(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023050214
(43)【公開日】2023-04-11
(54)【発明の名称】エンドミル
(51)【国際特許分類】
B23C 5/10 20060101AFI20230404BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20230404BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20230404BHJP
【FI】
B23C5/10 Z
B23C5/16
B23B27/14 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021160219
(22)【出願日】2021-09-30
(71)【出願人】
【識別番号】000152527
【氏名又は名称】日進工具株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 岳史
(72)【発明者】
【氏名】金田 匡平
【テーマコード(参考)】
3C022
3C046
【Fターム(参考)】
3C022KK03
3C022KK16
3C022KK22
3C022KK25
3C046FF34
(57)【要約】
【課題】加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供する。
【解決手段】本発明に係るエンドミルは、中心軸線回りに回転可能な工具本体10の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、切刃部は、工具本体10の径方向外側に位置し、すきま角が0°以上2°以下である第1すきま角部23aと、工具本体10の径方向内側に位置し、すきま角が3°以上10°以下である第2すきま角部23bと、を備え、切刃部の底刃2番角が10°以上20°未満である。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心軸線回りに回転可能な工具本体の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、
前記切刃部は、
前記工具本体の径方向外側に位置し、すきま角が0°以上2°以下である第1すきま角部と、
前記工具本体の径方向内側に位置し、すきま角が3°以上10°以下である第2すきま角部と、
を備え、
前記切刃部の底刃2番角が10°以上20°未満である、
エンドミル。
【請求項2】
前記切刃部の径方向における前記第1すきま角部の寸法が、前記切刃部の直径の1.5%以上7%以下である、
請求項1に記載のエンドミル。
【請求項3】
前記工具本体が超硬素材により形成され、前記切刃部がサーメット素材により形成される、
請求項1又は2に記載のエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンドミルに関する。
【背景技術】
【0002】
切削面における加工面粗さを向上することを目的として、有効長を工具径の3倍以上として、送り速度を上げた場合でも切削抵抗を低減し、びびり振動を抑制することができるエンドミルが開示されている(特許文献1)。このエンドミルは2段階のすきま角を備える。特に外周側のすきま角は0°以上2°以下としている。すきま角が小さい(0°付近)と、加工面が滑らかにすることができる。しかしながら、切削時の切削抵抗が大きくなる。従って切削時に発熱したり、刃先の摩耗が進行しやすくなったりする。このため、上述のすきま角の範囲限定のみでは、加工面の面質向上と工具の耐摩耗性の両立が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のように、被削材の仕上げ加工面(特に底面)の面粗さを向上するためには、エンドミルの先端(刃先)におけるすきま角を小さくすることが好ましい。
しかしながら、エンドミルの先端のすきま角が小さい場合、切削時に刃先が被削材に接する領域が大きくなる。すると、刃先の摩耗の進行が早くなる。よって、切削面の表面において切削痕や毟れが発生する原因となる。よって、これらを除去する加工が別途必要となる場合があることから、このような除去加工を削減若しくは低減したい旨の課題があった。
【0005】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係るエンドミルは、中心軸線回りに回転可能な工具本体の先端側に切刃部を備えたエンドミルにおいて、前記切刃部は、前記工具本体の径方向外側に位置し、すきま角が0°以上2°以下である第1すきま角部と、前記工具本体の径方向内側に位置し、すきま角が3°以上10°以下である第2すきま角部と、を備え、前記切刃部の底刃2番角が10°以上20°未満である。
【0007】
この発明によれば、第1すきま角部のすきま角が0°以上2°以下である。よって、加工面の安定性を確保し、理論面粗さを向上することができる。第2すきま角部のすきま角が3°以上10°以下である。よって、切刃部の先端の径方向の摩耗を抑え、切削抵抗を低減することができる。また、切削時は第1すきま角部と第2すきま角部との両方によって被削材を切削するが、第1すきま角部の輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。よって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立することができる。
