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【発明の名称】 ボールエンドミル
【発明者】 【氏名】斉藤 益生

【要約】 【課題】工具剛性をできるだけ損なうことなくチップルームを大きくし、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようにして更に高い加工能率で切削加工を行うことができるようにする。

【構成】ギャッシュ20の刃裏側側壁24を、そのギャッシュ20の溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面としたため、その刃裏側側壁24の先端Bとボール刃16との間の開き角θを、工具剛性をできるだけ損なうことがないように所定の範囲内(例えば90°〜100°)に維持しつつ、刃裏側側壁24の湾曲分だけチップルームが大きくなるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに流れて排出される。これにより、工具剛性をできるだけ損なうことなく切り屑排出性能が向上し、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようになって、荒加工等の加工能率を一層向上させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸方向先端の半球状部に、溝直角断面がV字形状のギャッシュが設けられ、該ギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルにおいて、
前記V字形状のギャッシュの一対の側壁のうち前記ボール刃と反対の刃裏側側壁は、前記溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面を有する
ことを特徴とするボールエンドミル。
【請求項2】
前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされている
ことを特徴とする請求項1に記載のボールエンドミル。
【請求項3】
前記溝直角断面において、前記ギャッシュの一対の側壁が交わる交点Aを中心として、前記ボール刃に向かう直線と前記刃裏側側壁の先端Bに向かう直線との間の開き角θは、90°〜100°の範囲内で、
全体が湾曲面とされた前記刃裏側側壁の前記交点Aにおける接線が、該交点Aから前記先端Bに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、15°〜40°の範囲内で、
前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において前記交点Aと前記先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成している
ことを特徴とする請求項2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】
本発明はボールエンドミルに係り、特に、切込み寸法や送り速度が大きい荒加工等の高能率可能が可能な切り屑排出性能に優れたボールエンドミルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
軸方向先端の半球状部にギャッシュが設けられ、そのギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルが、金型加工など各種の切削加工の分野で広く用いられている。特許文献1に記載のボールエンドミルはその一例で、ギャッシュの溝直角断面はV字形状を成しており、すくい面として機能するボール刃側側壁と反対の刃裏側側壁とが溝直角断面においてそれぞれ直線で表されるとともに、所定の開き角で交わっている。このようなギャッシュの断面形状は、基本的に研削砥石の外周面形状によって定められる。
【特許文献1】特開2003−225821号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、このようなボールエンドミルを用いてランピング加工やヘリカル穴加工等の高能率の荒加工を行う場合、チップルームとして機能するギャッシュの開き角を例えば100°〜110°程度と大き目にしていた。これにより、チップルームが大きくなるため、切り屑詰まりが抑制されて切込み量を大きくすることができる。しかしながら、このように開き角を大きくすると、工具の断面積が小さくなって工具剛性の低下を招くため、送り速度を高くするとビビリ振動等の異常振動が発生し易くなるという問題があった。
【0004】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、工具剛性をできるだけ損なうことなくチップルームを大きくし、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようにして更に高い加工能率で切削加工を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
