エンドミルおよび切削加工物の製造方法

本実施形態は、エンドミルおよび切削加工物の製造方法に関する。

エンドミルは、ワークの溝削りや片削りなどに利用されている。例えば、特許文献1では、底刃として、外周から延びてチゼル部に繋がるとともに回転軸を対称中心として点対称な2つの親刃(8b、8d)と、親刃同士の間に位置するとともに、外周から回転軸側に向かって延びつつチゼル部から離れて位置する2つの子刃(8a、8c)とを有する4枚刃のエンドミルが記載されている。

かかるエンドミルにおいて、切削する際の切削抵抗はエンドミルの中心側、すなわち、回転軸付近が大きいことが知られている。そこで、特許文献1では、回転軸付近まで子刃側のギャッシュを食い込ませることによって、回転軸を含む親刃間の位置に、肉厚の薄いチゼル部を形成して、回転軸付近における欠けを抑制している。このとき、特許文献1のエンドミルでは、先端視で、チゼル部とこれに続く先端逃げ面との間に、肉厚が局所的に薄くなるとともに、その両隣の肉厚が厚いV形状の屈曲点が形成されている。

特許文献2には、チゼル部と先端逃げ面との間の肉厚が漸次薄くなっており、屈曲点がないエンドミルが記載されている。

特開2004−141975号公報

特開2013−202722号公報

回転軸を有し、切削部およびシャンク部を備えるエンドミル本体と、 該エンドミル本体の先端側に位置し、前記回転軸を含むチゼル部と、 前記エンドミル本体の先端側に位置し、先端視において、外周から延びて前記チゼル部に繋がるとともに前記回転軸を対称中心として点対称な2つの第1刃、および、該第1刃同士の間に位置するとともに、前記外周から前記回転軸側に向かって延びつつ前記チゼル部から離れて位置する偶数枚の第2刃からなる底刃と、 前記チゼル部および該チゼル部側における前記第1刃の少なくとも一部から前記第1刃および前記第2刃の間において開口する第1ギャッシュと、 該第1ギャッシュの回転方向に隣接して位置し、前記チゼル部側から前記外周側に開口する第2ギャッシュと を備えたエンドミルであって、 側面視において、前記エンドミル本体の先端から前記第1ギャッシュの終端までの長さL1と前記エンドミル本体の先端から前記第2ギャッシュの終端までの長さL2との比(L1/L2)が0.8〜1.1である。

図1Aは、本実施形態のエンドミルの第1ギャッシュを含む側面図であり、図1Bは、図1Aのエンドミルを90°回転させた第2ギャッシュを含む側面図である。

図2Aは、図1Aの第1ギャッシュ8の要部拡大図であり、図2Bは、図1Bの第2ギャッシュ9の要部拡大図である。

図1のエンドミルを先端視した正面図である。

図1BのエンドミルのX−X断面図である。

図5Aは図3のA−A断面図であり、図5Bは図3のB−B断面図である。

本実施形態のエンドミルを用いた切削加工物の製造方法を示す模式図である。

図1−5のエンドミル1はソリッドタイプのエンドミルである。そして、図1A、図1Bおよび図3の記載から明らかなように、エンドミル1は、エンドミル1の回転軸Oを有する直径Dの略円柱状のエンドミル本体4を備えている。なお、図1Aおよび図1Bにおいて、回転軸Oは二点鎖線で示す。エンドミル本体4は、図1A、図1Bに示すように、シャンク部20と切刃部21を備える。そして、エンドミル本体4は、超硬合金、サーメット、cBN等の硬質材料からなる。

