JPWO2020075489A1 - エンドミル - Google Patents

Abstract

このエンドミルは、軸線（Ｏ）回りにエンドミル回転方向に回転されるエンドミル本体（１）と、エンドミル本体（１）の先端部外周に形成された外周刃（６）を有する切刃（５）とを備える。外周刃（６）は、軸線（Ｏ）回りの回転軌跡の軸線（Ｏ）に沿った断面がエンドミル本体（１）の外周側に凸となる凸曲線状で、この凸曲線の曲率半径（Ｒ）が切刃（５）の外径（Ｄ）の１／２よりも大きく３倍以下とされ、凸曲線の中心（Ｃ）は、外周刃（６）に対して軸線（Ｏ）を間にして反対側に位置し、外周刃（６）はエンドミル本体（１）の後端側に向かうに従いエンドミル回転方向とは反対側に捩れ、外周刃（６）の捩れ角が２０°以上とされ、外周刃（６）の径方向すくい角が−２０°以上で０°以下とされている。

Description

本発明は、特に３軸加工機による金型等の切削加工に用いられるエンドミルに関する。
本願は、２０１８年１０月１１日に、日本に出願された特願２０１８−１９２５４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

このような金型等の切削加工に用いられるエンドミルとしては、例えば特許文献１に記載されているようなボールエンドミルが一般的に知られている。すなわち、このようなボールエンドミルでは、軸線回りに回転される軸状のエンドミル本体の先端部外周に、通常は複数条の切屑排出溝が周方向に間隔をあけてエンドミル本体の先端から後端側に延びるように形成されている。

そして、これらの切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部には切刃が形成される。この切刃は、軸線方向の先端部に、軸線回りの回転軌跡が軸線上に中心を有する半球状をなす底刃を備えるとともに、後端部には、上記底刃に連なり、軸線回りの回転軌跡が軸線を中心とする円筒面状をなす外周刃を備えている。

特開平５−３３７７１８号公報

ところで、このようなボールエンドミルを用いて、金型等の内壁面のうち軸線に対する傾斜角が小さい縦壁部分と傾斜角が大きい底面部分との間の傾斜面部分を３軸加工機により切削加工する場合には、エンドミル本体を軸線に垂直な方向に送り出して等高線加工を行うことにより、回転軌跡が半球状をなす底刃の先端外周側部分によって上記傾斜面部分に切削面を形成する。そして、このような切削を、上記切削面が重なり合うようにして所定のピッチでエンドミル本体を軸線方向に移動させて段階的に繰り返すことにより、上述のような傾斜面部分を形成する。

このため、切刃の最大外径である工具径、すなわち底刃の回転軌跡がなす半球の直径が小さいと、上記ピッチを大きくした場合には、重なり合った切削面同士の境界部分が突出してしまって加工面粗さを損なう結果となるので、ピッチを小さくせざるを得ず、加工効率が損なわれる結果となる。一方、上記工具径が大きいボールエンドミルは、エンドミル本体も大きくなるため、回転駆動力も大きくしなければならないとともに、コスト高になってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたもので、エンドミル本体の回転駆動力やコストを増大させることなく、特に被削材の傾斜面部分を切削加工する場合に、軸線方向への移動ピッチを大きくして加工効率を高めても、優れた加工面粗さを得ることが可能なエンドミルを提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、軸線回りにエンドミル回転方向に回転される軸状のエンドミル本体と、このエンドミル本体の先端部外周に形成されて、上記エンドミル本体の先端側から後端側に向けて延びる切屑排出溝と、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に形成された外周刃を有する切刃とを備え、上記外周刃は、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が、上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸曲線状をなしている。そして、この外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径が、上記切刃の最大直径である上記切刃の外径の１／２よりも大きく、上記外径の３倍以下とされるとともに、上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡の凸曲線の中心は、この外周刃に対して上記軸線を間にして反対側に位置しており、上記外周刃は上記エンドミル本体の後端側に向かうに従い上記エンドミル回転方向とは反対側に捩れていて、この外周刃の捩れ角が２０°以上とされ、さらに上記外周刃の径方向すくい角が−２０°以上で０°以下とされていることを特徴とするエンドミルが提供される。

このような構成のエンドミルでは、外周刃の軸線回りの回転軌跡の軸線に沿った断面がエンドミル本体の外周側に凸となる凸曲線状をなしていて、この凸曲線の曲率半径が切刃の最大直径である切刃の外径の１／２よりも大きく、またこの凸曲線の中心が外周刃に対して上記軸線を間にして反対側に位置しているので、回転軌跡が半球状とされたボールエンドミルの底刃のように曲率半径（半径）が切刃の外径の１／２とされているのと比べ、切刃の外径が同じ場合には、縦壁切削の際の移動ピッチを大きくしても切削面同士の境界部分が大きく突出するのを抑制することができる。

