(57)【要約】【課題】エンドミル本体１の撓みによる成形誤差を抑えて難削材の加工などでも加工効率の低下を防ぐことが可能なボールエンドミルを提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の先端部に、軸線Ｏ回りの回転軌跡が先端側に凸となる略半球状をなす先端切刃５が形成されてなるボールエンドミルであって、軸線Ｏ上において先端切刃５の回転軌跡の先端Ｐから後端側に先端切刃５に与えられる基準半径ｒだけ離れた点を基準点Ｃとして、この基準点Ｃから回転軌跡に向けて延びる直線Ｍと軸線Ｏとの挟角θが３０°以上となる範囲では、先端切刃５の回転軌跡を、基準点Ｃを中心とする基準半径ｒの半球よりも外側にあって、その曲率半径Ｒが基準半径ｒよりも大きくされるようにする。【選択図】　　　　図１
2004090171.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先端側に凸となる略半球状をなす先端切刃が形成されてなるボールエンドミルであって、上記軸線上において上記先端切刃の回転軌跡の先端から後端側に該先端切刃に与えられる基準半径だけ離れた点を基準点として、この基準点から上記回転軌跡に向けて延びる直線と上記軸線との挟角が３０°以上となる範囲では、上記先端切刃の回転軌跡が、上記基準点を中心とする上記基準半径の半球よりも外側にあって、その曲率半径が上記基準半径よりも大きく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】
上記先端切刃の回転軌跡の曲率半径は、上記挟角が３０°以上となる範囲でこの挟角が大きくなるに従い漸次大きくなる傾向にあ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。
【請求項３】
上記先端切刃の回転軌跡の曲率半径と上記基準半径との差が、この基準半径に対して１％以下とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールエンドミル。
【請求項４】
上記エンドミル本体の外周には、上記軸線回りの回転軌跡が略円筒面状をなす外周切刃が上記先端切刃の後端に連なるように形成されるとともに、上記先端切刃の回転軌跡の曲率半径が該先端切刃と上記外周切刃との交点においてこの外周切刃の上記軸線からの半径よりも大きくされ、かつこの交点と上記先端切刃の先端との上記軸線方向の距離が上記基準半径よりも小さくされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドミル本体の先端部に回転軌跡が略凸半球状をなす先端切刃が形成されたボールエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のボールエンドミルは、加工物に断面Ｕ字状の溝を形成したり、滑らかな曲面状をなす加工面を形成したりするのに用いられる工具であって、一般的には図３に示すように、後端部が図示されない工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに回転される概略円柱状のエンドミル本体１の先端部が略凸半球状に形成されるとともに、この先端部から後端側に向けてのエンドミル本体１外周に螺旋状に捩れる切屑排出溝２が形成されて、この切屑排出溝２のエンドミル回転方向を向く壁面がすくい面３とされ、このすくい面３の外周側稜線部に切刃４が形成された構成とされており、この切刃４は、上記先端部に形成されて軸線Ｏ回りの回転軌跡が該軸線Ｏ上に中心を有する凸半球状をなす先端切刃５と、この先端切刃５の後端に連なって軸線Ｏ回りの回転軌跡が上記凸半球に滑らかに接する該軸線Ｏを中心とした円筒面状の外周切刃６とから構成される。