JP2011194565A - フライスカッター及び転削インサート - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、金属切削加工用のフライスカッター及び転削インサートを提供する。
【解決手段】フライスカッターは、回転可能な基体(1)と、複数の刃先交換式の転削インサート(2)とを備える。複数の転削インサートは互いに所定のピッチで周方向に間隔を開ける複数のインサート座に装着される。個々の転削インサートは、上面(13)と、下面(14)と、上面と共に二つ以上の交換可能で、第1の端点と第2の端点との間を一様に延びる切れ刃(18,19)を画定する一つ以上の逃げ面(15,16)を含む。個々の転削インサート(2)の異なる切れ刃(18,19)は、転削インサートの下面(14)に対して異なる高さ位置に配置され、少なくとも一つの転削インサートを刃先交換することによって、転削インサートの切れ刃(18,19)間のピッチを変更する。
【選択図】図6

Description

第1の態様において、本発明は、一方において基体を有し、他方において複数の刃先交換式転削インサートを備える切削加工用のフライスカッターに関する。基体は、中心軸の周りを所望の方向に回転可能であり、前端面及び前端面から軸方向後方に延びると共に中心軸と同心である包絡面を有する。複数の刃先交換式転削インサートは所定のピッチで周方向に離れて配置され、個々の転削インサートは上面と下面と少なくとも一つの逃げ面を含み、逃げ面は上面と共に二つ以上の使用可能な切れ刃を画定し、切れ刃は第1の端点と第2の端点との間で一様に延びる。
第2の態様において、本発明は、転削インサートなどに関する。
この種のフライスカッターは、例えば、鋼、鋳鉄、アルミニウム、チタン、金などの金属の切削加工に適用され得る。また、工具は、異なる種類の複合材料の加工に使用され得る。
ある材料のフライス加工において、ときどき再生型の振動を生じるという問題がある。この現象は、特に、フライス工具が長いときや細いときに生じ、材料(例えば、チタン)の加工を難しくする。好ましくない条件の下において、振動は、フライスカッターや被削材だけでなく、機械や周辺機器にもに大きな損傷を生じさせる。振動の問題を管理するために多く行われている方法は、異なるピッチを有するフライスカッターを使用すること、すなわち、工具の転削インサートがフライスカッター本体の外周に沿って不均等な間隔で配置されるようにすることである。このようにして、多くの場合は、有害な振幅を生じる前に初期の突発的な振動がなくなる。
しかしながら、不等ピッチの転削インサートを有する従来のフライスカッターは、転削インサートが装着されるインサート座の位置によって決まる不変である転削インサート間のピッチのため、制限を有している。この位置は、フライスカッター本体の製造で決まり、後に変更することはできない。しかしながら、突発的な振動は、予期することが難しい複数の複雑な要因、例えば、機械と工具と被削材の動的関係に基づくものである。したがって、好ましくない条件の下において、異なるピッチは、再生型の振動を抑制することに関して、適当ではないかもしれない。上記場合における有害な振動を回避する一時的な方法は、もし可能であるならば、一つ以上の転削インサートを取り外して、インサート間のピッチを変更したり、フィードバックを減らすことである。しかしながら、これは、送り速度を減少させ、フライスカッターの生産性を減少させる。他の方法は、切り込みを減らすことであるが、これは生産性を減少させる。
本発明は、改良されたフライスカッターを提供することによって、周知のフライスカッターの上記問題点を解決することを目的とする。したがって、本発明の第1の目的は、転削インサートの有効な切れ刃間のピッチが、切り込みや転削インサートの数を減らすことなく、すなわち、生産性を悪くする方法を採用することなく、迅速かつ容易に変更できるフライスカッターを提供することである。
本発明によると、上記目的は、独立請求項1に係るフライスカッターによって達成することができる。本発明の好ましい実施形態は従属請求項2〜9に規定されている。
さらに、本発明はフライスカッター用の転削インサートに関する。転削インサートの特徴は、請求項10〜15に示されている。
