(57)【要約】【課題】  高硬度の鋼材に対して荒加工のように大きな軸方向切り込み量でも仕上げ加工のように高精度に走査線加工する方法を提供する。【解決手段】  4枚刃以上のボールエンドミルを用いて、HRC 40以上の高硬度鋼材を走査線加工する方法であって、ボールエンドミルの各切れ刃を湾曲角度が35〜45°のボール刃と、それにスムーズに連結するねじれ角が35〜45°の外周刃とにより構成し、かつボール刃の径方向すくい角を負角とし、前記外周刃の径方向すくい角を正角とし、軸方向切り込み量apを径方向切り込み量aeの10倍以上として、500 mm／分以上の送り速度Vfで前記走査線加工を行う方法。【選択図】  図１３
2016005860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
4枚刃以上のボールエンドミルを用いて、HRC 40以上の高硬度鋼材を走査線加工する方法であって、
前記ボールエンドミルの各切れ刃を湾曲角度が35〜45°のボール刃と、それにスムーズに連結するねじれ角が35〜45°の外周刃とにより構成し、
前記ボール刃の径方向すくい角を負角とし、前記外周刃の径方向すくい角を正角とし、
軸方向切り込み量apを径方向切り込み量aeの10倍以上として、500 mm／分以上の送り速度Vfで前記走査線加工を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項1に記載の走査線加工方法において、前記軸方向切り込み量apを前記切れ刃部の直径Dの0.5〜3.0倍とし、かつ前記軸方向切り込み量apと前記径方向切り込み量aeとの比を10〜200とすることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の走査線加工方法において、切削速度Vcを40〜300 m／分とし、工具送り速度Vfを500〜4500 mm／分とすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載の走査線加工方法において、前記ボール刃のすくい面が回転方向に凸の曲面状であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項4に記載の走査線加工方法において、前記凸曲面の湾曲度（前記凸曲面の頂点から前記凸曲面の両端を結ぶ線分に降ろした垂線の長さと前記凸曲面の両端を結ぶ線分の長さとの比）が1〜10％であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載の走査線加工方法において、前記ボール刃の径方向すくい角を−37〜−11°とし、前記外周刃の径方向すくい角を＋2〜＋12°とすることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項1〜6のいずれかに記載の走査線加工方法において、HRC 40以上の高硬度鋼材からなり、表面に硬化層を有する使用済み金型をリシンクすることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項1〜7のいずれかに記載の走査線加工方法において、前記ボール刃が前記ボールエンドミルの回転軸線を中心として円周方向に不等分割に配置されていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項8に記載の走査線加工方法において、前記ボール刃の不等分割角度が2〜5°であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項1〜9のいずれかに記載の走査線加工方法において、前記ボールエンドミルが4〜6枚の切れ刃を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項1〜10のいずれかに記載の走査線加工方法において、走査線加工した鋼材の最大表面粗さRzが6.5以下であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度の鋼材に対して荒加工のように大きな軸方向切り込み量でも仕上げ加工のように高精度に三次元形状に走査線加工し得るボールエンドミルを用いて走査線加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で材料を成形する金型は、使用するにつれてヒートクラックや軟化により形状が変化してしまうため、金型の成形面を切削して成形用キャビティを再生する作業（リシンク）を行う。特に熱間鍛造用又は冷間鍛造用の金型の場合、表面に硬質な窒化層が形成されていることが多く、リシンクの際に硬い窒化層を除去するので、工具に高い耐久性が要求される。
【０００３】
ボールエンドミルを用いた走査線加工方法自体は公知であり、例えば特開2005-096044号（特許文献1）は、ボール刃が形成されたほぼ半球状のボール部とボール刃に続く外周刃とを有し、ボール刃の逃げ面と外周刃の逃げ面との間の段差をなくしたボールエンドミルを用いて、走査線仕上げ加工を行うことを開示している。特許文献1は、この走査線仕上げ加工の後に、最終仕上げを行うたの手作業による磨き工程を全く必要としないか軽減できると記載している。しかし、例えば2枚刃ボールエンドミルを用いて軸方向切り込み量を0.15 mmとして走査線加工する例を記載しているように、特許文献1に記載の走査線加工は軸方向の切込みが非常に小さく、仕上げ加工に限定される。
【０００４】
特開平5-337718号（特許文献2）は、複数のボール刃及び外周刃を有するボールエンドミルにおいて、外周刃部の芯厚を工具刃径の70〜90％の範囲に設定し、かつ外周刃のすくい角を−30〜0°としたボールエンドミルを開示している。特許文献2は、このボールエンドミルを用いて10 mmの軸方向切り込み量で切削した例を記載している。しかし、外周ねじれ角が25°と小さいために1刃の剛性が低く、高能率の切削に適さない。
