JP2007517680A - 高速フライス及びインサート - Google Patents

Abstract

高速フライス（１０）は、シャンク（１２）、前部（１４）、及び、これらのシャンク（１２）と前部（１４）との間にある遷移面（１６）を含む。また、このフライス（１０）は、底面（２２）及び側面（２４、２６）を有するインサート・ポケット（２０）も含む。底面（２２）は、切削用インサート（３０）を支持する突出ボス（２８）を含む。切削用インサート（３０）は、頂面（３２）、底面（３４）、及び側面（３６、３８、４０、４２）を有する。この切削用インサート（３０）は、頂面（３２）と側面（３６、３８、４０、４２）のうちの２つとの交差部において形成された第１切削エッジ（４４、４６）を含む。切削用インサート（３０）の頂面（３２）は、金属工作物の高速フライス加工作業用に設計された凹形又は皿形をしている。また、この切削用インサート（３０）は、切削用インサート（３０）をインサート・ポケット（２０）内にしっかりと保持すると共に、高速フライス加工作業中にリテーナねじ（６４）にかかる曲げモーメントを軽減するような、突出ボス（２８）を受容することのできる穴（７６）を底面（３４）に含む。

Description

本発明は、高速フライス及びインサートに関する。より詳細には、本発明は、アルミニウムなどのような金属工作物をフライス加工するための高速フライス及びインサートに関する。

金属工作物に対して機械加工作業を行うためのフライスは、従来技術では周知である。このようなフライスは、典型的には、回転駆動軸に取り外し可能に結合することのできる円柱形又は円板形をした本体を備える。このフライス本体の外周部周囲に複数の切削用インサートが取り付けられることによって、工作物に対し一連の金属切削が行われる。作業中、このようなフライスは典型的には数千回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転され、金属工作物はこのフライス本体のインサートと係合される。

最近、数千ｒｐｍをはるかに超えた回転速度で作動することのできるフライスに対する需要が増加してきている。このような高速フライス加工に関する利点としては、切削動作が速くなることにより工作物に対する切削率が高くなる点、工作物によって切削用インサートにかかる切削抵抗が小さくなる点、及び、切削仕上がりが滑らかになる点が挙げられる。このように切削抵抗が小さくなることによってインサートの寿命が延び、これにより、インサート交換に関わるコストが低くなるだけでなく、割送り可能なインサートの切削エッジを再配向するのに必要な休止時間も短くなる。また、固定にかかるコスト及び時間も削減される。これは、切削抵抗が大きいほど、所望の精度を得るのに、より入念且つ強固な固定が必要とされるからである。

これらの利点の結果、高速フライスは、機械加工コストを下げると同時に生産性を高めるだけでなく、切削動作がより滑らかであるため最終的な機械加工工作物の品質を向上させ、より優れた仕上がりをもたらす。当然のことながら、上記利点全てを得るのに必要な回転速度の大幅な上昇によって、フライス本体に生じる遠心力も大幅に増加する。一般的に言えば、遠心力Ｆ_cは、切削用インサートを支持するフライス本体の質量（ｍ）、フライス本体の半径の長さ（ｒ）、及び、フライス本体の角速度（Ω）の二乗によって決まる。これらのパラメータ間の関係は、Ｆ_c＝（ｍΩ²）（ｒ）という式で表され得る。フライス本体にかかる遠心力（ゆえに引張応力）は角速度の二乗と共に増加する、という事実は、これまで、数千ｒｐｍよりも速い速度で作動することのできるフライスの開発において大きな障害となってきた。１０，０００ｒｐｍで回転するフライスは、２，０００ｒｐｍで作動された場合に比べ、その周辺部に沿って２５倍も多くの引張応力が遠心力によって生じる。同じフライスを２０，０００ｒｐｍで回転させると、１００倍以上も多くの引張応力が遠心力によって生じる。

さらに、上記利点全てを得るのに必要な回転速度の大幅な上昇によって、フライスのインサートに生じる遠心力も大幅に増加する。具体的には、この遠心力によって、高速フライス加工作業中にインサートがインサート・ポケットから外れてしまう傾向がある。従って、高速（例えば、約２０，０００ｒｐｍ）で作動することができ、切削用インサートをフライス本体のインサート・ポケット内にしっかりと確実に保持するような、高速フライスが必要とされている。理想的には、このような高速フライス及び切削用インサートは、製造に比較的費用がかからず、安価で容易に交換可能な切削用インサートを利用することによって、装置の製造コストと作動コストとの両方が最小限に抑えられるとよい。