基体が二つの転削インサートを備えた、正面フライス加工用のフライスカッターの斜視図である。 転削インサートを有しない基体の底面図であり、転削インサートのインサート座が不等ピッチで配置されていることが示されている。 本発明の個々の転削インサートを示す拡大斜視図である。 図3の転削インサートの側面図である。 切れ刃間の有効なピッチを変化させる目的で、異なる刃先位置の転削インサートを示す基体の底面図である。 切れ刃間の有効なピッチを変化させる目的で、異なる刃先位置の転削インサートを示す基体の他の例の底面図である。 同じく切れ刃間の有効なピッチを変化させる目的で、異なる刃先位置の転削インサートを示す基体の他の例の底面図である。 同じく4つの転削インサートを備えたフライスカッターの他の実施形態の斜視図である。 転削インサートを有しない図8に示すフライスカッターの基体の拡大図である。 図8のフライスカッターで使用する転削インサートを示す斜視図である。 同じく図8のフライスカッターで使用する転削インサートを示す側面図である。 同じく図8のフライスカッターで使用する転削インサートを示す他の側面図である。 同じく図8のフライスカッターで使用する転削インサートを示す他の側面図である。 同じく図8のフライスカッターで使用する転削インサートを示す平面図である。 4つの転削インサートの切れ刃間の有効なピッチがどのように変化し得るかを示すフライスカッターの底面図である。 同じく4つの転削インサートの切れ刃間の有効なピッチがどのように変化し得るかを示すフライスカッターの他の底面図である。
より詳細に本発明を説明する前に、全ての図面は簡略化された特徴を示し、発明の原理を明確にする目的で作られている。言い換えると、図面は詳細に使用可能なフライスカッターを示すことを必要としない。
図1〜7による例示されたフライスカッターは、基体1と、外周方向に間隔を開けて配置された複数の交換可能な転削インサート2とを備える。基体1は、中心軸C1の周りを所定方向Rに回転可能であり、前端面3と、前端面3から軸方向後方に延びる包絡面4、例えば、円筒面とを含む。この場合、面3,4は、後方にあって前頭部5より細く長い固定部6に移行する前頭部5に含まれる。言い換えると、図示する工具は相対的に細く長い。例において、転削インサートの数は最小、すなわち2つである。
個々の転削インサート2は、底面8と二つの支持側面9,10とを含むインサート座7(図2参照)に装着される。底面8は、フライスカッターの回転によって転削インサートに生じる接線方向の切削力を受ける。一方、支持側面9は、(後方に向かう)軸方向の切削力を受け、支持側面10は、(内方に向かう)半径方向の切削力を受ける。個々のインサート座7は切り屑ポケットに設けられている。底面8及び支持側面9,10は、例えば平面である。
図2において、二つのインサート座7は、異なるピッチで、より詳細には、二つのピッチ角度αabが180゜ではない角度で基体1に設定されている。したがって、実施例において、ピッチ角度αaは約175゜、ピッチ角度αbは約185゜である。ピッチ角度αabは、二つの半径線r1とr2との間に形成されている。半径線r1とr2は基体の中心軸から延び、一例では、インサート7の底面8に一致する。インサート座は基体1において空間的位置を有するものであり、二つのインサート座7間のピッチが固定され不変であることは明らかである。なお、インサート座7は、半径線r1とr2に一致する底面を有することは必ずしも必要ないということに留意されたい。したがって、個々のインサート座は異なる傾斜(軸方向と半径方向の傾斜、及びポジティブやネガティブの傾斜)で配置され得るが、両方のインサート座の傾斜は同一であるべきである。二つのインサート座間のピッチは、個々のインサート座の基準点間のピッチにより決まり、基体の空間的な傾斜には無関係である。
図1に示すように、転削インサート2はねじ12によってインサート座に固定されている。しかしながら、インサートの固定は他の方法、クランプ又は他の締結手段によって行うことを妨げない。