そして、さらに上記構成のエンドミルでは、外周刃の捩れ角が２０°以上とされるとともに、外周刃の径方向すくい角が０°以下とされているので、外周刃の刃先強度を確保しつつ鋭い切れ味を外周刃に与えて切削負荷の低減を図ることができる。このため、エンドミル本体を大型化することなく、エンドミル本体を軸線方向に大きな移動ピッチで移動させても優れた加工面粗さを得ることができ、被削材の縦壁を効率的かつ高品位に切削加工することが可能となる。

ただし、この外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の曲率半径が大きくなりすぎると、外周刃が軸線方向に広い範囲に亙って被削材に食い付いた状態となって切削抵抗の増大を招き、ビビリ振動が発生して加工面粗さを損なうおそれがある。このため、外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の曲率半径は切刃の外径の３倍以下とされる。また、外周刃の径方向すくい角が小さくなりすぎても、同様に切削抵抗の増大を招くおそれがあるので、外周刃の径方向すくい角は−２０°以上とされる。

ここで、上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線を、上記エンドミル本体の先端側に向かうに従い漸次内周側に向かって延びるように形成することにより、３軸加工機においてエンドミル本体を被削材の傾斜面部分の傾斜に沿って軸線方向先端側に所定のピッチで移動させることで、エンドミル本体と被削材の内壁面の縦壁部分とを干渉させることなく切削加工を行うことが可能となる。さらに、このような凸曲線の傾斜に沿って上記軸線に対して傾斜する傾斜面部分を切削加工する際には、この傾斜面（加工面）に接触する外周刃の位置を、切刃の外径が同じボールエンドミルに対して外周側とすることができ、切削速度を高くして切削抵抗の低減を図ることができる。

なお、この場合には、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の延長線と上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線との交点と、上記外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の内周端とを結ぶ仮想テーパ線が上記軸線に対してなす仮想テーパ角が２５°以上で６５°以下の範囲内とされていることが望ましい。

この仮想テーパ角が２５°を下回ると、上記断面において外周刃の回転軌跡がなす凸曲線が軸線に平行な状態に近くなり、上記傾斜面部分に切削する外周刃の位置が切刃の外径が同じボールエンドミルと変わらなくなって、上述のように切削速度を高くして切削抵抗の低減を図ることが困難となるおそれがある。また、仮想テーパ角が６５°を上回ると、外周刃の軸線方向の長さが短くなり、傾斜面部分の切削の際にエンドミル本体の軸線方向の移動ピッチを小さくしなければならなくなるおそれがある。

また、上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡の凸曲線の中心は、この外周刃に対して上記軸線を間にして反対側の上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線よりも内周側に位置していることが望ましい。これにより、切削時に外周刃から上記凸曲線の中心に向けて作用する切削負荷を、上記切刃の最大直径よりも内周側のエンドミル本体内で受け止めることができ、切削負荷によってエンドミル本体の先端部に撓みが生じるのを防ぐことができる。

一方、上記外周刃の捩れ角を４０°以上とすることにより、さらに鋭い切れ味を外周刃に与えて一層の切削抵抗の低減を図るとともに加工面粗さを向上させることができる。また、上記外周刃の径方向すくい角を−１０°以上で−３°以下とすることによっても、切削抵抗の一層の低減を図ることができるとともに、確実に刃先強度を確保することができる。

また、上記外周刃が形成された部分の上記軸線に直交する断面における上記エンドミル本体の芯厚を、同じ断面における上記外周刃の直径の７０％以上で８５％以下とすることにより、切屑排出溝に十分な大きさを確保して良好な切屑排出性を得ることができるとともに、外周刃が形成された部分におけるエンドミル本体の剛性を高めて切削抵抗によるビビリ振動の発生やエンドミル本体の撓みを防ぐことができ、加工面粗さをさらに向上させることができる。

さらにまた、上記外周刃の上記軸線方向の長さを、上記外径の０．２倍以上で１．０倍以下の範囲内とすることにより、１回の等高線加工における縦壁の加工幅は十分に確保しつつ、縦壁に続いて被削材に水平な底面や縦壁よりも傾斜が緩やかな傾斜面が形成されている場合でも、これら底面や傾斜面の極近くまで３軸加工機によって切削加工を行うことができる。

