JPH0561047B2

JPH0561047B2 -

Info

Publication number: JPH0561047B2
Application number: JP1197493A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Yamazaki; Hideki Ando
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1993-09-03
Also published as: JPH0360909A

Description

[Detailed description of the invention] [Industrial application field]

本発明はボールエンドミルに係り、特に、切刃
を仕上げ切削に適した形状に改良したボールエン
ドミルに関する。 The present invention relates to a ball end mill, and particularly to a ball end mill whose cutting edge has been improved to have a shape suitable for finish cutting.

[Conventional technology]

第９図に示すように、金型等の曲面加工にはボ
ールエンドミルの使用が不可欠である。ボールエ
ンドミルの刃先形状は、回転することによつて球
面を形成するように構成されており、第６，７，
８図にその一般的な形状のボールエンドミルの刃
先部を示している。通常は、先端のアール状切刃
（球面切削を行う切刃）１１の二番面１２が第６
図に示すようにエンドミル先端部で交差してつな
がり、その部分では切刃が形成されず、先端芯厚
部分１３即ちドリルで言うチゼル部と同様の部分
が形成される。そしてこの先端芯厚部分１３は、
凸曲面ではあるが球面よりも僅かに窪んでいて平
坦に近い曲面となつており、真の球面の一部を構
成しないという欠点がある。この欠点は、先端芯
厚部分１３の幅ｔが０となるような切刃形状とす
ることによつて補うことは可能であるが、併し乍
らその場合には、両切刃の連続する部分が、工具
の先端頂部でワークに対して１点で接触する箇所
となり、極めて耐摩耗性に乏しい箇所となる。し
たがつて、使用中の摩耗によりその部分の切刃が
すぐに摩損してしまい、切刃の不連続部を生じる
（両切刃の間が開いて〓間を生じる）ことになる。
これら各図において、１４は三番面、１５はギヤ
ツシユ、１６は外周切刃である。そこで、上述のような問題の解決手段として、
第１０図及び第１１図に示すような、両切刃の連
続する部分を先端頂部からずらし、軸心頂部を通
る長刃２１と、残りの部分の短刃２２とからアー
ル状切刃を構成することが有効である。ところが、長刃２１と短刃２２とが分離される
切欠部２３では、長刃２１及び短刃２２の端部に
エツジ状の切刃コーナ部２４が形成される。この
エツジ状コーナ部分２４は、ボールエンドミルが
理論的に回転すれば、すなわち捩れも抵抗も全く
ない状態で回転軸心の回りに回転したときには、
長刃２１が完全に重なることになつて、すじ状の
切削痕を切削面に残すことはない。併し乍ら、実
際の工具において捩れが皆無ということはまずな
く、さらに実際の切削において送りが与えられる
と、切削抵抗による撓みや動的な捩れが発生す
る。したがつて上述のようなエツジ状コーナ部分
２４は、実際の切削においては長刃２１と完全に
は重ならず、その切削痕が『すじ』になつて生じ
る。また、このコーナ部２４にチツピングが生じ
るとその悪影響はさらに著しくなり、極端な場合
にはそのチツピング部に溶着が発生する。 As shown in FIG. 9, the use of a ball end mill is essential for machining curved surfaces of molds and the like. The cutting edge shape of the ball end mill is configured to form a spherical surface by rotating.
Figure 8 shows the cutting edge of a generally shaped ball end mill. Normally, the second surface 12 of the rounded cutting edge (cutting edge for spherical cutting) 11 at the tip is the sixth
As shown in the figure, they intersect and connect at the tip of the end mill, and a cutting edge is not formed at that portion, but a tip core thickness portion 13, that is, a portion similar to a chisel portion of a drill is formed. This tip core thickness portion 13 is
Although it is a convex curved surface, it is slightly more concave than a spherical surface, making it a nearly flat curved surface, and has the disadvantage that it does not form part of a true spherical surface. This drawback can be compensated for by making the cutting edge shape such that the width t of the tip core thickness portion 13 is 0, but in that case, the continuous portion of both cutting edges is The top of the tip of the tool is a point that makes contact with the workpiece at one point, and is a place with extremely poor wear resistance. Therefore, due to wear during use, the cutting edge in that area is quickly worn out, resulting in a discontinuous part of the cutting edge (a space between the two cutting edges opens up, creating a gap).
In each of these figures, 14 is the third surface, 15 is the gear, and 16 is the outer peripheral cutting edge. Therefore, as a solution to the above problems,
As shown in FIGS. 10 and 11, continuous portions of both cutting edges are shifted from the top of the tip, and a rounded cutting edge is formed from the long blade 21 passing through the top of the axis and the short blade 22 of the remaining portion. It is effective to do so. However, in the notch 23 where the long blade 21 and the short blade 22 are separated, an edge-shaped cutting edge corner portion 24 is formed at the end of the long blade 21 and the short blade 22. This edge-shaped corner portion 24 is formed when the ball end mill rotates theoretically, that is, when it rotates around the rotation axis without any twist or resistance.
Since the long blades 21 completely overlap, no streak-like cutting marks are left on the cutting surface. However, it is unlikely that an actual tool is completely free of twisting, and furthermore, when feed is applied during actual cutting, deflection and dynamic twisting occur due to cutting resistance. Therefore, the edge-shaped corner portion 24 as described above does not completely overlap with the long blade 21 during actual cutting, and the cutting trace becomes a "streak". Furthermore, if chipping occurs at the corner portion 24, the adverse effects will be even more significant, and in extreme cases, welding will occur at the chipped portion.

