エンドミルヘリックス角は、パフォーマンスの削減、ツールの寿命、および機械加工品質に大きな影響を与える最も重要な幾何学的パラメーターの1つです。このスパイラル型の特徴は、ツールがさまざまな材料をどのように効果的に削減するかを決定するだけでなく、チップの避難、熱散逸、および全体的な切断安定性にも影響を与えるだけです。アルミニウム、ステンレス鋼、または硬化材料を使用するかどうかにかかわらず、適切なヘリックス角の選択を理解することで、機械加工の結果とツールの寿命が劇的に改善される可能性があります。
記事を読みたくない場合は、最後にさまざまなエンドミルヘリックス角の比較表をチェックすることもできます。
エンドミルヘリックス角を定義するものは何ですか？
ヘリックス角 エンドミル 設計は、最先端の接線ベクトルとツールの回転軸の間の角度として幾何学的に定義されています。簡単に言えば、それはツールボディに包まれたスパイラルフルートの角度です。この角度は、最先端がワークピース材料にどのように関与するかに直接影響し、機械加工中に生成される切断力を決定します。
ヘリックス角度式と数学的式
円筒形のエンドミルの場合、ヘリックス角度式は、この基本方程式を通して表現できます。
tan（α）= r/t
どこ：
- αはヘリックス角を表します
- Rはエンドミルの半径です
- Tはリードです（ヘリックスの1つの完全な革命に必要な軸距離）
より包括的な数学的コンテキストでは、ヘリックス角は、接線速度成分と結合された放射状成分と軸速度成分の比を反映しています。
tan（β）=v₍ₜ₎/√（v₍ᵣ₎² +v₍ᶻ₎²）
これらの関係を理解することは、ヘリックス角計算機を使用して特定のアプリケーションに最適な設計パラメーターを決定する場合に不可欠です。
複雑なツールの動的変動
ボールエンドミルやテーパーツールなどのより複雑な回転式切削工具では、ヘリックスの角度は、最先端の異なる位置に沿って異なる場合があります。例えば：
- ボールエンドミルズでは、ヘリックスの角度が円筒形の部分からボール型の先端に徐々に変化します
- ドリルビットでは、ヘリックス角は通常、外側の端（約25°-32°）で最大で、中心に向かって減少します（6°）
- テーパーエンドミルでは、ヘリックスの角度を慎重に設計する必要があります。
一般的なエンドミルヘリックス角のバリエーション
標準の炭化物エンドミルは通常、3つの主要なカテゴリでヘリックス角を備えています。
- 標準ヘリックス（30°）：剛性と切断効率のバランスをとる
- ミディアムヘリックス（45°）：しばしばaと呼ばれます “パワーヘリックス角度、” 改善されたチップ避難を提供します
- ハイヘリックスエンドミル（60°）：挑戦的な材料と高性能アプリケーションに特化した
推奨される設計範囲は通常、30°から45°の間にあります。 45°を超える角度はツールの剛性を損なう可能性がありますが、30°未満の角度は、機械加工操作中に振動とおしゃべりを誘導する可能性があります。
ヘリックス角度が加工性能にどのように影響するか
切断力とツールジオメトリ
より大きなエンドミルヘリックス角度を効果的に：
- 放射状切断力を減らします
- 実際の作業用レーキ角を改善します
- より鋭い切断エッジを作成します
- エッジの大部分に切断荷重を分配します
これは、アルミニウムやその他の柔らかい材料のエンドミルヘリックス角を選択する場合に特に有益です。これにより、組み込みのエッジを最小限に抑え、滑らかなチップの流れが重要であることが重要です。
安定性と振動制御
ヘリックス角は、ワークピースとの段階的なツールエンゲージメントを可能にし、同時接触の切断エッジの数を増やします。この特徴：
- 衝撃の負荷を最小限に抑えます
- 振動を減らします
- より滑らかな切断アクションを提供します
- 表面仕上げの品質を改善します
この利点を示すエンドミルヘリックス角の例は、中断された切断操作に使用される円筒形のエンドミルで見られます。
熱管理とツールの寿命
ヘリックス角は、機械加工中の熱生成と散逸に大きく影響します。
- ヘリックスの角度が高い
- この拡張された接触は、単一のポイントで熱濃度を減らします
- 熱分布の改善は、最先端の完全性を維持するのに役立ちます
- より効率的な冷却により、適切なアプリケーションでの切断速度が高くなります
材料固有のヘリックス角度選択
アルミニウムのエンドミルヘリックス角
アルミニウムを加工するとき、適切なヘリックス角を選択することが重要です。
- 推奨範囲：40°-60°
