JP2005305618A - 刃先交換式回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切屑が噛み込まれることなく、切屑の排出を促進させ、溶着を防止することができる切屑収納溝を備えた刃先交換式回転工具及び刃先交換式回転工具を提供する。
【解決手段】切刃工具を取り付ける先端部とホルダー部とからなり、ホルダー部の外周に切屑収納用の溝５が形成されている刃先交換式回転工具及び切刃工具は複数のインサートを備え、インサートは略四角形状であり、インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある第１の辺は直線状、他の対称の位置にある第２の辺は円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、第１の辺を外周刃、第２の辺の円弧部を主切刃、直線部を内周切刃とし、インサートの少なくとも１つは外周刃から主切刃を通って工具回転軸付近まで延びている内周切刃を有する刃先交換式回転工具。
【選択図】図１

Description

本発明は、刃先交換式回転工具における切屑形成の形態と排出改善に関するものであり、特に工具ホルダーの剛性を維持したまま、切削加工における切屑の工具及び被削材への溶着を防止する切屑収納溝を備えるとともに、切屑排出に適した一定形状の切屑を形成するのに適した切刃を備えた刃先交換式回転工具に関するものである。

切削加工における切屑の工具への噛み込みや溶着及び、被削材への溶着を防止する技術は特許文献１に開示されている。特許文献１は、切屑が巻き込まれ難く、切屑の排出を促進させ、溶着を防止することができるエンドミルの首逃がし方法およびエンドミルが開示されている。具体的なエンドミルの首逃がし方法は、切削加工用回転工具であるエンドミルのシャンク部と、先端のねじれ形態の切れ刃との間に、二段階の逃げ部が円筒研削によって形成する事が開示されている。また、刃先交換式回転工具において、回転軸中心近傍に切刃を有し、突き加工やドリル加工を可能としている刃先交換式回転工具が特許文献２に開示されている。しかし、特許文献２では、工具切刃形状が丸チップ及び円弧状の切刃であるため、彫り込み加工で彫り下げていくにつれて切刃と被削材との接触長さが長くなり、切屑形状及び大きさの異なった切屑が排出される。また、これら切屑の排出処理に関する対策案は何ら開示されていない。

特開２００２−２８３１２０号公報 特開平１０−１５６６１６号公報

本発明は、切屑が噛み込まれることなく、切屑の排出を促進させ、溶着を防止することができる切屑収納溝を備えた刃先交換式回転工具及び刃先交換式回転工具を提供する。

本発明における第１の発明は、刃先交換式回転工具において、該回転工具は切刃工具を取り付ける先端部とホルダー部とからなり、該ホルダー部の外周に切屑収納用の溝が形成されていることを特徴とする刃先交換式回転工具である。本構成を採用することによって、特に彫り込み加工におけるコーナー部の加工、傾斜部の加工、突き加工やドリル加工といった切屑が噛み込まれ易い箇所を加工する際に、切屑の排出を促進させ、切屑の噛み込みを回避するとともに、溶着を防止することができる。刃先交換式回転工具のホルダー部外周に形成された少なくとも１箇所の該切屑収納溝が回転軸方向に延びていることが好ましい。

第２の発明は、刃先交換式回転工具において、該切刃工具は複数のインサートを備え、該インサートは略四角形状であり、該インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある第１の辺は直線状であり、他の対称の位置にある第２の辺は円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、前記第１の辺を外周刃、前記第２の辺の円弧部を主切刃、該直線部を内周切刃とし、該インサートの少なくとも１つは該外周刃から主切刃を通って工具回転軸付近まで延びている内周切刃を有することを特徴とする刃先交換式回転工具である。更に、該複数のインサートの第１の辺の長さを略同一に設けたことを特徴とする。本構成を採用することによって、彫り込み加工における切刃長さが略一定に保たれることから切屑の大きさも変動が少なく、略一定の大きさの切屑を排出することができる。また、彫り込み加工における傾斜部の加工、突き加工やドリル加工を可能とする。

