JP4553251B2 - ねじ切りカッタ - Google Patents

Description

本発明はめねじを切削加工するねじ切りカッタに関し、特に、めねじの口元にカエリやバリが発生することを防止する技術に関するものである。

めねじを切削加工するための工具としてねじ切りカッタがある。これは、形成すべきめねじのねじ溝に対応する断面形状のリードの無い凸条が外周部に設けられるとともに、その凸条を分断するように溝が形成されることによりその溝に沿って切れ刃が設けられたもので、ＮＣマシニングセンタなどに取り付けられて、軸心まわりに回転駆動されるとともに下穴内を公転しつつ軸方向へリード送りされることにより、その下穴の内周面にめねじを切削加工する。特許文献１に記載のねじ切りカッタはその一例で、下穴を切削加工するための穿孔刃、およびその下穴の入口に面取りを施すための面取り刃が一体に設けられている。
特開昭６３−２００９１６号公報

しかしながら、従来のねじ切りカッタは、一般にシャンク側から見て右ねじれのねじれ溝が設けられて切れ刃が形成されており、軸心の右まわりに回転駆動されてめねじを切削加工するとともに、切り屑をシャンク側へ排出するようになっているため、凸条の一対のフランクのうちシャンク側に位置する後側フランクの切れ刃のすくい角が鈍角になり、切れ味が悪くて下穴の入口すなわちめねじの口元にカエリが発生したり、そのカエリが剥離してバリが生じたりし易いという問題があった。特に、めねじのねじ山の山頂を含めて切削する総形切れ刃を有するねじ切りカッタにおいては、完全なねじ山の山頂にはカエリやバリが生じる恐れがないため、口元の不完全山部分に生じるカエリやバリが問題になる。

図４は、上記カエリやバリの一例を示す図（写真）で、(a) の矢印部分は、めねじの口元（面取り部分）に生じたカエリで、(b) の矢印部分は、カエリが剥離して生じたひげ状のバリであり、このようにめねじの口元にカエリやバリが生じると、おねじとの嵌合に不具合が生じることがある。この図４は、φ９．５ｍｍ×Ｐ１．２５で多数の凸条が設けられ、シャンク側から見た切削回転方向が右まわりで、右ねじれのねじれ溝がねじれ角１５°で設けられたねじ切りカッタを用いて、以下の加工条件で切削加工を行った場合のものである。
（加工条件）
・被削材：ＳＳ４００
・下穴径：φ１０．８ｍｍ
・口元面取り：Ｃ１．５
・加工めねじサイズ：Ｍ１２×１．２５
・切削油：水溶性切削油剤
・機械：横型マシニングセンタ

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、めねじの口元にカエリやバリが発生することを防止することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、形成すべきめねじのねじ溝に対応する断面形状のリードの無い凸条が外周部に設けられるとともに、その凸条を分断するように溝が形成されることによりその溝に沿って切れ刃が設けられ、軸心まわりに回転駆動されるとともに下穴内を公転しつつ軸方向へリード送りされることにより、その下穴の内周面に前記めねじを切削加工するねじ切りカッタにおいて、(a) 前記溝を、シャンク側から見た前記軸心まわりの切削回転方向に対して逆方向へねじれたねじれ溝とし、且つ、そのねじれ溝のねじれ角が５°〜３０°の範囲内で、(b) 前記凸条の一対のフランクのうち前記シャンク側に位置する後側フランクの切れ刃のすくい角が鋭角であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のねじ切りカッタにおいて、前記切れ刃は、前記めねじのねじ山の山頂を含めて切削する総形切れ刃であることを特徴とする。

第１発明、第２発明のねじ切りカッタは、切れ刃を形成するための溝が、シャンク側から見た切削回転方向に対して逆方向へねじれたねじれ溝であるため、シャンク側に位置する後側フランクの切れ刃のすくい角が鋭角になり、切れ味が向上してめねじの口元の不完全山部分にカエリやバリが発生することが抑制される。特に、ねじれ溝のねじれ角が５°以上であるため、後側フランクの切れ刃の切れ味が確実に向上するとともに、ねじれ角が３０°以下であるため倒れに対して所定の剛性が得られ、カエリやバリが抑制されることと相まってめねじの精度が全体として向上する。

