JP2004050360A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【目的】コーナ部の強度を高めるとともに、被削面の粗さを適切に保ち、工具寿命の長い高送りエンドミルを提供することにある。
【構成】回転軌跡が略１／４球状を呈する切れ刃を有する複数の切れ刃を有する超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記略１／４球状を形成する各切れ刃を、エンドミルの底刃側より、第１切れ刃、第２切れ刃とし、外周切れ刃との繋ぎ部を第３切れ刃としたとき、該第２切れ刃は略１／４球状となる半径のコーナＲで設け、前記第１切れ刃を略直線状に設け、前記第２切れ刃及び底刃とをＲ繋ぎとし、前記第３切れ刃は、第２切れ刃と同等又は小さなＲとし及び前記第１切れ刃は略直線状としたことを特徴とする超硬合金製エンドミルである。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、高送りに適する超硬合金製のエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被削材の肩削り加工や溝加工に使用される切削工具として、通常のスクエアエンドミルのコーナー部にアールを設けたラジアスエンドミルが良く知られている。このラジアスエンドミルの外周刃と底刃とが交差するコーナ部は、切削速度が高くて大きな切削荷重がかかり、また切削中の切削熱が集中し易いこともあって、最も頻繁に摩耗や欠損が生じ易い部位であり、かかるコーナ部において両切刃が鋭利な角度に交差したままであると、一層摩耗や欠損が助長されて工具寿命が著しく短縮されてしまうことになる。
【０００３】
金型等の等高線深彫り加工には、従来よりボールエンドミルが一般に使用されていたが、高能率切削の要求が強くなり、上記ボールエンドミルに代えてエンドミルが使用されてきている。エンドミルは、ボールエンドミルに比較して切れ刃が被削材と接触する長さが短く、又、ボールエンドミルでは工具先端部が工具軸心上になるため切削速度が得られないのに対し、エンドミルでは十分な切削速度が得られるため、切削抵抗が小さく、切れ味が良好であり、高能率切削に適している。更に、エンドミルについては、その使用目的等に応じて多数の改善がなされており、例えば、特開平７−２４６５０８号公報には、コーナアール刃を補強した例が、又、特開平１１−２１６６０９号公報には、切削性を向上させた例が開示されている。一方、金型等の加工では、コーナ部の加工や、深彫り加工等の工具突き出し量が大きい加工等があり、切削中にビビリ振動が発生しやすいため、一般にＮＣプログラム上処理しやすい送り速度を下げる方法が採られている。送り速度を下げる方法では、加工能率が下がるだけでなく、ビビリ振動を抑制する効果が少なく、１刃送り量が比例して下がるため、切れ刃と被削材の接触回数が多くなり、摩耗進行が早くなる。また、ビビリ振動抑制効果の高い、切削速度を下げる方法があるが、これだけでは、送り速度が比例的に下がり、何れにしても加工能率が下がるため、最近では、高能率切削を行う手段として、切削速度は下げるが、送り速度は上げる、即ち、１刃送り量を極端に上げる高送り切削が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、１刃送り量を極端に上げると、コーナアール刃に切削負荷が集中し、コーナアール刃の強度が切削負荷に耐えきれず、欠損により寿命に至るという課題があった。更に、荒加工のように送り量が大きい加工において、高送り切削を行うと、被削面粗さが低下し、荒加工後に再度中仕上げに準するような加工が必要となるケースも生じている。
【０００５】
【本発明の目的】
