(57)【要約】【課題】Ｌ／Ｄが大きなエンドミルによって被削材に高さの高い縦壁等の加工面を形成する場合や、比較的切削抵抗の高い高硬度材の加工、あるいはすくい角がネガとなったエンドミルによる加工の場合などでも、加工効率を損なうことなく倒れやうねりのない高精度の加工面を得ることが可能なエンドミルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の先端部外周に、軸線Ｏ回りに捩れる外周刃５が形成されてなるエンドミルにあって、外周刃５の軸線Ｏ回りの回転軌跡を、外周刃５の先端から後端側に向けて（外周刃５のリード／外周刃５の刃数）のピッチＰで周期的に軸線Ｏに対する径方向に凹凸させる。【選択図】図２
2011045959.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外周に、上記軸線回りに捩れる外周刃が形成されてなるエンドミルであって、上記外周刃の上記軸線回りの回転軌跡が、該外周刃の先端側から後端側に向けて（外周刃のリード／外周刃の刃数）のピッチで周期的に上記軸線に対する径方向に凹凸していることを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
外周刃の軸線回りの回転軌跡が該軸線に平行とされた予備加工用エンドミルによって被削材を切削加工し、この予備加工用エンドミルの外周刃により形成された上記被削材の加工面のうねりを測定して、回転軌跡がこのうねりを反転させた凹凸となるように請求項１に記載のエンドミルの外周刃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、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に外周刃が形成されたエンドミルおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型などの被削材に側面切削を施して縦壁のような加工面を形成するエンドミルにおいては、形成すべき縦壁が高くて、エンドミルの外周刃の刃長Ｌが外周刃の外径Ｄに対してなす比率Ｌ／Ｄが大きくならざるを得ない場合、あるいは比較的切削抵抗の高い高硬度材の加工やすくい角がネガとなったエンドミルによる加工の場合などには、切削加工中に切削抵抗によってエンドミル本体が撓み易く、加工面にエンドミル本体の軸線方向（縦壁の高さ方向）に向けて倒れやうねりが発生し易い。このうち倒れを防ぐものとしては、例えば特許文献１〜３に記載されているように、外径Ｄが後端側に向けて僅かに小さくなるように外周刃にバックテーパを施したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０９５５９号公報
【特許文献２】特開２００５−３１９５３８号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、加工面のうねりを抑制するためには、例えば外周刃の捩れ角を小さくすることが考えられる。ところが、捩れ角を小さくすると、エンドミル本体に作用する背分力がスラスト力と比べて大きくなるため、倒れが発生し易くなってしまい、結果的に良好な加工面を得ることができなくなる。このため、被削材に高さの高い縦壁のような加工面をＬ／Ｄの大きなエンドミルによって精度良く形成したり、高硬度材の加工やすくい角がネガとなったエンドミルによる加工の場合などには、側面切削により一旦加工面を形成した後に、切り込みを小さくして加工面を仕上げ切削することによりうねりを取り除くようにしなければならず、加工効率が損なわれることが避けられなかった。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、Ｌ／Ｄが大きなエンドミルによって被削材に高さの高い縦壁等の加工面を形成する場合や、比較的切削抵抗の高い高硬度材の加工、あるいはすくい角がネガとなったエンドミルによる加工の場合などでも、加工効率を損なうことなく倒れやうねりのない高精度の加工面を得ることが可能なエンドミルおよびその製造方法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】
【０００６】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のエンドミルは、軸線回りに回転されるエンドミル本体の先端部外周に、上記軸線回りに捩れる外周刃が形成されてなるエンドミルであって、上記外周刃の上記軸線回りの回転軌跡が、該外周刃の先端側から後端側に向けて（外周刃のリード／外周刃の刃数）のピッチで周期的に上記軸線に対する径方向に凹凸していることを特徴とする。
【０００７】
また、このようなエンドミルを製造するための本発明のエンドミルの製造方法は、外周刃の軸線回りの回転軌跡が該軸線に平行とされた予備加工用エンドミルによって被削材を切削加工し、この予備加工用エンドミルの外周刃により形成された上記被削材の加工面のうねりを測定して、回転軌跡がこのうねりを反転させた凹凸となるように本発明のエンドミルの外周刃を形成することを特徴とする。
【０００８】
