JP2005111642A - 座ぐり加工用のエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】 切り屑詰まりを抑制して、高能率な座ぐり加工が可能な座ぐり加工用のエンドミルを提供すること。
【解決手段】 エンドミル１は、溝径Ｄｇが外周刃４の外径の略１５％以上かつ略４０％以下の範囲とされると共に、外周刃４のねじれ角βが略１５°以上かつ略３５°以下の範囲とされ、更に、底刃５のすくい角αが略２°以上かつ略１５°以下の範囲とされているので、切り屑の排出力を強固にして、切り屑詰まりを確実に抑制することができる。よって、ステップ加工を行うことなく座ぐり加工を行うことができ、その結果、高能率の座ぐり加工を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は座ぐり加工用のエンドミルに関し、特に、切り屑詰まりを抑制して、高能率な座ぐり加工が可能な座ぐり加工用のエンドミルに関するものである。

ボルトの頭部を埋め込むための沈め穴を加工する場合には、エンドミルを使用したドリリング加工（突き加工）により行うことがある。この沈め穴の座面は、ボルト頭部の座のすわりを良くするべく、平坦面状に加工する必要があり、そのため、この座ぐり加工には、底刃のすきま角が略０°に構成されたエンドミルが使用される。

ところで、エンドミルは、溝加工や側面加工を主な用途にするものである。例えば、側面加工では、切削側と反対側は開放状態となるため、切り屑の排出性を考慮する必要はほとんど生じない一方、切削側が拘束されて片持ち状態となるため、曲げ力に起因する切削不良や折損を防止する必要がある。

そのため、従来のエンドミルは、溝径（ウェッブの厚さ）をエンドミル直径の５０％から９０％の範囲に設定することにより、機械的剛性を確保するように構成されている（特許文献１）。
特開昭５１−４７６７２号公報（図４など）

しかしながら、上述したエンドミルでは、ドリリング加工（突き加工）により座ぐり加工を行う場合、切り屑排出のためのチップポケットが不足して、被削材への下穴の有無に関わらず、切り屑詰まりが発生し易いという問題点があった。そのため、かかる切り屑詰まりを抑制するべく、ステップ加工（加工方向への前進と後退とを繰り返す）を行う必要があるため、加工時間が嵩み、加工能率が悪くなるという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、切り屑詰まりを抑制して、高能率な座ぐり加工が可能な座ぐり加工用のエンドミルを提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の座ぐり加工用のエンドミルは、本体と、その本体の軸心まわりにねじれて凹設されるねじれ溝と、そのねじれ溝に沿って形成される外周刃と、前記本体の底部に形成される底刃とを有し、前記本体の軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心方向へ移動させられることにより切削加工を行うものであり、前記底刃のすくい角が略２°以上かつ略１５°以下の範囲とされ、前記外周刃のねじれ角が略１５°以上かつ略３５°以下の範囲とされ、前記ねじれ溝の溝底を連ねた円の直径である溝径が前記外周刃の外径の略１５％以上かつ略４０％以下の範囲とされている。

この請求項１記載の座ぐり加工用のエンドミルによれば、座ぐり加工時において、底刃の切削作用により発生した切り屑は、ねじれ溝により形成されるチップポケット内に収納されつつ、そのねじれ溝を介して、被加工穴内から外部へ排出される。

請求項１記載の座ぐり加工用のエンドミルによれば、溝径が外周刃の外径の略４０％以下とされているので、切り屑排出のためのチップポケットの容量を確保して、切り屑詰まりを抑制することができ、その結果、ステップ加工を不要として、高能率の加工が可能になるという効果がある。一方、この溝径は、外周刃の外径の略１５％以上とされているので、十分な心厚を確保して、機械的な剛性が低下することを抑制することができ、その結果、切削加工中の折損等の不具合を抑制することができるという効果がある。即ち、溝径を小さくして、機械的剛性が低下しても、その分、チップポケットの容量が確保され、切り屑詰まりが抑制されるので、結果として、折損等の発生を抑制することができる。

また、外周刃のねじれ角は、略１５°以上とされているので、切り屑の排出力を強固にして、切り屑詰まりを確実に抑制することができ、その結果、ステップ加工を不要として、高能率の加工が可能になるという効果がある。一方、かかる外周刃のねじれ角は、略３５°以下とされているので、ねじれ角が強くなりすぎ、その成形が困難となることに起因して、製造コストが嵩むことを抑制することができるいう効果がある。

