JP2006508815A - 回転金属切削工具 - Google Patents

Abstract

異なるねじれ角で円柱状の工具本体の周囲に等しくない間隔で配置されている個々の溝に関して異なる溝構造を有する回転エンドミルが開示されている。また、これらの溝の切削エッジは、工具の回転方向に向く。

Description

［関連仮出願］
本願は、本出願によって２００２年１月８日に提出された仮出願第６０／３４５７６１号に関する。

本発明は、概ね、回転エンドミル金属切削工具に関し、より詳細には、使用されたときに著しく改善された性能を提供する上述の機械加工工具の特別な構造に関する。

回転フライス盤に使用する種々のエンドミルが周知であり、使用されている。デザインによるが、そのようなエンドミルは、概ね、右回転あるいは左回転の切削作業、螺旋及び中心切削作業や面取り作業などに使用される。一般的に、これらのエンドミルは、種々の硬化鋼や、炭化タングステンインサートを含む炭化タングステンで構成されており、また、多くの場合、切削端部の角半径、テーパのついた切削端部、球状切削部、セレーションを含むきめの粗い切削作業用の凹凸の切削縁部や、他の縁部形状などの付加的な構造上の特徴が与えられる。さらに、これらのエンドミルは、長い耐久性を持たせるために、炭化タングステン、非晶質ダイヤモンドや種々の窒化物を含む耐摩耗コーティングを提供されることができる。さらには、螺旋状切削溝を使用するエンドミルについては、加工されているその金属の相対的硬度に関して切削縁部のラジアルレーキ角を変更することが知られている。そのような方法では、より大きなラジアルレーキ角は、概ね、比較的軟質の金属を加工するのに提供され、一方、より小さなラジアルレーキ角は、比較的硬度な金属を加工するのに使用される。

米国特許第４９６３０５９号には、そこを通る回転中央軸線を有する回転エンドミル金属切削工具が開示されている。この切削工具は、柄端部及び切削端部を有する円柱状の本体を備えており、この切削端部は、該切削端部の周囲に二つ一組になって等間隔に配置された偶数の螺旋状切削溝を有する。この等間隔に配置された螺旋状切削溝は、工具本体に対し、回転軸線と直角を成して配置されていると記載されており、該工具本体は、他の螺旋状切削溝のねじれ角と異なるねじれ角で配置されている少なくとも一つの上記螺旋状切削溝を有する。また、上述の螺旋状切削溝の構造を有する、先端が球状であるエンドミルが上記引用例に開示されている。

本発明は、予期しない優れた性能利点を実証する回転エンドミル切削工具のための新規な構造を提供する。いくつかの商業的に入手可能なエンドミルと比べた比較判定法では、本発明のエンドミルの構造は、ならい切削処置及び立て削り処置の双方で優秀な性能を確実に立証された。稼働中でのより低い騒音とより高い工具速度は、鋼加工製品を加工する際に本工具の構造で経験され、アルミニウム加工製品に関してはより優れた性能を示すと思われる。

従って、本発明の目的は、同様の工具の構造と比べて、使用されるより高い切削速度を可能にする改善されたエンドミル工具の構造を提供することである。

本発明の他の目的は、稼働中でのより良好な切削くずの流れを可能にし、溝の詰まりを減少あるいは排除する新規なエンドミル工具の構造を提供することである。

また、本発明の目的は、切削工具と加工製品との接触によって発生する騒音を著しく減少するエンドミル切削工具を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、加工された加工製品の改善された表面仕上がりを作るエンドミル切削工具を提供することである。

さらに、本発明の目的は、本発明の工具の構造の使用による機械軸の摩耗を減少することである。

本発明のこれら及びさらなる目的は、柄端部及び切削端部を有する円柱状の本体を備えるエンドミル金属切削工具によって達成される。上記切削端部は、該切削端部の周囲において相互に等しくない間隔に配置された複数の螺旋状切削溝を有する。この切削溝の各々は、全ての他の切削溝に関して異なるねじれ角で位置決めされている。好適実施例では、本発明の工具構造の切削端部は、該切削端部の周囲において等しくない間隔に配置された３つの螺旋状切削溝を使用する。第１の螺旋状切削溝は、上記周囲上の０度の角度位置から角度的に変位されている。第２の螺旋状切削溝は、上記周囲上の１２０度の角度位置から角度的に変位されている。そして、第３の螺旋状切削溝は、上記周囲上の２４０度の角度位置から角度的に変位されている。また、上記螺旋状切削溝は、全ての他の切削溝に関して異なるねじれ角で方向決めされている。本発明の工具の構造の別の実施例では、種々の偶数の螺旋状切削溝の構造にすることができると同様に、より大きい奇数の螺旋状切削溝を使用することができる。個々の溝部材に対して異なるねじれ角を有することと等しくない溝の間隔に関連した上述の構造上の特徴の組合せが維持されているということが、本発明のこのような他の工具の実施例に対して単に必要とされる。

