JP2010234462A - エンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】良好な仕上面が期待できるソリッドエンドミルで、また、各種切削状態、各種加工物の板厚に対応してバリの発生を極力抑える切削条件が変化する場合でも、バリの発生を極力抑えることができるエンドミルを提供する。
【解決手段】切刃部３に、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向にねじれて螺旋状に形成される第１の外周刃４Ａと、後端側から先端側に向けてエンドミル回転方向とは逆の回転方向にねじれて螺旋状に形成される第２の外周刃４Ｂとが設けられる。切刃部の先端部には、第１の外周刃の径が第２の外周刃の径よりも大に設定された第１の外周刃大径部が設けられ、切刃部の後端部には、第２の外周刃の径が第１の外周刃の径よりも大に設定された第２の外周刃大径部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ねじれ刃を有するエンドミルに関するものである。

ねじれ刃のあるエンドミルは、切削抵抗を低減し切れ味が向上するものの、切刃作用の終点においては機構上バリが発ししやすい。特に、被削材がバリの発生し易い材料であったり、形状が板材状であったりする場合には、バリの問題は大きくなる。
近年、航空機用として用いられる難削性材料である炭素繊維複合材（ＣＦＲＰ）からなる板材をねじれ刃のあるエンドミルを用いて加工することが行われているが、その際に生じるバリは、積層されたフアイバーの剥離を生じさせるいわゆるデラミネーションの起因となるので、なんとしても避ける必要がある。

このようなバリの問題に対処するエンドミルとして、例えば特許文献１に、ストレート状に形成された軸体の外周に、左螺旋状の外周刃と右螺旋状の外周刃とをそれぞれ備えるものが開示されている。このようなエンドミルは、ねじれ方向の異なる２種類の外周刃を備えることで、左螺旋状の外周刃による切削で生じるバリを、右螺旋状の外周刃により除去することにより、バリの発生を極力抑えるようとするものである。

また、特許文献２には、エンドミルのシャンク部側に一方のねじれ方向をもつ螺旋状の第１の刃部を設けるとともに、エンドミルの先端側に一方とは逆の他方のねじれ方向をもつ螺旋状の第２の切部を設けるものが開示されている。このようなエンドミルも、第１の刃部による切削で生じるバリを、第２の刃部により除去することにより、バリの発生を極力抑えるようとするものである。

特開昭６４−２０９１３号公報 特開平６−２４６５２５号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載のエンドミルでは、左螺旋状の外周刃による切削で生じたバリを、右螺旋状の外周刃によって除去することを企図して作られたものの、左螺旋状の外周刃で加工した部分を、左螺旋状の外周刃で必ず切削できる保証はなく、バリの発生を所望どおり抑えることが難しいという課題が残されていた。
つまり、例えば、被削材が板状の場合、上面近傍は最終的に左螺旋状の外周刃で加工し、下面近傍は最終的に右螺旋状の外周刃で加工するのがバリを除去する上で必要であるが、切削条件によっては、左螺旋状の外周刃が下面近傍を加工し、右螺旋状の外周刃が上面近傍を加工する場合もあって、必ずしも理想的な切削加工を行えるわけではない。

また、特許文献２に記載のエンドミルにおいては、先端側とシャンク部側に異なるねじれの刃部（外周刃）を形成しなければならず、ソリッドエンドミルの場合に幾何学上製造が困難になる。先端側とシャンク部側に異なる刃部（外周刃）をもつ接合タイプのエンドミルであるため、安価に製作できない。接合部分で切屑がぶつかりあう可能性があり、切屑排出性に難がある。接合部分に切刃の境界部があり、この境界部が仕上加工面に筋となって転写するため、仕上加工面の性状に問題が出る可能性があるという課題が残されていた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、良好な仕上面が期待できるソリッドエンドミルで、また、各種切削状態、各種加工物の板厚に対応してバリの発生を極力抑えることができ、また、切屑の排出性および仕上加工面の性状に問題が生じるおそれもないエンドミルを提供することを目的としている。

前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のエンドミルは、切刃部に、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向にねじれて螺旋状に形成される第１の外周刃と、後端側から先端側に向けて前記エンドミル回転方向とは逆の回転方向にねじれて螺旋状に形成される第２の外周刃とが設けられ、前記切刃部には、第１の外周刃の径が第２の外周刃の径よりも大に設定された第１の外周刃大径部が設けられ、前記切刃部の前記第１の外周刃大径部が設けられた位置よりも後端部（後端側）には、第２の外周刃の径が第１の外周刃の径よりも大に設定された第２の外周刃大径部が設けられていることを特徴とする。