切刃部の底刃2番角が10°以上20°未満であることで、切刃部の摩耗による接触面積を減らすことができる。これにより、摩擦による発熱を抑えることができる。また、切刃部の接触面積を減らし、切削負荷を下げることで、耐欠損性を向上することができる。よって、加工面の安定性を向上することができる。
【0008】
また、前記切刃部の径方向における前記第1すきま角部の寸法が、前記切刃部の直径の1.5%以上7%以下であってもよい。
【0009】
この発明によれば、第1すきま角部の寸法が、切刃部の直径の1.5%以上7%以下であることで、理論面粗さの向上と切削抵抗の低減を最善の効率で両立することができる。
【0010】
また、前記工具本体が超硬素材により形成され、前記切刃部がサーメット素材により形成されてもよい。
【0011】
この発明によれば、工具本体が超硬素材により形成され、切刃部がサーメット素材により形成される。工具本体を超硬素材により形成することで、スクエアエンドミル及びラジアスエンドミルの形成を容易とすることができる。よって、高い切削性を備えたスクエアエンドミル及びラジアスエンドミルを、効率的に量産することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、加工面の安定性と耐摩耗性を両立したエンドミルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図9】本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、すきま角の違いによる底刃摩耗状態の差を示す比較図である。
【
図10】本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、底刃2番角の違いによる底刃摩耗状態の差を示す比較図である。
【
図11】超硬素材とサーメット素材とを首下部で接合した例である。
【
図12】超硬素材とサーメット素材とを首角部で接合した例である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態によるエンドミルについて添付図面に基づいて説明する。
図1、
図2、
図3は本発明の第一実施形態による切削工具としての第1エンドミル100(エンドミル)を示すものである。第1エンドミル100は例えば4枚刃のスクエアエンドミルである。
図1において、実施形態による第1エンドミル100は、略円柱状に形成されていて中心軸線Oを中心に回転可能な工具本体10とその先端部に形成された第1切刃部20(切刃部)とを備えている。本明細書では中心軸線Oに沿った第1切刃部20側を先端側といい、主軸に連結する反対側を基端側、後方というものとする。
【0015】
本実施形態に係る第1エンドミル100は、例えば、炭素鋼(S50C)や合金鋼(SCM440)を被削材として、ゴム型や部品の加工の為に用いられる。
工具本体10は、第1エンドミル100において基端側に位置する。工具本体10の基端は、マシニングセンタなどの工作機械に取り付けられる。工具本体10は、例えば、超硬合金が好適に用いられる。
【0016】
第1切刃部20は、第1エンドミル100において先端側に位置する。第1切刃部20は、底刃と外周刃22との境界に丸みがほとんどない、いわゆるスクエアエンド形状である。つまり、第1エンドミル100は、いわゆるスクエアエンドミルである。
【0017】
第1切刃部20は、例えば、サーメット素材が用いられる。工具本体10の超硬合金と、第1切刃部20のサーメット素材とは、
図1に示す接合部Eにおいてロウ付け等によって接合される。第1エンドミル100において第1切刃部20を形成する際は、超硬合金とサーメット素材とが接合された状態で共加工する。
【0018】
接合部Eは、例えば、
図11に示すように、第1エンドミル100における首下部NUに設けられる。また、
図12に示すように、第1エンドミル100における首角部NAに設けられてもよい。
あるいは、第1切刃部20にサーメット素材を用いずに、第1エンドミル100全体が超硬合金のみによって形成されてもよい。
【0019】
図2に示す第1切刃部20の先端面21には、その回転中心をなす中心軸線Oに対して、対向する一対の外周刃22から中心軸線Oに向けて例えば直線状に延びる一対の長刃23Lが回転対称に形成されている。一対の長刃23Lが対向して延びる中心側において中心軸線Oを挟んで所定厚みの芯上がりが形成されている。芯上がりとは、長刃23Lが中心軸線Oを通過せずに、中心軸線Oに対して回転方向DRの側に移動した位置に設けられている場合をいう。また、長刃23Lが中心軸線Oを通過せずに、中心軸線Oに対して回転方向DRの反対の側に移動した位置に設けられている場合を、芯下がりということがある。
【0020】
図1において、第1切刃部20の先端側で中心軸線Oに直交する仮想線を基準線Lとして、長刃23Lは外周刃22との接続部である外周端から中心軸線側に向けて基端側に傾斜している。その傾斜は、工具本体10の径方向外側に位置する第1すきま角部23aと、径方向内側に位置する第2すきま角部23bと、によって段階的に変化する。以下、基準線Lに対する第1すきま角部23a及び第2すきま角部23bの傾斜角(すきま角)を、それぞれ第1すきま角θa、第2すきま角θb、と呼称する。
