工中に急激
な負荷変動４［が繰り返し発生することにより折損をし
易く、故に耐用寿命が短い欠点がある。依つて本発明は
ボールエンドミル１０の先端球面形状部１６において、
理論Ｓ字刃２０，２『を研削形成することができる研削
方法を提供するものである。なお、第１，第２図に示し
たボールエンドミル１０において、円筒形状部１４の外
周に形成されるねじれ角０の外周ねじれ刃１８，１『の
研削は、研削砥石の研削面をねじれ角０に整合させて刃
すじと平行にセッティングし、ボールエンドミル１０の
１回転に対して該ボールエンドミル１０を保持したテー
ブルを外周ねじれ刃１８，１『のリード量と同量だけ移
動させるようにすればよい。ここで第４図を参照して直
径ｄ、ねじれ角０の外周ねじれ刃１８を有する半径ｒの
ボールエンドミル１０の理論Ｓ字刃２０をＸ，Ｙ，Ｚの
直交三軸系とα，βの極座標とに基づいて解析すると、
半径ｒ＜７）竺門ク程式は、次式で与えられる。また、
理論Ｓ字刃２０上の任意の点ｇの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は
ここで理論Ｓ字刃２０における球面上のＩｂｂ″の長さ
はｒαで与えられるから、ボールエンドミル１０のねじ
れ刃１８のねじれ角０のときにはＺ軸座標は次の様にな
る。

（１），（４）式から １Ｕ１ここでＲ
は抑角βで表わされる点ｇをＸ，Ｙ平面に投影して見た
ときの中心からの距離であるから（５），（６）式から
次に（２）式を（５）式に代人してＸ，Ｙについて解く
と、面形状部を有し、かつねじれ角０の外周ねじれ刃１
８を有するボールエンドミル１０が上記球面形状部に理
論Ｓ字刃２０を有するとき、該Ｓ字刃２０上の各点はＸ
，Ｙ，Ｚの直交三軸系（Ｚ軸はボールエンドミル１０の
軸心に一致）で、（４），（９），（１０）式から定ま
る。

そして外周ねじれ刃１８と理論Ｓ字刃２０との接点ｂか
ら角度αだけ自転したとき該理論Ｓ字刃２０上の点の抑
角はβとなり、両者の間には（８）式で定まる関係があ
る。従つて、理論Ｓ字刃２０を工具研削盤で研削する際
には研削砥石とボールエンドミル１０の先端切刃との間
で（８）式を常に満足する接触条件が確保されればよい
のである。第５図、第６図は上述の接触条件を充足する
研削方法を工具研削盤で実施する例を示す平面図と正面
図である。

すなわち、工具研削盤は砥石車３０を有し、この砥石車
３０の回転中心３２は水平面に垂直な上，下軸を有して
いる。この砥石車３０は旋回ハンドル３４の操作により
矢印“゜Ｚ゛で示す上・下軸方向に砥石ヘッド３６と共
に上・下動可能であり、従つて砥石車３０に切り込み送
りすることがてきる。また、砥石車３０は回転はモータ
３８によつて付与される。更に砥石ヘッド３６は第５図
のハンドル４０を操作することにより矢印“Ｙ゛で示す
両方向に水平面内で移動可能であり、従つて砥石車３０
も矢印“゜Ｙ゛方向に変位させることができる。上述の
砥石ヘッド３６と対置して工具研削盤のベース４２上に
は研削対象である被研削工具を保持する旋回アーム４４
が垂直軸４４ａのまわりに旋回可能に取付けられている
。この旋回アーム４４はその上部に工作主軸台４６を有
し、また工作主軸台４６が研削されるボールエンドミル
１０を装着する受け４８を有している。そして受け４８
は工作主軸台４６に対して水平軸５０のまわりに矢印゜
“Ｓ゛方向に傾動可能一である。また受け４８はその中
心軸５２のまわりに旋回動作して装着されたボールエン
ドミル１０を自転させることができる。上述した工具研
削盤の構成自体は既に良く知られているものであるが、
本発明のボールエンドミル先端切刃の研削方法はこのよ
うな工具研削盤で実施することができる。すなわち、ボ
ールエンドミル１０を受け４８に装着し、砥石車３０の
研削面３０ａにねじれ角θのボールエンドミル１０の切
刃の刃すじと整合させるべく水平軸５０のまわりに角度
０だけ前傾させる。

そしてハンドル４４ａの操作によりボールエンドミル１
０の先端球面形状部１６を砥石車３０研削端面３０ａに
セッティングする。このような状態で砥石車３０をモー
タ３８で切削作用のために回転駆動し、かつ受け４８を
中心軸心のまわりに矢印α方向に自転させながら旋回ア
ーム４４をその旋回軸４４ａのまわりに矢印β方向に始
点”“Ｉ゛から旋回させる。このときαとβとの関係は
ボールエンドミル１０の１回転（α＝３６００＝２ｗ）
に対して前記（８）式に従うβ＝Ａｒｃｓｉｎ（２π×
ＣＯｔＯ）、θ：ねじれ角に選定すれば、砥石車３０の
研削端面３０ａがボールエンドミル１０の先端球形状部
１６における理論Ｓ字刃２０（第１図参照）に沿つて移
動し、該理論Ｓ字刃２０を研削するのである。