更に、底刃のすくい角は、略２°以上とされているので、切れ味を良くして切削性の向上を図ることにより、切削抵抗を小さくすることができる。よって、溝径を小さくすることにより機械的剛性が低下しても、切削抵抗の減少により、折損等の発生を抑制することができるという効果があり、その分、より溝径を小さくすることができる。その結果、チップポケットの容量が確保されて、切り屑の排出性がより向上されるので、結果として、切り屑詰まりに起因する折損が抑制されるという効果がある。一方、底刃のすくい角は、略１５°以下とされているので、刃先の剛性が小さくなることに起因するチッピング等の発生を抑制することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例におけるエンドミル１の正面図である。また、図２（ａ）は、図１の矢印ＩＩａ方向から見たエンドミル１の側面図であり、図２（ｂ）は、図１の矢印ＩＩｂ方向から見たエンドミル１の裏面図である。まず、これら図１及び図２を参照してエンドミル１の全体構成について説明する。

エンドミル１は、本体２と、その本体２に形成されるねじれ溝３、外周刃４及び底刃５とを主に備えて構成されるソリッドタイプのエンドミルであり、本体２のシャンク部２ａを保持するホルダー（図示せず）を介してマシニングセンター等の加工機械の回転力が伝達され、主に、座ぐり加工を行う用途に用いられる工具である。

なお、座ぐり加工は、例えば、２枚の板材Ｂ１，Ｂ２を締結ボルトＳで締結する際に、その締結ボルトＳの頭部を埋め込むための沈め穴Ｈを板材Ｂ１に凹設するための切削加工であり、この沈め穴Ｈの座面Ｈａは、締結ボルトＳの座のすわりを良くするために、略平坦面状に形成される（図６参照）。

従って、エンドミル１は、図１に示すように、その底刃５のすきま角γが略０°に構成されており、本体２の軸心Ｌまわりに回転駆動されつつ板材Ｂ１に対して軸心方向（図１矢印ＩＩａの反対方向）へ移動させられることにより、その底刃５の切削作用により沈め穴Ｈを凹設しつつ座面Ｈａを略平坦面状に切削加工（座ぐり加工）する。

本体２は、タングステンカーバイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金により構成されており、その基部側（図１左側）には、図１に示すように、シャンク部２ａが略円柱状に形成されると共に、そのシャンク部２ａの他端側（図１右側）には、ねじれ溝３、外周刃４及び底刃５がそれぞれ形成されている。

ねじれ溝３は、本体２の軸心Ｌまわりにねじれて凹設されており、外周刃４は、そのねじれ溝３の稜線に沿って形成されている。ねじれ溝３の溝底を連ねた円の直径である溝径Ｄｇは（図２（ａ）参照）、切り屑の排出性とエンドミル１の機械的剛性とを考慮して、外周刃４の外径Ｄの略１５％（略０．１５Ｄ）以上、かつ、略４０％（略０．４Ｄ）以下の範囲とすることが好ましい。

溝径Ｄｇを外周刃４の外径Ｄの略４０％（略０４．Ｄ）以下とすることにより、切り屑排出のためのチップポケットの容量を十分に確保して、切り屑詰まりを抑制することができる。その結果、従来のエンドミルのように、ステップ加工を行う必要がないので、加工時間を短縮して、その分、高能率の座ぐり加工が可能になる。一方、溝径Ｄｇを外周刃４の外径Ｄの略１５％（略０．１５Ｄ）以上とすることにより、十分な心厚を確保して、機械的剛性が低下することを抑制することができるので、切削加工（座ぐり加工）中の折損等の不具合を抑制することができる。

即ち、本発明のエンドミル１によれば、溝径Ｄｇを小さくすることにより、従来のエンドミルと比較して機械的剛性が低下したとしても、その分、チップポケットの容量が確保され、切り屑詰まりが抑制されるので、結果として、折損等の発生を抑制することができるのである。なお、本実施例では、溝径Ｄｇが外周刃４の外径Ｄの１８％（０．１８Ｄ）とされている。

外周刃４のねじれ角βは、切り屑の排出性と加工性とを考慮して、略１５°以上、かつ、略３５°以下の範囲とすることが好ましい。ねじれ角βを略１５°以上とすることにより、切り屑の排出力を強固にして、切り屑詰まりを確実に抑制することができる。その結果、従来のエンドミルのように、ステップ加工を行う必要がないので、加工時間を短縮して、その分、高能率の座ぐり加工が可能になる。