【０００５】
特許第4407975号（特許文献3）は、工具本体の先端に半球状ボール刃が設けられたボールエンドミルにおいて、前記ボール刃は、回転軸線を始端とする第一刃部と、第一刃部の終端に接続された第二刃部と、第２刃部の終端に接続された第三刃部とを備え、回転軸線方向の先端視において、第一刃部は回転方向に凸の第一曲率半径（外径Ｄの0.025〜0.10倍）を有する円弧状（円周角60〜120°）であり、第二刃部は回転方向に凸の第二曲率半径（第一曲率半径より大きい）を有する円弧状又は直線状であり、第三刃部は回転方向に凸の第三曲率半径（第二曲率半径より小さい）を有する円弧状である三枚刃のボールエンドミルを開示している。特許文献3は、ボール刃を長くできるので、被削材とボール刃とが接触する面積が拡大され、切削性を高めることができ、その結果送り速度及び切込み深さの増大が可能になると記載している。しかし、特許文献3のボールエンドミルは、ボール刃と外周刃とがスムーズに連結していないので、外周刃も用いる加工に適さないだけでなく、ボール刃のねじれ角が小さいので、高剛性を要する高能率加工にも適さない。
【０００６】
特開2001-179519号（特許文献4）は、ボールエンドミルを用いて被削材を等高線加工する方法であって、ボールエンドミルをその回転軸線と平行な第一方向に所定量づつ切り込ませるとともに、各切り込み段階における所定の工具軌跡に沿って第一方向と直交する第二方向にボールエンドミルを移動させ、各切り込み段階における第一方向への切り込み量を順次小さくする方法を開示している。特許文献4は、第一方向への切り込み量を順次小さくすることにより、ボールエンドミルの切削部と非切削部との境界に生じる摩耗（境界摩耗）を小さくし、もって工具寿命を延ばすと記載している。しかし、特許文献4の方法は等高線加工であるので、切削面に多方向の切削筋が大きく残る。このような切削筋は走査線仕上げ加工でも除去が難しいので、磨き工程を必要とするという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2005-096044号公報
【特許文献２】特開平5-337718号公報
【特許文献３】特許第4407975号公報
【特許文献４】特開2001-179519号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、高硬度の鋼材に対してリシンク加工する場合でも直彫り加工する場合でも、荒加工のように大きな軸方向切り込み量でも仕上げ加工のように高精度に三次元形状に走査線加工できるボールエンドミルを用いて走査線加工する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、高硬度鋼材であっても、大きく湾曲して外周刃とスムーズに連結するボール刃を有し、かつボール刃の径方向すくい角を負角とし、外周刃の径方向すくい角を正角としたボールエンドミルを用いると、大きな軸方向切り込み量かつ高送り速度で高精度に走査線加工を行うことができることを発見し、本発明に想到した。
【００１０】
4枚刃以上のボールエンドミルを用いてHRC 40以上の高硬度鋼材を走査線加工する本発明の方法は、
各切れ刃を湾曲角度が35〜45°のボール刃と、それにスムーズに連結するねじれ角が35〜45°の外周刃とにより構成し、かつ前記ボール刃の径方向すくい角を負角とし、前記外周刃の径方向すくい角を正角としたボールエンドミルを使用し、
軸方向切り込み量apを径方向切り込み量aeの10倍以上として、500 mm／分以上の送り速度Vfで前記走査線加工を行うことを特徴とする。
【００１１】
前記軸方向切り込み量apを前記切れ刃部の直径Dの0.5〜3.0倍とするのが好ましい。また、前記軸方向切り込み量apと前記径方向切り込み量aeとの比を10〜200とするのが好ましい。
【００１２】
切削速度Vcを40〜300 m／分とするのが好ましく、また工具送り速度Vfを500〜4500 mm／分とするのが好ましい。
【００１３】
前記走査線加工に使用するボールエンドミルのボール刃のすくい面は回転方向に凸の曲面状であり、前記凸曲面の湾曲度（前記凸曲面の頂点から前記凸曲面の両端を結ぶ線分に降ろした垂線の長さと前記凸曲面の両端を結ぶ線分の長さとの比）は1〜10％であるのが好ましい。
【００１４】
前記ボール刃の径方向すくい角を−37〜−11°とし、前記外周刃の径方向すくい角を＋2〜＋12°とするのが好ましい。
【００１５】
前記ボール刃は前記ボールエンドミルの回転軸線を中心として円周方向に不等分割に配置されているのが好ましい。ボール刃の不等分割角度は2〜5°であるのが好ましい。
【００１６】
本発明の走査線加工方法は、HRC 40以上の高硬度鋼材からなり、表面に硬化層を有する使用済み金型をリシンクするのに用いるのが好ましい。
【００１７】
走査線荒加工後の前記鋼材の最大表面粗さRzは6.5以下であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の方法は、湾曲角度が35〜45°のボール刃と、それにスムーズに連結するねじれ角が35〜45°の外周刃とにより構成された切れ刃を有し、ボール刃の径方向すくい角が負角で、外周刃の径方向すくい角が正角であるボールエンドミルを用いるので、HRC 40以上の高硬度鋼材に対して、荒加工のように大きい軸方向切り込み量で、仕上げ加工のような高い加工精度の走査線加工を効率良く行うことができる。このため、硬質表面層を有する金型のリシンクを一回の走査線加工により仕上げ精度で行うことができる。また、直方体状の被削材の直彫りでも、高能率に走査線加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の走査線加工方法に用いる四枚刃ボールエンドミルの一例を示す側面図である。
