JP6248748B2

JP6248748B2 - ラフィングエンドミル

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Publication number: JP6248748B2
Application number: JP2014068367A
Authority: JP
Inventors: 耕司深田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015188973A

Description

本発明は、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、エンドミル回転方向から見てエンドミル本体の半径方向に凹凸する波状の外周刃が形成されたラフィングエンドミルに関するものである。

このようなラフィングエンドミルとして、例えば特許文献１には、シャンクの一端に回転方向にねじれを有する複数の刃溝が設けられ、複数の刃溝間に、回転軸を中心とする回転軌跡が凸円弧部と凹円弧部を有する波状であるラフィング刃を持ったものが記載されている。このようなラフィングエンドミルでは、エンドミル本体の周方向に隣接する複数の波状のラフィング刃において互いの波形の位相をずらされており、専ら粗加工においてラフィング刃が凸となる部分によって切削を行うことにより、切屑を分断して生成して切削抵抗の低減を図ることができる。

また、特許文献２には、このようなラフィングエンドミルを、切刃がなす波形に対応した断面形状を有する研削面を備えた砥石を用いて、該砥石を上記波形のピッチに基づいた間隔で切刃に沿って移動させつつ、該切刃を研削することにより製造するラフィングエンドミルの製造方法が記載されている。外周刃がエンドミル本体の半径方向に凹凸する波状をなすラフィングエンドミルでは、このような砥石が外周刃のエンドミル回転方向後方側に連なる外周逃げ面を断面波状に研削することになる。

特開２００８−１３７１２１号公報特許第４２１１６５５号公報

ところで、このようなエンドミルの外周逃げ面は、通常は外周刃からエンドミル回転方向後方側に向かうに従い、漸次エンドミル本体の内周側に向かうように、すなわちエンドミル本体の軸線に直交する断面において外周刃が軸線回りになす円から漸次離れるように逃げ角が与えられるのが一般的であり、これはラフィングエンドミルにおいても同様である。このため、ラフィングエンドミルでは、上述のような砥石を外周刃からエンドミル回転方向後方側に向かうに従いエンドミル本体の内周側に向かうように、いわゆるバッキングさせて外周逃げ面を形成している。

ところが、その一方で、このようなラフィングエンドミルでも、切り込みや送り量が大きい重切削となるとエンドミル本体に作用する抵抗が大きくなってビビリ振動を生じるおそれがある。このようなビビリ振動の発生を防ぐためには、外周逃げ面の外周刃側に逃げ角が０°のマージン部を形成したり、あるいは外周刃側における外周逃げ面の逃げ角をエンドミル回転方向後方側よりも小さくしたりすることにより、このマージン部や外周刃側の外周逃げ面を被削材の加工面に押し付けるようにしてバニシング効果を持たせるとともに外周刃の剛性を向上させることが考えられる。

しかしながら、このように外周逃げ面の外周刃側とエンドミル回転方向後方側とで逃げ角を異なるようにするには、特に特許文献２に記載されたような砥石を用いた製造方法では、砥石の外周刃に対する傾き角も異なる大きさとして研削を行わなければならず、そのようにして製造されたラフィングエンドミルでは、外周刃がエンドミル回転方向から見てなす波形の形状や寸法が不均一となってしまうおそれがある。そして、このように外周刃がなす波形の形状や寸法が不均一となると、外周刃が凸となる部分のうちでも部分的に被削材に大きく切り込まれる箇所が発生してしまい、そのような箇所に欠損や異常摩耗が発生することになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように外周刃がなす波形の形状や寸法が不均一となるのは抑えつつ、重切削の場合でもビビリ振動が発生するのを防止す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、第１に、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、この外周刃のうち少なくとも上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には、このエンドミル回転方向後方側に向かうに従い上記凸部において上記外周刃が上記軸線回りになす円に近づく切れ上がり部が形成されていて、上記切れ上がり部は、１つの上記外周刃の上記凸部のうち一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に形成されているとともに、残りの凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されていないことを特徴とする。
また、本発明は、第２に、軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、この外周刃のうち少なくとも上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には、このエンドミル回転方向後方側に向かうに従い上記凸部において上記外周刃が上記軸線回りになす円に近づく切れ上がり部が形成されていて、上記エンドミル本体には複数条の上記外周刃が形成されており、このうち一部の外周刃の少なくとも一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されているとともに、残りの外周刃の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されていないことを特徴とする。