なお、上記切刃は、上記エンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が上記軸線上に中心を有して上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の先端に接する凸曲線状をなす底刃をさらに有していてもよい。この場合には、例えば上述のように縦壁に続いて水平な底面が形成されているときに、これら縦壁と底面との間の隅角部の切削を、上記底刃を用いて３軸加工機により行うことができる。

ただし、このような底刃がエンドミル本体の先端部に形成されている場合には、この底刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径に対して、上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径は、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされるのが望ましい。この範囲よりも外周刃の曲率半径が大きいと、底刃の曲率半径が小さくなりすぎて欠損を生じるおそれがある一方、外周刃の曲率半径がこの範囲よりも小さいと、底刃と外周刃の曲率半径が略同じとなってボールエンドミルによる切削加工と変わらなくなってしまう。

一方、上記切刃は、上記外周刃の後端部に、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の後端と上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線とに接する凸曲線状をなす後端刃をさらに有していてもよい。このような後端刃を形成することにより、この凸曲線状の後端刃が切刃の最外周となるので、外周刃が角度をもって最大直径の位置を通り回転軌跡が軸線に平行な直線と交差している場合などに比べ、欠損等が生じるのを防ぐことができる。

ただし、このような後端刃が外周刃の後端部に形成されている場合でも、この後端刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径に対して、上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径は、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされていることが望ましい。この範囲よりも外周刃の曲率半径が大きいと、後端刃の曲率半径が小さくなりすぎて上述のように欠損を生じるのを防ぐことができなくなるおそれがある一方、外周刃の曲率半径がこの範囲よりも小さいと、後端刃と外周刃の曲率半径が略同じとなってボールエンドミルによる切削加工と変わらなくなってしまう。

以上説明したように、本発明によれば、エンドミル本体の大型化による回転駆動力やコストの増大を招くことなく、特に３軸加工機によって被削材の縦壁を切削加工する場合でも、加工効率の向上を図ることができるとともに、優れた加工面粗さを得ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示すエンドミル本体の先端部の斜視図である。 図１に示す実施形態の先端部の側面図である。 図１に示す実施形態の先端部を軸線方向先端側から見た正面図である。 図１に示す実施形態の先端部の軸線回りの回転軌跡の軸線に沿った断面図である。 図２におけるＺＺ断面図（エンドミル本体の先端から軸線方向後端側に２ｍｍの位置の断面図）である。

図１〜図５は、本発明の一実施形態に係るエンドミルを示すものである。本実施形態において、エンドミル本体１は、例えば超硬合金や高速度工具鋼等の硬質な金属材料によって一体に形成されていて、軸線Ｏを中心とした略円柱の軸状をなしている。エンドミル本体１の先端部（図２および図４において左側部分）の先端には刃部２が形成されるとともに、この刃部２以外の後端部（図２および図４において右側部分）は円柱状のままのシャンク部３とされている。

このようなエンドミルは、シャンク部３が例えば３軸加工機であるマシニングセンタ等の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に回転されつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出されることにより、上記刃部２によって被削材に比較的小さな切り込み量で仕上げ加工や中仕上げ加工等の切削加工（転削加工）を行う切削工具（転削工具）である。本実施形態のエンドミルは、例えば金属材料からなる金型等の被削材に凹曲面や凸曲面の曲面加工やポケット加工、深掘り加工、面取り加工等の各種切削加工を施す。

上記刃部２には、その先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝４が形成されている。本実施形態では、複数（４つ）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。また、これらの切屑排出溝４は、エンドミル本体１の後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に向かうように捩れている。

これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面は、図１および図５に示すように外周側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に向かうように延びている。そして、この壁面の外周側辺稜部には切刃５として、外周刃６が例えば周方向に等間隔に形成されている。すなわち、本実施形態のエンドミルは、４枚刃のソリッドエンドミルである。

従って、切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く上記壁面は外周刃６のすくい面とされるとともに、この外周刃６を介してすくい面に交差する刃部２の外周面は外周刃６の逃げ面とされ、本実施形態では外周刃６に負の径方向すくい角αと正の捩れ角βが与えられる。なお、複数の切屑排出溝４にそれぞれ形成される複数（４つ）の外周刃６は、軸線Ｏ回りの回転軌跡が一致させられる。

また、切屑排出溝４の先端部には、刃部２の内周側に延びる凹溝状のギャッシュ７が形成されており、このギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端から外周側に延びる辺稜部には、外周刃６の先端にそれぞれ連なる底刃８が、やはり上記切刃５として形成されている。従って、ギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く上記壁面は底刃８のすくい面とされ、このすくい面に底刃８を介して連なる刃部２の先端面は底刃８の逃げ面とされる。

