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【発明の名称】 CBNボールエンドミル
【発明者】 【氏名】山中 一史

【氏名】蒲地 哲也

【氏名】久保 三男

【氏名】橋本 義弘

【要約】 【課題】ボール刃の刃先形状を工夫してCBNボールエンドミルの刃先強度の向上と加工面の品位向上を両立させたCBNボールエンドミルを提供する。

【構成】CBN焼結体によって形成されるボール刃の、中心対称形状をなす左右の切れ刃3aの各部の法線方向断面におけるくさび角βを100〜135°、逃げ角αを5〜25°に設定し、ボール刃中心に前記左右の切れ刃の逃げ面6が交わって形成される微小幅のチゼルエッジを備えさせた。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボール刃(3)がCBN焼結体で形成されたCBNボールエンドミルにおいて、ボール刃(3)の中心対称形状をなす左右の切れ刃(3a、3a)の各部の法線方向断面におけるくさび角βを100〜135°、逃げ角αを5〜25°に設定し、ボール刃中心に前記左右の切れ刃の逃げ面(6、6)が交わって形成される微小幅のチゼルエッジ(3b)を備えさせたことを特徴とするボールエンドミル。
【請求項2】
前記チゼルエッジ(3b)の幅Wを0.005〜0.04mmにした請求項1に記載のボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、ボール刃をCBN(立方晶窒化硼素)焼結体で形成したボールエンドミル、詳しくは、高硬度鋼の加工で優れた切れ刃強度と、優れた加工面品位を得ることができるCBNボールエンドミル関する。
【背景技術】
【0002】
焼き入れ鋼などの高硬度鋼の加工には、切れ刃をCBN焼結体で形成した工具が使用されている。そのような工具の中に、ボール刃をCBN焼結体で形成したボールエンドミルがある。その種のボールエンドミルが、例えば、下記特許文献1、2に開示されている。
【0003】
特許文献1が開示しているボールエンドミルは、ボール刃の中心部(ボール先端部)の局所的損傷を低減する目的でボール刃の法線方向のすくい角を外周側からボール先端部に向かって−20°〜0°に徐々に変化させている。
【0004】
また、特許文献2が開示しているボールエンドミルは、3mm以下の小径エンドミルを対象にして、ボール刃の法線方向断面視において法線の基準線と第1逃げ面とにより定義される刃部肉厚の角度を85°以上、90°未満とし、ボール刃の先端部(中心部)に中心対称位置の刃の第1逃げ面同士が交わって形成されるくさび角の大きな強化されたチゼルエッジを設けている。
【特許文献1】特開平10−113809号公報
【特許文献2】特開2005−342835号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
回転切削工具の切削速度は、回転中心に近づくほど小さくなる。そのため、ボールエンドミルはボール先端部の切れ味が悪くなり、切れ刃が硬さと脆さを併せ持つCBN焼結体によって形成されているものは特に、ボール先端部の局所的損傷が起こり易くなる。前掲の特許文献1は、この問題を解消するためにボール刃のすくい角を徐々に変化させてボール先端部でそのすくい角を0°にしているが、そのような構造にする場合、ボール刃の中心に形成されるチゼルエッジの幅を広くしないとボール先端部の強度が不足してチゼルエッジが欠け易くなる。
【0006】
ところが、チゼルエッジの幅が広くなるとボール刃のR精度が悪化して加工精度に悪影響がでる。また、チゼルエッジの幅が広くなるとチゼルエッジによって削られた切屑が排出され難く、加工面の所謂むしれ等の発生頻度が高まる。
【0007】
また、特許文献2のボールエンドミルは、ボール刃中心のチゼルエッジを、中心対称位置の切れ刃(以下では左右の切れ刃と言う)の第1逃げ面相互の稜線で形成しているので、R精度を低下させずにボール刃先端の強度を高めることができるが、第1逃げ面の逃げ角が0.5〜5°と極めて小さくてその第1逃げ面相互の交差稜で形成されるチゼルエッジのくさび角が170°以上となるため、中心部は平面に近い面が被削材に押付けられるような状況となって良好な切削がなされず、加工面にむしれなどが発生し易くなる。
【0008】
このように、特許文献1、2が開示している構造では、ボール刃先端の強度と加工面の品位の少なくとも一方が犠牲になる。
【0009】
そこで、この発明は、ボール刃の刃先形状を工夫してCBNボールエンドミルの刃先強度の向上と加工面の品位向上を両立させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するため、この発明においては、CBN焼結体によって形成されるボール刃の中心対称形状をなす左右の切れ刃の各部の法線方向断面におけるくさび角βを100〜135°、逃げ角αを5〜25°に設定し、ボール刃中心に前記左右の切れ刃の逃げ面が交わって形成される微小幅のチゼルエッジを備えさせる。このボールエンドミルのすくい角γは、γ=(90−α−β)の式で求まり、好ましくは−30°〜−50°である。
【0011】
前記チゼルエッジの幅Wは、0.05mm以下にする。中でも、その幅Wを0.005〜0.04mmの範囲にしたときにボール刃中心部のR精度が特に高くて好ましかった。
【発明の効果】
【0012】
この発明のボールエンドミルは、ボール刃の各部のくさび角βを100〜135°にしたので、優れた刃先強度が確保される。そのために、左右の切れ刃を回転中心まで寄せることが可能になり、チゼルエッジの幅を従来品に比べて大幅に小さくしてボール刃中心部の切削抵抗を低減することができ、切屑排出性を向上させることも可能になる。チゼルエッジの幅が小さいと切屑の切り離れがよく、切屑が切れ残ることが無くなって切屑排出性が向上する。また、チゼルエッジの幅を小さくすることで中心部のR精度が良くなり、加工精度の向上にも結びつく。
