(57)【要約】【課題】工具回転中心近傍の切れ刃の切削抵抗を低減させ、切屑を安定して分断でき、且つ加工精度の良い刃先交換式ボールエンドミルを提供する。【解決手段】刃先交換式ボールエンドミルにおいて、主インサートと副インサートの切れ刃稜線部には複数のニックが設けられ、回転軌跡の半径をＲ（ｍｍ）、主インサートの回転軸に最も近いニックの下部点Ｑと工具本体の最下点Ｐとの距離Ｌａ１（ｍｍ）が、０＜Ｌａ１≦０．１Ｒ、であり、回転中心を通る断面の主インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ１（ｍｍ）、回転中心を通る断面の副インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ２（ｍｍ）、（Ｘ１＋Ｘ２）／（（Ｒ−Ｘ１）＋（Ｒ−Ｘ２））の値をＳ値とした時、１≦Ｓ≦１．１、であることを特徴とする刃先交換式ボールエンドミルである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の端部に主インサートと副インサートを着脱自在に装着した刃先交換式ボールエンドミルにおいて、該主インサートと該副インサートの切れ刃稜線部には複数のニックが設けられ、該切れ刃稜線部が描く略半円球状の回転軌跡は、該切れ刃稜線部がニック部分を互いに補完し合うように配置され、該回転軌跡の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、該主インサートの回転軸に最も近いニックの下部点Ｑと該工具本体の最下点Ｐとの距離Ｌａ１（ｍｍ）が、０＜Ｌａ１≦０．１Ｒ、であり、回転中心を通る断面の該主インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ１（ｍｍ）、回転中心を通る断面の該副インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ２（ｍｍ）、（Ｘ１＋Ｘ２）／（（Ｒ−Ｘ１）＋（Ｒ−Ｘ２））の値をＳ値とした時、１≦Ｓ≦１．１、であることを特徴とする刃先交換式ボールエンドミル。
【請求項２】
請求項１記載のボールエンドミルにおいて、該主インサートと該副インサートのニックの数は、夫々少なくとも４ヶ所であることを特徴とする刃先交換式ボールエンドミル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のボールエンドミルにおいて、該主インサートと該副インサートのすくい面にブレーカ溝を設けたことを特徴とする刃先交換式ボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、工具本体の端部に形成したインサート取付座に、主インサートと副インサートからなる切刃を有するインサートを、着脱自在に装着した刃先交換式ボールエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から３に、切れ刃にニック形状や波形状を設けることで切削抵抗の低減と切り屑を分断させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１７５１３号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３１１９号公報
【特許文献３】特許２００５−１３１７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明は、工具回転中心近傍の切れ刃の切削抵抗を低減させ、切屑を安定して分断でき、且つ加工精度の良い刃先交換式ボールエンドミルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、工具本体の端部に主インサートと副インサートを着脱自在に装着した刃先交換式ボールエンドミルにおいて、該主インサートと該副インサートの切れ刃稜線部には複数のニックが設けられ、該切れ刃稜線部が描く略半円球状の回転軌跡は、該切れ刃稜線部がニック部分を互いに補完し合うように配置され、該回転軌跡の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、該主インサートの回転軸に最も近いニックの下部点Ｑと該工具本体の最下点Ｐとの距離Ｌａ１（ｍｍ）が、０＜Ｌａ１≦０．１Ｒ、であり、回転中心を通る断面の該主インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ１（ｍｍ）、回転中心を通る断面の該副インサート切れ刃稜線の回転軸方向長さにおける総和をＸ２（ｍｍ）、（Ｘ１＋Ｘ２）／（（Ｒ−Ｘ１）＋（Ｒ−Ｘ２））の値をＳ値とした時、１≦Ｓ≦１．１、であることを特徴とする刃先交換式ボールエンドミルである。上記の構成を採用することによって、工具回転中心近傍の切れ刃の切削抵抗を低減させ、切屑を安定して分断でき、且つ加工精度の良い刃先交換式ボールエンドミルを提供することができる。