[Problem to be solved by the invention]

長刃と短刃との組み合わせによりアール状切刃
を構成するのは、その回転により球面を形成する
切刃形状を維持して切削精度を高めるためであ
る。金型などの高精度な型部分は、機械加工後に
磨き仕上げ工程を要するが、機械加工時の精度が
劣つていれば仕上げ工程に要する時間が長くな
る。その時間を如何に短くするかは、ボールエン
ドミルによる機械加工の精度を如何に高めるかに
依存することになる。したがつて本発明の目的
は、上述のような長刃と短刃とからなるアール状
切刃を持つたボールエンドミルに関して、その各
切刃コーナ部による悪影響を除去し、且つ機械加
工時の精度を極力高められるボールエンドミルを
提供することにある。 The reason why the rounded cutting edge is formed by a combination of a long blade and a short blade is to improve cutting accuracy by maintaining the cutting blade shape that forms a spherical surface through rotation. High-precision mold parts such as molds require a polishing process after machining, but if the accuracy during machining is poor, the time required for the finishing process will be longer. How to shorten the time depends on how to improve the accuracy of machining using a ball end mill. Therefore, an object of the present invention is to eliminate the adverse effects caused by the corners of each cutting edge of a ball end mill having a rounded cutting edge consisting of a long blade and a short blade as described above, and to improve accuracy during machining. Our goal is to provide a ball end mill that can maximize the quality of our products.

[Means to solve the problem]

本発明に係るボールエンドミルは、上述のごと
き従来技術の課題を解決し、その目的を達成する
ために以下のような構成を備えている。即ち、球面切削を行うアール状切刃が、回転中
心軸を通過する一つの長刃と、少なくとも一つの
短刃とからなるボールエンドミルにおいて、上記
長刃と短刃とを分離する切欠部が、該長刃および
短刃のそれぞれの二番面から滑らかに連続する曲
面で面取り形成されることにより、該長刃および
短刃の切刃稜線から該切欠部の稜線部分へ移行し
てなるこれら稜線が、滑らかに連続する曲線で形
成され、上記長刃及び短刃の、上記球面中心に対
する放射方向すくい角、すなわちボールエンドミ
ルの回転軸心上にある点でアール状切刃の曲率中
心となる点と、アール状切刃上の１点とを通つて
この切刃に直交する方向（法線方向）の断面にお
いて、このアール状切刃の曲率中心とアール状切
刃上の１点とを通る直線に対して、そのアール状
切刃上の点におけるすくい面のなす角度が、−15°
以上0°以下に設定されている。 The ball end mill according to the present invention solves the problems of the prior art as described above and has the following configuration in order to achieve the object. That is, in a ball end mill in which a rounded cutting edge that performs spherical cutting consists of one long blade that passes through the rotation center axis and at least one short blade, the notch that separates the long blade and the short blade is These ridge lines transition from the cutting edge lines of the long blade and short blade to the ridge line portion of the notch by forming a chamfer with a smoothly continuous curved surface from the second surface of each of the long blade and short blade. is formed by a smoothly continuous curve, and the radial rake angle of the long blade and short blade with respect to the center of the spherical surface, that is, the point on the rotation axis of the ball end mill is the center of curvature of the rounded cutting edge. , and one point on the rounded cutting edge, in the cross section in the direction perpendicular to this cutting edge (normal direction), passing through the center of curvature of this rounded cutting edge and one point on the rounded cutting edge The angle formed by the rake face at the point on the rounded cutting edge with respect to the straight line is -15°
The angle is set to 0° or more.

