(57)【要約】【課題】  ボールエンドミルによる底刃を用いた切削加工において、ビビリ振動の発生を確実に抑えて良好な仕上げ面を得る。【解決手段】  軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の先端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が１の凸半球状をなす複数の底刃７が形成されてなるボールエンドミルであって、これら複数の底刃７は、軸線Ｏ方向先端視にエンドミル本体１の回転方向Ｔ側に凸となる凸曲線をなすとともに、これらの底刃７のうち少なくとも１の底刃７ａが軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃７ｂが軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとされている。【選択図】        図２
2006224254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が１の凸半球状をなす複数の底刃が形成されてなるボールエンドミルであって、上記複数の底刃は、上記軸線方向先端視に上記エンドミル本体の回転方向側に凸となる凸曲線をなすとともに、これらの底刃のうち少なくとも１の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとされていることを特徴とするボールエンドミル。
【請求項２】
上記複数の底刃のうち、上記曲率半径の最も小さい底刃と上記曲率半径の最も大きい底刃との曲率半径の差が、この曲率半径の最も大きい底刃の曲率半径の２０％〜５０％の範囲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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドミル本体の先端部に、回転軌跡が凸半球状をなす底刃が形成されたボールエンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のボールエンドミルを含めた転削工具として、本発明の発明者は、特許文献１において、エンドミル本体の外周に捩れを有する複数の切刃が形成され、これら複数の切刃のうち少なくとも一の切刃の捩れ角を他の切刃の捩れ角と異なる角度に設定したものを各種提案している。そして、このうちボールエンドミルにおいては、刃部の先端部が半球状に形成されていて、外周の切刃先端から回転中心側に向かって延びる底刃が回転軌跡において凸半球状をなすようにされており、この底刃はエンドミル本体の軸線方向先端視において回転方向に凸となる凸曲線をなすようにされている。従って、このようなボールエンドミルによれば、上記外周切刃の捩れ角が異なる角度とされているため、一の外周切刃とこれに隣接する外周切刃との間隔が軸線方向に向けて連続的に変化し、これによりエンドミル本体に発生する振動数が回転によって変化して互いに打ち消し合うため、仕上げ面を悪化させるような共振（ビビリ振動）が生じるのを防ぐことができる。
【特許文献１】特開昭６２−２０３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述のようなボールエンドミルは、専ら回転軌跡が凸半球状をなすその上記底刃によって例えば金型などに曲面を形成するのに用いられることが多く、このような場合には外周切刃の捩れ角を異なる角度としても、上述のようなビビリ振動の発生を抑制することが困難となる。このため、かかる金型などの加工の場合には良好な切削面を得ることができずに、切削加工加工後に改めて仕上げ加工が必要となるなど、加工工数が増大して加工効率の向上が阻まれるおそれがあった。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のようなボールエンドミルによる底刃を用いた金型等の切削加工においても、ビビリ振動の発生を確実に抑えて良好な仕上げ面を得ることができ、その後の仕上げ加工等を省略することが可能な効率的な切削加工を図ることができるボールエンドミルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部に、上記軸線回りの回転軌跡が１の凸半球状をなす複数の底刃が形成されてなるボールエンドミルであって、上記複数の底刃は、上記軸線方向先端視に上記エンドミル本体の回転方向側に凸となる凸曲線をなすとともに、これらの底刃のうち少なくとも１の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃が上記軸線方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
