KR20200024236A

KR20200024236A - 볼 엔드밀

Info

Publication number: KR20200024236A
Application number: KR1020207001559A
Authority: KR
Inventors: 준이치 코시오; 히데히토 와타나베
Original assignee: 유니온쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-03-06
Also published as: CN110809501B; EP3646976A1; KR102359432B1; EP3646976A4; TWI687270B; WO2019003965A1; EP3646976B1; JPWO2019003965A1; CN110809501A; JP7060598B2; TW201904693A

Abstract

[과제] 절삭 가공 및 폴리싱 가공의 쌍방을 양호하게 행할 수 있고, 게다가, 선단부의 절삭 저항이 작은 볼 엔드밀을 제공한다.
[해결 수단] 공구 본체(1)의 외주에, 공구 선단으로부터 기단측으로 향하는 복수의 칩 배출 홈(2)이 형성되고, 이 칩 배출 홈(2)의 레이크면(3)과 상기 공구 본체(1)의 선단 구상면(4)과의 교차 능선부에 볼 블레이드(5, 6)가 마련된 볼 엔드밀로서, 공구 회전 중심(O)이 선단 구상면(4) 상에 존재하고, 공구 선단에서 보았을 때에 있어서 하나의 상기 볼 블레이드(5)에서 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X가, 다른 상기 볼 블레이드(6)의 동일 거리 Y보다 작게 되도록 설정된 중심 근방 볼 블레이드(5)를 가지는 볼 엔드밀.

Description

볼 엔드밀

본 발명은, 볼 엔드밀에 관한 것이다.

근래, 볼 엔드밀로서, 마감 가공을 목적으로 해서 선단부를 반구상(半球狀)으로 한 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1 등 참조).

일본공개특허공보 특개2016－112678호

그런데, 상기 특허 문헌 1 등에 개시되는 선단부가 반구상인 볼 엔드밀에 있어서는, 볼 블레이드(刃)가 존재하지 않기 때문에, 절입(切入, cutin)량이 매우 작아, 실질적으로는 절삭 가공을 행할 수 없다는 문제점이 있다.

또, 선단부에 치즐 엣지가 존재하지 않기 때문에, 선단부의 절삭 저항이 커져, 공구의 파손이나 선단부에서 가공되는 워크 표면의 성상 악화의 원인으로 된다.

본 발명은, 상술한 문제점을 해결한 것으로, 절삭 가공 및 폴리싱(磨) 가공의 쌍방을 양호하게 행할 수 있고, 게다가, 선단부의 절삭 저항이 작은 실용적인 볼 엔드밀을 제공하는 것이다.

첨부 도면을 참조해서 본 발명의 요지를 설명한다.

본 발명의 제1의 양태는, 공구 본체(1)의 외주에, 공구 선단으로부터 기단측으로 향하는 복수의 칩(切屑) 배출 홈(2)이 형성되고, 이 칩 배출 홈(2)의 레이크면(3)과 상기 공구 본체(1)의 선단 구상면(球狀面)(4)과의 교차 능선부에 볼 블레이드(5, 6)가 마련된 볼 엔드밀로서, 공구 회전 중심(O)이 선단 구상면(4) 상에 존재하고, 공구 선단에서 보았을 때(先端視)에 있어서 하나의 상기 볼 블레이드(5)에서 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X가, 다른 상기 볼 블레이드(6)의 동일 거리(同距離) Y보다 작게 되도록 설정된 중심 근방 볼 블레이드(5)를 가지는 것인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제2의 양태는, 상기 제1의 양태에 있어서, 상기 선단 구상면(4)은 상기 볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭된 면에 슬라이딩접촉(摺接)하는 것인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제３의 양태는, 상기 제1, 제2의 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 선단 구상면(4)의 공구 회전 방향 후방측에는 플랭크면(逃面)(7)이 연결설치(連設)되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제４의 양태는, 상기 제1 내지 제３ 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)은 공구 외경의 0.5% 이상 25% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제５의 양태는, 상기 제1 내지 제３ 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)은 공구 외경의 2.5% 이상 20% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제6의 양태는, 상기 제1 내지 제５ 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 중심 근방 볼 블레이드(5)의 상기 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X는, 공구 외경의 0%를 넘고 3% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제7의 양태는, 상기 제1 내지 제6 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 중심 근방 볼 블레이드(5)가 아닌 다른 상기 볼 블레이드(6)의 상기 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 Y는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드(5)의 상기 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

