JP2007083329A

JP2007083329A - 回転切削工具

Info

Publication number: JP2007083329A
Application number: JP2005273553A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Onozuka; 英明小野塚; Isato Takahashi; 勇人高橋
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: JP4652187B2

Abstract

【課題】
切れ刃の分割ピッチを変更して最適な不等ピッチとすることによって、長尺工具の先端に取付ける場合などの切削自励振動を抑制し、高能率な加工が可能な回転切削工具を提供する。
【解決手段】
切れ刃が取付けられた複数個の工具部材にはそれぞれ複数のキー溝がピッチの異なる状態で設けられており、使用するキー溝の組合せを選択することによって様々なパターンの不等ピッチ工具を構成することが可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械によって切削加工を行う際の自励振動を抑制し、高精度かつ高能率な加工を行うための回転切削工具に関するものである。

深穴など、加工機の主軸、工具ホルダとワークの干渉が生じやすい加工形状では、工具径寸法に対して突出し量の大きい長尺工具を用い、その先端にエンドミルやフライスカッタなどの回転切削工具を取付けて加工する必要がある。長尺工具では先端における剛性が低いので自励振動が発生しやすく、表面粗さや寸法精度の悪化、工具の破損などの悪影響を及ぼす。また、薄板の加工など、ワーク剛性が低い場合も同様に自励振動が発生しやすい。このような自励振動を抑制するための手段として、工具を取付けるアーバの剛性や減衰特性を向上する方式などが提案されている。一方で、回転工具の切れ刃の分割ピッチを不等分割することによって自励振動を抑制できることが知られており、例えば特開２０００−７１４号公報（特許文献１）には、そのピッチの分割方法などが提案されている。

特開２０００−７１４号公報

しかしながら、複数枚の切れ刃を持つ回転切削工具において、切れ刃の分割角度を不等ピッチとすることによって、自励振動を抑制しようとする場合、加工機やワークの固有振動数、および使用する工具の回転数が異なると、最適な分割ピッチが変化してしまう。そのため、異なる加工機、ワークに対してはその都度不等ピッチ回転切削工具を製作したり、予め、様々なパターンの不等ピッチ回転切削工具を多数製作しておくなどの必要があった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、１台の回転切削工具で様々な切れ刃分割ピッチを実現し、加工機や加工対象ワークが変化しても切削自励振動を抑制して、高い切込み量で加工することによって高能率な加工を可能にすると共に製造現場でのコストを低減した回転切削工具を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数枚の切れ刃を持つ回転切削工具を複数個の工具部材に分割し、該分割された工具部材間でキー溝等の組合せでキー等の嵌め合わせによって、１台の回転切削工具で様々な切れ刃の分割角度ピッチを実現したことを特徴とする。

また、本発明は、切れ刃が取り付けられ、かつ複数のキー溝が設けられた工具部材を複数組合せて構成し、使用するキー溝の組合せによって前記切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能であることを特徴とする回転切削工具である。

また、本発明は、前記回転切削工具において、前記切れ刃を４枚刃で構成し、前記キー溝の角度ピッチの差が、前記切れ刃の分割角度ピッチの差の１／２となっていることを特徴とする。

また、本発明は、前記回転切削工具において、前記切れ刃の分割角度ピッチの差が２°から１０°の角度範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、切れ刃が取付けられた複数の工具部材に、ピッチの異なるキー溝を設け、使用するキー溝の組合せを変更して、切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能に構成することによって、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象ワークの剛性が変化しても、１台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。

本発明に係る回転切削工具の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る回転切削工具の一実施の形態について分解した状態で示した斜視図である。図２は本発明に係る工具ボディ２のキー溝２１と工具ボディ３のキー溝３１とがキー５によって同じ位相となるように組合せた状態の回転切削工具を示す斜視図である。図３は本発明に係る工具ボディ２のキー溝２２と工具ボディ３のキー溝３２とがキー５によって同じ位相となるように組合せた状態の回転切削工具を示す斜視図である。