[Action and effect of the invention]

本発明に係るボールエンドミルでは、回転体と
して得られる球面上の頂点は、長刃の切刃稜線上
の１点が位置することにより、工具の軸心頂部ま
で精度の高い球面が確保される。特に軸心頂部ま
でチツプポケツトが得られることは、切り屑の排
出性と共にその部分の切削性を高める。また、長刃および短刃の切刃稜線から切欠部の
稜線部分へ移行してなるこれら稜線は滑らかに連
続する曲線で面取り形成されるので、長刃および
短刃から切欠部への移行部分には従来技術のボー
ルエンドミルにおけるようなエツジ状コーナ部分
が形成されることはない。したがつて、長短それ
ぞれの刃から切欠部へ移行する部分で滑らかに連
続する曲線よりなる切刃稜線は、滑らかに連続す
る曲面を切削形成し、仕上げ面に『すじ』の軌跡
を残ず、さらには面取りが施されることによつて
チツピングの発生を防止する。上述のすくい角が−15°以上0°以下とされてい
ることによつて、仕上げ面に対して圧縮方向に切
削抵抗が発生し、仕上げ面粗さを改善する。特
に、回転軸心上の切刃で切削速度が０となるデツ
ドポイントは、スラスト抵抗に対して最も弱く、
チツピングを生じ易い箇所であるが、この部分の
スラスト抵抗に対する強度が著しく向上する。た
だし、すくい角を過度に負にすると切削抵抗の増
大とともにむしれ切削が誘発されるため、その限
界は−15°とするのが好ましい。通常のボールエ
ンドミルでは、すくい角は正の値のものが殆どで
あるが、本発明のボールエンドミルは、これを仕
上げ切削（軽切削）にのみ使用すれば切削抵抗が
不必要に大きくなることはなく、むしろ切刃剛性
を高めることにより切刃エツジのマイクロチツピ
ング防止効果が得られる。特に、工具の軸心頂部
においては、切刃のすくい角が負の値に設定され
ることによつて、この部分の切刃の強度向上及び
チツピング防止に対する効果は顕著である。な
お、従来のボールエンドミルにおけるこのすくい
角は、ある程度の切り込み量が確保できるように
切削性を高めるため、通常では6°〜15°程度に設
定されている。 In the ball end mill according to the present invention, the apex on the spherical surface obtained as a rotating body is located at one point on the cutting edge line of the long blade, thereby ensuring a highly accurate spherical surface up to the apex of the axis of the tool. In particular, the ability to provide a chip pocket up to the top of the shaft improves chip evacuation and machinability in that area. In addition, these ridge lines that transition from the cutting edge lines of the long blade and short blade to the ridge line of the notch are chamfered with smoothly continuous curves, so the transition from the long blade and short blade to the notch is chamfered. No edge-like corner portions are formed as in prior art ball end mills. Therefore, the cutting edge line, which consists of smoothly continuous curves at the transition from the long and short blades to the notch, cuts a smoothly continuous curved surface and leaves no trace of "streaks" on the finished surface. Furthermore, the chamfering prevents chipping. By setting the above-mentioned rake angle to -15° or more and 0° or less, cutting resistance is generated in the compressive direction to the finished surface, improving the finished surface roughness. In particular, the dead point on the cutting edge on the axis of rotation, where the cutting speed is 0, is the weakest against thrust resistance.
This is a location where chipping is likely to occur, but the strength against thrust resistance in this region is significantly improved. However, if the rake angle is made excessively negative, cutting resistance increases and peel cutting is induced, so it is preferable to set the limit to −15°. In most normal ball end mills, the rake angle is a positive value, but the ball end mill of the present invention will not cause unnecessarily large cutting force if it is used only for finishing cutting (light cutting). Rather, by increasing the rigidity of the cutting edge, the effect of preventing microchipping of the cutting edge can be obtained. In particular, by setting the rake angle of the cutting edge to a negative value at the top of the axis of the tool, the effect of improving the strength of the cutting edge in this area and preventing chipping is remarkable. Note that this rake angle in conventional ball end mills is usually set to about 6° to 15° in order to improve cutting performance so that a certain amount of cut can be secured.

