JP5470880B2

JP5470880B2 - ラフィングエンドミル

Info

Publication number: JP5470880B2
Application number: JP2009026101A
Authority: JP
Inventors: 貴行畔上; 元基松本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP2010179424A

Description

本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、波形をなしてエンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されて、被削材の中仕上げ加工等に用いられるラフィングエンドミルに関するものである。

この種のラフィングエンドミルとしては、例えば特許文献１に、本体の中心軸線から一様な半径方向距離に位置決めされたほぼらせん状に延びる切れ刃（外周刃）を有し、少なくとも一つの切れ刃はほぼ正弦曲線形状をもち、すくい面には正と負のすくい角部分が交互に設けられているものが提案されている。

このようなラフィングエンドミルでは、切れ刃がなす正弦曲線の凸となる部分と凹となる部分とで切屑の厚さが変化するために良好な切屑処理性を得ることができる。また、この特許文献１には、全ての正弦曲線状の刃が切削具の中心軸線から等距離に位置するなら（すなわち、切れ刃に沿って半径上の高さが均一であるなら）工作物は表面が比較的滑らかに成形されるとも記載されている。

特開昭６２−６８２１７号公報

ところで、この特許文献１に記載のラフィングエンドミルでは、上記切れ刃は、該切れ刃がなすらせんに沿った方向において、正弦曲線形状をなしてエンドミル回転方向Ｔに凹凸するように形成されており、従って図３に示すように、この切れ刃１０がなす正弦曲線が凸となる部分の山頂部１０Ａから、エンドミルの軸線Ｏ方向後端側（図３において右側）に向けて該正弦曲線が凹となる部分の谷底部１０Ｂまでの長さと、この谷底部１０Ｂから上記軸線Ｏ方向後端側に向けて次に正弦曲線が凸となる部分の山頂部１０Ａまでの長さとは、このらせんに沿った方向の長さＡ、Ｂとしては、正弦曲線の１波長の１／２ずつで互いに等しくなる。

ところが、これら山頂部１０Ａから谷底部１０Ｂまでの長さと、谷底部１０Ｂから次の山頂部１０Ａまでの長さを、エンドミルの軸線Ｏ方向でみると、この軸線Ｏ方向における山頂部１０Ａから後端側の谷底部１０Ｂまでの長さａに対して、該谷底部１０Ｂから後端側の次の山頂部１０Ａまでの長さｂの方が、正弦曲線が軸線Ｏに対して捩れ角θでねじれた基準線Ｌに関して凹凸するために、長くなる。すなわち、この正弦曲線の山頂部１０Ａから谷底部１０Ｂまでの基準線Ｌに垂直な方向の深さ（正弦曲線の振幅）をδとすると、上記正弦曲線の軸線Ｏ方向に沿った波長の１／２の長さよりも、長さａはδ・ｓｉｎθだけ短くなり、長さｂはδ・ｓｉｎθだけ長くなる。

しかしながら、このうち波形の谷底部１０Ｂから後端側に次の山頂部１０Ａに至る長さｂの部分は、上記図３にも示されるように軸線Ｏに対する切れ刃１０の捩れ角が基準線Ｌの捩れ角θよりも小さくなる弱捩れの部分であり、そのような弱捩れの切れ刃１０部分の軸線Ｏ方向の長さｂが長くなると、切削抵抗の増大を招いてしまう。すなわち、これとは逆に上記捩れ角θよりも大きな捩れ角となる長さａの部分では、切れ刃１０が上記山頂部１０Ａから谷底部１０Ｂに向けて徐々に被削材に切り込まれてゆくのに対し、上記長さｂの部分では切れ刃１０が一気に被削材に食い付くような状態となり、そのような部分の軸線Ｏ方向の長さが長いと切れ刃１０に作用する負荷も大きなものとなってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように波状に凹凸する切れ刃（外周刃）を有するラフィングエンドミルにおいて、外周刃に作用する負荷を低減して切削抵抗の増大を抑えることが可能なラフィングエンドミルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向後方側に捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面をすくい面として、該すくい面の外周側辺稜部に、上記切屑排出溝が捩れる方向に向けて捩れつつ波形をなして上記エンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されたラフィングエンドミルであって、上記外周刃の上記軸線回りの回転軌跡は該軸線を中心とした円筒状をなしており、上記外周刃がなす波形は、上記外周刃の捩れの方向に沿った長さにおいて、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さが、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さよりも長くされていることを特徴とする。