本実施形態では、これらの底刃８は、図３に示すように軸線Ｏ方向先端側から見て、外周刃６の先端からエンドミル回転方向Ｔに凸となる凸曲線を描きつつ軸線Ｏを越えて延びる長底刃８Ａと、同じく外周刃６の先端からエンドミル回転方向Ｔに凸となる凸曲線を描きつつ軸線Ｏを越えずに延びる短底刃８Ｂとが、周方向に交互に位置するように形成されている。ただし、長底刃８Ａは軸線Ｏに交差することはなく、これらの長底刃８Ａの内周端同士は軸線Ｏに対する径方向に互いに行き違っている。

上記外周刃６は、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面が、図４に示すようにエンドミル本体１の外周側に凸となる凸曲線状をなしている。この外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線は、本実施形態では凸円弧であり、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次内周側に向かうように延びている。また、底刃８の軸線Ｏ回りの回転軌跡の断面も凸円弧であり、底刃８は、外周刃６の回転軌跡に外周刃６の先端において接して軸線Ｏ上に中心を有する１つの凸半球状面に位置している。

さらに、切刃５は、外周刃６の後端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面が、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の後端と切刃５の最大直径の位置を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ１とに接する凸曲線状をなす後端刃９を有している。本実施形態では、この後端刃９の軸線Ｏ回りの回転軌跡の断面も凸円弧である。従って、本実施形態では、切刃５の直径、すなわち切刃５が軸線Ｏ回りになす円の直径は、この後端刃９の外周端の位置において最大となる。

そして、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす上記凸曲線の曲率半径（該凸曲線がなす上記凸円弧の半径）Ｒは、この切刃５の最大直径である切刃５の外径Ｄの１／２よりも大きく、この外径Ｄの３倍以下とされている。本実施形態では、上記凸曲線の曲率半径Ｒは上記切刃５の外径Ｄと等しくされている。また、この外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線の中心（該凸曲線がなす上記凸円弧の中心）Ｃは、図４に示すようにこの外周刃６に対して軸線Ｏを間にして反対側に位置している。

ただし、本実施形態では、この外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線の中心（該凸曲線がなす上記凸円弧の中心）Ｃは、図４に示すように軸線Ｏに沿った断面において、この外周刃６に対して軸線Ｏを間にして反対側の切刃５の最大直径の位置（後端刃９の外周端）を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ２よりもエンドミル本体１の内周側に位置している。

また、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次内周側に向かうように延びる外周刃６は、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面において図４に示すように、この外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線のエンドミル本体１の外周側への延長線と切刃５の最大直径の位置（後端刃９の外周端）を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ１との交点Ｐと、外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線の内周端（外周刃６と底刃８との接点）Ｑとを結ぶ直線を仮想テーパ線Ｎとするとともに、この仮想テーパ線Ｎが軸線Ｏに平行な直線（例えば，図４に示すように円柱状のシャンク部２の外周面の軸線Ｏに沿った断面がなす直線）に対してなす角度を仮想テーパ角θとしたとき、この仮想テーパ角θが２５°以上で６５°以下の範囲内とされている。

さらに、外周刃６は、エンドミル本体１の後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側に捩れていて、上述のように正の捩れ角βが与えられており、この外周刃６の捩れ角βは２０°以上とされ、望ましくは４０°以上とされている。また、本実施形態では、外周刃６の径方向すくい角αは上述のように負角とされているが、この径方向すくい角αは−２０°以上で０°以下とされて、望ましくは−１０°以上で−３°以下とされている。

さらにまた、外周刃６が形成された部分の軸線Ｏに直交する断面におけるエンドミル本体１の刃部２の芯厚Ｄｗ、すなわち図５に示すように軸線Ｏに直交する断面において切屑排出溝４のエンドミル本体１外周側を向く底面に内接する芯厚円Ｕの直径は、同じ断面における外周刃６の直径ｄの７０％以上で８５％以下とされている。また、外周刃６の軸線Ｏ方向の長さＬは、切刃５の最大直径である上記外径Ｄの０．２倍以上で１．０倍以下の範囲内とされている。

さらに、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす上記凸曲線の曲率半径Ｒは、上記底刃８の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径ｒ１に対しては、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされている。また、同じく外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす上記凸曲線の曲率半径Ｒは、上記後端刃９の回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径ｒ２に対しても、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされている。

