JP2018176303A

JP2018176303A - 切削工具

Info

Publication number: JP2018176303A
Application number: JP2017075158A
Authority: JP
Inventors: 幸治内海; Koji Uchiumi; 顕二西川; Kenji Nishikawa; 淑貴神代; Yoshitaka Kamishiro; 和義仲元; Kazuyoshi Nakamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】加工対象物の表面の切削を防止しながら、加工対象物の表面の突出物を切削することができる切削工具を提供する。【解決手段】回転駆動される切削刃１００と、前記切削刃１００を支持するシャンク部１０５と、前記切削刃１００の回転軸Ｒに沿う方向の前記シャンク部１０５の移動を許容するように該シャンク部１０５を支持するシャンク部支持部２００と、前記シャンク部１０５を、前記切削刃１００の回転軸Ｒに沿う方向に付勢する弾性部材２０１と、前記切削刃１００の先端に、該切削刃１００の移動に付随して移動可能に設けられた突起部１０３と、を有する切削工具１００である。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、切削工具に関する。

切削刃を回転させて、加工対象物の表面を切削加工する切削工具の例として、例えば特許文献１には、外周刃及び底刃を有するエンドミルが開示されている。特許文献１に記載のエンドミルは、電動機を備えた加工装置に装着され、その駆動力により回転して被加工物を切削する。このような切削工具を用いて、加工対象物の表面の突出部を除去し、表面を滑らかにする表面加工が、一般に行われている。

特開２００６−２３１５０４号公報

特許文献１に記載のエンドミルを用いて表面加工を行う場合、外周刃や底刃が加工対象物の表面に接触し易いため、切削加工の際に、加工対象物の表面を傷つける可能性がある。特に加工対象物の表面が曲面形状を有する場合、特許文献１に記載のエンドミルを、加工対象物の表面に沿って移動させると、外周刃や底刃の刃先が曲面に当たって加工対象物自体を切削する可能性が高いため、滑らかな表面を得ることは困難である。

そこで、本発明の目的は、加工対象物の表面の切削を防止しながら、加工対象物の表面の突出物を切削することができる切削工具を提供することにある。

本発明に係る切削工具の好ましい実施形態としては、回転駆動される切削刃と、前記切削刃を支持するシャンク部と、前記切削刃の回転軸に沿う方向の前記シャンク部の移動を許容するように該シャンク部を支持するシャンク部支持部と、前記シャンク部を、前記切削刃の回転軸に沿う方向に付勢する弾性部材と、前記切削刃の先端に、該切削刃の移動に付随して移動可能に設けられた突起部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、加工対象物の表面の切削を防止しながら、加工対象物の表面の突出物を切削することができる切削工具を実現することができる。

実施例に係る切削工具の正面図である。図１Ａにおける工具ホルダ部及びシャンク部を、回転軸を含む面で切断したときの断面を、エンドミルの正面図と併せて示す図である。図１Ａ、図１Ｂに示すエンドミル１００の先端側を拡大して示す図である。曲面形状を有する加工物表面から突出する突出部を、実施例に係る切削工具により切削する工程を説明する図である。図３に示す切削加工において、突出部を切削するときのエンドミル及び突出部を拡大して示す図である。実施例に係る切削工具を用いて突出部を切削する切削加工を説明する図である。加工物表面に突起部を接触させたエンドミル及び加工物表面を拡大して示す断面図である。突起部の構成例を示す断面図である。

図１Ａは、実施例に係る切削工具の正面図であり、図１Ｂは、図１Ａにおける工具ホルダ部及びシャンク部を、回転軸を含む面で切断したときの断面を示している。

実施例に係る切削工具は、エンドミル１００と、エンドミル１００を支持するシャンク部１０５とを有する工具本体１０と、工具本体１０を保持する工具ホルダ部２０とを有している。

工具ホルダ部２０は、シャンク部１０５を支持する円筒状のシャンク部支持部２００を有している。シャンク部支持部２００の一端側には、開放端を有する円筒状の嵌合部２０２が設けられている。シャンク部１０５は、嵌合部２０２に嵌合されてシャンク部支持部２００に支持されている。また、工具ホルダ部２０は、シャンク部１０５を回転軸Ｒに沿う方向に付勢する弾性部材２０１を有している。弾性部材２０１は、シャンク部１０５とシャンク部支持部２００とで形成された空間内に設置されている。弾性部材２０１としては、例えばバネ等を用いることができる。

シャンク部支持部２００の嵌合部２０２の周面には、キー溝２０４が形成されている。シャンク部１０５には、キー溝２０４に係合する凸部として、キー２０３が設けられている。キー溝２０４は、エンドミル１００の回転軸Ｒに沿う方向の長さＬ_２が、キー２０３の長さＬ_１より長く形成されている。

図１Ｂに示すように、シャンク部１０５は、キー２０３をキー溝２０４に係合させて、嵌合部２０２に嵌合されている。これにより、シャンク部支持部２００は、後述するように、シャンク部１０５の単独回転を規制しかつエンドミル１００の回転軸Ｒに沿う方向のシャンク部１０５の移動を許容するように、シャンク部１０５を支持することができる。