上記のように、本発明の目的とするところは、コーナ部の強度を高めるとともに、被削面の粗さを適切に保ち、工具寿命の長い高送りエンドミルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決してかかる目的を達するため、本発明は、回転軌跡が略１／４球状を呈する切れ刃を有する複数の切れ刃を有する超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記略１／４球状を形成する各切れ刃を、エンドミルの底刃側より、第１切れ刃、第２切れ刃とし、外周切れ刃との繋ぎ部を第３切れ刃としたとき、該第２切れ刃は略１／４球状となる半径のコーナＲで設け、前記第１切れ刃を略直線状に設け、前記第２切れ刃及び底刃とをＲ繋ぎとし、前記第３切れ刃は、第２切れ刃と同等又は小さなＲとし及び前記第１切れ刃は略直線状としたことを特徴とする超硬合金製エンドミルである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明により、第１切れ刃の欠損を抑制し、高能率切削が可能になるとともに、被削面の粗さが向上する。第１切れ刃を略直線状とすることにより、コーナＲよりも、底刃との繋ぐ位置を回転中心側に設けることが出来、そのため、よりコーナー角を小さく設定することが出来、耐チッピング性も向上する。しかし、直線部の繋ぎ部を滑らかに結ばないと、切れ刃部でのチッピングを生じやすくなり、耐チッビング性が劣化する。更に、第３切れ刃は、第２切れ刃よりも同等か、更に小さなコーナＲとする事により、切削抵抗を軽減する。尚、本願発明では、コーナＲ部全体では、略１／４球状となるように設けるが、第２切れ刃のコーナＲは刃径の０．１〜０．３０倍とする事により、高送りに適した形状とすることができる。すなわち、コーナＲが刃径の０．１倍より小さいと、切れ刃接触長さを長くすることが出来ず、耐チッピング性を向上出来ず、コーナＲが刃径の０．３０倍を越えると、底刃側との繋ぎ部が回転中心に近づきすぎて、切削速度が遅くなるため、コーナＲは刃径の０．１〜０．３０倍の範囲とした。
【０００８】
次に、第１切れ刃のコーナー角を２度〜１５度、軸方向の長さで、コーナＲ全体の２５％以下としたのは、第１切れ刃を直線状、且つ、コーナー角を設けることにより、高送り時の被削面の粗さも改善される。特に、高送り時のカッターマークは、高送りゆえに目立ちやすく、また、更に被削面の品位の向上を図るケースでは、前記第１切れ刃の複数の直線状切れ刃中に、少なくとも１つにワイパー刃を設けても良い。特に、切削負荷が集中する第２切れ刃部分の切削性を保つことができ、刃先強度と耐チッピング性を向上させることができる。更に、前記第１切れ刃は、コーナＲ全体の２５％以下とした理由は、直線状の第１切れ刃から第２切れ刃との繋ぎ部は、２５％を越えると、相対的にコーナー角が大きくなりすぎ、第１切れ刃がチッピングしやすくなるため、２５％以下とした。更に、好ましくは１５％以下である。更に、前記第１切れ刃と底刃との繋ぎ位置は、刃径の０．５〜０．９０倍の位置とし、第１切れ刃の長さを長くしすぎないように切れ刃長さを調整する。
【０００９】
また、被切削面をより良く、例えば、通常の加工程度まで、荒加工で行い、以下の行程を省略するような場合には、前記第１切れ刃の直線状切れ刃を複数組合わせ、その切れ刃中の少なくとも１つにワイパー刃を設けても良い。第１切れ刃を直線状とし、コーナー角を設けることにより、計算上のカプスハイトは小さくなるが、更にワイパー刃を設けることにより、被切削面の粗さを改善することができる。尚、ワイパー刃としては、公知の形状で良く、回転中心の垂線と平行又は角度をつけて、１刃又は１回転当りの送り量、すなわち、０．１〜０．４ｍｍ程度の長さを設ければ良い。
【００１０】
