(57)【要約】【課題】直径２ｍｍ以下の小径のエンドミルで、推奨切り込み深さよりも浅い切り込み深さの場合でもビビリや欠損の発生を防止して、切削性の向上と長寿命化を図るとともに、加工精度も向上する。【解決手段】直径が２ｍｍ以下であり、その底刃１３は、外周端から軸線中心に向けてすかし角度を有するとともに、すくい面１４と逃げ面１６との稜線部にホーニング面１７が形成されており、ホーニング面１７は、底刃１３の少なくとも外周端で、稜線部と直交する断面がホーニング面１７を通るように長軸を配置した楕円面の一部となる凸曲面に形成され、楕円面の長径を２ａ、短径を２ｂとしたときに、ａ／ｂが、６〜１の範囲で、底刃１３の半径方向内方に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が２ｍｍ以下であり、その底刃は、外周端から軸線中心に向けてすかし角度を有するとともに、すくい面と逃げ面との稜線部にホーニング面が形成されており、該ホーニング面は、底刃の少なくとも外周端で、前記稜線部と直交する断面が該ホーニング面を通るように長軸を配置した楕円面の一部となる凸曲面に形成され、該楕円面の長径を２ａ、短径を２ｂとしたときに、ａ／ｂが、６〜１の範囲で、底刃の半径方向内方に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されていることを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
前記ホーニング面は、回転軸と直交する方向に対する接線角度が、推奨切り込み深さ位置で７０°〜８０°、推奨切り込み深さの半分の位置で５０°〜７０°、切り込み深さ１μｍ未満で５０°未満であることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンドミルを製造する方法であって、底刃のすくい面と逃げ面との稜線部に、断面の光強度分布が径方向の中心で大きく外周部で小さいガウシアン分布となるレーザビームを照射して、前記稜線部にホーニング面を加工するレーザ加工工程を有し、該レーザ加工工程における前記レーザビームの走査方向を前記底刃の半径方向外方に向かうにしたがってレーザビームの中心が前記稜線部より離れた位置から漸次稜線部にくい込む方向に傾斜させるとともに、レーザビームの照射角度を変えながら前記ホーニング面を形成することを特徴とするエンドミルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密金型等の加工に用いられる小径のエンドミル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンドミルは、外周部に形成される外周刃と先端に形成される底刃とからなる切刃部と、シャンク部とを有している。このエンドミルは軸線回りに回転し、その外周刃により軸方向に沿った垂直面の切削加工が行われ、底刃により軸方向と直交する水平面の切削加工が行われる。
この種のエンドミルにおいては、近年では、金型の形状の複雑化や小型化に伴って直径２ｍｍ以下の小径のエンドミルの需要の増加が見込まれているが、径が小さくなると、ビビリが発生し易くなるとともに、切刃部に欠損が生じやすく、その対策が必要になる。
【０００３】
ビビリは、被削材に刃先が当たり、刃がねじれて、戻る際に発生する。このビビリを抑制する方法としては、（１）切り込み深さ、切り込み量を多くし、ねじれて戻るまでの時間を大きくし、ある回転速度では十分戻らない様にする方法、（２）工具の回転速度を上げ、ねじれが戻る時間より早く、被削材に当てる方法、（３）チャンファーホーニングを設けて、工具にかかる力を少なくしねじれ量自体を少なくする方法が一般的であるが、小径エンドミルは仕上げ加工に用いるため、上記方法の（１）は適応できず、推奨切削条件より、回転速度は３万〜５万回転と非常に大きく、（２）の方法も困難である。そこで、（３）のチャンファーホーニングを施すことが一般的に用いられている。