第２発明では、めねじのねじ山の山頂を含めて切削する総形切れ刃が設けられているため、完全なねじ山の山頂にはカエリやバリが生じる恐れがなく、口元に生じる不完全山のカエリやバリが抑制されることにより、全体としてカエリやバリの少ない優れた精度のめねじが得られる。

本発明のねじ切りカッタは、有底の止り穴に対してめねじを切削加工する場合に好適に用いられるが、貫通した通り穴に対してめねじを切削加工する場合に用いることも可能である。止り穴に対してめねじを切削加工する場合、通り穴にめねじを切削加工する場合のように出口側の不完全山部分のカエリやバリを心配する必要がないため、入口側のカエリやバリが抑制されることにより優れた精度のめねじが得られる。また、めねじだけでなく、おねじの切削加工に利用することもできる。

シャンク側から見た切削回転方向に対して逆方向にねじれたねじれ溝について具体的に説明すると、シャンク側から見て右まわりに回転駆動して切削加工を行う場合は左まわりにねじれたねじれ溝を設け、シャンク側から見て左まわりに回転駆動して切削加工を行う場合は右まわりにねじれたねじれ溝を設けることを意味する。

第２発明のねじ切りカッタには総形切れ刃が設けられているが、第１発明では、下穴の内周面がそのままめねじのねじ山の山頂を構成するように、めねじの溝だけを切削加工する切れ刃が軸方向に断続して設けられても良い。

本発明のねじ切りカッタを用いたねじ加工方法は、例えば(a) めねじを加工すべき被加工物に対して前記ねじ切りカッタよりも大径の下穴を加工するとともに、その下穴の口元にテーパ形状の面取りを施す下穴加工工程と、(b) 前記ねじ切りカッタを前記下穴内に挿入した状態で、軸心まわりの切削回転方向へ回転駆動しつつ、前記下穴内を公転させるとともに軸方向へリード送りすることにより、その下穴の内周面に前記めねじを切削加工するねじ切削工程と、を有して行われる。このように下穴加工工程で下穴の口元にテーパ形状の面取りを施す場合、ねじ切削工程でその口元にカエリやバリが発生することが抑制されるため、そのカエリやバリを除去するための再度の面取り等が不要である。

上記下穴加工工程は、本発明のねじ切りカッタとは別のドリル等の下穴加工工具や面取り工具等を用いて行うことができる。下穴や面取りは、切削加工だけでなく、鍛造加工などで設けることも可能である。

切れ刃が設けられるリードの無い凸条は一つだけで、下穴内を何回も公転させてめねじを切削加工するものでも良いが、軸方向に複数（例えば３つ以上の多数）設けることにより、所定の長さ寸法のめねじを１回の公転で切削加工できるようにすることが望ましい。ねじれ溝の数も、１本であっても良いが、２本以上設けて軸心まわりに複数の切れ刃を設けることが望ましい。

ねじ切りカッタは、例えば高速度工具鋼や超硬合金等の工具材料にて構成され、必要に応じてＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の硬質被膜がコーティングされる。