ここで、エンドミルによる側面切削の場合、１つの外周刃による加工面のうねりは、外周刃のリードと半径方向の切り込み深さとに応じたものになる。例えば、一般的な右刃右捩れのエンドミルによりダウンカットで側面切削を行う場合、外周刃の先端が被削材に食い付いてから切り込み深さに達して被削材から抜け出るまでは、被削材に切り込まれる外周刃の長さがリードに沿って漸次増大するのに伴い切削抵抗も増大するため、通常エンドミル本体は被削材から離れる側に撓んでその撓みも大きくなってゆく。
【０００９】
次に、こうして外周刃の先端が被削材から抜け出て、被削材の切削部位全体に外周刃が切り込まれた状態では、被削材に切り込まれている外周刃の長さは一定であるため、切削抵抗も一定となるが、抵抗が作用する位置がエンドミル本体の軸線方向先端側から後端側へと移ってゆくため、エンドミル本体の撓みは徐々に小さくなり、従って加工面のうねりは高さ方向に向けて緩やかに被削材側に向かう方向となる。
【００１０】
そして、さらに外周刃の後端側が被削材の上端面側に食い付いてから抜け出るまでは、被削材に切り込まれる外周刃の長さは短くなっていって切削抵抗も漸次小さくなるとともに、抵抗が作用する位置も後端側に移動し続けるので、エンドミル本体の撓みは急激に小さくなってうねりも小さくなり、外周刃の後端側が被削材から抜け出たところで撓みもうねりも０になる。
【００１１】
また、同じく右刃右捩れのエンドミルによりアップカットで側面切削を行う場合には、外周刃の先端が被削材に食い付いてから僅かの間は、エンドミル本体は被削材から離れるように撓んで加工面も被削材から突出するようになるが、外周刃が被削材に切り込まれるに従いエンドミル本体が被削材を径方向に引っ張るように作用して、被削材が金型のように高剛性の場合には、逆にエンドミル本体が被削材側に食い込むように撓みを生じ、これに伴い加工面のうねりも急激に被削材側に向かうものになる。
【００１２】
次いで、被削材の切削部位全体に外周刃が切り込まれると、ダウンカットの場合と同様に切削抵抗は一定になるとともに抵抗が作用する位置はエンドミル本体後端側へと移ってゆくため、撓みは小さくなってエンドミル本体は被削材側に食い込んだ状態から離れる方向に向かい、加工面のうねりも被削材側に喰い込む方向から緩やかに突出する方向に向かう。さらに、外周刃の後端側が被削材の上端面に食い付いてから抜け出るまでは、被削材に切り込まれる外周刃の長さが徐々に短くなって切削抵抗も小さくなり、これに伴いエンドミル本体の撓みおよび加工面のたおれも小さくなって、外周刃が被削材から抜け出たところで０となる。
【００１３】
そして、このように外周刃の先端が被削材に食い付いてから抜け出るまでに被削材に外周刃が切り込まれる軸線方向の切り込み深さと、被削材の切削部位全体に外周刃が一定の長さで切り込まれている間の軸線方向の切り込み深さと、さらに外周刃の後端側が被削材の上端面に食い付いてから抜け出るまでの軸線方向の切り込み深さとは、それぞれの間にエンドミル本体の回転により外周刃が被削材の半径方向の切り込み深さを切削する際のエンドミル本体の回転角度と外周刃のリードとの積によって決定される。
【００１４】
言い換えれば、１つの外周刃は、エンドミル本体の１回転ごとにエンドミル本体が撓みながら切削を行うことにより、加工面に一定形状のうねりを形成してゆくのであるが、一般的にエンドミルには複数の外周刃が形成されていて、これらの外周刃が等リード、等間隔に形成されている場合には、エンドミル本体が１回転する間に各外周刃によるうねりが（外周刃のリード／外周刃の刃数）のピッチ分ずつ縦壁の高さ方向にずらされて重ね合わされて、高さ方向に周期的な凹凸をなすように加工面に形成されることになる。
【００１５】
そこで、このような加工面のうねりを、このうねりの凹凸とは逆の凹凸を外周刃に形成することによって相殺するのに際し、本発明のエンドミルでは、上記うねりがずらされるピッチに合わせて、外周刃の上記軸線回りの回転軌跡を、外周刃の先端から後端側に向けて（外周刃のリード／外周刃の刃数）のピッチで周期的に軸線に対する径方向に凹凸させているのである。従って、このように構成されたエンドミルによれば、被削材に高さの高い縦壁のような加工面を形成する場合に、エンドミル本体のＬ／Ｄが大きくて撓みを生じ易くても加工面にうねりや倒れが生じるのを防ぐことができ、これにより１度の側面切削で高精度の加工面を形成することができて、加工効率の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
ここで、この外周刃の凹凸の大きさや形状は、例えば種々の加工条件に基づいて計算により求めることも可能であるが、本発明のエンドミルの製造方法では、まず外周刃の軸線回りの回転軌跡が該軸線に平行とされた予備加工用エンドミルによって予め被削材を切削加工し、この予備加工用エンドミルの外周刃により形成された上記被削材の加工面のうねりを測定して、回転軌跡がこのうねりを反転させた凹凸となるように本発明のエンドミルにおける外周刃を形成しており、実際に加工面に生じるうねりに基づいて外周刃の凹凸が設定されるため、一層確実に高精度の加工面を形成することが可能なエンドミルを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のエンドミルによれば、エンドミル本体のＬ／Ｄが大きくて撓みを生じ易くても、加工面にうねりや倒れが発生するのを抑えて１度の側面切削で平滑な加工面を形成することができ、加工精度と加工効率の向上を図ることができる。また、本発明の製造方法によれば、このようなエンドミルを精度良く確実に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のエンドミルの一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示す実施形態の外周刃の回転軌跡を示す拡大図である（ただし、説明のため、外周刃の凹凸は図３に合わせて誇張して描かれている。）。
