(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質物質を被覆してなる超硬合金製のボール刃又は回転中心において軸方向に突出する曲線刃のエンドミルにおいて、該エンドミルは、心上がり量をエンドミル直径の１％〜１．５％、チゼルエッジを設け、該エンドミルの回転中心からエンドミル半径の４％にあたる該ボール刃又は曲線刃の軸方向すくい角を、０゜〜−５゜とし、該ボール刃又は曲線刃の回転方向前方にチップポケットを設け、該チップポケットの該ボール刃又は曲線刃に沿った長さを該エンドミル半径の５％以上としたことを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
請求項１記載のエンドミルにおいて、該被覆の膜厚は、該エンドミルのボール刃又は曲線刃と外周刃の逃げ面において、該外周刃側からボール刃又は曲線刃に向かって漸増し、かつ、該ボール刃又は曲線刃と外周刃の繋ぎ部を通る線分と、該エンドミルの回転軸との交点を中心として、該エンドミルの回転軸から１０゜の位置にあたる該ボール刃又は曲線刃の逃げ面の皮膜の厚みが、該エンドミルの回転軸から８０゜の位置にあたる該ボール刃又は曲線刃の逃げ面の皮膜の厚みの１．５倍以上であることを特徴とするエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、主として工作機械で用いるエンドミルに関するものであり、詳しくはキャビティ切削、ヘリカル切削等の３次元曲面切削において、特に底面切削に乾式切削で用いるエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元曲面切削に用いるエンドミルとしては図１に示すボールエンドミルが一般に用いられる。ボールエンドミルは回転中心から外周まで球面上に切れ刃を有するから、送り方向が一定しない３次元曲面切削において切れ刃軌跡が容易に求められるため、切削形状を精度良く仕上げることができるという優れた特徴がある。ボールエンドミルは、回転中心においても切削性を維持しなければならないから、回転中心に切れ刃が存在する必要がある。そのため図２に示す中心結びの切れ刃が採用される。一方、切れ刃を正確に中心で結ぶ作業は至難であって、これを回避して図３に示すようにドリル状の心上がり刃としたものがある。例えば特開平１０−２４９６２３号には、心上がり刃のボールルエンドミルが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
３次元曲面切削において底面切削を行なう場合は回転中心が主に切削作用を担うから、この部分の切削性が劣ることは大きな課題となる。そのため切削油剤の併用なくして工具寿命の延長はなし得ない事情にあったが、３次元曲面切削においてキャビティー底面の切削等をなすときは切削油剤を併用しても切削箇所が油剤に没するため十分な冷却効果ないしは切屑排除効果を得ることができず、かえって切屑を噛み込やすくなって工具寿命が改善できないという課題があった。また、硬質物質膜は切削油剤の併用によってかえって性能を減ずる現象がみられるという課題があった。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は以上のような背景のもとになされたものであり、回転中心部分の刃形を改良することによって切削性を向上させ、キャビティ切削、ヘリカル切削等の３次元曲面切削に乾式切削で用いて、底面の切削であっても仕上げ精度が良く、工具寿命の長いエンドミルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、硬質物質を被覆してなる超硬合金製のボール刃又は回転中心において軸方向に突出する曲線刃のエンドミルにおいて、該エンドミルは、心上がり量をエンドミル直径の１％〜１．５％、チゼルエッジを設け、該エンドミルの回転中心からエンドミル半径の４％にあたる該ボール刃又は曲線刃の軸方向すくい角を、０゜〜−５゜とし、該ボール刃又は曲線刃の回転方向前方にチップポケットを設け、該チップポケットの該ボール刃又は曲線刃に沿った長さを該エンドミル半径の５％以上としたものである。
【作用】
【０００６】
