JP3840661B2 - ボールエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、金型の３次元加工等に用いるボールエンドミルに関する。

金型の３次元加工等に用いるボールエンドミルとして、特に高能率加工を行うために、３枚以上の刃数を有した多刃ボールエンドミルが使用されており、主切刃と副切刃を備えた親子刃のもの（特許文献１）、各々のランドのエッジが全て底刃全体の頂点中心部に接するよう構成した、軸心合わせのもの（特許文献２）、ボール刃のノーズ部分に略Ｖ字状のノッチを設けたもの（特許文献３）がある。特許文献１記載の親子刃では、軸心付近で親刃のみで切削することになり、送り速度を上げることができず、送り速度を上げると親刃の負担が大きくなり、子刃の軸心側端にエッジを有することから、チッピングや欠損を生じていた。特許文献２記載の軸心合わせは、ボール刃は所定の逃げ角を付与するため、軸心部付近は、次刃との砥石干渉や、砥石干渉を避けるが為に、軸心部に突起が残り、軸心部付近のアール精度が得にくく、特許文献３記載のノッチを設けたものは、ノッチ部でアール精度が大きくマイナスし、ボールエンドミル自体のアール精度が得られておらず、加工精度に課題があった。
特開平６−１５５１２６号公報 特開平１０−１２８６１１号公報 特開平１１−２１６６０８号公報

ボールエンドミルによる仕上げ加工においては、加工精度が重要であり、ボール刃の回転軌跡の良好な真球度が必要であるが、ボール刃に所定の逃げ角を付与するため、軸心部付近は、２枚刃の場合、逃げ角の影響でアール精度が大きくマイナスし、また、３枚以上の多刃の場合では、次刃との砥石干渉を避ける為に、軸心部を越えて、砥石を回り込ませることができず、軸心部に突起が残り、ボール刃の回転軌跡の真球度が得られず、アール精度に課題があった。特に、多刃のボールエンドミルは、刃数を増やしたことにより、送り速度が上げられ、加工能率が向上するが、加工精度に課題があった。本発明の課題は、良好なアール精度が得られ、良好な加工精度が得られるボールエンドミルを提供することである。

本発明は、エンドミル先端に複数のボール刃を有するボールエンドミルにおいて、該エンドミル底面視で、該エンドミルの軸心部付近に、該ボール刃から変曲して、該ボールエンドミルの回転方向の次刃まで延伸させた切れ刃を設け、該切れ刃の逃げ角はボール刃の逃げ角より小さくし、該変曲させる位置をボール刃上の点とし、且つ、軸心から０．０１５ｍｍ以上離れた位置としたことを特徴とするボールエンドミルである。

本発明を適用することにより、良好なアール精度が得られ、良好な加工精度が得られるボールエンドミルを提供することができた。

本発明は、エンドミルの軸心部付近に、ボール刃から変曲して延伸する切れ刃を設けたことにより、エンドミル軸心部の凸状の突起が無く、良好なアール精度を得ることができる。ボール刃から変曲して延伸する切れ刃の逃げ角は、アール精度を得るために、ボール刃の逃げ角より小さく、ボール刃の回転軌跡である球面にほぼ沿った面、特に、逃げ角で５°以下の面にする。
次に、ボール刃から変曲して延伸する切れ刃の逃げ面の外周側の切れ刃のボール刃上の点を、軸心から０．０１５ｍｍ以上離れた位置に設けたのは、ボール刃から変曲して延伸する切れ刃に十分な強度を得るためであり、エンドミル先端の摩滅量を抑制し、アール精度及び切削性を維持しつつ、高精度な加工が持続できる。好ましくは０．０２５ｍｍ以上が望ましい。また、０．２５ｍｍ以下、即ち、軸心側にすることにより、軸心部における異なる逃げ面の面積を小さくでき、被加工物とのクリアランスが少ない部分を減少でき、切削抵抗が減少し、高精度な加工ができ、好ましくは０．１５ｍｍ以下が望ましい。ここで、ボール刃から変曲して延伸する切れ刃までボール刃の刃溝を延伸させても良く、切り屑の排出性及び切削性が向上し、一層、加工精度及び加工面粗さが向上する。また、心残し部を設けることにより、エンドミル先端の摩滅量を抑制し、アール精度及び切削性を維持しつつ、軸心部付近の強度が向上し、一層、高精度な加工が持続できる。