例えば特許文献１記載のエンドミルでは、チャンファー面の幅や角度を半径方向に連続的に変化させることにより、切削負荷を低減し、また共振の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のエンドミルでは、仕上げ加工時に推奨切り込み深さを下回るようなわずかな切り込み深さとする場合や、底刃の半径方向位置における回転速度の相違を考慮した設計になっていないため、仕上げ加工時にビビリや欠損が生じたり、工具中央部分での加工面精度が出ないおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、直径２ｍｍ以下の小径のエンドミルで、推奨切り込み深さよりも浅い切り込み深さの場合でもビビリや欠損の発生を防止して、切削性の向上と長寿命化を図ることができるとともに、加工精度も向上することができるエンドミル及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエンドミルは、直径が２ｍｍ以下であり、その底刃は、外周端から軸線中心に向けてすかし角度を有するとともに、すくい面と逃げ面との稜線部にホーニング面が形成されており、該ホーニング面は、底刃の少なくとも外周端で、前記稜線部と直交する断面が該ホーニング面を通るように長軸を配置した楕円面の一部となる凸曲面に形成され、該楕円面の長径を２ａ、短径を２ｂとしたときに、ａ／ｂが、６〜１の範囲で、底刃の半径方向内方に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のエンドミルは、切り込み深さがとても小さい仕上げ加工の場合に効果を発揮する様、切り込み深さ方向にホーニング面の扁平率（ａ／ｂ）及び曲率を変化させ、切込み深さが浅い場合には、その切り込み深さ位置における接線角度（回転軸と直交する方向に対する接線角度）が大きく、欠損を防止するとともに、推奨切込み深さでは所定の接線角度となり、ビビリを抑制することができる。また、底刃の外周端部から軸線中心に向かうにしたがってすかし角度によって切り込み深さが連続的に変化し、外周から中央部分にかけ、周速度の変化、切れ刃に当たる外力が中心からの距離によって変化することとなる。また、中心に近くなるにつれて、外力に対する工具の歪量も小さくなる。
このエンドミルは、ホーニング面の扁平率及び曲率が半径方向に沿って漸次変化していることにより、外力や歪量の半径方向に沿う変化に対応しており、工具のビビリ抑制及び仕上げ面の向上を図ることができる。これにより、ビビリや欠損の発生が抑制され、強度的に安定したバランスのとれた切削性のよい底刃を形成することができる。
【０００９】
本発明のエンドミルにおいて、前記ホーニング面は、回転軸と直交する方向に対する接線角度が、推奨切り込み深さ位置で７０°〜８０°、推奨切り込み深さの半分の位置で５０°〜７０°、切り込み深さが１μｍ未満で５０°未満であるとよい。
ホーニング面の扁平率、曲率が最適な範囲で変化し、ビビリや欠損をより確実に防止することができる。
【００１０】
本発明のエンドミルの製造方法は、本発明の前述したホーニング面を有するエンドミルを製造する方法であって、底刃のすくい面と逃げ面との稜線部に、断面の光強度分布が径方向の中心で大きく外周部で小さいガウシアン分布となるレーザビームを照射して、前記稜線部にホーニング面を加工するレーザ加工工程を有し、該レーザ加工工程における前記レーザビームの走査方向を前記底刃の半径方向外方に向かうにしたがってレーザビームの中心が前記稜線部より離れた位置から漸次稜線部にくい込む方向に傾斜させるとともに、レーザビームの照射角度を変えながら前記ホーニング面を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明のエンドミルの製造方法では、レーザビームのガウシアン分布の光強度分布を利用し、照射位置に対してビームの径方向位置をずらしながら幅が連続して変化するホーニング面を形成することができ、軸線側から外周部側まで高精度の切刃を有するエンドミルを製造することができる。
前述したように、金型の形状の複雑化や小型化に伴って直径２ｍｍ以下の小径のエンドミルの需要の増加が見込まれており、このような小径のエンドミルにおいては、従来の砥石を使った加工方法では、特に外周部側と軸線側との研削量を調整しながら研削することが難しいが、本発明の製造方法により、底刃の切削性を向上しつつその消耗を抑えた小径のエンドミルを提供することができ、複雑で小型化した金型等に適用して、その製作性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小径の場合であってもビビリの発生を抑制することができるとともに、切削性を向上しつつ安定した強度を確保して切刃部の消耗や破損を防止しながら切削でき、工具として長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るエンドミルの一実施形態を示し、（ａ）が工具先端部の斜視図、（ｂ）がホーニング面の拡大斜視図である。
