JP2010142925A - 総型回転切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】総型回転切削工具の切削加工時の破損を抑制する。
【解決手段】総型回転切削工具は、シャンク部１と、シャンク部１に軸心方向に沿って連結された刃部２とを有する。刃部２は、複数の凸状切れ刃７と凹状切れ刃９を有する。凸状切れ刃７は、軸心４に垂直な刃先径方向に張り出すように形成され、最大刃先径が刃部２の先端に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成される。凹状切れ刃９は、互いに軸心方向に隣接する凸状切れ刃７の間に形成される。刃部２には、軸心方向に延びて軸心を通り刃先径が最も小さい第３凹状切れ刃９ｃ位置の軸心４をその軸心方向に貫通する補強棒用穴１１が形成される。補強棒１２は、補強棒用穴１１に嵌合されて、軸心方向に延びて刃部２よりも強度が高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、凹状および凸状切れ刃を備えた総型回転切削工具に関する。

タービンの羽根車をタービン軸に取り付けるための構造として、タービン軸の外周部に形成された多数の断面クリスマスツリー状のツリー溝（メス溝）に、オス溝が形成されたタービン羽根車の羽根を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。このように複雑な溝形状を形成することで、羽根車とロータとの接触面積を大きくして、タービンの回転中に羽根車に作用する遠心力に耐えられるように構成されている。

タービン軸の外周部に形成されたツリー溝（メス溝）は、例えば特許文献１に開示されているように、溝中心に対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように、溝深さ方向において、溝幅が増減しながら徐々に小さくなるように形成されている。ここで溝深さ方向は、タービン軸の径方向で、溝幅方向は、溝深さ方向にほぼ垂直な方向である。

このような複雑な溝形成は、溝の輪郭と同じ輪郭が形成された刃部を有する総型回転切削工具を用いた切削加工により行われている。

ところが、逆クリスマスツリー溝の形状は、溝底に近づくにしたがって除々に狭くなっているため、それに応じて、総型回転切削工具の工具径も除々に小さくなる。工具径（刃先径）が小さい部位は、工具径が大きい部位に比べて、強度が低くなる。よって、工具径が小さい部位で破損しやすくなるという問題がある。

この問題を解決する方法として、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているように、切削抵抗を軽減して工具破損を抑制する方法が知られている。
特開２００１−０７１２１０号公報 特開２００７−１７５８３０号公報

ところが、上記例では、切削抵抗を軽減することはできるが、切り屑が刃部と被削材との間に詰まることや異常な振動などによって発生する工具破損を回避することが困難な場合がある。また、刃部の材質を硬いものにすることによって刃部の破損を抑制する場合、工具を複雑な形状に形成することが困難になる。また、切削加工に使用した後に行う再研磨が難しくなることがある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、切削加工時に総型回転切削工具の破損を抑制することである。

上記目的を達成するための本発明に係る総型回転切削工具は、軸心方向に延びたシャンク部と、前記シャンク部に前記軸心方向に沿って連結された刃部の外周に前記軸心周りを回転するように形成されて、それぞれが前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成されて、それぞれの最大刃先径が前記刃部の先端に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、前記軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃と、それぞれが互いに前記軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃の間に形成されて、それぞれが互いに前記軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃と滑らかに連結されて、それぞれの刃先径は隣接する前記凸状切れ刃よりも小さくなるように形成されて、それぞれの最小刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成された複数の凹状切れ刃と、前記刃部の内部に前記軸心方向に延びて前記軸心を通り前記刃先径が最も小さい前記凹状切れ刃位置の前記軸心をその軸心方向に貫通するように形成された補強棒用穴に嵌合されて、前記軸心方向に延びて前記凸状切れ刃および凹状切れ刃よりも高強度な補強棒と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、総型回転切削工具の切削加工時の破損を抑制することが可能になる。

以下、本発明に係る総型回転切削工具の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る総型回転切削工具の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。なお、図１は、凹凸切れ刃６０の輪郭に沿った断面ではなく、軸心４に沿った縦断面を示している。