또, 본 발명의 제8의 양태는, 상기 제1 내지 제7 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 볼 블레이드의 수는, 2∼4인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀에 관계된 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 구성했기 때문에, 절삭 가공 및 폴리싱 가공의 쌍방을 양호하게 행할 수 있고, 게다가, 선단부의 절삭 저항이 작은 실용적인 볼 엔드밀로 된다.

도 1은 본 실시예의 개략 설명 정면도이다.
도 2는 본 실시예의 개략 설명 측면도이다.
도 3은 가공면의 비교 사진이다.
도 4는 다른 예 1의 개략 설명 정면도이다.
도 5는 다른 예 2의 개략 설명 정면도이다.
도 6은 다른 예 3의 개략 설명 정면도이다.
도 7은 실험 결과를 도시하는 표이다.
도 8은 실험 조건을 도시하는 표, 실험 결과를 도시하는 그래프 및 사진이다.
도 9는 실험 결과를 도시하는 표이다.
도 10은 실험 결과를 도시하는 표이다.
도 11은 구상면을 확인하는 방법의 1예를 도시하는 설명도이다.
도 12는 높이의 이론값 h를 도시하는 설명도이다.
도 13은 측정 장치에 의한 실제 측정 화면의 1예를 도시하는 설명도이다.
도 14는 근사 직선의 기울기를 설명하는 설명도이다.
도 15는 볼 엔드밀 선단의 R 측정 방법의 1예를 도시하는 설명도이다.
도 16은 측정 결과를 도시하는 표이다.
도 17은 측정 결과를 도시하는 표이다.

호적(好適)하다고 생각하는 본 발명의 실시형태를, 도면에 근거해서 본 발명의 작용을 나타내어 간단하게 설명한다.

볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭 가공이 행해짐과 동시에, 선단 구상면(4)에 의해 폴리싱 가공이 행해진다. 즉, 워크 표면을 절삭함과 동시에 절삭면을 문지름으로써, 표면 거칠기가 작고, 또한, 광택이 있는 가공면을 얻을 수가 있다.

또, 회전 중심에 대해 치우쳐서 배치되는 중심 근방 볼 블레이드(5)가 있기 때문에, 선단부에 치즐 엣지가 존재하지 않아도 워크에 대한 바이팅성능(食付性)이 향상해, 절삭 저항이 작아진다. 또, 다른 볼 블레이드(6)를 중심 근방에 가까이 대지 않고 떼어 놓는 것에 의해 중심 근방의 강성이 높아지게 된다. 따라서, 볼 블레이드(5, 6)의 파손이나 워크 표면의 성상 악화를 억제할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 도면에 근거해서 설명한다.

본 실시예는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 공구 본체(1)의 외주에, 공구 선단으로부터 기단측으로 향하는 복수의 칩 배출 홈(2)이 형성되고, 이 칩 배출 홈(2)의 레이크면(3)과 상기 공구 본체(1)의 선단 구상면(4)과의 교차 능선부에 볼 블레이드(5, 6)가 마련된 볼 엔드밀로서, 공구 회전 중심(O)이 선단 구상면(4) 상에 존재하고, 공구 선단에서 보았을 때에 있어서 하나의 상기 볼 블레이드(5)에서 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X가, 다른 상기 볼 블레이드(6)의 동일 거리 Y보다 작게 되도록 설정된 중심 근방 볼 블레이드(5)를 가지는 것이다.

본 실시예는, 초경 합금제의 섕크(shank)측 부재의 선단에 반구상의 CBN(입방정 질화 붕소)재를 용접 등에 의해 접합하고, 홈 가공을 실시하며, 이 선단의 CBN재에 블레이드부착(刃付) 가공을 실시함으로써 블레이드부를 형성하고 있다. 본 실시예는 칩 배출 홈이 2개, 볼 블레이드가 2개 마련된 2매 블레이드 볼 엔드밀이며, 특히 마감 가공에 이용되는 것이다.