【図２】工具先端部を先端方向からみた正面図である。
【図３】外周端におけるホーニング面の拡大断面図である。
【図４】（ａ）が図２のＡ−Ａ線、（ｂ）がＢ−Ｂ線、（ｃ）がＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】工具先端部をすくい面方向からみた側面図である。
【図６】エンドミル全体の概略側面図である。
【図７】本発明に係るエンドミルの製造方法に使用される一実施形態のレーザ加工装置を示す全体構成図である。
【図８】ホーニング面を加工するレーザビームと工具先端部との位置関係を示す模式図である。
【図９】レーザビームの走査状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るエンドミル及びその製造方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態のエンドミル１は、図１〜図６に示すように、軸線Ｄ回りに回転される工具先端部２に、一対の切刃部１１が軸線Ｄを挟んで１８０°反対側に形成された２枚刃のスクエアエンドミルであり、工具先端部２の外径は、２ｍｍ以下の小径に設けられる。
図６に示すように、エンドミル１には円柱状のシャンク部３が設けられ、このシャンク部３の先端部が小径に形成され、その小径の首部４の先端に略円周状のチップ部５が接合された構成とされている。チップ部５は、首部４に接合される超硬合金部６と、その超硬合金部６に接続され、切刃部１１が形成されるｃＢＮ焼結体、焼結ダイヤモンド等の工具先端部２とで構成されている。
【００１５】
切刃部１１は、工具先端部２の外周部に配置される外周刃１２と、工具先端部２の先端に配置される底刃１３とにより形成され、これら外周刃１２の先端と底刃１３の外周端とが鋭利な角部で交差している。そして、この一対の切刃部１１が、周方向に１８０°離間した位置に配置されている。
この場合、外周刃１２は、工具先端部２に周方向に１８０°離間して形成されたすくい面１４と外周の逃げ面１５とにより形成され、底刃１３は、すくい面１４と先端の逃げ面１６とにより形成される。
【００１６】
この底刃１３は、外周端から半径方向内方に向けてすかし角度β（半径方向に対する底刃１３の角度：図５参照）が２°〜１０°に設定されており、また、底刃１３のすくい面１４と逃げ面１６との間の稜線部に、ホーニング面１７が形成される。このホーニング面１７は、その大部分において、稜線部と直交する断面がホーニング面１７を通るように長軸Ｘを配置した楕円面の一部となる凸曲面に形成されており、その凸曲面の扁平率及び曲率が半径方向に沿って変化している。
【００１７】
具体的には、この凸曲面は、図３に示すように、楕円の長軸Ｘが、すくい面１４の法線に対して４５°〜１１０°の傾斜角度αで傾斜し、回転軸と直交する方向に対する接線角度が、推奨切り込み深さＡＰの位置における接線角度θ１で６０°〜８０°、推奨切り込み深さの半分（ＡＰ／２）の位置における接線角度θ２で５０°〜７０°、切り込み深さが１μｍ未満で５０°未満となるような楕円形状とされている。
例えば、直径０．５ｍｍのエンドミルで、すかし角度βが２°、推奨切り込み深さＡＰが５μｍの場合、楕円の長軸Ｘの傾斜角度αが７０°、接線角度が、推奨切り込み深さＡＰの位置における接線角度θ１で７０°、推奨切り込み深さの半分の位置における接線角度θ２で５０°、１μｍの切り込み深さの位置における接線角度θ３で３０°とされる。
【００１８】
また、図４は、底刃の外周端位置及びこの外周端から所定距離の位置におけるホーニング面の断面形状を示しており、（ａ）が外周端位置であり、半径方向内方に向かうにしたがって（ｂ）（ｃ）のように変化している。
