JP2005502484A - クーラント導管を持つフライス - Google Patents

Abstract

本発明によるエンドミルカッター（１０）には、切削性能を改善するため、及び高度な表面仕上げが施された工作物を製造するため、クーラント導管の新たな構成が設けられている。エンドミルカッター（１０）は、シャンク端部（１４）、及び切断縁部（２２）及び後面を各々有する複数の歯（３６）を含む切断端部を備えており、前記カッターには内部クーラント導管が設けられている。これらの導管には、シャンク端部（１４）から切断端部の近くまで中央軸線に沿って延びる中央導管（１２）、及び中央軸線と実質的に平行に且つ間隔が隔てられて、互いに実質的に平行に且つ間隔が隔てられて延びる複数の二次導管（１６）が含まれ、これらの二次導管（１６）は、切断端部の歯（３６）の後面から中央導管（１２）内に延びており、これらの間を流体連通する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はフライスに関する。
更に詳細には、本発明は、カッター性能を改善するため、及び更に高度な表面仕上げが施された工作物を製造するため、クーラント導管の新たな構成を備えたエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の機械加工において、切削工具の過熱を回避するため、切削工具の冷却が重要である。クーラントは通常は液体（ガス噴流を使用することもでき、これは鋳鉄の機械加工に対して有利である）であり、このような液体は、一般的には、可溶性切削油の水溶液でできている。水単独が優れたクーラントであるが、主に機械加工工具が錆びないようにするため、使用されない。摩擦の減少及び溶接作用からの保護が主に重要な場合には、石油を基材とした流体が使用される。クーラントは、更に、工作物の過熱が起こらないようにするのを補助し、発生したチップを洗い流して表面仕上げを向上し、工作物に擦り付けられる切削工具の表面に或る程度の潤滑を提供し、これによって工具の力を減少する。
【０００３】
短時間で行われる簡単な作業では、クーラントは、多くの場合、オペレータがブラシや注ぎ口付きの缶を使用して手作業で適用される。加工物の製造では、クーラントの噴流をリザーバからの配管を通して圧送し、カッターに差し向け、使用済のクーラントを濾過して再使用する。この方法は、多くの場合、飛沫ガードを必要とする。更に重大な問題点は、様々な研究者から報告されてきたように、クーラントが切断縁部に届かないということである。特にエンドミルを使用したスロット形成作業では、クーラントの供給が途切れると切削歯が最も必要とする直接冷却及び適切な潤滑が行われず、冷却は、クーラントがその作用を果たす前に遠心力で除去されてしまう程高速で回転していない場合には、切断縁部からの、冷却が容易なカッターの露呈された本体を通した熱伝達によって行われる。チップを切削領域から洗い出すというクーラントの機能の一つを再び参照すると、多くの機械加工作業において、クーラントは切削工具から遠ざかる方向に既に移動されているチップしか除去できない。必要とされる場所の更に近くにクーラントを適用する上での幾つかの改良は、図１でわかるように、側部に設けられた切断縁部にクーラントを分配するため、中央クーラント導管から所定角度で枝分かれし、側部に沿って配置された幾つかの出口が中央クーラント導管に設けられた切削工具の開発によってなされてきた。この構成の代表的な例は、米国特許第５，１７４，６９２号に示されている。この特許において、切削屑の除去が改善された穿孔工具及び装置がマーチンにより開示されている。
【０００４】
切削作業では、特にエンドミルを使用した深いスロットを形成する作業では、マーチンが説明したのと同様の構成を使用することにより、機械加工中のスロットの外部分又は上部分からチップを除去するが、チップを除去するのが最も重要な領域即ちスロット底部からは除去されない。
【０００５】
中央クーラント導管を持つ種類の従来技術のエンドミルの別の欠点は、長いボアが、製造が困難であるにも拘わらず、液圧を損失してしまうということである。クーラントが中央ボアを離れるときに強制的に鋭角をなして移動されるため、更に圧力が失われる。この場合、結果的に得られたクーラント流は、チップを効果的に除去するには低過ぎ、工具から除去される熱が少な過ぎる。