図面を参照すると、図１は、柄端部１２と切削端部１４とを有する本発明のエンドミル１０を示す。コレットあるいは他のタイプのホルダー装置が既存のフライス盤に上記工具を固定するに使用できるので、上記工具部材は、該工具の柄端部に備えられている保持あるいはロック手段をさらに有していない。一方、上記目的のため、平らな凹部分が図示された工具の柄端部に配置されることができるということが考えられる。エンドミル１０の柄端部１２は、本質的に、環状の外周側面１６を有する形状の円柱状である。エンドミル１０の切削端部１４は、それぞれ３つの螺旋状切削溝１８，２０，２２を有するが、螺旋状切削溝のより大きな数が考えられる。上記図示された螺旋状切削溝のランドは、物理的寸法が同一であるが、図示された工具の上記切削端部の周囲において相互に等しくない間隔に配置されている。例えば、全長が３インチの長さと、０．５０インチの直径と、１インチの長さの切削端部とを有する工具の構造に関し、溝１８は柄端部との接合位置で中心の前方略１度に配置され、溝２０が略−１２１度の位置で接合位置に配置され、溝２２は略−２３７度の位置で接合位置に配置されることができるということが定められている。上記螺旋状切削溝は、上記エンドミル１０の外周において螺旋形状であり、各溝は切削方向２６に向いている切削エッジ２４を有する。さらに、溝１８は、上記工具部材の回転中心軸線２８に対して略３８度のねじれ角で配置されている。溝２０は、略３５度のねじれ角で同様に整合され、残りの溝２２は、略４１度のねじれ角で同様に整合される。上記図１に示す切削工具の図２の部分端面図は、本例で使用されている切削溝の円周方向の間隔関係を表す。

図３は、上記工具部材の切削端部の寸法変化に対する図示の螺旋状切削溝１８，２０，２２の角変位の変化をさらに説明するのに役立つ、図１の工具の構造の横断面のグラフである。このグラフ３０は、工具の回転中心軸線２８と直角を成す０度のポイント３２と、上記回転方向に１２０度のポイント３４と、該回転方向に２４０度のポイント３６とを表す実線を含む。断続線３８，４０，４２は、ポイント３２，３４，３６からの角変位をそれぞれ表し、それは、本例に説明されている溝の構造に対して上記グラフ３０を表している。さらに、上記断続線は、図示の工具部材の切削端部１４の最も低いポイントにおける個々の溝１８，２０，２２の角変位を表す。より詳細には、断続線３８は、そのような最も低い切削端部の位置における溝１８の中心より前方の１度を示す。同様に、断続線４０は、溝２０の−１２１度の位置を示し、残りの溝２２が−２３７度の位置にあるように示されている。

このような最も低い端部の位置から上方にある上記溝の構造の０．１インチの距離においては、各角変位は、＋１度、−１１９．１４度、−２３９．０２度であることがわかる。さらに０．２インチの高さの位置では、各角変位は、＋１度、−１１７．２８度、−２４１．０４度になる。また、０．３インチの高さの距離標識では、各角変位は、それぞれ、＋１度、−１１５．４２度、−２４３．０６度であることがわかる。工具の大きさや形状、選択された螺旋状溝の数、略２０度から略６０度までに亘る選択されたねじれ角に基づいて、本明細書中に説明された角変位は、広範囲にわたって変化するということを理解されるであろう。加えて、この工具部材の全ての螺旋状溝の等しくない間隔及び螺旋角度の適当な選択は、上記エンドミルの予定された加工使用などの他の考慮事項に依存できるということをさらに理解されるであろう。

比較加工テストが、上記説明された工具部材に対して実施された。硬化鋼加工製品のならい切削及び立て削り切削において、上記説明された工具部材の性能が、この用途に使用される二つの商業的に入手可能な四つの溝をもつカッターの切削性能と比較された。この比較の実施で、これらのエンドミルは、カッターの送り速度を変えながら３０００ｒｐｍの切削速度で稼働された。二つの商業用工具のならい切削性能は、毎分２４インチの送り速度での稼働中に大きな騒音が発生された。同じ送り速度や、毎分４０インチ及び４５インチのより高い速度でのならい切削中に非常に小さい騒音が発生された。また、
このテストで、二つの商業的カッターで作られた表面仕上がりと比べて、加工された加工製品の好ましい表面仕上がりが本工具部材で達成された。これらのカッターの立て削り切削テストは、本工具部材の同じ優れた性能を実証した。従って、同じカッターの回転及び切削送り速度での後者の比較中、二つの商業的カッターは稼働中に著しい騒音が発生したのに対し、本工具部材は小さい騒音が発生した。かなり速い工具速度でアルミニウム合金の加工製品を切削した場合に、同様の優れた性能が本工具部材で達成された。さらに、本工具部材は、油霧潤滑状態で加工製品への明らかな再切削又は蓄積なしに、削りくずを良好に取り除く。