楕円面の長径を２ａ、短径を２ｂとしたときに、ａ／ｂが、６〜１の範囲で、底刃の外周端から半径方向内方に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている。この場合、ａの減少度合いより、ｂの減少度合いの方が小さくなるように設定され、底刃の外周端から半径方向の距離をｌとし、すかし角度βによって、推奨切込み深さで刃が接しなくなる半径方向の距離をｌ’（図５参照）とし、外周部での楕円の長軸長さをa’、短軸長さb’とすると、ａは、外周端から半径方向内方に向かうにしたがってｌ×ａ’/ｌ’（μｍ）、ｂは、外周端から半径方向内方に向かうにしたがってｌ×ｂ’/ｌ’（μｍ）の割合で小さくなる。
例えば、直径が０．５ｍｍのエンドミルで、すかし角度βが２°の場合、ｌ’＝１４３μｍとなるので、外周端におけるａ＝４０μｍ、ｂ＝１０μｍとすると、ａはｌ×４０／１４３μｍ、ｂはｌ×１０／１４３μｍの割合で小さくなる。
【００１９】
このように構成されるエンドミル１を製造する場合、レーザ加工により、工具先端部２となる円柱状素材２０にギャッシュ及びすくい面１４を形成するとともに、外周側の逃げ面１５を形成して外周刃１２を形成し、先端側の逃げ面１６を形成して底刃１３を形成する。そして、底刃１３のすくい面１４と逃げ面１６との稜線部にホーニング面１７を形成する。
【００２０】
この製造方法に用いられるレーザ加工装置１００は、図７に示すように、超硬合金からなる円柱状素材２０にレーザビームＬを照射して工具先端部２全体を三次元加工する装置である。このレーザ加工装置１００は、レーザビームＬをパルス発振して円柱状素材２０に一定の繰り返し周波数で照射しながら走査するレーザ光照射機構２２と、素材２０を保持した状態で回転、旋回及びｘｙｚ軸方向にそれぞれ移動可能な素材保持機構２４と、これらを制御する制御部２５とを備えている。
【００２１】
素材保持機構２４は、被加工物をｘ−ｙ−ｚの各方向に並進運動でき、且つ旋回運動、及び自転運動できる機構を有している。具体的には、水平面に平行なｘ方向に移動なｘ軸ステージ部３１ｘと、そのｘ軸ステージ部３１ｘ上に設けられｘ方向に対して垂直で水平面に平行なｙ方向に移動可能なｙ軸ステージ部３１ｙと、ｙ軸ステージ部３１ｙ上に設けられ水平面に対して垂直方向に移動可能なｚ軸ステージ部３１ｚと、ｚ軸ステージ部上に設けられた旋回機構３２と、旋回機構３２に固定され、素材２０を保持可能な回転機構３３とを備える構成とされている。これら各ステージ部３１ｘ〜３１ｚ、旋回機構３２、回転機構３３の各駆動部は、例えばステッピングモータが用いられ、エンコーダにより位相
をフィードバックすることができるようになっている。
【００２２】
レーザ光照射機構２２は、ＱスイッチによりレーザビームＬとなるレーザ光をパルス発振するとともにスポット状に集光させる光学系を有するレーザ光源２６と、照射するレーザビームＬを走査させるガルバノスキャナ２７とを備えている。
レーザ光源２６は、１９０ｎｍ〜５５０ｎｍの短波長のレーザ光を照射できる光源を使用することができ、例えば本実施形態では、波長３５５ｎｍのレーザ光を発振して出射できるものを用いている。また、ガルバノスキャナ２７は、素材保持機構２４の真上に配置されている。
【００２３】
このように構成されるレーザ加工装置１００によりエンドミル１を製造する方法について説明する。
円柱状素材２０を移動しながらレーザビームＬを走査して、円柱状素材２０にギャッシュ及びすくい面１４を形成するとともに、外周側の逃げ面１５、先端側の逃げ面１６をそれぞれ形成して、所定形状の外周刃１２と底刃１３とを形成する。
この底刃１３を形成する方法についてさらに詳述すると、素材保持機構２４における回転機構３３の回転軸と円柱状素材２０の軸線Ｄとを一致させ、且つ、ガルバノスキャナ２７のｘ軸とも一致するように設置する。この状態でレーザビームＬの断面強度分布が通常となる加工領域に円柱状素材２０を移動させ、先端部より不要部分をレーザビームＬの走査によって除去しすくい面１４と逃げ面１６との形態形成を行う。その後、すくい面１４と逃げ面１６との間の稜線部にホーニング加工を施す。
【００２４】
すかし角度βは、図５に示すように通常２°〜１０°の角度をなしており、レーザビームＬは、全体としては、このすかし角度βに沿って軸線Ｄ側から外周端側に向かって走査される。このとき、レーザビームＬの走査方向を図９（ａ）に示すように底刃１３の半径方向外方に向かうにしたがってレーザビームＬの径方向の中心Ｌ0が底刃（すくい面１４と逃げ面１６との稜線部）１３より離れた位置から漸次底刃１３にくい込む方向にわずかに傾斜させる。図９において二点鎖線で示す領域Ｓがレーザビームの照射範囲である。