本発明において、回転中心からエンドミル半径の４％の位置における軸方向すくい角を０゜〜−５゜、該ボール刃又は曲線刃の回転方向前方にチップポケットを設け、該チップポケットの該ボール刃又は曲線刃に沿った長さは、該ボール刃又は曲線刃と該チゼルエッジの繋ぎ部から、対称の位置にあるボール刃又は曲線刃の逃げ面幅が一定となる箇所までの長さで、半径の５％以上としたのは、回転中心近傍の切れ刃に切削性を与えたことと合わせて切屑排除にも格段の効果を得るものである。すなわちチップポケットはチゼルエッジが作る切屑を収容し、負角のすくい角は切屑を速やかに切削位置から遠ざける作用をなすのである。回転中心近傍で生成する切屑は少量といえども切れ刃へ溶着したり摩耗の原因となるため、これを排除するに相応のすくい角とチップポケットとを与えて、工具寿命、仕上げ面精度の両面で効果を得るのである。仕上げ切削においては、１回転送りがエンドミル直径の２％、ピック送りが３％程度の値が選ばれているから、回転中心から半径の４％位置の切れ刃を基準としたのであり、チップポケットの該ボール刃又は曲線刃に沿った長さ、つまり半径の５％はすくい面が切れ刃として機能する下限値と考えてよい。
【０００７】
つぎに、刃部に被覆した硬質膜の膜厚は、該エンドミルのボール刃又は曲線刃と外周刃の逃げ面において、該外周刃側からボール刃又は曲線刃に向かって漸増し、かつ、該ボール刃又は曲線刃と外周刃の繋ぎ部を通る線分と、該エンドミルの回転軸との交点を中心として、該エンドミルの回転軸から１０゜の位置にあたる該ボール刃又は曲線刃の逃げ面の皮膜の厚みが、該エンドミルの回転軸から８０゜の位置にあたる該ボール刃又は曲線刃の逃げ面の皮膜の厚みの１．５倍以上としたから、切れ刃保護の効果を得て摩耗を抑制できる。硬質物質の薄膜被覆は、温度上昇を伴う高速切削において酸化を防止し、摩耗の成長を遅らせる効果をもつが、周速が低い場合はこすり摩耗が主体となるため、同一物質を被覆する場合、低速域と高速域とでは被覆厚みに変化を必要とする。ここで漸増する膜厚を逃げ面に限ったのはこすり摩耗が逃げ面に集中するからである。
【０００８】
さてエンドミル切削では切屑排除に伴ない切削温度が上昇して、通常は逃げ面摩耗がすくい面摩耗よりも先行しこれが寿命原因となる。従って切削油剤を供給することが摩耗の進行を遅らせ、工具寿命を長くする手段となる。乾式切削の場合は切削油剤を供給しないから一般には工具寿命は短くなる。しかし本発明においては曲線刃の回転中心付近を心上がりの位置に配し、かつその値を切削性に配慮して範囲を限定したから、こすり摩擦を生じることなく加工物に食い込むことができる。またコーティング層は高温にはよく耐えるから、母材との密着性を保って、乾式切削であっても長時間にわたって切削性を持続する。すくい面を備えた領域ではすくい面と切屑の接触圧によってすくい面摩耗が増大するが、逃げ面摩耗の生成が遅いから、みかけ上は切れ刃自身が後退するように作用する。本発明においてはとりわけ回転中心付近は逃げ面の硬質皮膜の厚みが厚いがために、皮膜断面が母材の摩滅を防護する土手効果によってシャープなエッジを保ち、切れ味の劣化がほとんどない。このように回転中心付近で十分な切削性を保持し、適度の摩耗を発生させることによって乾式切削による長時間の連続使用が可能となるのである。逃げ面摩耗は切れ刃を軸方向に後退させるため、摩耗による加工寸法の変化をもたらす原因となるが、本発明においてはコーティングの効果によってすくい面摩耗が先行し、かつすくい面摩耗による軸方向の変位は微小であるから長時間に及ぶ切削を行なっても加工寸法の変化が軽微という効果を併せ持つのである。
【０００９】
本発明では、実施の態様として、底刃はボール刃でも又は回転中心において軸方向に突出する楕円、放物線等の曲線刃であっても良く、該底刃を回転中心において心上がりの位置に配することにより、この部分では回転方向のすくい角は負角となり、また切れ刃は回転中心で連接しているから逃げ面がチゼルエッジを形成するのである。これらは回転中心部分の切れ刃を強化し、低速切削であっても切れ刃摩擦に耐える効果を顕わす。また、エンドミル切削においては切削中のエンドミルのたわみは避けられないが、心上がり、例えば心上がり量をエンドミル直径の１％〜１．５％の値とすることにより、わずかのたわみは底刃すくい角を正角側に変化させ、びびりや切れ味鈍化の原因となることがない。また、従来の心上がり刃ボールエンドミルにおいては心上がり量を２％以上と厚いからチゼルエッジ部分の摩擦が増加して摩耗を早め、切削面を悪くする。以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する。
【００１０】
【実施例】