このように構成されたラフィングエンドミルでは、外周刃の捩れの方向に沿った長さにおいて、波形の山頂部からその後端側の谷底部までの長さが、この谷底部からその後端側の次の山頂部までの長さに対して長くされているので、特許文献１のようにこれらの長さが等しくされたラフィングエンドミルに比べ、上述のように弱捩れとなる部分の軸線方向の長さを短く、逆に強捩れとなる部分の軸線方向の長さは長くすることができる。このため、弱捩れの部分が被削材に一気に食い付くことによる負荷を低減する一方で、長い強捩れの部分でできるだけ外周刃が徐々に切り込まれるようにすることができ、外周刃全体として切削抵抗を抑制することが可能となる。

ただし、こうして弱捩れの部分を短くするとともに強捩れの部分を長くするにしても、強捩れの部分を長くし過ぎると、強捩れの部分ではその捩れ角が波形の基準線の捩れ角に近くなって外周刃を凹凸させることによる効果が損なわれるとともに、弱捩れの部分では谷底部から次の山頂部に向けて波形が急勾配で凸となるように延びるため、切刃強度が低下するおそれがある。このため、上記外周刃の捩れの方向に沿った長さにおいて、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さは、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さに対して、１．３倍以下の長さとされるのが望ましい。

特に、上記外周刃がなす波形を、上記軸線方向に沿った長さにおいては、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さが、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さと略等しくすることにより、これらの部分に作用する負荷や切削抵抗の軸線方向におけるバランスをとることができ、外周刃１波長分に作用する切削抵抗や負荷を効果的に低減することが可能となる。ただし、これらの長さは厳密に等しくされていなくても、例えば上記波形の軸線方向に沿った１波長の５％以内程度の範囲で一致していればよい。

以上説明したように、本発明によれば、波状に凹凸する外周刃において、弱捩れとなる部分による負荷を低減するとともに、強捩れとなる部分によって切削抵抗を抑制することができ、これらにより被削材の中仕上げ加工を円滑に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態における外周刃の波形形状を説明する展開図である。従来のラフィングエンドミルの切れ刃（外周刃）の波形形状を説明する展開図である。

本実施形態のラフィングエンドミルにおいて、そのエンドミル本体１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱状に一体形成され、その後端側（図１における右側）部分が当該エンドミル本体１を工作機械の主軸に装着するためのシャンク部２とされるとともに、先端側（図１において左側）は切刃部３とされ、上記工作機械によって軸線Ｏ回りに符号Ｔで示すエンドミル回転方向に回転されつつ送り出されることにより、この切刃部３によってワークに切削加工を施してゆく。

この切刃部３の外周には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる複数条（本実施形態では４条）の切屑排出溝４が、周方向に等間隔に形成されている。そして、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面と、そのエンドミル回転方向Ｔ後方側に連なる切刃部３の外周面（外周逃げ面）との交差稜線部、すなわち上記壁面の外周側辺稜部には、この壁面を外周刃すくい面５とする外周刃６が、切屑排出溝４と同じく後端側に向かうに従い全体的に軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されている。

また、この切刃部３の先端部すなわちエンドミル本体１の最先端部においては、各切屑排出溝４の先端側開口部の内周側が削り広げられるようにしてギャッシュ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側を向く壁面は底刃すくい面８とされている。さらに、この底刃すくい面８を含めた切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面の先端側辺稜部には、上記外周刃６の先端から軸線Ｏに対する径方向に向けて該軸線Ｏの近傍にまで延びる底刃９が形成されている。

ここで、外周刃６は、図２に示すように上記軸線Ｏに対して一定の捩れ角θで軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる基準線Ｌに対して、エンドミル回転方向Ｔの前方側と後方側とに等しい幅で凹凸するような波形をなしている。ただし、外周刃６の軸線Ｏ回りの回転軌跡は該軸線Ｏを中心とした円筒状をなすようにされていて、すなわち外周刃６の外径は一定とされている。

従って、この外周刃６の実際の捩れ角は、上記一定の捩れ角θを基準として、外周刃６がなす波形の凹凸の凸部の山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側に向けて漸次大きくなり、この山頂部６Ａと凹凸の凹部の谷底部６Ｂとの中間部６ａで最大となる。さらに、この外周刃６の捩れ角は、この中間部６ａから軸線Ｏ方向後端側（エンドミル回転方向Ｔの後方側）の凹部の谷底部６Ｂに向けて漸次小さくなり、この谷底部６Ｂで上記一定の捩れ角θとなる。すなわち、上記山頂部６Ａから後端側に向けて、上記中間部６ａを経て谷底部６Ｂまでの間が、外周刃６の捩れ角が上記基準線のなす一定の捩れ角θ以上となる、強捩れの部分となる。