図１において、工具ボディ２及び３の各々には、工具ボディ間において軸心を中心にしてほぼ対向するように例えば２枚のスローアウェイチップ１が取付けられている。工具ボディ２にはその外周部にキー溝２１およびキー溝２２が設けられている。一方、工具ボディ３にもその外周部にキー溝３１とキー溝３２が設けられている。キー５は工具ボディ３に設けられたどのキー溝にも取付けることが可能となっている。また工具ボディ２のボス部２３の外径は工具ボディ３の穴部３３の内径と同一の寸法となっており、ボルト（固定部材）４を使用して両者はカッタアーバ（図９に５１で示す。）に固定され、例えば４枚刃の回転切削工具１０として使用することが可能となっている。

この図１において、工具ボディ２のキー溝２１とキー溝２２とはθ２の角度をなしている。また、工具ボディ３のキー溝３１とキー溝３２とはθ３の角度をなしている。

図２は工具ボディ２のキー溝２１と工具ボディ３のキー溝３１が同じ位相となるように組合せた状態を示している。工具ボディ２のキー溝２１と工具ボディ３のキー溝３１が同じ位相となるように組合せられており、両者の溝にはキー５が挿入されている。４枚の切れ刃１はこの図２の状態で切れ刃の角度ピッチが９０°となるようにあらかじめ設計されている。一方、図３は、工具ボディ２のキー溝２２と工具ボディ３のキー溝３２が同じ位相となるように組合せた状態を示している。キー５はキー溝３２に挿入されている。この場合の切れ刃の分割角度ピッチはφ１およびφ２である。

図３は図２に対して、キー溝の角度ピッチの差（θ３−θ２）だけ回転した状態である。したがって、図３における切れ刃の分割角度ピッチφ１およびφ２は次の（１）及び（２）式で表される。

φ１＝９０°＋（θ３−θ２）・・・（１）
φ２＝９０°−（θ３―θ２）・・・（２）
上記（１）式及び（２）式より、キー溝の角度ピッチの差（θ３−θ２）は次の（３）式で表される。

θ３−θ２＝（φ１−φ２）／２・・・（３）
＝α／２
ただし、αは切れ刃の分割角度ピッチの差であり、α＝φ１−φ２である。

したがって、工具ボディ２および工具ボディ３には、切れ刃の分割角度ピッチの差αの１／２のピッチ差を持つキー溝２１、３１；２２、３２を設けておけばよい。

この図２に示した工具ボディ２および工具ボディ３は、キー溝２１、キー溝２２、キー溝３１、キー溝３２に対して、これらと軸心を中心にして対向する位置に同様に複数のキー溝の組合せ（図示せず）が設けられており、さらに切れ刃の分割角度ピッチの差αを様々に変化することが可能となっている。本実施例では、切れ刃の分割角度ピッチの差αが０°、３°、５°、７°と４つの状態ができるように、キー溝の配置を設計している。

図９に示すように、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバ５１に取付けて回転切削工具１０を構成し、該構成された回転切削工具１０を用いてＳ５０Ｃ材のワーク４１の加工を行い、回転切削工具１０の回転数と軸方向の切込みを変化して切削加工した場合の自励振動の発生状況を示したものが、図４から図７である。図中の○印は自励振動が発生せず、安定な切削状態であってことを示している。また×印は自励振動が発生し、加工面の表面粗さが極度に悪化した不安定な場合を示している。