従つてＳ字刃部分には従来の研削によるような“゜肩゛
の発生がなくよつて折損の危惧も解消させることができ
るのである。なお、砥石ヘッド３６をハンドル４０の操
作で矢印゜゜Ｙ゛方向に移動させれば、ボールエンドミ
ル１０の先端球状部１６における理論Ｓ字刃２０の所望
すくい面幅に亘つて研削を施すことができる。ここで砥
石車３０の研削端面３０ａを用いてボールエンドミル１
０の球面形状部における切刃すくい面の研削形成につい
て第７図を参照して説明する。

さて、第７図は第６図に示したボールエンドミル１０と
砥石車３０について、ボールエンドミル１０の軸心１２
（第１図参照）に対して垂直な平面により該ボールエン
ドミル１０の円筒形状部と球面形状部との接合部におい
て断面した図、つまり第６図の■一■線に沿う断面図で
、すくい面研削時における両者の接触状態を示した図で
ある。

同第７図に示す如く、ボールエンドミル１０の切刃は従
来同様にすくい面２１と逃げ面２２とが交叉する空間曲
線として創成され、本発明の方法によれば、この空間曲
線からなる切刃が理論Ｓ字刃である点において特徴を有
することは既述の説明から明らかであろう。この場合に
ボールエンドミル１０のすくい面２１の幅は円筒形状部
１４（第１図参照）と球面形状部１６（第１図参照）と
の接合部における幅値Ｗｄが球面形状部１６の頂点に向
うに従つて減少し、頂点では幅値零となるように研削さ
れ、また所望のすくい角δの付与は、砥石車３０を機械
的に第７図の矢印゛Ｂ゛方向に回転軸心０″を中心とし
てすくい角δとなるように半径Ｒ″の状態を保つて研削
面３０ａを整形するもので、この整形された砥石車３０
を軸心０″を中心として矢印“Ｂ゛方向に旋回させると
、整形而上の線Ｐ″−Ｐ″とボールエンドミル１０のす
くい面２１とが接触して、該すくい面２１はすくい角δ
を有するように創成されるものである。このように砥石
車３０の研削端面３０ａを整形して、軸心０″を中心に
旋回させる点は従来も行なわれているが、本発明ではこ
の間にボールエンドミル１０が既述した自転動作と公転
動作と同期して付与されるから究極的に理論Ｓ字曲線を
有した切刃の創成がなされるのである。なお、第７図は
ボールエンドミル１０の円筒形状部と球面形状部との接
合部におけるすくい面２１と整形された研削端面３０ａ
との接触状態を示しているから、球面形状部１６の頂点
に近づくに従いボールエンドミル１０と研削端面３０ａ
との接触は上述した整形而上の線Ｐ″−Ｐ″の線上で接
触長が連続的に漸減してすくい面幅Ｗｄを連続漸減させ
ることは言うまでもない。そして、この場合において、
すくい面幅の変化は軸心０″を中心とする砥石車３０の
旋回角ρをボールエンドミル１０から遠ざける方向に変
化させればよく、ボールエンドミル１０の公転動作と同
期して公転角β（第５図参照）との間で一般にの関係で
変化させる。

上記０１拭におけるＣはボールエンドミル１０の径によ
つて定まる定数であり、径が大きい場合にはすくい面幅
も自ずと大きく、径が小さい、つまり細いボールエンド
ミル１０ではすくい面幅も自ずと小さく形成され、この
．ような径の条件によつて定まる定数である。また、砥
石車３０を上述のように軸心０″を中心として（１１）
式に従う旋回動作を付与する場合には砥石ヘッド３６（
第５図、第６図参照）を工具研削盤に具備された従来既
述の旋回機構（第５図、第６図には示されていない）を
利用して旋回動作させればよい。次に、ボールエンドミ
ル１０の球面形状部１６における逃げ面２２の研削形成
について第８図Ａ，Ｂの参照して説明する。さて、逃げ
面２２の研削には砥石車３０の研削端面３０ａに替えて
研削周面を用いる。