次いで、この谷底部６Ｂを越えて軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い、外周刃６の捩れ角は上記一定の捩れ角θよりもさらに小さくなり、上記谷底部６Ｂと、次の凹凸の凸部の山頂部６Ａとの中間部６ｂで最小となる。さらに、この中間部６ｂから後端側に向けては捩れ角は漸次大きくなり、次の山頂部６Ａで再び上記一定の捩れ角θとなり、これを繰り返してゆく。なお、これらの中間部６ａ、６ｂは、基準線Ｌ方向や軸線Ｏ方向において厳密に山頂部６Ａと谷底部６Ｂとの間や、この谷底部６Ｂと次の山頂部６Ａとの間の中心に位置していなくてもよい。

従って、上記谷底部６Ｂから軸線Ｏ方向後端側（エンドミル回転方向Ｔの後方側）に向けて、この次の山頂部６Ａまでが、外周刃６の捩れ角が上記一定の捩れ角θ以下となる、弱捩れの部分となる。なお、これら山頂部６Ａと谷底部６Ｂとでは、外周刃６の捩れ角は上記基準となる一定の捩れ角θと等しい。また、この外周刃６がなす波形は、本実施形態では滑らかな凹凸曲線状をなしている。

そして、こうして凹凸する外周刃６の波形が、上記構成のラフィングエンドミルでは図２に示すように、この外周刃６の捩れの方向に沿った長さ、すなわち上記基準線Ｌ方向に沿った長さにおいて、上記山頂部６Ａからその軸線Ｏ方向後端側の谷底部６Ｂまでの長さＡが、この谷底部６Ｂからその軸線Ｏ方向後端側の山頂部６Ａまでの長さＢよりも長くされている。つまり、この基準線Ｌに沿った方向で、上記強捩れの部分の長さＡが弱捩れの部分の長さＢよりも長くされている。

ただし、これら強・弱捩れの部分の長さＡ、Ｂは、本実施形態では、山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側の谷底部６Ｂまでの強捩れの部分の長さＡが、谷底部６Ｂからその軸線Ｏ方向後端側の次の山頂部６Ａまでの弱捩れの部分の長さＢに対して、１．３倍以下の長さとなるようにされている。また、特に本実施形態では、この外周刃６がなす波形が、上記軸線Ｏ方向に沿った長さにおいては、上記山頂部６Ａからその軸線Ｏ方向後端側の谷底部６Ｂまでの強捩れ部分の長さａと、この谷底部６Ｂからその軸線Ｏ方向後端側の次の山頂部６Ａまでの弱捩れ部分の長さｂとが、互いに略略等しくなるようにされている。

なお、各外周刃６の凹凸する波形形状や捩れ角およびその変化、そして上記長さＡ、Ｂ矢永差ａ、ｂは共通したものであるが、周方向に隣接する外周刃６同士では、両外周刃６がなす波形形状の位相が軸線Ｏ方向にずらされている。すなわち、上記山頂部６Ａや谷底部６Ｂおよびその中間部６ａ、６ｂが、互いの間隔は同じまま、隣接する外周刃６同士では軸線Ｏ方向にずらされている。

例えば、４条の外周刃６が周方向に等間隔に形成された本実施形態では、軸線Ｏを挟んで反対側に位置する外周刃６同士の位相が一致させられるとともに、周方向に隣接する外周刃６同士では、一方の外周刃６の山頂部６Ａと他方の外周刃６の谷底部６Ｂとが、また一方の外周刃６の谷底部６Ｂと他方の外周刃６の山頂部６Ａとが、軸線Ｏ方向の位置を同じにするようにされていてもよく、また、それぞれの外周刃６の山頂部６Ａ、谷底部６Ｂ、および中間部６ａ、６ｂの位置が軸線Ｏ方向に同じとなるように、すべての外周刃６の位相がずらされていてもよい。

このように構成されたラフィングエンドミルでは、波状に凹凸する外周刃６によって良好な切屑処理性が確保されるのは勿論、上述のように外周刃６の捩れに沿った基準線Ｌ方向の長さにおいて、波形の山頂部６Ａからその後端側の谷底部６Ｂまでの強捩れの部分の長さＡが、谷底部６Ｂからその後端側の次の山頂部６Ａまでの弱捩れの部分の長さＢに対して長くされているので、特にこの弱捩れの部分が被削材に食い付くことによる抵抗を抑えることができる。その一方で、長さＡが長くされた強捩れの部分によって、できるだけ外周刃６が徐々に被削材に切り込まれるようにすることができるので、外周刃６全体としての切れ味を向上させて、切削抵抗を抑制することができ、これらにより被削材の中仕上げ加工を円滑に行うことが可能となる。