- 高いヘリックスエンドミルの設計（約45°-60°）が推奨されます
- 利点には、熱の減少、チップの避難の改善、材料の接着の防止が含まれます
- 高いヘリックス角度は、切断エッジの鋭さを高めます。これはこの柔らかい素材に最適です
- 航空宇宙グレードのアルミニウム合金（7075-T6など）の場合、50°-55°ヘリックス角度が最適な性能を提供します
- アルミニウムの高速加工を行うと、適切なコーティング技術とペアになった50°+のヘリックス角度を実行できます。
ステンレス鋼のミルヘリックス角度
ステンレス鋼のエンドミルヘリックス角度は、特定の考慮事項を必要とする独自の課題を提示します。
- 推奨範囲：35°-45°
- ミディアムからハイリックスの角度が最適に機能します
- 45° “パワーヘリックス” 削減効率と熱管理との優れたバランスを提供します
- より丈夫なステンレス鋼のグレードの場合、60°ヘリックス角度はより良いチップ破壊を実現し、作業硬化を防ぐのに役立ちます
- オーステナイトステンレス鋼（304、316）は、40°-45°の範囲でヘリックス角度の恩恵を受けます
- マルテンサイトと沈殿の硬化ステンレス鋼は、改善されたエッジ強度のために、より低い角度（35°-40°）を必要とする場合があります
硬質材料のヘリックス角
硬化した鋼（HRC≥50）およびその他のマシンが困難な材料の場合：
- 推奨範囲：最大剛性のために30°以下
- 可変ヘリックスエンドミルの設計が最適かもしれません
- 角度が低いのは、より良いエッジのサポートとチッピングに対する抵抗を提供します
- ツール強度の向上は、必要なより高い切断力を補正します
- ツール鋼と硬化した金型コンポーネントの場合、25°-30°の角度は、パフォーマンスとツールライフの最高のバランスを提供します
- チタン合金を機械加工する場合、中程度のヘリックス角度（35°-40°）が材料の熱伝導率の低下を管理するのに役立ちます
高度なヘリックスデザイン
可変ヘリックスエンドミルテクノロジー
可変ヘリックスエンドミルツールは、同じ切削工具に沿って異なるヘリックス角を特徴としており、通常は段階的な変動で30°から45°の範囲です。これらの特殊なツールは、いくつかの利点を提供します。
- 高調波共鳴パターンの破壊
- おしゃべりと振動の大幅な減少
- 高速加工中の安定性が向上しました
- 表面仕上げの品質が向上しました
この高度なデザインは、複雑な輪郭を加工する場合、または剛性の低いセットアップで作業する場合に特に有益です。
可変ピッチ設計統合
最新の切削工具デザインは、多くの場合、可変ヘリックス角と可変ピッチ間隔を組み合わせています。
- 可変ピッチは、歯の衝撃のタイミングを破壊します
- 可変ヘリックス角と組み合わせると、これは強力な防止防止システムを作成します
- これらのツールは、ディープポケットや薄壁の機械加工などの挑戦的なアプリケーションに優れています
- 業界のテストは、特定のアプリケーションでハーモニックチャットが最大80％減少していることが示されています
方向の考慮事項
ヘリックス角の方向も重要です：
- 右側のヘリックス角度は、上向きのチップ避難を促進します
- 左側のヘリックスアングルはチップを下に向けます
- 選択は、工作機械のスピンドル回転方向を補完する必要があります
- 一部の材料では、方向は機械加工されたエッジの品質に影響を与える可能性があります
- 水平マシニングセンターの場合、ヘリックス方向はチップ制御と避難に大きな影響を与えます
最適な選択のためにヘリックス角計算機を使用します
精度が重要な場合、ヘリックス角計算機を使用すると、特定のアプリケーションの理想的な角度を決定するのに役立ちます。考慮すべき要因は次のとおりです。
- 材料特性（硬度、熱伝導率）
- 機械の剛性とパワー
- 望ましい表面仕上げ
- チップ制御要件
- ツールライフの期待
オンライン計算機は、前述のヘリックス角度式を使用することが多く、機械工がカスタマイズされた推奨事項のために特定のパラメーターを入力できるようにします。
実用的な計算の例
ヘリックス角計算機がどのように機能するかを知るには：
40mmのリード（T）を備えた直径12mmのエンドミルの場合：
- r = 6mm（半径）
- T = 40mm（リード）
- tan（α）= 6/40 = 0.15
- α=so⁻¹（0.15）≈8.53°
ただし、この角度はほとんどのアプリケーションでは小さすぎます。リードを10mmに調整することにより：
- tan（α）= 6/10 = 0.6