図４〜図７は本発明の一実施例であり、超微粒子超硬合金製の直径１０ｍｍ、刃数２枚刃のボールエンドミルである。回転中心における心上がり量は幅が０．１２ｍｍ、回転中心から半径の４％すなわち０．２ｍｍ離れた位置における軸方向のすくい角が−４゜、チップポケットはギャッシュを深目に切り込んで設けてあり、その深さが０．６ｍｍである。コ−ティングは刃部全面に１．５μｍの厚みで施してある。
従来品は図８に示すように心上がり量の幅が０．２５ｍｍ、チップポケットはギャッシュが浅く刃底丸みがすくい面を構成するようになって、深さは０．３ｍｍ、軸方向すくい角は−１０゜以上である。コーティングは刃部全面均一に１．５μｍである。
本発明品と従来品とを図９に示す３次元曲面の底面切削に用いて比較した。切削はエアブローを用いた乾式切削とし、切り込み量は、軸方向、ピック方向とも０．３ｍｍ、回転数１００００回転／ｍｉｎ、したがって切削速度は切削に使用する最外径で１０７ｍ／ｍｉｎ、送り速度２ｍ／ｍｉｎである。
【００１１】
その結果、本発明品は、５３０ｍ以上切削後、ボール刃部分は切れ刃が回転方向に後退していたものの切れ刃はシャープなエッジを保ち、切削を継続できる状態であった。すくい面はボール刃から回転中心側最内縁まで擦過痕があり、切屑を生成していたことがわかる。切削仕上げ面はチゼルエッジが作る規則的な回転マークをもったむしれのない平滑な面が得られていて、チゼルエッジが切屑を創出していた。仕上げ面の寸法精度は、本発明品の場合心上がり量が小さいからノーズおよびボール刃とも切れ味が良好で、切削中のたわみによる削り残しや削り過ぎがほとんどなく、設定通りの寸法を得ることができた。従来品は同一距離を切削して切れ刃が丸みを帯びるように摩耗した。
チップポケットが小さくチゼルエッジには大きな摩擦痕と切屑の溶着が認められた。切削面は不規則にむしれた回転マークが生じて荒れた状態に仕上がったが、チゼルエッジ付近の切れ味が悪くて抵抗が大きくなり曲げ力が増すのに加えて、心上がり量が大きいため曲げによる切れ味低下が重畳した結果と考えられる。この回転マークは切れ刃のかじりに起因する偏回転が原因と考えられ、ピックフィード量を越える大きさで現れていて、寸法精度は設定を離れた数値となった。
【００１２】
以上の結果から、高温特性のみを工具母材と合わせた皮膜組成が利用できるから、膜組成を変えて切削性能を高める手段としても利用することができる。尚、実施例はボールエンドミルに適用した例を述べたが、図１０、図１１に例示するように底刃は回転中心において軸方向に突出する曲線刃であれば同様の効果を得ることができ、また、クーラントホール付きのエンドミルを用いれば切屑を吹き飛ばすことにより排出をよりスムーズに行う事もできる。更に、コ−ティングは刃部全面に均一の厚みで施してもよいが、ボール刃の逃げ面では回転中心に向かうほど厚みを増すように被覆すると工具寿命を更に高めることができる。例えば、ボール中心から１０゜のとき２．５μｍ、８０゜のとき１．２μｍの様に膜の厚さを変化させれば良い。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回転中心部分の刃形を改良することによって、切削性を向上させ、キャビティ切削、ヘリカル切削等の３次元曲面切削を乾式切削で行っても仕上げ精度が良く、見た目が美麗であり、工具寿命の長いエンドミルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来品の一例の正面図を示す。
【図２】図２は、図１の側面図を示す。
【図３】図３は、従来品の他の一例の側面図を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例の正面拡大図を示す。
【図５】図５は、図４の曲線刃部分の拡大図を示す。
【図６】図６は、図５の側面を示す。
【図７】図７は、図４の底面を示す。
【図８】図８は、図３の側面拡大図を示す。
【図９】図９は、エンドミルによる３次元曲面の底面加工の説明図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施例の正面拡大図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施例の正面拡大図を示す。
【符号の説明】
１  本体
２  ボール刃
３  チップポケットのボール刃又は曲線刃に沿った長さ
４  すくい角
５  曲線刃
６ クーラントホールの開口部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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