このように構成されたエンドミルは、例えば上述したように金型等の被削材の内壁面のうち、軸線Ｏに対する傾斜角が小さな縦壁部分と傾斜角が大きな底面部分との間の傾斜面部分の切削に用いられる。すなわち、この傾斜面部分の例えば上端部に刃部２の位置を合わせて軸線Ｏに垂直な方向にエンドミル本体１を送り出すことにより、等高線加工を行う。次いで、このエンドミル本体１を、刃部２による切削面同士が重なり合うように軸線Ｏ方向先端側に所定のピッチで移動させて再び等高線加工を行い、このような等高線加工を繰り返すことによって傾斜面部分を切削加工する。

ここで、上記構成のエンドミルでは、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がエンドミル本体１の外周側に凸となる凸曲線状をなしていて、この凸曲線の曲率半径Ｒが切刃５の最大直径である切刃５の外径Ｄの１／２よりも大きくされている。このため、回転軌跡が半球状とされたボールエンドミルの底刃のように曲率半径（半径）が切刃の外径の１／２とされているのと比べ、切刃５の外径Ｄが同じであれば、上述のような傾斜面部分の切削の際のエンドミル本体１の移動ピッチを大きくしても切削面同士の境界部分が大きく突出するのを抑えることができる。

さらに、上記構成のエンドミルでは、外周刃６の捩れ角βが２０°以上の正角とされるとともに、外周刃６の径方向すくい角αは０°以下で、特に負角とされている。従って、外周刃６には刃先強度を確保しつつ鋭い切れ味を与えることができるので、切削負荷の低減を図ることができるとともに、エンドミル本体１を大型化することなく、軸線Ｏ方向に少ない移動ピッチで移動させたときに優れた加工面粗さを得ることができる。このため、エンドミル本体１の回転駆動力やコストの増大を招くことなく、上述のような被削材の傾斜面部分の仕上げ切削加工や中仕上げ切削加工を効率的に、しかも高品位に行うことが可能となる。

なお、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径Ｒが大きくなりすぎると、外周刃６が軸線Ｏ方向に広い範囲に亙って被削材に食い付いた状態となり、切削抵抗の増大を招いてビビリ振動が発生してしまうため、加工面粗さを却って損なうおそれがある。このため、外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線の曲率半径Ｒは切刃５の最大直径である外径Ｄの３倍以下とされる。また、外周刃６の径方向すくい角αが小さくなりすぎても、同様に切削抵抗の増大を招くおそれがあるので、外周刃６の径方向すくい角αは−２０°以上とされる。

さらに、本実施形態では、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線が、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次エンドミル本体１の内周側に向かって延びるように形成されている。このため、３軸加工機によって上述のような傾斜面部分を切削する場合には、この傾斜面部分の傾斜に沿ってエンドミル本体１を軸線Ｏ方向先端側に所定のピッチで移動させることで、エンドミル本体１を軸線Ｏに対する傾斜角が小さな縦壁部分と干渉させることなく切削加工を行うことができる。従って、４軸以上の複雑な制御を要する加工機を用いることなく、このような縦傾斜面部分の切削加工を行うことができる。

しかも、このように外周刃６の回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線がエンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次エンドミル本体１の内周側に向かって延びるように形成されて傾斜していることにより、この凸曲線の傾斜に沿って軸線Ｏに対して傾斜する傾斜面部分を被削材に切削加工する際には、この傾斜面（加工面）部分に接触する外周刃６の位置を、切刃の外径が同じボールエンドミルに対して外周側とすることができる。このため、上記傾斜面部分に接触する外周刃６の切削速度を高くすることができるので、切削抵抗の低減を図ることが可能となる。

さらにまた、本実施形態では、こうして外周刃６の回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線がエンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次エンドミル本体１の内周側に向かって延びるように形成されて傾斜している場合において、外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線の延長線と切刃５の最大直径の位置を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ１との交点Ｐと、外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線の内周端Ｑとを結ぶ仮想テーパ線Ｎが軸線Ｏに対してなす仮想テーパ角θが２５°以上で６５°以下の範囲内とされている。このため、上述のような切削抵抗の低減を確実に促しつつ、加工効率も向上させることができる。