本実施形態において、第1すきま角θaは0°以上2°以下であり、より好ましくは0.5°以上1.5°以下の範囲で設定される。第2すきま角θbは3°以上10°以下であり、より好ましくは4°以上8°以下の範囲で設定される。また、第1切刃部20の、基準線Lに直交する方向(径方向)において、第1すきま角部23aの寸法は、加工面質と工具摩耗を考慮の上、第1切刃部20の直径の1.5%以上7%以下(0.015D~0.07D)の範囲に設定されている。なお、第1すきま角部23aの寸法は、一刃送り量の5倍とすることが好ましい。
【0021】
図7に示すように、第1エンドミル100は中心軸線Oを回転中心として回転方向DRに回転しながら被削材に接する。このとき、
図8に示すように、第1すきま角θaと第2すきま角θbとが段階的に変化する。このことで、第1切刃部20の先端面21によって被削材を切削するとき、第1すきま角部23aと第2すきま角部23bとの両方によって被削材を切削するが、第1すきま角部23aの輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。つまり、摩耗幅Wの長さを短くしながら、被削材の表面を第1すきま角部23aのみによって被削材を切削したのと同様の状態にすることができる。更に、上述のように第1すきま角θaを0°以上2°以下、より好ましくは0.5°以上1.5°以下とすることで、理論面粗さの向上を図る。また、第2すきま角θbを3°以上10°以下、より好ましくは4°以上8°以下とすることで、第1切刃部20の摩耗を抑え、構成刃先の発生を抑え、更に切削抵抗を低減する。
【0022】
先端面21における各長刃23Lの回転方向前方側には、一対の短刃23Sがそれぞれ形成されている。短刃23Sも外周面の外周刃22に連続して径方向中心側に向けて例えば直線状に延びている。
図3において、短刃23Sは外周刃22との接続部である外周端から中心軸線側に向けて基端側に傾斜している。その傾斜は、長刃23Lと同様に、第1すきま角部23aと、第2すきま角部23bと、によって段階的に変化する。また、第1すきま角θa及び第2すきま角θbの大きさは、長刃23Lと短刃23Sとで共通である。
【0023】
先端面21において、それぞれ対向して回転対称に形成された2枚の長刃23Lと2枚の短刃23Sは底刃とされている。長刃23Lと短刃23Sは芯上がりに形成されているが、芯下がりに形成されていてもよい。
先端面21における中心軸線Oの周囲には、底刃の回転方向前側に基端側に向けて凹状に切除されたギャッシュ溝24が所定間隔で4つ形成されている。ここで、長刃23Lの回転方向前方に形成されたギャッシュ溝24を長刃ギャッシュ溝24A、短刃23Sの回転方向前方に形成されたギャッシュ溝24を短刃ギャッシュ溝24Bと呼称するものとする。
【0024】
先端面21において、各ギャッシュ溝24とその回転方向DRの後方側に形成された2番逃げ面25との交差稜線部が長刃23Lである。2番逃げ面25の回転方向後方側には3番逃げ面26が形成されている。長刃23Lの回転方向DRの前方側に形成された長刃ギャッシュ溝24Aに長刃すくい面24aが形成されている。長刃23Lの2番逃げ面25は例えば凸曲面状または平面状に形成され、その回転軌跡が長刃23Lによる加工面を擦過しないように基端側に後退して正の逃げ角が設定されている。各長刃23Lの長刃ギャッシュ溝24Aは後端側が切屑排出溝27に沿って延びて接続されて基端側に延びていると共に、先端側は芯上がりに沿って中心軸線Oを超えて反対側に延びている。
【0025】
また、先端面21において、各ギャッシュ溝24とその回転方向後方側に形成された2番逃げ面25との交差稜線部が短刃23Sである。2番逃げ面25の回転方向後方側には3番逃げ面26が形成されている。短刃23Sの回転方向前方側に形成された短刃ギャッシュ溝24Bに短刃すくい面24bが形成されている。短刃23Sの2番逃げ面25は例えば凸曲面状または平面状に形成され、その回転軌跡が短刃23Sによる加工面を擦過しないように基端側に後退した正の逃げ角が設定されている。各短刃23Sの短刃ギャッシュ溝24Bは後端側が切屑排出溝27に接続されるように基端側に延びていると共に、先端側は短刃23Sの中心軸線側に向けてその近傍まで延びている。
【0026】
第1エンドミル100における中心軸線Oに直交する断面と、2番逃げ面25との角度を、底刃2番角θ2と呼称する。本実施形態において、底刃2番角θ2は10°以上20°未満であり、より好ましくは12°以上17°以下の範囲に設定されている。これにより、摩耗による接触面積を減らし、摩擦による発熱を抑える。
【0027】
図4、
図5、
図6は本発明の第2実施形態による切削工具としての第2エンドミル200を示すものである。以下、第2エンドミル200においては、第1エンドミル100における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図4において、第2エンドミル200は、略円柱状に形成されていて中心軸線Oを中心に回転される工具本体10とその先端部に形成された第2切刃部220(切刃部)とを備えている。第1エンドミル100と第2エンドミル200とは、工具本体10を備えている点で同じであるが、第2エンドミル200は第2切刃部220を備えている点で相違する。
【0028】