本発明は、工具の剛性を何等劣化させずに切屑の溶着を好適に防止し、切屑が噛み込まれることなく、切屑の排出を促進させ、溶着の防止が可能な刃先交換式回転工具を提供することができる。また、彫り込み加工において切刃長さが略一定に保たれることから、切屑の大きさも変動が少なく、略一定の大きさの切屑を排出し、切削抵抗の増大を回避することから、切刃のビビリ振動が低減し、更に切削条件の向上を図ることが可能となる。これらの相乗効果により、被削材加工面の面粗さ品位の改善を可能にする。

図１、２、３に本発明の第１の発明である刃先交換式回転工具の実施例を図示する。図１は本発明の切屑収納溝を備えた刃先交換式回転工具正面図であり、図２は本発明の切屑収納溝を有する刃先交換式回転工具のＡ−Ａ断面図であり、図３は先端切刃部を底面から見た時の側面図である。ホルダー部の外周に形成された少なくとも１箇所の該収納溝は回転軸方向に延びていることが好ましい。コーナー加工時などで行き場所を失った切屑は収納溝５に収まりつつ、切削加工時の回転運動と新たに排出される切屑とによって回転軸方向に押し進められ、排出される効果がある。切屑を効率よく排出するためには、溝寸法は、ホルダー部の径をＤ、深さをＨとした時、０．０３≦Ｈ／Ｄ≦０．２５であり、収納溝の開口幅をＷとした時、０．０５≦Ｗ／Ｄ≦０．５であることが好ましい。Ｈ／Ｄ値とＷ／Ｄ値が上記規定値を超えて大きい場合は、ホルダー自体の断面積が減少し、剛性が劣化してビビリ振動の発生の原因となり好ましく無い。一方、Ｈ／Ｄ値とＷ／Ｄ値が上記規定値未満の寸法では、生成される切屑を効果的に収納、排出することができないため、不都合である。更に、切屑を効果的に収納、排出するために、該Ｗ／Ｄ値、該Ｈ／Ｄ値は、回転軸方向に連続的及び／又は段階的に変化させても良い。また溝形状は直線溝形状であっても、ねじれ溝形状となっていても良い。また、該収納溝は、工具回転時のバランスを維持するため、回転軸対象に少なくとも１対以上配置されていることが好ましい。ホルダー部の外周に形成された少なくとも１箇所の該収納溝は、工具を取り付ける先端部のインサートポケット部６と連続して設けることによって、切屑を外に良好に排出することができ、噛み込みや巻き込みを防止する機構となり好ましい。特に、図３に示す様に回転軸中心近傍に切刃を有する工具では、傾斜加工や突込み加工に好適であり、本発明の切屑排出機構が効果的な威力を発揮する。

本発明の刃先交換式回転工具は、効果的な切屑の排出機構を備えていることにより、金型の様に、ブロック状の素材から、肩削りやポケット加工などで大量の切屑を出しながら３次元形状を形成していくような加工に特に有効である。例えば、刃先交換式回転工具１は、等高線加工を行うことができるだけでなく、図４に示す様に長い内周切刃を生かして、傾斜加工も送り方向に制約されることなく行うことができる。等高線加工で所定の３次元形状に基づいた階段状の加工面を形成し、引続き傾斜加工で所定の３次元形状に倣って工具を斜めに送って階段状部分を除去し、連続した加工面を形成することができる。また、回転中心軸まで延びた内周切刃８Ｌを有しており、また外周切刃１１にはバックテーパ角βを設けておけば、被加工物と接触しないため、ビビリ振動の殆ど無い突込み加工を行うことが可能である。これにより、従来の等高線加工におけるよりも段差の大きい等高線加工を行うこともでき、被削性のよい材質で、ほぼ垂直に近い傾斜面を形成するような場合には、切屑の噛み込みを回避して、加工能率の向上が見込める。
本発明の刃先交換式回転工具は、効果的な切屑の排出機構を備えていることにより、図５に示すような突込み加工を行うこともできる。従って、本発明の刃先交換式回転工具を用いることによって、等高線加工を行った後、引続き傾斜加工を上向き送り、下向送りに係わらず確実に行うことができ、途中で突込み加工を行うこともできる。これにより、加工時間の短縮が図れるだけでなく、工具交換時間もなくすことができ、加工能率の大幅な向上が見込める。更に、ボールエンドミルの削減あるいは使用頻度の低減による工具管理費の低減もでき、原価低減に大きく貢献することができる。