最後に、アルミニウムのような材料を機械加工する技術によれば、作業領域から工具のすぐ付近にある切削材料（チップ）を取り除くために吸引システムを組み込む傾向があることが教示される。このような吸引システムは、チップの形状及び／又はサイズが対処可能なレベルに制御されないと、すぐに詰まってしまう。従って、有益な工具とは、インサートの形状によって制御されたチップが生成されるものであろう。

本発明の発明者らは、高速フライス及びそれに付随の切削用インサートに関するこれらの及びその他の問題を認識してきた。簡潔に言うと、本発明によれば、突出ボスを備えたインサート・ポケットを有するシャンクと、頂面、底面、及び側面を有する少なくとも１つの切削用インサートとを備える、高速フライスが提供される。この切削用インサートは、頂面と側面のうちの１つとの交差部において形成された第１切削エッジを有する。この切削用インサートは、高速フライス加工作業中に切削用インサートをインサート・ポケットにしっかりと保持するような突出ボスを受容することのできる凹部を底面に含む。この切削用インサートのすくい面は、切削された工作物材料のサイズ／形状を制御するような形状寸法をしている。

本発明の更なる特徴及び本発明から得られる利点は、図面を参照しながら成される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図面（同じ参照文字は同じ要素を表す）を参照すると、本発明の一実施形態によるフライス１０が示されている。図１に示されているように、フライス１０は、シャンク１２、前部１４、及び、これらのシャンク１２と前部１４との間にある遷移面１６を含む。このフライス１０は、熱処理鋼（例えば、Ｈ１３工具鋼）又は当業者に周知のその他の材料からできているのが好ましい。使用される具体的な材料は、フライス１０の所望の設計特性によって異なる。フライス１０は、図３に示されているような回転軸１８を画定する。また、このフライス１０は、その先端における前部１４に形成されたインサート・ポケット（参照番号２０で概略的に示す）も含む。

図２に示されているように、インサート・ポケット２０は、底面２２、並びに、１組の側面２４及び２６を含む。本発明の一態様によれば、底面２２は突出ボス２８を含み、この突出ボス２８は、あらゆる所望の形状に合わせたサイズに作られると共に、以下により詳細に説明するような切削用インサート（参照番号３０で概略的に示す）を受容して支持するように配置される。図示されている実施形態では、この突出ボス２８は円形をしている。しかし、当業者には当然のことながら、この突出ボス２８は、切削用インサート３０の側方への動きを制限する形状であれば、いずれの所望の形状であってもよい。例えば、この突出ボス２８の形状は、正方形、長方形などであってもよい。さらに、インサート・ポケット２０は、図示されている実施形態のような１つの突出ボス２８ではなく、複数の突出ボス２８を含んでいてもよい。

切削用インサート３０は、超硬合金、又は、当業者に周知の金属工作物（図示せず）、例えば、アルミニウムなどをフライス加工するための、その他の材料からできているのが好ましい。図３及び図４に見られるように、切削用インサート３０は、軸方向のすくい角(axial rake angle)Ａをおよそ１５°〜２５°とし、且つ、第２切削エッジ４６の下に適切な隙間ができるように半径方向のすくい角(radial rake angle)Ｂをフライスの直径に応じて＋１０°〜−２０°として、インサート・ポケット２０に取り付けられる。