この総型回転切削工具は、軸心４に沿って連結されたシャンク部１および刃部２を有する。シャンク部１は、フライス盤やマシニングセンタ等の切削加工機（図示せず）の主軸に装着可能に形成されている。また、マシニングセンタのツールマガジン等にも収納することが可能である。刃部２は、焼入鋼等により形成されている。この刃部２に、超硬合金やハイスなどにより形成された切れ刃が、ろう付けされている。この切れ刃は、軸心４を中心に回転しながら、切削対象物を切削する。

また、刃部２には、軸心４に沿って、切れ刃に隣接するように切り屑排出溝（図示せず）が形成されている。切削したときに生成される切り屑は、この切り屑排出溝から排出される。この切り屑排出溝によって、切れ刃の切削点に切り屑が絡まないように、外部に効率よく排出することが可能となる。

切れ刃は、刃先径方向に張り出すように形成された４つの凸状切れ刃７、すなわち、第１凸状切れ刃７ａ、第２凸状切れ刃７ｂ、第３凸状切れ刃７ｃ、および第４凸状切れ刃７ｄを含んでいる。ここで、刃先径方向とは、軸心４に垂直な方向である。

刃部２の先端、すなわち、第４凸状切れ刃７ｄよりも先端側には、先端切れ刃８が形成されている。この先端切れ刃８の輪郭は、先端が略円弧状をなし、第４凸状切れ刃７ｄと滑らかに連結されている。

さらに、第１凸状切れ刃７ａおよび第２凸状切れ刃７ｂの間には、これらの切れ刃よりも刃先径が小さい第１凹状切れ刃９ａが形成されている。この第１凹状切れ刃９ａは、第１凸状切れ刃７ａおよび第２凸状切れ刃７ｂと滑らかに連結されている。第２凸状切れ刃７ｂおよび第３凸状切れ刃７ｃの間には、これらの切れ刃７ｂ、７ｃよりも刃先径が小さい第２凹状切れ刃９ｂが形成されている。第３凸状切れ刃７ｃおよび第４凸状切れ刃７ｄの間には、同様に、第３凹状切れ刃９ｃが形成されている。

第１〜第４凸状切れ刃７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、先端切れ刃８、および第１〜第３凹状切れ刃９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれの稜線が軸心方向に沿って滑らかに連結されて、これらの切れ刃は１枚の凹凸切れ刃６０を形成している。この切れ刃には、切れ刃稜線の輪郭が軸心４に沿った一平面に形成されるストレート刃や、稜線の輪郭が軸心４の周りに捩じられるように形成された右捩れ刃および左捩れ刃などがある。なお、図１では軸心４の左右両側それぞれに１枚の凹凸切れ刃６０の輪郭の一部を示しているが、この凹凸切れ刃６０は、軸心４周りに、複数、例えば２〜４枚の凹凸切れ刃６０を形成してもよい。

第１〜第４凸状切れ刃７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄそれぞれの刃先径は、刃部２の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ第１〜第３凹状切れ刃９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれの刃先径は、刃部２の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されている。すなわち、凸状切れ刃７は、第１凸状切れ刃７ａ、第２凸状切れ刃７ｂ、第３凸状切れ刃７ｃ、第４凸状切れ刃７ｄの順に刃先径が小さくなる。同様に、凹状状切れ刃９は、第１凹状切れ刃９ａ、第２凹状切れ刃９ｂ、第３凹状切れ刃９ｃの順に、刃先径が小さくなる。

ここで、図１では、上記の通り、凹凸切れ刃６０の輪郭全てを示すものではないため、第１凸状切れ刃７ａよりも第２凸状切れ刃７ｂが大きく示されている。

この刃部２は、全体でクリスマスツリーのような形状をなしている。一般的な切削加工機に切削工具が取り付けられるときは、シャンク部１側が刃部２よりも上方にあるように配置される。このため、本実施形態の総型回転切削工具は、切削加工中はクリスマスツリーを逆さにしたような形状をなしている。

このとき、凸状切れ刃７および凹状切れ刃９それぞれの刃先径の代表値は、第１〜第４凸状切れ刃７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄでは軸心４から刃先までの距離が最も大きくなる最大刃先径とし、第１〜第３凹状切れ刃９ａ、９ｂ、９ｃでは軸心４から刃先までの距離が最も小さい最小刃先径としている。