【0013】
また、ボール刃の逃げ角を5〜25°にしたことと、特許文献2に比べるとチゼルエッジのくさび角が小さくなることにより、チゼルエッジの切れ味も向上し、これによるボール刃中心部の切削抵抗低減も期待できるものになる。
【0014】
さらに、この発明のボールエンドミルは、常識を越えた大きな負のすくい角をつけて被削材の取り代部分を擦り取るように加工を行う。このために、磨き効果が得られ、従来品に比べて加工面の面粗さも向上する。
【0015】
なお、刃先の保護のために、すくい角を負にしたり刃先をホーニング処理して強化することは一般的になされているが、常用される負のすくい角は平均的には−5°程度、最大でも−20°程度である。負のすくい角をそれ以上に大きくすると切削抵抗が大きくなりすぎて切削ができないと考えられ、負のすくい角をこの発明のエンドミルのように極端に大きくすることは従来はなされていなかった。この点で、この発明のエンドミルは、従来の概念を打ち破ったものと言うことができる。
【0016】
CBNボールエンドミルは1分間当たりの回転数が20000〜50000と言った高速回転で使用される。このような条件で使用するときには、被削材を切り取るのではなく、擦り取るような状況で加工した方が刃先の欠損が少なく、安定した加工がなされることを見出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、この発明の実施の形態を添付図面の図1〜図6に基づいて説明する。例示のCBNボールエンドミルは、シャンク1の先端にCBN焼結体2を接合し、そのCBN焼結体2に、ボール刃3とチップポケットとなるギャッシュ4を設けている。
【0018】
ボール刃3は、中心対称形状をなす半円状の左右の切れ刃3a、3aと、その左右の切れ刃3a、3a間(ボール刃中心)に設けられるチゼルエッジ3bとで構成されている。左右の切れ刃3a、3aの、回転中心から外端に至るθの角度範囲(θは約90°)の部分のすくい面5は、負のすくい角γをもつ面として形成されている。このすくい面5のすくい角γ(図6参照)は、例示のボールエンドミルの場合−40°にしている。
【0019】
また、左右の切れ刃3a、3aの逃げ面は、二番逃げ面6と三番逃げ面7とで形成し、二番逃げ面6の逃げ角α(図3及び図6参照)を20°、三番逃げ面7の逃げ角α1(図3参照)を45°にそれぞれ設定している。
【0020】
さらに、図5に示すチゼルエッジ3bの幅Wを好ましくは、0.005〜0.04mmにし、左右の切れ刃のすくい面5、5の内端を、図5に示すように、回転中心を越えた位置まで入り込ませている。チゼルエッジ3bは、回転中心において左右の切れ刃の二番逃げ面6、6間に形成される稜線によって形成されており、二番逃げ面6の逃げ角αが5〜25°に設定されるため(より好ましくは10〜20°。図示のエンドミルはα=20°)、チゼルエッジ3bのくさび角が170°以下になって、切削抵抗が低減される。
【0021】
その他の寸法は以下のように設定される。今、図2に示すR0.5(加工径φD=1mm)のボールエンドミルの場合、図3に示すギャッシュ4の芯上り量Sが0.05〜0.10mmに設定されてその芯上り量Sの範囲にすくい面5が配置される。また、二番逃げ面6の幅W1は0.10mm程度に、図2の有効刃長Lが約0.7mmにそれぞれ設定される。
【0022】
次に、図7〜図9に基づいて、この発明のボールエンドミルによる加工のメカニズムを説明する。
前掲の特許文献1、2が開示しているボールエンドミルや既存のその他のCBNボールエンドミル(従来品)は、超硬エンドミルに採用されている技術をそのままCBNボールエンドミルに転用しており、シャープエッジで被削材を切るといったイメージの切削になる。図8、図9にその様子を示す。図8は、すくい面5に負のすくい角γをつけているが、その負の角度が一般的には−5°程度と小さいため、刃先が弱くて欠損しやすい。
また、図9のように、刃先の鋭利なエッジを無くすホーニング8を施して刃先を強化することもなされているが、この方法を採ると、切れ味が低下して被削材Wの加工面の品位が悪化する。
【0023】
これに対し、この発明のボールエンドミルは、図7に示すように、くさび角βの大きい切れ刃を−30°以上のすくい角γをつけて被削材Wに押付け、被削材の取り代部分を擦り取るように加工を行う。この場合の加工イメージは研削に近いものになり、削るのと同時に磨き効果が得られる。このために、従来品に比べて加工面の面粗さも向上する。
また、くさび角の大きい切れ刃は強度に優れ、欠損し難い。さらに、切れ刃のくさび角を大きくすることで、左右の切れ刃を回転中心まで寄せてチゼルエッジの幅を小さくすることが可能になるので、ボール刃中心部の切削抵抗の低減と切屑排出性の向上も図れるようになる。また、チゼルエッジ部の幅を小さくすることでボール刃中心部のR精度も良くなる。
【0024】
この発明のボールエンドミルの性能を評価するために試験を行った。以下に、その試験の内容について述べる。
−実施例1−
下記のボールエンドミルを使用して以下の切削条件で被削材を加工し、切削長100mでの刃先損傷状態と加工面の面粗さと加工面のむしれの発生の有無を調べた。この試験は、ボール刃の逃げ角を20°で一定させ、くさび角(すくい角)の変化が評価性能にどのような影響を及ぼすかを調べた。その結果を表1に示す。
【0025】
使用工具:R1.0、逃げ角20°、チゼルエッジ幅0.02mm、シャンク先端に接合したCBN焼結体のCBN含有率52体積%のCBNボールエンドミル
切削条件 回転数 :N20,000min-1
送り速度:F2,000mm/min、f0.05mm/刃
切り込み:Ad0.05mm
ピックフィード:0.05mm
被削材 SKD11(60HRC)
加工形態 平面加工、ドライ切削
切削長 100m
【0026】
【表1】