従って、このような構成のエンドミルでは、切刃部に、第１の外周刃の径が第２の外周刃の径よりも大に設定された第１の外周刃大径部が設けられ、切刃部の前記第１の外周刃大径部が設けられた位置よりも後端部に、第２の外周刃の径が第１の外周刃の径よりも大に設定された第２の外周刃大径部が設けられているから、当該エンドミルにより例えば板材を切削加工する際に、板材の上面部近傍では、最終的な仕上加工面は、径方向外方へ張り出す第２の外周刃大径部の螺旋に沿って、板材の上面側から中央部に向かって切削が行われ、板材の下面部近傍では、最終的な仕上加工面は、径方向外方へ張り出す第１の外周刃大径部の螺旋に沿って、板材の下面側から中央部に向かって切削が行われることが可能になる。したがって、板材の上面部および下面部のいずれでもバリが生じない。また、第１、第２の外周刃により切削された際の切屑は、それら外周刃に沿って板材の上面部および下面部側にそれぞれ移送されるので、切屑の良好な排出性が確保される。また、切刃部の軸線方向中央部に第１の外周刃と第２の外周刃の境界部が形成されておらず、仕上加工面の性状の問題は生じない。

ここで、前記エンドミル回転方向はシャンク部側から見て右回転であり、前記第１の外周刃は右ねじれ右刃、かつ、前記第２の外周刃は左ねじれ右刃であることが望ましい。これにより、エンドミルを通常の装置に組みつけて使用する回転状況に合わせることができ、汎用性に優れるものとなる。

また、前記第１の外周刃と第２の外周刃を、エンドミル本体の周方向に複数形成してもよい。

また、軸線を中心に回転した際に、前記第１の外周刃で形成される回転軌跡は先端側が大径側となる逆テーパー状に形成され、前記第２の外周刃で形成される回転軌跡は後端側が大径側となる順テーパー状に形成されるようにしてもよい。これにより、例えば、板材を切削加工する際に、板材の上面部に第２の外周刃大径部が、また、板材の下面部に第１の外周刃大径部がそれぞれ関わる限りにおいては、板材の上面部近傍および下面部近傍においてバリが生じない切削加工が行える。つまり、切削対象である板材に対しエンドミルを高精度で上下方向の位置決めを行うことなく、板材の上下面部にバリが生じない切削加工が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、良好な仕上面が期待できるソリッドエンドミルで、また、各種切削状態、各種加工物の板厚に対応して、被削材の上下面部分にバリが生じるのを極力抑えることができ、また、切屑の排出性および仕上加工面の性状に問題が生じるおそれもない。

本発明の実施形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態を示す正面図である。 本発明の実施形態を示す側面図である。 本発明の実施形態を示す上面図である。 本発明の実施形態を示す切刃部の概要を説明するための図で、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は展開図、（ｃ）は外周刃の形状を示す図、（ｄ）は軸線を中心に切刃部を回転したときの回転軌跡を示す図である。 本発明の実施形態を示す切刃部の先端部近傍の断面図である。 本発明の実施形態を示す切刃部の軸線方向中央部近傍の断面図である。 本発明の実施形態を示す切刃部の後端部近傍の断面図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の他の変形例を示す図である。 従来のエンドミルの切刃部の概略を示すもので、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は展開図、（ｃ）は外周刃の形状を示す図、（ｄ）は外周刃の他の形状を示す図、（ｅ）は外周刃のさらに他の形状を示す図である。

図１〜図３に示す本発明の実施形態において、エンドミル１は、超硬合金等の硬質材料によって形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その後端側部分（図２において右側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに先端側部分（図２において左側部分）は切刃部３とされている。そして、エンドミル１は、シャンク部２が工作機械の主軸に保持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出され、また場合によっては該軸線方向先端側にも送り出されることにより、前記切刃部３により被削材に切削加工を施す。

切刃部３の外周には、その後端側から先端に向けて軸線Ｏ回りに螺旋状に形成される複数の外周刃（４Ａ、４Ｂ）が形成されている。外周刃は、後端から先端に向かいエンドミル回転方向Ｔ（シャンク部側から見て右回転）にねじれて螺旋状に形成される第１の外周刃４Ａと、後端から先端に向けてエンドミル回転方向とは逆の回転方向（シャンク部側から見て左回転）にねじれて螺旋状に形成される第２の外周刃４Ｂとを備える。なお、この明細書において、回転方向およびねじれ方向の左右は、シャンク部２側から切刃部３を見たときを基準にいうものとする。