従って、このように構成されたラフィングエンドミルにおいては、外周刃のうち少なくともエンドミル本体の外周側に凸となる凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に切れ上がり部が形成されており、この切れ上がり部は、エンドミル回転方向後方側に向かうに従い上記凸部において外周刃が上記軸線回りになす円に近づくように形成されているので、重切削の際にこの切れ上がり部を被削材の加工面に押し付けてバニシング効果を得るとともに、外周刃のエンドミル回転方向後方側にエンドミル本体の肉厚を確保して剛性の向上を図ることができる。すなわち、この切れ上がり部により、外周逃げ面にマージン部や逃げ角の小さな部分を形成した場合と同様の効果を得ることができるので、重切削の場合でもビビリ振動の発生を抑えることができ、円滑かつ高精度の加工を行うことが可能となる。

なお、このような切れ上がり部を形成するには、例えば上述のような砥石によってバッキングさせつつ外周逃げ面を研削する際に、砥石が外周逃げ面から抜けきる手前でバッキングを止めて、そのまま砥石を外周逃げ面から離せばよい。この場合には、砥石の円周形状が外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側の部分に転写されて、外周逃げ面がエンドミル回転方向後方側に向かうに従い外周刃が上記軸線回りになす円に近づくように切れ上がることになる。

ここで、このような切れ上がり部が、上記外周刃のすべての上記凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に形成されていると、例えば上述のような方法で形成される切れ上がり部は、その軸線方向の大きさや、外周刃が上記軸線回りになす円からの離間量を正確に制御することが難しく、このようにすべての凸部の外周逃げ面に切れ上がり部を形成したときに、これらの切れ上がり部の大きさが小さすぎたり上記離間量が大きすぎたりすると、ビビリ振動を十分に防止することができなくなるおそれがある一方、切れ上がり部が大きすぎたり上記円よりも外周側に突出していたりすると、重切削の際に切り上がり部が加工面に押し付けられすぎてしまい、過剰な切削抵抗の増大を招くおそれがある。

そこで、本発明では、第１に、上記切れ上がり部を、１つの外周刃の上記凸部のうち一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に形成するとともに、残りの凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には形成しないようにして、切れ上がり部の数を制御することにより、ビビリ振動の発生と切削抵抗の増大を防ぐようにしている。

また、本発明では、第２に、エンドミル本体に複数条の外周刃が形成されている場合に、このうち一部の外周刃の少なくとも一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に上記切れ上がり部を形成するとともに、残りの外周刃の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には切れ上がり部を形成しないようにして、やはり切れ上がり部の数を制御するようにしている。

以上説明したように、本発明によれば、外周刃がなす波形の形状や寸法が不均一となることによって欠損や異常摩耗が生じるのは抑制しつつ、重切削の場合でもビビリ振動が発生するのを防止して円滑で高精度の切削加工を行うことが可能となる。

本発明の実施形態を説明する上での参考例を示す斜視図である。図１に示す参考例を軸線方向先端側から見た正面図である。図１に示す参考例の側面図である。図１に示す参考例の外周刃を（ａ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。図４（ａ）、（ｂ）におけるＺＺ拡大断面図である。図１に示す参考例のエンドミルを製造する際の外周刃と砥石の位置関係を示すエンドミル回転方向後方側から見た側面図である。図１に示す参考例のエンドミルを製造する際の外周刃と砥石の位置関係を示すエンドミル本体の軸線に直交する断面図である。本発明の一実施形態の外周刃を（ａ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル回転方向から見たときの図、（ｂ）エンドミル本体の軸線に垂直な平面に沿ってエンドミル本体の外周側から見た図である。

図１ないし図５は本発明の実施形態を説明する上での参考例を示すものである。本参考例においてエンドミル本体１は、超硬合金等の硬質材料によって軸線Ｏを中心とした外形略円柱状に形成されており、その後端部（図１において右上部分、図３において上側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部（図１において左下部分、図３において下側部分）は切刃部３とされている。このようなラフィングエンドミルは、シャンク部２が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に回転させられつつ、通常は軸線Ｏに垂直な方向に送り出されて被削材に切削加工を施してゆく。