선단 구상면(4)은 블레이드부착 가공 전의 CBN재의 외면(반구상 면)의 일부를 그대로 남김으로써 형성된 것이다. 즉, 가공 전의 CBN재에 개시(gash), 레이크면 및 플랭크면 등을 마련하는 블레이드 부착 가공을 할 때, 공구 회전 중심(O)을 포함하는 선단 구상면에 상당하는 부분에는 모따기(面取) 가공 등을 실시하지 않음으로써 선단 구상면이 상기 형상으로 된다. 또한, 상기 블레이드부착 가공을 한 후에 선단 구상면(4)을 절삭·연마(硏磨) 가공 등에 의해 형성하는 순서로 해도 좋다. 또한, 선단의 소재는 CBN에 한하지 않고, 전체를 초경 합금제로 하는 등, 다른 구성으로 해도 좋다.

블레이드부착 가공시, 선단 구상면에 상당하는 부분에는 가공을 실시하지 않음으로써, 반구상의 CBN재의 구상 표면의 일부인 선단 구상면(4)이 각 볼 블레이드(5, 6)의 공구 회전 방향 후방측에 배치된 구성으로 된다.

본 실시예에 있어서는, 선단 구상면(4)은 볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭된 면에 슬라이딩접촉하는 구면이다. 즉, 선단 구상면(4)은 볼 블레이드(5, 6)에 대해서 도망치는 면이 아니라, 회전 가공시에 워크의 절삭 가공면(마감면)에 문질러대어진다. 선단 구상면(4)이 절삭 가공면에 슬라이딩접촉함으로써 폴리싱 작용이 발휘된다. 또한, 선단 구상면(4)은 구면에 한하지 않고, 볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭된 면에 슬라이딩접촉하여 폴리싱 작용을 발휘할 수 있는 구성이면 적당히 채용할 수 있다. 예를 들면 구면에 근사한 계단모양 면 등, 공구 회전 중심(O)을 정점으로 하는 볼록 구면을 대체로 따른 형상이면 적당히 채용할 수 있다. 또, 볼 엔드밀의 바깥쪽으로 팽출(膨出)하는 곡면(볼록하게 되는 곡면)을 포함하는 형상이더라도(상기 볼록 구면을 따른 형상이 아니더라도), 상기 폴리싱 작용을 발휘할 수 있는 구성이면 적당히 채용할 수 있다.

또, 선단 구상면(4)의 공구 회전 방향 후방측에는 플랭크면(7)이 연결설치되어 있다. 이 플랭크면(7)을 마련하는 방법에 의해, 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)을 적당히 설정해서 상기 볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭된 면에의 접촉량을 조절할 수 있다. 본 실시예에서는, 제1 플랭크면(7)에, 또 제2 플랭크면(8)을 연결설치한 구성으로 하고 있다.

선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)은 공구 외경(블레이드부의 선단부의 직경)의 0.5% 이상 25% 이하로 설정한다. 구체적으로는, 상기 폭(W)은 선단 구상면(4)의 전역에 있어서 상기 수치 범위 내로 되도록 설정하고 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 폭(W)이, 선단 구상면(4)에서 중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 방향 후방측의 영역에 있어서 최소값을 취하고, 볼 블레이드(6)의 공구 회전 방향 후방측의 영역에 있어서 최대값을 취하는 구성으로 하고 있다. 0.5% 미만에서는 볼 블레이드(5, 6)의 절삭 자국(切削痕)의 제거 효과(폴리싱 효과)가 충분히 발휘되지 않고, 25%를 넘으면 가공면에 긁힌 자국(tear, gouge)이 생긴다. 바람직하게는 2.5% 이상 20% 이하로 설정하면, 특히 양호한 절삭 자국 제거 효과를 얻을 수 있다.

또, 중심 근방 볼 블레이드(5)는, 선단 구상면(4)에 의한 선단부의 절삭 저항의 증대를 회피하기 위해서 마련된 것이다.