図3及び4には、個々の転削インサートが拡大して示されている。転削インサートにおいて、上面13、下面14及び四つの側面15,16,17a,17bが含まれている。転削インサートは、細長い形状を有し、二つの位置で刃先位置交換可能である。二つの直径方向で対向する長い側面15,16は、切れ刃18,19を介して上面13に移行する逃げ面を形成する。上面13のすくい面は18a,19aで示されている。示されるように、切れ刃18,19は、直線であり、第1の端点20と第2の端点21との間で延びている。これらの端点で、切れ刃が湾曲したコーナ切れ刃部分に移行する。切れ刃の直線形状は、平面である接続する一対の面15,18a及び16,19aで決まる。個々の切れ刃のすくい面と逃げ面(側面)との間の角度λ、例えば、すくい面18aと逃げ面15との間の角度は、鋭角であり、65゜〜85゜の範囲である。二つの切れ刃18,19は二つの端点の間で一様に延びることに留意されたい。
上面13と下面14との間には、ねじ12用の貫通孔23が延びている。孔の中心軸は、符号12で示される。中心軸C2は転削インサートの中心軸でもあり、例えば、逃げ面15,16の下側稜線と切れ刃18,19は中心軸C2から等距離で離れている。
二つの切れ刃18,19は、主切れ刃であり、面を仕上げるワイパー切れ刃と結合するが、図1〜7に示される実施形態では示されていないことに留意されたい。
更に、図1〜7による例の個々の切れ刃18,19は、下面14(又は下面と個々の逃げ面15,16との間の境界線)に平行であると共に、互いに平行である。また、、逃げ面15,16と平面である下面14との間の角度εは鋭角(例では80゜)である。転削インサートの下面14は平面であるが、セレーション接続面の形状にすることもできる。
本発明による転削インサートの特徴は、二つの切れ刃18,19が、下面14に対して異なる高さH18とH19に配置されているということである。したがって、第1の切れ刃18は、すくい面18aと逃げ面15との間で画定され、第2の切れ刃19が配置される高さH19よりも高い高さH18を有している。より詳細には、類似の基準点、すなわち、二つの切れ刃に沿う選択された基準点は、下面14が配置される平面で異なる高さ位置に配置されている。例えば、転削インサートの刃先交換位置、すなわち、切れ刃18又は切れ刃19が基体に対して半径方向外側に向くようにすることとは無関係に、インサート座7の軸方向後方の支持側面9から、等しい大きさの軸方向距離で配置されている限りにおいて、端点21は互いに類似している。二つの切れ刃18,19間の高さの相違は、変化するが、高さH18はH19よりも少なくとも5%、好ましくは10〜20%大きくされたい。図では、高さの相違は誇張されている。
図5〜7は、本発明の作用及び効果を示している。図5では、二つの転削インサート2が、個々のインサート座7に切れ刃18(及び逃げ面15)が半径方向外側を向くように装着されている。装着された転削インサートを区別するために、図5〜7では、インサートに符号2a,2bがそれぞれ付されている。二つの転削インサートが図5のように配置されるとき、半径線r1と(中心軸を通り転削インサート2aの切れ刃18と交差する)半径想像線r3との間の円弧角γは、半径線r2と(中心軸C1と転削インサート2bの切れ刃18との間の)半径想像線r4との間の円弧角γと等しい大きさになる。これは、個々の転削インサートの切れ刃間のピッチ角度αa1とαb1が、インサート座7(図2参照)間の所定のピッチ角度αaとαbに対応することを意味する。言い換えると、切れ刃間の有効ピッチはインサート座間の所定のピッチに対応する。
図6では、転削インサート2bが内側を向く切れ刃18と、外側を向く切れ刃19及び逃げ面16と、図5における転削インサート2aと共に示されている。これは、半径線r2,r4との間の円弧角δがγより小さくなり、したがって、切れ刃間のピッチ角度αa2は減少し、ピッチ角度αb2は増加する。
インサート座7間の所定のピッチ角度αabは、それぞれ175゜,185゜になり、γは18゜になり、δは10゜になる。したがって、角度αa2は、175−18+10=167゜になり、角度αb2は、193゜になる。言い換えると、切れ刃間の有効ピッチは、角度αa1に対して減少する角度αa2と角度αb1に対して増加する角度αb2とによって変更される。
図7は、切れ刃間のピッチが、逆の方法で変更されることを示す。転削インサート2aは、切れ刃19が外側に向けられ、切れ刃18が内側に向けられており、転削インサート2bは図5と同じ位置にある。これは、角度αa3が175−10+=183になり、角度αb3が177゜に減少することを意味する。