従って、このようなボールエンドミルにおいては、複数の底刃の曲率半径が異なる大きさとされているため、軸線回りの回転軌跡が共通する１の凸球面状をなしていても、底刃が被削材に食い付くときの衝撃や切削抵抗、あるいは食い付きの周期は異なるものとなり、これに伴い各底刃によってエンドミル本体に惹起される振動も、周期や大きさが異なるものとなって互いに相殺されることとなる。このため、上記構成のボールエンドミルによれば、専らこの底刃が使用される金型等の曲面切削においても、共振によるビビリ振動が励起されることがなく、その結果、後工程での仕上げ加工などの必要のない優れた切削面を形成することが可能となって、高い仕上げ面精度と加工効率の向上とを両立させることができる。
【０００７】
ここで、このように軸線方向先端視においてなす凸曲線の曲率半径が異なる大きさとされた複数の底刃のうち、上記曲率半径の最も小さい底刃と上記曲率半径の最も大きい底刃との曲率半径の差は、この曲率半径の最も大きい底刃の曲率半径の２０％〜５０％の範囲とされるのが望ましい。すなわち、この曲率半径の差が、曲率半径の最も大きい底刃の該曲率半径の２０％を下回るほど小さいと各底刃に作用する衝撃や切削抵抗もあまり変わらなくなり、上述したビビリ振動の抑制効果が十分に奏功されなくなるおそれがある。その一方で、この曲率半径の差が、同じく曲率半径の最も大きい底刃の該曲率半径の５０％を上回るほど大きいと、特に曲率半径の大きい底刃と小さい底刃とが周方向に離接していた場合などには、これらの底刃間で周方向に間隔に極端な広狭が生じ、底刃同士が周方向近接した部分では切屑排出性が損なわれたりするおそれがあるとともに、底刃同士が周方向に離間した部分では回転方向後方側の底刃の切削量が大きくなって摩耗が著しく促進され、エンドミル寿命が短縮されてしまったりするおそれがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１および図２は、本発明を２枚刃のソリッドボールエンドミルに適用した場合の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において、エンドミル本体１は、超硬合金や高速度鋼等の切削工具材として使用される硬質材料により形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その後端側（図１において左側）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端側（図１において右側）部分は切刃３を備えた刃部４とされており、上記シャンク部２が工作機械の主軸端に把持されて軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転されることにより、刃部４に形成された上記切刃３によって被削材に切削加工を施してゆく。
【０００９】
この刃部４においてエンドミル本体１の外周には、先端側から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りに上記回転方向Ｔに捩れる本実施形態では２条の切屑排出溝５が軸線Ｏを挟むように形成されており、これらの切屑排出溝５の回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側辺稜部には、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏを中心とした１つの円筒面状をなすようにして、上記切刃３のうちの外周切刃６が形成されている。なお、本実施形態では、これらの外周切刃６の先端の周方向における位置は、軸線Ｏに関して互いに反対側の対称位置とされていて、周方向に等間隔となるようにされている。
【００１０】
