JP2007245277A - 総形カッタおよび総形カッタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一端側に向けて縮径された総形カッタにおいても、径の小さな一端側の外周切刃によって生成した切屑を確実に排出して、切削加工を良好に行うことができる総形カッタを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される工具本体１１を有し、工具本体１１には、一端側に向けて縮径する切刃部１３が備えられ、切刃部１３には、前記一端側から他端側に向けて延びる複数の外周切刃１６と複数の切屑排出溝２０とが周方向に交互に配置されており、外周切刃１６の刃形状は、軸線Ｏ方向に向けて軸線Ｏに対する径方向に凹凸する形状とされた総形カッタ１０であって、切刃部１３の前記一端側には、切屑排出溝２０の溝幅又は溝深さの少なくとも一方が、前記一端側に向かうにしたがい漸次拡大された溝拡大部２４が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、タービンブレードに、タービンディスクの取付部を形成する場合のように、複雑な形状の溝等を被切削材に成形する際に使用される工具であって、軸線方向に向けて径方向に凹凸する刃形状とされた外周切刃を複数備えた総形カッタに関する。

従来、被切削材に対して前述のような複雑な形状を切削加工する工具として、軸線回りに回転される工具本体の外周に、軸線方向に延びる複数の外周切刃と複数の切屑排出溝とを周方向に交互に配置し、これら外周切刃の軸線回りの回転軌跡を、軸線方向に向けて径方向に凹凸するようにして被切削材に形成する所定の形状と相補的な形状とした、いわゆる総形カッタが提供されている（特許文献１参照。）。

総形カッタは、所定の形状とされた外周切刃を被切削材に切り込ませることによって、外周切刃の形状を被切削材に転写させるものであり、その外周切刃は、複数の曲率が変化した曲線や傾斜した直線などが複雑に組み合わされて構成されるものである。なお、総形カッタの例としては、外周切刃の外形が先端側に向けて漸次縮径して概略クリスマスツリー状に形成されたクリスマスカッタ（特許文献２参照。）などが挙げられる。

このような総形カッタでは、高い切刃精度が要求されているので、通常、焼入れ処理前の比較的加工しやすい状態で総形カッタの外形を形成しておき、焼入れ処理後に、研削加工によって外周切刃を形成するようにして製造されている。
特開２００２−３３７０１７号公報 特許第３０６５０２０号公報

ところで、前述のように先端側が縮径されたクリスマスカッタなどの総形カッタでは、通常、切屑排出溝の溝幅が先端側に向かうにしたがい小さくなってしまうため、外周切刃によって生成した切屑を十分に排出することができないことがあった。また、切屑排出溝の溝幅を一定に形成した場合でも、その溝深さが浅くなり、やはり切屑を十分に排出することができなくなってしまうことがある。

このように径の小さな先端側において切屑が十分排出されない場合には、この切屑が総形カッタと被切削材との間に噛み込まれ、切屑によって加工面を傷つけてしまうおそれがあった。また、外周切刃に切屑が付着してしまい、良好な切削ができず加工面があれてしまうことがある。また、切削抵抗が増加して、この総形カッタの寿命が劣化するおそれや、切屑詰りによって切削を継続できなくなるといった問題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、一端側に向けて縮径された総形カッタにおいても、径の小さな一端側の外周切刃によって生成した切屑を確実に排出して、切削加工を良好に行うことができる総形カッタ及び総形カッタの製造方法を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、この発明は、軸線回りに回転される工具本体を有し、該工具本体には、一端側に向けて縮径する切刃部が備えられ、該切刃部には、前記一端側から他端側に向けて延びる複数の外周切刃と複数の切屑排出溝とが周方向に交互に配置されており、前記外周切刃の刃形状は、前記軸線方向に向けて該軸線に対する径方向に凹凸する形状とされた総形カッタであって、前記切刃部の前記一端側には、前記切屑排出溝の溝幅又は溝深さの少なくとも一方が、前記一端側に向かうにしたがい漸次拡大された溝拡大部が形成されていることを特徴としている。

この構成の総形カッタにおいては、径が小さくされている切刃部の一端側に、切屑排出溝の溝幅又は溝深さの少なくとも一方を大きくした溝拡大部が形成されているので、径の小さな一端側部分の外周切刃によって生成した切屑を、効率良く排出することができる。したがって、切屑の噛み込みを未然に防ぎ、切屑によって加工面を傷つけてしまうことを防止できる。また、切屑が外周切刃の表面に付着することが防止され、加工面を滑らかに仕上げることができる。さらに、切屑の噛み込みによる切削抵抗の増加を防止でき、この総形カッタの寿命延長を図ることができる。
ここで、溝拡大部においては、切屑排出溝の溝幅又は溝深さをそれぞれ単独で大きくしても良いし、溝幅及び溝深さをともに大きくしても良い。