【Example】

以下に本発明の好適な一実施例について、第１
図ないし第５図を参照して説明する。第１図は本
実施例のボールエンドミルを切刃先端側から軸方
向に向かつて見た切刃形状を示す図、第２図はそ
の側面から見た図、第３図は第２図の−線矢
視断面図、第４図は第２図のの部分を拡大して
示す断面図である。本実施例のボールエンドミル
は、長刃１と短刃２とが１枚ずつ２枚刃である。
長刃１と短刃２との間の切欠部３は、第４図によ
く示されるように、その切刃コーナ部に相当する
部分に曲率半径がR₁，R₂の曲面となるように面
取りが施されている。図において曲率半径R₁が
短刃側の面取り、R₂が長刃側の面取り、P₁，P₂
はそれぞれの曲率中心である。図中Ｒは、アール
状切刃の回転によつて形成される球面の曲率半径
であり、その曲率中心をＰとする。長刃１及び短
刃２の各二番面４，５と各面取りの曲面とは、そ
の移行点において共通接線を有しており、相互に
滑らかに連続して両者間に稜線は形成されない。
なお、第４図では長刃側の上記移行点がボールエ
ンドミルの回転中心軸６上にあるが、移行点はこ
れを越えて長刃側に形成されてはならない。第３図に、短刃２を例に採り、その任意の１点
C_pについて、上記球面の曲率中心Ｐからの放射
方向に関するすくい角θを示した。この放射方向
すくい角θは、曲率中心の点Ｐと点C_pとを通る
平面で且つ点C_pにおける短刃２の法線方向の平
面でボールエンドミルの断面を取り、この断面に
おいて、点Ｐと点C_pとを通る直線に対して短刃
２のすくい面７がなす角度で与えられる。本実施
例においては−15°の負のすくい角が与えられて
いる。以上のような構成を有する本発明のボールエン
ドミルについて、第５図に示すような形状の被削
材の仕上げ切削を行い、その仕上げ面粗さをテス
トしてみた結果、R_naxが2μｍ以下の極めて良好
な仕上げ面が得られた。 ●ボールエンドミル：球面半径…５mm、直径…10
mm、刃長…15mm、全長…70mm、柄径…10mm、材
質…超硬合金＋TiNコーテイング、タイプ…
ソリツドタイプ ●被削材：SKD61（HRC40）、ａ＝100mm、ｂ＝20mm、ｃ＝75mm、ｄ＝30mm、ｅ＝25mm、ｒ＝25mm、α＝45° ●被削条件：回転数…2200rpm、送り…300mm／
min、切り込み（Ｚ軸方向）…0.1mm、ピツク
フイード（Ｙ軸方向）…0.07mm、使用フライス
盤…NCフライス盤（主軸モータ3.7kW／
5.5kW）以上の説明は、超硬合金にコーテイングを施し
た２枚刃のソリツドタイプをモデルとしたが、材
質としてはその他に、高速度工具鋼は勿論、より
高速化してサーメツトやCBN（六方晶形窒化硼
素）、さらにはダイヤモンド焼結体等の一般的に
工具に用いられている材質が可能であり、刃数に
ついて３枚以上の多刃のものが可能である。その
場合は１枚のみが長刃で、残りが短刃となる。タ
イプとしても、ソリツドタイプの他にロー付けタ
イプやスローアウエイタイプが可能である。 The following describes a preferred embodiment of the present invention.
This will be explained with reference to the drawings to FIG. Fig. 1 is a diagram showing the shape of the cutting edge of the ball end mill of this embodiment as viewed from the tip of the cutting blade in the axial direction, Fig. 2 is a diagram seen from the side, and Fig. 3 is the same as in Fig. 2. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a portion of FIG. 2 on an enlarged scale. The ball end mill of this embodiment has two blades, one long blade 1 and one short blade 2.
The notch 3 between the long blade 1 and the short blade 2 has a curved surface with radii of curvature R ₁ and R ₂ at the portion corresponding to the corner of the cutting blade, as clearly shown in Fig. 4. It is chamfered. In the figure, the radius of curvature R ₁ is the chamfer on the short blade side, R ₂ is the chamfer on the long blade side, P ₁ , P ₂
are their centers of curvature. In the figure, R is the radius of curvature of the spherical surface formed by the rotation of the rounded cutting edge, and P is the center of curvature. The second surfaces 4 and 5 of the long blade 1 and the short blade 2 and the curved surfaces of each chamfer have a common tangent at the transition point, and are smoothly continuous with each other, with no ridge line formed between them.
In FIG. 4, the transition point on the long blade side is located on the rotation center axis 6 of the ball end mill, but the transition point must not be formed beyond this on the long blade side. In Fig. 3, short blade 2 is taken as an example, and any one point of the short blade 2 is taken as an example.
For C _p , the rake angle θ in the radial direction from the center of curvature P of the spherical surface is shown. This radial direction rake angle θ is determined by taking a cross section of the ball end mill on a plane passing through the center of curvature point P and point C _p and in the normal direction of the short blade 2 at point C _p , and in this cross section, point P It is given by the angle formed by the rake face 7 of the short blade 2 with respect to the straight line passing through and point C _p . In this example, a negative rake angle of -15° is provided. Using the ball end mill of the present invention having the above configuration, finishing cutting was performed on a workpiece having the shape shown in Fig. 5, and the finished surface roughness was tested. As a result, R _nax was 2 μm or less. An extremely good finished surface was obtained. ●Ball end mill: Spherical radius...5mm, diameter...10