【０００６】
この種の従来技術のエンドミルカッターの別の欠点は、二次導管チャンネルがカッターの外径の近くまで延びているということである。その結果、応力が横穴の近傍に集中することにより小径のカッターをひどく弱いものにしてしまう。大径のカッターでは、こうした問題点はほとんど起こらない。
【特許文献１】
米国特許第５，１７４，６９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、従来技術のエンドミルの欠点をなくし、端部の切断縁部の非常に近くでクーラントを受け入れるカッターを提供することである。
本発明の別の目的は、端部の切断面からクーラントを放出することにより、フライス削りがなされているスロットの底部並びにその側部から切削屑を除去するようにエンドミルを構成することによって、深くフライス削りしたスロットからの切削屑の除去を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンドミルカッターにおいて、シャンク端部と、切断縁部及び後面を持つ複数の歯を含む切断端部とを備えており、カッターには内部クーラント導管が設けられており、導管が、シャンク端部から切断端部の近くまで中央軸線に沿って延びる中央導管と、中央軸線と実質的に平行に且つ間隔が隔てられて、互いに実質的に平行に且つ間隔が隔てられて延びる複数の二次導管とを含み、二次導管が切断端部の歯の後面から中央導管内に延びており、これらの間を流体連通させる、エンドミルカッターを提供することによって、上述の目的を達成する。
【０００９】
本発明の好ましい実施例では、中央導管は、シャンク端部に大径部を有しており、切断端部近くに小径部を有している、エンドミルカッターが提供される。
本発明の最も好ましい実施例では、中央軸線に沿った中央導管の断面が放物線形態である、エンドミルカッターが提供される。
【００１０】
米国特許第５，８２０，３１３号において、ウェーバーは、主クーラント通路が長さ方向に延びる回転シャフト工具を説明し、特許請求している。シャフトに連結されたカッターヘッドはチップ溝及び溝排出領域を有し、スリーブによって覆われている。スリーブは、主チャンネルと溝排出領域との間に形成された供給チャンネルを覆う。少なくとも一つの供給チャンネルが主チャンネルと平行であり、溝排出領域に届くように湾曲している。かくして、クーラントは開放スリーブの底部から歯溝内に排出される。流体が最も下の切断縁部に届くかは保証されない。図１を見ると、ウェーバーの特許ではスリーブ端がカッターの端部から離れており、カッターの側部の必要な切断縁部をスリーブが覆っているため、その近くに近付くことができない。
【００１１】
これと対照区別して、本発明のカッターは、クーラントを底部の切断縁部の非常に近くのカッター端部に排出する。かくして、冷却及び潤滑が更に効果的であり、切削屑は、機械加工がなされているスロットの底部からばかりでなく、その側部からも洗い出される。改良切削屑除去が、工作物の表面仕上げを改善する上で重要な要因である。
【００１２】
本発明の新規なカッターは、スロットのフライス加工作業中、必要な領域の非常に近くにクーラントを適用するのに役立つ。機械加工性の向上及び工具寿命の延長は、切削ゾーンの良好な冷却及び潤滑によるばかりでなく、切削屑をこれまでよりも更に効果的に除去することにより得られる。
【００１３】
更に、冷却導管間の鋭角をなした屈曲部がなくなり、クーラントが流れているときの圧力損失が最小になるということがわかった。
本明細書中に説明した冷却通路によりカッターは弱くなり、早期破損を生じさせるかもしれないと考えられた。エンドミルの強度を試験するため、本発明によるカッターの原型を製造し、試験すると、これらが破損することなく高い切削力に耐えることがわかった。これにより、或る程度驚くべきことではあるが、本発明における二次導管のカッター外径及びその中央軸線に対する配置を考慮することにより説明できる。外部捩じりモーメントが円形断面のシャフトに加わると、剪断応力は、歪みが加わったエレメントの中心からの距離と正比例して増大する。勿論、エンドミルの歯は円形形態からは遠いが、最大歪み及び最大応力が中央軸線から最も遠い、円形以外の形態の外面に加わる。
【００１４】