また、前記切屑排出溝の内面の面粗さを、１２．５μｍ以下とすることにより、切屑排出溝の内面を切屑が擦過する際に、切屑が滑るように移動され、切屑の排出をより促進させることができる。なお、本願における面粗さとは、最大高さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）のことである。

また、前記外周切刃を右ねじれ右刃または左ねじれ左刃として、前記切屑排出溝を、前記他端側に向かうにしたがい工具回転方向後方側に向けてねじれるように形成することにより、この総形カッタを軸線回りに回転させることで、切屑がこのねじれに沿って移動されるので、切屑の排出性をさらに向上させることができる。

また、前記溝拡大部における溝幅の変化率を、２０％から６０％の範囲内としたり、前記溝拡大部における溝深さの変化率を、１０％から３０％の範囲内としたりすることにより、径の小さな一端側における切屑排出溝の大きさを十分に確保でき、切屑の排出を確実に行うことができる。
ここで、溝幅及び溝深さの変化率とは、軸線方向の単位長さ当たりの溝幅及び溝深さの変化量である。

また、このような構成の総形カッタを、焼入れ処理後に、前記一端側部分に形成された前記切屑排出溝の溝底又は外周切刃の背面の少なくとも一方を研削加工することによって、前記溝拡大部を形成するようにして製造することにより、溝拡大部における切屑排出溝の溝幅又は溝深さの少なくとも一方を一端側に向けて漸次拡大するように形成できるとともに、その内面が研削され、その面粗さを上述のように小さくすることができる。また、焼入れ処理後に研削しているので、切屑排出溝を精度良く形成することができる。

このように、本発明によれば、一端側に向けて縮径された総形カッタにおいても、径の小さな一端側の外周切刃によって生成した切屑を確実に排出して、切削加工を良好に行うことができる総形カッタ及び総形カッタの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１に本発明の実施形態であるクリスマスカッタ（総形カッタ）を示す。
クリスマスカッタ１０は、図１に示すように、軸線Ｏ回りに回転される工具本体１１を有している。この工具本体１１は、軸線Ｏを中心とした概略多段円柱状をなしており、工具本体１１の後端側（他端側、図１において上側）部分が、シャンク部１２とされ、工具本体１１の先端側（一端側、図１において上側）部分が切刃部１３とされている。

切刃部１３の外形は、側面からみてクリスマスツリー形状を呈しており、工具径方向外側に向けて凸となる凸状部１４が４つ、工具径方向内側に向けて凹となる凹状部１５が３つ備えられており、これら凸状部１４と凹状部１５が軸線Ｏ方向で交互に配置されている。そして、凸状部１４及び凹状部１５の軸線Ｏに垂直な断面における外周切刃１６の外径は、それぞれ工具本体１１先端側に向かうにしたがい段階的に径が小さくなるように形成されている。

この切刃部１３に備えられた外周切刃１６は、右ねじれ右刃とされて軸線Ｏに対して工具回転方向Ｔ後方側にねじれるように形成されており、それぞれの外周切刃２０を工具回転方向Ｔから見た場合に、外周切刃１６の刃形状は、切刃部１３の軸線Ｏに沿った断面と概略同じ形状とされ、外周切刃１６のそれぞれに工具径方向外側に向けて凸となる凸状切刃１７が４つ、工具径方向内側に向けて凹となる凹状切刃１８が３つ備えられ、これら凸状切刃１７と凹状切刃１８が軸線Ｏ方向で交互に配置されている。また、外周切刃１６の外周面は、工具回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい工具径方向内側に後退するように逃げが形成されている。

周方向に隣接する外周切刃１６と外周切刃１６との間には、軸線Ｏ方向に延びる切屑排出溝２０がそれぞれ形成されており、この切屑排出溝２０は外周切刃１６と同様に軸線Ｏに対して工具回転方向Ｔ後方側にねじれるように形成されている。外周切刃１６のすくい面と反対側を向く背面が切屑排出溝２０の工具回転方向Ｔ後方側を向く壁面２１とされ、外周切刃１６のすくい面をなす面が切屑排出溝２０の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２２とされており、これらの壁面２１、２２を連結するように、径方向内側に向けて凹んだＲ溝状の底部２３が形成されている。

切刃部１３の先端側には、この切屑排出溝２０の溝幅が大きくされた溝拡大部２４が形成されている。溝拡大部２４においては、切屑排出溝２０の工具回転方向Ｔ後方側を向く壁面２１、つまり、外周切刃１６の背面が、溝拡大部２０よりも後端側の前記壁面２１の先端側への延長面（図１において破線で示す）に対して、工具回転方向Ｔ前方側に向けて削られており、切屑排出溝２０の溝幅が、先端側に向かうにしたがい漸次広くなるように形成されている。これに併せて、外周切刃１６の外周面の幅は、先端側に向かうにしたがい漸次小さくされている。

ここで、この溝拡大部２４における切屑排出溝２０の溝幅の変化率は、２０％から６０％の範囲内とされ、本実施形態においては一定の変化率とされている。なお、本実施形態においては、切屑排出溝２０の溝深さは軸線Ｏ方向で一定とされている。