一方、外周刃４のねじれ角βを略３５°以下とすることにより、ねじれ角βが強くなりすぎて、その成形（研磨工程）が困難となることを抑制することができる。その結果、研磨工程の複雑化などに起因して、製造コストが嵩むことを抑制することができる。なお、本実施例では、ねじれ角βが３０°とされている。

底刃５は、上述したように、本体２の底部（図１右側）に略０°のすきま角γをを有して形成されており（図１参照）、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸心Ｌ側の一部にギャッシュ６の刃当たりがある。なお、ギャッシュ６のギャッシュ角（図示せず）は４５°とされている。底刃５のすくい角αは（図２（ｂ）参照）、切削性能と耐久性とを考慮して、略２°以上、かつ、略１５°以下とすることが好ましい。

底刃５のすくい角αを略２°以上とすることにより、切れ味を良くして切削性を向上させることにより、切削抵抗を小さくすることができる。よって、上述したように、溝径Ｄｇを小さくすることにより機械的剛性が低下したとしても、切削抵抗の減少により、折損等の発生を抑制することができ、その分、溝径Ｄｇをより小さくすることができる。その結果、チップポケットの容量が確保されて、切り屑の排出性が更に向上されるので、結果として、切り屑詰まりに起因する折損がより一層抑制される。

一方、底刃５のすくい角αを略１５°以下とすることにより、底刃５の刃先が鋭利となり過ぎて、その剛性が小さくなり、これに起因してチッピングや欠損などが発生することを未然に抑制することができる。なお、本実施例では、底刃５のすくい角αが８°とされている。また、底刃５の２番角ζ１は６°とされ、底刃５の３番角ζ２は１６°とされている。

次に、上述のように構成されたエンドミル１を用いて行った切削試験について、図３を参照して説明する。この切削試験は、板材Ｂ１に対して締結ボルトＳの頭部を埋め込む沈め穴Ｈの座ぐり加工を行った場合に（図６参照）、その座ぐり加工が可能な最大送り速度を測定する試験である。

切削試験の詳細諸元は、被削材（板材Ｂ１）：ＪＩＳ−Ｓ５０Ｃ、使用機械：縦型マシニングセンタ、切削方法：ドリリング加工（突き加工）、切削油材：不使用（エアブロー）、加工深さ（沈み穴Ｈの深さ）：１４ｍｍ、下穴の有無：無し、切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ（１８２０回転／ｍｉｎ）である。なお、本切削試験では、ステップ加工は行わず、また、送り速度は、０．０４ｍｍ／回転から０．２４ｍｍ／回転までの範囲で０．０４ｍｍ／回転毎に行った（図３参照）。

また、切削試験には、本実施例で説明したエンドミル１であって、その溝径Ｄｇ、外周刃４のねじれ角β、底刃５のすくい角αの各値を種々変更したものを使用した（図３参照）。なお、エンドミル１の外周刃４の外径Ｄは、Ｄ＝１４ｍｍである。また、最大送り速度の判定は、主に、工具振動の有無（程度）に基づいて行った。

図３は、切削試験の結果を示した図である。なお、図中、「Ｎｏ．」欄は、測定Ｎｏ．であり、８種のエンドミルについて測定したことを示している。「溝径Ｄｇ、ねじれ角β及び底刃すくい角α」欄は、それぞれ上述した通りであるので（図１及び図２参照）、その説明は省略する。

また、「溝底の丸み」欄は、ねじれ溝３の溝底の形状、即ち、チップポケットの容量を示している。即ち、溝径Ｄｇの値が大きく（小さく）なれば、溝底の丸みが小さく（大きく）なる。即ち、チップポケットの容量が小さく（大きく）なる。

図３に示すように、測定Ｎｏ．１及びＮｏ．２のエンドミルは、底刃５のすくい角αの大きさ（α＝２°及び７°）に関わらず、送り速度０．０４ｍｍ／回転での座ぐり加工で工具振動が発生し、それ以上の切削試験続行が不可能であった。これは、溝径Ｄｇが５０％又は６５％と大きく、その分、溝底の丸みが小さくなるため、チップポケットの容量を十分に確保することができず、更に、ステップ加工も行っていないため、切り屑をスムーズに排出することができず、切り屑詰まりが発生したことに起因すると思われる。

一方、溝径Ｄｇを３５％以下に設定した測定Ｎｏ．３からＮｏ．８のエンドミルでは、底刃５のすくい角αがα＝３°と測定Ｎｏ．２のエンドミルの場合よりも小さいにも関わらず、図３に示すように、少なくとも送り速度０．１２ｍｍ／回転までは良好な座ぐり加工を行うことができた。