즉, 볼 블레이드를 공구 회전 중심(O)에 대해서 대칭으로 배치하지 않고, 적어도 1매의 볼 블레이드는 다른 볼 블레이드보다 공구 선단부 중심 근방측을 통과하는 형상으로 하고, 이것에 의해 절삭 저항을 저감한다. 레이크면과 플랭크면으로 볼 블레이드가 형성되는 일반적인 볼 엔드밀에서 각 블레이드를 부등 위치에 배치하면 공구 본체의 편차로 되어 버리지만, 본 실시예와 같이 레이크면(3)과 선단 구상면(4)으로 볼 블레이드를 형성하는 경우, 어느 위치에 블레이드가 오더라도, 편차는 생기지 않기 때문에, 중심 근방 볼 블레이드(5)를 마련한 구성이더라도 공구 본체(1)의 편차는 생기지 않아, 양호한 가공이 가능하다.

중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X는, 공구 외경의 0%를 넘고 3% 이하로 설정되어 있다. 공구 외경의 3%를 넘으면 절삭 저항의 저감 효과가 얻어지지 않고, 조금이라도 존재하지 않으면 절삭 자국의 제거 효과가 충분히 발휘되지 않기 때문이다.

또, 다른 볼 블레이드(6)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 Y는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 거리 X의 1.3배 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 거리 Y를 거리 X의 1.3배 이상으로 하는 것에 의해, 부등 분할에 의한 방진(防振) 효과로, 더욱더 양호한 가공면이 얻어진다.

이상의 구성에 의해, 본 실시예는, 가공시에 볼 블레이드(5, 6)의 절삭과 선단 구상면(4)의 문지름에 의해, 워크의 가공면의 표면 거칠기를 작게 할 수 있음과 동시에, 훌륭한(아름다운) 광택이 얻어지는 것으로 된다. 즉, 통상의 레이크면과 플랭크면과의 교차 능선부에 절삭날(切刃)이 형성된 회전 절삭 공구에 의해 가공한 경우, 워크의 가공면에는 절삭 자국, 소위 커터 마크가 현출(現出)한다(도 3a 참조). 이와 같은 커터 마크는 워크 표면의 광택을 잃게 해서, 표면 거칠기를 악화시키는 요인이 된다.

또, 마감 가공을 목적으로 한 특허 문헌 1과 같이 선단부를 반구상으로 한 볼 엔드밀은, 그 목적은 문지를 뿐으로 절삭날을 가지지 않기 때문에, 아주 얼마안되는 절입량으로밖에 사용할 수 없어, 더욱더 고정밀도 가공기를 사용하며, 기계 자세를 유지하기 위해서 장시간 일정 온도를 유지하는 등의 엄격한 가공 환경이 요구된다. 이 환경하에서 마감전 가공의 나머지 여유(代, allowance)부터 균일하게 하고, 그런 다음에 마감 가공의 절입량도 균일하게 하여, 점차 목적의 가공면이 얻어진다. 실제로 특허 문헌 1과 마찬가지의 선단에 볼 블레이드가 없는 구면뿐인 공구를 제작하고, 이 공구를 이용해서 전술한 엄격한 가공 환경으로 하는 일없이 마감 가공을 실시한 결과, 가공면에는 긁힌 자국이 생겨 광택은 얻어지지 않았다(도 3b 참조).

이 점, 본 실시예에 의하면, 볼 블레이드(5, 6)에 의한 컷 라인이 선단 구상면(4)에 의해 균일해진 요철 느낌이 없는 훌륭한 표면 성상으로 되어(도 3c 참조), 훌륭한 광택이 있는 가공면(경면)을 얻을 수가 있다. 또, 본 실시예는 절삭날을 가지기 때문에 절입을 넣는 것이 가능하고, 특허 문헌 1과 같은 구면뿐인 마감 공구와 비교하여, 엄격한 가공 환경을 요구하지 않고, 통상의 마감 가공 레벨로의 사용이 가능하며, 또한 절삭날로 효율좋게 절삭하기 때문에, 종래품에 비해 단시간으로의 마감이 가능해진다.