エンドミル１００は、側面切れ刃１０１と底面切れ刃１０２とを有している。エンドミル１００の、シャンク部１０５による支持端と反対側の端部（以下、単にエンドミルの先端という）には、突起部１０３が設けられている。突起部１０３は、後述するように、加工物表面とエンドミル１００の先端との間に、空間Ｃ（以下、クリアランスＣという）を確保するためのものであり、エンドミル１００の移動に付随して移動可能な状態で設けられている。

図２（ａ）は、図１Ａ、１Ｂに示すエンドミル１００の突起部１０３の近傍を拡大して示す正面図である。なお、図２（ａ）において、回転軸Ｒ（破線）の図中右半分の一部には、回転軸Ｒを含む面での断面を示している。図２（ａ）に示す例では、エンドミル１００の先端側の領域に円筒保持部１０６が内挿されており、球体である突起部１０３が回動可能な状態で、円筒保持部１０６内に保持されている。

エンドミル１００の先端に形成された突起部１０３を、シャンク部支持部２００側から一定圧力をかけつつ加工物表面に当接させると、弾性部材２０１により、シャンク部１０５が加工物表面に近接する方向（以下、単に下方という）に付勢され、これに伴い、エンドミル１００が下方に付勢される。

キー溝２０４は、上記したように、回転軸Ｒに沿う方向の長さＬ_２がキー２０３の長さＬ_１より長く形成されているため、シャンク部１０５の回転軸Ｒに沿う方向の移動は、キー溝２０４の長さＬ_２からキー２０３の長さＬ_１を減じた長さにおいて許容されている。従って、エンドミル１００は、弾性部材２０１の付勢力に伴い下方に移動する。

この時、突起部１０３は、上記したように、エンドミル１００の移動に付随して下方に移動する。このため、エンドミル１００は、加工物表面とエンドミル１００の先端との間に、突起部１０３によるクリアランスＣが形成された状態で、加工物表面に押し当てられる。

切削工具の使用時には、回転駆動力を与える外部装置（不図示）がシャンク部支持部２００に装着される。シャンク部支持部２００は、外部装置から与えられた駆動力により回転する。シャンク部１０５は、キー溝２０４に係合されたキー２０３により、シャンク部支持部２００と連結されており、シャンク部支持部２００の回転力は、キー溝２０４及びキー２０３を介してシャンク部１０５に伝えられる。これにより、工具本体１０及び工具ホルダ部２０全体が回転する。

キー溝２０４は、その周方向の幅が、キー２０３の幅と略同等か、これより若干広い幅に形成されている。このため、キー溝２０４に係合されたキー２０３により、シャンク部支持部２００の回転時における、シャンク部１０５の単独回転が規制される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すエンドミル１００のＡ−Ａ線断面又はＢ−Ｂ線断面を示す図である。なお、Ａ−Ａ線断面は、図２（ｂ）においてエンドミル１００を示す符号が底面切れ刃１０２の場合であり、Ｂ−Ｂ線断面は、図２（ｂ）においてエンドミル１００を示す符号が側面切れ刃１０１の場合である。

図において、符号１０７は、側面切れ刃１０１又は底面切れ刃１０２により形成されるすくい角であり、符号１０８は、側面切れ刃１０１又は底面切れ刃１０２により形成される逃げ角である。側面切れ刃１０１及び底面切れ刃１０２は、すくい角１０７を有することで、切削加工時の切削抵抗が低減される。また、側面切れ刃１０１及び底面切れ刃１０２は、逃げ角１０８を有することで、切削加工時に、それぞれの逃げ面１０９が加工物表面に接するのが防止される。

図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すエンドミル１００の先端側の側面図である。図２（ｃ）に示すように、エンドミル１００の側面切れ刃１０１は、右ねじれ方向のねじれ角１１０を有している。加工物表面に対するエンドミル１００の当接方向や当接角度を、側面切れ刃１０１のねじれ角１１０との関係で調整して、エンドミル１００を回転駆動することで、エンドミル１００に、加工物表面に向かう方向の切削力１１（以下、単に下向きの切削力１１という）を発生させることができる。

実施例に係る切削工具は、上記した下向きの切削力１１と、弾性部材２０１による付勢力とにより、工具ホルダ部２０の工具本体１０側端部の位置を一定に保ちつつ、エンドミル１００の突起部１０３を加工物表面に押し付けた状態で切削することができる。

図３を用いて、曲面形状を有する加工物表面３００から突出する突出部３０１を、図１及び図２に示す切削工具により切削する工程を説明する。

図３（ａ）に示すように、エンドミル１００の先端に設けられた突起部１０３を、一定圧力をかけつつ加工物表面３００に当接させた状態で、外部装置（不図示）により工具本体１０及び工具ホルダ部２０を回転駆動すると、エンドミル１００には、回転に伴う下向きの切削力１１と、弾性部材２０１による付勢力が作用し、エンドミル１００は、下方に移動する。このとき、突起部１０３も、エンドミル１００の移動に付随して下方に移動する。

