JP2005528229A - 真に螺旋状のカッターシステム - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの切削エッジ上で割出可能な真に螺旋状のインサート（１４）を有すると共に、連続的に切削する真の螺旋をもたらすように構成されたカッターシステム（１０）。インサート（１４）の形状により、あらゆる効果的な真に螺旋状のカットをもたらすべく、切削エッジ（６６及び６８）をインターロック可能に重複させることができる。インサート面に切削された螺旋は、ソリッド型の螺旋状エンドミルとしての滑らかな切削動作をもたらす。高い正の径方向及び軸方向のすくい角により、良好な仕上がりと低い馬力消費での自由切削加工が可能となる。インサート（１４）の後壁（３４ｃ）は、インサートをカッターの取付ポケット内に配置するために使用されると共にインサートねじが固定された時にロックアップで面接触させるために使用される菱形の台座（４２）を有する。

Description

本発明は、フライス及びその上で使用される切削インサートに関する。詳細には、本発明は、連続した真に螺旋状のカットをもたらす螺旋状の割出可能な切削インサートを備えるフライスを含む真に螺旋状のカッターシステムに関する。

フライス削り（ｍｉｌｌｉｎｇ）における目下の課題の一つは、フライス切削された表面上の、詳細には正面フライス削り及びエンドミル削りの領域における、段付き又は波状の表面である。この段付きで平らでない、すなわち不規則な仕上げは、一般的に、切削インサートの種類、位置、及び配置の結果である。この段差は、詳細には、同じフライスでのプランジング、ランピング、円形補間、正面フライス削り、及びエンドミル削りを含む三次元フライス削り可能なフライスであるオール・イン・ワン・フライス（ａｌｌ−ｉｎ ｏｎｅ ｍｉｌｌ）における試みに、特に関連する。

フライスのフルート溝に沿って適切に位置合わせされていない切削インサートは、このような段差をもたらすであろう。たとえば、螺旋状のフライス上では、インサートは、螺旋の湾曲した輪郭に従って位置合わせされていなければならず、いかなるずれも、一つのインサートが隣接した別のインサートよりも径方向外側にあるところで、溝又はリップ等の段差又は他の不規則な仕上がりを生じさせる。さらに、ほぼ長方形の構成（すなわち、長く平らな切削エッジを有する構成）を有する切削インサートも、このような段差をもたらすであろう。この段差は、インサートの角において又は近くで被加工物から過剰の材料を除去しそれにより段差を生じさせる、インサートの長方形の構成によって生じる。一方、切削表面（切削エッジ全体を通して延びる丸みを与えられた角）全体に沿って弓状の周縁を有する切削インサートは、切削インサートの中央部に沿って被加工物から過剰の材料を除去し、それにより、谷（ｖａｌｌｅｙｓ）を生じさせる。

特に、粗面ではなく仕上げ面が所望の場合には、この段付きの表面が許容され得ないことはよくあると考えられる。この段差が受け入れられないのは、こうした段差の内部及び外側のエッジが通常良好に画定されるため、一般にエッジにおいて応力点が形成されるためである。これにより、フライスのユーザは表面をフライス仕上げしなければならず、これは、その後に、余計に時間がかかり費用も増加するステップである。

メタルエンド製品に作用する応力、疲労、及び他の望ましくない力を削減及び／又は除去することによって全ての段差及び表面うねりを削減又は完全に除去すれば、メタルエンド製品の製品寿命が全体として延びるので、種々の産業において、フライス削りにおけるこのような改良が探求され続けられている。これと関連して、フライスが、ランピング、プランジング、円形補間、正面フライス、及びエンドミル削りを含む一般的なフライス削りの全工程もしくは実質的に全工程を実行できるならば、かなりの費用及び時間の削減が実現できるであろう。最後に、このようなフライス削りの全工程を１つのフライスによって実現できる場合、カッターに大きな軸方向、径方向、及び接線方向の力が場合により同時にかかる等の異なる課題及び要素をこれらの種々のステップが伴うとしても、フライスが依然として合理的な寿命を有することが望ましい。

本発明の発明者は、これら及び他の問題を認識し、真に螺旋状の切削システムを開発した。本システムでは、螺旋状に配列された切削インサートが被加工物に真に螺旋状の切削エッジをもたらし、これにより、被加工物内のすべての段差及び表面うねりを削減するか又は完全に除去する、改良された切削動作を生じさせる。