異なるねじれ角をもつ本工具部材の溝要素の異なった間隔を有する本工具の形状は、加工中に遭遇するガタガタ音を分散し、それによって、習慣的な稼働状況で通常発生する切削音を低くすると信じられる。従来のエンドミルの形状と比較したこのような改善された稼働は、低下した切削音をもつフライス切削工程中での工具部材のより優れた動的安定性を与える。このような本工具の形状で達成された改善された動的安定性は、前述の比較テストで証明されたような改善された切削生産性と共に安定稼働でより深い切込み深さを作ることを可能にする。

本発明の代表的な実施例が本明細書中に記載されているが、本工具の構造の他の実施例が考えられるということを理解されるべきである。例えば、左回転のエンドミル、リーマ、テーパ付エンドミルなどが、改善された切削性能をもつ本工具の構造を利用することができる。同様に、奇数及び偶数の溝の構造を含む、上述の溝要素の数よりも多い数の溝要素が同様の利点に利用されることができる。従って、特許請求の範囲の発明の真の精神及び範囲内に属する当業者によって創作され得る開示された工具の構造の全ての変形を包含するものである。

図１は、本発明の代表的な右回転のエンドミルの構造の側面図である。 図２は、図１のエンドミルの切削端部の部分端面図である。 図３は、工具の周囲における螺旋状切削溝の等しくない間隔を表す図１及び図２の工具の構造の横断面のグラフ表示である。

Claims (19)

1. 柄端部と切削端部とを有する円柱状の本体を備えるエンドミル金属切削工具であって、
   前記切削端部は、該切削端部の周囲において相互に等しくない間隔に配置された複数の螺旋状切削溝を有し、
   前記螺旋状切削溝は、全ての他の切削溝に関して異なるねじれ角で方向決めされていることを特徴とするエンドミル金属切削工具。
2. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル金属切削工具は、奇数の螺旋状切削溝を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
3. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル金属切削工具は、偶数の螺旋状切削溝を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
4. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル金属切削工具は、前記切削端部の長さよりも長い柄端部を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
5. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル金属切削工具は、前記切削端部の長さよりも短い柄端部を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
6. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記柄端部の各端部に切削端部を有する中間柄端部を備えることを特徴とするエンドミル金属切削工具。
7. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル金属切削工具は、先端が球状の切削端部を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
8. 加工製品の粗削りのフライス切削作業を行う請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記エンドミル工具は、平坦でない切削エッジをもつ螺旋状溝を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
9. 請求項８に記載のエンドミル金属切削工具において、
   前記切削エッジは、鋸歯状であることを特徴とするエンドミル金属切削工具。
10. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    切削部の先端面は、切削端部に曲率半径を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
11. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    前記切削溝に提供されたラジアルレーキ角は、加工される金属の相対的硬度に関して変更することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
12. 請求項１０に記載のエンドミル金属切削工具において、
    より大きいラジアルレーキ角が、比較的軟質の金属を加工するのに提供されることを特徴とするエンドミル金属切削工具。
13. 請求項１１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    より小さいラジアルレーキ角が、比較的硬度な金属を加工するのに提供されることを特徴とするエンドミル金属切削工具。
14. 請求項８に記載のエンドミル金属切削工具において、
    前記エンドミル金属切削工具は、先端が球状の切削端部を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
15. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    前記エンドミル金属切削工具は、外方にテーパした輪郭を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
16. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    前記エンドミル金属切削工具は、前記切削端部に耐摩耗表面コーティングを有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
17. 請求項１に記載のエンドミル金属切削工具において、
    前記柄端部は、平らなロック部分を有することを特徴とするエンドミル金属切削工具。
18. 柄端部と切削端部とを有する円柱状の金属切削エンドミル工具であって、
    前記切削端部は、該切削端部の周囲において相互に等しくない間隔に配置された３つの螺旋状切削溝を有し、
    第１の螺旋状切削溝は、前記周囲上の０度の角度位置から角度的に変位され、
    第２の螺旋状切削溝は、前記周囲上の１２０度の角度位置から角度的に変位され、
    第３の螺旋状切削溝は、前記周囲上の２４０度の角度位置から角度的に変位され、
    前記螺旋状切削溝は、全ての他の切削溝に関して異なるねじれ角で方向決めされていることを特徴とする円柱状の金属切削エンドミル工具。
19. 請求項１８に記載の円柱状の金属切削エンドミル工具において、
    前記金属切削エンドミル工具は、第１の螺旋状切削溝に対する略３８度のねじれ角と、第２の螺旋状切削溝に対する略３５度のねじれ角と、第３の螺旋状切削溝に対する略４１度のねじれ角とを有することを特徴とする円柱状の金属切削エンドミル工具。

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