一方、これらの外周切刃６の先端からは、該外周切刃６に滑らかに連続して、あるいは連続するかのごとく滑らかに、エンドミル本体１の先端側に向かうに従い内周側の軸線Ｏに向けて湾曲する底刃７がそれぞれ形成されており、これらの底刃７は軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏ上に中心を有して先端側に凸となる１の半球状をなすようにされている。従って、本実施形態ではエンドミル本体１先端の刃部４に、それぞれ２条の外周切刃６と底刃７とからなる切刃３が形成されることとなり、これらの底刃７はその外周端が周方向に等間隔に配置されるとともに、その内周端は刃部４先端部の回転中心となる軸線Ｏ上において互いに連なるようにされている。なお、この刃部４の先端部には、切屑排出溝５の回転方向Ｔ側部分が切り欠かれるようにしてギャッシュ８が形成されている。
【００１１】
さらに、これらの底刃７は、軸線Ｏ方向先端視において図２に示すように回転方向Ｔ側に凸となる滑らかな凸曲線状を呈するようにされており、従って両底刃７を合わせてみると軸線Ｏ方向先端視にＳ字状を呈することとなる。そして、これらの底刃７は、少なくとも１の底刃７が軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径が、他の底刃７が軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとなるように、すなわち本実施形態ではこれら複数の底刃７が軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径が互いに異なるようにされ、具体的には図２において上側に位置する一方の底刃７ａがなす上記凸曲線の曲率半径が、同図２において下側に位置する他方の底刃７ｂがなす上記凸曲線の曲率半径よりも小さくなるようにされている。従って、これらの凸曲線の曲率は、逆に他方の底刃７ｂが一方の底刃７ａよりも小さくされ、すなわち軸線Ｏ先端視においてこの他方の底刃７ｂが一方の底刃７ａよりも緩やかに湾曲するようにされている。
【００１２】
ここで、上記凸曲線の曲率半径が小さくされた一方の底刃７ａは、上記凸曲線の曲率半径が大きな他方の底刃７ｂとの該曲率半径の差が、この他方の底刃７ｂの曲率半径の２０％〜５０％の範囲となるようにされている。また、上述のように外周切刃６の先端同士の位置、すなわち底刃７の外周端同士の位置は本実施形態では周方向に軸線Ｏに関して対称とされ、かつ底刃７の内周端同士は軸線Ｏ上に一致していることから、本実施形態ではこの軸線Ｏ方向先端視に凸曲線をなす底刃７の回転方向Ｔ側への突出量は、曲率半径の小さな一方の底刃７ａが曲率半径の大きな他方の底刃７ｂよりも大きくされる。
【００１３】
このように構成されたボールエンドミルにより、専らこの底刃７を用いる金型の曲面切削等を行うと、各底刃７がエンドミル本体１の回転に伴って被削材に食い付く際の衝撃や抵抗は、上記凸曲線がなす曲率半径の小さな一方の底刃７ａの方が、曲率半径の大きな底刃７ｂよりも、その回転方向Ｔ側への突端から徐々に食い付いてゆくこととなるために小さくなる。しかも、本実施形態では上述のようにこれらの底刃７ａ，７ｂがなす上記凸曲線の突出量も異なっているため、一方の底刃７ａが食い付いてから他方の底刃７ｂが食い付くまでの周期と、他方の底刃７ｂが食い付いてから一方の底刃７ａが食い付くまでの周期も互いに異なるものとなる。
【００１４】
従って、このような底刃７ａ，７ｂが被削材に交互に食い付きながら切削が行われても、これらの底刃７ａ，７ｂからエンドミル本体１に作用する振動は大きさが互いに異なるものとなり、しかも本実施形態では周期も互いに異なるものとなるため、一定の大きさの振動が一定の周期で繰り返し作用することによる共振、すなわちビビリ振動がエンドミル本体１に生じるのを確実に防止することが可能となる。そして、これらの曲率半径の差を例えば上記範囲内において適当に設定することにより、むしろこれらの底刃７ａ，７ｂから作用する振動同士を打ち消し合わせて相殺させることができるので、上記構成のボールエンドミルによれば、ビビリ振動の発生による仕上げ面精度の劣化を防ぐことができ、さらにはこの仕上げ面精度の向上を図って、後工程で改めて被削材を仕上げ加工するような手間を省くことができ、効率的な切削加工を促すことが可能となる。