【図２】図1の四枚刃ボールエンドミルのボール刃を示す正面図である。
【図３】図1の四枚刃ボールエンドミルのボール刃の軌跡を示す拡大図である。
【図４】図1の四枚刃ボールエンドミルの中低勾配刃の一例を示す拡大正面図である。
【図５（ａ）】図1の四枚刃ボールエンドミルのI-I断面図である。
【図５（ｂ）】図1の四枚刃ボールエンドミルのII-II断面図である。
【図５（ｃ）】図1の四枚刃ボールエンドミルのIII-III断面図である。
【図５（ｄ）】図1の四枚刃ボールエンドミルのIV-IV断面図である。
【図６】本発明の走査線加工方法に用いる五枚刃ボールエンドミルの一例を示す側面図である。
【図７】図6の五枚刃ボールエンドミルのボール刃を示す部分拡大正面図である。
【図８（ａ）】図6の五枚刃ボールエンドミルのI-I断面図である。
【図８（ｂ）】図6の五枚刃ボールエンドミルのII-II断面図である。
【図８（ｃ）】図6の五枚刃ボールエンドミルのIII-III断面図である。
【図８（ｄ）】図6の五枚刃ボールエンドミルのIV-IV断面図である。
【図９】本発明の走査線加工方法に用いる六枚刃ボールエンドミルの一例を示す側面図である。
【図１０】図9の六枚刃ボールエンドミルのボール部における切れ刃を示す拡大正面図である。
【図１１（ａ）】図9の六枚刃ボールエンドミルのI-I断面図である。
【図１１（ｂ）】図9の六枚刃ボールエンドミルのII-II断面図である。
【図１１（ｃ）】図9の六枚刃ボールエンドミルのIII-III断面図である。
【図１１（ｄ）】図9の六枚刃ボールエンドミルのIV-IV断面図である。
【図１２】本発明の走査線加工方法の工程を示す概略図である。
【図１３】本発明の走査線加工方法の加工経路を示す概略図である。
【図１４】等高線加工方法の工程を示す概略図である。
【図１５】等高線加工の加工経路を示す概略図である。
【図１６】従来の走査線仕上げ加工の加工経路を示す概略斜視図である。
【図１７】本発明の走査線加工方法により加工された金型の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を添付図面を参照して以下詳細に説明するが、本発明は勿論それらに限定されるものではない。各実施形態に関する説明は、特に断りがなければ他の実施形態にも適用できる。
【００２１】
本発明の走査線加工方法はロックウェル硬さHRC 40以上の高硬度の鋼材の加工に好適である。被削材のHRCの上限は特に限定されないが、実用的には65程度である。例えばリシンクすべき金型の場合、表面にHRCが65〜75の硬化層（窒化層）を有していても、本発明の走査線加工方法により高能率及び高精度で加工することができる。後述する通り本発明の走査線加工方法は切込深さ及び送り量が大きく、切削能率が高いので、「荒加工」と呼ぶことができるが、加工精度が高いために被削材によってはその後に仕上げ加工を要しない。従って、本発明の方法は荒加工に限定されない。
【００２２】
[1] ボールエンドミル
本発明に用いるボールエンドミルの刃数は4枚以上であり、好ましくは4〜6枚である。この範囲内で、ボールエンドミルの刃数を走査線加工条件及び被削材に合わせて適宜選択すれば良い。刃数を3枚以下にすると加工能率が低くなるので、高能率加工に適さない。また仕上げ加工精度で走査線加工を行うのに適するボールエンドミルの外径で刃数を7枚以上にするのは困難であるだけでなく、切り屑の排出スペースが小さくなるので切削加工時に切り屑が詰まるおそれがあり、チッピングの原因となる。
【００２３】
大きな切込深さ及び送り量で仕上げ加工精度の走査線加工を行うには、ボールエンドミルの直径Dを0.5〜20 mmに設定するのが好ましい。ボールエンドミルの直径が0.5 mm未満であると、切り屑を排出するスペースが小さいため、チッピングが発生し易くなる。一方、ボールエンドミルの直径が20 mm超になると、精密な加工をしにくくなる。
【００２４】
ボールエンドミルの刃長Lは0.5D〜3.0Dであるのが好ましい。刃長Lが0.5D未満であると、外周刃が形成できない。また刃長Lを3D超にすると、ボールエンドミルの剛性が低くなる。
【００２５】
(1) 四枚刃ボールエンドミル
図1〜4は、本発明の走査線加工方法に適するボールエンドミル40の一例を示す。このボールエンドミルは、円柱状のシャンク部2と切れ刃部3とを備えている。切れ刃部3は、先端のボール部3aと、ボール部3aとシャンク部2との間の外周刃部3bとからなる。切れ刃部3には、所定のねじれ角を有する4枚の切れ刃5a、5b、5c、5dが形成されており、各切れ刃5a〜5dはボール部3aに形成された円弧状ボール刃6a、6b、6c、6dと、外周刃部3bに形成された螺旋状外周刃7a、7b、7c、7dとからなり、各ボール刃6a〜6dと各外周刃7a〜7dはスムーズに（屈曲点なしに）連結している。図2に示すように、ボール部3aに4枚のボール刃6a〜6dがそれぞれギャッシュ17a〜17dを介して回転中心点Oの廻りに配置されている。
【００２６】
ボール刃6a〜6dの剛性を高めて切削時のチッピングを抑えるために、各ボール刃6a〜6dの湾曲角度γ3は35〜45°が好ましく、37〜43°がより好ましい。湾曲角度λ3は、各ボール刃6a〜6dの始点P（P1、P2、P3、P4）における接線L1と、始点Pとボール刃の終点T3を通る直線L2とのなす角度である。湾曲角度λ3が35°未満であると、各ボール刃6a〜6dにかかる抵抗が大きいため、チッピングが起こるおそれが高い。一方、湾曲角度λ3が45°より大きいと、被削材にかかる負荷が大きいため、ビビリ振動が発生し、加工面品位の低下を招く。なお、ボール刃の始点Pにおける接線L1として、本明細書では近似的に各ボール刃6a〜6dの始点P（P1、P2、P3、P4）から0.01Dの位置にある点U（U1、U2、U3、U4）を通る直線を用いることにする。
【００２７】