【0027】
この試験結果によると、くさび角が100°以下では刃先損傷が大きく、また、くさび角が140°では加工面の品位が良くない。そのために、この発明のボールエンドミルは、ボール刃のくさび角を100〜135°の範囲に制限した。
【0028】
−実施例2−
次に、ボール刃のすくい角を−40°で一定させ、逃げ角の変化が評価性能にどのような影響を及ぼすかを調べた。使用工具は、すくい角、くさび角及び逃げ角以外は実施例1と同じCBNボールエンドミルである。切削条件、被削材、切削長は実施例1と同じとした。結果を表2に示す。
【0029】
【表2】


【0030】
この試験結果からわかるように、逃げ角が3°では加工面の品位が良くなく、また、逃げ角が30°では刃先損傷が大きくなるので、逃げ角は5〜25°の範囲に制限した。
【0031】
−実施例3−
ボール刃中心のチゼルエッジの幅が評価性能(ボール刃中心部のR精度と加工面粗さと加工面のむしれ)にどのような影響を及ぼすかを調べた。使用工具は、すくい角を−40°、逃げ角を20°でそれぞれ一定させ、その他の諸元は実施例1と同じCBNボールエンドミルとした。切削条件、被削材、切削長は実施例1と同じとした。結果を表3に示す。中心部のR精度は10本のサンプルを測定し、その平均値を表している。
【0032】
【表3】


【0033】
この試験結果からわかるように、チゼルエッジの幅を0.04mm以下にしたものはボール刃中心部のR精度が極めてよくなっており、加工精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】この発明のCBNボールエンドミルの実施形態を示す側面図
【図2】図1のCBNボールエンドミルの要部の拡大側面図
【図3】図2の矢印A方向の側面図
【図4】図1のCBNボールエンドミルの拡大正面図
【図5】図4のB部をさらに拡大して示す図
【図6】ボール刃の先端の拡大側面図
【図7】この発明のCBNボールエンドミルでの加工状況を示す断面図
【図8】従来のCBNボールエンドミルでの加工状況を示す断面図
【図9】従来のCBNボールエンドミルでの加工状況を示す断面図
【符号の説明】
【0035】
1 シャンク
2 CBN焼結体
3 ボール刃
3a 切れ刃
3b チゼルエッジ
4 ギャッシュ
5 すくい面
6 二番逃げ面
7 三番逃げ面
8 ホーニング
γ すくい角
β くさび角
α 逃げ角
W チゼルエッジの幅
S ギャッシュの芯上り量
L 有効刃長
【出願人】 【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
【識別番号】598174691
【氏名又は名称】九州住電精密株式会社
【出願日】 平成18年7月4日(2006.7.4)
【代理人】 【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二

【識別番号】100087538
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥居 和久

【識別番号】100112575
【弁理士】
【氏名又は名称】田川 孝由

【識別番号】100084858
【弁理士】
【氏名又は名称】東尾 正博


【公開番号】 特開2008−12610(P2008−12610A)
【公開日】 平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願番号】 特願2006−184547(P2006−184547)