更に、エンドミルカッターには逆の曲げトルクが加わる。捩じりに関して説明されたことは、曲げに関しても当てはまる。
本発明では、二次導管は、中央軸線、即ち歪み及び従って応力が最小に近い領域の近くにあり、そのためカッターを大幅に弱くすることがない。
【００１５】
エンドミルの歯は２、３、又は４本であるけれども、多くの目的について、図１でわかるように、一般に二つの出口導管が適しているということがわかった。大型のエンドミルについては、必要であれば、３本又は４本の導管を設けることができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例を例示する添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。構造的詳細をその基本的理解のために必要とされるだけ示す。以下に説明する例、及び添付図面により、本発明の別の形態をどのようにしたら実現できるのかが当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１には、従来技術のエンドミルカッター１０が示してある。中央クーラント導管１２が高圧流体をカッターのシャンク端部１４で受け取る。流体が中央導管１２の端部に達し、ここから流体が複数の二次導管１６内に分かれる。これらの二次導管は、中央導管１２から所定角度で枝分かれし、切削が施されるチャンネル１８に中間深さで進入する。この深さよりも下では流れはほとんどない。これは、カッターの両側の圧力がほぼ等しいためである。流体圧力が適当である場合には、この深さよりも上で発生するチップ２０が洗い流される。クーラントが切断縁部２２に達する保証はない。
【００１８】
次に図２を参照すると、この図には本発明によるエンドミルカッター３０が示してある。このカッターにはシャンク端部３２、及び複数の歯３６を含む切断端部３４が設けられている。これらの歯の各々は、切断縁部３８及び図３に示す後面４０を有する。カッター３０は、高圧クーラント／潤滑剤用の内部導管を有する。中央導管４２がシャンク端部３２から切断端部３４の近くまで中央軸線に沿って延びている。二つの二次導管４４の軸線は、中央軸線と実質的に平行に配置されており、中央軸線から短い距離だけ離間されている。従って、二つの二次導管４４もまた互いに平行である。二次導管４４は中央導管４２内にこれと流体連通するように延びており、クーラントを切削ゾーンの非常に近くに供給するため、切断端部３４のところで歯３６の後面４０を通って延びている。かくして、クーラントは、カッターの冷却及び潤滑に最も効果的なゾーンに届き、その後、チップ２０をカッターの全輪郭から洗い出す。
【００１９】
残りの図面を参照すると、同様の部品を表すのに同様の参照番号が使用される。
図３は、各歯５０に二次クーラント導管５２が設けられたエンドミルカッター４８を示す。カッターは、二つの歯５０及び同数の二次導管５２を有する。
【００２０】
図４には、図２に示すカッター３０と同様のエンドミルカッター５４が示してある。中央導管は、シャンク端部のところに大径部５６を有し、切断端部近くに小径部５８を有する。長さ／直径比が２５：１以上であってもよい図２に示す導管４２の長く小径のボアがなくしてある。このことは、カッター５４の製造を容易にする上で役立ち、更に、中央導管５６に沿った液圧損失を小さくするのに役立つ。
【００２１】
次に図５を参照すると、この図には、図４に示すカッター５４と同様のエンドミルカッター６０が示してある。中央軸線に沿った断面では、中央導管６２のシャンク部分が放物線形態を有する。この形態により、中央導管を通る流体の流れが更に改良される。この実施例は、粉体冶金で製造されるカーバイドカッターについて特に有利である。これは、この実施例では容積が小さいため、カッターの製造中に材料が節約されるためである。
【００２２】
図６は、３歯エンドミルカッター６４を示す。この図は、二つのクーラント出口６６を三つの歯６８に対して位置決めする上で適当な構成を示す。
図７は、二つのクーラント出口７２を備えた４歯カッター７０を示す。
【００２３】
次に図８、図９、及び図１０を参照し、当座のところ断面Ｂ−Ｂを無視すると、エンドミルカッター７４には、更に、中央導管１２からカッターの側部まで歯３６の間を延びる二つの横方向導管７６が設けられている。この構成は、中央導管１２と平行であり且つこの導管から間隔が隔てられた二つの二次導管１６から流出するクーラント流に加えて強いクーラント流が必要とされる場合に有用である。