本実施形態の各切れ刃の刃先径は、第１凸状切れ刃７ａ、第２凸状切れ刃７ｂ、第１凹状切れ刃９ａ、第３凸状切れ刃７ｃ、第２凹状切れ刃９ｂ、第４凸状切れ刃７ｄ、第３凹状切れ刃９ｃの順に小さくなっている。

刃部２の内部には、軸心方向に延びて軸心４を通るように形成された補強棒用穴１１が形成されている。この補強棒用穴１１は、刃部２のシャンク部１側が開口して刃部２の先端付近に底部が形成されている。この補強棒用穴１１は、最も刃先径が最も小さい部位、すなわち第３凹状切れ刃９ｃの軸心方向位置を貫通するように形成されている。

この補強棒用穴１１には、刃部２の材質よりも強度の高い、例えば超硬などの合金鋼により形成された補強棒１２が嵌合されている。補強棒用穴１１と補強棒１２との間に形成される隙間は小さいほうが好ましい。なお、補強棒用穴１１および補強棒１２の嵌め合いは、締まりばめとなるように嵌合してもよい。

また、補強棒用穴１１の底部と補強棒１２の先端との間に空洞が形成されないように、補強棒用穴１１の底部と補強棒１２の先端部とが接するまで、補強棒１２を挿入しておくとよい。

以上の説明からわかるように、本実施形態によれば刃先径が最小の部位、すなわち強度が最も低くなる部位を補強することができる。したがって、切削加工中に工具に作用する負荷（切削抵抗）に対して刃部２の強度が向上し、刃先径が小さい部位で刃部２が破損することを抑制することが可能になる。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転切削工具の第２の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態の補強棒１２には、刃部２よりも靭性が高い材質、例えば高速度鋼（ハイス）などを用いている。高速度鋼は、比較的多量のタングステン（Ｗ）に加え、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）を含んだ合金鋼である。一般に、１２００℃前後で焼き入れ、５５０℃前後で焼き戻しをすることにより、到達硬度はＨＲＣ６５前後になる。

切削加工中に、例えば切り屑排出性の一時的な悪化などによって、刃部２表面に亀裂が入るような荷重が突発的に作用することがある。この亀裂が入った状態で切削加工を続けてしまうと、亀裂部位から刃部２が破断することがある。

これに対して、本実施形態によれば、刃部２表面に亀裂が入るような荷重が突破的に作用したときに、刃部２の芯となる補強棒１２が、図２示すように、適度に撓曲することができるように構成されている。補強棒１２が撓曲している間に、加工を停止して、工具交換等の処置を行うことで、刃部２の破断を回避することが可能となる。したがって、より安全に切削加工を行うことが可能となる。

［第３の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転切削工具の第３の実施形態について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図であって、（ａ）は先端側刃部２２とシャンク側刃部２１が連結された状態を示し、（ｂ）は先端側刃部２２とシャンク側刃部２１が分割された状態を示している。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、図３に示すように、刃部２がシャンク側刃部２１および先端側刃部２２に分割可能に構成されている。図３の例では、第３凸状切れ刃７ｃと第３凹状切れ刃９ｃとの間に、軸心方向に垂直な分割面が形成されている。

先端側刃部２２の分割面には、この分割面に開口部が形成されて、この開口部から刃部２先端側に向かって軸心方向に延びた第１同軸穴２４が形成されている。この第１同軸穴２４には、補強棒１２が第１の実施形態と同様に、嵌合されている。なお、第１同軸穴２４と補強棒１２との嵌め合いは、締りばねでもよい。第１同軸穴２４に嵌合された補強棒１２のうち、先端側刃部２２の分割面から突出している部位には、雄ねじ部１２ａが形成されている。

同様に、シャンク側刃部２１の分割面には、この分割面に開口部が形成されて、この開口部からシャンク部１に向かって軸心方向に延びた第２同軸穴２３が形成されている。この第２同軸穴２３には、雌ねじ部２３ａが形成されている。この雌ねじ部２３ａと、補強棒１２に形成された雄ねじ部１２ａとが螺嵌されて、シャンク側刃部２１と先端側刃部２２が連結される。