- α=so⁻¹（0.6）≈31°
これは、ツールデザイナーがリード値を操作して特定のアプリケーションに望ましいヘリックス角を達成する方法を示しています。
バランスツールの寿命と機械加工精度
最適なエンドミルヘリックス角を見つけるには、いくつかの競合要因のバランスを取ります。
- ツールの寿命：ヘリックス角まで40°までのヘリックス角度は一般に、切断荷重を分散することでツールの寿命を改善しますが、このしきい値を超える角度は剛性を低下させる可能性があります
- 加工精度：中程度のヘリックス角度（30°-40°）は、垂直耐性と平坦性の最良のバランスを提供します
- 材料の変形：薄壁成分を機械加工すると、ヘリックス角度が小さい軸方向が軸方向の力を減らし、変形を引き起こす可能性があります
- 電力消費：ヘリックス角度が高いと、一般に電力が少なくなり、潜在的に切断パラメーターが増加する可能性があります
業界のアプリケーションとケーススタディ
航空宇宙コンポーネントの製造
航空宇宙の機械加工：
- 高い ヘリックスエンドミルツール（45°-60°）がアルミニウム構造成分に好まれています
- 変動するヘリックスエンドミルの設計は、チタンフレームコンポーネントが振動を管理するために不可欠です
- インコールおよびその他のニッケルベースの超合金の場合、35°-40°の特殊なヘリックス角と適切なコーティングを組み合わせて、最適な結果が得られます
ダイとカビの生産
カビ製造アプリケーションの場合：
- ミディアムヘリックス角（35°-40°）は、半フィニッシング操作に最適なバランスを提供します
- 下のヘリックス角度（25°-30°）は、表面仕上げが重要な硬化鋼仕上げのカットで優れています
- 深い空洞の機械加工の場合、ヘリックス角が徐々に増加する特殊なツールは壁の品質を維持します
エンドミルヘリックス角の例アプリケーション
ここにいくつかあります エンドミルヘリックス角の例 実用的なアプリケーションを説明するシナリオ：
- アルミニウム電子ハウジング
- マラテ：6061-T6 Worially;
- ツール：直径12mm、3 flute、50°ヘリックス角
- 結果：標準のヘリックスツールよりも25％高いフィードレートで優れた表面仕上げ
- ステンレス鋼の医療成分
- 材料：316Lステンレス鋼
- ツール：直径8mm、4 flute、45°ヘリックス角
- 結果：チップ制御の改善と作業硬化の減少
- 硬化ツールスチールダイコンポーネント
- 材料：D2ツールスチール（60 HRC）
- ツール：直径6mm、4 flute、30°ヘリックス角
- 結果：エッジの耐久性が向上し、一貫した寸法精度
結論
エンドミルヘリックス角は、加工性能に直接影響する基本的な設計パラメーターを表します。さまざまなヘリックス角の幾何学的原則と実用的なアプリケーションを理解することにより、機械工は、さまざまな材料にわたって切断操作を最適化するための情報に基づいた決定を下すことができます。アルミニウムの切断端やステンレス鋼のワークハーデン化特性を順守する傾向を扱うかどうか、適切なヘリックス角度を選択するか、可変ヘリックス設計を実装することで、生産性と部分品質を劇的に向上させることができます。
アルミニウム加工に最適なヘリックス角は何ですか？
アルミニウム加工の場合、40°から60°の間のより高いヘリックス角が一般的に最適です。これらの角度は、より鋭い切断作用を提供し、熱生成を減らし、チップの避難を改善します。これにより、アルミニウムがツールに付着するのを防ぎます。
ヘリックス角はツールの寿命にどのように影響しますか？
ヘリックス角度は、切断力と熱分布に影響を与えることにより、ツールの寿命に影響を与えます。中程度の角度（35°-45°）は、通常、切断効率と構造的剛性のバランスをとることにより、ツールの寿命を最大化します。高すぎる角度は最先端を弱める可能性がありますが、低すぎる角度は振動と摩擦を増加させる可能性があります。
可変ヘリックスエンドミルと標準エンドミルの違いは何ですか？
可変ヘリックスエンドミルは、異なるフルートにわたって異なるヘリックス角を備えていますが、標準のエンドミルは一貫したヘリックス角を維持します。可変設計は、高調波振動を破壊し、おしゃべりを減らし、安定性を改善します。特に、挑戦的な材料や剛性の低いセットアップに有益です。
特定のアプリケーションに最適なヘリックス角を計算できますか？
はい、ヘリックス角式（TAN（α）= R/T）と材料特性、切断パラメーター、および機械機能を組み込んだヘリックス角計算機を使用して、特定のアプリケーションに最適な角度を決定できます。
