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発明の名称 高剛性エンドミル
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−175112
公開日 平成10年(1998)6月30日
出願番号 特願平8−352897
出願日 平成8年(1996)12月13日
代理人
発明者 高橋 利尚 / 紺谷 康夫
要約 目的
金属部品の成形加工に供するソリッドのエンドミルに関し、従来に増して耐久性、仕上げ面精度が優れる、高速切削に適する高剛性エンドミルを提供する。

構成
直径が6mm以上、刃数が8刃以上であって、刃溝の深さがピッチ比の0.5倍以下、1刃当たりのチップポケットの面積Sが軸直角断面に投影したとき、S≧0.25×π×(ピッチ比)2で表される、また、刃数をピッチ比が0.5ないし1.5の範囲内の整数となるよう選択することにより構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】 シャフト状の形状をした本体からなり、前記本体の一端に、その長手軸に沿ってねじれた複数の外周切れ刃を配置した刃部が形成され、かつ、刃部の直径が6mm以上のエンドミルにおいて、前記エンドミルは、上記外周切れ刃の刃数が8刃以上であって、かつ、前記エンドミルの刃溝の深さが、前記エンドミルの刃部の直径を前記エンドミルの刃数で除した値の0.5倍以下、1刃当たりのチップポケットの面積Sが前記チップポケットを前記エンドミルの軸直角断面に投影したとき下式で表されることを特徴とする高剛性エンドミル。
S≧0.25×π×(ピッチ比)2 (mm2
但し、πは円周率【請求項2】 シャフト状の形状をした本体からなり、前記本体の一端に、その長手軸に沿ってねじれた複数の外周切れ刃を配置した刃部が形成されたエンドミルにおいて、前記エンドミルは、上記外周切れ刃の刃数が、ピッチ比が0.5ないし1.5の範囲内の整数となるよう選択されたことを特徴とする高剛性エンドミル。
【請求項3】 請求項1、2記載ののエンドミルにおいて、ねじれ角が40°〜60°であって、軸直角断面におけるすくい角が−20°〜0°であることを特徴とする高剛性エンドミル。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、マシニングセンタなどの工作機械で用いる、主として金属部品の成形加工に使用するソリッドのエンドミルに関するもので、特に従来に増して高速切削に適するよう改良を加えた高剛性エンドミルに関する。
【0002】
【従来の技術】マシニングセンタなどの工作機械を用いた、金型をはじめ金属部品の成形、仕上げ加工には各種のエンドミルが用いられるが、なかでもソリッドのエンドミルは外周刃をねじれ刃にしたり、すくい角を大きくするなど、切削性をよくする手段を講じやすく、かつ切れ刃精度にも優れるため広く用いられている。近年、切削加工の高速化が進み、高切削速度にも対応できるCBN焼結体などの新工具材料が関心を集めているが、これらの焼結材料は耐摩耗性には優れるものの、素材の形状が限られている上、素材の加工性が悪く所望の工具形状が得られるまでには至っていない。一方、在来の工具材料である超硬合金などを用いる工具においても、形状を工夫して高速切削への対応を試みたものがある。例えば、特開平5−337720号には、複数の切れ刃をもつエンドミルで、すくい角を−30°〜0°、ねじれ角を45°〜60°、チップポケットの深さを0.5〜1.5mm、フラット幅を0.5〜3mmにした、高速切削に適合するエンドミル(以下、従来品1という)が示されている。また、特開平5−337721号には、複数の切れ刃をもつエンドミルで、すくい角を−30°〜0°、ねじれ角を45°〜60°、チップポケットの深さをエンドミル直径の5〜15%、フラット幅を0.2〜3mmにした、高速切削に適合するエンドミル(以下、従来品2という)が示されている。さらに、特開平5−345214号には、複数の切れ刃をもつエンドミルで、すくい角を負に、心厚すなわちコア径をエンドミル直径の70〜90%にして、切削速度70m/min、1刃当たりの送り0.1mmの高速高送りが可能な低硬度材の切削方法が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】切削工具を高速仕様の工作機械で用いる場合、高切削速度に起因する熱的損傷が顕著となる。また単位時間内に切れ刃が工作物と接触する回数が増加するため、切れ刃に衝撃がかかる回数が増して、チッピングや欠け等が生じやすい。従来品1および従来品2においては、すくい角を負に、チップポケットを浅くして切れ刃の剛性を上げ、ねじれ角を強くして切れ味を補い、さらに強ねじれの弊害である切れ刃先端の強度不足を、適正な大きさのフラット幅を設けることで緩和して高速切削を実現しようとするものである。高速高送りが可能な低硬度材の切削方法においても、すくい角を負に、コア径を大きくしてチップポケットを浅くし、切れ刃の剛性を上げることで高速高送りを可能としたものである。しかし、コア径を大きくしてチップポケットを浅くした場合は、エンドミルの剛性は高まるものの、切り屑がチップポケットに詰まって切削作用を阻害して、高速切削の実現には限界がある。また、ソリッドエンドミルは実質的に直径1mm以下の小径から、50mmを越える大径までの範囲が存在し、切削のパフォーマンスについて全サイズを同一に論じることには無理がある。このように、高速切削を実現する上に単なる工具の高剛性化のみでは不十分という問題があった。