切刃部３の外周には、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝４が形成されており、この切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部には、この壁面をすくい面とするとともに該すくい面に交差する切刃部３の外周面を外周逃げ面５とする外周刃６が形成されている。本参考例では、切刃部３に４条の切屑排出溝４が周方向に間隔をあけて形成され、従って外周刃６も４条が周方向に間隔をあけて形成されている。

なお、各切屑排出溝４の先端部には、図３に示すように略Ｖ字の凹溝状をなすギャッシュ７が形成されており、これらのギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端縁には、この壁面をすくい面とする底刃８が各外周刃６の先端から内周側に延びるように形成されている。本参考例のラフィングエンドミルは、この底刃８が外周刃６と円弧等の凸曲線状のコーナ刃を介して交差するラジアスタイプのラフィングエンドミルとされている。

ここで、底刃８は、図２に示すように外周刃６の先端から軸線Ｏの近傍に延びる長底刃（図２において上下に延びる底刃）８と軸線Ｏから離れた位置までに延びる短底刃（図２において左右に延びる底刃）８とが周方向に交互に形成されている。また、長底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する短底刃８までの間隔は、短底刃８からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する長底刃８までの間隔よりも大きくされている。

各切屑排出溝４は、エンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線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おり、従って各外周刃６も同様にエンドミル本体１の先端から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔの後方側に捩れる螺旋状に形成されている。本参考例では、４条の外周刃６がなす螺旋の捩れ角は互いに等しくなるように形成されており、従って４条の外周刃６の周方向の間隔は、長底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔が、短底刃８に連なる外周刃６からそのエンドミル回転方向Ｔに隣接する外周刃６までの間隔よりも大きくされている。

さらに、これらの外周刃６の上記外周逃げ面５は、エンドミル本体１の先端から後端側に向けて半径方向（エンドミル本体１の内外周）に凹凸するように形成されており、これに伴い外周刃６もエンドミル回転方向Ｔから見て図４（ａ）に示すようにエンドミル本体１の軸線Ｏに対する半径方向に凹凸する波状に形成されている。この外周刃６がなす波形は、本参考例ではエンドミル回転方向Ｔから見たときにエンドミル本体１の外周側に凸となる凸円弧と内周側に凹となる凹円弧とが一定の周期（ピッチ）で連続した形状に形成されている。

また、４条の外周刃６同士では、各外周刃６がなす波形の形状や大きさ、すなわち周期や振幅は互いに等しくされており、ただしこの波形の位相は、周方向に隣接する外周刃６間で軸線Ｏ方向にずらされている。本参考例では、１つの外周刃６とそのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６との間で、波形の１周期の１／４ずつ位相が順次軸線Ｏ方向先端側にずらされている。

そして、上記外周逃げ面５には、外周刃６のうち少なくともエンドミル本体１の外周側に凸となる凸部６ａに連なる部分のエンドミル回転方向Ｔ後方側に、このエンドミル回転方向Ｔの後方側に向かうに従い凸部６ａにおいて外周刃６が軸線Ｏ回りになす円Ｃに近づく切れ上がり部５ａが形成されている。ここで、本参考例では、図４（ｂ）に示すように外周刃６のすべての凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に切れ上がり部５ａが形成されている。

すなわち、軸線Ｏに直交する断面において外周逃げ面５は、外周刃６からエンドミル回転方向Ｔの後方側に向かうに従い、本参考例ではエンドミル本体１の外周側に凸となる凸曲線を描きつつエンドミル本体１の内周側に向かった後に、図４（ｂ）にハッチングで示した上記切れ上がり部５ａにおいて上記凸曲線に接する凹曲線をなして外周側に切れ上がるように形成されている。なお、この外周逃げ面５の切れ上がり部５ａのさらにエンドミル回転方向Ｔ後方側には、該外周逃げ面５が連なる外周刃６のエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する外周刃６が形成される切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面が、鈍角に交差するように連なっている。

