JPH06155130A - エンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】親子刃エンドミルのバランスを取ることによ
り、加工面精度を上げると共に工具の長寿命化を提供す
る。 【構成】親子刃エンドミル１２のギャシュ部Ａ３とギャ
シュ部Ｂ４のアンバランスをギャシング角７やギャシュ
部Ｂ４または底刃Ｂ逃げ角２０１、すくい面コーナ５０
１の肉抜きを行いバランスさせる。 【効果】バランスが計れたエンドミルを使用することに
より、ツールプリセッタと実加工時の寸法誤差がほとん
どなくなると共に、装置の振動も収まり安定した加工が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フライス盤及びマシニ
ングセンタなどのように、エンドミルが回転しながら切
削加工する装置において、親子刃のエンドミルのアンバ
ランスを調整することにより、各刃の運動バラツキや振
動をなくし、切削効率をあげると共に加工精度および面
精度を高めるためのエンドミルに関する。

【０００２】

【従来の技術】加工装置に要求される加工精度は、ＮＣ
化が進むと共に装置誤差の補正制御や温度管理やトルク
管理システムも確立し、一層の高精度化が達成されてき
ている。 しかし、従来からの親子刃エンドミルに見ら
れるようにアンバランスによる加工精度の影響について
は、全く見直しがされていない状況にある。

【０００３】特に近年における、スピンドルの高速化
（回転速度が２〜１０万ｒｐｍ）に伴い、遠心力の増大
と共にこのアンバランスのもたらす影響が、加工装置に
振動を与えたり、加工面粗さの低下や、さらに切刃の片
当たりや振動によるチッピングなどでエンドミルの寿命
を短くするなど、多くの現象が顕著に表れるようになっ
た。

【０００４】しかし、これまでこの点を考慮したバラン
スの取れた親子刃エンドミルは、製作されていない。

【０００５】従来の親子刃の形状は、大河出版発行「エ
ンドミルのすべて」１９８８年６月１日発行、Ｐ１４６
記載されているように、２枚刃、３枚刃、４枚刃、６枚
刃に見られるが、アンバランスとなるエンドミルは、こ
のうちの２枚刃、３枚刃、４枚刃の３種類である。

【０００６】親子刃エンドミルは、回転中心部の切削性
を良くし、加工物の掘り下げを容易にするために、２枚
の底刃の内、１枚を回転中心部を越えた形に整形してい
る。これを親刃、他の一方を子刃と言う場合もあるが、
一般的にはこのように区別せず、形状を総称して親子刃
エンドミルという。

【０００７】ここでは、説明の便宜上刃長の長い底刃を
底刃Ａ、短い方を底刃Ｂと呼び、親子刃、２枚刃エンド
ミルを例に、問題点を図２を使って説明する。

【０００８】２枚の底刃のうち底刃Ａ１は、回転中心６
を越えた形に形成されているため、その切刃の底刃すく
い面５を確保するために、ギャシュ部Ａ３は、ギャシュ
部Ｂ４に比べ、大きく肉抜きがされている。

【０００９】このような親子刃は、キー溝の長穴加工に
見られるように、掘り下げ加工と、内周面の加工を同一
エンドミルで行える特徴を持たせている。刃数について
は、材質や加工目的に合わせ選ぶが、通常は刃数の少な
いものを荒加工用に使用し、仕上げ精度に応じて刃数の
多いものを使用するのが、一般的である。

【００１０】これを回転させると、ギャシュ部Ｂの方が
遠心力が大きくなり、この方向にエンドミルが振れ回る
ことになり、その度合いは、回転数が大きいほど増大す
る。

【００１１】特に、最近の高速マシニング装置などで使
用すると、回転速度に比例しエンドミルの振れ回りが大
きくなり、この結果複数枚の刃を用いても実際は１刃だ
けが切削することにになりやすい。この場合、工具寿命
が極端に短くなると共に、加工精度や面粗さにも大きく
影響を及ぼす。

【００１２】またアンバランスによる振れまわりは、ス
ピンドルに必要以上の負担を掛けると共に、その振れま
わりにより起る振動は、加工面粗さやエンドミルの刃先
チッピングを増大させる傾向にある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来構
造の欠点をなくし、高速回転下においても工具の長寿命
化と、より高精度の加工を行えるエンドミルを提供する
ことを目的とする。その目的を列記すれば、次のとおり
となる。

【００１４】（１）比較的スピンドルの剛性が弱い装置
においても、工具のバランスが良く、工具による振動の
発生がなく、比較的効率の良い加工が出来ること。

【００１５】（２）超硬合金やダイヤモンドを切刃とす
る工具は、比較的衝撃に弱くチッピングを起しやすい。
これら振動などによって起る衝撃を抑制すること。

【００１６】（３）外周刃による側面加工の場合、振れ
まわりが起きると、刃数に関係がなく１刃のみの切削と
なり易く、複数刃の効果が得られにくい。この欠点を解
消すること。