刃部２は、刃先径がシャンク部１側から先端側に向かって増減を繰り返しながら除々に小さくなる凹凸切れ刃６０が形成されているため、先端側刃部２２の強度はシャンク側刃部２１の強度に比べて低い。このため、先端側刃部２２は、切削加工中に破損する可能性が、シャンク側刃部２１に比べて高くなる。

本実施形態によれば、刃部２が分割可能であるため、例えば、切削加工中に先端側刃部２２が破損したときに、すぐに別の先端側刃部２２に交換することが可能である。すなわち、工具破損が生じたときに、分割された刃部２のうち、破損部分がある側のみを交換することが可能になる。

したがって、工具破損が生じたときに工具全体を交換する必要がなくなるため、工具交換に伴うコストを抑制することが可能となる。

［第４の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転切削工具の第４の実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

凹凸切れ刃６０のような複雑な形状の切れ刃を有する総型回転切削工具は、切削加工中に工具の外側から切削油を供給するだけでは、切削油を効率よく切削点に供給できない可能性がある。

本実施形態では、図４に示すように、刃部２の内部に、切削油流通路４１が形成されている。この切削油流通路４１は、刃部２の外周表面に開口部が形成されて、この開口部から切削加工機の切削油供給装置４２と連通されている。さらに、この切削油流通路４１は、刃部２の内部の軸心４側から、刃部２外周側に向かうように形成されている。

切削油流通路４１の開口部は、凹凸切れ刃６０付近に形成するとよい。これにより、切削点に効率よく切削油を供給することができる。また、切削後の切り屑をより効率よく排出するために、切り屑排出溝に開口部を形成してもよい。

また、切削油流通路４１は、刃部２の内部の軸心４側から、刃部２の外周側に向かうように形成されている。これにより、工具回転時の遠心力等により、切削油を所定の流速で切削点に到達させることができるため、より効果的に切り屑を排出することが可能になる。

本実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、より切り屑排出性が向上するため、工具破損を抑制し、工具交換を行うまでの時間を長くすることが可能になる。

図４の例では、刃部２の表面に２つの開口部が形成されているが、これに限らない。刃部２の内部で切削油流通路４１を分岐させて１つまたは３つ以上の開口部を形成してもよい。

［第５の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転切削工具の第５の実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の総型回転切削工具の正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、図５に示すように、凹凸切れ刃６０の表面に周方向に沿って形成された複数の波状溝５１が軸心方向に配列されている。この波状溝５１は、例えばラフィングエンドミルなどの切れ刃と同様に、軸心４に垂直な方向から見て波状に形成されている。

この波状溝５１によって、切削抵抗が抑制されて、加工中のびびり振動が生じにくくなる。また、切り屑が細かく分断されるので、切り屑排出性が向上する。

よって、本実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、より切削能率が向上する。

［第６の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転切削工具の第６の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の総型回転切削工具の下面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態の刃部２には、図６に示すように、周方向に沿って軸心４周りに、４枚の凹凸切れ刃６０、すなわち、第１凹凸切れ刃６１、第２凹凸切れ刃６２、第３凹凸切れ刃６３、および第４凹凸切れ刃６４が形成されている。これらの凹凸切れ刃６０は、軸心４から放射状に且つシャンク部１側に向かうように形成されている。

ここで、周方向に隣接する２つの凹凸切れ刃６０、例えば第１凹凸切れ刃６１および第２凹凸切れ刃６２それぞれが軸心４からシャンク部１側に向かう方向同士でなす角度をθ_１２とする。同様に、第２および第３凹凸切れ刃６２、６３により形成される角度をθ_２３とし、第３および第４凹凸切れ刃６３、６４により形成される角度をθ_３４とし、第４および第１凹凸切れ刃６４、６１により形成される角度をθ_４１とする。

本実施形態では、これらの角度θ_１２、θ_２３、θ_３４、およびθ_４１は、互いに異なるように、すなわち、不等ピッチになるように形成されている。

これにより、自励振動が抑制されて、高能率な切削加工を行うことが可能になる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、第４の実施形態の特徴と、第５の実施形態の特徴とを組み合わせて、切り屑排出性およびびびり振動の抑制効果を増大させて、荒加工を行うことも可能である。