すなわち、エンドミル回転方向は右回転、第１の外周刃４Ａは右ねじれ右刃、第２の外周刃４Ｂは左ねじれ右刃とされる。そして、これら第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂ、は、この実施形態の場合それぞれ切刃部３の周方向に交互に２条ずつ合計４条形成されている。第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂのエンドミル回転方向側には、それら第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂに沿いながら切刃部３の後端から先端に向けて、それぞれ右ねじれ方向および左ねじれ方向に延びる切屑排出溝５が形成されている。これらの切屑排出溝５は、軸線Ｏに直交する断面において凹曲線状をなすように凹んで形成されている。

図５は前記エンドミル１の切刃部３の概要を説明するための図で、（ａ）は正面から見た図、（ｂ）は展開図、（ｃ）は外周刃の形状を示す図、（ｄ）は軸線を中心に切刃部を回転したときの回転軌跡を示す図である。なお、これらの図において見易さのため、第１の外周刃４Ａと第２の外周刃４Ｂはそれぞれ１条ずつしか表していない。
図５（ｃ）にも示すように、第１の外周刃４Ａの軸線からの距離は、切刃部３の後端部から先端部に向けて漸次大になるように形成されている。一方、第２の外周刃４Ｂの軸線Ｏからの距離は、切刃部３の後端部から先端部に向けて漸次小になるように形成されている。すなわち、軸線を中心に当該エンドミルを回転した際に、図５（ｄ）に示すように、第１の外周刃４Ａの回転軌跡Ｍ_Ｒは先端側が大径側となる逆テーパー状に形成され、第２の外周刃４Ｂの回転軌跡Ｍ_Ｌは後端側が大径側となる順テーパー状に形成される。

第１の外周刃４Ａと第２の外周刃４Ｂとの関係を、図６〜図８を参照しながらより具体的に説明する。図６は切刃部３の先端部近傍の断面図、図７は切刃部３の軸線方向中央部近傍の断面図、図８は切刃部３の後端部近傍の断面図である。
図６に示すように、切刃部３の先端部近傍では、第１の外周刃４Ａの軸線からの距離Ｄ_１Ｒは、第２の外周刃４Ｂの軸線からの距離Ｄ_１Ｌよりも大とされている。図６に示すように、切刃部３の中央部近傍では、第１の外周刃４Ａの軸線からの距離Ｄ_２Ｒは、第２の外周刃４Ｂの軸線からの距離Ｄ_２Ｌと略同程度とされている。また、図７に示すように、切刃部３の後端部近傍では、第１の外周刃４Ａの軸線からの距離Ｄ_３Ｒは、第２の外周刃４Ｂの軸線からの距離Ｄ_３Ｌよりも小とされている。

すなわち、切刃部３の先端部には、第１の外周刃４Ａの径が第２の外周刃４Ｂの径よりも大に設定された第１の外周刃大径部４ＡＡが設けられ、前記切刃部３の後端部には、第２の外周刃４Ｂの径が第１の外周刃４Ａの径よりも大に設定された第２の外周刃大径部４ＢＢが設けられている（図５（ｂ）〜（ｄ）参照）。
なお、比較のため、図１１に図５に対応する従来のエンドミルの切刃部の概略を示す。図１１（ａ）は切刃部を正面から見た図、（ｂ）は切刃部の展開図、（ｃ）は外周刃の形状を示す図、（ｄ）は外周刃の他の形状を示す図、（ｅ）は外周刃のさらに他の形状を示す図である。これらの図おいて切刃部の外周に形成される外周刃は、右ねじれ右刃４０が２条形成される。軸線を中心に従来のエンドミルを回転した際に、図１１（ｃ）〜（ｅ）に示すように、右ねじれ右刃４０のみからなる外周刃の回転軌跡としてストレート、逆テーパー状、及び順テーパー状の３種類がある。

一方、図３にも示すように、エンドミル本体１の先端部には、前記切屑排出溝５から内周側に延びるギャッシュ６が形成されており、このギャッシュ６のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面６Ａは、断面凹曲線状をなす前記切屑排出溝５の壁面をエンドミル本体１の外周に至るまで平面状に切り欠くように形成されていて、この壁面６Ａの先端側辺稜部に、前記第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂの先端からそれぞれエンドミル１の内周側に延びる底刃７が形成されている。