即ち、本条件のように、溝径Ｄｇを小さくすることにより、チップポケットの容量が確保され切り屑をスムーズに排出することができ、切り屑詰まりを確実に抑制することができることが確認された。その結果、本発明のエンドミル１によれば、送り速度を高速化することができると共に、ステップ加工も不要とすることできるので、その分、高能率の座ぐり加工を行うことができる。

なお、外周刃４のねじれ角βがβ＝７°とされる場合（測定Ｎｏ．４及びＮｏ．８）には、図３に示すように、送り速度０．１６ｍｍ／回転で工具振動が発生し切削試験が続行不可能となったのに対し、ねじれ角βがβ＝２０°又は３０°とされる場合には、送り速度０．２４ｍｍ／回転まで良好な座ぐり加工を行うことができた。これは、ねじれ角βをβ＝７°とした場合には、そのねじれ角が弱く、切り屑の排出力が十分に発揮されなかったことに起因すると思われる。

次に、図４を参照して、耐久試験の結果について説明する。耐久試験は、上述した沈め穴Ｈの座ぐり加工を行い（図６参照）、加工可能な最大穴数を測定する試験である。なお、耐久試験の詳細諸元は、送り速度を０．１６ｍｍ／回転に固定した以外は、上述した切削試験と同じである。また、耐久試験には、上述した切削試験で使用したものと同じ測定Ｎｏ．１からＮｏ．８のエンドミルを使用した。

図４は、耐久試験の結果を示した図である。測定Ｎｏ．１及びＮｏ．２のエンドミルは、工具振動を発生させつつも、１個目の沈め穴Ｈの座ぐり加工を行うことができたが、図４に示すように、２個目の沈め穴Ｈの座ぐり加工中において底刃５に欠損が発生し、それ以上の耐久試験続行が不可能となった。これは、上述した切削試験の場合と同様に、溝径Ｄｇが大きく、チップポケットの容量を十分に確保できないこと、及び、ステップ加工も行っていないことに起因して、切り屑をスムーズに排出することができず、切り屑詰まりが発生したことに起因すると思われる。

また、溝径Ｄｇを３５％以下に設定した測定Ｎｏ．３からＮｏ．８のエンドミルでも、外周刃４のねじれ角βがβ＝７°とされる場合（測定Ｎｏ．４及びＮｏ．８）には、図４に示すように、４個目及び１０個目の沈め穴Ｈの座ぐり加工中に工具振動が大となり、それ以上の耐久試験続行が不可能となった。上述した切削試験の場合と同様に、ねじれ角βをβ＝７°とした場合には、そのねじれ角が弱く、切り屑の排出力を十分に発揮できないことに起因すると思われる。

一方、溝径Ｄｇを３５％に設定した測定Ｎｏ．３のエンドミルでは、３０個の沈め穴Ｈの座ぐり加工を行った時点で工具振動が発生した。また、溝径Ｄｇを２５％又は１８％に設定した測定Ｎｏ．５からＮｏ．７のエンドミルでは、４０個の沈め穴Ｈの座ぐり加工を行った時点でも工具振動や切れ刃の欠損等の異常は発生せず、そのまま耐久試験の続行が可能な状態であった。このように、溝径Ｄｇを小さくして、チップポケットの容量が確保すると共に、ねじれ角βを所定以上の大きさとすることにより、切り屑をスムーズに排出して、切り屑詰まりを確実に抑制することができ、その結果、優れた耐久性を備えたエンドミル１を得ることができることが確認された。

以上の結果より、溝径Ｄｇを、切り屑排出性を考慮して、略４０％以下、より好ましくは略３５％以下、かつ、機械的剛性を考慮して、略１５％以上、より好ましくは略１８％以上の範囲に設定し、更に、外周刃４のねじれ角βを、切り屑の排出性を考慮して、略１５°以上、より好ましくは略２０°以上、かつ、製造コストをコストを考慮して、略３５°以下、より好ましくは、略３０°以下の範囲に設定することにより、切り屑詰まりを抑制することができ、その結果、ステップ加工を不要としても、高送り速度での座ぐり加工を行い得ると共に、高い耐久性を得られることが確認された。

次に、第２の切削試験について、図５を参照して説明する。第２の切削試験は、上述した切削試験に対し、被削材の材質をより高硬度のものに変更すると共に、エンドミルの形状条件を追加したものである。なお、被削材（板材Ｂ１）の材質はＪＩＳ−ＳＫＤ６１であり、その硬度は４０ＨＲＣである。また、追加したエンドミルは、測定Ｎｏ．ＡからＮｏ．Ｅの５種類であり、その形状条件は、図５に示すように、すくい角αの大きさが主に変更されている。

