(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部を本体に着脱自在に固着してなるエンドミルにおいて、該刃部は一端に軸心回りに備えた切れ刃部を、他端にテーパ軸部とを有し、該テーパ軸部の端径が刃部の刃径より小さく、そのテーパは１／５０以下を有し、該本体はアダプター部とシャンク部とからなり、該アダプター部は、該アダプター部の先端の外径を刃部の径と同等以下とし、シャンク部に向かって５度以下の勾配で増大するテーパで構成され、その一端にテーパ孔部を有し、該刃部のテーパ軸部長さの２倍以内の長さを有し、該刃部と該本体とをテーパの圧入のみにより嵌合して固着したことを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
請求項１記載のエンドミルにおいて、刃部は切れ刃部分とテーパ軸部との間に最大直径が本体先端の直径と等しい中間部を備え、刃部と本体は、刃部のフィレットと本体先端の端面、刃部のテーパ軸部と該アダプター部のテーパ孔部との２面当たりで固着したことを特徴とするエンドミル。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエンドミルにおいて、該アダプター部の先端から延びるテーパを該シャンク部の端部と結んだことを特徴とするエンドミル。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のエンドミルにおいて、刃部は超硬合金または高速度鋼からなることを特徴とするエンドミル。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載のエンドミルにおいて、上記本体と刃部とを貫通し切れ刃部分に開口する貫通穴を設けたことを特徴とするエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、主としてエンドミルに関するものであり、詳しくはキャビティ切削等の３次元曲面切削、５軸切削等において突き出しを長くして用いるエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンドミルを用いるキャビティ切削等の３次元曲面切削や切削パスの長い５軸切削などでは、従来よりソリッドのエンドミルが用いられていたが、作業の性質上、小径のエンドミルを長く突き出して使用する場合が多い。また、焼きばめにより固着する高速切削対応のエンドミルも最近使用されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、小径のエンドミルや首下の長いソリッドエンドミルは、自身の剛性が優れず、突き出しを長くして用いる場合は刃具の変位が増幅されてびびりを生じ、切れ刃摩耗を早める結果、期待通りの精度が得られないことが多い。さらに、小径のエンドミルを把持するときはホルダーとコレットの特性から把持精度を維持し難いという問題があって、高精度な加工を長時間持続することは困難であった。また、焼きばめのエンドミルは、焼きばめを成立させるためには、はめ合わせる材料相互に熱膨張率など熱性質が異なっていることが必要であり、刃部が超硬合金のとき本体は鋼系材料によらざるを得ない。そのため突き出しの長い場合は弾性係数の低い鋼系材料部分が工具系の大半を占めるようになり、切削剛性がマイナスして満足な仕上げ精度を得られないという問題があった。さらに嵌合を強固にするためには焼きばめ代を厳密に制御するこが必要で、誤差が大きいと嵌合できなかったり、嵌合は容易でも使用中に切れ刃頭部が抜け出すなどのトラブルが生じるという問題があった。
【０００４】
本発明は以上のような背景のもとになされたものであり、キャビティ切削等の３次元曲面切削、５軸切削等において突き出しを長くして用いるエンドミルの剛性や振れ精度を高めて切削性を向上させ、高速切削で用いたとき切削能率がよくて長寿命であり、かつ加工精度にも優れるエンドミルを提供することを目的とする。
【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、刃部を本体に着脱自在に固着してなるエンドミルにおいて、該刃部は一端に軸心回りに備えた切れ刃部を、他端にテーパ軸部とを有し、該テーパ軸部の端径が刃部の刃径より小さく、そのテーパは１／５０以下を有し、該本体はアダプター部とシャンク部とからなり、該アダプター部は、該アダプター部の先端の外径を刃部の径と同等以下とし、シャンク部に向かって５度以下の勾配で増大するテーパで構成され、その一端にテーパ孔部を有し、該刃部のテーパ軸部長さの２倍以内の長さを有し、該刃部と該本体とをテーパの圧入のみにより嵌合して固着したことを特徴とするエンドミルである。
【０００６】
【作用】