標準ヘリックスに対して、ハイヘリックスエンドミルと標準ヘリックスをいつ選択する必要がありますか？
アルミニウムのような柔らかい材料を機械加工するとき、チップの避難が重要な場合、または表面仕上げの品質が最重要である場合、高いヘリックスエンドミル（45°-60°）を選択します。標準のヘリックスツール（30°）は、チップの流れよりもエッジの強度と剛性がより重要な硬い材料に適しています。
コーティングはヘリックス角の選択とどのように相互作用しますか？
コーティングテクノロジーは、ヘリックス角設計と相乗的に機能します。ヘリックスの角度が高いほど、チップの流れを強化するためにティアーンやアルティンなどの低摩擦コーティングの恩恵を受けますが、ヘリックス角度が低い場合は、TICNのような硬いコーティングを使用して、丈夫なアプリケーションでエッジ強度を強化する場合があります。
異常なヘリックス角が推奨される状況はありますか？
はい、複合材料の機械加工などの専門的なアプリケーションでは、層間剥離を最小限に抑えるために、超高らしいヘリックス角（65°+）を使用できます。逆に、マイクロマシニング操作は、非常に低いヘリックス角（15°-20°）を利用して、小さな直径でツールの剛性を最大化する場合があります。
エンドミルヘリックス角度比較テーブル
| ヘリックス角 | 典型的な範囲 | 理想的なアプリケーション | 材料 | 利点 | 短所 | 切断力 | チップ避難 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 低角度 | 15°-30° | 重い荒れ、硬い材料、スロットフライス加工 | ツールスチール、硬化鋼（>50 HRC）、鋳鉄 |
•ツールの剛性が高い •より良いエッジ強度 •スロットの安定性の向上 •チッピングに対する耐性が高い |
•振動ポテンシャルの増加 •効率の低いチップ避難 •切断温度が高くなります •ワークピースへのより積極的なエントリ |
•より高い放射状の力 •より低い軸方向の力 •より高い消費電力 | 遅いチップの除去 深いポケットの効率が低い |
| 中角 | 30°-45° | 汎用ミリング、セミフィニッシング、ほとんどの標準アプリケーション | 炭素鋼、合金鋼、事前に硬化した鋼（30-50 HRC）、ステンレス鋼 |
•剛性と切断効率の良好なバランス •材料間の多用途 •中程度の熱生成 •バランスの取れたチップフロー |
•極端な条件に最適化されていません •ほとんどのカテゴリでの平均パフォーマンス |
•バランスのとれた放射状と軸の力 •中程度の電力要件 | 中程度の効率 ほとんどのアプリケーションに適しています |
| 高角度 | 45°-60° | 高速加工、仕上げ操作、薄壁コンポーネント | アルミニウム、銅、真鍮、非鉄合金、プラスチック |
•より鋭い切断アクション •優れたチップ避難 •切断力の削減 •より良い表面仕上げ •熱濃度が少ない |
•ツールの剛性の低下 •重いカットにおける潜在的な偏向 •中断された切断には適していません |
•低radial骨力 •より高い軸方向の力 •消費電力の低下 | 非常に効率的です 深いポケットに最適です チップの再刻みを防ぎます |
| 超高角度 | >60° | 超高速加工、特殊な仕上げ、複合材料 | ソフトアルミニウム、プラスチック、炭素繊維複合材料、グラファイト |
•非常に効率的なチップ避難 •最小限の切断圧力 •繊細な素材に最適です •剥離を防ぐのに最適です |
•剛性が低い •偏向になりやすい •限られた深さのカット機能 •早産の影響を受けやすい |
•最小ラジアル力 •最大軸力 •最低消費電力 | 非常に効率的です 深い空洞の機械加工に最適です |
| 可変ヘリックス | 混合（通常、3°-8°の変動で35°-50°） | Vibration-prone setups, Thin walls, Deep pockets, Long overhang conditions | 特にマシンが困難な合金に効果的なすべての材料 |
•優れた振動抑制 •高調波とおしゃべりを減らしました •困難な状況で表面仕上げを改善しました •振動を起こしやすいアプリケーションでのツール寿命の強化 |
•製造コストの増加 •より複雑な再塗り •アプリケーション固有のパフォーマンス •標準化が少ない |
•分散力パターン •ハーモニクスを破壊しました •最適化された安定性 | 設計に基づく可変効率 一般的に困難な条件で優れています |