そして、この先端切刃５がなす凸半球の半径は、それぞれのボールエンドミルの当該先端切刃５に与えられるべき基準半径と理想的には等しく、実際には切刃４によって加工物が削り取られ過ぎてしまうのを防ぐため、基準半径よりも僅かに小さめに形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなボールエンドミルによる切削加工では、そのエンドミル本体１の後端部が把持された状態で先端部の切刃４が加工物に接触して加工が行われることから、この切削時の加工物への接触による反力により、図３に破線で示すように上記切刃４の切り込み側とは反対側、すなわち加工物Ｗの加工面Ｓに対向する側に向けて、エンドミル本体１に多少なりとも撓みが生じることが避けられない。しかしながら、近年の加工物の材質の多様化に伴い、例えば金型の成形などにおいては高硬度材のような難削材よりなる加工物を上述のようなボールエンドミルで加工する場合が増えてきており、取り分け高い加工精度が要求される場合には、たとえエンドミル本体１が超硬合金等の硬質材料によって形成されていても、この撓みによる加工物の成形誤差が無視できないほど大きくなって、従来は不要であった仕上げ加工を余儀なくされたり、あるいは仕上げ代が増大したりし、加工物が難削材であることとも相俟って加工効率の著しい低下を招く結果となる。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、このようなエンドミル本体の撓みによる成形誤差を抑えて難削材の加工などでも加工効率の低下を防ぐことが可能なボールエンドミルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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先端側に凸となる略半球状をなす先端切刃が形成されてなるボールエンドミルであって、上記軸線上において上記先端切刃の回転軌跡の先端から後端側に該先端切刃に与えられる基準半径だけ離れた点を基準点として、この基準点から上記回転軌跡に向けて延びる直線と上記軸線との挟角が３０°以上となる範囲では、上記先端切刃の回転軌跡を、上記基準点を中心とする上記基準半径の半球よりも外側にあって、その曲率半径が上記基準半径よりも大きくなるようにしたことを特徴とする。従って、このように構成されたボールエンドミルにおいては、上記挟角が３０°以上となる範囲では先端切刃の回転軌跡が当該ボールエンドミルの基準半径よりも大きな曲率半径でこの基準半径の半球の外周側に膨らむように位置することとなるため、エンドミル本体に上述のような撓みが生じても、この先端切刃の回転軌跡が加工すべき所望の加工面から離れすぎて大きな成形誤差が生じるのを防ぐことができる。なお、上記先端切刃の回転軌跡の曲率半径が基準半径よりも大きくなる範囲を上記挟角が３０°以上となる範囲としたのは、エンドミル本体の撓みが顕著となるのは図３に示したように先端切刃のうちでも特にその後端外周側が加工物の加工面に接触する場合であって、上記挟角が３０°未満の範囲すなわち先端切刃の先端内周側では、加工物との接触による反力がエンドミル本体の剛性の高い軸線方向に作用するため、撓みが生じ難くて加工精度が維持されるからである。
【０００６】
また、このようにエンドミル本体の撓みは先端切刃の後端外周側ほど加工面に接触する場合に大きくなることから、上記先端切刃の回転軌跡の曲率半径は、上記挟角が３０°以上となる範囲でこの挟角が大きくなるに従い、すなわち回転軌跡が略半円球状となる先端切刃の後端外周側に向かうに従い、漸次大きくなる傾向となるのが望ましい。ただし、実際にこのような先端切刃を形成する場合には加工誤差が生じることは避けられず、微視的にみた場合には先端切刃の後端外周側に向けて上記半径が小さくなる部分が局部的に形成されることも避けられないので、この曲率半径は、傾向として上記挟角が大きくなるに従い漸次大きくなるようにされていればよい。