本発明は、インサートを１８０°回転することによって２つの切削エッジ上で割出可能な真に螺旋状のインサートを有しつつ、連続的に切削する真の螺旋をもたらすように構成された、改良されたフライスシステムに関する。

本発明は、複数の取付ポケットを有するフライス本体と、フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートとを有する、真に螺旋状のカッターシステムを備える。各切削インサートは、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、正面と少なくとも１つの側壁との間の交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含み、各インサートの正面は、真に螺旋状のインサートを作るべく、丸みを与えられている。

本発明の１つの態様において、各インサートの少なくとも１つの側壁が、螺旋状に取り付けられた群に分類された切削インサートの各々が互いにインターロックすることを可能にするための切欠面を含む。

本発明の他の態様において、各インサートの少なくとも１つの側壁が、超硬の螺旋状エンドミルとしての滑らかな切削動作をもたらす側面の螺旋を形成するための、螺旋状のカット面を含む。

本発明の種々の態様及び利点は、好ましい実施の形態の次の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ読めば、本技術分野における通常の知識を有する者には明らかだろう。

図１を参照すると、一般的に参照番号１０で示された改良されたカッターシステムは、少なくとも２つの切削エッジ上で割出可能な真に螺旋状のインサートを有すると共に、連続的に切削する真の螺旋をもたらすように構成された、改良された切削インサート１４を備えるフライス本体１２を含む。フライス本体１２は、ランピング、円形補間、正面フライス、及びエンドミル用の複数の汎用フライスインサート１４を含む螺旋状のエンドミルとして具現化されている。改良された切削インサート１４は螺旋状エンドミルの実施の形態で示されているが、改良された切削インサート１４は、シェルフライス切削等、任意の種類のフライス切削に使用されるように構成される。さらに、オフセット、千鳥状配列又は他の方法によってインサートを重ね合わせることを含む、螺旋状のミルに関する以下に記述されたいくつかの上記インサートについての概念も、他の種類のフライスに使用すべく構成されている。

フライス本体１２は細長く、一般的には円筒形である。フライス本体１２は、シャンク１６とヘッド１８とを含む。シャンク１６は、本技術分野において周知のように、フライス盤（図示せず）のスピンドル内に挿入及び固定可能に構成される。シャンク１６は、この挿入及び固定が可能であるような任意の形状又は構成から成る。このような構成は、Ｖ型フランジ、テーパー、シェルミルマウント、及びウェルドンシャンクを含むが、それらに限定されない。

ヘッド１８は、一般的には、円筒状又はほぼ円筒状の本体又はシャフトであって、該シャフトはシャンク１６から端面２０に軸方向に延出し、これにより、シャンク１６と端面２０の間に外面２２を画定する。ヘッド１８の外面２２は、複数の螺旋状チップ溝２４及び２６を含むことが望ましい。当然のことながら、本発明は螺旋状チップ溝の数によって制限されない。本発明によってあらゆる数の螺旋状溝が考慮されるにせよ、たとえば、図示の実施の形態において、カッターシステム１０は、合計３つの螺旋状チップ溝を含む。各チップ溝２４及び２６は、端面２０からほぼシャンク１６まで延出する螺旋状すなわち渦巻状の外面２２に切られているのが望ましい。

より詳細には、各チップ溝は、一対の対向する面の間に、詳細にはその上に切削インサート１４の螺旋状の群が取付可能な湾曲したフルート溝領域を画定する踏み込み面と蹴り出し面との間に、配置されている。たとえば、図示の実施の形態では、チップ溝２４は、螺旋状の群４８の蹴り出し面２７と螺旋状の群４９の踏み込み面２８との間に位置することが望ましい。同様に、チップ溝２６は、螺旋状の群４９の蹴り出し面２９と螺旋状の群５０の踏み込み面３０との間に位置することが望ましい。各踏み込み面２８と蹴り出し面３０とは外面２２に沿って渦巻状であり、任意の切断点における各面２８及び３０は、ほぼ円筒状のシャンク１６の中心軸（ｚ軸方向）に対してほぼ径方向になっている。切削における間隙を与えるためだけでなく、使用されていない各インサート１４の切削エッジを欠け落ち又は他の損傷から保護するため、各インサート１４が蹴り出し面２７，２９の内方に窪んでいることが好ましい。