従って、前記ギャッシュ６の壁面６Ａが底刃７のすくい面とされて、外周刃４と同じく複数（４条）の底刃７が、図１に示すように軸線Ｏ方向先端側から見てエンドミル１先端部の外周側から内周側に向けて直線状に延びるように形成されている。ここで、本実施形態のエンドミルは、第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂの軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏを中心とする略円筒状（正確には、逆テーパー状または順テーパー状）とされるとともに、この外周刃４Ａ、４Ｂと底刃７とが同回転軌跡で略直交するスクエアタイプのエンドミルとされている。

これらの底刃７は、４条の底刃７のうち、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する２条の第１の底刃（第１の外周刃４Ａに連続する底刃）７Ａが、他の底刃である残りの一対の第２の底刃（第２の外周刃４Ｂに連続する底刃）７Ｂよりも、エンドミル回転方向Ｔに隣接する底刃（第１の底刃７Ａに対しては第２の底刃７Ｂ。第２の底刃７Ｂに対しては第１の底刃７Ａ）７との周方向の間隔が小さくされている。
なお、第１の底刃７Ａ同士と第２の底刃７Ｂ同士とは、軸線Ｏに関して互いに１８０°回転対称位置に配置されている。すなわち、本実施形態では第１の底刃７Ａと第２の底刃７Ｂとが交互に形成されている。

また、本実施形態では、前記第１の底刃７Ａは第１の外周刃４Ａと交差するその外周端から内周側に向けてエンドミル先端における前記軸線Ｏの近傍にまで延びているのに対し、第１の底刃７Ｂはその外周端から内周側に向けて軸線Ｏから僅かに離れた位置までに形成されている。すなわち、第２の底刃７Ｂは第１の底刃７Ａよりも軸線Ｏに対する径方向の長さが短くされている。

次に、前記構成のエンドミルの作用について説明する。
エンドミル１を右方向に回転させながら、切刃部３を加工対象である例えば炭素繊維複合材からなる板材Ｗの高さにそろえ、板材Ｗの面方向に沿って移動させる（図５（ｄ）参照）。

このとき、被削材である板材Ｗの上面部近傍では、最終的な仕上加工面は、径方向外方へ張り出す第２の外周刃大径部４ＢＢの螺旋に沿って、板材Ｗの上面側から中央部に向って切削が行われる。したがって、板材Ｗの上面ではバリが発生しない。一方、板材Ｗの下面部近傍では、最終的な仕上加工面は、径方向外方へ張り出す第１の外周刃大径部４ＡＡの螺旋に沿って、板材Ｗの下面側から中央部に向って切削が行われる。このように、板材Ｗの上面部および下面部のいずれでもバリが生じない切削加工が同時に行えることとなり、また、切削加工後のバリ取りのための後加工も不要となる。

また、本実施形態では、軸線を中心に当該エンドミル１を回転した際に、第１の外周刃４Ａの回転軌跡Ｍ_Ｒが端側を大径側となる逆テーパー状に形成され、第２の外周刃４Ｂの回転軌跡Ｍ_Ｌが後端側を大径側となる順テーパー状に形成されていて、切刃部３の上部に、径方向外方へ張り出す第２の外周刃大径部４ＢＢが広範囲に亘って形成されるとともに、切刃部３の下部に、径方向外方へ張り出す第１の外周刃大径部４ＡＡが広範囲に亘って形成されている。

このため、切削の際に当該エンドミル１がその中央部を板材Ｗの厚さ方向中央部に合致せず、多少上下方向へずれる場合でも、板材Ｗの上面部に第２の外周刃大径部４ＢＢが、また、板材Ｗの下面部に第１の外周刃大径部４ＡＡがそれぞれ関わる限りにおいては、前述したように、板材Ｗの上面部近傍および下面部近傍においてバリが生じない切削加工が行える。

なお、前記した実施形態はあくまで本発明の例示であり、発明の要旨を逸脱しない限り、適宜設計変更可能である。
例えば、前記実施形態では、第１の外周刃４Ａと第２の外周刃４Ｂは、軸線を中心に回転した際に、第１の外周刃４Ａの回転軌跡Ｍ_Ｒが逆テーパー状となるように、また第２の外周刃４Ｂの回転軌跡Ｍ_Ｌが順テーパー状となるように形成しているが、これに限られることなく、第１の外周刃４Ａの回転軌跡Ｍ_Ｒが上部をストレート状かつ下部を逆テーパー状とするとともに、第２の外周刃４Ｂの回転軌跡Ｍ_Ｌが上部を順テーパー状かつ下部をストレート状としてもよい。