또한, 본 실시예는 2매 블레이드 볼 엔드밀에 대해서 설명했지만, 3매 블레이드 이상의 볼 엔드밀에 대해서도 마찬가지이다. 이 경우, 예를 들면 3매 블레이드 볼 엔드밀에서는, 도 4에 도시한 다른 예 1과 같이 공구 회전 중심(O)에 대해서 비대칭으로 볼 블레이드를 배치하고, 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X, Y1, Y2가, 가장 작은 볼 블레이드를 중심 근방 볼 블레이드(5)로 할 수가 있다.

또, 4매 블레이드 볼 엔드밀에서는, 도 5에 도시한 다른 예 2 및 도 6에 도시한 다른 예 3과 같이 공구 회전 중심(O)에 대해서 비대칭으로 볼 블레이드를 배치하고, 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X, Y1, Y2, Y3이, 가장 작은 볼 블레이드를 중심 근방 볼 블레이드(5)로 할 수가 있다. 다른 예 2는, 어느 하나의 볼 블레이드를 극단적으로 공구 회전 중심(O)에 가까이 댄 구성이며, 다른 예 3은, 공구 회전 중심(O)을 사이에 둔 한쌍의 볼 블레이드의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X, Y2를 공구 회전 중심(O)에 비교적 가까이 댄 구성이다.

본 실시예는 상술한 바와 같이 구성했기 때문에, 볼 블레이드(5, 6)에 의해 절삭 가공이 행해짐과 동시에, 선단 구상면(4)에 의해 폴리싱 가공이 행해진다. 즉, 워크 표면을 절삭함과 동시에 절삭면을 문지름으로써, 표면 거칠기가 작고, 또한, 광택이 있는 가공면을 얻을 수가 있다.

또, 회전 중심에 대해 치우쳐서 배치되는 중심 근방 볼 블레이드(5)가 있기 때문에, 선단부에 치즐 엣지가 존재하지 않더라도 워크에 대한 바이팅성능이 향상하고, 절삭 저항이 작아진다. 또, 다른 볼 블레이드(6)를 중심 근방에 가까이 대지 않고 떼어놓는 것에 의해 중심 근방의 강성이 높아지게 된다. 따라서, 볼 블레이드(5, 6)의 파손이나 워크 표면의 성상 악화를 억제할 수 있다.

따라서, 본 실시예는, 절삭 가공 및 폴리싱 가공의 쌍방을 양호하게 행할 수 있고, 게다가, 선단부의 절삭 저항이 작은 실용적인 것으로 된다.

본 실시예의 효과를 증명하는 실험예에 대해서 설명한다.

도 7은, 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)에 대한 가공면(마감면)의 상태를 비교한 실험 결과를 도시하는 것이다. 여기서, 육안관찰(目視)로의 마감면 상태의 판정은, 특히 양호한 것을 ◎, 양호한 것을 ○, 선단이 반구상인 종래품과 동등한 것을 △, 종래품보다 뒤떨어지는 것을 ×로 했다.

구체적으로는, 본 실시예에 관계된 공구 외경 1㎜의 2매 블레이드 볼 엔드밀을 이용하고, 피삭재(被削材)로서의 고속도 공구 강(64 HRC)을, 회전 속도 30000min^－1, 이송 속도 750mm/min, 마감 여유(allowance) 0.005mm, 픽 피드(pick feed) 0.02㎜의 조건에서 가공했다.

그 결과, 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)의 최소값 및 최대값 (상술한 대로, 본 실시예에 관계된 공구에 있어서 폭(W)은 중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 방향 후방측의 영역에 있어서 최소값을 취하고, 볼 블레이드(6)의 공구 회전 방향 후방측의 영역에 있어서 최대값을 취한다.)이, 공구 외경의 2.5% 이상 20% 이하의 범위로 되도록 설정하는 것이 특히 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다. 또, 다른 공구 외경의 경우에도 마찬가지 결과가 얻어진다는 것을 확인하고 있다.

또, 도 8은, 종래예(통상의 레이크면과 플랭크면과의 교차 능선부에 절삭날이 형성된 회전 절삭 공구)와 본 실시예에 관계된 실험예에 의해 워크 표면을 0.005㎜의 절입량으로 마감 가공을 행한 가공면의 표면 거칠기 및 표면 상태를 비교한 결과를 도시하는 것이다. 도 8a에는 실험예의 사양 및 실험 조건을 나타낸다. 또한, 실험예의 선단 구상면(4)의 블레이드 직각 방향의 폭(W)은, 최소값을 0.041㎜(공구 외경의 6.8%), 최대값을 0.065㎜(공구 외경의 10.8%)로 설정했다.