また、本実施形態では、こうして山頂部６Ａからその軸線Ｏ方向後端側の谷底部６Ｂまでの強捩れとなる部分の基準線Ｌに沿った長さＡが、谷底部６Ｂからその軸線Ｏ方向後端側の次の山頂部６Ａまでの弱捩れの部分の長さＢよりも長くされていても、この長さＡが長さＢに対して１．３倍以下の長さとされているので、弱捩れの部分が短くなりすぎて谷底部６Ｂから次の山頂部６Ａへの立ち上がりが急勾配となり過ぎることにより切刃強度が損なわれたりするのを防ぐことができる。また、これに対して強捩れの部分でも、その捩れ角が緩やかになって基準線Ｌの捩れ角に近くなることにより切れ味が損なわれたりするのを防ぐことができる。

しかも、特に本実施形態では、外周刃６の捩れの方向である基準線Ｌに沿ったこれらの長さＡ、ＢはＡ＞Ｂであるのに対して、軸線Ｏ方向に沿った上記強捩れの部分の長さａと弱捩れの部分の長さｂとはａ≒ｂであって、略等しくされている。従って、これにより、これら強捩れの部分と弱捩れの部分とに作用する抵抗や負荷を、軸線Ｏ方向についてはバランスさせて、１波長分の外周刃６に作用する負荷や切削抵抗を効果的に低減することが可能となる。

ただし、このような場合でも、これら軸線Ｏ方向における強・弱捩れの部分の長さａ、ｂは厳密に等しくされていなくても、例えば波形の軸Ｏ線方向に沿った１波長の長さａ＋ｂに対して５％以内程度の範囲で一致していればよい。また、この長さａを長さｂと等しくするには、上記基準線Ｌの捩れ角θと、上記波形の基準線Ｌに垂直な方向における山頂部６Ａから谷底部６Ｂまでの深さ（波形の振幅）δに対して、基準線Ｌに沿った強捩れ部分の長さＡを弱捩れ部分の長さＢに対して、２・δｔａｎθだけ長くすればよい。

１エンドミル本体
３切刃部
４切屑排出溝
５外周刃すくい面
６外周刃
６Ａ外周刃６がなす波形の山頂部
６Ｂ外周刃６がなす波形の谷底部
９底刃
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
Ｌ波形をなす外周刃６の基準線
θ 外周刃６の基準線Ｌの捩れ角
Ａ山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側に向けて谷底部６Ｂまでの外周刃６の捩れ（基準線Ｌ）に沿った長さ
Ｂ谷底部６Ｂから軸線Ｏ方向後端側に向けて次の山頂部６Ａまでの外周刃６の捩れ（基準線Ｌ）に沿った長さ
ａ山頂部６Ａから軸線Ｏ方向後端側に向けて谷底部６Ｂまでの軸線Ｏ方向に沿った長さ
ｂ谷底部６Ｂから軸線Ｏ方向後端側に向けて次の山頂部６Ａまでの軸線Ｏ方向に沿った長さ

Claims

軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記エンドミル本体の先端から後端側に向かうに従いエンドミル回転方向後方側に捩れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面をすくい面として、該すくい面の外周側辺稜部に、上記切屑排出溝が捩れる方向に向けて捩れつつ波形をなして上記エンドミル回転方向に凹凸する外周刃が形成されたラフィングエンドミルであって、上記外周刃の上記軸線回りの回転軌跡は該軸線を中心とした円筒状をなしており、上記外周刃がなす波形は、上記外周刃の捩れの方向に沿った長さにおいて、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さが、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さよりも長くされていることを特徴とするラフィングエンドミル。
上記外周刃の捩れの方向に沿った長さにおいて、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さが、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さに対して、１．３倍以下の長さとされていることを特徴とする請求項１に記載のラフィングエンドミル。
上記外周刃がなす波形は、上記軸線方向に沿った長さにおいては、この波形が凸となる部分の山頂部からその上記軸線方向後端側の該波形が凹となる部分の谷底部までの長さが、この谷底部からその上記軸線方向後端側の該波形が次に凸となる部分の山頂部までの長さと略等しくされていることを特徴とする請求項１に記載のラフィングエンドミル。