本発明を適用することにより、切れ刃部分と本体とは極めてシンプルな構造で、心振れの原因となることなく確実に一体化することができ、小径のエンドミルであっても本発明の目的である高速切削に対応することができる。また、刃部と本体とは１／５０以下のテーパで固着したから固着強度を十分高くすることができる。これまで慣用されていた約１／２０テーパのモールステーパにおいてはエンドミルの場合、引きねじによる強制クランプが必要であったが、本発明においてはテーパが小さいからねじれ刃のエンドミルにおいても固着強度を高くすることができ、テーパ嵌合のみで使用が可能となる。すなわち、切削方向にねじれたねじれ刃の超硬エンドミルはテーパ嵌合のみで用いることはできなかったが、これが本発明によって可能となり、小径エンドミルの切削作業性向上がはかれる。既述のとおり、３次元曲面切削等でみられる高速切削は、小径エンドミルを突き出しを長くして用いるケースが多く、エンドミル剛性を求められるが、本発明によれば鋼系材料は切れ刃頭部に設けた固着用テーパ軸の長さの２倍以内の長さで、切れ刃頭部固着部分に限って用いればよいからその大半が内挿したテーパ軸で補強されるため超硬ソリッドエンドミル並みの剛性が得られる。
【０００７】
アダプター部では、本体の先端の径を刃部の最大径と同等以下とし、後方に向かって５度以下の勾配で増大するテーパでシャンクと結ぶようにしたから、急傾斜面が切削できて適用範囲が広いうえ、突き出しすなわちエンドミルの首下の長さに比例してシャンク径が大きくなるから、突き出しが長くても本体剛性を維持することができるという効果を現す。尚、固着用テーパ軸の長さは刃径等に応じて変化させることができる。また、シャンク径は刃径より十分に大きいから、切削力に比してクランプ力が不足することはなく、また、ストレートシャンクは着脱が容易で軸方向寸法の調整ができるという優れた特徴がある。
【０００８】
更に、刃部は切れ刃部分とテーパ軸部との間に最大直径が本体先端の直径と等しい中間部を備え、刃部と本体は、刃部のフィレットと本体先端の端面、刃部のテーパ軸部と該アダプター部のテーパ孔部との２面当たりとさせることにより、固着用テーパ軸部の径が小さくとも該２面で切削トルクを十分伝播することができる。このようにテーパ軸と端面との２面当たりとなるのは厳密な寸法コントロールと鋼系材料を用いた固着部分に負うところである。
【０００９】
また、該アダプター部の先端側から延びるテーパを該シャンク部の端部と結ぶことにより、切れ刃直径が小さい場合にテーパ軸の直径が過小になることを防ぐことができ、切れ刃頭部の切れ刃とテーパ軸との間に本体の外面テーパと同一勾配の中間部分を設けた場合である。これによって刃部の大きさをコントロールし、刃径のいかんに拘わらず刃部と本体とをテーパを介して固着することができ、本発明の効果を得ることができるのである。
【００１０】
刃部は超硬合金、高速度鋼としたのは、工具としてよく用いられているＷＣ基超硬合金、高速度鋼等の工具材料を用いることができる。特に、焼きばめ等の方法のように熱膨張係数の大小等により用いることができないと言うことはなく、超硬合金の場合では焼きばめでも行うことができる。
また、本発明においては嵌合部分がテーパをなす円錐面であるから着脱が容易で、条件によっては着脱の加熱温度を低くあるいは加熱時間を短くすることが可能となる。とくに小径の場合は挿入は機械的に圧着するにとどめ、抜出時のみ加熱して取り外すなどの手段をとることができる。
【００１１】
更に、本体と刃部とを貫通し切れ刃に開口する貫通穴を設けると、切削油剤、ミスト、ガス、冷風等を供給し、切削位置に局部的に噴出させることができるから、油剤の利用効率を高め、わずかの油剤で高能率の作業が遂行できる。また、従来の焼きばめエンドミルに比しても、本体を超硬合金または高速度鋼化した効果によって本体強度を懸念することなく採用できる点で長じるものである。
【００１２】
更に、該アダプター部は硬さが４０〜６０ＨＲＣの鋼系材料を用いても良い。鋼を用いることにより、容易にテーパ穴加工が行えるだけでなく、刃部とは材質を異にして摩擦力を大きくし固着力を高めることができる。さらに鋼系材料は弾性に富むから刃部が仮に超硬合金等の剛体であっても密着性のよいテーパ結合が可能となる。鋼系材料は、刃部とは異なる材質とし、かつ少なくともハイス製エンドミルのシャンクに匹敵する強度と硬さを与える。
【００１３】
該シャンク部は、剛性の高い超硬合金または鋼系材料として、ねじ、インロー、ろう接その他の方法で結合する。この結合は、回転バランスを崩すことなく精度よく一体化することためのものであり、エンドミルの首下寸法を長くし、突き出しを大きくして用いることがあっても心振れが小さく、切削時のたわみや変形を防止できる。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明の実施例であり、刃部は図２に示すように超微粒子超硬合金製で直径１０ｍｍ、２刃のボール刃をもつエンドミルである。