すなわち、この仮想テーパ角θが２５°を下回ると、軸線Ｏに沿った断面において外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線が軸線Ｏに平行な状態に近くなってしまい、被削材の内壁面の縦壁部分と底面部分との間の傾斜面部分に接触する外周刃６の位置がエンドミル本体１の内周側となって切刃の外径が同じボールエンドミルと変わらなくなり、上述のように切削速度を高くして切削抵抗を低減することが困難となるおそれがある。また、この仮想テーパ角θが６５°を上回ると、外周刃６の軸線Ｏ方向の長さが短くなり、傾斜面部分の切削の際にエンドミル本体１の軸線Ｏ方向の移動ピッチを小さくしなければならなくなって加工効率が損なわれるおそれがある。

さらに、本実施形態では、軸線Ｏに沿った断面において、外周刃６の回転軌跡がなす凸曲線の中心Ｃが、この外周刃６に対して軸線Ｏを間にして反対側の切刃５の最大直径の位置を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ２よりも内周側に位置している。このため、切削時に外周刃６から上記凸曲線の中心Ｃに向けて作用する切削負荷を、切刃５の最大直径よりも内周側のエンドミル本体１内で受け止めることができるので、切削負荷によってエンドミル本体１の先端部に撓みが生じるのを防ぐことができ、加工面粗さを一層向上させることが可能となる。

さらにまた、上述のように外周刃６の捩れ角βを４０°以上とすることにより、一層鋭い切れ味を外周刃６に与えて切削抵抗のさらなる低減を図るとともに加工面粗さを向上させることができる。また、外周刃６の径方向すくい角αを−１０°以上で−３°以下とすることによっても、切削抵抗の一層の低減を図ることができるとともに、刃先強度を確実に確保することが可能となる。

さらに、本実施形態では、外周刃６が形成された部分の軸線Ｏに直交する断面におけるエンドミル本体１の刃部２の芯厚Ｄｗが、同じ断面における外周刃６の直径ｄの７０％以上で８５％以下とされている。このため、切屑排出溝４に十分な大きさ（容量）を確保して良好に切屑を排出し、円滑な切削を行うことができるとともに、外周刃６が形成された刃部２におけるエンドミル本体１の剛性を高めることができて、切削抵抗によるエンドミル本体１のビビリや撓みを防ぐことができるので、加工面粗さのより一層の向上を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態では、外周刃６の軸線Ｏ方向の長さＬが、切刃５の外径Ｄの０．２倍以上で１．０倍以下の範囲内とされている。これにより、１回の等高線加工における傾斜面部分の加工幅は十分に確保して加工効率を維持することができるとともに、このような傾斜面部分に続いて軸線Ｏ方向先端側に軸線Ｏに垂直または傾斜面部分よりも緩やかな傾斜の加工面が形成されている場合でも、これら底面や加工面の極近くまでエンドミル本体１を移動させることができ、３軸加工機によって傾斜面部分の切削加工を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、切刃５が、エンドミル本体１の先端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面が軸線Ｏ上に中心を有して外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の先端に接する凸曲線状をなす底刃８をさらに有している。このため、例えば上述のように被削材の傾斜面部分に続いて軸線Ｏに垂直な底面部分や傾斜面部分よりも傾斜の緩やかな部分が形成されているような場合に、これら傾斜面部分と底面部分との間の隅角部の切削加工や、上記傾斜の緩やかな部分の切削加工を、この底刃８を用いて３軸加工機により連続して行うことができる。

さらに、本実施形態では、切刃５が、外周刃６の後端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面が、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の後端と切刃５の最大直径の位置を通り軸線Ｏに平行な直線Ｍ１とに接する凸曲線状をなす後端刃９をさらに有している。従って、切刃５の最外周は、この凸曲線状の後端刃９の外周端の位置となるので、例えば外周刃６が角度をもって最大直径の位置を通り回転軌跡が軸線Ｏに平行な直線Ｍ１と交差している場合などに比べ、切刃５の最外周に欠損等が生じるのを防ぐことが可能となる。

なお、このようにエンドミル本体１の先端部に回転軌跡が半球状をなす底刃８が形成されていたり、外周刃６の後端部に回転軌跡が凸曲線状をなす後端刃９が形成されていたりする場合において、これらの底刃８や後端刃９の回転軌跡の断面がなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径（半径）ｒに対して、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径Ｒが大きすぎると、相対的に底刃８や後端刃９の曲率半径ｒが小さくなりすぎて底刃８や後端刃９に欠損を生じてしまうおそれがある。

その一方で、逆にこれら底刃８や後端刃９の曲率半径（半径）ｒに対して外周刃６の曲率半径Ｒが相対的に小さすぎると、底刃８や後端刃９と外周刃６の曲率半径ｒ、Ｒが略等しくなって、ボールエンドミルによる切削加工と変わらなくなってしまう。このため、本実施形態のようにエンドミル本体１の先端部に底刃８が形成されていたり、外周刃６の後端部に後端刃９が形成されていたりする場合には、これら底刃８や後端刃９の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径ｒに対して、外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径Ｒは、上述のように５倍以上で２０倍以下の範囲内とされるのが望ましい。