さらに、この先端切刃の回転軌跡の曲率半径と上記基準半径との差は、この基準半径に対して１％以下とされるのが望ましく、この差がこれ以上大きくなると、撓みが生じても先端切刃が加工物を削り取りすぎてしまうおそれが生じる。ただし、逆にこの差が小さすぎると上述の効果が十分に奏功されなくなるおそれが生じるので、この先端切刃の回転軌跡の曲率半径と基準半径との差は１０μｍ以上とされるのが望ましい。さらにまた、上記エンドミル本体の外周に、上記軸線回りの回転軌跡が略円筒面状をなす外周切刃が上記先端切刃の後端に連なるように形成されている場合においては、この先端切刃の回転軌跡の曲率半径を、この先端切刃と上記外周切刃との交点においてこの外周切刃の上記軸線からの半径よりも大きく、かつこの交点と上記先端切刃の先端との上記軸線方向の距離を上記基準半径よりも小さく構成することにより、上記基準半径よりも僅かに大きな半径を有し、かつこれらの半径の差の分だけ上記基準点から軸線方向後端側に後退した位置に中心を有する球面となるように、この先端切刃の回転軌跡を設定することで、上述のような先端切刃を容易に形成することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、この実施形態のボールエンドミルにおいても、その基本的構成は図３に示した従来の一般的なボールエンドミルと共通するものであるので、この図３のボールエンドミルと共通する構成要素には互いに同一の符号を配して説明を簡略化する。すなわち、本実施形態においても、超硬合金等の硬質材料により形成されて軸線Ｏ回りに回転されるエンドミル本体１の先端部には、上記軸線Ｏ回りの回転軌跡が先端側に凸となる略半球状をなす先端切刃５が形成されるとともに、エンドミル本体１の外周には、上記軸線Ｏ回りの回転軌跡が略円筒面状をなす外周切刃６が、この先端切刃５の後端に連なるように形成されており、これら先端切刃５と外周切刃６とによって切刃４が構成されている。
【０００８】
ここで、図１は上記軸線Ｏを含む平面上におけるこの切刃４の上記回転軌跡を示すものであって、この図１に破線Ａで示すのは上述した理想的なボールエンドミルに与えられるべき切刃の回転軌跡の基準線である。すなわち、この理想的なボールエンドミルにおいては、その先端切刃の回転軌跡がエンドミル本体１の軸線Ｏ上に中心Ｃを有する半球面状をなし、従って上記平面においてはこの回転軌跡は半円をなすようにされるとともに、外周切刃の回転軌跡は、この半球の半径ｒと等しい半径ｒを有して該半球面に滑らかに連なる軸線Ｏを中心とした円筒面状をなし、従って上記平面においては上記半円の両端で該半円に接して軸線Ｏに平行に後端側に延びる直線状をなすこととなり、この半径ｒが当該ボールエンドミルの基準半径とされる。従って、上記平面上においてこの先端切刃の回転軌跡がなす半円と軸線Ｏとの交点すなわち先端切刃の回転軌跡の先端（切刃の先端）Ｐから上記中心Ｃまでの距離は上記基準半径ｒと等しくされ、また該平面上における先端切刃と外周切刃との交点は、その上記先端切刃の先端Ｐとの上記軸線Ｏ方向の距離が上記基準半径ｒと等しくされ、かつ軸線Ｏから該軸線Ｏに垂直に基準半径ｒと等しい距離だけ径方向外周側に離れた位置に配置されることとなる。
【０００９】
しかして、これに対して本実施形態のボールエンドミルでは、上記軸線Ｏ上において先端切刃５の回転軌跡の先端から後端側に上記基準半径ｒだけ離れた点を基準点としたとき、この基準点から上記回転軌跡に向けて延びる直線Ｍと上記軸線Ｏとの挟角θが３０°以上となる範囲では、この先端切刃５の回転軌跡が、上記基準点を中心とする基準半径ｒの半球すなわち上記理想的なボールエンドミルの先端切刃の回転軌跡がなす半球の外側にあり、しかもこの先端切刃５の回転軌跡の曲率半径Ｒが上記基準半径ｒよりも大きくされている。