図６に本発明の第２の発明である刃先交換式回転工具の実施例を図示する。先端切刃部３は、底部にクランプねじ等で固定される略四角形状の異なった種類からなる複数のインサートとを有し、少なくとも１つのインサートは該外周刃から主切刃を通って工具回転軸付近まで延びている内周切刃を有する。図７はインサートを示す図である。インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある第１の辺５は直線状であり、他の対称の位置にある第２の辺９は円弧部７と該円弧部に連なる直線部８からなり、刃先交換式回転工具に装着した時に、第１の辺５は外周刃、第２の辺９のうち、円弧部７は主切刃、直線部８は内周切刃となる。第１のインサート４Ｌと第２のインサート４Ｓとは、第１のインサート４Ｌの第２の辺の直線部８Ｌの長さが、第２のインサートの直線部８Ｓより長く、工具の回転中心軸に達するような長さである、という点を除いては、他の形状、寸法は同じである。該円弧部７の長さは３ｍｍ以上、７ｍｍ以下が好ましい。円弧半径は１０〜１５ｍｍが好ましい。該円弧中心から該円弧部７と該直線部８との連接点に至る線分と該直線部８とのなす角度αは、９０度未満であることが好ましい。

図６に示す様に、第１のインサート４Ｌと、第２のインサート４Ｓは、前記第１の辺５を外周切刃１１、第２の辺６のうち、その円弧部７を主切刃、直線部８を内周切刃とし、外周切刃１１及び主切刃７は、回転中心軸に対し同じ旋回位置になるように配置される。この時、第１のインサート４Ｌの内周切刃８Ｌは、その端部が回転中心に達している。また、前記主切刃７の切込み角κが３度以上４０度以下となるように、かつ外周切刃１１が回転中心軸に対しバックテーパ角βをなすように装着される。ここで、切込み角κは、工具切刃の最下点における接線と、該最下点と工具最外周の点を結んだ直線との角度のことを言う。等高線加工における面削りでは、２ｍｍ以下の一般的な切込み深さであれば、強度の高い円弧部の主切刃７での切削となるため、その１刃当りの送りは、鋼切削で０．６〜３．５ｍｍ／刃、鋳鉄切削で０．８〜４ｍｍと高送りが可能である。この時、彫り込み加工における切刃長さが略一定に保たれることから切屑の大きさも変動が少なく、略一定の大きさの切屑を排出し、切削抵抗の増大を回避することから、切刃のビビリ振動が低減し、更に切削条件の向上を図ることが可能となる。

（実施例１）
本発明例１から６と従来例７の工具を作成し、深彫り込みの切削試験を行った。本発明例１から６と従来例７の何れの回転工具もインサート装填数は３個とし、この内１個は、内周切刃が工具回転軸付近まで延びているものとした。切屑収納溝の形状は２種類を採用し、回転軸方向に十分長く延びている仕様のものと、楕円形状の切屑収納溝がホルダー部外周の任意の位置に形成されている仕様のものとを製作した。工具径Ｄは６０ｍｍ、正面のスカシ角γは１０度、バックテーパ角βは５度に設定した。切削の評価は被削材加工面の面粗さ品位及び、工具本体への切屑の溶着、切屑の噛み込みによる傷の程度を観察し優劣を判断した。即ち、被削材加工面の面粗さ品位が良好で、工具本体への傷の程度も軽微なものは○、被削材加工面の面粗さ品位が概ね良好で、工具本体への傷も中の程度のものは△、被削材加工面の面粗さ品位が著しく粗いか或いは、工具本体への傷が顕著なものは×とした。切削試験の結果を表１に示す。

（切削条件）
加工方法：彫り込み加工による溝形成
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量：０．６ｍｍ／刃
切削油：無し（乾式）

表１より、本発明例１から６にはホルダー部の外周に切屑収納用の溝が形成されていることから、被削材加工面の面粗さ品位や、工具本体への損傷に重大な問題は生じることがなかった。一方、従来例７は、コーナー部加工の際に切屑がホルダー本体と被削材との間に噛み込みが発生し、両者に顕著な損傷が見られた。従って、本発明を採用することにより、切刃のビビリ振動の低減と、被削材加工面の面粗さ品位の改善とに効果のあることを確認した。