【図３】本発明のエンドミルの製造方法における予備加工用エンドミルによって切削加工された加工面の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１ないし図３は、本発明のエンドミルおよびその製造方法の一実施形態を示すものである。本実施形態のエンドミルは、そのエンドミル本体１が超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成され、その後端側部分（図１において右側部分）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部分（図１において左側部分）は切刃部３とされ、シャンク部２が工作機械の主軸に保持されて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに交差する方向に送り出されることにより、上記切刃部３によって被削材に切削加工を施してゆく。
【００２０】
切刃部３の外周には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔ後方側に捩れる複数条の切屑排出溝４が形成されており、これらの切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側辺稜部に、それぞれ外周刃５が形成されている。従って、本実施形態では切屑排出溝４と同じく複数条の外周刃５が、切屑排出溝４の捩れに合わせて先端から後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにエンドミル回転方向Ｔ後方側に螺旋状に捩れるように形成される。
【００２１】
ここで、これらの外周刃５は、互いに等しい一定の捩れ角でそれぞれ捩れるように形成されていて、当該外周刃５に沿って軸線Ｏ回りに１回転する間に軸線Ｏ方向に延びる距離、すなわちリードが、互いに等しくされている。また、各外周刃５の周方向の間隔も互いに等しく等間隔とされている。
【００２２】
なお、エンドミル本体１の先端部には、上記切屑排出溝４から内周側に延びる凹溝状のギャッシュ６が形成されており、このギャッシュ６のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面の先端側辺稜部に、上記外周刃５の先端からそれぞれエンドミル本体１の内周側に延びる底刃７が形成されている。ここで、本実施形態のエンドミルは、これら外周刃５と底刃７とが軸線Ｏ回りの回転軌跡で略直交するようにされた、スクエアタイプのエンドミルとされている。ただし、このギャッシュ６は、本実施形態ではエンドミル本体１の外周に達するまで延びていて、外周刃５の先端部５Ａはこのギャッシュ６の上記エンドミル回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部に形成されていて、チッピング防止のためのギャッシュランドが施されており、この先端部５Ａは例えば０．３ｍｍ程度の長さで３／１００程度のテーパで先端側に向かうに従いエンドミル本体１の内周側に向かうように傾斜して底刃７の外周端に交差させられている。
【００２３】
そして、この先端部５Ａを除いた外周刃５の軸線Ｏ回りの回転軌跡は、図２に示すように軸線Ｏ方向に沿って所定のピッチＰで周期的に、該軸線Ｏに対する径方向に凹凸するように形成されており、このピッチＰは、上記外周刃５のリードを外周刃の数で除した長さ、すなわち（外周刃５のリード／外周刃５の刃数）とされている。さらに、このように径方向に凹凸する外周刃５の凹凸の形状は、外周刃の軸線回りの回転軌跡が該軸線に平行な円筒面となる通常のエンドミルにより被削材を側面切削した際に生じる上述した加工面のうねりを反転させた形状とされている。
【００２４】
ここで、図３は、このような通常のエンドミルを本発明のエンドミルの製造方法の一実施形態における予備加工用エンドミルとして、被削材を側面切削した際の加工面のうねりを測定したものであり、切削はダウンカットにより行った。なお、この予備加工用エンドミルは、外周刃の回転軌跡が凹凸していないこと以外は実施形態のエンドミルと同一で、外周刃の外径１０ｍｍ、リード３１．４ｍｍ、捩れ角４５°、外周刃の数は６、外周刃のすくい角はネガ、エンドミル本体の材質は超微子粒超硬合金、切刃部のＬ／Ｄは２．５である。
【００２５】