実施の態様として、ボール刃はセンタカット、等底刃に形成すると、切削負荷をボール刃毎に分散でき、加工面が規則的になり、加工精度が向上する。次に、３枚刃以上の多刃にすると、刃数を増やしたことにより、送り速度が上げられ、従来、軸心部での砥石の干渉により突起部を生じ、仕上げ切削に使用できるものではなかったことから、アール精度向上効果が非常に大きく、良好な加工精度得つつ、加工能率を向上することができる。更に、ボール刃を不等分割に配置したことにより、通常の等分割品より切削抵抗を減少させると共に、ビビリ振動を抑制し、より高能率、高精度な加工ができる。
更に、該エンドミル底面視で、該変曲させる位置を、該エンドミルの軸心を中心とする略同一円上に設けることにより、各ボール刃における切削負荷が均一となり、加工面が規則的になり、良好な加工面が得られる。更に、ボール刃から変曲して延伸する切れ刃を略多角形状に設けることにより、略多角形状をなす切れ刃とボール刃との差が無くなり、切削性がより安定し、加工面が規則的になり、良好な加工面が得られる。エンドミル母材に超硬合金やサーメット等の超硬質合金やＣＢＮ、ダイヤモンド等の高硬度焼結体を用いたり、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜やＣｒ系の潤滑皮膜を施すことにより、長寿命化が計れる。以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１、図２は、本発明例１を示し、ボール半径２ｍｍ、刃数３枚刃の超微粒子超硬合金製、ＴｉＡｌＮコ−ティングを３μｍ被覆したソリッドボールエンドミルであり、軸心部２に心残し部３を設けている。軸心部２付近の切れ刃は、ボール刃１から変曲して延伸する切れ刃６であり、ボール刃の逃げ面４と変曲して延伸する切れ刃６を構成する逃げ面５の間に有し、変曲させる位置を、該エンドミル底面視で、軸心を中心とする直径０．１ｍｍの略同一円上、即ち、軸心から０．０５ｍｍ離れた位置に設けたものである。従来例２は、特許文献１記載の親子刃、従来例３は、特許文献２記載の軸心合わせ、従来例４は、特許文献３記載のノッチを設けたの３枚刃のボールエンドミルを同寸法で製作し、アール精度を測定後、切削試験を行った。切削条件は、被削材に硬さＨＲＣ４０のプリハードン鋼を用い、回転数８０００ｍｉｎ−１、送り速度２４００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量をエンドミル軸方向に０．２ｍｍ、ピック方向に０．１ｍｍとし、水溶性の切削液を用いた湿式切削による３次元形状の仕上げ加工を行い、加工精度及び加工面の調査を行った。その結果、本発明例１のアール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００５ｍｍの範囲であり、軸心部には突起が存在せず、良好なアール精度であった。切削試験においても、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍではほとんどなく、切削長５００ｍで、０．００３ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。従来例２は、アール精度±０．００５ｍｍと本発明例１とほぼ同等であったが、親刃に切削初期にチッピングや欠損を生じ、加工精度、加工面粗さが得られず、寿命となった。従来例３は、軸心部のアール精度が＋０．０２５ｍｍと劣り、加工精度がフォーム誤差で３０μｍを越え、この突起により、加工面に深い傷を生じ、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３７μｍと劣った。従来例４は、ノッチ部でアール精度が大きくマイナスしており、切り込み過ぎや、削り残しを生じることから、３次元形状の仕上げ加工に使用できる状態ではなかった。

（実施例２）
本発明例１と同様の仕様で、ボール刃１の逃げ面と、変曲して延伸する切れ刃６の変曲させる位置を、軸心を中心とする円の直径を比較例５として０．０１ｍｍ、本発明例６として０．０３ｍｍ、本発明例７として０．０５ｍｍ、本発明例８として０．３ｍｍ、本発明例９として０．５ｍｍ、本発明例１０として０．７ｍｍであるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削試験を行った。ここで、切れ刃６は、各ボール刃上の点から一旦、軸心部方向に伸延させ、各ボール刃上の点付近より軸心部付近の曲率が大きい凹曲線状としたことにより、逃げ角が異なる逃げ面の切れ刃６の各ボール刃１上の各点を軸心から大きく離しても、良好なアール精度を維持できるようにした。
その結果、本発明例６〜１０は全て、±０．００３〜０．００５ｍｍの良好なアール精度であり、軸心部付近の摩滅量は、切削長５００ｍ時において、本発明例７〜１０が０．０３ｍｍ以下で、本発明例６が０．０５ｍｍで若干劣ったが微小であり、フォーム誤差が５μｍ以下と良好な加工精度であった。また、加工面粗さについては、本発明例６が、摩滅の影響により最大高さ面粗さＲｚで５μｍ、本発明例７、８が、本発明例１と同様の３μｍ、本発明例９、１０が、ムシレにより、各々８μｍ、１０μｍであった。これに対し、比較例５は、アール精度は±０．００５ｍｍと遜色なかったが、軸心部付近の摩滅の進行が早く、切削長５００ｍ時においては、摩滅量が０．１ｍｍを越え、フォーム誤差が２０μｍ、加工面にはムシレを生じ、最大高さ面粗さＲｚで２２μｍと劣った。
を生じることから、３次元形状の仕上げ加工に使用できる状態ではなかった。

（実施例３）
本発明例１１は、図３、図４に示し、本発明例１と同様の仕様で、ボール刃１と連続して軸心部２の方向に延びるチゼルエッジ状の稜７を有し、心残し部の面が、３つの変曲して延伸する切れ刃６を構成する逃げ面５で構成され、変曲させる位置を頂点とした切れ刃６が形成する略正３角形をなすボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削試験を行った。その結果、本発明例１１のアール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００３ｍｍの範囲であり、軸心部には突起が存在せず、良好なアール精度であった。切削試験においても、本発明例１より更に安定した切削ができ、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍ時ではほとんどなく、切削長５００ｍ時においても、０．００５ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。