エンドミル1は、エンドミル1を先端視した図3に示すように、回転軸Oを含むチゼル部5を備える。また、エンドミル1は、外周から延びてチゼル部5に繋がるとともに回転軸Oを対称中心として点対称な2つの第1刃6と、第1刃6同士の間に位置するとともに、外周から回転軸O側に向かって延びつつチゼル部5から離れて位置する偶数枚の第2刃7からなる底刃2を備える。さらに、エンドミル1は、チゼル部5およびチゼル部5側における第1刃6の少なくとも一部から第1刃6および第2刃7の間において開口する第1ギャッシュ8を備える。また、第1ギャッシュ8の回転方向に隣接して位置し、チゼル部5から外周側に開口する第2ギャッシュ9を備える。

チゼル部5は、図3に示すように、第1ギャッシュ8および第2ギャッシュ9によって切欠かれた部位であり、先端視で、チゼル部5の肉厚は、外周側から回転軸O側に向かって漸次薄くなっている。チゼル部5のうち、第1刃6に繋がる位置から回転軸Oに最も近い位置までは、切刃として機能する。

図3では、第2刃7が第1刃6間に1つずつ、合計2刃存在する。すなわち、エンドミル1は4枚刃である。いわゆる親刃である第1刃6は2つに限定されるが、いわゆる子刃である第2刃7は、第1刃6間に1つずつに限らず、2つずつ、3つずつなど偶数枚であればよい。すなわち、エンドミル1の底刃2は、刃数が4つ以上の偶数の刃が存在する。

また、図3において、点線で示す円は、底刃2の外周端および外周刃3の回転軌跡に相当する。

第1刃6は、回転方向の後方に位置し、第1刃6で切削する際の逃げ面となる第1後ろ面11(以下、第1逃げ面と記載する。)を有する。図3においてチゼル部5は、一方の第1刃6の第1逃げ面11(11a)と第2ギャッシュ9(9a)とが接続する領域から回転軸Oまで、および回転軸Oから他方の第1刃6の第1逃げ面11(11b)と第2ギャッシュ9(9b)とが接続する領域までに亘って位置している。

また、エンドミル1は、図3に示すように、第2刃7が、回転方向の後方に位置し、第2刃7で切削する際の逃げ面となる第2後ろ面12(以下、第2逃げ面と記載する。)を有する。さらに、第1逃げ面11および第2逃げ面12は、回転方向の後方において、それぞれに隣接する2番逃げ面18を有する。

また、図1に示すように、エンドミル1は、それぞれの底刃2の後方にそれぞれ位置する外周刃3と、それぞれの外周刃3間にそれぞれ位置する切屑排出溝10とを有する。切屑排出溝10は、エンドミル本体4の外周に、エンドミル本体4の先端から所定の長さに亘ってらせん状に設けられ、切屑排出溝10の外周端には、各底刃2の後方に設けられた外周刃3が存在する。外周刃3の回転方向の後方には、側方逃げ面13が存在する。外周刃3と底刃2とは、コーナー14にて滑らかに連結されている。図1に示すように、第1ギャッシュ8および第2ギャッシュ9は、側面視で、切屑排出溝10と底刃2との間に位置する。

第1ギャッシュ8および第2ギャッシュ9によって、底刃2とすくい面15が形成される。すくい面15は、切屑排出溝10が第1ギャッシュ8または第2ギャッシュ9によって切欠かれた部位である。図3において、すくい面15は見えないが、括弧書きですくい面15の位置を示す。すくい面15と第1逃げ面11との交差両側線が第1刃6であり、すくい面15と第2逃げ面12との交差両側線が第2刃7である。

本実施形態では、図1A、図1Bの側面図に示すように、エンドミル本体4の先端から第1ギャッシュ8の終端までの長さL1とエンドミル本体4の先端から第2ギャッシュ9の終端までの長さL2との比(L1/L2)が0.8〜1.1である。これによって、第1刃6と第2刃7のエンドミル1の先端付近における切屑排出溝10の容量の差を小さくできて、エンドミル1の全体としての切屑排出性が向上する。すなわち、第2刃7の第2ギャッシュ9が第1刃6の回転方向に隣接する2つの第1ギャッシュ8よりも極端に小さくなることがない。そのため、切屑排出溝10の容量の差が小さくなることから、第2刃7の第2ギャッシュ9における切屑詰まりを抑制できて、エンドミル1全体の切屑排出性を高めることができる。