실험 결과로부터, 실험예에 의한 가공면 쪽이, 15° 경사면 및 45° 경사면의 어느것에 있어서도 표면 거칠기가 작고(도 8b), 표면의 광택이 강해 경면과 같이 되어 있는(도 8c) 것을 확인할 수 있다.

또, 도 9는, 중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X와, 다른 상기 볼 블레이드(6)의 동일 거리 Y에 대한 가공면(마감면), 공구 선단의 상태, 종합 평가를 비교한 실험 결과를 도시하는 것이다. 여기서, 육안관찰로의 마감면 상태에 대해서는, 특히 양호한 것을 ◎, 양호한 것을 ○, 선단이 반구상인 종래품과 동등한 것을 △, 종래품보다 뒤떨어지는 것을 ×로 했다. 또, 가공 후의 공구 선단의 상태에 대해서는, 가공 후의 공구 선단에 이상한 손상이 보이지 않는 것을 ○, 큰 결손이나 미소한 결락 등의 이상 손상이 있는 것을 ×로 했다. 그리고, 마감면과 공구의 상태를 합친 종합 평가를 마찬가지로 ◎○△×로 나타냈다.

구체적으로는, 본 실시예에 관계된 공구 외경 1㎜의 2매 블레이드 볼 엔드밀을 이용하고, 피삭재로서의 고속도 공구 강(64 HRC)을, 회전 속도 30000min^－1, 이송 속도 750㎜/min, 마감 여유 0.005㎜, 픽 피드 0.02㎜의 조건에서 가공했다.

그 결과, 볼 블레이드(6)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 Y는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 거리(거리 X)의 1.3배 이상으로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.

또, 도 10은, 중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X와, 공구 선단부의 공구 상태의 실험 결과를 도시하는 것이다.

구체적으로는, 본 실시예에 관계된 공구 외경 0.8㎜의 2매 블레이드 볼 엔드밀을 이용하고, 피삭재로서의 고속도 공구 강(64 HRC)을, 회전 속도 30000min^－1, 이송 속도 750㎜/min, 마감 여유 0.005㎜, 픽 피드 0.016㎜의 조건에서 가공했다.

그 결과, 중심 근방 볼 블레이드(5)의 공구 회전 중심(O)에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심(O)으로부터의 거리 X가 0.005㎜, 공구 외경의 0.6%로 공구 중심으로 치우쳐서 배치됨으로써 절삭 저항이 저감하여, 공구 손상을 억제할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 볼 엔드밀의 선단면이 본 실시예의 선단 구상면(4)인지 아닌지는, 접촉 프로브식 삼차원 형상 측정 장치, 레이저 프로브식 삼차원 형상 측정 장치(레이저 현미경) 등, 접촉식·비접촉식을 불문하고 일반적인 삼차원 형상 측정 장치를 이용한 구면 측정에 의해 확인하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 선단면이, 숫돌(砥石) 등으로 가공된 평탄한 플랭크면, 즉 평면과는 달리, 공구 회전 중심(O)을 정점으로 하는 볼록 구면을 대체로 따른 곡면 형상으로 되어 있는 것을 확인할 수 있으면 좋다.

또, 예를 들면, 측정 장치로서 레이저 현미경(예를 들면 주식회사 키엔스(KEYENCE CORPORATION)제의 형상 해석 레이저 현미경 VK-X160 등)을 이용하고, 이하와 같이 해서 확인할 수도 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 구(반구)를 정면에서 보아 정점이 되는 부분을 중심으로 한 임의의 반경 r의 원을 그렸을 때, 그 반경 r의 원 상의 어느 부분에서도 높이(공구 축방향 높이)는 동일하게 된다(A). 또, 그 높이는, 도 12에 도시한 바와 같이, 측면에서 본(側面視) 방향에서 상기 반경 r 및 구의 반경 R의 진원(眞圓)을 기초로 산출되는 높이의 이론값 h(R－Rcosθ)와 일치한다(B). 그래서, 예를 들면, 볼 엔드밀의 선단면이 이 (A) 및 (B)를 반경이 다른 복수의 상기 원으로 만족시키는 것은 구상면이라고 판단할 수 있다.