図２及び３に最も良く示されるように、複数のポケット面３２が、インサートの各群の踏み込み面と蹴り出し面との間に、たとえば、群４９の踏み込み面２８と蹴り出し面２９との間に位置している。各ポケット面３２は、その中にねじ穴３６を備える窪んだ取付ポケット３４を含む。取付ポケット３４の構成が、インサート１４の構成、特にインサート１４の底、にほぼ対応していることに注意されたい。よって、図示の実施の形態において、各取付ポケット３４の対向した壁３４ａ及び３４ｂは一般的に互いに平行している。各取付ポケット３４は、また、略互いに平行している後壁３４ｃと対向した前壁３４ｄとを含み、切削インサート１４がポケット面３２と、側壁３４ａと、後壁３４ｃとに確実に係合する三点取付システムを提供し、切削インサート１４が取付ポケット３４内で確実に固定される。逃げ面３８が側壁３４ａと後壁３４ｃとによって形成される各取付ポケット３４の１つのコーナーに設けられ、位置決め面を提供すると共に、インサート１４がカッターヘッド１８にきつくはまり込むのを防止する。所望の場合には、他の逃げ面３８が、側壁３４ｂと後壁３４ｃとによって形成される取付ポケット３４の他のコーナーに設けられる。

図４〜９を参照すると、各ポケット面３２は、インサート１４等の切削インサートを収容する。詳細には、各インサート１４の背面４０には、取付ポケット３４と係合する、取付ポケットにも対応する相補的な形状に一体的に形成された菱形の位置決め用台座即ち取付パッド４２が設けられる。取付ポケット３４と取付パッド４２は、許容誤差を制限して製造を容易にするように構成され、これにより正確さ及び良好な切削仕上りを維持しつつ、再現可能なインサートの位置決めを保証する。取付パッド４２が取付ポケット３４内にはめ込まれ、即ち係合した後、インサート１４は、切削インサート１４のクロスホール位置内に設けられたクリアランスホール４６を貫通してねじ穴３６内にねじ式に挿入されるアレンスクリュー又はトルクススクリュー等のロッキングファスナ４４によって、（図１で示すように）取付ポケット３４にしっかりと固定される。クリアランスホール４６は、ロッキングファスナ４４のヘッド上の対応するテーパー状の表面と係合するテーパー状の皿穴４６Ａを含み、これにより、位置決めファスナ４４がテーパー状の皿穴４６ａを下方に押すとインサートがポケット面３２にしっかりと固定される。切削インサート１４のクロスホール位置内にクリアランスホール４６を設けることにより、切削面を邪魔することなく、カッター本体１２内により大きい直径の中心コアを形成でき、それにより、最大強度が生み出されると共に、より長い切削長さが可能となる。

上述のように及び本発明の特徴の１つによると、隣接した群内のインサートは千鳥状に配列され、すなわち、図１中の端面２０へ向かって連なるインサート群によって最も良く示されるように、シャンク１６に沿った任意の所与の断面において、群４８上のインサートは、隣接する群５０内のインサートの１つに重複する、つまりその中央部で開始し終了することが望ましい。この千鳥状のずれはどのような重複であってもよいが、一つの群４８もしくは５０のインサートのスペーサ３８が別の群５０もしくは４８のインサートのほぼ中間点に位置するように重複することが望ましい。さらに、フライス削りされた表面に最も良好なピークシェービングをもたらす構成であることから、任意の所与のインサートの中間点が、隣接する螺旋状の群のインサート間の中心にあることが望ましい。図示の実施の形態で示されるように、螺旋状の群の数とフルート溝領域の数との間には一対一の対応がある。効果的なフルート溝領域即ちフルート溝の大きさは、被加工物に完全な輪郭を切削するために、どのくらい多くのフルート溝領域が通る必要があるかによって決定できる。群４８及び５０は上述の方法で重複するから、１つの輪郭を切るためには１つのフルート溝（即ちインサートの群）のみを必要とする。よって、図示の実施の形態では、３つの群即ちフルート溝領域が３つの効果的なフルート溝カッターシステムを画定し、それにより、高度に生産的な切削構造を提供する。