かかる目的を達成するために、第1発明は、軸方向先端の半球状部に、溝直角断面がV字形状のギャッシュが設けられ、そのギャッシュに沿ってボール刃が形成されているボールエンドミルにおいて、前記V字形状のギャッシュの一対の側壁のうち前記ボール刃と反対の刃裏側側壁は、前記溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面を有することを特徴とする。
【0006】
第2発明は、第1発明のボールエンドミルにおいて、前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされていることを特徴とする。
【0007】
第3発明は、第2発明のボールエンドミルにおいて、(a) 前記溝直角断面において、前記ギャッシュの一対の側壁が交わる交点Aを中心として、前記ボール刃に向かう直線と前記刃裏側側壁の先端Bに向かう直線との間の開き角θは、90°〜100°の範囲内で、(b) 全体が湾曲面とされた前記刃裏側側壁の前記交点Aにおける接線が、その交点Aから前記先端Bに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、15°〜40°の範囲内で、(c) 前記刃裏側側壁は、前記溝直角断面において前記交点Aと前記先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
このようなボールエンドミルにおいては、ギャッシュの刃裏側側壁の一部または全体が、そのギャッシュの溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、その刃裏側側壁の先端Bとボール刃との間の開き角θを、工具剛性をできるだけ損なうことがないように所定の範囲内に維持しつつ、刃裏側側壁の湾曲分だけチップルームが大きくなるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに流れて排出される。これにより、工具剛性をできるだけ損なうことなく切り屑排出性能が向上し、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようになって、荒加工等の加工能率を一層向上させることができる。
【0009】
第2発明では、ギャッシュの刃裏側側壁の全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームを拡大することができるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに排出される。
【0010】
第3発明では、ギャッシュの開き角θが90°〜100°の範囲内で、全体が湾曲面とされた刃裏側側壁の凹み角αが15°〜40°の範囲内で、刃裏側側壁は交点Aと先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成しているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームが拡大され、切込み寸法を大きくしたり送り速度を高くしたりすることにより、加工能率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明は、ランピング加工やヘリカル穴加工等の高能率の荒加工を行うボールエンドミルに好適に適用されるが、所定の工具剛性を確保しつつチップルームを大きくすることに技術的意義を有するため、荒加工以外に使用されるボールエンドミルにも適用され得る。また、長い切り屑や大量の切り屑が排出されるアルミ材等の比較的軟質の材料に対する切削加工に用いられるボールエンドミルにも好適に適用される。
【0012】
ボールエンドミルの刃数は、2枚刃や3枚刃、或いは4枚刃以上でも良いなど、工具径D等に応じて適宜定められる。ボールエンドミルの材質としては、超硬合金などの超硬質工具材料が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の工具材料を用いることもできる。必要に応じてTiAlN、TiN、TiCN等の硬質被膜を刃部等の表面にコーティングすることが望ましい。
【0013】
本発明は、少なくとも刃裏側側壁の一部または全体が凹の湾曲面とされれば良く、すくい面として機能するボール刃側側壁については、例えば溝直角断面において直線となる場合でも、刃裏側側壁と同様に滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面となる場合でも良いなど、適宜定められる。このようなギャッシュの溝直角断面の形状に応じて、ギャッシュを研削加工するための研削砥石の外周面の断面形状が定められる。すなわち、研削砥石の外周面の断面形状は、基本的にギャッシュの溝直角断面形状に対応するが、ボールエンドミルのギャッシュ研削では一般に研削砥石をスパイラル状に移動させて研削加工を行うため干渉研削が生じ、その干渉研削を考慮して所望の溝断面形状となるように砥石形状が定められる。
【0014】
ボール刃は、軸心側端部から外周側へ向かうに従って、言い換えれば工具先端から離間するに従って、切削回転方向と反対方向へ捩じれたスパイラル状に設けることが望ましく、その外周側端部には、例えば所定のねじれ角で捩じれた外周切れ刃が滑らかに接続される。