【００２４】
代表的には、本実施例では異なるけれども、横方向導管７６の数はカッター歯３６の数と同数である。
図１１及び図１２は、二次導管１６からカッター７８の側部まで延びる横方向導管８０が歯３６の間に設けられた別の４歯エンドミルカッター７８を示す。
【００２５】
図８を断面Ｂ−Ｂを含めて参照すると、横方向導管７６の幾つかが中央導管４２に連結されているが、その他の導管が、中央導管４２と平行であり且つこれから間隔が隔てられた二次導管４４に連結されている場合に多くの様々な構成が可能であるということがわかる。
【００２６】
従来技術でわかる（図１参照）ように、横方向導管１６は、カッターの中央軸線に対して直角以外の角度で穿孔されていてもよい。選択設計は、機械加工が施されるべき材料、必要な切削深さ、カッターの送り速度、必要とされる工具の剛性、及びクーラントの粘性や利用可能なクーラントポンプ圧力等の他の要因に基づいて選択される。
【００２７】
以上説明した本発明の範囲は、特許請求の範囲の意味の範疇に含まれる全ての実施例を含もうとするものである。以上の例は、本発明の有用な形態を例示するものであって、その範囲を限定しようとするものではなく、当業者は、特許請求の範囲の意味の範疇から逸脱することなく、本発明のこの他の変形及び変更を行うことができるということに容易に気付くであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】チップが切断端部近くに密に詰まっていることを示す、従来技術のエンドミルの使用時の部分側断面図である。
【図２】クーラントがチップを切断端部から洗い落としていることを示す、本発明によるエンドミルの部分側断面図である。
【図３】二つの歯を備えたエンドミルカッターの端面図である。
【図４】細長い中央導管が設けられた実施例の側断面図である。
【図５】賦形された中央導管を持つ実施例の側断面図である。
【図６】三つの歯を備えたエンドミルカッターの端面図である。
【図７】四つの歯を備えたエンドミルカッターの端面図である。
【図８】追加の側導管を持つ実施例の側面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線での側断面図である。
【図１１】図９のＣ−Ｃ線での部分側断面図である。
【図１２】図８のＢ−Ｂ線での断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
３０ エンドミルカッター
３２ シャンク端部
３４ 切断端部
３６ 歯
３８ 切断縁部
４０ 後面
４２ 中央導管
４４ 二次導管

Claims (7)

1. エンドミルカッターにおいて、シャンク端部と、切断縁部及び後面を持つ複数の歯を含む切断端部とを備えており、前記カッターには内部クーラント導管が設けられており、前記導管が、前記シャンク端部から前記切断端部の近くまで前記中央軸線に沿って延びる中央導管と、前記中央軸線と実質的に平行に且つ間隔が隔てられて、互いに実質的に平行に且つ間隔が隔てられて延びる複数の二次導管とを含み、前記二次導管が前記切断端部の前記歯の前記後面から前記中央導管内に延びており、これらの間を流体連通させる、エンドミルカッター。
2. 請求項１に記載のエンドミルカッターにおいて、前記歯の各々に前記二次導管が設けられている、エンドミルカッター。
3. 請求項１に記載のエンドミルカッターにおいて、前記中央導管は、前記シャンク端部に大径部を有しており、前記切断端部近くに小径部を有している、エンドミルカッター。
4. 請求項３に記載のエンドミルカッターにおいて、前記中央軸線に沿った前記中央導管の断面が放物線形態である、エンドミルカッター。
5. 実質的に添付図面を参照して上文中に説明した、冷却式エンドミルカッター。
6. 請求項１に記載のエンドミルカッターにおいて、前記中央軸線と実質的に平行に且つ前記中央軸線から間隔が隔てられて前記複数の二次導管から前記カッターの側部まで、及びその歯の間に延びる導管が更に設けられている、エンドミルカッター。
7. 請求項１に記載のエンドミルカッターにおいて、前記中央導管から前記カッターの側部まで、及びその歯の間に延びる導管が更に設けられている、エンドミルカッター。