図４〜９の示された実施の形態において、切削インサート１４は一般的な形状が略菱形であり、正面即ち上面５２と、一対の対向した側壁即ち側面５４及び５６と、さらに一対の対向した側壁即ち側面５８及び６０と、底面即ち背面４０と、底面４０から外側に延出する一体的に形成された取付パッド４２とを含む。上面５２と側壁５４，５６，５８及び６０との間の交点には、主として４つのエッジ、すなわち、一対の対向して離間したエッジ６２及び６４と、さらに一対の対向して離間したエッジ６６及び６８とが形成されている。エッジ６２，６４，６６及び６８の少なくとも１つが切削エッジであり、少なくとも２つの対向したエッジ６６及び６８が切削エッジであることが望ましく、これにより、切削インサート１４を略１８０°回転することによってインサートが割出可能になる。図１０に示されるように、カッター１０の切削直径の回りに真に３０°の螺旋を切るために、エッジ６６及び６８は、カッター本体１２の中央の（ｚ軸に沿う）長手軸に対して略３０°の角度θを形成していることが望ましい。図５ではエッジ６８のみが略３０°の角度を有するように示されているが、切削エッジ６６は切削エッジ６８に対してほぼ平行であり、よって切削エッジ６８も略３０°の角度を有することを理解されたい。当然のことながら、本発明は切削エッジの角度によっては限定されず、本発明は切削エッジに対して任意の所望の角度で実現可能である。たとえば、インサートの他の形状は、側壁を０°〜６０°の範囲の螺旋状に角度θでカットすることを含む。

本発明の特徴の１つによると、インサート１４の形状により、あらゆる効果的な真に螺旋状のカットをもたらすべく、切削エッジをインターロック可能に重複させることができる。詳細には、従来のインサートと異なり、ソリッド型の螺旋状エンドミルとして滑らかな切削動作を作り出す側面の螺旋を形成するために、螺旋状のカット面即ち溝７０が、２つの対向する側面５８及び６０内に形成される。高い正の径方向及び軸方向のすくい角（ｒａｋｅ ａｎｇｌｅ）により、良好な仕上がりと低馬力消費での自由切削加工が可能になる。さらに、インサートの各群４８及び５０が互いにインターロックすることを可能にすべく、他の対向する側面５４及び５６は、切欠面７２を含む。切削エッジ６６及び６８のインターロック的な重複を許容しつつインサート１４が少なくとも２つの切削エッジ６６及び６８上で割出可能となるように、切欠面７２は互いに斜めに対向するように形成されることが望ましい。

本発明の別の特徴によると、インサート１４の上面５２は、図８で最も良く示されるように、半径Ｒを有する円形又は丸みを与えられた上面として形成されている。図１０に示されるように、半径Ｒは切削直径と略同じであることが望ましい。上面５２がヘッド１８の外面の曲率に対応した曲率半径を有することが望ましい。かくして、インサート１４の丸みを与えられた上面５２は、ほぼ平らな正面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）即ち表面を備える従来のインサートと異なり、ヘッド１８の外面の曲率に対応した、真に螺旋状のカットを提供する。

上述のように、本発明のカッターシステム１０は、連続的な真に螺旋状のカットをもたらすように構成されている。さらに、本発明のカッターシステム１０は、インサートを１８０°回転することによって、２つの切削エッジ上で割出可能な、割出可能な螺旋状インサートを提供する。よって、従来のソリッド型のエンドミル構成において切削エッジが磨耗又は壊れた時にカッター全体を廃棄するのと異なり、インサートの割出は切削直径及びエッジを維持するから、本発明のカッターシステム１０は、より費用効果的なカッターシステムを提供する。

当然のことながら、本発明の割出可能な切削インサート１４はカッター本体１２の種類に限定されず、本発明は他の種類のカッター本体の構成で実行可能である。たとえば、本発明の割出可能な切削インサート１４は、シェルエンドミルタイプのカッター本体、「ルーター」として一般的に既知であるエンドミルタイプのカッター本体等で利用可能である。

本発明は特定の実施の形態と関連して詳細に記述されているが、当然のことながら、これは説明のためのものであって、限定するものではなく、添付の請求の範囲は先行技術が許容するのと同じ程度に広く解釈されるべきである。