本発明のねじ切りカッタを軸心まわりに回転駆動するとともに、下穴内を公転させつつ軸方向へリード送りしてめねじを切削加工する態様は、めねじを加工すべきめねじ部材に対して相対的なもので、必ずしもねじ切りカッタ側だけを運動させる必要はなく、例えばねじ切りカッタを一定位置に保持したまま軸心まわりに回転駆動し、めねじ部材をねじ切りカッタのまわりに偏心回転させたり、ねじ切りカッタの軸方向へリード送りしたりしても良い。リード送りは、ねじ切りカッタを相対的に先端側へ前進させるものでも、シャンク側へ後退させるものでも良い。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるねじ切りカッタ１０を示す正面図で、このねじ切りカッタ１０は、マシニングセンタ等の主軸に把持されるシャンク１２と、一対の切れ刃１６が設けられた刃部１８とを、軸方向に一体に備えている。刃部１８の外周部には、形成すべきめねじ３０（図２参照）のねじ溝に対応する断面形状のリードの無い凸条２０が軸方向にめねじ３０と同じピッチで多数設けられており、その凸条２０を分断するように一対のねじれ溝２２が形成されることにより、そのねじれ溝２２に沿って切れ刃１６が設けられている。本発明のねじ切りカッタ１０は、シャンク１２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うもので、ねじれ溝２２は、その切削回転方向と逆の左まわりにねじれているとともに、そのねじれ角は５°〜３０°の範囲内で設けられている。また、一対の切れ刃１６は、めねじ３０のねじ山の山頂（めねじの内径）を含めて切削する総形切れ刃で、凸条２０の間の溝部分も切れ刃として機能する。このねじ切りカッタ１０は、超硬合金にて一体に構成されているとともに、刃部１８の表面にはＴｉＡｌＮの硬質被膜がコーティングされている。

そして、このようなねじ切りカッタ１０を用いてめねじ３０を切削加工する際には、先ず、図２の(a) に示すように、めねじ３０を加工すべき被加工物３２に対して、前記刃部１８よりも大径で且つめねじ３０の内径寸法より僅かに小さい径寸法の下穴３４を形成するとともに、その下穴３４の口元（開口部）にテーパ形状の面取り３６を設ける。図２は、止り穴のめねじ３０を加工する場合で、下穴３４も底部を備えている。このように被加工物３２に対して下穴３４および面取り３６を加工する工程が下穴加工工程で、本実施例では、ねじ切りカッタ１０とは別のドリルやフライス等を用いて、切削加工により形成する。

次に、図４の(b) に示すように、マシニングセンタ等の３次元加工機の主軸に取り付けられたねじ切りカッタ１０を前記下穴３４の軸心Ｏに沿って下穴３４内に挿入し、(c) に示すように、ねじ切りカッタ１０を軸心まわりに回転駆動しつつ、約９０°のアプローチ範囲で下穴３４の内周面に滑らかに食い付かせる。そして、その状態で(d) に示すように、ねじ切りカッタ１０を軸心まわりに回転駆動しつつ、下穴３４の軸心Ｏまわりに１８０°公転させるとともに、凸条２０の１ピッチ分だけ軸方向へリード送りすることにより、目的とするめねじ３０を切削加工する。本実施例では、ねじ切りカッタ１０を左まわりに公転させるとともに、１ピッチ分だけシャンク１２側へ後退させることにより、右ねじのめねじ３０を切削加工する。その後、(e) に示すように９０°のリリース範囲でねじ切りカッタ１０を滑らかに下穴３４の内周面から離間させて軸心Ｏまで戻し、(f) に示すように軸心Ｏに沿って引き抜くことにより、一連のねじ切削加工が終了する。この図４の(b) 〜(f) に示す一連の加工工程がねじ切削工程である。

ここで、本実施例のねじ切りカッタ１０は、切れ刃１６を形成するためのねじれ溝２２が、シャンク１２側から見た切削回転方向（右回転）とは逆の左まわりにねじれているため、凸条２０の一対のフランクのうちシャンク１２側に位置する後側フランクの切れ刃のすくい角が鋭角になり、切れ味が向上してめねじ３０の口元の不完全山部分（面取り３６部分）にカエリやバリが発生することが抑制される。特に、ねじれ溝２２のねじれ角が５°以上であるため、後側フランクの切れ刃の切れ味が確実に向上するとともに、ねじれ角が３０°以下であるため倒れに対して所定の剛性が得られ、カエリやバリが抑制されることと相まってめねじ３０の精度が全体として向上する。