また、本実施形態では、図2A、図2Bに示すように、側面視において、第1ギャッシュ8の面積S1(図示せず)が、第2ギャッシュの面積S2(図示せず)よりも小さい。これによって、第1刃6と第2刃7のエンドミル1の先端付近における切屑排出溝10の容量の差を小さくできるため、エンドミル1の全体としての切屑排出性が向上する。なお、側面視における第1ギャッシュ8の面積S1、および第2ギャッシュの面積S2は、エンドミル1の側面視において、第1ギャッシュ8および第2ギャッシュ9のそれぞれにおいて、最大となる面積のことである。言い換えれば、第1ギャッシュ8の側面視における最大面積が、第2ギャッシュの側面視における最大面積S2よりも小さいということである。

本実施形態においては、図2A、図2Bに示すように、第ギャッシュ8および第2ギャッシュ9は、それぞれ回転方向の後方に凹曲面を有する。これによって、切削時の衝撃によって、すくい面15の端部にかかる応力を分散させることができ、底刃2側の大きな欠損を抑制できる。このとき、第2ギャッシュ9の凹曲面の曲率半径が第1ギャッシュ8の凹曲面の曲率半径よりも大きい場合には、第1ギャッシュ8における切屑の排出方向が妨げられることによって切屑排出性を低下させることがない。また、第2ギャッシュ9においては、第2刃7側の肉厚が薄くなりすぎないため、第2刃7側の強度を確保できる。

本実施形態では、図3の先端から見た正面図に示すように、先端視において、チゼル部5の肉厚は、外周の第1先端面11側から回転軸Oに向かって漸次薄くなっている。すなわち、第1先端面11からチゼル部5にかけて肉厚が局所的に薄くなるV形状の屈曲点が存在しない。これによって、切削時の応力が集中する屈曲点がないことから、チゼル部5の欠損が抑制される。

ここで、本実施形態では、図3に示すように、第1ギャッシュ8におけるチゼル部5との接続部16は円弧状であり、接続部16に続き、第2ギャッシュ9におけるチゼル部5との接続部17は直線または接続部16の曲率半径よりも曲率半径の大きい円弧状である。接続部16と接続部17とが鈍角で連結されている。チゼル部5の回転軸Oにおける肉厚は、エンドミル1の直径Dに対して、0.01×D〜0.04×Dである。

さらに、図3において、第1逃げ面11の面積S3(図示せず)と、第2逃げ面12の面積S4(図示せず)との比(S3/S4)が1.0〜1.2である。これによって、第1刃6と第2刃7のエンドミル1の先端付近における切屑排出溝10の容量の差を小さくできて、エンドミル1の全体としての切屑排出性が向上する。

また、図5Aに示す、第1ギャッシュ8を含むエンドミル1の回転軸Oに沿った断面図、図5Bに示す、第2ギャッシュ9を含むエンドミル1の回転軸Oに沿った断面図のように、回転方向の前方に位置する第1ギャッシュ8の輪郭と回転軸Oとのなす第1角γ1の角度が、回転方向の前方に位置する第2ギャッシュ9の輪郭と回転軸Oとのなす第2角γ2の角度よりも大きい。これによって、第1刃6と第2刃7のエンドミル1の先端付近における切屑排出溝10の容量の差を小さくできて、エンドミル1の全体としての切屑排出性が向上する。本実施形態では、第1角γ1は45°〜70°であり、第2角γ2は30°〜60°である。

また、図4に示す切屑排出溝10を有する位置での回転軸Oに直交する断面において、芯厚dはエンドミル1の直径Dに対して0.5〜0.8倍である。この範囲であれば、エンドミル1の強度が高く、エンドミル1の折損を抑制できる。なお、芯厚dは、図4に破線で示すエンドミル1の中心部に描かれる最も大きな円cの直径で定義され、切屑排出溝10の最深点間の距離に等しくなる。