【０００６】
本願発明の刃先交換式ボールエンドミルは、主インサートと副インサートのニックの数は、夫々少なくとも４ヶ所であることが好ましい。また、主インサートと副インサートのすくい面にブレーカ溝を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明によって工具回転中心近傍の切れ刃の切削抵抗を低減させ、切屑を安定して分断でき、且つ加工精度の良い刃先交換式ボールエンドミルを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
切れ刃稜線部にニックが設けられ刃先交換式ボールエンドミルを用いて、フライス加工による重切削を行う様な場合、加工能率を向上させるため切削送りを上げると大きな切削抵抗が発生する。これにより工具本体にビビリ振動が発生し、加工精度の低下やインサートが破損してしまう。一方、切削送りを下げて加工すると加工能率が低下してしまう。ここで言う重切削とは、切削条件の１刃当りの送り量ｆｚが０．３ｍｍ／刃以上であるような場合である。重切削において大きな切削抵抗が発生する要因について考察すると、以下のように考えられる。大きな切削抵抗の発生は、工具回転中心近傍における切れ刃の被削材への食い付きの困難性が、その原因の１つとして考えられら。即ち、主インサートの切れ刃によって切り屑が排出された直後に、ほぼ同一箇所を副インサートの切れ刃が通過する際に、工具回転中心近傍の切削形態は、削りしろが極めて少なくなる。この様に副インサートの切れ刃の削りしろが少ない場合、この切れ刃は被削材へ食い付くことが出来ずに、被削材を擦る様にして通過することになる。そうすると、擦りながら通過する切れ刃は、大きな切削抵抗を発生させてしまうことになるのである。しかも、工具回転中心近傍は回転周速が小さいため、工具本体にビビリ振動が発生し易い状態となる。このビビリ振動は、加工精度に悪影響を及ぼすこととなる。
そこで、本願発明では、副インサートの切れ刃の削りしろを十分確保して、正常な切削と切り屑排出ができるように、主インサートの回転軸に最も近いニックの配置を規定する。ニックの配置と切り屑の形状を比較すると、工具回転中心から離れた位置にニックを設ける場合、例えば３箇所となる場合には、大きく長い切り屑が生成されてしまう。これは、切れ刃長さが大きいことに起因しており、切り屑排出性にとって好ましくない現象である。これに対して、工具回転中心近傍にニックを設けることにより、切れ刃長さは短縮され、切り屑はより小さくなる。また、形状も略均等な長さとなって分断され、排出効果がより改善されることになる。例えば、ニックの数を３箇所から４箇所へと増やすことにより、ニックによる切り屑の分断効果、排出効果も良好となる。
更に、ニックは切れ刃として作用しないことから、意図的にニック部の切り残しを形成し、次に来る副インサートの切れ刃が通過する際の削りしろを確保するのである。主インサートの回転軸に最も近いニックの下部点Ｑと該工具本体の最下点Ｐとの距離Ｌａ１（ｍｍ）は、該回転軌跡の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、０＜Ｌａ１≦０．１Ｒ、となるようにすることが必要である。ここで、主インサートの回転軌跡上に工具本体の最下点Ｐがある。Ｌａ１が０．１Ｒを超えて大きい場合、回転軸近傍の主インサート切れ刃が作用して切り屑が排出されてしまい、その後に来る副インサートの切れ刃による削りしろの確保が不十分となってしまう。これにより、副インサートの切れ刃は、被削材への食い付きが悪くなり、表面を擦りながら通過することになり場合もある。その結果、ビビリ振動が発生し易い状態となる。一方、Ｌａ１値の最小値は、点Ｐと、副インサートの回転軌跡上の最下点との軸線方向距離とすることが好ましい。