本発明の実施の形態による改良された切削インサートを有する螺旋状エンドミルカッターの等角図である。 切削インサートが取り外された螺旋状エンドミルカッターヘッドの側面図である。 切削インサートがその上に取り付けられた螺旋状エンドミルカッターヘッドの等角図である。 本発明の実施の形態による改良された切削インサートの等角図である。 図４の切削インサートの平面図である。 図４の切削インサートの底面図である。 図４の切削インサートの底の等角図である。 図４の切削インサートの側面図である。 図４の切削インサートの他の側面図である。 本発明の切削インサートの真の螺旋を示す図である。

Claims (27)

1. 真に螺旋状のカッターシステムであって、
   複数の取付ポケットを有するフライス本体と、
   前記フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートであって、各切削インサートが、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含む切削インサートと、を有し、
   前記側壁の１つは、螺旋状に取り付けられた群に分類された前記切削インサートの各々を互いにインターロック可能にするための切欠面を含むことを特徴とする、
   カッターシステム。
2. 真に螺旋状のインサートを作るべく、少なくとも１つのインサートの正面が丸みを与えられている、請求項１のカッターシステム。
3. 前記少なくとも１つのインサートの前記正面が、前記フライス本体の外径の半径に略等しい曲率半径を有する、請求項２のカッターシステム。
4. 少なくとも１つの側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項１のカッターシステム。
5. 少なくとも１つのインサートが割出可能である、請求項１のカッターシステム。
6. 少なくとも１つのインサートが略菱形の形状である、請求項１のカッターシステム。
7. 前記少なくとも２つの対向する側壁がカッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項６のカッターシステム。
8. 前記角度が略３０°である、請求項７のカッターシステム。
9. 真に螺旋状のカッターシステムであって、
   複数の取付ポケットを有するフライス本体と、
   前記フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートであって、各切削インサートが、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含む切削インサートと、を有し、
   真に螺旋状のインサートを作るために、前記少なくとも１つのインサートの前記正面が前記フライス本体の外径の半径に略等しい曲率半径を有する、
   カッターシステム。
10. 前記側壁の１つは、螺旋状に取り付けられた群に分類された前記切削インサートの各々を互いにインターロック可能にするための切欠面を含む、請求項９のカッターシステム。
11. 少なくとも１つの側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項９のカッターシステム。
12. 少なくとも１つのインサートが割出可能である、請求項９のカッターシステム。
13. 少なくとも１つのインサートが略菱形の形状である、請求項９のカッターシステム。
14. 前記少なくとも２つの対向する側壁が、カッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項１３のカッターシステム。
15. 前記角度が略３０°である、請求項１４のカッターシステム。
16. 真に螺旋状のカッターシステムであって、
    複数の取付ポケットを有するフライス本体と、
    前記フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートであって 各切削インサートが、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含む切削インサートと、を有し、
    少なくとも１つの側壁が、螺旋状に取り付けられた群に分類された前記切削インサートを互いにインターロック可能にするための切欠面を含むことを特徴とする、カッターシステム。
17. 真に螺旋状のインサートを作るために、少なくとも１つのインサートの正面が丸みを与えられている、請求項１６のカッターシステム。
18. 前記少なくとも１つのインサートの前記正面が前記フライス本体の外径の半径に略等しい曲率半径を有する、請求項１７のカッターシステム。
19. 前記少なくとも１つの側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項１６のカッターシステム。
20. カッターシステム用のインサートであって、
    正面と、
    背面と、
    少なくとも２つの対向する側壁と、
    前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含み、
    真に螺旋状の切削インサートを作るために、少なくとも１つの前記インサートの前記正面が前記フライス本体の外径の半径に略等しい曲率半径を有することを特徴とする、インサート。
21. 少なくとも１つの側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項２０の切削インサート。
22. 前記切削インサートが割出可能である、請求項２０の切削インサート。
23. 前記切削インサートが略菱形の形状である、請求項２０の切削インサート。
24. 前記少なくとも２つの対向する側壁が、カッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項２３の切削インサート。
25. 前記角度が略３０°である、請求項２４の切削インサート。
26. 前記切削インサートがフライス本体の取付ポケットに取り付けられた、請求項２０の切削インサート。
27. 前記切削インサートが三点取付システムを使用して前記取付ポケットに取り付けられた、請求項２６の切削インサート。

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