図５〜図８を参照すると、切削用インサート３０は、概して、頂面３２、底面３４、及び側面３６、３８、４０、４２を含む。第１ラジアス切削エッジ(radiused primary cutting edges)４４及び５２はそれぞれ、第３切削エッジ４８及び５２と第２ラジアス切削エッジ(radiused secondary cutting edges)４６及び５４との交差部において画定される。第２ラジアス切削エッジ４６及び５４はそれぞれ、概して、頂面３２と側面３６及び４０との交差部において画定される。第３切削エッジ４８及び５６は、概して、頂面３２と側面３８及び４２との交差部において画定される。より具体的には、第２ラジアス切削エッジ４６及び５４は、ラジアス上方エッジ(radiused upper edges)７０及び７２と第３切削エッジ４８及び５６とが交差することにより形成される。第３切削エッジ４８の第１ラジアス切削エッジ４４に最も近い部分は、切削用インサート３０が下降作業（工具が工作物（図示せず）に沿って進行するにつれて軸方向の切削深さが増加する作業と定義）を行う際に使用される。一方、第３切削エッジ４８及び５６の第１切削エッジ４４及び５２から遠位にある残りの部分は、工作物の切削に関与しない後方エッジである。第３切削エッジ４８は、第２切削エッジ４６に対し、９０°よりも小さい角度（例えば、およそ４５°〜およそ８５°の角度）を成す。切削用インサート３０の残りのエッジは、遷移エッジ４９及び５７と定義され、これらの遷移エッジ４９及び５７は、図では丸みがつけられているが、あらゆる所望の製造可能な形状（例えば、面取りした角、尖った角など）としても概念を満たす。また、これらの遷移エッジ４９及び５７は外周逃げすくい面(radial relief rake face)５０及び５８を含むことに留意されたい。概して、これらの遷移エッジ４９及び５７はそれぞれ、頂面３２と側面４０及び４２との角交差部において画定される。外周逃げすくい面５０及び５８は、頂面３２に関して以下に論じるように、フライス加工作業中に形成されるチップを効果的に排出するのに用いられる。

図５〜図８に示されているように、切削用インサート３０は、必ずしもというわけではないが、上述した切削エッジ、外周逃げすくい面、及びその他の特徴を、対角線上に対向する角に含むのが好ましい。従って、切削用インサート３０は、第１切削エッジ４４及び５２を通る線又は外周逃げすくい面５０及び５８を通る線に沿って鏡面対称である。切削用インサート３０は、このように鏡面対称であることによって、２回使用してから廃棄することができる。例えば、１つの角における第１切削エッジ４４が使用不可能となったら、切削用インサート３０は、インサート・ポケット２０から取り外され、１８０°回転され、インサート・ポケット２０に再配置されることによって、２つ目の第１切削エッジ５２でフライス加工作業を行う。

図５及び図６を参照すると、インサート・ポケット２０における切削用インサート３０の差し込み及び取り外しを容易にするために、切削用インサート３０には皿穴６０が設けられている。突出ボス２８は、インサート・ポケット２０と通じるねじ穴６２（図２）を含む。このねじ穴６２は、切削用インサート３０がインサート・ポケット２０に適切に取り付けられると、切削用インサート３０の皿穴６０と実質的に位置合わせされる。このねじ穴６２は、皿穴６０に配置されたねじ６４（例えば、リテーナねじなど）を螺合により受容するようにサイズ合わせ且つ配置され、これによって、切削用インサート３０は、しっかりと、しかし取り外し可能に、インサート・ポケット２０に取り付けられる。突出ボス２８はインサート・ポケット２０の底面２２から外側に延出しているので、従来のインサート・ポケットに比べると、リテーナねじ６４の長さをこの突出ボス２８の高さの分だけ短くすることができる。このリテーナねじ６４は、突出長さが短くなることによって、従来のフライスと比べると、高速フライス加工作業中、より少ない曲げモーメントで作動する。