図４は切れ刃の分割角度ピッチの差αを０°とした場合、すなわち等ピッチの場合を示している。安定な状態で切削可能な切込み量は、回転数によらず０．４ｍｍである。図５は切れ刃の分割角度ピッチの差αを３°とした場合を示している。回転数７３０ｍｉｎ^−１において、軸方向切込み量が０．６ｍｍであるが、回転数６００ｍｉｎ^−１においては自励振動が発生しており、安定限界切込み量は０．５ｍｍである。同様に図６に示したように、切れ刃の分割角度ピッチの差αを５°とすると、回転数６００ｍｉｎ^−１において安定限界切込みは０．８ｍｍまで向上することがわかる。図７はαを７°とした場合を示している。回転数５８０ｍｉｎ^−１では切込み０．６ｍｍまで安定に加工することが可能だが、６００ｍｉｎ^−１では安定限界切込み量は０．４ｍｍとなっている。

以上のことから、切れ刃の分割角度ピッチの差α（＝φ１−φ２）を変更し、不等ピッチとすると安定限界切込み量が向上する場合があるが、使用する回転数や分割ピッチによってその効果が変化することがわかる。

一方で、工具先端の摩耗量は回転切削工具の周速の影響を受けやすいことが知られている。工具の回転数を増加し、周速を上げると工具摩耗は増大し、周速を下げると工具摩耗は低減される。また、工具の送り速度は回転工具の１刃当りの送り量、刃数、工具回転数の積で表されるので、１刃当りの送り量と刃数を固定した場合、回転数が大きいほど送り速度を増加することができ、加工能率を向上することが可能である。したがって、回転数を増加することは加工能率を向上できるが工具寿命を低下させる恐れがあり、回転数を減少することは工具寿命を向上できる可能性があるものの加工能率が低下すると言える。したがって、切削加工プロセスにおいては、加工能率と工具寿命の両者のトレードオフを考慮して工具回転数を決定する必要がある。本実施例ではＳ５０Ｃ材の切削加工を行うに当り、工具の直径が５０ｍｍ程度で、工具の周速を１００ｍ／ｍｉｎ以下とするため、回転数を６００ｍｉｎ^−１とする。

図８は回転数６００ｍｉｎ^−１における各種切れ刃の分割角度ピッチに対する安定限界切込みを示している。４枚刃回転工具において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを５°とすると最も安定限界切込みを向上することが可能であり、等ピッチ、すなわちαが０°の場合と比較して安定限界切込みを２倍化できることを示している。

以上説明したように、本実施例では例えば４枚刃の回転切削工具を、対向する２枚の切れ刃が１組となった工具部材（工具ボディ）２、３に分割し、各工具部材２、３に設けられた複数のキー溝の組合せを変化させることによって、１台の回転切削工具で、自励振動を抑制し、安定限界切込み量を向上することが可能となったのである。このことにより、加工能率と工具寿命の両者を改善し、なおかつ、様々なパターンの不等ピッチ工具を準備するなど工具コストの増大を抑止することが可能になったのである。

本実施例では、角度分割の異なるキー溝を複数配置しておくことによって、分割ピッチのパターンを４種類としたが、キー溝を多数設けることによってより多くのパターンを設定することも可能である。さらにキー溝の代わりにセレーションを設けておくことによって、より細かいピッチの調整も可能である。

また、加工対象に応じて工具ホルダの突出し長さを変える場合が生じる。例えば浅い加工を施す場合には、長尺アーバー５１を短くして切り込みを増やして効率良く切削することが考えられる。また、例えば４枚刃の工具を長尺アーバ５１に取付けた長さの範囲としては２００ｍｍ〜６００ｍｍ程度が考えられる。また、加工機によっては主軸剛性が変化することになる。また、加工対象によっては大きさや材料の違いにより剛性が変化してくることになる。このように、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象の剛性が変化しても、１台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。

