JP2009226533A

JP2009226533A - クリスマスカッタ

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Publication number: JP2009226533A
Application number: JP2008074494A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Azegami; 貴行畔上; Hiromitsu Tanaka; 洋光田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP5151592B2

Abstract

【課題】クリスマスカッタにおける特に切刃が凹凸しつつ外径が大きくなる部分の後端側において、カッタ本体強度や剛性、あるいは切刃が凸となる部分のバックメタルを確保して、加工精度を維持するとともにカッタ本体や切刃に損傷が生じるのを防ぐ。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるカッタ本体１の先端部外周に形成された切屑排出溝５のカッタ回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部に、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い軸線Ｏに対する径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃４が形成された切刃部３を有し、この切刃部３において、心厚円の直径が軸線Ｏ方向後方側に向かうに従い漸次大きくなる心厚テーパ部６を形成するとともに、この心厚テーパ部６における心厚円と切刃４のうち径方向内周側に凹となる複数段の凹底部７との径方向の間隔Ｈを略一定とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばガスタービン等のタービン翼を取り付ける取付溝を回転軸に形成するクリスマスカッタに関するものである。

総形カッタの一種であるこのようなクリスマスカッタは、例えば特許文献１、２に記載されているように、軸線回りに回転されるカッタ本体の先端部外周に形成された切屑排出溝のカッタ回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に、この軸線方向後端側に向かうに従い該軸線に対する径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃が形成されたものであり、上述のようにガスタービン等の回転軸に断面逆クリスマスツリー形の取付溝を形成したりするのに用いられる。
特開平１１−２６７９１６号公報特開２００１−１９８７２２号公報

ところで、これら特許文献１、２に記載されたクリスマスカッタでは、切刃が軸線方向後端側に向けて径方向に複数段に凹凸する部分において、カッタ本体の軸線を中心として切屑排出溝の溝底面に接する心厚円の直径が、軸線方向後端側に向かうに従い一定の心厚テーパをなすようにして漸次拡径しているのに対し、切刃が径方向内周側に凹となる部分の最も底となる箇所すなわち凹底部は、複数段の凹底部を結んだ直線が上記心厚テーパよりも大きな傾斜で後端側に向かうに従い外周側に向かうようにされている。

しかしながら、このような従来のクリスマスカッタでは、軸線方向後端側に向かうほど径方向に凹凸する切刃から心厚円までの切屑排出溝の溝深さが大きくなるため、この後端側で心厚円の直径を十分に確保することができず、カッタ本体の強度や剛性が損なわれて切削時に振動が生じることにより加工精度が損なわれたり、場合によってはカッタ本体の折損を招くおそれがある。また、このように切屑排出溝が深くなると、この切屑排出溝が一般的な径方向外周側に向かうに従い溝幅が大きくなるものである場合には、特に切刃が径方向に凸となる部分で、そのカッタ回転方向後方側に連なるカッタ本体の肉厚、いわゆるバックメタルが小さくなり、このような部分で切刃に強度不足による欠損が生じたりするおそれもある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のようなクリスマスカッタにおける特に切刃が凹凸しつつ外径が大きくなる部分の後端側において、カッタ本体強度や剛性、あるいは切刃が凸となる部分のバックメタルを確保して、加工精度を維持することができるとともにこれらカッタ本体や切刃に損傷が生じるのを防ぐことが可能なクリスマスカッタを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるカッタ本体の先端部外周に、上記軸線方向に延びる切屑排出溝が形成されるとともに、この切屑排出溝のカッタ回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に、上記軸線方向後端側に向かうに従い該軸線に対する径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃が形成された切刃部を有するクリスマスカッタであって、上記切刃部においては、上記軸線上に中心を有して上記切屑排出溝の溝底面に接する上記カッタ本体の心厚円の直径が上記軸線方向後方側に向かうに従い漸次大きくなる心厚テーパ部が形成されるとともに、この心厚テーパ部における上記心厚円と上記切刃のうち上記径方向内周側に凹となる複数段の凹底部との径方向の間隔は略一定とされていることを特徴とする。

従って、このようなクリスマスカッタでは、切刃が軸線方向後端側に向かうに従い径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃部において、上記心厚テーパ部にあっては心厚円と切刃のうち径方向内周側に凹となる複数段の凹底部との径方向の間隔が略一定とされていて、すなわちこの切刃の凹底部から切屑排出溝の溝底までの溝深さが略一定とされるので、切刃部の形状、寸法が同じならば上記従来のクリスマスカッタに比べて後端側における心厚円の直径を大きくすることができる。また、こうして心厚円の直径が大きくなることにより、切屑排出溝が径方向外周側に向かうに従い溝幅が大きくなるものであっても、この溝幅が大きくなる割合が同じならば、従来のクリスマスカッタに比べて特に切刃が径方向外周側に凸となる部分で溝幅が大きくなりすぎるのを防ぐことができる。