図５及び図６に見られるように、切削用インサート３０の頂面３２は、金属工作物（例えば、アルミニウムなど）の高速フライス加工作業用に設計された凹形をしている。このように頂面３２が凹形をしていることによって、切削用インサート３０は、インサート・ポケット２０に取り付けられた際に、有効外周すくい角を約１５°〜約３５°とすることができる。具体的には、切削用インサート３０の頂面若しくはすくい面３２は、第１切削エッジ４４、第２切削エッジ４６、及び第３切削エッジ４８から延びる、下方に傾斜した第１すくい面３２ａを含む。第１すくい面３２ａは、寛容なラジアス遷移ブレンド(radius transition blend)３２ｂに接し、このラジアス遷移ブレンド３２ｂは、上方に傾斜した第２すくい面３２ｃへ遷移する。ラジアス遷移ブレンド３２ｄは、底面３４にほぼ平行な第３すくい面３２ｅへ遷移する。切除される工作物材料への効果は、切削エッジ４４、４６、４８によって囲まれたすくい面３２ａ、３２ｃ、３２ｅ及び遷移ブレンド３２ｂ、３２ｄの相対位置によって異なる。例えば、浅い切削（軸方向の切削深さが小さい）では、チップ荷重がより高くなる傾向にあり、第１すくい面３２ａが深いほど剪断動作が続け易い。切削深さが大きくなるにつれて、チップ荷重は弱まる傾向にある。第１すくい面３２ａが下降していることによって、材料は積極的に剪断され続け、第２すくい面３２ｃ及び第３すくい面３２ｅによって、この切削材料は確実にインサート・ポケット２０の領域から出て行く。従って、切削用インサートのこのような形状寸法により、より低い送り速度（チップ荷重／歯）におけるより深い切削（軸方向の切削深さが大きい）であってもチップが十分に流れていき、インサートの断面厚さが不利益に薄くされることもない。外周逃げすくい面５０は、下方に傾斜しているという点では、第１すくい面３２ａに似ている。しかしながら、頂面３２が複合設計であるため、外周逃げすくい面５０は、第２ラジアス切削エッジ４６、遷移エッジ４９、及び第３切削エッジ４８によって定められる境界からの遷移が、第１すくい面３２ａよりもはるかに寛容でなければならない。軸方向の切削深さが最大である状態において、工作物から切除された材料が第１すくい面３２ａを通過すると、この材料は、前記（外周逃げすくい面５０の）領域に堆積して、受容不可能な工作物チップ形態を生じさせ、且つ／又は第３切削エッジ４８の非切削部分及び遷移エッジ４９を壊滅的に変形させる傾向がある、ということが教示されている。切削用インサート３０の底面３４は実質的に平面であるため、切削用インサート３０は、第１ラジアス切削エッジ４４及び第２ラジアス切削エッジ４６において厚さが最も厚く（且つ高さが最も高く）、このような構造は、高速フライス加工作業中に切削用インサート３０に生じる応力に耐えるのに最も適している。

図７及び図８に見られるように、必ずしもというわけではないが、側面３６及び４０はそれぞれ、底面３４から延びる傾斜平面６６及び６８を含むのが好ましい。これらの傾斜平面６６及び６８はそれぞれ、ラジアス上方エッジ７０及び７２を含む。傾斜平面６６及び６８は、第２切削エッジ及び第３切削エッジがそれぞれインサート・ポケットの側面２６及び２４に沿って接するように切削用インサート３０をインサート・ポケット２０に位置付けるための第１逃げ面(relief surface)として機能する。当業界ではよく使用されているが、ラジアス上方エッジ７０及び７２によって、工作物に対し９０°の円柱壁が形成し易くなる。

図８に見られるように、皿穴６０に対向して、底面３４から切削用インサート３０内部に延びる穴７６があり、この穴７６の直径は、突出ボス２８（図２）の皿穴６０の直径よりもわずかに大きい。この穴７６の深さは、突出ボス２８の高さよりもわずかに大きいのが好ましい。このため、突出ボス２８が切削用インサート３０の穴７６内に配置されると共に、切削用インサート３０の底面３４がインサート・ポケット２０の底面２２と係合するようにして、切削用インサート３０をインサート・ポケット２０に取り付けることができる。さらに、フライス加工作業中に切削エッジ４４、４６、４８が使用されている場合には、切削用インサート３０の側面３８及び６８がそれぞれ、インサート・ポケット２０の側面２４及び２６と係合することによって、切削用インサート３０はインサート・ポケット２０にしっかりと固定される。同様に、フライス加工作業中に切削エッジ５２、５４、５６が使用されている場合には、切削用インサート３０の側面４２及び６６がそれぞれ、インサート・ポケット２０の側面２４及び２６と係合することによって、切削用インサート３０はインサート・ポケット２０にしっかりと固定される。

図１〜図８に示されたフライス１０の実施形態では、フライス１０は、２つの切削用インサート３０を、互いに対して約１８０°の向きで、それぞれのインサート・ポケット２０に取り付けることができる。しかし、当然のことながら、本発明のフライスは、インサート・ポケット２０に取り付けることのできる切削用インサート３０の数に制限されず、本発明は、フライスの材料特性の物理的制約にのみ制限されたあらゆる所望の数の切削用インサートを用いて実施することができる。例えば、図９に示されているように、フライス１００は、フライス１０と同様に、前部１１４及び遷移面１１６を含む。しかしながら、このフライス１００は、フライス１０と異なり、３つの切削用インサート１３０をそれぞれのインサート・ポケット１２０に取り付けるように設計されている。

上述したように、本発明のフライス１０及び１００は、切削用インサート３０の穴７６と組み合わせて用いる、突出ボス２８から成る第２の安全機構を提供し、これにより、切削用インサート３０を高速フライス加工作業に使用することができる。さらに、本発明のフライス１０及び１００は、更なる材料（即ち、ボス２８）に係合されず且つ包囲されない、従来のフライスに比べて突出長さの短いリテーナねじ６４を提供し、これにより、このリテーナねじ６４は、高速フライス加工作業中、より少ない曲げモーメントで作動することができる。