転削インサートが使用されるとき、転削インサートは、最初、図5に従って、すなわち、切れ刃18間のピッチが相違するように(インサート座7間のピッチが相違するように)装着される。仮に、このピッチが誘発する振動を抑制するのにふさわしくない場合、一つの転削インサートを取り外して刃先交換する簡単な方法(すなわち、インサートを180゜回転させる)によって、切れ刃間のピッチが変更され、それによって、角度αaが増加したり、減少したりする(同時に角度αbが増加したり、減少したりする)。したがって、同じフライスカッターによって、転削インサートが基体から取り外されることなく(又は切り込みを小さくすることなく)、素早く、容易に、異なる有効なピッチが得られる。
図8〜16は、四つの転削インサートを備えたフライスカッターの他の実施形態を示す。基体1は、前端において頭部5を支え、後端において固定部6に移行する円筒状部分5aにより形成されている。転削インサート2を収容するために、基体は四つのインサート座7と共に形成されている。インサート座間の所定のピッチは不規則であり、四つのピッチ角度αabcdが互いに異なる。したがって、具体例では、ピッチ角度αaが95゜、ピッチ角度αbが92.3゜、ピッチ角度αcが85゜、ピッチ角度αdが87.7゜である。ピッチ角度を規定する半径線rは、中心軸C1から延び、インサート座がポジティブのラジアルレーキで傾いているため、半径方向外側の境界線に沿ってインサート座7の底面8に接する。
上述したように、図10〜14による転削インサートは、上面13、下面14、二つの逃げ面(側面)15、二つの側面17a,17bと、切り屑を除去する二つの交換可能な一様な切れ刃18,19を含む。個々の切れ刃は、第1の端点20と第2の端点21との間を延びる。基体のインサート座に装着された状態において、第1の端点20は、転削インサートの刃先交換位置とは無関係に、個々のインサート座の軸方向後方の支持側面9に最も接近して配置される。
図10〜14に示される転削インサートと上述した転削インサートとの間の相違は、前者の転削インサートは直線でない切れ刃18,19を含むという点である。したがって、二つの切れ刃18,19は湾曲し(二つの異なる寸法又は座標方向)、最も低い端点から延びている。しかしながら、上述した実施形態と同様に、切れ刃19は切れ刃18に対して低い位置にある。したがって、切れ刃19の第1の(低い位置の)端点20は下面14より高さH2−19の位置にあり、一方、切れ刃18の第1の端点20はより高いH2−18の位置にある。同様に、切れ刃19の第2の(高い位置の)端点21は高さH1−19の位置にあり、切れ刃18の端点21の高さH1−18より低い。更に、二つの切れ刃の低い位置の端点20,20の間の高さの相違は、高い位置の端点21,21の間の高さの相違に等しい。これは、二つの切れ刃18,19が下面14の上で異なる高さに配置されていることを意味する。この原理は、異なる切れ刃が一様で、交換可能であるという条件の下、個々の切れ刃の形状(直線、曲線など)とは無関係に適用される。個々の切れ刃に沿って任意に選択された基準点であっても異なる高さ位置に配置される。したがって、図14では、基準点RP18が示され、切れ刃18の第1の端点20から距離Lに配置されている。類似の基準点RP19、すなわち、第2の切れ刃19に沿って切れ刃19の第1の端点20から距離Lだけ離れた点は、RP18より低い高さに配置されている。
図10〜14による転削インサートは、個々の切り屑を排除する切れ刃18,19と協働する面を仕上げる第2の切れ刃25(ワイパー切れ刃ともいう)を含むということに留意されたい。切れ刃18,19と第2の切れ刃25との間の移行部は、湾曲した切れ刃部22である。
図3及び4と、図10〜14による実施形態において、逃げ面15,16は個々の切れ刃から転削インサートの下面14まで延びている。切れ刃は下面に関して異なる高さ位置に配置されているため、二つの逃げ面の領域が互いに異なっている。従って、逃げ面16は逃げ面15より大きな面積を有している。