このため、上記構成のクリスマスカッタによれば、心厚円の直径を大きくできることによってカッタ本体の強度や剛性を確保することができ、切削時の振動等を抑えて加工精度の維持、向上を図ることが可能となる。また、こうして強度や剛性が確保されるためにカッタ本体の折損等を防ぐことができるとともに、切刃が径方向外周側に凸となる部分で切屑排出溝の溝幅が大きくなりすぎないために、特にこの凸となる切刃のカッタ回転方向後方側に十分なバックメタルを確保することもでき、当該切刃に欠損等が生じるのも防ぐことができる。

なお、このように切屑排出溝が切刃部の後端側でも凹底部からの溝深さ略一定で溝幅が大きくなりすぎないようにされていても、この後端側では切刃の外径が大きくなるために、周方向に隣接する切刃間の間隔は大きくなる。従って、上述のように切刃の凸となる部分には十分なバックメタルを確保しながらも、切屑排出溝にも十分な溝幅を与えることができ、凹底部までの溝深さは先端側と略一定であっても切屑排出溝に切屑詰まりが生じたりするのは防止することができる。

ここで、この切刃部の切刃の複数段の凹底部と心厚円との径方向の間隔、すなわち該凹底部における切屑排出溝の溝深さは略一定であればよく、必ずしも厳密に一致していなくてもよい。ただし、切刃部の後端側の段においてこの間隔が先端側の段より大きくなりすぎると上記効果を得ることができず、逆に後端側の段でこの間隔が先端側の段より大きくなると、如何に上述のように切屑排出溝に十分な溝幅を与えることができても、溝深さが浅くなりすぎて切屑詰まりを確実に防止するのが困難となるおそれがある。

このため、上記切刃部における上記軸線を含んだ上記カッタ本体の縦断面において、上記心厚テーパ部における心厚円の直径を一定の心厚テーパで上記軸線方向後端側に向かうに従い漸次大きくなるようにした場合には、上記複数段の凹底部を結んだ直線を想定した場合に、この直線が上記心厚テーパに対して±３°の範囲の傾斜で上記軸線方向端側に向かうに従い径方向外周側に向けて延びるように上記間隔を設定するのが望ましく、そのうちでも０°〜＋３°の範囲とされるのがより望ましい。

以上説明したように、本発明のクリスマスカッタによれば、切刃が凹凸しつつ外径が大きくなる切刃部の後端側において、カッタ本体の強度や剛性を確保するとともに、特にこのうち切刃が径方向外周側に凸となる部分のカッタ回転方向後方側のバックメタルも確保することができ、振動等を防いで加工精度の向上を図るとともに、カッタ本体や切刃に損傷が生じるのを防止し、安定的かつ円滑な切削加工を促すことが可能となる。

図１ないし図６は、本発明のクリスマスカッタの一実施形態を示すものである。本実施形態においてカッタ本体１は、超硬合金等の硬質材料から形成されて、軸線Ｏを中心とした円柱状をなす該軸線Ｏ方向後端側のシャンク部２と、このシャンク部２の先端側に同軸に配置された切刃部３とから一体構成され、シャンク部２が工作機械の主軸に把持されることにより軸線Ｏ回りにカッタ回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏに垂直な方向に送り出され、切刃部３に形成された切刃４によって例えばガスタービンの回転軸にタービン翼取付用の断面逆クリスマスツリー形の取付溝を形成してゆく。

ここで、切刃部３は、その外形が軸線Ｏを中心としてその後端側に向かうに従い漸次拡径する概略円錐台状をなしており、ただしその円錐状をなす外周面には軸線Ｏを中心とした環状をなす断面略Ｕ字状あるいはＶ字状の凹溝が該軸線Ｏ方向に複数（本実施形態では３つ）、略等間隔をあけて形成されている。そして、これらの凹溝は、軸線Ｏからその溝底までの間隔が後端側の凹溝ほど大きくなるようにされており、これによりこの切刃部３の外周面は軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い該軸線Ｏに対する径方向に凹凸しながら全体として拡径するクリスマスツリー状とされている。

さらに、この切刃部３の外周には、上記軸線Ｏ方向に延びる切屑排出溝５が周方向に間隔をあけて複数条（本実施形態では５条）形成されており、これらの切屑排出溝５のカッタ回転方向Ｔ側を向く壁面の外周側辺稜部に、上記切刃４が形成されている。従って、切屑排出溝５の上記壁面はこの切刃４のすくい面とされるとともに、切刃部３の外周面は該切刃４の逃げ面とされて切刃４からカッタ回転方向Ｔ後方側に向かうに従い径方向内周側に向かうように逃げ角が与えられ、切刃４は上述のようにクリスマスツリー状をなすこの外周面に倣って軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い軸線Ｏに対する径方向に複数段に凹凸しつつその外径が全体として大きくなるように形成される。