【0004】
【本発明の目的】本発明は、以上の問題を解消するためになされたものであり、主として金属部品の成形加工に供するソリッドのエンドミルに関するもので、特に高速回転、高速送りで用いて耐久性、仕上げ面精度が優れる、従来に増して高速切削に適するよう改良を加えた高剛性エンドミルを提供するものである。
【0005】
【問題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達成するために、シャフト状の形状をした本体1からなり、前記本体1の一端に、その長手軸に沿ってねじれた複数の外周切れ刃3を配置した刃部2が形成され、かつ、刃部の直径が6mm以上のエンドミルにおいて、上記外周切れ刃3の刃数が8刃以上であって、かつ前記エンドミルの刃溝の深さが、前記エンドミルの刃部の直径(単位mm)を前記エンドミルの刃数で除した値(以下、ピッチ比と略称する。)の0.5倍以下、1刃当たりのチップポケットの面積Sが前記チップポケットを前記エンドミルの軸直角断面に投影したとき以下の式で表されるようにしたものである。
S≧0.25×π×(ピッチ比)2 (mm2
但し、πは円周率を示す。
【0006】さらに、シャフト状の形状をした本体1からなり、前記本体1の一端に、その長手軸に沿ってねじれた複数の外周切れ刃3を配置した刃部2が形成されたエンドミルにおいて、上記外周切れ刃3の刃数が、ピッチ比が0.5ないし1.5の範囲内の整数となるよう選択したものである。また、上記のエンドミルにおいて、ねじれ角が40°〜60°であって、軸直角断面におけるすくい角が−20°〜0°としたものである。
【0007】
【作用】従来、エンドミルの刃形はエンドミルの直径に合わせて決められるのが慣例であり、エンドミルが小径の場合は刃形を小さくして微小な切り込みで使用し、直径が大きくなると大切り込みで切削できるよう刃形も大きくしていた。高速仕様の工作機械を用いた高速切削においては、従来形の機械を用いた場合に比べて回転数すなわち切削速度、送り速度ともに十分に速いから、切り込み量は小さくとも切削能率は大幅に増加する。この観点に立てばエンドミルのチップポケットは、必ずしも大きくする必要はない。むしろチップポケットが小さくても、刃数が多い方が、1刃が分担する切削量が軽減され、またエンドミル本体の剛性が高くなって切削中の変形が抑制され、結果として工具寿命を延長し、仕上面精度を良くできる利益がある。
【0008】本願発明を適用することにより、直径が6mm以上のエンドミルの場合は刃数が8刃以上であって、刃溝深さがピッチ比の0.5以下であり、かつチップポケットの大きさSを上述の式のようにしたから、従来より刃形は小さくなるにもかかわらず、切り屑排除に要する大きさのチップポケットを確保している。ここで、上記式は切り屑排除に必要なチップポケット部分の大きさを切れ刃部分より大きくして、高送りに対応させるものである。チップポケット部分の大きさはピッチ比が大きい大径のエンドミルほど切り屑が大きいから慎重に配慮すべきであって、面積Sを規定する必要があることを見出したのもである。尚、面積Sの意味するところは、前記エンドミルの直径とコア径とで挟まれた切れ刃とチップポケットを構成する部分において、少なくともチップポケットの占める面積の方を大きくすることにある。式に従えば直径が小さい場合ほどチップポケットの占める面積が大きくなるが、曲率が大きくて切り屑が排出しにくい小径の場合はかえって好ましいのである。この面積Sは切れ刃を形成したあとでの断面投影図等によって求めることができる。