【００１５】
また、本実施形態ではこうして異なる曲率半径とされた底刃７ａ，７ｂがなす上記凸曲線の曲率半径の差が、曲率半径の大きな他方の底刃７ｂの曲率半径に対して２０％〜５０％の範囲で小さくなるようにされており、より確実に上述のようなビビリ振動を抑制しつつも、円滑な切屑排出性やエンドミル寿命は維持することができる。すなわち、この曲率半径の差が、曲率半径の大きな底刃７ｂの曲率半径の２０％を下回るほど小さく、つまり底刃７ａ，７ｂがなす上記凸曲線の曲率半径の差が少ないと、該底刃７ａ，７ｂからエンドミル本体１に作用する振動の大きさや周期もさほど変わらないものとなって共振を確実に防止することができなくなるおそれが生じる。
【００１６】
その一方で、逆に上記曲率半径の差が大きすぎると、特に本実施形態のように底刃７の外周端が軸線Ｏに対して対称位置にある場合には、曲率半径の小さな底刃７ａからその回転方向Ｔ側の曲率半径の大きな底刃７ｂまでの周方向の間隔が小さくなり、これに伴い刃部４の先端部における切屑排出溝５やギャッシュ８の大きさも小さくせざるを得なくなって、場合によっては切屑詰まりが生じたりするおそれがある。また、これとは反対の、曲率半径の大きな底刃７ｂからその回転方向Ｔ側の曲率半径の小さな底刃７ａまでの周方向の間隔は大きくなるため、他方の底刃７ｂによる切削量が一方の底刃７ａよりも多くなり、これによって他方の底刃７ｂの摩耗が一方の底刃７ａよりも促進されて、ボールエンドミルとしての寿命が短縮されてしまうおそれがある。従って、この曲率半径の差は、本実施形態のように２０％〜５０％の範囲とされるのが望ましい。
【００１７】
なお、本実施形態では底刃７ａ，７ｂの外周端および外周切刃６の先端の位置を周方向に等間隔として、軸線Ｏに対して対称に配置しているが、これらは周方向に不等間隔で、軸線Ｏに対しても非対称な位置に配置されていてもよい。
【００１８】
次に、図３および図４は、本発明を４枚刃のボールエンドミルに適用した場合の第２の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。すなわち、この第２の実施形態のボールエンドミルでは、エンドミル本体１の上記刃部４に、それぞれ４条の外周切刃６および底刃７からなる切刃３が図４に示すように周方向に間隔をあけて形成されていて、これらの切刃４の底刃７のうち少なくとも１の底刃７が軸線Ｏ方向先端視になす回転方向Ｔに凸となる凸曲線の曲率半径が、他の底刃７が軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径と異なる大きさとされており、具体的には周回りに１つおきの軸線Ｏに対して互いに反対側に位置する一対の一方の底刃（図２において概ね左右方向に延びる底刃）７ａの上記凸曲線の曲率半径が、他の一対の他方の底刃（図２において概ね上下方向に延びる底刃）７ｂの上記凸曲線の曲率半径よりも小さくされている。
【００１９】
ここで、本実施形態では、一対の上記一方の底刃７ａ同士の曲率半径と、他の一対の上記他方の底刃７ｂ同士の曲率半径は、それぞれ互いに等しくされている。また、第１の実施形態と同様に、曲率半径の大きな他方の底刃７ｂと小さな一方の底刃７ａとがなす上記凸曲線の曲率半径の差は、この他方の底刃７ｂがなす上記凸曲線の曲率半径の２０％〜５０％の範囲となるようにされている。
【００２０】
さらに、本実施形態では図４に示すように、上記他方の底刃７ｂは第１の実施形態の底刃７（底刃７ａ，７ｂ）と同様に刃部４の先端内周側において上記軸線Ｏ上で互いに連続するようにされているのに対し、一方の底刃７ａはその内周端が軸線Ｏから僅かに外周側に離れて位置させられていて、互いに連続することがないようにされている。さらにまた、本実施形態ではこれら４枚の底刃７（７ａ，７ｂ）は、その外周端の位置同士の間隔が、上記凸曲線の曲率半径の大きな他方の底刃７ｂからその回転方向Ｔ側の曲率半径の小さな一方の底刃７ａまでの間隔が、この上記凸曲線の曲率半径の小さな一方の底刃７ａからその回転方向Ｔ側の曲率半径の大きな他方の底刃７ｂまでの間隔よりも小さくなるようにされている。
【００２１】