なお、この切刃部３の最後端部外周は、最後端の上記凹溝の後端側に連なって外径が一定の円筒面状に形成されていて、この外径はシャンク部２の外径よりも大きくされており、切屑排出溝５は、切刃部３の先端から後端側に向けてこの最後端部を貫通して、シャンク部２の外周面よりも外周側に開口するように、かつすべての上記凹溝よりも径方向内周側に深くまで彫り込まれるように形成されている。また、この切屑排出溝５は、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いカッタ回転方向Ｔ後方側に僅かに捩れるように形成されており、これにより切刃４にも軸線Ｏに対して正の捩れ角が与えられている。

さらに、切屑排出溝５は、その溝底に接する軸線Ｏを中心としたカッタ本体１の心厚円Ｃの直径が、図２に示すように切刃部３の先端から軸線Ｏ方向において最初の凹溝の溝底までの間は一定となるように、またこれよりも後端側では漸次拡径するように形成されており、この心厚円Ｃの直径が拡径する部分が切刃部３の心厚テーパ部６とされている。なお、この心厚テーパ部６において上記心厚円Ｃの直径は、一定の心厚テーパで後端側に向かうに従い漸次拡径するようにされており、従って切屑排出溝５の溝底は、軸線Ｏを含む断面において該軸線Ｏに対し一定の傾斜角αをなす直線状とされる。

なお、この切屑排出溝５は、軸線Ｏに直交する断面においては図３ないし図６に示すように、すくい面とされる上記カッタ回転方向Ｔを向く壁面が切刃４からカッタ回転方向Ｔ後方側に僅かに凹となる凹曲線を描きつつ径方向内周側に向かい、溝底側でさらに曲率半径の小さな凹曲線をなして上記心厚円Ｃに接した後、カッタ回転方向Ｔに向けて径方向外周側に延びて、このカッタ回転方向Ｔ側に隣接する切刃４の逃げ面とされる外周面に連なるようにされている。

そして、切刃部３の上記心厚テーパ部６においては、上述のように軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃４のうち、上記凹溝部分に形成された切刃４の最も径方向内周側に位置する凹底部７は、この凹底部７よりも径方向内周側に位置することになる上記心厚円Ｃとの径方向の間隔Ｈ、すなわち切刃４の該凹底部７における溝深さが、複数段（本実施形態では３段）形成された凹溝部分の凹底部７同士で互いに略一定となるようにされている。

より詳しくは、本実施形態では、３段の凹溝部分の凹底部７のうち軸線Ｏ方向最先端の凹底部７は心厚円Ｃの直径が拡径し始める心厚テーパ部６の最先端にあって、これより後端側の凹底部７はそれぞれ軸線Ｏ方向に順次等間隔をなして軸線Ｏからの半径が大きくなるようにされている。そして、軸線Ｏを含む断面においてこれら切刃４の凹底部７は図２に破線で示す仮想直線Ｌ上に位置するようにされて、この仮想直線Ｌが軸線Ｏに対してなす傾斜角βが心厚テーパ部６の上記傾斜角（心厚テーパ）αに対して、望ましくは等しく、少なくとも±３°の極小さな範囲となるように設定されている。ただし、本実施形態では上述のように切刃４に捩れ角が与えられているため、上記仮想直線Ｌも実際には螺旋状を呈することになるが、この仮想直線Ｌは図２に示したような切刃４の軸線Ｏ回りの回転軌跡における凹底部７を結んだ直線としてその傾斜角βを設定すればよい。

上記構成のクリスマスカッタでは、このように切刃部３の心厚テーパ部６において切刃４が径方向内周側に凹となるその凹底部７と心厚円Ｃとの径方向の間隔Ｈが、複数の凹底部７同士の間で略一定とされており、この間隔すなわち凹底部における切刃からの切屑排出溝の溝深さが軸線方向後端側に向かうに従い大きくなるようにされた従来のクリスマスカッタに比べ、切刃部３の後端側における心厚円Ｃの直径を大きく確保することができる。このため、この切刃部３においてカッタ本体１の剛性や強度を向上させることができるので、切削時にカッタ本体１の振動が生じて加工精度が損なわれたり、カッタ本体１に折損が生じたりするのを防いで、安定的かつ円滑で高精度の切削加工を促すことが可能となる。

また、このように心厚円Ｃの直径が大きく確保されることができることにより、切刃部３の後端側では切屑排出溝５全体としての溝深さは浅くなるので、切屑排出溝５の軸線Ｏに直交する断面形状が同じであれば、従来と比べてこの切屑排出溝５によりカッタ本体１が切り欠かれる部分も小さくすることができる。従って、これによってもカッタ本体１の剛性や強度の向上を図ることができるとともに、特に上記凹溝の間の切刃４が径方向外周側に凸となる部分においては、切屑排出溝５の溝幅が大きくなりすぎるのを防いで、切刃４のカッタ回転方向Ｔ後方側に大きな肉厚すなわちバックメタルをカッタ本体１に確保することができるので、このような部分における切刃４の欠損等も防止することができ、カッタ寿命の延長を図ることが可能となる。