なお、本実施形態では、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線が凸円弧とされているが、楕円弧や放物線等の凸曲線であってもよい。また、本実施形態では、この外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線が、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い漸次内周側に向かって延びているが、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い一旦外周側に延びて拡径した後に、漸次内周側に向かって延びるように形成されていてもよく、この場合に切刃５の最大直径となる外径Ｄは、外周刃６が最も拡径した位置の外径となる。

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径（以下、外周Ｒと称する。）、外周刃の径方向すくい角および外周刃の捩れ角による効果について実証する。本実施例では、上記実施形態に基づき、切刃の数（以下、刃数と称する。）が４つ、切刃の外径が１０ｍｍ、底刃の軸線回りの回転軌跡がなす凸曲線（凸円弧）の半径（以下、先端Ｒと称する。）が１ｍｍ、外周Ｒが切刃の外径と等しく１０ｍｍ、後端刃の軸線回りの回転軌跡がなす凸曲線（凸円弧）の半径（以下、コーナＲと称する。）が１ｍｍ、仮想テーパ角が５９°、外周刃の捩れ角が３０°、エンドミル本体の先端から軸線方向後端側に２ｍｍの位置における芯厚の外周刃の直径に対する割合（以下、単に芯厚と称する。）が８５％で、外周刃の径方向すくい角を変化させた２種のエンドミルを製造した。これらを実施例１、２として、表１に刃数、外径、先端Ｒ、外周Ｒ、コーナＲ、仮想テーパ角、径方向すくい角、捩れ角および芯厚の割合を示す。

また、これら実施例１、２に対する比較例として、同じく切刃の外径が１０ｍｍで、外周刃の径方向すくい角、外周刃の捩れ角、仮想テーパ角、芯厚、刃数、外周Ｒ、コーナＲ、先端Ｒのうちいずれか少なくとも１つを実施例１、２とは異なるものとした６種のエンドミルを製造した。これらを順に比較例１〜６として表１に併せて示す。このうち比較例６はボールエンドミルであり、従って先端Ｒ、外周Ｒ、コーナＲは、ともに切刃の外径の１／２の５ｍｍである。

そして、これら実施例１、２と比較例１〜６のエンドミルにより、被削材の縦壁に対してエンドミル本体の軸線に垂直な方向にエンドミル本体を送り出す等高線加工を軸線方向先端側に所定のピッチで繰り返し、このときの切削面（加工面）の送り方向と軸線方向の面粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２０１３における最大高さ粗さＲｚ（μｍ））を測定した。この結果も、表１に併せて示す。

なお、これら実施例１、２および比較例１〜６のエンドミルは、エンドミル本体の基材がいずれも超硬合金であり、刃部の表面には硬質皮膜が被覆されている。また、被削材はＪＩＳ Ｇ ４４０４におけるＳＫＤ６１相当材（硬度４３ＨＲＣ）であって、水平面に対して４０°傾斜させた縦壁に対して、回転数８８００ｍｉｎ^−１（切削速度２７６ｍ／ｍｉｎ）、送り速度２２２０ｍｍ／ｍｉｎ、取り代０．１ｍｍの等高線加工をピッチ０．２ｍｍ（理論カスプ０．５μｍ）で繰り返して切削加工を行った。また、エンドミル本体の突き出し量は４０ｍｍでホルダは大昭和精機株式会社製ミーリングホルダであり、水溶性の切削油剤を用いた湿式加工でダウンカットによる切削とした。

この表１の結果より、まず外周刃の径方向すくい角が−２３．２°と負角側に大きすぎる比較例１では、加工面にむしれが発生したために送り方向および軸線方向ともに面粗さが損なわれていた。一方、逆に外周刃の径方向すくい角が０．８°と正角であって刃物角が小さい比較例２では、刃先強度が不足して外周刃にチッピングが発生し、切削加工を続けることが不可能となった。また、外周刃の捩れ角が１５°と小さすぎる比較例３でも、切削抵抗が大きくなりすぎて外周刃にチッピングが発生し、やはり切削加工を続けることが不可能となった。