溝拡大部２４は、切刃部１３のおおまかな形状を焼入れ処理前に形成しておき、これに焼入れ処理を施した後に、前記切屑排出溝２０の工具回転方向Ｔ後方側を向く壁面２１、つまり、外周切刃１６の背面を研削加工することで形成しているので、溝拡大部２４における切屑排出溝２０の内面が研削面とされ、その面粗さＲｚは１２．５μｍ以下とされている。

このように構成されたクリスマスカッタ１０は、シャンク部１２が工作機械等の主軸端に取り付けられて、工具本体１１が軸線Ｏ回りに回転され、溝拡大部２０を含めた切刃部１３を被切削材に切り込ませることによって、被切削材に対して外周切刃１６のなす刃形状を転写することにより、断面がクリスマスツリー状とされた多段の溝を一度に形成するものである。

この構成のクリスマスカッタ１０においては、切刃部１３の先端側に、切屑排出溝２０の溝幅が拡大された溝拡大部２４が形成されているので、外径が小さな先端側の外周切刃１６によって生成された切屑を、この拡大された切屑排出溝２０を通じて確実に排出することができる。したがって、切屑を噛み込むことで被切削材に形成された加工面の表面を傷つけることがなく、加工面を滑らかに仕上げることができる。また、切屑詰り等のトラブルを未然に防止でき、このクリスマスカッタ１０の寿命を向上させることができる。

また、切屑排出溝２０の内面の面粗さＲｚが、１２．５μｍ以下とされているので、この切屑排出溝２０の内面を擦過する切屑が滑るようにして移動され、切屑の排出を促進させることができる。
また、切屑排出溝２０が、後端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ後方側に向けてねじれるように形成されているので、このクリスマスカッタ１０の回転によって、切屑がこのねじれに沿って移動され、切屑の排出性をさらに向上させることができる。
また、溝拡大部２４における溝幅の変化率を、２０％から６０％の範囲内としているので、径の小さい切刃部１３の先端側においても、切屑排出溝２０の大きさを十分に確保でき、切屑の排出を確実に行うことができる。

また、溝拡大部２４が、焼入れ処理後に外周切刃１６の背面を研削加工することにより形成されているので、溝拡大部２４における切屑排出溝２０の内面が研削面とされ、その面粗さを前述した１２．５μｍ以下とすることができる。また、焼入れ処理後に研削しているので、切屑排出溝２０を精度良く形成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、総形カッタの刃形状は、形成する溝形状等に合わせて様々な形状を呈するので、本実施形態で説明したものに限定されることはなく、任意の形状の総形カッタも本発明の対象となる。また、外周切刃及び切屑排出溝の個数についても、切削条件等を考慮して適宜設定することが好ましい。

また、溝拡大部において、溝幅のみを拡大したもので説明したが、これに限定されることはなく、溝深さのみを漸次深くなるように拡大してもよいし、溝幅及び溝深さの両方を拡大させても良い。ただし、溝深さを変化させる場合には、その変化率を１０％から ３０％の範囲内にすることが好ましい。
さらに、溝幅の変化率を一定としているが、これに限定されることはなく、変化率は変化するように、好ましくは、２０％から６０％の範囲内で変化するように形成しても良い。

本発明の実施形態であるクリスマスカッタ（総形カッタ）の概略説明図である。

符号の説明

１０ クリスマスカッタ（総形カッタ）
１１ 工具本体
１３ 切刃部
１６ 外周切刃
２０ 切屑排出溝
２４ 溝拡大部

Claims (6)

1. 軸線回りに回転される工具本体を有し、該工具本体には、一端側に向けて縮径する切刃部が備えられ、該切刃部には、前記一端側から他端側に向けて延びる複数の外周切刃と複数の切屑排出溝とが周方向に交互に配置されており、前記外周切刃の刃形状は、前記軸線方向に向けて該軸線に対する径方向に凹凸する形状とされた総形カッタであって、
   前記切刃部の前記一端側には、前記切屑排出溝の溝幅又は溝深さの少なくとも一方が、前記一端側に向かうにしたがい漸次拡大された溝拡大部が形成されていることを特徴とする総形カッタ。
2. 前記切屑排出溝の内面の面粗さが、１２．５μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の総形カッタ。
3. 前記切屑排出溝が、前記他端側に向かうにしたがい工具回転方向後方側に向けてねじれるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の総形カッタ。
4. 前記溝拡大部における溝幅の変化率が、２０％から６０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の総形カッタ。
5. 前記溝拡大部における溝深さの変化率が、１０％から３０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の総形カッタ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の総形カッタの製造方法であって、
   焼入れ処理後に、前記一端側部分に形成された前記切屑排出溝の溝底又は外周切刃の背面の少なくとも一方を研削加工することにより、前記溝拡大部を形成することを特徴とする総形カッタの製造方法。

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