その一方で、このように切刃部３の後端側において切屑排出溝５の溝幅が大きくなりすぎるのが防がれていても、上述のように切刃４の外径が後端側に向かうに従い径方向に凹凸しながら全体的に大きくなるクリスマスカッタにおいては、この切刃部３の後端側では周方向に隣接する切刃４間の間隔が自ずと大きくなるので、切屑排出溝５に必要な大きさの容量は十分に確保することができる。このため、凹底部７と心厚円Ｃとの間隔Ｈを等しくしても、切刃部３の後端側で切屑詰まりが生じたりするのは防ぐことができ、円滑な切屑排出性を維持することができる。

ところで、これら複数段の凹溝における切刃４の凹底部７と心厚円との上記間隔Ｈは、すべて等しく、すなわち心厚テーパ部６の傾斜角（心厚テーパ）αと仮想直線Ｌの傾斜角βとが等しくされるのが望ましいが、上述のように傾斜角βが傾斜角αに対して±３°であればよい。すなわち、傾斜角βがこの範囲よりも傾斜角α対して大きいと、従来のクリスマスカッタと同様になって相対的に切刃部３の後端側で上記間隔Ｈが大きくなり、上述のような効果を得ることができなくなるおそれがある。また、この後端側で間隔Ｈを適当に設定すると、切刃部３の先端側で切刃４の凹底部７と心厚円Ｃとの間隔Ｈが小さくなりすぎて円滑な切屑排出が望めなくなるおそれがある。ただし、このうちでも特に上記傾斜角α、βの差α−βが負であると、カッタ本体１の大きさ等によっては後端側で凹底部７と心厚円Ｃとの間隔Ｈが小さくなりすぎるおそれもあるので、上記の範囲のうちでも０〜＋３°の範囲であればより望ましい。

一方、逆に傾斜角βが傾斜角αに対して小さすぎると、切刃部３の先端側で切刃３の凹底部７と心厚円Ｃとの間隔Ｈを適正に設定した場合には、後端側で間隔Ｈが小さくなりすぎて切屑排出性が損なわれるおそれがあり、後端側で間隔Ｈを適正に設定した場合には、先端側で間隔Ｈが大きくなって相対的に心厚円Ｃの直径が小さくなり、切刃部３の剛性や強度を確保することができなくなるおそれがある。

本発明の一実施形態のクリスマスカッタの斜視図である。図１に示す実施形態の軸線Ｏを含む縦断面図である。図２におけるＷＷ断面図である。図２におけるＸＸ断面図である。図２におけるＹＹ断面図である。図２におけるＺＺ断面図である。

符号の説明

１カッタ本体
３切刃部
４切刃
５切屑排出溝
６心厚テーパ部
７切刃４の凹底部
Ｏカッタ本体１の軸線
Ｔカッタ回転方向
Ｃ心厚円
Ｈ凹底部７と心厚円Ｃとの径方向の間隔
α 心厚テーパ部６における心厚テーパの軸線Ｏに対する傾斜角
β 複数段の凹底部７を結ぶ仮想直線Ｌの軸線Ｏに対する傾斜角

Claims

軸線回りに回転されるカッタ本体の先端部外周に、上記軸線方向に延びる切屑排出溝が形成されるとともに、この切屑排出溝のカッタ回転方向を向く壁面の外周側辺稜部に、上記軸線方向後端側に向かうに従い該軸線に対する径方向に複数段に凹凸しつつ外径が大きくなる切刃が形成された切刃部を有するクリスマスカッタであって、上記切刃部においては、上記軸線上に中心を有して上記切屑排出溝の溝底面に接する上記カッタ本体の心厚円の直径が上記軸線方向後方側に向かうに従い漸次大きくなる心厚テーパ部が形成されるとともに、この心厚テーパ部における上記心厚円と上記切刃のうち上記径方向内周側に凹となる複数段の凹底部との径方向の間隔は略一定とされていることを特徴とするクリスマスカッタ。
上記切刃部における上記軸線を含んだ上記カッタ本体の縦断面において、上記心厚テーパ部における上記心厚円の直径は一定の心厚テーパで上記軸線方向後端側に向かうに従い漸次大きくされるとともに、上記複数段の凹底部を結んだ直線は上記心厚テーパに対して±３°の傾斜で上記軸線方向端側に向かうに従い径方向外周側に向かうように延びていることを特徴とする請求項１に記載のクリスマスカッタ。