【0009】さらに、エンドミルの外周切れ刃3の刃数を、ピッチ比が0.5ないし1.5の範囲内の値となるよう選択できるようにしたのは、エンドミルの直径如何にかかわらず切れ刃の大きさを一定にして、直径が大きい場合は刃数を増やして切削できるようにしたものである。上述のとおり、エンドミルの刃形はエンドミルの直径に合わせて決められるのが慣例であり、エンドミルが小径の場合は2刃、直径が大きくなると大切り込みで切削できるよう4刃ないし8刃程度が採用されていた。ここで、ピッチ比はD/zで表されるからピッチ比が一定の場合はエンドミル直径の増加とともに刃数も増加する。すなわち、ピッチ比は切れ刃の大きさを表し、小径の場合は、その切れ刃を少数だけ、大径の場合は多数設けることができるのである。高速高送り切削の場合は回転数と送り速度で切削能率を上げれば良いから、切り込みは小さくても差し支えはない。エンドミルの直径が10mm以上であれば、ピッチ比が1.3程度の切れ刃があればよく、前記直径が3〜10mm程度であればピッチ比が0.6程度の切れ刃でよい。むしろ刃数をできるだけ増すことによって、高送りに際しても工具寿命を長くできるという効果を生む。例えば、直径10mm、刃数8刃と直径20mm、刃数16刃とはピッチ比が同じであって、刃数が2倍であるから、単純には工具寿命が2倍となる。直径が2倍になると、また刃部の剛性はその4乗に比例することが知られているから、直径が2倍になると剛性は16倍が得られる。すなわち、加工精度が向上するほか、工具の変形に起因する障害が無視でき、工具寿命の改善にも寄与することになる。
【0010】ところで、高速切削においては切り屑の飛散や集積が切削遂行にあたって障害となりやすく、対策を必要とする。その手段としてすくい角を負角とすることが効果のあることが知られた。一般に負のすくい角は、刃物角を大きくし切れ刃の強度を強くして、切削抵抗の大きい硬質材や難削材の切削に適応させるために用いられるものである。しかし高速切削においては軟質材であってもすこぶる切削性がよく、この理由は切り込みが小さいことのみでなく、負角のため切削した切り屑が刃溝に滞留することなく、円滑に排出されるためであることが知られたのである。従ってこれを組み合わせることにより、本発明の効果は一層顕著なものとなるのである。しかし、負角の範囲は多き過ぎると切削抵抗のみが増して実質的に切削不可能となるため切削方向に対して−15°程度が限度となる。ここで断続切削を緩和して、切削力の変動を小さくするようねじれ角を40°〜60°の範囲としたから、軸直角断面で−20°を限度とした。尚、ねじれ角の方向は、右ねじれ、左ねじれのいずれであっても差し支えない。以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
【0011】
【実施例】図1、図2は本発明の実施例であり、硬質被膜を設けた超微粒子超硬合金製の直径10mm、刃長25mm、全長80mm、刃数8刃のエンドミルである。ここでピッチ比は1.25となるから、コア径は直径比で87.5%である。この値は、従来品においては刃数6刃のとき通常80〜85%とされるから、これにくらべて3〜9%大きく、これを丸軸とみなすと12〜40%の剛性向上が実現できる。また、刃数が多いにも拘らず、チップポケットは図3に示すように切れ刃−刃溝を結ぶ面を9から8に変えることによって、面積Sを大きく設定してあるから、切り屑処理が容易で高送り切削にも適合する。炭素鋼焼鈍材を回転数6000rpm、送り4000mm/minしたとき、従来の6枚刃エンドミルにくらべて、2倍の耐久性を得ることができた。
【0012】図4および図5は本発明のさらに他の実施例であり、同じく硬質被膜を設けた超微粒子超硬合金製の直径20mm、刃長45mm、全長125mm、刃数16枚刃のエンドミルである。すなわちピッチ比は上述の図1に示す直径10mmの場合と同じく1.25mmである。従って、チップポケットの深さは直径10mmの場合と同じ0.625mmである。切削条件も直径10mmの場合と同じく、回転数を下げて3000rpm、送りは4000mm/minとすることができた。ちなみに、刃数6枚刃の従来形のエンドミルの場合、送り速度を2000mm/minまで下げる必要があった。一般に、エンドミルの切削条件は工具材料の性質で決まる切削速度と切れ刃の強度で制限を受ける送り速度の組合せで選択されるが、エンドミルの直径が大きい場合は、切削速度の限界から回転数を大きくすることができず、結果的に送り速度を下げざるを得ない。本発明においてはピッチ比を直径によらず等しくしてあるから大径エンドミルでは刃数を増すことができ、従って送りを落すことはない。
【0013】また、図4に示す実施例においては、コア径が直径比で93.7%となり、エンドミル本体の剛性に関する問題は無視してよく、切削仕上面粗さ、切削面のたおれなどの仕上面精度は極めて優秀であった。尚、チップポケットの面積Sを刃部面積の1/2以上に大きくしたため、負のすくい角の作用とあいまって、切削作用に連続して切り屑を滞留することなく排除させる働きをなしている。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、主として金属部品の成形加工に供するソリッドのエンドミルについて、特に高速回転、高速送りで用いる高速切削用のエンドミルについて改良がなされた結果、従来に増して耐久性、仕上げ面精度が優れる高速切削用の高剛性エンドミルが実現できたのである。




 

 


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