すなわち、第８図Ａ，Ｂに示すように砥石車３０の研削
周面３０ｂをボールエンドミル１０の球面形状部１６に
接触させる。逃げ面２２における逃げ角の設定は、従来
より周知のように砥石車３０の回転中心３２をボールエ
ンドミル１０の切刃面からＺ方向（第８図Ｂ参照）に移
動させれぱよい。つま・り砥石車３０の直径をＤ１設定
すべき逃げ角度をＥとすると、ＺＥ＝ＤＩ２×ＳｉｎＥ
だけ、Ｚ方向に移動させればよい。なお、このＺ方向の
移動を第５図、第６図に示した研削盤でおこなう場合に
は、第６図の砥石車３０の回転中心３２を図示の縦軸心
方向から水平軸心方向を向くように９０のだけ時計方向
に倒してから砥石車３０の研削周面３０ｂ（第８図Ａ，
Ｂ）とボールエンドミル１０の球面形状部とを接触させ
、逃げ面研削の接触状態を設定した後にＺ軸の送りによ
り、上述のＺε量だけ砥石車３０を移動させればよいの
である。このようにしてＺεだけ移動設定後に再び本発
明の方法の特徴である自転動作と公転動作とをボールエ
ンドミル１０に与えながら研削すれば、理論Ｓ字刃創成
のための逃げ面２２の研削を達成することができる。な
お、第８図Ａにおける矢印“β゛は第５図と同様のボー
ルエンドミル１０に付与される公転方向を示し、また第
８図Ｂにおける矢印゜゜α゛は第６図と同様のボールエ
ンドミル１０に付与される自転方向を示している。以上
の説明において、第５図、第６図の工具研削盤における
受け４８の矢印“α゛方向の自転と旋回アーム４４の矢
印“゜β゛方向の旋回は、例えば周知のＮＣ制御装置を
用いてそれぞれ駆動モータの回転制御をおこなうことに
よつて上述の関係式を充足するように自動設定すれば、
ボールエンドミル先端切刃を理論Ｓ字刃に沿つて自動研
削することも可能である。

更に上述の説明では垂直上・下軸を砥石車３０の回転軸
とする工具研削盤に就いて説明したが、本発明による研
削方法は実質的に切刃のねじれ角０に対応した傾斜セッ
ティングと自転動作（矢印α方向）と、公転旋回動作（
矢印β方向）とを実現できれば、何れの工具研削盤でも
実施可能であることは言うまでもない。なお、第５図に
おける点゜“■゛は、１すじのＳ字刃２０において、始
点“Ｉ゛に対する終点を示したものであり、この゜゜■
゛点まで公転させれば１すじのＳ字刃２０上の全点に研
削効果が与えられるのである。以上の説明から明らかな
ように本発明によれば、ボールエンドミル１０の先端球
状面の切刃を理論Ｓ字刃どおりに研削して外周ねじれ切
刃に接合させることができるので、金型加工等の金属切
削に対し、耐用寿命が長いボールエンドミルを提供する
ことができるのである。

また、理論Ｓ字刃で切削加工することにより切削加工面
の高精度をも保証することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はねじれ角θ、直径ｄのボールエンドミ
ルの外周ねじれ切刃と理論Ｓ字刃との形状を示す正面図
と矢視■一■線方向に見た平面図、第３図はボールエン
ドミル先端切刃に従来の研削法で形成された肩を示す平
面図、第４図はボールエンドミル先端切刃における理論
Ｓ字刃の解析法を説明するボールエンドミル先端部分の
部分正面図、第５図、第６図は本発明による研削方法を
実施する工具研削盤の構成とボールエンドミルのセッテ
ィング方法を説明する平面図と正面図、第７図はすくい
面の研削創成を説明する断面図、第８図Ａ，Ｂはボール
エンドミル先端球面形状部における逃げ面の研削創成を
説明する平面図と正面図。 １０・・・ボールエンドミル、１２・・・軸心、１４・
・円筒形状部、１６・・・球面形状部、１８・・・外周
ねじれ切刃、２０・・・理論Ｓ字刃、２１・・・すくい
面、２２・・・逃げ面、３０・・・砥石車、４４・・・
旋回アーム、０・・・ねじれ角、α・・・自転方向、β
・・・公転方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 砥石車の回転軸と平行な旋回軸を有した旋回アーム
   を具備する工具研削盤によりねじれ角θ、直径ｄのボー
   ルエンドミルの先端切刃を研削する方法において、前記
   ボールエンドミルの軸心を前記砥石車の研削面に対して
   前記ねじれ角と等しい角度θだけ傾けて前記旋回アーム
   上にセッティングし、該ボールエンドミルの一回転の自
   転に対して前記旋回アームの旋回角度量βをβ＝Ａｒｃ
   ｓｉｎ（２π×ｃｏｔθ）・・・・・・（１）の割合に
   設定旋回せしめつつ前記砥石車の研削端面と研削周面で
   先端切刃のすくい面と逃げ面を研削創成するようにした
   ことを特徴とするボールエンドミルの先端切刃研削方法
   。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のボールエンドミルの
   先端切刃研削方法において、前記砥石車の回転軸と前記
   旋回アームの旋回転を上下垂直軸にしたとき、前記ボー
   ルエンドミルの軸心は前記角度θだけ前傾姿勢となるボ
   ールエンドミルの先端切刃研削方法。