切れ刃の逃げ面に、切れ刃から着座面に向けて延びるニックが形成され、このニックはインサート厚みの１／５〜３／４分の長さ有することが好ましい。このとき、切れ刃に沿ったインサート厚みは略一定であっても、変化する場合であってもよい。ここで、主インサートの回転軸に最も近いニックの下部点Ｑは、切れ刃稜線部が描く略半円球状の回転軌跡と、主インサートのニック回転軌跡の交点をＱ点とする。即ち、主インサートのニック回転軌跡が、切れ刃稜線部が描く略半円球状の回転軌跡の内側へ向かい始める点をＱ点とする。これは、一般的にニック部と切れ刃部とを結ぶ領域が曲線となっていることを配慮したものである。
また、本願発明の刃先交換式ボールエンドミルはＳ値が、１≦Ｓ≦１．１、となることを規定している。この理由は、ボールエンドミルの略１／４円弧状の切れ刃すべてを使用するような切り込み深さの切削条件であっても、削り残しが無く、切れ刃長さを極力短くして切削抵抗の低減が可能となるからである。同時に、適正な切り屑処理を行い、切り屑の巻き込みによるインサートの破損を回避することが可能となった。１≦Ｓ≦１．１、で表す範囲内になるようにする事で、切削時の切れ刃と被加工物との接触長さが必要最小限となり、切削抵抗の低減に必要な切れ刃長さを得る事が出来る。このとき、Ｓ値が１未満となると、加工後の被削材に削り残しが発生する不都合が生じる。一方、Ｓ値は１．１を超えて大きくなるようにすると、切れ刃と被削材との接触する長さが必要以上に長くなる為、切削抵抗が増加してビビリ振動が発生し易くなる。そこで、上記の様な数値範囲に規定した。本願発明は高能率で加工出来る様に、１刃当りの送り量ｆｚが０．３ｍｍ／刃以上の条件で加工出来るようなＳ値の範囲を設定する事を目的とした。
【０００９】
本願発明の刃先交換式ボールエンドミルは、該主インサートと該副インサートのニックの数を、切れ刃稜線部に４ヶ所設置すると、主インサートの回転軸近傍に１つのニックを配置しても、他の３箇所のニックによって切り屑の分断にも良好な効果が得られる。また、切れ刃のすくい面にブレーカ溝を設ける事により、更に切削抵抗が低減出来る。
【実施例】
【００１０】
（実施例１）
図１は本願発明の実施形態を示し、主インサート１と副インサート２を、夫々工具本体３にクランプねじ４とクランプ駒５により装着した状態を主インサート側からみた正面図である。本願発明の刃先交換式ボールエンドミルは、刃径φ５０ｍｍ、刃数２枚刃のＳＣＭ４４０相当、硬さＨＲＣ４４の材料からなる工具ボディ本体として作製した。図２は本願発明の主インサート１の斜視図であり、切れ刃となる稜線６、７、８、９、１０がニック１１、１２、１３、１４により分断されており、主インサート１のすくい面となる上面１５にはブレーカ溝が設けられ、逃げ面となる側面１６はポジ形状をなすように下面１７から上面１５に向けて外側に傾斜して設けられている。図３は工具本体３に装着された主インサート１の工具回転軌跡を、工具回転中心を通る断面で見た時の図であり、主インサート１の回転軸方向の切れ刃長さをＬａ１〜Ｌａ５とし、その総和をＸ１とする。図４は本願発明の副インサート２の斜視図であり、切れ刃となる稜線１８、１９、２０、２１、２２がニック２３、２４、２５、２６により分断されており、副インサート２のすくい面となる上面２７にはブレーカ溝が設けられ、逃げ面となる側面２８はポジ形状をなすように下面２９から上面２７に向けて外側に傾斜して設けられている。図５は工具本体３に装着された副インサート２の工具回転軌跡を、工具回転中心を通る断面で見た時の図であり、副インサート２の回転軸方向の切れ刃長さをＬｂ１〜Ｌｂ４とし、その総和をＸ２とする。図６は工具本体３に主インサート１と副インサート２を取り付けた時の工具回転軌跡を、工具回転中心を通る断面で見た時の図であり、点線で描いた軌跡が夫々のニック部の軌跡を示す。
被削材をボールエンドミルにて加工する時、切削に関与する部分は、図２に示す主インサート１の切れ刃となる稜線６、７、８、９、１０と、図４に示す副インサート２の切れ刃となる稜線１８、１９、２０、２１、２２であり、主インサート１のニック１１、１２、１３、１４と、副インサート２のニック２３、２４、２５、２６は切削に関与しない。両インサートのニック部分は、互いに切れ刃となる稜線部分が工具回転軌跡上で補完し合いながら切削するため、加工された被削材は半円球状の１部をなすような加工形状となる。この時、本願発明のボールエンドミルの切れ刃配置は、切れ刃稜線の長さが必要最小限になるようにニックを配置している。また、実際に切削で使用する切れ刃は工具半径の範囲内である事から、工具半径の範囲内で最適な切れ刃長さの範囲を定めた。例えば、切削に関与する部分の切れ刃となる稜線の切れ刃長さを極力短くすれば、切れ刃と被削材の接触する長さが小さくなり切削抵抗を低減させる事が可能である。しかし、切れ刃稜線を短くしていくと、切れ刃稜線がニック部分を互いに補完しなくなる個所が出てくるため、加工された被削材に削り残しが発生してしまうといった不具合が生じる。