回転中心軸Oから0.5Dの位置T1にある各ボール刃の湾曲角度λ1は6〜13°が好ましく、回転中心軸Oから0.75Dの位置T2にある各ボール刃の湾曲角度λ2は14〜22°が好ましい。湾曲角度λ1は、各ボール刃の始点Pにおける接線L1と各ボール刃の回転中心軸Oから0.5Dの位置にある点T1を通る直線L3とのなす角度である。湾曲角度λ2は、各ボール刃の始点Pにおける接線L1と各ボール刃の回転中心軸Oから0.75Dの位置にある点T2を通る直線L3とのなす角度である。
【００２８】
外周刃7a〜7dの剛性を高めて側面切削時のチッピングを抑えるために、各外周刃7a〜7dのねじれ角ηは35〜45°が好ましく、37〜43°がより好ましい。ねじれ角ηが35°未満であると、各外周刃にかかる抵抗が大きいため、チッピングが起こるおそれが高い。一方、ねじれ角ηが45°より大きいと、被削材にかかる負荷増大によるビビリ振動が発生し、加工面品位の低下を招く。
【００２９】
上記のようにボール刃の湾曲角度λ1及び外周刃のねじれ角ηが大きいため、切れ刃の剛性を大きくでき、もってリシンク等において被削材の表面硬質層を除去する場合にかかる大きな負荷にも耐えることができる。
【００３０】
ボールエンドミルにおいて、びびり振動を低減するために、ボール刃6a〜6dを回転軸線を中心として円周方向に不等分割に配置するのが好ましい。不等分割における分割角度は2〜5°が望ましい。分割角度が2°より小さいと、びびり振動を抑制する効果が不十分である。一方、分割角度が5°より大きいと、各ボール刃にかかる負荷が大きくなるため、チッピングや折損の増加が懸念される。
【００３１】
図2及び図3に示すように、各ボール刃6a〜6dの回転方向前方にすくい面11a〜11d（図3では11aのみ見える。）が形成されており、回転方向後方に逃げ面（ランド）9a、9b、9c、9dが形成されている。また、各すくい面11a〜11dの回転方向前方にギャッシュ17a〜17dが形成されており、各ギャッシュ17a〜17dは各切屑排出溝4の一部を構成している。
【００３２】
図3及び図4はボール部3aの回転中心点O近傍を示す。各ボール刃6a〜6d（図3では6a、6cのみ見える）は、切れ刃部3の外周から回転中心点Oの近傍の点P1、P2、P3、P4（図6ではP1、P3のみ見える）まで延在している。各点P1〜P4から回転中心点Oまでの間に、中低勾配刃8a、8b、8c、8dが延在している。従って、点P1〜P4はボール刃6a〜6dの先端、中低勾配刃8a〜8dの外端、又はボール刃6a〜6dと中低勾配刃8a〜8dとの連結点と呼ぶことができる。各中低勾配刃8a〜8dの回転方向後方に逃げ面10a、10b、10c、10dが形成されている。各逃げ面10a〜10dは、対応するボール刃逃げ面9a〜9dと境界線15a、15b、15c、15dを介して連接している。
【００３３】
図4から明らかなように、各中低勾配刃8a〜8dは回転中心点Oから各点Ｋ1〜Ｋ4まで延在し、回転方向後方に湾曲した弓状部と、各点Ｋ1〜Ｋ4から各点P1〜P4まで延在するボール刃延長部とからなる。
【００３４】
図3に示すように、各中低勾配刃8a〜8dは回転中心点Oが回転軸線方向最後点になるように、回転軸線Axと直交する面に対して微小な傾斜角αで傾斜している。これにより、ボール刃6a〜6dの先端P1〜P4より内側にある中低勾配刃8a〜8dは微小な幅Tの極めて浅い窪み部13を形成する。図4に示すように、窪み部13は、回転中心点Oを中心とし、中低勾配刃8a〜8dとボール刃6a〜6dとの連結点P1〜P4を通る円Cにより表される。
【００３５】
各中低勾配刃8a〜8dの傾斜角αは0.5〜3°であるのが好ましい。傾斜角αが3°を超えると、中低勾配刃8a〜8dを使用する平面切削加工の負荷により、点P1〜P4付近の切れ刃（ボール刃6a〜6d及び中低勾配刃8a〜8dの端部）の早期摩耗やチッピングが発生し易くなる。また、傾斜角αが0.5°より小さくなると、回転中心点O付近の中低勾配刃8a〜8dが被削材と接触し易くなり、切削抵抗を低減する中低勾配刃8a〜8dの効果が消失する。より好ましい傾斜角αは1〜2°である。このように、各中低勾配刃8a〜8dが微小な傾斜角で回転軸線方向後方に傾斜しているので、高送り切削加工においてビビリ振動を抑制することができる。
【００３６】
四枚刃ボールエンドミル40（図1）のボール部3a及び外周刃部3bは、回転軸線に沿って異なる断面形状（回転軸線に直交）を有する。図5(a) は中低勾配刃8a〜8dとボール刃6a〜6dとの連結点P1〜P4から回転軸線方向に0.10Dだけ離れた位置におけるI-I断面を示し、図5(b) は連結点P1〜P4から回転軸線方向に0.25Dだけ離れた位置におけるII-II断面を示し、図5(c) は連結点P1〜P4から回転軸線方向に0.40Dだけ離れた位置におけるIII-III断面を示し、図5(d) は連結点P1〜P4から回転軸線方向に0.70Dだけ離れた位置におけるIV-IV断面を示す。
【００３７】
図5(a) に示すように、中低勾配刃8a〜8dとボール刃6a〜6dとの連結点P1〜P4に近接するボール刃6a〜6dの先端側位置（I-I断面）では、各切屑排出溝4は溝底面4aと比較的小さな溝壁面4bとからなる。I-I断面において、各ボール刃6a〜6dの径方向すくい角δ1は−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。各ボール刃6a〜6dの径方向すくい角δ1が−37°未満又は−11°超の場合、剛性及び刃先強度が低く、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００３８】