【0015】
第2発明では、刃裏側側壁の全体が湾曲面とされているが、第1発明の実施に際しては、刃裏側側壁の一部、例えば溝直角断面における先端B側の一部、或いは中間部分の一部、などを湾曲面とするだけでも良い。
【0016】
ギャッシュの開き角θは、小さいと溝幅寸法が狭くなって切り屑の排出性能が低下する一方、大きいと工具剛性が損なわれるため、例えば90°〜100°程度の範囲内が望ましい。凹み角αは、小さいとチップルームの拡大効果が十分に得られない一方、大きいと工具剛性が低下するとともに切り屑の流れが悪くなって排出性能が低下するため、例えば15°〜40°程度の範囲内が適当である。
【0017】
ギャッシュの溝直角断面において、前記交点Aから刃裏側側壁の先端Bまでの寸法xは、所定の工具剛性を確保する上で、例えば工具径Dに対して0.4D〜0.5D程度の範囲内が適当である。そのような寸法xを確保できるように、隣接するボール刃の逃げ面形状等が定められる。
【0018】
第3発明では、溝直角断面において交点Aと先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成すように刃裏側側壁の形状が設定されているが、他の発明の実施に際しては必ずしも完全な円弧形状である必要はない。
【実施例】
【0019】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例である2枚刃の荒加工用のボールエンドミル10を説明する図で、(a) は軸心Oと直角方向から見た正面図、(b) は先端部分の拡大図、(c) は(b) の右側すなわち先端側から見た底面図、(d) は(c) の下側から見た図で(b) に対して軸心Oまわりの位相が90°異なる正面図である。このボールエンドミル10は、円柱形状のシャンク12と、そのシャンク12の一端部に設けられた刃部14とを一体に有するもので、刃部14には、軸心Oに対して対称的に一対のボール刃16が設けられているとともに、そのボール刃16に連続して外周切れ刃18が設けられている。
【0020】
ボール刃16は、刃部14の先端の半球状部にそれぞれギャッシュ20に沿って設けられており、軸心O付近まで達している。また、軸心O側から外周側へ向かうに従って、言い換えれば工具先端から離間するに従って、切削回転方向(図1(c) において左まわり方向)と反対方向へ捩じれたスパイラル状に設けられており、所定のねじれ角(本実施例では約45°)で設けられた外周切れ刃18に滑らかに接続されている。なお、本実施例のボールエンドミル10は、超硬合金にて一体に構成されているとともに、刃部14の表面にはTiAlN等の硬質被膜がコーティングされている。
【0021】
上記ギャッシュ20は、ギャッシュ砥石による研削加工によって設けられたもので、図2から明らかなように溝直角断面が略V字形状を成している。図2は、図1(d) におけるII−II断面、すなわちボールエンドミル10の先端から約45°の位置におけるギャッシュ20の溝直角断面を示す図であり、ギャッシュ20は、すくい面として機能するボール刃16側のボール刃側側壁22と、ボール刃16と反対側の刃裏側側壁24とを備えている。そして、図2の溝直角断面において、それ等の側壁22、24は交点Aで交わっているとともに、ボール刃側側壁22は交点Aからボール刃16に向かって真っ直ぐに延びる直線形状を成している一方、刃裏側側壁24は、交点Aから先端Bに至る全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされている。本実施例では、交点Aと先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成している。
【0022】
また、上記図2に示す溝直角断面において、ギャッシュ20の一対の側壁22、24の交点Aを中心として、前記ボール刃16に向かう直線と前記先端Bに向かう直線との間の開き角θは、90°〜100°の範囲内とされており、刃裏側側壁24の交点Aにおける接線が、その交点Aから先端Bに向かう直線に対して傾斜する凹み角αは、15°〜40°の範囲内とされている。また、交点Aから先端Bまでの寸法xは、工具径Dに対して0.4D〜0.5Dの範囲内とされている。そのような寸法xを確保できるように、隣接するボール刃16の逃げ面(三番面など)26等の形状が定められている。本実施例では、工具径D=10mm、すなわちボール刃16の回転軌跡形状(半球形状)における半径R=5mmである。
【0023】
このような本実施例のボールエンドミル10においては、ギャッシュ20の刃裏側側壁24が、そのギャッシュ20の溝直角断面において滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、その刃裏側側壁24の先端Bとボール刃16との間の開き角θを、工具剛性をできるだけ損なうことがないように所定の範囲内(例えば90°〜100°)に維持しつつ、刃裏側側壁24の湾曲分だけチップルームが大きくなるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに流れて排出される。これにより、工具剛性をできるだけ損なうことなく切り屑排出性能が向上し、切込み寸法だけでなく送り速度も高くできるようになって、荒加工等の加工能率を一層向上させることができる。