（実施例５）
本発明例１と同様の仕様で、エンドミルの軸心部付近、即ち、変曲して延伸する切れ刃５の逃げ角が、本発明例１２として０．５°、本発明例１３として１°、本発明例１４として３°、本発明例１５として５°、本発明例１６として７°、であるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削試験を行った。その結果、本発明例１２〜１４は、本発明例１と同様、±０．００３０ｍｍの良好なアール精度であり、切削試験においても、軸心部付近の摩滅量が切削長１００ｍ時ではほとんどなく、切削長５００ｍ時においても、０．００５ｍｍ程度と微小であり、加工精度、即ち、３次元形状のフォーム誤差が５μｍ以下、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで３μｍと共に良好であった。本発明例１５は±０．００５０ｍｍで若干劣るものの良好なアール精度であり、切削長５００ｍ時で摩滅量が０．００８ｍｍとなり、加工精度がフォーム誤差で１０μｍ以下と若干劣る結果となった。本発明例１６は、軸心部に凸状の突起部が僅かに残り、軸心部のアール精度が＋０．０１２ｍｍと劣り、加工精度がフォーム誤差で１５μｍであり、この突起により、加工面に傷を生じ、加工面粗さが最大高さ面粗さＲｚで２２μｍと劣る結果となった。

（実施例６）
本発明例１と同仕様で、心残し部の外接円の直径が、本発明例１７として０．０１ｍｍ、本発明例１８として０．０２ｍｍ、本発明例１９として０．０４ｍｍ、本発明例２０として０．０６ｍｍ、本発明例２１として０．０８ｍｍ、本発明例２２として０．１ｍｍ、本発明例２３して０．１５ｍｍ、本発明例２４として０．２ｍｍ、本発明例２５として０．２５ｍｍ、本発明例２６として０．３ｍｍ、本発明例２７として０．３５ｍｍであるボールエンドミルを製作し、実施例１と同様にアール精度を測定後、切削試験を行った。その結果、本発明例１７〜２７は全て、±０．００３〜０．００５ｍｍの良好なアール精度であり、軸心部付近の摩滅量が、切削長５００ｍ時においても、０．００７ｍｍ以下と微小であり、特に本発明例１８〜２０が０．００５ｍｍ以下、本発明例２１〜２７が０．００３ｍｍ以下であり、フォーム誤差が５μｍ以下と良好な加工精度であった。また、加工面粗さについては、本発明例２５、２６が僅かにムシレを生じ、本発明例２７がムシレ、ビビリにより、最大高さ面粗さＲｚで７〜１２μｍ若干劣った他は、５μｍ以下の良好な加工面粗さであった。

（実施例７）
本発明例１と同仕様で、本発明例２８として、３枚のボール刃を各々１１５°、１２０°、１２５°の分割角度で不等分割に配置したボールエンドミルを製作し、実施例２と同様にアール精度を測定後、切削試験を行った。その結果、アール精度は、軸心部付近を含め、ボール半径２ｍｍに対し、±０．００３ｍｍの範囲であり、本発明例１と同等の良好なアール精度であり、切削状態は、切削抵抗が少なくなり、ビビリ振動もなく、非常に安定しており、加工精度、及び、加工面粗さが一層向上した。

図１は、本発明例１の底面図を示す。 図２は、図１の主要部拡大図を示す。 図３は、本発明例１２の底面図を示す。 図４は、図３の主要部拡大図を示す。

符号の説明

１ ボール刃
２ 軸心部
３ 心残し部
４ ボール刃の逃げ面
５ 変曲して延伸する切れ刃を構成する逃げ面
６ 切れ刃
７ チゼルエッジ状の稜

Claims (6)

1. エンドミル先端に複数のボール刃を有するボールエンドミルにおいて、該エンドミル底面視で、該エンドミルの軸心部付近に、該ボール刃から変曲して、該ボールエンドミルの回転方向の次刃まで延伸させた切れ刃を設け、該切れ刃の逃げ角はボール刃の逃げ角より小さくし、該変曲させる位置をボール刃上の点とし、且つ、軸心から０．０１５ｍｍ以上離れた位置としたことを特徴とするボールエンドミル。
2. 請求項１記載のボールエンドミルにおいて、該ボール刃はセンタカット、等底刃であることを特徴とするボールエンドミル。
3. 請求項１又は２記載のボールエンドミルにおいて、該ボール刃の刃数が３枚以上の多刃であることを特徴とするボールエンドミル。
4. 請求項３記載のボールエンドミルにおいて、該ボール刃を不等分割に配置したことを特徴とするボールエンドミル。
5. 請求項１記載のボールエンドミルにおいて、該エンドミル底面視で、該変曲させる位置を、該エンドミルの軸心を中心とする略同一円上に設けたことを特徴とするボールエンドミル。
6. 請求項３又は４記載のボールエンドミルにおいて、各ボール刃から変曲して延伸する切れ刃が略多角形状をなすことを特徴とするボールエンドミル。
   

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