図5(b) に示すように、中低勾配刃8a〜8dとボール刃6a〜6dとの連結点P1〜P4とボール刃6a〜6dと外周刃7a〜7dとの連結点T3のほぼ中間点（II-II断面）では、各切屑排出溝4はI-I断面より拡大した溝底面4aと溝壁面4bとからなる。II-II断面においても、各ボール刃6a〜6dの径方向すくい角δ2は−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。
【００３９】
図5(c) に示すように、ボール刃6a〜6dと外周刃7a〜7dとの連結点T3（III-III断面）では、ボール刃6a〜6dの短い第一のすくい面11a〜11dは凹面状の第二のすくい面71a〜71dに境界（屈曲点）47を介して連接している。第二のすくい面71a〜71dは、回転方向前方のボール刃の逃げ面から延びる溝壁面4bと溝底面4aとからなる切屑排出溝4を構成している。III-III断面においても、各ボール刃6a〜6dの径方向すくい角δ3は−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。
【００４０】
図5(c) に示す第二の径方向すくい角γ1は0〜12°が好ましく、2〜10°がより好ましい。第二の径方向すくい角γ1が0°未満又は12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００４１】
切れ刃の剛性及び刃先強度を高めるために、中低勾配刃8a〜8dとボール刃6a〜6dとの連結点P1〜P4からの回転軸線距離が0.10D（I-I断面）から0.40D（III-III断面）になるまで、ボール刃6a〜6dの径方向すくい角を−37〜−11°の範囲内で次第に増加させるのが好ましい。
【００４２】
図5(d) に示すように、連結点P1〜P4から回転軸線方向に0.70Dだけ離れた位置（IV-IV断面）では、第二のすくい面71a〜71dは外周刃7a〜7dに達している。第二のすくい面71a〜71dは溝底面4aを介して回転方向前方の外周刃の逃げ面70a〜70dにスムーズに連接し、切屑排出溝4を構成している。IV-IV断面では、外周刃7a〜7dの径方向すくい角β1は＋2〜＋12°が好ましく、＋4〜＋10°がより好ましい。外周刃7a〜7dの径方向すくい角β1が＋2°未満又は＋12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００４３】
回転軸線に垂直な断面を示す図5(a) 及び図5(b) に示すように、各ボール刃6a〜6dのすくい面11a〜11dは回転方向に凸の曲面状であるのが好ましい。各すくい面11a〜11dの凸曲面の湾曲度は、凸曲面の両端を結ぶ線分の長さgに対する凸曲面の頂点から前記線分に降ろした垂線の長さhの比h/gにより表される。各すくい面11a〜11dの凸曲面の湾曲度h/gは1〜10％（例えば3％）が好ましい。各ボール刃6a〜6dのすくい面11a〜11dの凸曲面の湾曲度h/gが1％未満では、ボール部3aの剛性及び刃先強度が不足し、10％超では切削性が落ちるため、溶着による欠けが発生し易くなる。各ボール刃6a〜6dのすくい面11a〜11dの凸曲面の湾曲度h/gのより好ましい範囲は1〜8％である。
【００４４】
(2) 五枚刃ボールエンドミル
図6は本発明の走査線加工方法に用いる五枚刃ボールエンドミル50の一例を示し、図7は五枚刃ボールエンドミル50における中低勾配刃の配置を示す。図6において、前述した四枚刃ボールエンドミル40と同じ部分には同じ参照番号を付与している。五枚刃ボールエンドミル50は、5枚のボール刃6a、6b、6c、6d、6eと、各ボール刃6a、6b、6c、6d、6eの端部P1、P2、P3、P4、P5から一体的に回転中心点Oまで延在する中低勾配刃8a、8b、8c、8d、8eとを有する。各ボール刃6a、6b、6c、6d、6eの回転方向前方にギャッシュ17a、17b、17c、17d、17eが形成されている。
【００４５】
五枚刃ボールエンドミル50（図6）のボール部3a及び外周刃部3bは、回転軸線に沿って異なる断面形状（回転軸線に直交）を有する。図8(a) は中低勾配刃8a〜8eとボール刃6a〜6eとの連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.10Dだけ離れた位置におけるI-I断面を示し、図8(b) は連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.25Dだけ離れた位置におけるII-II断面を示し、図8(c) は連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.40Dだけ離れた位置におけるIII-III断面を示し、図8(d) は連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.70Dだけ離れた位置におけるIV-IV断面を示す。
【００４６】
図8(a) 及び図8(b) に示すように、連結点P1〜P5に近接するボール刃6a〜6eの先端側位置（I-I断面）、及び連結点P1〜P5とボール刃6a〜6eと外周刃7a〜7eとの連結点とのほぼ中間点（II-II断面）では、切屑排出溝4はボール刃6a〜6eのすくい面11a〜11eに連接する溝底面4aと、回転方向前方のボール刃6a〜6eの逃げ面から延びる溝壁面4bとからなる。
【００４７】
図8(a) 及び図8(b) に示すボール刃6a〜6eの径方向すくい角δ4及びδ5はそれぞれ−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。ボール刃6a〜6eの径方向すくい角δ4及びδ5が−37°未満又は−11°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００４８】