【0024】
特に、本実施例では、ギャッシュ20の刃裏側側壁24の全体が滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とされているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームを拡大することができるとともに、湾曲面に沿って切り屑がスムーズに排出される。
【0025】
また、本実施例では、ギャッシュ20の開き角θが90°〜100°の範囲内で、全体が湾曲面とされた刃裏側側壁24の凹み角αが15°〜40°の範囲内で、刃裏側側壁24は交点Aと先端Bとを通る一定の半径Rgの円弧形状を成しているため、所定の工具剛性を確保しつつチップルームが拡大され、切込み寸法を大きくしたり送り速度を高くしたりすることにより、加工能率を大幅に向上させることができる。
【0026】
また、本実施例では、溝直角断面において刃裏側側壁24のみが滑らかに凹んだ湾曲面とされ、ボール刃側側壁22は直線状を成しているため、ボール刃16の刃先強度や工具剛性を十分に確保しつつチップポケットを大きくすることができる。
【0027】
因みに、上記開き角θ、凹み角α、寸法xが異なる複数種類のボールエンドミル10を用意し、図3の(a) に示す試験条件で直径15mm、深さ10mmの通り穴をコンタリング加工により下穴無しで切削加工する場合に、1公転当りの軸方向送り量zを変更しながら切削音(ビビリ振動など)や刃欠けの有無に基づいて加工の可否を調べたところ、図3の(b) に示す結果が得られた。なお、図3(b) において、凹み角α=0°の試験品No1は、ギャッシュ20の溝直角断面において一対の側壁22、24が何れも直線で表される従来品である。
【0028】
図3の(b) の判定結果から明らかなように、開き角θ=110°で凹み角α=40°の試験品No8は、1公転当りの軸方向送り量z=1.0mmでもビビリ振動の発生により加工不可であった。開き角θ=100°で凹み角α=0°の試験品No1(従来品)、および開き角θ=80°で凹み角α=15°の試験品No2の場合には、1公転当りの軸方向送り量z=1.5mmで切り屑詰まりなどにより異常音が発生したり刃欠けが生じたりして加工不可となる。その他の試験品No3〜7、9、10は、何れも1公転当りの軸方向送り量z=2.0mm以上の高能率加工が可能で、開き角θ=90°〜100°の範囲内で且つ凹み角α=15°〜40°の範囲内の試験品No4〜7、9、10では、1公転当りの軸方向送り量z=2.5mm以上の高能率加工が可能であった。
【0029】
次に、本発明の他の実施例を説明する。
図4の(a) 〜(c) は、何れも前記図2に対応する断面図で、(a) のギャッシュ30は、直線状のボール刃側側壁22と円弧形状の刃裏側側壁24とを前記半径Rgよりも小さな半径rの凹円弧で滑らかに繋いだ場合で、交差部分の応力集中が緩和されるととに切り屑が一層円滑に流れるようになる。(b) のギャッシュ40は、刃裏側側壁24の先端B側の一部に直線部42を設けた場合で、(c) のギャッシュ50は、刃裏側側壁24だけでなくボール刃側側壁52についても滑らかに湾曲するように凹んだ湾曲面とした場合である。
【0030】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施例であるボールエンドミルを示す図で、(a) は正面図、(b) は先端部分の拡大図、(c) は先端側から見た底面図、(d) は(c) の下側から見た図で(b) に対して軸心Oまわりの位相が90°異なる正面図である。
【図2】図1のボールエンドミルのギャッシュの溝直角断面を示す図で、図1(d) におけるII−II断面に相当する図である。
【図3】図1のボールエンドミルの開き角θ、凹み角α、寸法xが異なる複数種類の試験品を用意し、コンタリング加工で通り穴を切削加工する場合に1公転当りの軸方向送り量zを変更しながら切削音等に基づいて加工の可否を調べた結果を説明する図で、(a) は試験条件、(b) は加工可否の判定結果を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例を説明する図で、何れも図2に対応する断面図である。
【符号の説明】
【0032】
10:ボールエンドミル 16:ボール刃 20、30、40、50:ギャッシュ 24:刃裏側側壁 O:軸心 θ:開き角 α:凹み角
【出願人】 【識別番号】000103367
【氏名又は名称】オーエスジー株式会社
【出願日】 平成18年8月11日(2006.8.11)
【代理人】 【識別番号】100085361
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 治幸


【公開番号】 特開2008−44038(P2008−44038A)
【公開日】 平成20年2月28日(2008.2.28)
【出願番号】 特願2006−220340(P2006−220340)