상기 (A)에 대해서는, 레이저 현미경을 이용하고, 임의의 반경의 원 상의 Z좌표(공구 축방향 높이)를 적당한 간격으로 측정하고, 공구 선단면의 당해 원 상의 전체(全) Z좌표값에 최소 이승법으로 근사 직선을 그음으로써 확인할 수 있다(도 13). 즉, 이론값대로 전체 Z좌표값이 동일하면 근사 직선의 기울기는 0으로 된다. 따라서, 기울기가 대체로 0이면 구상면이라고 판단할 수 있고, 근사 직선의 경사가 분명히 큰 경우(예를 들면 ±5°이상인 경우)에는, 구면상이 아니라고 판단할 수 있다. 또한, 여기에서는 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 근사 직선의 기울기는, 볼 블레이드에 대해 도망치는 방향을 정(正), 볼 블레이드로부터 돌출하는 방향을 부(負)로 한다. 또, 기울기를 ㎛로 표현하는 경우는 상기 근사 직선의 좌우 양단의 높이의 차를 나타내고, 각도로 표현하는 경우는 근사 직선의 축 직각 방향에 대한 각도를 나타낸다.

구체적으로는, 근사 직선의 경사는 상술한 대로 0이 바람직하지만, 볼 블레이드에 대해 도망치는 방향으로 2°이하, 볼 블레이드로부터 돌출하는 방향으로 2°이하의 범위(±2°의 범위)이면 양호한 절삭 자국 제거 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가공시에 스러스트 하중이 가해지는 것에 의해, 워크는 공구 축방향으로 탄성 변형하고, 볼 블레이드 통과 후에 탄성 변형의 돌아감에 의해 선단 구상면에 접촉하기 때문에, 축방향에서 볼 블레이드에 대해서 조금(약간) 선단 구상면이 도망쳐 있어도 절삭 가공면에 슬라이딩접촉하지만, 2°를 넘을수록 접촉량이 작아지고, 폴리싱의 효과는 서서히 없어진다. 또, 볼 블레이드에 대해서 선단 구상면이 돌출해 있어도 절삭 자국 제거 효과를 발휘하지만, 2°를 넘어 크게 돌출하면 과도하게 문질러서, 가공면에 긁힌 자국이 생기게 해 버린다. 바람직하게는 ±0.5°이내의 범위이다.

또, 상기 (B)에 대해서는, 예를 들면 CCD 카메라를 사용한 비접촉 공구 지름 측정기를 이용하고, 공구 측면으로부터 대상이 되는 볼 블레이드의 0°, 10°, 20°…90°위치의 X좌표(공구 회전 중심으로부터의 거리)와 Y좌표(선단으로부터의 거리)를 측정하고, 이 비접촉 공구 지름 측정기로 측정한 X－Y좌표로부터 최소 이승법으로 근사 원의 반경 R을 산출하고(도 15 참조), 이 반경 R로부터 산출되는 상기 높이의 이론값 h와 임의의 원 상의 공구 축방향 높이(레이저 현미경에 의해 측정한 Z좌표값)를 비교함으로써 확인할 수 있다.

구체적으로는, 상기 (A)를 만족시키는 것에 있어서, 상기 근사 직선의 최대값측(공구 선단측으로 돌출하는 측)의 값과 상기 높이의 이론값 h가 일치 혹은 근사하고 있으면 구상면이라고 판단할 수 있고, 상기 근사 직선의 최대값측의 값과 상기 높이의 이론값 h와의 차가 큰 경우, 구면상이 아니라고 판단할 수 있다.