ただし、上記基準点は、軸線Ｏ上において先端切刃５の回転軌跡の先端から後端側に基準半径ｒだけ離れた点であるので、図１に示すようにこの回転軌跡の先端を、上記理想的なボールエンドミルの先端切刃の回転軌跡における先端Ｐと一致させた場合には、この理想的なボールエンドミルの先端切刃の回転軌跡の上記中心Ｃと一致することとなる（以下、基準点Ｃと称する。）。すなわち、本実施形態では、上記平面上において先端切刃５の回転軌跡上の点Ｎをとってこの点Ｎと上記基準点Ｃとを結ぶ直線Ｍを想定した場合、この直線Ｍと軸線Ｏとがなす挟角θが０°のとき、つまり直線Ｍと軸線Ｏとが一致しているときには上記点Ｎが基準半径ｒの基準線Ａ上に位置して上記先端Ｐとされているのに対し、この挟角θが３０°以上となる範囲では図１に実線で示すように、先端切刃５の回転軌跡が上記基準半径ｒによる理想的な回転軌跡の基準線Ａの外側に位置するようにされ、しかもこの点Ｎにおける先端切刃５の回転軌跡の曲率半径Ｒが上記基準半径ｒよりも大きくされているのである。なお、本実施形態においてこの先端切刃５の回転軌跡は、上記平面上においてその上記先端Ｐから該先端切刃５の後端に至るまで滑らかに連続した曲線をなすようにされている。
【００１０】
ここで、本実施形態における上記先端切刃５の回転軌跡の上記曲率半径Ｒは、上記挟角θが３０°以上となる範囲でこの挟角θが大きくなるに従い漸次大きくなる傾向にあり、特に本実施形態では図１に示すように上記半径Ｒは挟角θが０°〜３０°の範囲でも漸次大きくなる傾向に形成されている。さらに、この先端切刃５の回転軌跡の曲率半径Ｒと上記基準半径ｒとの差は、この基準半径ｒに対して１％以下となるようにされている。なお、図１に破線Ｂで示すのは上記基準半径ｒに対して＋１％の半径の中心Ｃを中心とした半球が上記平面においてなす半円であって、すなわち先端切刃５の大きさの上限を示すものであり、本実施形態における先端切刃５はこの半円上またはその内側に配設されることとなる。ただし、この図１において上記基準線Ａがなす半円に対する先端切刃５や上記上限を示す半円Ｂの大きさは、説明のために中心Ｃからの径方向に大きく示されている。
【００１１】
従って、このように構成された本実施形態のボールエンドミルにおいては、図１に示されるように挟角θが３０°以上となる範囲では先端切刃５の回転軌跡がその曲率半径Ｒを上記基準半径ｒよりも大きくされて、この基準半径ｒの半球面よりも外周側に位置するため、たとえ高硬度材等の難削材よりなる加工物に曲面状の加工面を切削加工するような場合において、この先端切刃５の後端外周側部分、すなわち挟角θが３０°以上となる範囲が加工物に接することによりその反力でエンドミル本体１に撓みが生じても、この先端切刃５の回転軌跡が加工すべき所望の加工面から離れすぎてしまうのを避けることができる。このため、この所望の加工面と実際に切削された加工面との間に大きな成形誤差が生じるのを防ぐことができるので、かかる成形誤差により、本来は不要とされるべく設定されていた仕上げ加工を行わなければならなくなったり、あるいは元々仕上げ加工が予定されていた場合でもその仕上げ代が増大してしまったりしてこの仕上げ加工に多くの時間と労力とを要し、その結果加工効率の著しい低下を招いたりするような事態を防止することができる。特に、上述のような難削材は、仕上げ加工にもより多くの時間や労力が必要とされるのに対し、本実施形態によればこのような難削材の加工においても加工効率の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