また、第１の外周刃４Ａとして、第１の外周刃大径部４ＡＡを構成する部分である下部に刃部を残し、上部には刃部自体をなくしても良い。第２の外周刃４Ｂも同様で、第２の外周刃大径部４ＢＢを構成する部分である上部に刃部を残し、下部には刃部自体をなくしても良い。

また、第１の外周刃大径部４ＡＡおよび第２の外周刃大径部４ＢＢは、それぞれ必ずしも逆テーパー状あるいは順テーパー状に形成する必要はなく、段階的に軸線０からの距離を変えるようにしても良い。要は、切刃部３の上部に位置する第２の外周刃４Ｂにあるいは切刃部３の下部に位置する第１の外周刃４Ａに、その径が第１の外周刃あるいは第２の外周刃の径よりも大きい部分があれば足りる。
また、前記実施形態では、当該エンドミル１を右回転、第１の外周刃４Ａを右ねじれ右刃、第２の外周刃４Ｂを左ねじれ右刃としたが、これに限られることなく、エンドミルを左回転、第１の外周刃４Ａを左ねじれ左刃、第２の外周刃４Ｂを右ねじれ左刃としてもよい。

また、前記実施形態では、外周刃として第１の外周刃４Ａと第２の外周刃４Ｂをそれぞれ２条ずつ合計４条備える例を挙げて説明したが、これに限られることなく、第１の外周刃４Ａと第２の外周刃４Ｂを１条ずつ備えるものでも、また、それらを３以上の多条ずつ備えるものであっても本発明は適用可能である。

さらに、図９に示すように、第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂが、その外径を互いに同一ピッチ、同一周期で互いに軸線方向にずれて波を打つような形状や、直線や曲線の組み合わせで台形状であってもよい。この場合、第１の外周刃４Ａが半径方向外方へ張り出す部分である第１の外周刃大径部４ＡＡ、および第２の外周刃４Ｂが半径方向外方へ張り出す部分である第２の外周刃大径部４ＢＢはそれぞれ複数形成されることとなる。
さらに、このとき、第１、第２の外周刃４Ａ、４Ｂにおいて、その外径を変化させる際の周期は必ずしも一定である必要はなく、図１０に示すように、周期的に変化させても良い。この場合、板厚の異なる種々の板材Ｗ_１、Ｗ_２、Ｗ_３を、上下面にバリを生じさせることなく切削加工できる利点が得られる。

１ エンドミル
２ シャンク部
３ 切刃部
４Ａ 第１の外周刃
４ＡＡ 第１の外周刃大径部
４Ｂ 第２の外周刃
４ＢＢ 第２の外周刃大径部
６ ギャッシュ
７ 底刃
７Ａ 第１の底刃
７Ｂ 第２の底刃
Ｏ エンドミル１の軸線
Ｔ エンドミル回転方向

Claims (4)

1. 切刃部に、後端側から先端側に向かいエンドミル回転方向にねじれて螺旋状に形成される第１の外周刃と、後端側から先端側に向けて前記エンドミル回転方向とは逆の回転方向にねじれて螺旋状に形成される第２の外周刃とが設けられ、
   前記切刃部には、第１の外周刃の径が第２の外周刃の径よりも大に設定された第１の外周刃大径部が設けられ、
   前記切刃部の前記第１の外周刃大径部が設けられた位置よりも後端部には、第２の外周刃の径が第１の外周刃の径よりも大に設定された第２の外周刃大径部が設けられていることを特徴とするエンドミル。
2. 前記エンドミル回転方向はシャンク部側から見て右回転であり、前記第１の外周刃は右ねじれ右刃、かつ、前記第２の外周刃は左ねじれ右刃であることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
3. 前記第１の外周刃と第２の外周刃は複数あって、それらは前記切刃部の周方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンドミル。
4. 軸線を中心に回転した際に、前記第１の外周刃で形成される回転軌跡は先端側が大径側となる逆テーパー状に形成され、前記第２の外周刃で形成される回転軌跡は後端側が大径側となる順テーパー状に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンドミル。

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