Ｓ値が異なる本発明例１〜５、比較例６〜９のインサートを取り付けたものを使用し、下記の試験条件１において、１刃当りの送り量ｆｚを０．３ｍｍ／刃から０．６ｍｍ／刃まで０．１ｍｍ／刃毎に増加させて肩削り加工した時の、夫々の切削時のビビリ振動と加工面性状の評価を行った。表１に本発明例、比較例のインサートの条件を示す。使用した全てのインサートには、ニックを４箇所配置し、ブレーカー溝を有するものとした。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
各インサートのＬａ１値、Ｓ値は、ニックの位置は変えずにニックの幅を調整し、夫々の値になるように製作した。本発明例１は切れ刃となる稜線の回転軸方向長さＬａ１〜Ｌａ５とＬｂ１〜Ｌｂ４の夫々に対応するニック部分の回転軸方向長さが同じになるように製作し、本発明例２〜５、比較例６〜９は切れ刃となる稜線の回転軸方向長さＬａ１〜Ｌａ５とＬｂ１〜Ｌｂ４が、夫々に対応するニック部分の回転軸方向長さよりも長くなるようにニックの幅を調整して製作した。
切削試験に使用したマシニングセンターは、最高回転数が毎分８０００回転、主軸出力が定格１１ｋｗ、ＢＴ５０のアーバを使用した。被削材は１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２５０ｍｍのブロック材を油圧バイスで固定した。また、工具のＲ切れ刃範囲内にあるすべてのニックが切削に関与するように、切り込み深さを２５ｍｍとし、１／４円弧全体で切削するように切り込み深さを設定した。
（試験条件１）
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度Ｖｃ：１４１ｍ／ｍｉｎ
回転数：毎分９００回転
軸方向切り込み量ａｐ：２５ｍｍ
径方向切り込み量ａｅ：３ｍｍ
加工方法：乾式切削加工
図７に切削試験の結果を示す。記号の意味は、加工中にビビリ振動の発生がなく、加工面品位が良好な物については○、多少ビビリ振動発生するが加工面には目に見て判るほどの荒れた面ではない物は△、ビビリ振動発生し加工面にスジ状の跡が残る物については次加工に影響が出ると見なし×、ビビリ振動が大きく発生し加工が困難な物は××、の判定をした。
図７より、Ｌａ１値が０．１Ｒ以下の場合、加工中にビビリ振動の発生が比較的少なく、切削抵抗の低減効果を確認できた。またＳ値が１．１を超える比較例６〜９は、１刃当りの送り量ｆｚが０．３ｍｍ／刃を超えるあたりからビビリ振動が発生し、加工が困難となった。開発目標に設定したｆｚ値が０．３ｍｍ／刃で加工出来るものは、Ｌａ１値の範囲が、０＜Ｌａ１≦０．１Ｒ、Ｓ値の範囲が、１≦Ｓ≦１．１である事を確認した。Ｓ値が１．１を超えるものについては、ｆｚ値が０．３ｍｍ／刃の時、加工面は問題ないがビビリ振動が発生してしまい安定した加工出来ない状況であった。また、Ｓ値の範囲を、１．００≦Ｓ≦１．０６とすることにより、ｆｚ値は０．５ｍｍ／刃まで、良好に加工出来ることが判った。
【００１３】
（実施例２）
本願発明に係る工具として、実施例１と同じ工具を用い、本発明例１０〜１２、比較例１３、１４のインサートを取り付けた物と、従来例１５の市販されている波形状切れ刃インサートのボールエンドミルにて、下記の試験条件２により夫々の切削抵抗測定を行った。ニック配置の効果を確認するため、肩削り加工において、工具切れ刃の範囲内にあるすべてのニックが切削に関与するように切り込み深さを２５ｍｍとし、１／４円弧全体で切削するように切り込み深さを設定した。評価の結果を表２に示す
（試験条件２）
被削材：ＳＫＤ１１生材
切削速度Ｖｃ：１４１ｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量ｆｚ：０．１７ｍｍ／刃
軸方向切り込み量ａｐ：２５ｍｍ
径方向切り込み量ａｅ：１ｍｍ
加工方法：乾式切削加工
【００１４】
【表２】
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【００１５】