図３の(a) 、(b) は、ねじれ溝２２のねじれ角が１０°および２５°の本発明品について、めねじ３０の口元に生じるカエリ４０を例示したもので、カエリ４０が殆ど生じないのに対し、(c) はねじれ角が０°の直溝の場合、(d) は切削回転方向と同じ右ねじれでねじれ角が１５°の場合で、(a) 、(b) の本発明品に比較して何れも大きなカエリ４０が発生し、おねじとの螺合が損なわれることがある。

また、本実施例のねじ切りカッタ１０は、前記切れ刃１６がめねじ３０のねじ山の山頂を含めて切削する総形切れ刃であるため、完全なねじ山の山頂にはカエリやバリが生じる恐れがなく、口元に生じる不完全山のカエリやバリが抑制されることにより、全体としてカエリやバリの少ない優れた精度のめねじ３０が得られる。

また、本実施例では、被加工物３２に有底の下穴３４が設けられ、その下穴３４にめねじ３０が切削加工されるため、通り穴に対してめねじを切削加工する場合のように出口側の不完全山部分のカエリやバリを心配する必要がなく、入口側のカエリやバリが抑制されることにより優れた精度のめねじ３０が得られる。

また、図２(a) の下穴加工工程で下穴３４の口元にテーパ形状の面取り３６が施されるが、その後のねじ切削工程で口元の面取り３６部分にカエリやバリが発生することが抑制されるため、そのカエリやバリを除去するための再度の面取り等が不要で、加工コストが低減される。

次に、前記刃部１８にφ２０ｍｍ×Ｐ１．５で多数の凸条２０が設けられるとともに、左ねじれのねじれ溝２２のねじれ角が１５°の本発明品と、ねじれ角が０°の直溝である点が本発明品と異なる比較品とを用いて、以下の加工条件で図２の(b) 〜(f) のねじ切削工程に従ってめねじ３０を切削加工し、耐久性を調べたところ、本発明品ではおねじとの嵌合が問題無く可能なめねじ３０を５０００個以上切削加工することが可能であったが、比較品では、２５００個程度でめねじ３０の口元に生じるカエリやバリがおねじとの嵌合が問題になる程度まで大きくなり、使用不可となった。すなわち、本発明品によれば、ねじれ角が０°の直溝に比べて、約２倍の工具寿命が得られるようになったのである。
（加工条件）
・被削材：ＡＤＣ１２
・切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
・下穴径：２８．５ｍｍ
・加工めねじサイズ：Ｍ３０×１．５
・ねじ立て長さ：２１ｍｍ
・切削油：水溶性切削油剤
・機械：たて型マシニングセンタ

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例であるねじ切りカッタの正面図である。 図１のねじ切りカッタを用いたねじ加工方法の手順を説明する図である。 ねじ切りカッタを用いてめねじを切削加工した場合に口元に生じるカエリを、本発明品（(a) 、(b) ）と従来品（(c) 、(d) ）とを比較して示す断面図である。 めねじの口元に生じるカエリやバリの一例を示す写真である。

符号の説明

１０：ねじ切りカッタ １６：切れ刃（総形切れ刃） ２０：凸条 ２２：ねじれ溝（溝） ３０：めねじ ３４：下穴

Claims (2)

1. 形成すべきめねじのねじ溝に対応する断面形状のリードの無い凸条が外周部に設けられるとともに、該凸条を分断するように溝が形成されることにより該溝に沿って切れ刃が設けられ、軸心まわりに回転駆動されるとともに下穴内を公転しつつ軸方向へリード送りされることにより、該下穴の内周面に前記めねじを切削加工するねじ切りカッタにおいて、
   前記溝を、シャンク側から見た前記軸心まわりの切削回転方向に対して逆方向へねじれたねじれ溝とし、且つ、該ねじれ溝のねじれ角が５°〜３０°の範囲内で、
   前記凸条の一対のフランクのうち前記シャンク側に位置する後側フランクの切れ刃のすくい角が鋭角である
   ことを特徴とするねじ切りカッタ。
2. 前記切れ刃は、前記めねじのねじ山の山頂を含めて切削する総形切れ刃である
   ことを特徴とする請求項１に記載のねじ切りカッタ。

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