さらに、芯厚が６３％と小さい比較例４では、エンドミル本体先端部の剛性が不足して切削加工時にビビリ振動が発生し、送り方向および軸線方向ともに面粗さが損なわれる結果となった。また、外周Ｒが２００ｍｍと大きい比較例５では、外周刃と被削材との接触長さが長くなりすぎ、切削抵抗が大きくなりすぎてチッピングが発生した。さらにまた、ボールエンドミルである比較例６では、外周Ｒが切刃の外径の１／２であるため、送り方向および軸線方向ともに面粗さが損なわれていた。

これら比較例１〜６に対して、本発明に係る実施例１、２では、外周刃にチッピングを生じるようなこともなく、円滑な切削加工を行うことができ、送り方向の面粗さは１．０μｍ以下、軸線方向の面粗さは１．５μｍ以下であり、良好な面粗さを得ることが可能であった。

本発明によれば、エンドミル本体の大型化による回転駆動力やコストの増大を招くことなく、特に３軸加工機によって被削材の縦壁を切削加工する場合でも、加工効率の向上を図ることができるとともに、優れた加工面粗さを得ることが可能となる。

１ エンドミル本体
２ 刃部
３ シャンク部
４ 切屑排出溝
５ 切刃
６ 外周刃
７ ギャッシュ
８ 底刃
９ 後端刃
Ｏ エンドミル本体１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向
Ｒ 外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線の曲率半径
Ｃ 外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線の中心
Ｄ 切刃５の外径
ｒ 底刃８、後端刃９の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面がなす凸曲線の曲率半径
Ｍ１ 外周刃６の回転軌跡の断面がなす凸曲線の後端と切刃５の最大直径の位置を通り軸線Ｏに平行な直線
Ｍ２ 外周刃６に対して軸線Ｏを間にして反対側の切刃５の最大直径の位置（後端刃９の外周端）を通り軸線Ｏに平行な直線
Ｎ 仮想テーパ線
Ｄｗ 芯厚
ｄ 外周刃６の直径
Ｌ 外周刃６の軸線Ｏ方向の長さ
α 外周刃６の径方向すくい角
β 外周刃６の捩れ角
θ 仮想テーパ角

Claims (10)

1. 軸線回りにエンドミル回転方向に回転される軸状のエンドミル本体と、
   このエンドミル本体の先端部外周に形成されて、上記エンドミル本体の先端側から後端側に向けて延びる切屑排出溝と、
   この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に形成された外周刃を有する切刃とを備え、
   上記外周刃は、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が、上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸曲線状をなしていて、
   この外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径が、上記切刃の最大直径である上記切刃の外径の１／２よりも大きく、上記外径の３倍以下とされるとともに、
   上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡の凸曲線の中心は、この外周刃に対して上記軸線を間にして反対側に位置しており、
   上記外周刃は上記エンドミル本体の後端側に向かうに従い上記エンドミル回転方向とは反対側に捩れていて、この外周刃の捩れ角が２０°以上とされ、
   さらに上記外周刃の径方向すくい角が−２０°以上で０°以下とされていることを特徴とするエンドミル。
2. 上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線は、上記エンドミル本体の先端側に向かうに従い漸次内周側に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
3. 上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の延長線と上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線との交点と、上記外周刃の回転軌跡がなす凸曲線の内周端とを結ぶ仮想テーパ線が上記軸線に対してなす仮想テーパ角が２５°以上で６５°以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項２に記載のエンドミル。
4. 上記軸線に沿った断面において、上記外周刃の回転軌跡の凸曲線の中心は、この外周刃に対して上記軸線を間にして反対側の上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線よりも内周側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
5. 上記外周刃の捩れ角が４０°以上とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
6. 上記外周刃の径方向すくい角が−１０°以上で−３°以下とされていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
7. 上記外周刃が形成された部分の上記軸線に直交する断面における上記エンドミル本体の芯厚は、同じ断面における上記外周刃の直径の７０％以上で８５％以下とされていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
8. 上記外周刃の上記軸線方向の長さが、上記外径の０．２倍以上で１．０倍以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
9. 上記切刃は、上記エンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が上記軸線上に中心を有して上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の先端に接する凸曲線状をなす底刃をさらに有しており、
   この底刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径に対して、上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径が、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
10. 上記切刃は、上記外周刃の後端部に、上記軸線回りの回転軌跡の上記軸線に沿った断面が上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の後端と上記切刃の最大直径の位置を通り上記軸線に平行な直線とに接する凸曲線状をなす後端刃をさらに有しており、
    この後端刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径に対して、上記外周刃の回転軌跡の断面がなす凸曲線の曲率半径が、５倍以上で２０倍以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のエンドミル。
    

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