従って、このような第２の実施形態のボールエンドミルでも、第１の実施形態と同様に複数の底刃７による振動が一定の大きさで周期的に作用するのを防いで、エンドミル本体１にビビリ振動が発生するのを防止することができ、優れた仕上げ面精度を得て効率的な加工を図ることが可能となる。また、これらの底刃７ａ，７ｂがなす上記凸曲線の曲率半径の差が、他方の底刃７ｂの大きな曲率半径の２０％〜５０％の範囲とされているので、かかる効果を確実に奏しつつも、切屑排出性やエンドミル寿命が損なわれたりするのを防ぐこともできる。
【００２２】
しかも、本実施形態では底刃７の外周端の位置が、周方向に等間隔に配置した位置よりも上記凸曲線の曲率半径の大きな一方の底刃７ａにおいて僅かに回転方向Ｔの後方側に後退するようにされて、周方向に不等間隔とされており、これにより、軸線Ｏ方向先端視に凸となる凸曲線をなすこれらの底刃７ａ，７ｂの回転方向Ｔに最も突出した部分は、上記とは逆に図２に示されるように周方向に略等間隔に位置するように配置したりすることが可能となるので、これらの底刃７ａ，７ｂ間の間隔に広狭が生じるのを一層確実に防いで、切屑詰まりや他方の底刃７ｂの摩耗によるエンドミル寿命の短縮をさらに効果的に防ぐことが可能となる。ただし、このようにして底刃７の外周端の位置を周方向に不等間隔とするのに代えて、図４に２点鎖線で示すように各底刃７の外周端が周方向に略等間隔となるように配置したり、あるいは上記とは逆に、この周方向に等間隔に配置した位置よりも曲率半径の大きな一方の底刃７ａの外周端が回転方向Ｔ側に位置するようにされていてもよい。
【００２３】
さらに、本実施形態では４枚の底刃７が形成されているにも拘わらず、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する各一対の一方の底刃７ａと他方の底刃７ｂとはそれぞれ等しい曲率半径とされているので、その成形が比較的容易であるという利点も得られる。ただし、本実施形態ではこのように軸線Ｏを挟んで反対側に位置する底刃７の上記凸曲線がなす曲率半径が互いに等しくされているが、これらが異なるようにされていてもよく、第１の実施形態のようにすべての底刃７の曲率半径が異なっていたり、２つの底刃７の曲率半径は等しくて、残りの２つの底刃７の曲率半径はこれと異なり、かつ互いにも異なるようにされていてもよい。
【００２４】
なお、上記第１、第２の実施形態では底刃７が２枚、４枚の偶数刃であったが、３枚や５枚以上の奇数もしくは偶数刃のボールエンドミルに本発明を適用することも勿論可能である。また、第１の実施形態や第２の実施形態で鎖線で示したように、底刃７がその外周端において周方向に等間隔とされていてもよく、またこれよりも内周側の軸線Ｏ方向先端視に該軸線Ｏを中心とした少なくとも１つの円周上で底刃７が等間隔となるようにされていてもよく、あるいはいずれの円周上でも底刃７が不等間隔となるようにされていてもよい。さらに、このように底刃７の外周端をいずれかの円周上で周方向に等間隔に配置したり、いずれの円周上でも不等間隔となるように配置したりした場合でも、外周切刃６の捩れ角は互いに等しくても、上記特許文献１に記載の転削工具のように異なる角度とされていてもよく、さらに外周切刃６の先端等の周方向の間隔も、等間隔とされていても不等間隔とされていてもよい。一方、このような外周切刃６を備えずに、エンドミル本体１の先端部に底刃７のみが形成されたボールエンドミルに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示す実施形態の軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す側面図である。
【図４】図３に示す実施形態の軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  エンドミル本体
３  切刃
４  刃部
６  外周切刃
７  底刃
７ａ  軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径が小さくされた一方の底刃
７ｂ  軸線Ｏ方向先端視になす凸曲線の曲率半径が大きくされた他方の底刃
Ｏ  エンドミル本体１の軸線
Ｔ  エンドミル本体１の回転方向
【図１】
2006224254.tif 000003
【図２】
2006224254.tif 000004
【図３】
2006224254.tif 000005
【図４】
2006224254.tif 000006