또한, 볼 블레이드의 상기 X－Y좌표는 반드시 0°부터 10° 마다 90°까지 측정할 필요는 없고, 소정 간격으로 복수점 측정하면 좋다. 예를 들면, 도 15a와 같은 통상의 볼 엔드밀에 한하지 않고, 도 15b와 같은 테이퍼 볼 엔드밀인 경우에는, 볼 블레이드의 상기 X－Y좌표를 0°부터 10°마다 60°까지 측정해서 R을 산출해도 좋다.

실제로, 반경 R이 0.5㎜인, 본 실시예에 관계된 볼 엔드밀의 상기 (A) 및 (B)의 측정 결과를 도 16에, 종래품(구상면이 아니라 일반적인 플랭크면의 예)의 상기 (A)의 측정 결과를 도 17에 도시한다.

상기 (A)에 대해서는, 상기 볼 엔드밀의 공구 회전 중심(O)을 중심으로 한 반경 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25㎜의 각 원 상의 Z좌표를 각각 소정 간격으로 측정하고, 공구 선단면의 당해 원 상의 전체 Z좌표값에 최소 이승법으로 근사 직선을 그어 확인했다.

상기 (B)에 대해서는, 상기 볼 엔드밀의 실제 R을 측정했더니, 본 실시예에 관계된 볼 엔드밀의 실제 R은 0.5018㎜였다. 그리고, R=0.5018㎜의 근사 원으로부터 산출할 수 있는 높이의 이론값 h와 Z좌표(근사 직선의 최대값)를 비교해서 확인했다. 또한, 종래품에 대해서는 상기 (A)를 만족시키지 않는 것이 분명하기 때문에 상기 (B)의 확인은 행하고 있지 않다.

이들의 결과로부터, 본 실시예에 관계된 볼 엔드밀은, 근사 직선의 기울기는㎛ 표기, 각도 표기 모두 대략 0이며, 높이의 이론값 h와 Z좌표(근사 직선의 최대값)와의 차도 대략 0이기 때문에, 구상면이라는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 종래품은, 근사 직선에 분명한 기울기를 확인할 수 있고, 구면의 특징을 구비하고 있지 않아 구상면이 아니라는 것을 확인할 수 있었다.

1: 공구 본체
2: 칩 배출 홈
3: 레이크면
4: 선단 구상면
5·6: 볼 블레이드
7: 플랭크면
O: 공구 회전 중심
W: 선단 구상면의 블레이드 직각 방향의 폭
X·Y: 공구 회전 중심으로부터의 거리

Claims

공구 본체의 외주에, 공구 선단으로부터 기단측으로 향하는 복수의 칩(切屑) 배출 홈이 형성되고, 이 칩 배출 홈의 레이크면과 상기 공구 본체의 선단 구상면과의 교차 능선부에 볼 블레이드(刃)가 마련된 볼 엔드밀로서, 공구 회전 중심이 선단 구상면 상에 존재하고, 공구 선단에서 보았을 때에 있어서 하나의 상기 볼 블레이드에서 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리가, 다른 상기 볼 블레이드의 동일 거리(同距離)보다 작게 되도록 설정된 중심 근방 볼 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항에 있어서,
상기 선단 구상면은 상기 볼 블레이드에 의해 절삭된 면에 슬라이딩접촉(摺接)하는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항에 있어서,
상기 선단 구상면의 공구 회전 방향 후방측에는 플랭크면(逃面)이 연결설치(連設)되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 2 항에 있어서,
상기 선단 구상면의 공구 회전 방향 후방측에는 플랭크면이 연결설치되어 있는 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단 구상면의 블레이드 직각 방향의 폭은 공구 외경의 0.5% 이상 25% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단 구상면의 블레이드 직각 방향의 폭은 공구 외경의 2.5% 이상 20% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 0%를 넘고 3% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 5 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 0%를 넘고 3% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 6 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 0%를 넘고 3% 이하인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 5 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 6 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 7 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 8 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 9 항에 있어서,
상기 중심 근방 볼 블레이드가 아닌 다른 상기 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리는, 공구 외경의 2% 이상 10% 이하이고 또한 상기 중심 근방 볼 블레이드의 상기 공구 회전 중심에 가장 근접한 점의 그 공구 회전 중심으로부터의 거리의 1.3배 이상인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼 블레이드의 수는, 2∼4인 것을 특징으로 하는 볼 엔드밀.