本明細書中で言及した文献、特許、及び特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。

本発明をその様々な実施形態に関して具体的に説明してきたが、当然のことながら、これは例示目的であって限定目的ではなく、添付の特許請求の範囲は従来技術の最大許容範囲で解釈されるべきである。

本発明の一実施形態によるフライスの斜視図である。 図１のフライスの、切削用インサートを取り外した場合における拡大斜視図である。 図１のフライスの立面図である。 図１のフライスの頂面図である。 本発明の一実施形態による切削用インサートの斜視図である。 図５の切削用インサートの頂面図である。 図５の切削用インサートの立面図である。 図５の切削用インサートの底面図である。 本発明の別の実施形態によるフライスを示す図である。

Claims (16)

1. 突出ボスを備えたインサート・ポケットを有するシャンクと、
   頂面、底面、及び側面を有する少なくとも１つの切削用インサートであって、前記突出ボスを受容することのできる凹部を前記底面に含むことによって前記インサート・ポケットに取り付けられる少なくとも１つの切削用インサートと、
   を備える、高速フライス。
2. 前記少なくとも１つの切削用インサートが、前記頂面と前記側面のうちの２つとの交差部において形成された第１ラジアス切削エッジをさらに備える、請求項１に記載の高速フライス。
3. 前記少なくとも１つの切削用インサートが、前記頂面と前記側面のうちの１つとの交差部において形成された第２ラジアス切削エッジをさらに備える、請求項１に記載の高速フライス。
4. 前記少なくとも１つの切削用インサートが、前記頂面と前記側面のうちの１つとの交差部において形成された第３切削エッジをさらに備える、請求項１に記載の高速フライス。
5. 前記突出ボスが、リテーナねじを受容することのできるねじ穴をさらに含み、高速フライス加工作業中に前記リテーナねじにかかる曲げモーメントを軽減する、請求項１に記載の高速フライス。
6. 前記少なくとも１つの切削用インサートが、前記インサート・ポケットに取り付けられた際に、およそ１５°〜２５°の軸方向のすくい角を成す、請求項１に記載の高速フライス。
7. 前記少なくとも１つの切削用インサートが、前記インサート・ポケットに取り付けられた際に、約１５°〜約３５°の有効外周すくい角を成す、請求項１に記載の高速フライス。
8. 切削用インサートを受容するためのインサート・ポケットを備えたシャンクを有する高速フライス用の切削用インサートであって、
   頂面、底面、及び側面と、
   前記頂面と２つの前記側面との交差部において画定された第１ラジアス切削エッジと、
   前記頂面と前記側面のうちの１つとの交差部において画定された第２ラジアス切削エッジと、
   前記頂面と前記側面のうちのもう１つとの交差部において画定された第３切削エッジと、
   を備える、前記切削用インサート。
9. 前記頂面によって、前記切削用インサートが、前記インサート・ポケットに取り付けられた際に、約１５°〜約３５°の正の外周すくい角を成すことのできる、請求項８に記載の切削用インサート。
10. 前記頂面が、前記第１ラジアス切削エッジ、前記第２ラジアス切削エッジ、及び前記第３切削エッジから延びる、下方に傾斜した第１すくい面を含む、請求項９に記載の切削用インサート。
11. 前記頂面が、前記第１ラジアス切削エッジに近接したラジアス遷移ブレンドから延びる、上方に傾斜した第２すくい面を含む、請求項１０に記載の切削用インサート。
12. 前記下方に傾斜した第１すくい面が、剪断動作及び前記インサート・ポケットからのチップの除去を容易にする、請求項１０に記載の切削用インサート。
13. 第３すくい面が、前記底面にほぼ平行である、請求項９に記載の切削用インサート。
14. 前記側面が、ラジアス上方エッジを含む傾斜平面を含む、請求項９に記載の切削用インサート。
15. 前記頂面に皿穴をさらに備え、該皿穴に対向して前記底面に該皿穴よりも大きな穴をさらに備える、請求項９に記載の切削用インサート。
16. 前記穴が、前記インサート・ポケットに位置する突出ボスを受容することのできる、請求項１４に記載の切削用インサート。

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