このような切れ上がり部５ａは、図６に示すような外周刃６がなす凹凸を反転させた断面形状の外周面を有する円板状の砥石Ｇによって外周逃げ面５を研削加工して外周刃６を形成する際に、図７に矢線Ｂで示すように示すように外周逃げ面５の外周刃６側では砥石Ｇをエンドミル回転方向Ｔ後方側に向かうに従い上述のような断面凸曲線状をなすようにエンドミル本体１の内周側に移動させてバッキングさせ、砥石Ｇが外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に達したところで移動を止めてそのまま外周逃げ面５から砥石Ｇを離間させればよい。砥石Ｇの外周面がなす円周が転写させられることにより、切れ上がり部５ａの断面が上述のような凹曲線状に形成される。

このように構成されたラフィングエンドミルにおいては、こうして外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に切れ上がり部５ａが形成されていて、外周刃６が軸線Ｏ回りになす円Ｃに外周逃げ面５が近づけられているので、特に送りや切り込みの大きい重切削の際に、この切れ上がり部５ａを外周刃６によって形成された被削材の加工面に擦りつけるようにしてバニシング効果を得ることができ、切削加工中にエンドミル本体１を安定して支持することができる。

また、こうして切れ上がり部５ａが形成されることにより、外周刃６のエンドミル回転方向Ｔ後方側におけるエンドミル本体１の肉厚も大きく確保することができて、外周刃６の剛性の向上を図ることができ、これらによってエンドミル本体１にビビリ振動が発生するのを防止することができる。従って、上記構成のラフィングエンドミルによれば、上述のような重切削でも高精度の切削加工を安定して円滑に行うことが可能となる。

その一方で、このように外周刃６から離れた外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側の切れ上がり部５ａによってバニシング効果や高い剛性を得ることができるので、外周逃げ面５の外周刃６に連なる部分にマージン部や逃げ角の小さな部分を形成する必要がない。従って、このような部分を形成するために砥石Ｇの傾き角を異なる大きさとする必要もなく、外周刃６についてはエンドミル回転方向Ｔから見たときになす波形の形状や寸法を均一として、欠損や異常摩耗が生じるのを防ぐことができる。

ここで、このように外周刃６が軸線Ｏ回りになす円Ｃに近づけられた切れ上がり部５ａの該円Ｃからの離間量（本参考例では、軸線Ｏに直交する断面において切れ上がり部５ａと、この切れ上がり部５ａのエンドミル回転方向Ｔ後方側に隣接する切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ後方側を向く壁面との交点から円Ｃまでの最短距離。以下、ドロップ量と称する。）Ｄは、切れ上がり部５ａが円Ｃよりも外周側に突出していなければ０であってもよく、すなわち図５に示したように切れ上がり部５ａの最外周が円Ｃ上に位置していてもよい。一方、このドロップ量Ｄが大きすぎると、上述のような効果を得ることができなくなるおそれがあるので、このドロップ量Ｄは上記円Ｃの直径（外周刃６の外径）の０．０３倍以下とされるのが望ましい。

ところで、本参考例では、このような切れ上がり部５ａが、外周刃６がなす凹凸のすべての凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に形成されている。このため、すべての外周刃６の凸部６ａに対して剛性の向上を図ることができるとともに、凸部６ａが被削材に切り込まれている間は常に安定してエンドミル本体１を支持することが可能となる。

ただし、上述のように切れ上がり部５ａは被削材の加工面に摺接してバニシング効果を奏するものであることから、このように切れ上がり部５ａがすべての外周刃６の凸部６ａに連なる外周逃げ面５に形成されていると、波状をなす外周刃６によって切屑が分断されることによる効果を上回って切削抵抗が却って過剰に増大してしまうおそれがある。そのような場合には、上記ドロップ量Ｄを大きくしたり切れ上がり部５ａの面積を小さくしたりしてバニシング効果を弱くすればよいが、これらを正確に制御することは難しい。

そこで、このような場合には、ドロップ量Ｄや切れ上がり部５ａの面積を制御するのではなく、図８に示す本発明の一実施形態のように、上記切れ上がり部５ａを、１つの外周刃６の凸部６ａのうち一部の凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に形成するとともに、残りの凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側には形成しないようにして、切れ上がり部５ａの数を制御すればよい。なお、この実施形態において、上記参考例と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。