ここで、本実施形態では先端切刃５の回転軌跡が上述のようにその先端Ｐでは基準半径ｒの理想的な回転軌跡がなす基準線Ａと一致し、この先端Ｐから後端外周側に向けて漸次曲率半径Ｒが大きくなるようにされているが、加工物に曲面状の加工面を形成するときにエンドミル本体１の撓みが顕著となるのは、この先端切刃５のうちでも特にその後端外周側が加工面に接触する場合であるので、上記曲率半径Ｒは少なくともこの後端外周側で上記基準半径ｒに対して大きくされていればよく、例えば上記挟角θが０°〜３０°の範囲では曲率半径Ｒが基準半径ｒと等しくて回転軌跡が基準線Ａと一致させられ、挟角θが３０°以上となる範囲で徐々に曲率半径Ｒが基準半径ｒから大きくなってゆくようにされていてもよい。ただし、このような場合でも図２に示すように先端切刃５を含めた実際の切刃４の形状は、この切刃４の形成時の加工誤差などにより、微視的には滑らかな曲線を描くことなく局部的に半径Ｒが小さくなってしまうような部分も形成されることが避けられないので、こうして挟角θが大きくなるに従い曲率半径Ｒを漸次大きくする場合でも、平均的な傾向として曲率半径Ｒが徐々に大きくなるようにされていればよい。なお、この図２においても図１と同様に説明のため、基準線Ａの半円に対する先端切刃５や上記半円Ｂの大きさは径方向に大きく示されている。
【００１３】
さらに、本実施形態では、この先端切刃５の回転軌跡の曲率半径Ｒと基準半径ｒとの差が基準半径ｒに対して１％以下とされて、図１に示したように先端切刃５が基準半径ｒ＋１％の半径の半円Ｂ内に収まるようにされているが、これは、この差がこれ以上大きくなって先端切刃５が基準半径ｒから大きく外周側に膨らみすぎると、上述のように切削加工時にエンドミル本体１に撓みが生じて先端切刃５が加工面から離れても、撓みが生じていない状態の上記基準線Ａよりもこの先端切刃５が加工面側に突出することとなって、これにより加工物が削り取られすぎてしまうおそれが生じるからである。ただし、この差があまり小さくなりすぎると、上述のエンドミル本体１に撓みが生じた際の成形誤差の抑制効果が十分に奏功されなくなるおそれが生じるので、この差は１０μｍ以上とされるのが望ましい。
【００１４】
ところで、このようなボールエンドミルの先端切刃５は、一つには上述したように該先端切刃５の先端Ｐから上記挟角θが３０°未満の範囲では曲率半径Ｒが基準半径ｒと等しくなるように、すなわち先端切刃５が基準線Ａと一致するように形成するとともに、これよりも挟角θが大きい範囲では半径Ｒが基準半径ｒから徐々に大きくなるように形成することにより得ることができ、また例えばこの先端切刃５の回転軌跡を、上記平面において軸線Ｏ上に短軸を有してこの短軸方向の半径が基準半径ｒと等しい楕円を描くように形成することによっても得ることができるが、このような先端切刃５を、特に切屑排出溝２が螺旋状に捩れるために先端切刃５自体も螺旋状をなすボールエンドミルに形成することは容易ではない。そこで、このような先端切刃５をより容易に形成するには、図１に示すようにこの先端切刃５の回転軌跡の曲率半径Ｒを、該先端切刃５の後端に連なって軸線Ｏ回りの回転軌跡が円筒面状をなす外周切刃６と先端切刃５との交点Ｑにおいてこの外周切刃６の上記軸線Ｏからの半径よりも大きくし、かつこの交点Ｑと先端切刃５の先端Ｐとの上記軸線Ｏ方向の距離Ｌを上記基準半径ｒよりも小さくなるように構成すればよい。
【００１５】
このようなボールエンドミルでは、先端切刃５の回転軌跡を、上記基準半径ｒよりも僅かに大きな半径を有し、かつこれらの半径の差の分だけ上記基準半径ｒの中心Ｃから軸線Ｏ方向後端側に後退した位置に中心を有する球面となるように形成することにより、上記構成のボールエンドミルを得ることができ、すなわち上記平面において先端切刃５が一定の曲率半径Ｒの単純な円弧をなすようにすることができるので、例えば当該ボールエンドミルの切刃４をＮＣ工具研削盤によって形成する場合においても、上記半径Ｒ，ｒの差を数値制御による補正によって加えるだけで、容易に上述のような効果を奏するボールエンドミルを製造することが可能となる。なお、この場合には、上述のように先端切刃５の回転軌跡の中心は基準半径ｒの中心Ｃすなわち上記平面における基準線Ａの中心Ｃとは一致せず、またこの回転軌跡も完全な半球面すなわち球面をその中心を通る平面で切断した面にはならずに、そのままでは上記外周切刃６がなす円筒面状の回転軌跡との接続部分が交点Ｑで角度をもって交差するように形成されてしまうので、この交点Ｑの近傍では先端切刃５と外周切刃６の回転軌跡が滑らかに連なるようにするのが望ましい。