表２より、本発明例１０は、切削抵抗が最も小さく良好な結果が得られた。また、切り屑の分断も良好であった。切削に関与する切れ刃長さが最適な範囲内であり、ブレーカ溝の効果により切削抵抗が最も低い値であった。更に切削抵抗の低減効果によって、工具本体にビビリ振動が無く、加工精度も良好であった。本発明例１１は、すくい面にブレーカ溝が無いため本発明例１０よりも約４％切削抵抗が大きい結果となった。ブレーカ溝を付ける事により切削抵抗は、約４％程度低減が可能であった。本発明例１２は、切れ刃長さの設定が最適な範囲である事から、本発明例１０と略同等の切削抵抗値となった。ニックの数が４箇所から３箇所へと少ないものの、ニックによる切り屑の分断効果でも良好であった。しかし、本発明例１０の切り屑と比較すると大きな切り屑が生成されるため、本発明例１０よりも切り屑の排出性はやや劣る結果となった。
比較例１３は、本発明例１２と同様ニックの効果で切り屑の分断は比較的良好であったが、Ｓ値の設定範囲外の為、切削抵抗低減の効果は得られなかった。比較例１４は、ニック、ブレーカ溝が無く、またＳ値も４９と大きい値であった為、切削抵抗が最も大きくなった。Ｓ値が４９の場合、切れ刃である１／４円弧全体が切削に関与するため、被切削物と切れ刃の接触する長さが最も長い事が原因である。また、ニックが無いことから、切り屑も分断されないため排出性が悪く、切り屑の噛み込みによるインサートの破損が起きやすかった。従来例１５は、切り屑の分断が良好で、切削抵抗も比較例１３、１４と比べ低減出来た。しかし、本発明例１０〜１２によって加工された被加工物の面は、凹凸のない滑らかな１／４円弧が転写されているのに対し、従来例１５で加工された被加工物の面は、波形状が転写されており凹凸形状を有する粗い加工面となった。波形状の切れ刃は切れ刃回転軌跡も波形状となるため、被削材に波形状が転写されてしまい加工精度が悪い。この場合、次工程の加工取り代が不均一になるので次工程工具の寿命が安定しない。
次に、ｆｚ値を２倍の０．３４ｍｍ／刃に上げて同様の加工をした所、本発明例１０〜１２は、ビビリ振動の発生も無く、良好な加工が可能だった。しかし、比較例１３、１４は、ビビリ振動が発生した。従来例１５は、ビビリ振動の発生はなく加工可能であったが、被削材の面に波形状をした凹凸形状が転写され、粗い加工面となった。以上の事から、本発明例は、凹凸のない滑らかな加工面が得られて良好であり、加工能率が大幅に改善される事がわかった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本願発明の刃先交換式ボールエンドミルの正面図を示す。
【図２】図２は、主インサートの斜視図を示す。
【図３】図３は、主インサートの工具回転軌跡を示す。
【図４】図４は、副インサートの斜視図を示す。
【図５】図５は、副インサートの工具回転軌跡を示す。
【図６】図６は、工具全体の回転軌跡を示す。
【図７】図７は、実施例の切削試験結果を示す。
【符号の説明】
【００１７】
１：主インサート
２：副インサート
３：工具本体
４：クランプねじ
５：クランプ駒
６：主インサートの切れ刃稜線
７：主インサートの切れ刃稜線
８：主インサートの切れ刃稜線
９：主インサートの切れ刃稜線
１０：主インサートの切れ刃稜線
１１：主インサートのニック
１２：主インサートのニック
１３：主インサートのニック
１４：主インサートのニック
１５：主インサートの上面（すくい面）
１６：主インサートの側面（逃げ面）
１７：主インサートの下面（底面）
１８：副インサートの切れ刃稜線
１９：副インサートの切れ刃稜線
２０：副インサートの切れ刃稜線
２１：副インサートの切れ刃稜線
２２：副インサートの切れ刃稜線
２３：副インサートのニック
２４：副インサートのニック
２５：副インサートのニック
２６：副インサートのニック
２７：副インサートの上面（すくい面）
２８：副インサートの側面（逃げ面）
２９：副インサートの下面（底面）
【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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【図６】
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【図７】
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