【００１７】（４）高速加工装置においては、回転速度
に比例して振れまわりも大きくなる。高速回転時に十分
にバランスのとれた構造を提供すること。

【００１８】（５）バランスを取ることにより、各切刃
の仕事量が一定化することにより、エンドミルを最大限
有効に使用できること。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、すなわち、本発明では、親子刃の形状から起きるア
ンバランスを、外周刃及び親子刃の機能を損なうことな
くバランスさせる。

【００２０】具体的には、アンバランス量を、質量の多
い方の底刃逃げ角部や外周逃げ角部、またはすくい面深
さ等で調整し、バランス取りを行うものである。

【００２１】つまり、複数枚の底刃の内１刃だけが、回
転中心部を越えた形に有り、それを形成するための、ギ
ャシュ部分が大きく肉抜きされた状態にある。これが質
量のアンバランスの原因であり、これを中心軸に対して
反対側をアンバランスに相当する量の肉抜きを行い、バ
ランスさせることを特徴とする。

【００２２】２枚刃及び４枚刃の場合を例にあげると、
アンバランスを起しているギャシュ部の、中心軸に対し
て反対側あるギャシュブ部のギャシング角を大きく取る
ことにより、バランスさせることが、比較的容易な方法
である。

【００２３】また、３枚刃の場合は、他の２枚の刃の形
成するギャシュ部の質量が均等になるように分散させ、
各々のギャシング角を大きくすることが望ましい。

【００２４】

【作用】回転による振れまわりがないバランスの取れた
親子刃となるため、ツールプリセッタでの測定寸法と実
加工時の寸法誤差がほとんどなくなり、安定した加工が
行える。特に、高速加工機においては、バランスの取れ
た親子刃を使用するため、比較的太いエンドミルも使用
しても振動が大幅に低減し、従来のような負荷がスピン
ドルに及ばない。

【００２５】アンバランスによる振れ回りがないため、
各切刃が加工面に対して均等に作用するため、加工面形
状が良い。特に、アンバランスによる振動が発生しない
ため、刃先のチッピングが起りにくく、また、１刃のみ
の過酷な切削が起きないため、エンドミルの寿命が伸び
る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。なお、ここでは一般的に多く使用されている親子
刃、２枚刃を代表例として説明するが、３枚刃、４枚刃
等、刃数の多い工具においても適用可能である。

【００２７】（実施例１）図１に、本発明において、バ
ランス加工調整が最も簡単と思われる親子刃エンドミル
形状を示す。エンドミルのギャシュ部Ａ３の質量に合わ
せ、ギャシュ部Ｂ４のギャシング角７の角度を調整され
たギャシング角７１のように大きくし、ギャシュ部の質
量の差を縮めバランスさせる。

【００２８】この方法でエンドミルをバランス加工する
のが、極めて簡単である。

【００２９】バランス取りの測定は、図３に示すよう
に、バランスの基準となるテストバー８を準備し、加工
機の回転軸９に組込んだ状態で２万回転させ、基準とな
る加工機の振動特性を静電容量変位計１０を用いて行っ
た。次に、親子刃のエンドミルを同様に回転させこの振
動量を測定した。

【００３０】その結果、親子刃の振動は非常に大きく、
装置の特性にもよるがテストバーの数倍の値を示した。

【００３１】ギャシュ部Ｂのギャシュ調整は工具研削盤
にて行うが、当初は調整量が不明なため少量ずつ４〜５
回にわたる調整を要した。結果的にはテストバーの振動
値と同等の値まで近付けることに成功した。

【００３２】一度ギャシュ角の除去角度が判れば、次の
作業からは比較的簡単な作業になる。 しかし、振動を
測定する加工機とバランス取り加工を行う工具研削盤と
の、行き来が不便であることから、図４に示す簡単なラ
ジアル空気軸受を製作し、簡易バランサーとした。

【００３３】このラジアル空気軸受１１は、内周部にラ
ジアル空気軸受形成部１１３が取り付けられている。こ
こに親子刃エンドミル１２のシャンク部１２１を挿入
し、空気圧で浮上させ、手で回転させる。アンバランス
のある場合は、振り子運動を起しながら間もなく質量の
重い部分を下方にし静止する。一方、バランスが取れて
いる場合は、一定の回転力を与えると非接触体のため、
長時間回転が持続する。この現象を利用してバランスを
取るが、若干の工夫を要した。