第2切刃部220は、第2エンドミル200において先端側に位置する。第2切刃部220は、底刃と外周刃22との境界にコーナ部Rを備える、いわゆるラジアスエンド形状である。つまり、第2エンドミル200は、いわゆるラジアスエンドミルである。第2エンドミル200は、第1エンドミル100の構成に加えてコーナ部Rを備える点で相違し、その他の構成は同じである。
【0029】
次に、本実施形態に係る第1切刃部20の先端形状、第1すきま角θa、第2すきま角θb、及び底刃2番角θ2を備えることによる被削材の加工面への影響につき、下記の性能試験により確認を行った。
被削材はS50Cとした。回転数を13270min-1とした。送り速度は1600mm/minとした。軸方向の切り込み深さapを0.05mmとした。径方向の切り込み深さaeを3.6mmとした。クーラントはオイルミストを使用した。また、切刃部の直径は6mm、首下長さを20mm、第1すきま角θaを1°、第2すきま角θbを5°とした。
【0030】
図9において、本実施形態に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、すきま角の違いによる底刃の摩耗状態の違いの結果を示す。図内上側に示す、すきま角が1°である従来品は、270m加工後の底刃の摩耗幅Wが1.03mmであった。これに対して、図内下側に示す、本実施形態に係る第1すきま角θaを1°、第2すきま角θbを5°としたエンドミルは、摩耗幅Wが0.395mmであり、従来品の半分以下となることが確認できた。よって、工具摩耗を抑制することを確認した。更に、加工面においても、従来品においては切削痕が発生している。これに対し、本実施形態に係るエンドミルにおいては切削痕が発生していないことが確認できた。
【0031】
図10において、本発明に係るエンドミルと従来品のエンドミルにおける、底刃2番角θ2の違いによる底刃の摩耗状態の差の結果を示す。図内上側に、切削距離を180m、加工時間を2時間とした場合における、底刃2番角θ2がそれぞれ7°、15°、20°のエンドミルに係る結果を示す。図内下側に、切削距離を270m、加工時間を3時間とした場合における、底刃2番角θ2がそれぞれ7°、15°、20°のエンドミルに係る結果を示す。
【0032】
切削距離を180m、加工時間を2時間とした場合において、底刃2番角θ2が7°の場合に摩耗幅Wが抑制できていないことを確認した。底刃2番角θ2が15°の場合においては、摩耗幅Wが抑制され、問題ないことを確認した。底刃2番角θ2が20°の場合は、刃先が欠けため、2時間以降の加工の継続が不可との結果になった。このため、底刃2番角θ2は20°未満が好ましいことを確認した。
【0033】
切削距離を270m、加工時間を3時間とした場合において、底刃2番角θ2が7°の場合には刃先の欠けは発生しなかったものの、摩耗が大きいことから火花が発生し、3時間以降の加工の継続が不可との結果になった。底刃2番角θ2が15°の場合においては、刃先の欠けや摩耗が大きいといった問題が生じることなく、3時間以降も加工の継続が可能であり、摩耗幅Wの抑制及び耐欠損性に優れていることを確認した。
以上から、本実施形態に係るエンドミルの刃先の各諸元は、第1すきま角θaを1°、第2すきま角θbを5°、底刃2番角θ2を15°とすることが最も好ましいことを確認した。
【0034】
以上説明したように、本実施形態に係るエンドミルによれば、第1すきま角部23aのすきま角が0°以上2°以下である。よって、加工面の安定性を確保し、理論面粗さを向上することができる。第2すきま角部23bのすきま角が3°以上10°以下である。よって、切刃部の先端の径方向の摩耗を抑え、切削抵抗を低減することができる。また、切削時は第1すきま角部23aと第2すきま角部23bとの両方によって被削材を切削するが、第1すきま角部23aの輪郭のみが切削後の被削材の表面に残る。よって、加工面の安定性と耐摩耗性を両立することができる。
切刃部の底刃2番角が10°以上20°未満であることで、切刃部の摩耗による接触面積を減らすことができる。これにより、摩擦による発熱を抑えることができる。また、切刃部の接触面積を減らし、切削負荷を下げることで、耐欠損性を向上することができる。よって、加工面の安定性を向上することができる。
【0035】
また、第1すきま角部23aの寸法が、切刃部の直径の1.5%以上7%以下であることで、理論面粗さの向上と切削抵抗の低減を最善の効率で両立することができる。
【0036】
また、工具本体10が超硬素材により形成され、切刃部がサーメット素材により形成される。工具本体10を超硬素材により形成することで、スクエアエンドミル及びラジアスエンドミルの形成を容易とすることができる。よって、高い切削性を備えたスクエアエンドミル及びラジアスエンドミルを、効率的に量産することができる。
【0037】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第1切刃部20の刃数は、被削材等の条件等を適宜検討の上、2枚刃であってもよいし、3枚刃であってもよいし、その他任意の刃数に設定してよい。
また、各2枚の長刃23Lと短刃23Sは周方向に不等分割に配置されていてもよい。
【0038】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0039】
10 工具本体
23a 第1すきま角部
23b 第2すきま角部
O 中心軸線
θa 第1すきま角
θb 第2すきま角