図５は、第２の切削試験の結果を示す図である。図５に示すように、測定Ｎｏ．１からＮｏ．８の８種類のエンドミルは、上述した切削試験の場合（図３参照）と比較して、座ぐり加工可能な最大送り速度の値が全体的に低くなっている。これは、被削材がＪＩＳ−Ｓ５０Ｃ（生材）からＪＩＳ−ＳＫＤ６１（焼き入れ材）に変更され、その硬度が硬くなっていることに起因するものであり、順当な結果と言える。

一方、第２の切削試験において追加したエンドミルであって、底刃５のすくい角αをα＝７°から１２°までの範囲に設定した測定Ｎｏ．Ａ，Ｎｏ．Ｂ及びＮｏ．Ｅのエンドミルでは、図５に示すように、少なくとも送り速度０．２０ｍｍ／回転までは良好な状態で座ぐり加工を行うことができた。これは、底刃５のすくい角αを大きくすることにより、切れ味が良くなって切削性が増したことにより、切削抵抗が減少したことに起因するもの思われる。

但し、底刃５のすくい角αをα＝１６°に設定した測定Ｎｏ．Ｃのエンドミルでは、図５に示すように、送り速度０．１２ｍｍ／回転で工具振動が発生し、切削試験の続行が不可能となった。これは、底刃５のすくい角αを大きくし過ぎたことにより、その刃先が鋭利となり、チッピングが発生し易くなったことに起因するもの思われる。

以上の結果より、底刃５のすくい角αを、切削性能を考慮して、略２°以上、より好ましくは略７°以上、かつ、耐チッピング性を考慮して、略１５°以下、より好ましくは略１２°以下の範囲に設定することにより、溝径Ｄｇを小さくして機械的剛性が低下しても、切削抵抗の減少により、折損等の発生を抑制することができ、その分、溝径Ｄｇを更に小さくして、切り屑排出性をより向上させることができることが確認された。

以上説明したように、本発明のエンドミル１によれば、溝径Ｄｇを外周刃４の外径Ｄの略１５％以上かつ略４０％以下の範囲とすると共に、外周刃４のねじれ角βを略１５°以上かつ略３５°以下の範囲とし、更に、底刃５のすくい角αが略２°以上かつ略１５°以下の範囲としたので、切り屑の排出力を強固にして、切り屑詰まりを確実に抑制することができる。よって、ステップ加工を行うことなく座ぐり加工を行うことができ、その結果、高能率の座ぐり加工を行うことができるのである。

以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定される物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記各実施例では、エンドミル１を２枚刃で構成する場合を説明したが、必ずしもこの構成に限られるわけではなく、例えば、エンドミル１を３枚刃で構成することは当然可能である。エンドミル１を２枚刃で構成することにより、チップポケットの容量をより確保し易くできる一方、３枚刃で構成した場合には、チップポケットの容量を確保しつつも、座ぐり加工における求心性の向上を図り、より高精度の座ぐり加工を行うことができるという効果がある。

本発明の一実施例におけるエンドミルの正面図である。 （ａ）は、図１の矢印ＩＩａ方向から見たエンドミルの側面図であり、（ｂ）は、図１の矢印ＩＩｂ方向から見たエンドミルの裏面図である 切削試験の結果を示した図である。 耐久試験の結果を示した図である。 第２の切削試験の結果を示した図である。 座ぐり加工により形成された沈み穴を示す断面図である。

符号の説明

１ エンドミル
２ 本体
３ ねじれ溝
４ 外周刃
５ 底刃
α 底刃のすくい角
β 外周刃のねじれ角
γ 底刃のすきま角
Ｄｇ 溝径

Claims (1)

1. 本体と、その本体の軸心まわりにねじれて凹設されるねじれ溝と、そのねじれ溝に沿って形成される外周刃と、前記本体の底部に形成される底刃とを有し、前記本体の軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心方向へ移動させられることにより切削加工を行う座ぐり加工用のエンドミルにおいて、
   前記底刃のすくい角が略２°以上かつ略１５°以下の範囲とされ、
   前記外周刃のねじれ角が略１５°以上かつ略３５°以下の範囲とされ、
   前記ねじれ溝の溝底を連ねた円の直径である溝径が前記外周刃の外径の略１５％以上かつ略４０％以下の範囲とされていることを特徴とする座ぐり加工用のエンドミル。

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