エンドミルの刃部１は長さ３３ｍｍ、固着用のテーパ軸部２は切れ刃の端に設けてあり、テーパが１／１００、端径７ｍｍ、長さは２０ｍｍである。本体３はアダプター部４とシャンク部５とからなり、先端径が１０ｍｍ、刃部１のテーパ軸部２と嵌合するテーパ孔部６を備え、該先端から３度の勾配で、直径１６ｍｍのストレートシャンクの端部まで直線的に延伸している。テーパをなす首下部分の長さは８６ｍｍ、シャンクを含む長さは１７０ｍｍ、刃部を含む全長は１８３ｍｍである。アダプター部４は、本体３の先端から３５ｍｍは４５ＨＲＣに調質した特殊鋼であり、シャンク部５はＫ種の超硬合金であって、両者はインローとねじとで結合している。その構成を図３に示す。本エンドミルの工作に際して本体３は特殊鋼部分と超硬合金部分とを締結した状態で仕上げてあるから、同心度、円筒度等は０．００２ｍｍ以下と高速切削用として十分な値を示している。
【００１５】
刃部１を任意に選んで本体３への着脱を繰り返し、シャンク基準における切れ刃外周の振れ精度を記録した。ここで刃部と本体は、本発明例として圧入法を、参考例として焼きばめ法を試みた。本発明品のうち、圧入法の場合は、装着は切れ刃部分を痛めないように専用治具を用いて、切れ刃頭部のフィレットが本体先端の端面に接するまでゆっくりと圧入し、抜き出しは本体に設けた貫通穴にバーを挿入し同じく専用治具を用いて押し出す方法によった。参考例の焼きばめ法では、温風加熱で着脱を行った。これを切削に供して切削状態を評価した。比較のため図４に示すコレット７利用の従来法による方式を加えてある。加工物に構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃ材を用い、工作機械からの突き出し量を７０ｍｍ一定として下向き切削により直線加工を行った。切削条件は切り込み１ｍｍ、１刃送り０．１ｍｍ、ピック送り３ｍｍ、乾式による直線切削である。その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
切削音は工具のびびり、振動に起因して切削中に発する音で、工具剛性、切削条件の影響を受ける。面性状は切削面の粗さ、むしれ、光沢などを総合して評価している。これらはいずれも切れ刃の切削性が等しい場合、工具取り付け剛性、切れ刃の振れ精度によって影響を受けるもので、本発明品は従来品に比べて格段の向上が見られるのである。
【００１８】
図５は本発明の他の実施例であり、刃部は直径１０ｍｍ、２刃のボール刃をもつエンドミルである。該エンドミルは切れ刃長さが１０ｍｍ、切れ刃の終端から本体の首部と同じく３度の勾配の中間部をもち、その先端にテーパが１／１００の固着用のテーパ軸を設けてある。中間部を設けることにより端径１０ｍｍ、すなわち切れ刃直径と等しくすることができ、固着強度を強化することができる。上述のように刃部中間部と本体の首部とは同一勾配で、固着部分では、刃部のフィレットと本体先端の端面、刃部のテーパ軸部と該アダプター部のテーパ孔部との２面当たりとなり、同一直径で連続で連接して一体化するから、傾斜面切削等において干渉するなどの支障を生じることがなく、剛性の高い状態で高速切削が可能となる。本発明例を底面直径１６ｍｍ、深さ３ｍｍ、片角３．５度のテーパ穴のヘリカル仕上げ切削に供し、仕上げ面粗さを比較した。加工物は構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃ材、エンドミル回転数は６４００ｍｉｎ−１、切り込み０．１ｍｍ、１刃送り０．１ｍｍ、ヘリカル傾斜角１．５゜である。表２は本発明例の切削結果と併せて、関連する従来例、参考例との特性を比較を示したものである。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
本発明例のエンドミルは従来例に比べて優れた値を示したが、本発明例で得られる良好な把持剛性と把持精度の重畳効果によるものであることは自明である。
以上実施例においてボールエンドミルを例示したが、スケア刃、その他いずれの形状であっても適用できることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、刃部と本体とを緩やかなテーパ嵌合で固着し、一体化して高剛性化することにより、キャビティ切削等の３次元曲面切削、５軸切削等において突き出しを長くして用いる小径のエンドミル切削性を向上させ、高速切削で用いたとき切削能率がよくて長寿命であり、かつ加工精度にも優れるエンドミルを得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一例の正面図を示す。
【図２】図２は、図１の刃部の正面図を示す。
【図３】図３は、図１の軸断面図を示す。
【図４】図４は、従来品の一例の正面図を示す。
【図５】図５は、本発明の他の実施例の正面図を示す。
【符号の説明】
１  刃部
２  テーパ軸部
３  エンドミル本体
４  アダプター部
５  シャンク部
６  テーパ孔部
７  コレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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