mm, blade length...15mm, total length...70mm, handle diameter...10mm, material...Cemented carbide + TiN coating, type...
Solid type ● Work material: SKD61 (HRC40), a = 100 mm, b = 20 mm, c = 75 mm, d = 30 mm, e = 25 mm, r = 25 mm, α = 45° ● Cutting conditions: rotation speed...2200 rpm, feed …300mm/
min, depth of cut (Z-axis direction)…0.1mm, pick feed (Y-axis direction)…0.07mm, milling machine used…NC milling machine (spindle motor 3.7kW/
5.5kW) The above explanation uses a two-flute solid type with a coating on cemented carbide as a model, but other materials include high-speed tool steel, as well as cermets and CBN (hexagonal type) for higher speeds. Materials commonly used for tools such as boron nitride (boron nitride) or diamond sintered bodies can be used, and multi-edged tools with three or more blades are possible. In that case, only one blade will be long and the rest will be short blades. In addition to the solid type, brazed type and throw-away type are also available.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本実施例のボールエンドミルを切刃先
端側から軸方向に向かつて見た切刃形状を示す
図、第２図は第１図を側面から見た図、第３図は
第２図の−線矢視断面図、第４図は第２図の
の部分を拡大して示す断面図、第５図は本実施
例のボールエンドミルを用いて切削テストを行つ
た被削体のモデル形状を示す図、第６図は従来の
一般的ボールエンドミルを切刃先端側から軸方向
に向かつて見た切刃形状を示す図、第７図は第６
図を側面から見た図、第８図は第６図を正面から
見た図、第９図は一般的なボールエンドミルによ
る加工状況を示す図、第１０図は長刃及び短刃を
持つた従来タイプのボールエンドミルを切刃先端
側から軸方向に向かつて見た切刃形状を示す図、
第１１図は第１０図を側面から見た図である。１……長刃、２……短刃、３……切欠部、４，
５……二番面、６……回転中心軸、７……すくい
面、Ｐ……アール状切刃の曲率中心点、C_p……
アール状切刃上の任意の１点。 Fig. 1 is a diagram showing the cutting edge shape of the ball end mill of this embodiment as viewed from the cutting edge tip side in the axial direction, Fig. 2 is a side view of Fig. 4 is an enlarged sectional view of the part shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a model of the workpiece that was subjected to a cutting test using the ball end mill of this example. Figure 6 is a diagram showing the cutting edge shape of a conventional general ball end mill viewed from the tip of the cutting edge in the axial direction.
Figure 8 is a side view of Figure 6, Figure 9 is a diagram showing the machining situation with a general ball end mill, and Figure 10 is a diagram showing the machining situation with a general ball end mill. A diagram showing the cutting edge shape of a conventional ball end mill viewed from the tip of the cutting edge toward the axial direction.
FIG. 11 is a side view of FIG. 10. 1...Long blade, 2...Short blade, 3...Notch, 4,
5...Second surface, 6...Rotation center axis, 7...Rake face, P...Curvature center point of rounded cutting edge, C _p ...
Any one point on the rounded cutting edge.

Claims

[Scope of Claims] 1. A ball end mill in which a rounded cutting edge that performs spherical cutting consists of one long blade 1 passing through the rotation center axis 6 and at least one short blade 2, wherein the long blade 1 and the short blade 2 are connected to each other. The notch 3 that separates the blade 2 from the
The respective second surfaces 4 and 5 of the long blade 1 and short blade 2
By forming a chamfer with a smoothly continuous curved surface, these ridgelines transitioning from the cutting edge ridgelines of the long blade 1 and the short blade 2 to the ridgeline portion of the notch 3 form a smoothly continuous curve. A ball end mill characterized in that a radial rake angle (θ) of the long blade 1 and the short blade 2 with respect to the center of the spherical surface is set to −15° or more and 0° or less.