図15及び16は、四つの転削インサートの切れ刃間の有効ピッチが、上述した方法においてどのようにして変更されるのかを示す。図15では、四つの転削インサートは、切れ刃18(及び逃げ面15)が半径方向後方を向き、円弧角γが等しい大きさになるように装着されている。これは、切れ刃間の有効なピッチ角度αa1b1c1d1がインサート座7(図9参照)間の所定のピッチ角度αabcdに対応することを意味する。図16において、四つの転削インサートの一つが刃先交換され、(低い位置で示されている)切れ刃19が半径方向外側に向いている。円弧角δはγより小さくなっている。ピッチ角度αa1とαb1とが変更されることなく、ピッチ角度αc2とαd2とが変更され、より詳細には、ピッチ角度αc2が増加し、ピッチ角度αd2が減少する。
インサート座7間の所定のピッチが、例に示すように相違するとき、インサート座間のピッチ角度も変化する。しかしながら、二つのインサート座間の最も大きなピッチ角度は、二つのインサート座間の最も小さいピッチ角度よりも少なくとも1%大きくすべきである。他方、二つのインサート座間の最も大きなピッチ角度は、二つのインサート座間の最も小さいピッチ角度よりも大きくて25%にすべきである。実際に、最も大きいピッチ角度と最も小さいピッチ角度との間の角度差は、2〜20%又は3〜15%にすることが有効である。図8〜16の例において、最も大きいピッチ角度αa(95゜)は最も小さいピッチ角度αc(85゜)よりも約11%大きい。
(発明の実施可能な変更)
本発明は、上述した説明及び図面に示された実施形態に制限されない。したがって、本発明は、二つ又は四つ以上の転削インサートを備えたフライスカッターにも適用可能である。もちろん、ピッチ調節に関して可能な組み合わせは、転削インサートの数の増加と共に増加する。より詳細には、組み合わせの数は、転削インサートの数の増加に対して指数関数的に増加する。また、本発明は、二つの切れ刃のみを有する刃先交換式の転削インサートに制限されない。したがって、転削インサートは、回転対称で、複数の湾曲した切れ刃を介して上面に移行する一つの逃げ面を有する円形状の基体を含み得る。切れ刃は、転削インサートの上面に対して異なる高さ位置に配置される。図示された細長い四角形状以外の多角形状の基体を有する転削インサートとすることも実施可能である。したがって、転削インサートは、三つ以上の刃先交換可能な切れ刃を備えるようにすることも可能であり、何れの切れ刃も下面より同じ高さ位置に配置されない。さらに、1つ以上の逃げ面の上側部分に沿って、尾根状に持ち送り構造で張り出す(corbelling-out)材料部分を形成することも可能である。切れ刃の一つが刃先交換されて作用位置に割り出されることとは無関係に、転削インサートが装着された状態で、切れ刃が基体の中心軸から同一の半径方向の距離に位置するように、逃げ面は切れ刃に沿って切れ刃稜線を位置させる。さらに本発明は、基体のインサート座間で、一様で所定のピッチを有するフライスカッターに適用され得る。したがって、転削インサートの作用切れ刃間の所定の異なるピッチは、本発明の一つ以上の転削インサートを刃先交換して提供され得る。本発明はほとんどのフライスカッターに適用でき、本実施例とは異なる基体形状を有するフライスカッターも含まれる。一例として、長い切れ刃を有するフライスカッターがある。
1 基体
2 転削インサート
3 前端面
4 包絡面
5 前頭部
6 固定部
7 インサート座
8 底面
9,10 支持側面
13 上面
14 下面
15,16 逃げ面(側面)
17a、17b 側面
18,19 切れ刃
19a すくい面
20 第1の端点
21 第2の端点

Claims (15)

  1. 切削加工用のフライスカッターであって、
    一方において、中心軸(C1)の回りを所定の方向(R)に回転可能である基体(1)であって、前端面(3)と、前端面から軸方向後方に延びると共に中心軸と同心である包絡面(4)とを有する基体(1)と、
    他方において、刃先交換可能な複数の転削インサート(2)であって、所定のピッチを有し、周方向に間隔を開けたインサート座(7)に装着され、個々の転削インサートが、上面(13)と、下面(14)と、上面と共に二つ以上の交換可能な切れ刃を画定し、第1の端点(20)と第2の端点(21)との間で一様に延長する少なくとも一つの逃げ面(15,16)と、を有する複数の転削インサート(2)と、