図8(c) に示すように、連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.40D離れたボール刃6a〜6eと外周刃7a〜7eとの連結点（III-III断面）では、ボール刃6a〜6eの短い第一のすくい面11a〜11eは境界（屈曲点）47を介して凹面状の第二のすくい面71a〜71eに連接している。第二のすくい面面71a〜71eは溝底面4aを介して溝壁面4bと切屑排出溝4を構成する。III-III断面でも、ボール刃の6a〜6e径方向すくい角δ6は−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。
【００４９】
III-III断面において、第二の径方向すくい角γ2は0〜+12°が好ましく、+2〜+10°がより好ましい。第二の径方向すくい角γ2が0°未満又は＋12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００５０】
図8(d) に示すように、連結点P1〜P5から回転軸線方向に0.70D離れた位置（IV-IV断面）では、凹面状の第二のすくい面71a〜71eは外周刃7a〜7eに達している。第二のすくい面71a〜71eは溝底面4aを介して回転方向前方の外周刃から延びる溝壁面4bとスムーズに連接し、切屑排出溝4を構成している。IV-IV断面では、外周刃7a〜7eの径方向すくい角β2は＋2〜＋12°が好ましく、＋4〜＋10°がより好ましい。外周刃7a〜7eの径方向すくい角β2が＋2°未満又は＋12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００５１】
図8(a) 及び図8(b) に示すように、各ボール刃6a〜6eのすくい面11a〜11eは回転方向に凸の曲面状であるのが好ましい。各すくい面11a〜11eの凸曲面の湾曲度h/gは1〜10％が好ましく、1〜8％がより好ましい。
【００５２】
(3) 六枚刃ボールエンドミル
図9は本発明の走査線加工方法に用いる六枚刃ボールエンドミル60を示し、図10は六枚刃ボールエンドミル60における中低勾配刃の配置を示す。図9〜図10において前述した四枚刃ボールエンドミル40と同じ部分には同じ参照番号を付与している。六枚刃ボールエンドミル60は、6枚のボール刃6a、6b、6c、6d、6e、6fと、各ボール刃6a〜6fの端部P1、P2、P3、P4、P5、P6から一体的に回転中心点Oまで延在する中低勾配刃8a、8b、8c、8d、8e、8fとを有する。各ボール刃6a〜6fの回転方向前方にギャッシュ17a、17b、17c、17d、17e、17fが形成されている。
【００５３】
図示していないが、中低勾配刃8a〜8fは、ボール刃6a〜6fとの連結部P1〜P6より回転中心点Oの方が回転軸線方向後方に位置するように、回転軸線と直交する面に対して0.5〜3°の傾斜角αで傾斜している。
【００５４】
六枚刃ボールエンドミル1（図9）のボール部3a及び外周刃部3bは、回転軸線に沿って異なる断面形状（回転軸線に直交）を有する。図11(a) は中低勾配刃8a〜8fとボール刃6a〜6fとの連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.10Dだけ離れた位置におけるI-I断面を示し、図11(b) は連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.25Dだけ離れた位置におけるII-II断面を示し、図11(c) は連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.40Dだけ離れた位置におけるIII-III断面を示し、図11(d) は連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.70Dだけ離れた位置におけるIV-IV断面を示す。
【００５５】
図11(a) 及び図11(b) に示すように、連結点P1〜P6に近接するボール刃の先端側位置（I-I断面）、及び連結点P1〜P6とボール刃6a〜6fと外周刃7a〜7fとの連結点とのほぼ中間点（II-II断面）では、切屑排出溝4はボール刃6a〜6fのすくい面11a〜11fに連接する溝底面4aと、回転方向前方のボール刃6a〜6fの逃げ面から延びる溝壁面4bとからなる。
【００５６】
図11(a) 及び図11(b) に示すボール刃6a〜6fの径方向すくい角δ7及びδ8はそれぞれ−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。ボール刃6a〜6fの径方向すくい角δ7及びδ8が−37°未満又は−11°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００５７】
図11(c) に示すように、連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.40D離れたボール刃6a〜6fと外周刃7a〜7fとの連結点（III-III断面）では、ボール刃6a〜6fの短い第一のすくい面11bは境界（屈曲点）47を介して凹面状の第二のすくい面71a〜71fに連接している。第二のすくい面71a〜71fは溝底面4aを介して溝壁面4bと切屑排出溝4を構成する。III-III断面でも、ボール刃の6a〜6f径方向すくい角δ9は−37〜−11°が好ましく、−32〜−16°がより好ましい。
【００５８】
III-III断面において、第二の径方向すくい角γ3は＋0〜＋12°が好ましく、＋2〜＋10°がより好ましい。第二の径方向すくい角γ3が0°未満又は12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００５９】
六枚刃ボールエンドミル60において、切れ刃の剛性及び刃先強度を高めるために、中低勾配刃8a〜8fとボール刃6a〜6fとの連結点P1〜P6からの回転軸線距離が0.10D（I-I断面）から0.40D（III-III断面）になるまで、ボール刃6a〜6fの径方向すくい角を−37〜−11°の範囲内で次第に増加させるのが好ましい。