また、被削材はＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）で、切削条件は、軸線方向の切り込み深さ１５ｍｍ、半径方向の切り込み深さ０．２ｍｍ、回転速度１８００ｍｉｎ−１、切削速度５７ｍ／ｍｉｎ、送り速度２６０ｍｍ／ｍｉｎ（１刃当たりの送り０．０２４ｍｍ）であり、エアブローによる乾式切削であった。
【００２６】
図３に示すように、加工面に形成されたうねりの１周期では、加工面の底面（上端面からの距離１５ｍｍの位置）側から加工面（縦壁）の高さ方向に被削材の上端面（上端面からの距離０ｍｍの位置）側に向けて、平滑な加工面が形成されるべき位置（加工面の位置が０ｍｍの位置）に対して断面山形を呈しており、この山形の頂点における加工面の位置は０．０２ｍｍ程度である。そして、このようなうねりが予備加工用エンドミルの（外周刃のリード／外周刃の刃数）である５．２ｍｍのピッチで連続している。ただし、この加工面（縦壁）の底面と交差する部分は、外周刃５の先端部５Ａが上述のようなギャッシュランドが施されてテーパ状とされていることから、この底面側に向かうに従い漸次突出するように形成される。
【００２７】
そこで、本実施形態のエンドミルでは、この加工面のうねりを略反転させた形状、寸法で外周刃５の回転軌跡が凹凸するように形成されている。ここで、本実施形態では、外周刃５は、そのギャッシュランドが施された上記先端部５Ａを除いて、先端側から後端側に向けて、軸線Ｏに対して急勾配で漸次突出して頂点に達した後、緩やかに軸線Ｏ側（内周側）に向かい、さらにこれよりも急な勾配で軸線Ｏ側に傾斜する山形をなしていて、このような凹凸を上記ピッチＰで周期的に繰り返すようにされている。
【００２８】
従って、この凹凸のピッチＰは上述のように（外周刃５のリード／外周刃５の刃数）である５．２ｍｍであり、また凹凸の凹となる谷部から最も凸となる頂点までの径方向の突出量は０．０１４ｍｍ程度であり、複数の外周刃５同士で回転軌跡が一致するようにされている。ただし、上述のように山形を呈する加工面のうねりの頂点や勾配が変化する部分、あるいは隣接する山同士の間の凹となる谷部に対応する部分では、外周刃５の回転軌跡は凹凸曲線により滑らかに丸められている。
【００２９】
このような外周刃５を有する本実施形態のエンドミルによって上記被削材の側面切削を予備加工用エンドミルによる切削条件と同じ条件で、ダウンカットにより行うと、外周刃５の先端が被削材に食い付いてから半径方向の切り込み深さに達して被削材から抜け出るまでは、エンドミル本体１が撓むのに対し、外周刃５は後端側に向けてその外径が漸次大きくなるため、この部分を平滑に切削することができる。
【００３０】
また、外周刃５の先端が被削材から抜け出て、被削材の切削部位全体に外周刃５が切り込まれた状態では、エンドミル本体１の撓みが徐々に小さくなって加工面は緩やかに被削材側に向かおうとするのに対し、外周刃５も軸線Ｏ側に緩やかに後退し、さらに外周刃５の後端側が被削材の上端面側に食い付いてから抜け出るまでの加工面のうねりが急勾配で小さくなる部分では、外周刃５も急勾配で軸線Ｏ側に向かうので、結果的に加工面の平滑度を維持することができる。
【００３１】
このように、上記構成のエンドミルによれば、エンドミル本体１の撓みに関わらず平滑な加工面を形成することができ、これは比較的切削抵抗の高い高硬度材の加工やすくい角がネガとなるエンドミルによる加工、あるいは切刃部３のＬ／Ｄが大きい場合でも変わることがない。このため、被削材に高さの高い縦壁を形成するような場合でも、１度の側面切削により高精度の加工面を得ることが可能となり、加工精度と加工効率をともに向上させることができる。
【００３２】
また、このようなエンドミルを製造する際の上記製造方法においては、外周刃の回転軌跡が軸線と平行とされた予備加工用エンドミルによって予め同じ切削条件で被削材を切削し、その加工面のうねりを反転させた凹凸を外周刃５に与えるものであるから、より確実に上述のような平滑な加工面を形成しうるエンドミルを製造することが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態ではダウンカットにより切削を行うエンドミルについて説明したが、アップカットの場合でも同様に、上述した加工面のうねりを反転させた凹凸が外周刃の先端から後端側に向けて、（外周刃のリード／外周刃の刃数）のピッチで周期的に繰り返されるような回転軌跡をなすように外周刃を形成すればよい。この場合にも、外周刃の回転軌跡が軸線に平行な予備加工用エンドミルによってアップカットにより被削材を切削し、そのときの加工面のうねりに基づいて外周刃の回転軌跡を設定すればよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  エンドミル本体
２  シャンク部
３  切刃部
４  切屑排出溝
５  外周刃
６  ギャッシュ
７  底刃
Ｏ  エンドミル本体１の軸線
Ｔ  エンドミル回転方向
Ｐ  外周刃５の回転軌跡が凹凸するピッチ
【図１】
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【図２】
2011045959.tif 000004
【図３】
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