さらに、外周刃3の数によって異なるが、図4に示す切屑排出溝10の開き角βの望ましい範囲は30°〜80°である。この範囲であれば、切屑排出溝10に切屑が詰まることなく、かつ切屑が切屑排出溝10によってカールされず切屑排出溝10を飛び出すこともない。なお、切屑排出溝10の開き角βは、図4において、切屑排出溝10の外周刃3側の外周端Pと回転軸Oとを結ぶ直線(破線で示す。)と、切屑排出溝10の側方逃げ面13側の外周端Qと回転軸Oとを結ぶ直線(破線で示す。)とのなす角度で定義される。

本実施形態では、図1Bに示す外周刃3のねじれ角αは30°〜60°である。この角度であれば、回転軸Oと直交する方向への切削抵抗成分が減少するため、工具への負荷を低下させることができるという効果がある。

本実施形態では、図3に示すように、第1刃6と回転方向に隣接する第2刃7とのなす角度が、第2刃7と回転方向に隣接する第1刃6とのなす角度よりも大きい不等分割となっている。これによって、切削時にエンドミル1が共振してびびりが発生することを抑制することができる。それに加えて、外周刃3のねじれ角αが少なくとも1つ異なる不等リードとなっていてもよい。

本実施形態のエンドミル1は、再研磨によって切刃を再生することが可能である。具体的には、切屑排出溝10の再研磨加工とすくい面15のギャッシュの再研磨加工によって、底刃2および外周刃3を再生させることができる。

<切削加工物の製造方法> 本実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図6を用いて説明する。

本実施形態では、アーバ(図示せず)に取り付けたエンドミル1を、図6Aに示すように、エンドミル1の回転軸Oを基準に矢印A方向に回転させつつ矢印B方向に動かして、被削材100に近づける。

次に、図6Bに示すように、回転しているエンドミル1の底刃2および外周刃3を被削材100の表面に接触させる。具体的には、回転しているエンドミル1を、回転軸Oに対して垂直な方向である矢印C方向に移動させ、底刃2および外周刃3を被削材100の表面に接触させる。これにより、切刃のうち主として外周刃3に接触して切削された被削材100の被削面が、切削面101となる。また、底刃2によって切削された被削材100の被削面が仕上げ面102となる。

切削加工が終了したら、図6Cに示すように、エンドミル1を矢印C方向にそのまま動かし、エンドミル1を被削材100から離隔させることによって、所望の切削加工物110を得る。エンドミル1が上述した理由から優れた切削能力を備えているので、加工面精度に優れる切削加工物110を得ることができる。

なお、切削加工を継続する場合には、エンドミル1を回転させた状態を保持したまま、被削材100の異なる箇所にエンドミル1を接触させる工程を繰り返せばよい。本実施形態では、エンドミル1を被削材100に近づけているが、エンドミル1および被削材100は相対的に近づけばよく、例えば被削材100をエンドミル1に近づけてもよい。この点、エンドミル1を被削材100から離隔させる工程についても同様である。

以上、本発明に係る好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

1 エンドミル 2 底刃 3 外周刃 4 エンドミル本体 5 チゼル部 6 第1刃 7 第2刃 8 第1ギャッシュ 9 第2ギャッシュ 10 切屑排出溝 11 第1後ろ面(第1逃げ面) 12 第2後ろ面(第2逃げ面) 13 側方逃げ面 14 コーナー 15 すくい面 16 第1接続部 17 第2接続部 18 2番逃げ面 20 シャンク部 21 切刃部 O 回転軸 D エンドミルの直径 α ねじれ角 β 開き角 γ1 第1角 γ2 第2角 c 屑排出溝を有する位置での回転中心軸に直交する断面において、エンドミルの中心部に描かれる最も大きな円 d 芯厚