（実施例２）
本発明例８と従来例９の回転工具を作成し、傾斜切削の試験を行った。試験は何れの回転工具も刃数は３枚で、工具直径Ｄは６０ｍｍ、正面のスカシ角γは１０度、バックテーパ角βは５度に設定した。なお、本発明例８は、第１のインサート４Ｌが１枚、第２のインサート４Ｓが２枚装着されており、従来例９は、前記第２のインサート４Ｓが３枚装着されている。更に切屑排出性を考慮して、両者工具のホルダーに切屑収納溝を設けた。形状は回転軸方向に十分長く延びている仕様のものとした。切削の評価は工具本体の底面及び切刃を観察し、切刃等の損傷により切削加工の続行が不可能の判断された場合切削不可で×とし、その直前の傾斜角度を切削可能角度とした。一方、切削可能な時は、○で示した。表２に切削テスト結果を示す。

（切削条件）
加工方法：平面溝の傾斜加工、傾斜角度は１〜９０度の範囲
加工深さ：５ｍｍ
被削材：ＦＣ２５０
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
１刃当りの送り量：１ｍｍ／刃

表２に示す様に、本発明例８は、傾斜角度１０度から内周切刃全体が当りだしたが問題なく加工ができた。更に、９０度の突込み加工も可能であった。本発明例８では、傾斜角度が大きな条件であっても、切屑の排出が効率よく行われることが確認できた。しかし、従来例９は、傾斜角度３度の時点で工具本体の底面、切刃の状態を観察した所、切刃の損傷が顕著であることにより、切削加工の続行が不可能と判断した。

図１は、本発明の第２の発明である刃先交換式回転工具の正面図を示す。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示す。 図３は、図１の先端切刃部の側面図を示す。 図４は、本発明の刃先交換式回転工具による傾斜加工状況を模式的に示す。 図５は、本発明の刃先交換式回転工具による突込み加工状況を模式的に示す。 図６は、本発明の第２の発明である刃先交換式回転工具の正面図を示す。 図７は、図６に装着されている２種類のインサートを示す。

符号の説明

１：刃先交換式回転工具
２：ホルダー部
３：先端切刃部
４（４Ｌ、４Ｓ）：インサート
５：切屑収納溝
６：インサートポケット
７：主切刃
８：内周切刃
９：インサートの円弧部と直線部からなる辺
１０：インサートの直線状の辺
１１：外周切刃
Ａ：傾斜加工による形成面
Ｂ：上記における内周切刃の端部移動ライン
κ：主切刃の切込み角度
α：主切刃の円弧中心から主切刃と内周切刃との接点に至る線分と内周切刃とがなす角度
β：バックテーパ角度
Ｄ：ホルダー直径

Claims (5)

1. 刃先交換式回転工具において、該回転工具は切刃工具を取り付ける先端部とホルダー部とからなり、該ホルダー部の外周に切屑収納用の溝が形成されていることを特徴とする刃先交換式回転工具。
2. 請求項１記載の刃先交換式回転工具において、ホルダー部の外周に形成された少なくとも１箇所の該切屑収納溝が回転軸方向に延びていることを特徴とする刃先交換式回転工具。
3. 請求項１又は２記載の刃先交換式回転工具において、該回転工具の先端部には複数のインサートを備え、該インサートは外周刃と主切刃を有し、該インサートの少なくとも１つは外周刃から主切刃を通って工具回転軸付近まで延びている内周切刃を有することを特徴とする刃先交換式回転工具。
4. 刃先交換式回転工具において、該切刃工具は複数のインサートを備え、該インサートは略四角形状であり、該インサートを形成する４辺のうち、対称の位置にある第１の辺は直線状であり、他の対称の位置にある第２の辺は円弧部と該円弧部に連なる直線部からなり、前記第１の辺を外周刃、前記第２の辺の円弧部を主切刃、該直線部を内周切刃とし、該インサートの少なくとも１つは該外周刃から主切刃を通って工具回転軸付近まで延びている内周切刃を有することを特徴とする刃先交換式回転工具。
5. 請求項４記載の刃先交換式回転工具において、該複数のインサートの第１の辺の長さを略同一に設けたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
   

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