【００２５】
すなわち、レーザビームＬの径方向の断面の光強度分布は、図８にハッチングで示したようにビーム中心Ｌ0で大きく外周部で小さいガウシアン分布となっており、わずかに傾斜させて走査することにより、工具先端部２の中心側では図８の実線で示すようにレーザビームＬの径方向のエッジ付近を照射し、外周側では図８の二点鎖線で示すようにレーザビームＬの半径を越える程度までの範囲で照射する。このレーザビームＬの径方向の照射位置を図８の矢印で示すように徐々に変えながら底刃１３の半径方向に沿って走査する。
また、円柱状素材２０の向きとレーザビームＬの照射角度とを必要に応じて図９（ａ）（ｂ）で示すように変えながら底刃１３への加工を繰り返すことで、底刃１３に前述した楕円面の一部となる凸曲面形状のホーニング面１７を形成する。
【００２６】
このようにして製造されたエンドミル１は、底刃１３のホーニング面１７が楕円面の一部により形成され、図４に示すａ／ｂが、６〜１の範囲で、底刃１３の外周端から半径方向内方に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成され、軸線Ｄ上ではホーニング面のない鋭利な切刃とし、外周側で大きなホーニング面１７を有する切刃とすることができる。したがって、周速度の遅い軸線側では鋭利な切刃により切削抵抗を抑制することができ、周速度の大きい外周側では大きなホーニング面１７が形成されていることにより欠損を防止し、強度的に安定する。
この場合、楕円の扁平率（ａ／ｂ）を半径方向内方に向かうにしたがって６〜１の範囲で漸次小さくしたことにより、大きな負荷がかかる推奨切り込み深さＡＰでのビビリを抑制し、且つ図３のθ１〜θ３に示すように、仕上げ近くでの切り込み深さが小さい加工を行っても、接線角度が小さくなり、チッピング等が少なく、良好な加工面を得ることができる。
【００２７】
実施例として、直径０．５ｍｍ、すかし角度βが２°、推奨切込み深さＡＰ＝５μｍの条件で、楕円の接線角度を、推奨切込み深さ位置（５μｍ）で７０°、切り込み深さが２．５μｍの位置で５０°、切り込み深さが１μｍの位置で３０°に設定し、楕円形状のホーニング面を加工した。その楕円形状としては、長軸がすくい面の法線に対して傾斜角度α＝５０°で傾斜し、刃先の外周側先端では、ａ＝４０μｍ、ｂ＝１０μｍとした。すかし角度より、刃先の外周端からｌ’＝１４３μｍで被削材が接触しなくなる。この地点でのホーニング面はａ＝ｂ＜１μｍとし、刃先の外周先端からの距離ｌに対し、ａ＝−０．２７３×ｌ＋４０、ｂ＝−０．０６３×ｌ＋１０となるようにホーニング面を変化させた。
その結果、大きな負荷がかかる推奨切込み深さでのビビリを抑制し、且つ仕上げ近くでの切込み深さが小さい加工を行なっても、チッピング等が少なく、良好な加工面が得られた。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、本実施形態では、外周刃、底刃ともレーザ加工によって形成したが、底刃以外の形態はレーザ以外の方法によって加工することも可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンドミル
２  工具先端部
３  シャンク部
４  首部
５  チップ部
６  超硬合金部
１１  切刃部
１２  外周刃
１３  底刃
１４  すくい面
１５，１６  逃げ面
１７  ホーニング面
２０  円柱状素材
２２  レーザ光照射機構
２４  素材保持機構
２５  制御部
２６  レーザ光源
２７  ガルバノスキャナ
３１ｘ〜３１ｚ  ステージ部
３２  旋回機構
３３  回転機構
１００  レーザ加工装置
【図１】
2014193522.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014193522.tif 000009
【図８】
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【図９】
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