本発明に係る第１の実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。 本発明に係る第２の実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。 本発明に係る第３の実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図であって、（ａ）は先端側刃部とシャンク側刃部が連結された状態を示し、（ｂ）は端側刃部とシャンク側刃部が分割された状態を示している。 本発明に係る第４の実施形態の総型回転切削工具の概略縦断面図である。 本発明に係る第５の実施形態の総型回転切削工具の正面図である。 本発明に係る第６の実施形態の総型回転切削工具の下面図である。

符号の説明

１…シャンク部、２…刃部、３…切りくず排出溝、４…軸心、７…凸状切れ刃、７ａ…第１凸状切れ刃、７ｂ…第２凸状切れ刃、７ｃ…第３凸状切れ刃、７ｄ…第４凸状切れ刃、８…先端切れ刃、９…凹状切れ刃、９ａ…第１凹状切れ刃、９ｂ…第２凹状切れ刃、９ｃ…第３凹状切れ刃、１１…補強棒用穴、１２…補強棒、１２ａ…雄ねじ部、２１…シャンク側刃部、２２…先端側刃部、２３…第２同軸穴、２３ａ…雌ねじ部、２４…第１同軸穴、４１…切削油流通路、４２…切削油供給装置、５１…波状溝、６０…凹凸切れ刃、６１…第１凹凸切れ刃、６２…第２凹凸切れ刃、６３…第３凹凸切れ刃、６４…第４凹凸切れ刃

Claims (6)

1. 軸心方向に延びたシャンク部と、
   前記シャンク部に前記軸心方向に沿って連結された刃部の外周に前記軸心周りを回転するように形成されて、それぞれが前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成されて、それぞれの最大刃先径が前記刃部の先端に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、前記軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃と、
   それぞれが互いに前記軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃の間に形成されて、それぞれが互いに前記軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃と滑らかに連結されて、それぞれの刃先径は隣接する前記凸状切れ刃よりも小さくなるように形成されて、それぞれの最小刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成された複数の凹状切れ刃と、
   前記刃部の内部に前記軸心方向に延びて前記軸心を通り前記刃先径が最も小さい前記凹状切れ刃位置の前記軸心をその軸心方向に貫通するように形成された補強棒用穴に嵌合されて、前記軸心方向に延びて前記凸状切れ刃および凹状切れ刃よりも高強度な補強棒と、
   を有することを特徴とする総型回転切削工具。
2. 前記補強棒の靭性は、前記凸状切れ刃および凹状切れ刃の靭性よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の総型回転切削工具。
3. 前記刃部は、軸心に垂直な方向に先端側刃部およびシャンク側刃部に分割可能に構成されて、
   前記先端側刃部の分割面には、前記軸心方向に延びて前記軸心と同軸で前記補強棒が嵌合された第１同軸穴が形成されて、
   前記シャンク側刃部の分割面には、前記軸心方向に延びて前記軸心と同軸で雌ねじが形成された第２同軸穴が形成されて、
   前記第１同軸穴に嵌合された前記補強棒のうち、前記第１同軸穴から突出した部分には雄ねじが形成されて、この雄ねじが前記第２同軸穴の雌ねじに螺嵌するように構成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の総型回転切削工具。
4. 前記刃部の内部に形成されて一方の開口部が前記刃部の外周表面に形成された貫通穴に、切削油が流通可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の総型回転切削工具。
5. 前記凸状切れ刃および凹状切れ刃の表面に周方向に沿って形成された複数の溝が前記軸心方向に配列されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の総型回転切削工具。
6. 前記軸心方向に配列された前記複数の凸状切れ刃および前記凸状切れ刃に前記軸心方向に隣接する前記複数の凹状切れ刃は、１枚の凹凸切れ刃を形成し、
   前記凹凸切れ刃は、前記刃部の周方向に沿って複数配列されて、互いに周方向に隣接する前記凹凸切れ刃同士の、前記刃先径方向に張り出す方向によって形成される角度は、他の周方向に隣接する凹凸切れ刃同士によって形成される前記角度と異なるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の総型回転切削工具。

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