【００６０】
図11(d) に示すように、連結点P1〜P6から回転軸線方向に0.70D離れた位置（IV-IV断面）では、凹面状の第二のすくい面71a〜71fは外周刃7a〜7fに達している。第二のすくい面71a〜71fは溝底面4aを介して回転方向前方の外周刃から延びる溝壁面4bとスムーズに連接し、切屑排出溝4を構成している。IV-IV断面では、外周刃7a〜7eの径方向すくい角β3は＋2〜＋12°が好ましく、＋4〜＋10°がより好ましい。外周刃7a〜7fの径方向すくい角β3が＋2°未満又は＋12°超の場合、切れ刃の剛性及び刃先強度が低下し、高硬度材の安定した切削加工ができない。
【００６１】
図11(a) 及び図11(b) に示すように、各ボール刃6a〜6fのすくい面11a〜11fは回転方向に凸の曲面状であるのが好ましい。各すくい面11a〜11fの凸曲面の湾曲度h/gは1〜10％が好ましく、1〜8％がより好ましい。
【００６２】
[2] 走査線加工方法
(1) 概要
図12は本発明の走査線加工方法の手順を示し、図13に本発明の走査線荒加工の加工経路を示す。走査線加工方法は被削材の表面形状にならいながら一方向に切削する方法である。上記の通り本発明の走査線加工方法では、各切れ刃の湾曲角度が35〜45°のボール刃と、それにスムーズに連結するねじれ角が35〜45°の外周刃とにより構成され、ボール刃の径方向すくい角が負角で外周刃の径方向すくい角が正角のボールエンドミルを使用するので、外周刃を用いる大きな軸方向切り込み量apでもチッピングを起こすことなくHRC 40以上の高硬度鋼材からなる被削材101を切削できる。このような高硬度鋼材からなる被削材として、例えば日立金属株式会社製の熱間鍛造鋼であるDAC（HRC：48）が挙げられる。被削材としては、直彫り対象の直方体の金型材でも、リシンク加工する金型でも良い。本発明の方法は特に窒化処理等の表面硬化処理（硬化層の硬さ：HRC 65〜75）が施された金型のリシンク加工に有効である。
【００６３】
図14は図12に示すものと同じ被削材に対して行う等高線加工方法の一例を示し、図15は等高線加工の加工経路を示す。等高線加工では、加工面にほぼ渦巻き状の多方向の切削筋が残る。この切削筋は図16に示す走査線仕上げ加工を行っても完全に除去されないので、別途みがき工程が必要となる。
【００６４】
(2) 加工条件
本発明の走査線加工方法は、(a) 軸方向切り込み量apを径方向切り込み量aeの10倍以上とし、かつ(b) 送り速度Vfを500 mm／分以上とすることを特徴とする。
【００６５】
ap/aeが10以上であることは、ボール刃だけでなく必要に応じて外周刃も用いて荒加工のように大きな軸方向切り込み量apで深く加工するとともに、径方向切り込み量aeを小さくして仕上げ加工のような加工面を得ることを意味する。例えば金型のリシンクの場合、本発明の走査線加工方法を用いると、一回の走査線加工で必要な深さまで仕上げ加工精度で加工することができる。ap/aeは10〜200が好ましく、30〜170がより好ましい。
【００６６】
500 mm／分以上の送り速度Vfとすることにより、荒加工のように大きな切り込み深さと仕上げ加工のように高い加工精度で、効率良く走査線加工をすることができる。送り速度Vfは500〜4500 mm／分が好ましく、1000〜3500 mm／分がより好ましい。送り速度Vfが4500 mm／分を超えると、切屑の生成量が過大となるため、切屑詰まりが発生し易くなる。
【００６７】
軸方向切り込みapは0.5D〜3.0Dに設定するのが好ましい。0.5Dの軸方向切り込みapの場合、ボール刃と外周刃との連結部が被削材表面に当たるので、仕上げ精度の加工面を得るために、ボール刃の湾曲角度及び外周刃のねじれ角がいずれにも35〜45°と大きく、かつ外周刃がボール刃にスムーズに連結していることが重要である。apが0.5D未満の場合、ボール刃しか走査線加工に関与しないので、高能率の走査線加工とならない。一方、apが3.0D超の場合、負荷が増大するためチッピングや折損の危険性が高まる。好ましい軸方向切り込みapは0.7D〜2.5Dである。
【００６８】
径方向切り込みaeは、0.005D〜0.03Dの範囲に設定するのが好ましい。aeが0.005D未満であると、走査線加工の能率が低すぎる。一方、aeが0.03D超になると、加工ピッチが粗くなるので良好な仕上げ面が得られない。この範囲内のaeであれば、走査線加工面の最大表面粗さRzは6.5以下となる。走査線加工面の品質（表面粗さ）はaeが小さくなるほど良好になる。例えばaeが0.015DではRzは4.0以下となり、aeが0.005DではRzは2.0以下となる。
【００６９】
切削速度Vcは40〜300 m／分が好ましく、80〜150 m／分がより好ましい。切削速度Vcが40 m／分未満であると、切削抵抗はかえって過大となる。一方、切削速度Vcが300 m／分を超えると、切れ刃の早期摩耗や切屑の切れ刃への溶着が起こる。
【００７０】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００７１】
実施例1及び従来例1
四枚刃ボールエンドミル40をNC制御の三軸マシニングセンタに装着し、表1に示す切削条件により、厚さ0.2 mmの表面硬化層（ロックウェル硬さHRC 70）が形成されたHRC 50のSKD61（合金工具鋼）からなる凹凸形状を持つ被削材をリシンク加工した。工具の突き出し量OHは30 mmであり、工具突き出し量OH／刃径Dは3であった。
【００７２】
【表１】
2016005860.tif 000003
【００７３】
本発明の走査線加工方法を使用することにより、等高線加工方法より加工時間及び実加工距離を短縮できた。また等高線加工方法では表面に多方向の切削筋が発生し、仕上げ加工（研摩）を必要とした。これに対して、本発明の走査線加工方法では仕上げ加工を必要としない良好な加工面が得られた。