【００３４】まず、空気軸受の概要を簡単に説明する
と、一般的な空気軸受は、軸受剛性を大きくするため
に、ラジアル空気軸受すきまを５〜２０μｍ程度とする
が、今回の目的では軸受剛性はほとんど必要としないた
め、エンドミルの出し入れが容易にできるよう、ラジア
ル空気軸受すきまを約３０μｍとした。

【００３５】供給する空気圧も浮上する程度で良く、今
回は２ｋｇｆ／平方ｃｍの空気圧で十分であった。この
空気圧は、供給口１１１から導入し、オリフィス１１２
を通りラジアル空気軸受形成部１１３で親子エンドミル
１２の径方向を浮上させる。この場合、空気は刃先１２
２とシャンク端面の両方向に流れるが、シャンク端面に
流れた空気圧をそのまま大気開放するのではなく、再度
スラスト空気軸受形成部１１３に利用し、親子エンドミ
ルの軸方向を浮上させる。

【００３６】ただし、ラジアル空気軸受を水平に置く
と、ラジアル空気軸受から、親子刃エンドミルが飛び出
すため、ラジアル空気軸受を若干排気口１１５側を下方
にして傾ける。

【００３７】傾斜角１３は、給気圧とスラスト空気軸受
形成部の面積等で特定出来ないが、傾斜角（２〜１５度
程度）が小さいほどアンバラスに対する反応が良かっ
た。実際の使用では傾斜角を５度にした。

【００３８】次に、他の親子刃エンドミルを、バランス
の取れたエンドミルと同様の角度に加工し、バランスを
確認したところ、ほぼ同様の良好な結果が得られた。

【００３９】このバランス調整した、エンドミルを使用
し加工を行ったところ、アンバランス持った場合のＲａ
２μｍ程度が、Ｒａ０.２〜０.３μｍと約一桁面粗さが
向上した。

【００４０】また、エンドミルの寿命も２〜３倍と伸
び、バランス取りの効果を確認できた。（実施例２）図
５は、エンドミルを手に持ち、ギャシング角度にこだわ
らず、ギャシング角部分を両頭グラインダ１４を用い
て、任意に肉抜き加工を行う方法である。これを手軽な
方法としてバランス取りを行えたのは、今回開発したバ
ランサーとなるラジアル空気軸受１１を、両頭グライン
ダ用テーブル１５の上にあらかじめセットすることによ
り、その場でバランス状態を確認でたからである。

【００４１】この方法を用いれば、工具研削盤のよう
な、大掛かりの装置を準備する必要はない。

【００４２】（実施例３）図６に、底刃逃げ角の調整を
示す。ギャシュ部Ａ３に対して底刃Ｂ逃げ角２０１を、
実施例１〜２で述べた方法でバランス取りを行った結
果、若干バランスが良い方向にあるが、底刃Ａ逃げ角１
０１とギャシュ部Ｂ４の交わる部分、つまり外周コーナ
１０２付近が重くなり、ギャシング角の加工のようにバ
ランス取りが行えなかった。

【００４３】次にこのエンドミルの外周コーナを、両頭
グラインダを使用して、肉抜き調整を行ったところ、実
施例１〜２で得た精度と同様の結果を得た。ただし、底
刃Ｂ逃げ角と外周コーナの肉抜きの量の調整がポイント
であった。。

【００４４】（実施例４）図７は、ギャシュ部Ａ３のア
ンバランス量に相当する量を、すくい面コーナ５０１の
部分の肉抜きによりバランス取りをする方法である。つ
まり、すくい面コーナのアール部に溝５０２を掘ること
により肉抜きを行う方法であり、先に述べたギャシング
角による調整法と同様、比較的簡単にバランス取りが出
来た。

【００４５】この作業は、溝入れ砥石１６（φ６０、ｔ
６）で行ったが、この寸法形状にこだわる必要はない。
形状のアールや砥石幅、または深さ等で形状は変化する
が、要するにこの位置当たりの肉抜きを行い、バランス
させればよい。また、すくい面コーナ自体のアール径を
小さくすることで肉抜きをし、バランスさせることもで
きる。

【００４６】以上実施例をいくつか挙げてきたが、これ
らはすでに親子刃エンドミルとして市販されているもの
を、調整バランスさせる方法を述べたもので、バランス
の取れた親子刃エンドミルを製作段階から考慮すれば、
実施例１の図１で述べたギャシュ角を広げるなどの、一
方向のみのバランス取りを行うだけでなく、ギャシュ部
Ａ側のギャシュ角をあらかじめ小さめにするなどの対策
が取れる。