ここで、この実施形態では、１つの外周刃６に沿って１つおきの一部の凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側だけに切れ上がり部５ａが形成されており、これらの凸部６ａの間のやはり１つおきの残りの凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側には切れ上がり部５ａは形成されず、外周刃６側と同様にエンドミル回転方向Ｔ後方側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に向かうように形成されている。また、他の外周刃６においても同様の構成とされている。

従って、このような実施形態のラフィングエンドミルによれば、切れ上がり部５ａが形成されていない外周逃げ面５においてはバニシング効果が生じないので、エンドミル本体１全体としての切削抵抗の増大を抑えることができる。また、１つの外周刃６の外周逃げ面５に切れ上がり部５ａが等間隔に配置されるので、部分的にバニシング効果の強弱が生じて切削抵抗が不規則に増減するようなこともない。ただし、切れ上がり部５ａは不等間隔に形成されていてもよく、また外周刃６同士で異なる間隔や数の切れ上がり部５ａが形成されていてもよい。

また、このように１つの外周刃６の一部の凸部６ａに連なる外周逃げ面５だけに切れ上がり部５ａを形成するのに代えて、エンドミル本体１に複数条の外周刃６が形成されている場合には、そのうち一部の外周刃６の少なくとも一部の凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側に切れ上がり部５ａを形成するとともに、残りの外周刃６の凸部６ａに連なる外周逃げ面５のエンドミル回転方向Ｔ後方側には切れ上がり部５ａを形成しないようにして、やはり切れ上がり部５ａの数を制御することにより、バニシング効果を調整するようにしてもよい。

例えば、上記参考例のように偶数条の外周刃６が形成されている場合には、周方向に交互に切れ上がり部５ａが外周逃げ面５に形成された外周刃６と形成されていない外周刃６とが配設されていてもよく、またこれ以外に一定数条ごとに切れ上がり部５ａが外周逃げ面５に形成された外周刃６と形成されていない外周刃６とが配設されていてもよく、さらにはこれらの外周刃６が不規則に配設されていてもよい。また、切れ上がり部５ａが形成された外周刃６は、上記参考例のようにすべての凸部６ａのエンドミル回転方向Ｔ後方側に切れ上がり部５ａが形成されていてもよく、上記実施形態のように一部の凸部６ａに連なる外周逃げ面５だけに切れ上がり部５ａが形成されていてもよい。

１エンドミル本体
２シャンク部
３切刃部
４切屑排出溝
５外周逃げ面
５ａ切れ上がり部
６外周刃
６ａ外周刃６の凸部
７ギャッシュ
８底刃
Ｏエンドミル本体１の軸線
Ｔエンドミル回転方向
Ｃ外周刃６の凸部６ａが軸線Ｏ回りになす円
Ｄドロップ量（軸線Ｏに直交する断面における切れ上がり部５ａの円Ｃからの離間量）

Claims

軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、この外周刃のうち少なくとも上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には、このエンドミル回転方向後方側に向かうに従い上記凸部において上記外周刃が上記軸線回りになす円に近づく切れ上がり部が形成されていて、
上記切れ上がり部は、１つの上記外周刃の上記凸部のうち一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側に形成されているとともに、残りの凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されていないことを特徴とするラフィングエンドミル。
軸線回りに回転させられるエンドミル本体の先端部外周に、該エンドミル本体の先端から後端側に延びる外周刃が形成されており、この外周刃はエンドミル回転方向から見て上記エンドミル本体の半径方向に凹凸する波状に形成されているとともに、この外周刃のうち少なくとも上記エンドミル本体の外周側に凸となる凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には、このエンドミル回転方向後方側に向かうに従い上記凸部において上記外周刃が上記軸線回りになす円に近づく切れ上がり部が形成されていて、
上記エンドミル本体には複数条の上記外周刃が形成されており、このうち一部の外周刃の少なくとも一部の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されているとともに、残りの外周刃の凸部に連なる外周逃げ面のエンドミル回転方向後方側には上記切れ上がり部が形成されていないことを特徴とするラフィングエンドミル。