【００７４】
実施例2
実施例1より工具径が小さい四枚刃ボールエンドミル40をNC制御の三軸マシニングセンタに装着し、表2に示す切削条件により、厚さ0.2 mmの表面硬化層（ロックウェル硬さHRC 70）が形成されたHRC 50のSKD61（合金工具鋼）からなる凹凸形状を持つ被削材をリシンク加工した。工具の突き出し量OHは18 mmであり、工具突き出し量OH／刃径Dは3であった。
【００７５】
【表２】
2016005860.tif 000004
【００７６】
実施例2のリシンク加工ではap/Dが0.83で、ボール刃と外周刃を同時に使用したが、ボール刃しか使用しない場合より高い能率で、仕上げ加工を必要としない良好な加工面を得ることができた。
【００７７】
実施例3及び比較例1及び2
回転軸線方向の刃長L、ボール刃の円周方向配置角度、ボール刃の湾曲角度λ3、外周刃のねじれ角、ボール刃の径方向すくい角、及び外周刃の径方向すくい角が異なる3種類の四枚刃ボールエンドミルを用いて、表3に示す切削条件により、HRC 50のSKD61（合金工具鋼）からなる直方体状の被削材（幅100 mm、長さ250 mm、高さ40 mm）を最大深さ12 mmの三次元形状（図17参照）に走査線加工方法により直彫りした。
【００７８】
【表３】
2016005860.tif 000005
注：(1) 切れ刃にチッピングが発生したため、走査線加工を中断した。
【００７９】
実施例3では切れ刃にチッピングが発生することなく、仕上げ精度で高硬度の鋼材からなる被削材を直彫り加工できた。これは、実施例2の四枚刃ボールエンドミルが大きなボール刃の湾曲角度及び外周刃のねじれ角を有し、ボール刃の径方向すくい角が負角で外周刃の径方向すくい角が正角であるので、外周刃の剛性及び切削性が高く、高能率の底面加工でもチッピングを抑えつつ仕上げ精度で走査線加工できたと考えられる。
【００８０】
これに対して比較例1及び2では、実施例2と同じ条件で走査線加工方法を行っても、加工時間がそれぞれ30分（比較例1）及び50分（比較例2）で四枚刃ボールエンドミルにチッピングが発生し、テストを中断した。比較例1及び2の四枚刃ボールエンドミルでは、ボール刃及び外周刃のすくい角がともに負角であるために切削抵抗が大きく、かつ切れ刃が等分割であるためにビビリ振動が発生しやすいので、ボール刃全体が被削材に接するポケット形状の領域B（図17）の切削時に切れ刃にチッピングが発生したと推測できる。
【符号の説明】
【００８１】
2：シャンク部
3：切れ刃部
3a：ボール部
3b：外周刃部
4：切屑排出溝
4a：溝底面
4b：溝壁面
5a、5b、5c、5d：切れ刃
6a、6b、6c、6d、6e、6f：ボール刃
7a、7b、7c、7d、7e、7f：外周刃
8a、8b、8c、8d、8e、8f：中低勾配刃
9a、9b、9c、9d、9e、9f：ボール刃の逃げ面
10a、10b、10c、10d、10e、10f：中低勾配刃の逃げ面
11a、11b、11c、11d：ボール刃のすくい面
13：窪み部
15a、15b、15c、15d：中低勾配刃の逃げ面とボール刃の逃げ面との境界線
17a、17b、17c、17d：ギャッシュ
47：ボール刃の第一のすくい面と第二のすくい面との境界
40：四枚刃ボールエンドミル
50：五枚刃ボールエンドミル
60：六枚刃ボールエンドミル
70a、70b、70c、70d：外周刃の逃げ面
71a、71b、71c、71d：第二のすくい面
72a、72b、72c、72d：外周刃のすくい面
101：被削材
103：加工経路
ap：軸方向切り込み量
ae：径方向切り込み量
Ax：回転中心軸
B：ポケット形状の加工領域
D：切れ刃部の直径
g：凸曲面の長さ
h：凸曲面の高さ
O：回転中心点
P1、P2、P3、P4、P5、P6：中低勾配刃とボール刃との連結点
R：多刃ボールエンドミルの回転方向
S：工具進行方向
T1〜T3：刃先稜線上の点
α：中低勾配刃の傾斜角度
δ1~δ9：ボール刃の径方向すくい角
γ1〜γ3：第二の径方向すくい角
β1〜β3：外周刃の径方向すくい角
η：外周刃のねじれ角
λ1〜λ3：ボール刃の湾曲角度
【図１】
2016005860.tif 000006
【図２】
2016005860.tif 000007
【図３】
2016005860.tif 000008
【図４】
2016005860.tif 000009
【図５（ａ）】
2016005860.tif 000010
【図５（ｂ）】
2016005860.tif 000011
【図５（ｃ）】
2016005860.tif 000012
【図５（ｄ）】
2016005860.tif 000013
【図６】
2016005860.tif 000014
【図７】
2016005860.tif 000015
【図８（ａ）】
2016005860.tif 000016
【図８（ｂ）】
2016005860.tif 000017
【図８（ｃ）】
2016005860.tif 000018
【図８（ｄ）】
2016005860.tif 000019
【図９】
2016005860.tif 000020
【図１０】
2016005860.tif 000021
【図１１（ａ）】
2016005860.tif 000022
【図１１（ｂ）】
2016005860.tif 000023
【図１１（ｃ）】
2016005860.tif 000024
【図１１（ｄ）】
2016005860.tif 000025
【図１２】
2016005860.tif 000026
【図１３】
2016005860.tif 000027
【図１４】
2016005860.tif 000028
【図１５】
2016005860.tif 000029
【図１６】
2016005860.tif 000030
【図１７】
2016005860.tif 000031