【００１６】
ここで、次表１は、このようにして製造された先端切刃５の回転軌跡がなす半球の曲率半径Ｒの異なる２種の上記実施形態に係わるボールエンドミル１、２について、先端切刃５上の上記挟角θが０°，１０°，２０°…９０°となる各点において、基準半径ｒの先端切刃５の回転軌跡すなわち基準線Ａとの差ΔＲがどのように変化するかを測定したものである。ただし、このときの基準半径ｒは５．０ｍｍであり、また表中の上段は上記各点と基準点Ｃとを結ぶ直線方向の差ΔＲｒ、下段は軸線Ｏに垂直な方向での各点と上記基準線Ａとの間の差ΔＲｈをそれぞれ測定したものである（図１参照。）。なお、挟角θが９０°の点では差ΔＲｒ，ΔＲｈがすべて０となっているのは、上述のように先端切刃５の先端Ｐから外周切刃６との交点Ｑまでの軸線Ｏ方向の距離Ｌが基準半径Ｒよりも短く、従って挟角θが９０°の位置では半径が基準半径ｒと等しい外周切刃６の半径を測定することとなったためである。
【００１７】
【表１】
2004090171.tif 000003
【００１８】
しかして、この表１より、まず曲率半径Ｒが基準半径ｒよりも０．０１ｍｍ大きくされたボールエンドミル１においては、挟角θが３０°までの範囲では差ΔＲｒが０．００１ｍｍ程度までで先端切刃５が基準線Ａと略一致しているものの、それ以上の範囲では挟角θが大きくなるに従い差ΔＲｒも漸次大きくなる傾向となっている。また、軸線Ｏに垂直な方向の差Ｒｈは、先端切刃５の全長に亙って挟角θが大きくなるに従い比例的に大きくなっている。一方、これに対して曲率半径Ｒが基準半径ｒよりも０．０２ｍｍ大きくされたボールエンドミル２では、挟角θが３０°の点で既に差ΔＲｒが０．００３ｍｍに達し、これより挟角θが大きい範囲でもボールエンドミル１より大きな増加率で差ΔＲｒ，ΔＲｈとも大きくなっている。言い換えれば、このボールエンドミル２では、先端切刃５の形成時に−０．００３ｍｍの加工誤差が生じても、挟角θが３０°以上の範囲では先端切刃５の回転軌跡を基準半径ｒの半球より外側に位置させることができ、このような加工誤差に関わらず上述のような効果を確実に奏することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、たとえ難削材よりなる加工物に滑らかな曲面状の加工面を形成する場合においても、エンドミル本体の撓みによって大きな加工誤差が生じ、これに伴う仕上げ加工によって加工効率が著しく損なわれたりするような事態を防ぐことができ、高精度の切削加工をより効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す切刃４の回転軌跡の軸線Ｏを含む平面による断面図である。
【図２】図１に示す断面図をより実際的に示した図である。
【図３】ボールエンドミルによって滑らかな曲面状の加工面Ｓを形成する場合を示した図である。
【符号の説明】
１　エンドミル本体
４　切刃
５　先端切刃
６　外周切刃
Ｏ　エンドミル本体１の軸線
Ｃ　先端切刃５の回転軌跡の基準点（理想的なボールエンドミルの先端切刃５の回転軌跡の中心）
Ｒ　先端切刃５の回転軌跡の曲率半径
ｒ　基準半径
Ａ　基準半径ｒによる基準線
Ｂ　先端切刃５の回転軌跡の上限
Ｐ　先端切刃５の回転軌跡の先端
Ｎ　先端切刃５の回転軌跡上の点
Ｍ　基準点Ｃと点Ｎとを結ぶ直線
Ｑ　先端切刃５と外周切刃６との交点
Ｌ　先端Ｐから交点Ｑまでの軸線Ｏ方向の距離
θ　直線Ｍと軸線Ｏとの挟角
【図１】
2004090171.tif 000004
【図２】
2004090171.tif 000005
【図３】
2004090171.tif 000006