また、上記実施の形態では、工具の直径を５０ｍｍ程度で説明したが、直径４０ｍｍ〜１００ｍｍ程度まで適用することが可能である。

また、上記実施の形態では、切れ刃の枚数を４枚の場合について説明したが、２枚〜１０枚以下の偶数枚の場合に適用できる。切れ刃の枚数が２枚の場合には、工具部材（工具ボディ）２に設けられた切れ刃１と工具部材（工具ボディ）３に設けられた切れ刃１とは等角度ピッチの状態では工具の軸心を中心にして点対称に（対向して）配置されることになる。また切れ刃の枚数が６枚の場合には、切れ刃１が各工具部材（工具ボディ）２、３に１２０°の角度間隔で設けられ、各工具部材（工具ボディ）間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は６０°ずれることになる。また、切れ刃の枚数が８枚の場合には、切れ刃１が各工具部材（工具ボディ）２、３に９０°の角度間隔で設けられ、各工具部材（工具ボディ）間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は４５°ずれることになる。また、切れ刃の枚数が１０枚の場合には、切れ刃１が各工具部材（工具ボディ）２、３に７２°の角度間隔で設けられ、各工具部材（工具ボディ）間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は３６°ずれることになる。しかし、切れ刃の枚数を６枚以上と増やしていくと切り屑を吐き出すためのチップポケットが取れなくなる可能性が生じることになるので、２枚又は４枚が最適である。また、切れ刃の枚数を奇数である３枚にした場合、工具ボディを三段に分割する必要が生じることになり、複雑な構成となる。

また、上記実施の形態では、切れ刃の分割角度ピッチの差α（＝φ１−φ２）としては、３°、５°、７°で説明したが２°〜１０°の範囲を取ることは可能である。その結果、キー溝の角度ピッチの差として、１°〜５°の範囲を取ることになる。いずれにしても、分割された工具部材（工具ボディ）の各々に角度ピッチの差が異なる複数のキー溝を設け、該キー溝の組合せを変えて様々な切れ刃の分割角度ピッチの差αを得ることによって、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象の剛性が変化しても、１台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。

本発明に係る回転切削工具の一実施の形態である２つの分割工具ボディからなる４枚刃の場合を示す分解斜視図である。図１に示す一実施の形態において切れ刃が等ピッチとなるように組合せた状態を示す図である。図１に示す一実施の形態において切れ刃が不等ピッチとなるように組合せた状態を示す図である。本発明に係る回転切削工具を、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバに取付けて構成した場合において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを０°とした場合の安定性を示した図である。本発明に係る回転切削工具を、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバに取付けて構成した場合において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを３°とした場合の安定性を示した図である。本発明に係る回転切削工具を、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバに取付けて構成した場合において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを５°とした場合の安定性を示した図である。本発明に係る回転切削工具を、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバに取付けて構成した場合において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを７°とした場合の安定性を示した図である。本発明に係る回転切削工具を、直径５０ｍｍ程度、４枚刃の５０ｍｍ程度の長さの工具を長さ３５０ｍｍの長尺アーバに取付けて構成した場合において、工具回転数を６００ｍｉｎ^−１とした場合の最適な切れ刃の分割角度ピッチの差αを示した図である。本発明に係る回転切削工具を使用して加工する状況を示した図である。

符号の説明

１…チップ、２…工具ボディ（工具部材）、２１…キー溝、２２…キー溝、３…工具ボディ（工具部材）、３１…キー溝、３２…キー溝、４…ボルト（固定部材）、５…キー、４１…ワーク、５１…アーバ。

Claims

複数枚の切れ刃を持つ回転切削工具を複数個の工具部材に分割し、該分割された工具部材間で嵌め合わせによって前記切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能であることを特徴とする回転切削工具。
切れ刃が取り付けられ、かつ複数のキー溝が設けられた工具部材を複数組合せて構成し、使用するキー溝の組合せによって前記切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能であることを特徴とする回転切削工具。
前記切れ刃を４枚刃で構成し、前記キー溝の角度ピッチの差が、前記切れ刃の分割角度ピッチの差の１／２となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転切削工具。
前記工具部材間における前記切れ刃の分割角度ピッチの差が２°から１０°の角度範囲であることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の回転切削工具。