次に、第３切れ刃に付いて、第３切れ刃は、第２切れ刃と同等又は小さなＲで設けるが、その理由は、第３切れ刃は切削速度が速くて大きな切削荷重がかかり、また、切削中の切削熱が集中し易いこともあって、最も頻繁に摩耗が生じ易い部位であり、切削抵抗を減少しなければならないためである。第３切れ刃のコーナＲは、前記第２切れ刃のコーナＲの５０％以上、より好ましくは、７０〜９０％の範囲である。また、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜やＣｒ系の潤滑皮膜を施すことにより、長寿命化が計れることは言うまでもない。以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
本発明例１として、超微粒子超硬合金を使用し、刃径１０ｍｍ、コーナアール半径２ｍｍ（刃径の２０％）、４枚刃で、ＴｉＡｌＮコーティングを施したものを製作した。本発明例１のコーナーアール刃は、第１切れ刃：直線状で、軸方向高さ０．２ｍｍ、第２切れ刃、第３切れ刃：２ｍｍ（刃径の２０％）とした。
尚、比較のため、比較例２として、本発明例１と同仕様で、第２切れ刃のコーナＲで第１切れ刃を製作したエンドミルも用いた。切削諸元は、被削材にＨＲＣ４０のプリハードン鋼を用い、長さ２００ｍｍ、幅１５ｍｍ、深さ１０ｍｍ、側壁の片角３度の溝状の加工を、回転数４０００回転、テーブル送り２５６０ｍｍ／ｍｉｎ、１刃当りの送り量０．１６ｍｍ／刃、エンドミル軸方向ピッチ０．６ｍｍで、工具突き出し長さを３５ｍｍとし、エアブローで等高線加工を行い、エンドミル損傷状態を観察した。
【００１２】
その結果、本発明例１の損傷状態は、通常摩耗で摩耗幅は僅かであり、加工面も良好であり、更には溝形状の加工が完了した後の溝底面の面粗さは、平均粗さＲａで０．７μｍで有った。これに対し、比較例２の損傷状態は、本発明例１と同様、通常摩耗で摩耗幅は僅かであったが、加工面にはうねりが観察され、溝形状の加工が完了した後の溝底面の面粗さは、平均粗さＲａで２．５μｍで有った。
【００１３】
更に、本発明例１、比較例２を用いて、１刃当りの送り量を０．２０ｍｍ／刃（テーブル送り量Ｆ＝３２００ｍｍ／ｍｉｎ）、同０．２５ｍｍ／刃（テーブル送り量Ｆ＝４０００ｍｍ／ｍｉｎ）の条件で切削を行った。その結果、本発明例１の損傷状態は、通常摩耗で摩耗幅は僅かであり、加工面も良好であり、更には溝形状の加工が完了した後の溝底面の面粗さは、Ｆ＝３２００での平均粗さＲａは０．９μｍで、Ｆ＝４０００での平均粗さＲａは１．１μｍで有った。
これに対し、比較例２の損傷状態は、本発明例１と同様、通常摩耗で摩耗幅は僅かであったが、加工面にはうねりが観察され、溝形状の加工が完了した後の溝底面の面粗さは、Ｆ＝３２００での平均粗さＲａは２．５μｍで、Ｆ＝４０００での平均粗さＲａは３．０μｍで有った。
【００１４】
（実施例２）
本発明例及び比較例３〜８として、本発明例１又は比較例２のエンドミルと同仕様で、コーナーＲの大きさを、比較例３として０．５ｍｍ（刃径の０．０５倍、コーナＲは一定。）、本発明例４として１．０ｍｍ（刃径の０．１０倍、第１切れ刃のコーナＲは、第２切れ刃の２倍。以下、同様。）、本発明例５として１．５ｍｍ（刃径の０．１５倍）、本発明例６として２．５ｍｍ（刃径の０．２５倍）、本発明例７として３．０ｍｍ（刃径の０．３０倍）、比較例８として３．５ｍｍ（刃径の０．３５倍、コーナＲは一定。）のエンドミルを製作し、実施例１と同様の切削諸元で評価を行った。
その結果、本発明例４〜７は、１形状の加工ができ、当初の加工形状も得られた。特に、本発明例１及び本発明例４、５はビビリ振動が非常に小さく、切削状態も安定しており、エンドミル損傷状態は、通常摩耗で摩耗幅は僅かであり、加工面も良好で、平均粗さＲａは０．７μｍ〜０．９μｍで有った。本発明例６では、チッピングや欠損は認められなかったものの、ビビリ振動及び切削音がやや大きくなり、本発明例７で僅かに微小チッピングが認められた。比較例３は、第２切れ刃のコーナＲが小さく、切れ刃接触長さが短いため、使用初期に欠損し、比較例８は、ビビリ振動及び切削音が大きくなり、微小チッピングが認められた。そのため、平均粗さＲａは２．９μｍ〜３．２μｍと大きな値となった。
【００１５】
（実施例３）