    を備えたフライスカッターにおいて、
    少なくとも一つの転削インサートを刃先交換することによって、複数の転削インサート(2)の切れ刃(18,19)間の有効なピッチを変更するために、個々の転削インサート(2)の異なる複数の切れ刃(18,19)が、転削インサート(2)の下面(14)に対して異なる高さに配置される、ことを特徴とするフライスカッター。
  2. 基体(1)の複数のインサート座(7)間の所定のピッチが相違している、ことを特徴とする請求項1に記載のフライスカッター。
  3. 二つのインサート座(7)間の最も大きいピッチ角度が、二つのインサート座(7)間の最も小さいピッチ角度よりも少なくとも1%大きい、ことを特徴とする請求項2に記載のフライスカッター。
  4. 二つのインサート座(7)間の最も大きいピッチ角度が、二つのインサート座(7)間の最も小さいピッチ角度よりも大きくて25%である、ことを特徴とする請求項2又は3に記載のフライスカッター。
  5. 個々の転削インサート(2)の第1の切れ刃(18)が、下面(14)から所定の高さ(H18)で配置され、第2の切れ刃(19)の高さ(H19)より少なくとも5%大きい、ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のフライスカッター。
  6. 個々の転削インサート(2)の個々の切れ刃(18,19)が二つの端点(20,21)の間を延び、転削インサートの下面(14)に対して異なる高さに配置されている、ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のフライスカッター。
  7. 個々の転削インサート(2)の切れ刃(18,19)が直線である、ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のフライスカッター。
  8. 個々の転削インサート(2)の切れ刃(18,19)が、一つ以上の座標方向で少なくとも部分的に湾曲している、ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のフライスカッター。
  9. 個々の切れ刃(18,19)に隣接する逃げ面(15,16)が異なる面積を有し、個々の切れ刃から転削インサートの下面(14)まで延びている、ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のフライスカッター。
  10. 刃先交換式の転削インサートであって、
    上面(13)と、下面(14)と、上面と共に二つ以上の交換可能な切れ刃を画定し、第1の端点(20)と第2の端点(21)との間で一様に延長する少なくとも一つの逃げ面と、を有する転削インサート(2)において、
    複数の切れ刃(18,19)が、転削インサートの下面(14)に対して異なる高さ(H18,H19)に配置される、ことを特徴とする転削インサート。
  11. 第1の切れ刃(18)が下面(14)から所定の高さ(H18)で配置され、第2の切れ刃(19)の高さ(H19)より少なくとも5%大きい、ことを特徴とする請求項10に記載の転削インサート。
  12. 個々の切れ刃(18,19)が二つの端点(20,21)の間を延び、転削インサートの下面(14)に対して異なる高さに配置されている、ことを特徴とする請求項10又は11に記載の転削インサート。
  13. 切れ刃(18,19)が直線である、ことを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載の転削インサート。
  14. 切れ刃(18,19)が少なくとも部分的に湾曲している、ことを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載の転削インサート。
  15. 異なる切れ刃(18,19)に隣接する逃げ面(15,16)が異なる面積を有し、個々の切れ刃から転削インサートの下面(14)まで延びている、ことを特徴とする請求項10〜14の何れか1項に記載の転削インサート。
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