【００４７】つまり、外周刃及び底刃の形状や剛性を損
なわない程度に、エンドミルの先端部のいずれかの箇
所、または複数箇所の調整によりバランスさせれば良
い。

【００４８】今回実施したバランス取りは、至って手軽
な方法で行ったが、いずれの方法でバランスさせても、
形状に差異があるため、完全にバランスしたとは、言い
切れない。

【００４９】よりバランス精度を上げるならば、実施例
３の図６で明らかにしたように、複数箇所で調整するの
が望ましい。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、バランス調整されたエ
ンドミルを使用することにより、回転による振動も極め
て小さく、スピンドルに必要以上の振動負荷を与えず、
安定した回転運動が得られる。その結果、ツールプリセ
ッタの測定値と実加工の寸法値に差異が起きにくい。ま
た、切削面粗さも非常によく、従来の送り速度に対し
て、２０％増速が可能となった。

【００５１】切刃寿命も２倍以上に伸びた。しかも、使
用済みエンドミルを観察しても、以前のようにチッピン
グや欠けの発生は見られず、良好な結果を得た。これら
の特徴は、近年発達している高速切削加工の分野にも、
本発明のバランス調整型エンドミルを使用すれば、より
効果が発揮される。

【００５２】最近の傾向にある高精度、高寿命、高送り
が加工機に求められている現在、ここで用いられるエン
ドミルは、従来の親子刃エンドミルを比較的簡単な方法
でバランス調整することにより、目的を達成できること
は非常に大きな成果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバランス調整法の実施例を示す図
である。

【図２】本発明の対称となる、親子刃エンドミルを示す
図である。

【図３】本発明に係るバランス測定法の実施例を加工装
置を利用し示す図である。

【図４】本発明に係るバランス測定用装置の実施例を示
す図である。

【図５】本発明に係るバランス調整法を両頭グラインダ
を使用した実施例を示す図である。

【図６】本発明に係るバランス調整法の実施例を示す図
である。

【図７】本発明に係るバランス調整法の実施例を示す図
である。

【符号の説明】

１…底刃Ａ、２…底刃Ｂ、３…ギャシュ部Ａ、４…ギャ
シュ部Ｂ、５、刃底すくい面、６…回転中心、７…ギャ
シング角、８…テストバー、９…回転軸、１０…静電容
量変位計、１１…ラジアル空気軸受、１２…親子刃エン
ドミル、１３…傾斜角、１４…両刀グラインダ、１５…
両刀グラインダ用テーブル、１６…溝入れ砥石、４１…
調整されたギャシュ部、７１…調整を行ったギャシング
角、１０１…底刃Ａ逃げ角、１１１…給気口、１１２…
オリフィス、１１３…ラジアル空気軸受形成部、１１４
…スラスト空気軸受形成部、２０１…底刃Ｂ逃げ角、５
０２…すくい面コーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 秀昭 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンドミルにおいて、親子刃構造の持つア
   ンバランスを解消したことを特徴とする、エンドミル。
2. 【請求項２】請求項１記載のエンドミルにおいて、上記
   アンバランスを、各々のギャシュ部の取量により調整
   し、バランスさせたことを特徴としたエンドミル。
3. 【請求項３】請求項２記載のエンドミルにおいて、各々
   のギャシング角の角度に変化を持たせて調整し、バラン
   スさせたことを特徴とするエンドミル。
4. 【請求項４】請求項１記載のエンドミルにおいて、各々
   の底刃の逃げ部の取量により調整し、バランスさせたこ
   とを特徴としたエンドミル。
5. 【請求項５】請求項４記載のエンドミルにおいて、アン
   バランスを、各々の底刃の逃げ角の角度に変化を持たせ
   調整し、バランスさせたことを特徴としたエンドミル。
6. 【請求項６】請求項１記載のエンドミルにおいて、各々
   のすくい面形状により調整し、バランスさせたことを特
   徴とするエンドミル。
7. 【請求項７】請求項６記載のエンドミルにおいて、各々
   のすくい面にあたるすくい面コーナに溝加工調整し、バ
   ランスさせたことを特徴とするエンドミル。
8. 【請求項８】請求項１記載のにおいて、アンバランス
   を、各々の外周逃げ部の取量により調整し、バランスさ
   せたことを特徴とするエンドミル。
9. 【請求項９】請求項８記載のエンドミルにおいて、各々
   の外周逃げ角の角度に変化を持たせ調整し、バランスさ
   せたことを特徴とするエンドミル。
10. 【請求項１０】請求項２〜９記載のエンドミルにおい
    て、各々の調整個所を併用して調整し、バランスさせた
    ことを特徴とするエンドミル。
11. 【請求項１１】エンドミルのバランス取りにおいて、空
    気軸受を利用し、エンドミルシャンク部を回転軸として
    エンドミルのバランスを取る、エンドミルバランサー