本発明例９〜１４、比較例１５として、本発明例１のエンドミルと同仕様で、第１切れ刃と第２切れ刃の繋ぎ部を、エンドミルの底刃からの軸方向長さで１０％（０．２ｍｍ）一定として、底刃との繋ぐ位置を本発明例９として、刃径の０．８０倍（８ｍｍ）とし、、本発明例１０として同０．７５倍（７．５ｍｍ）、本発明例１２として同０．７０倍（７．０）、本発明例１３として同０．６０倍％（６．０ｍｍ）、本発明例１４として同０．５０倍％（５．０ｍｍ）、比較例１５として同０．３倍（３．０ｍｍ）製作し、実施例１と同様の切削諸元で評価を行った。
その結果、本発明例９〜１４は、１形状の加工ができ、当初の加工形状も得られた。特に、本発明例９〜本発明例１２はビビリ振動が非常に小さく、切削状態も安定しており、エンドミル損傷状態は、通常摩耗で摩耗幅は僅かであり、加工面も良好で、平均粗さＲａは０．６μｍ〜０．９μｍの値となった。底刃との繋ぎ部が回転中心に近く、第１切れ刃が長い比較例１５では、切れ刃接触長さが長くなりすぎ、ビビリ振動及び切削音が大きくなり、微小チッピングが認められた。そのため、平均粗さＲａは２．９μｍと大きな値となった。
【００１６】
【発明の効果】
以上の結果から、本願発明を適用することにより、金型等の等高線深彫り加工等に使用し、荒加工のように切り込み量が大きい加工においても、コーナアール刃の欠損を抑制し、１刃送りの大きい高能率切削が可能であるエンドミルを提供できた。

Claims (7)

1. 回転軌跡が略１／４球状を呈する切れ刃を有する複数の切れ刃を有する超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記略１／４球状を形成する各切れ刃を、エンドミルの底刃側より、第１切れ刃、第２切れ刃とし、外周切れ刃との繋ぎ部を第３切れ刃としたとき、該第２切れ刃は略１／４球状となる半径のコーナＲで設け、前記第１切れ刃を略直線状に設け、前記第２切れ刃及び底刃とをＲ繋ぎとし、前記第３切れ刃は、第２切れ刃と同等又は小さなＲとし及び前記第１切れ刃は略直線状としたことを特徴とする超硬合金製エンドミル。
2. 請求項１記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記第２切れ刃のコーナＲが刃径の０．１〜０．３０倍としたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。
3. 請求項１記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記第１切れ刃のコーナー角を２度〜１５度、軸方向の長さで、コーナＲ全体の２５％以下としたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。
4. 請求項１記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記第１切れ刃と底刃との繋ぎ位置を刃径の０．５〜０．９０倍の位置にしたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。
5. 請求項４記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記第１切れ刃を複数の直線の組合わせとしたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。
6. 請求項５記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記第１切れ刃の複数の直線の組合わせのうち、その１つをワイパー刃としたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。
7. 請求項６記載の超硬合金製高送りエンドミルにおいて、前記ワイパー刃は、０．１〜０．４ｍｍとしたことを特徴とする超硬合金製高送りエンドミル。