このように下方に移動した突起部１０３を、加工物表面３００に接触させた状態で、工具本体１０および工具ホルダ部２０を回転運動させつつ加工物表面３００の表面の曲面形状に沿って並進移動させる（図３（ｂ）、（ｃ）参照）。即ち、工具本体１０および工具ホルダ部２０は、加工物表面３００とエンドミル１００の先端との間に、突起部１０３によるクリアランスＣが維持された状態で並進運動する。

例えば図３（ｂ）に示すように、切削工具が加工物表面３００の凸面に到達し、その傾斜面を昇り始めると、エンドミル１００は、凸面の形状に倣って工具ホルダ２０側に移動し、弾性部材２０１が圧縮する。次いで、図３（ｃ）に示すように、切削工具が凸面を通過すると、エンドミル１００は下方に移動し、弾性部材２０１が伸長する。

これにより、実施例に係る切削工具は、工具ホルダ部２０の工具本体１０側端部を一定高さに維持した並進運動により、曲面を有する加工物表面３００の突出部３０１を、側面切れ刃１０１及び底面切れ刃１０２で切削除去することができる。即ち、実施例に係る切削工具は、加工物表面３００が複雑な曲面形状を有する場合でも、加工物表面３００を切削することなく、突出部３０１を切削除去することができる。

図４に、図３に示す切削加工において、突出部を切削するときのエンドミル及び突出部を拡大して示す。図４（ａ）に示すように、工具本体１０は、突起部１０３により、加工物表面３００とエンドミル１００の先端との間にクリアランスＣを維持しつつ、突起部１０３の回転により、曲面を有する加工物表面３００に沿って並進運動する。これにより、側面切れ刃１０１や底面切れ刃１０２で加工物表面３００を切削して傷つけることなく、突出部３０１を切削し、クリアランスＣの高さを残して、突出部３０１の切削対象部３０２を加工物表面３００から除去する。

次いで工具本体１０は、図４（ｂ）に示すように、クリアランスＣの高さまで切削された突出部３０１を、突起部１０３の回転により乗り越えて、図中矢印Ｐ方向への並進運動を継続する。

次いで、工具本体１０は、図４（ｃ）に示すように、再び加工物表面３００に到達する。加工物表面３００に突出部３０１が複数存在する場合には、図４（ａ）〜（ｃ）の工程を複数回繰り返すことで、複数の突出部３０１を連続して切削することができる。

以上説明したように、実施例に係る切削工具を用いることで、加工物表面３００の切削を防止しながら、加工物表面３００の突出部３０１を切削することができるため、加工物表面３００において、滑らかな面を得ることができる。

なお、図３〜４では、各図に示す加工物表面３００の広がり方向に平行に切削工具を移動させて切削加工する例について示した。但し、切削工具の並進運動の態様は、これには限定されず、例えば、図５に示すように、エンドミル１００を突出部３０１に接触させつつ、図５に示す加工物表面３００の広がり方向に直交する方向に切削工具を並進運動させて、突出部３０１を切削加工することも可能である。

図６に、加工物表面３００に突起部１０３を接触させたエンドミル１００及び加工物表面３００の断面を拡大して示す。切削工具は、例えば、突起部１０３の先端とエンドミル１００の先端との間の幅（クリアランスＣの幅）Ｃ_０や、エンドミル１００の回転軸Ｒと直交する方向の外径Ｄを、加工物表面３００とエンドミル１００の先端（例えば底面切れ刃１０２）との間に余裕幅Ｅが確保されるように、適宜調整して設計することが好ましい。即ち、余裕幅Ｅが０以下になる場合には、加工物表面３００が有する曲面のうねり高さＦや加工物表面３００の傾斜面の勾配角度θとの関係で、幅Ｃ_０や外径Ｄを、適宜調整することが好ましい。

具体的には、例えば下記式（１）及び（２）を満たすように調整することで、加工物表面３００とエンドミル１００の先端（底面切れ刃１０２）との間に余裕幅Ｅが確保することができる。

θ´＝ｔａｎ^−１・Ｃ_０／（Ｄ／２） …（１）
θ´＞θ_ＭＡＸ …（２）
（但し、上記式（１）において、Ｃ_０は、突起部１０３の先端とエンドミル１００の先端との間の幅（クリアランス幅）であり、Ｄは、エンドミル１００の回転軸Ｒと直交する方向の外径である。また、上記式（２）において、θ_ＭＡＸは、前記加工対象物の傾斜面の勾配角度θの最大値である。）

図２では、突起部１０３を球体により構成し、シャンク部支持部２００内で回転可能に保持した構成例について説明したが、突起部１０３は、図２に示す形態には限定されない。図７は、突起部の構成例を示す断面図である。

例えば、図７（ａ）に示すように、半球状の突起部１０３を、エンドミル１００と一体に形成してもよく、図７（ｂ）に示すように、テーパ形状の断面を有する突起部１０３をエンドミル１００と一体に形成してもよく、図７（ｃ）に示すように、矩形形状の断面を有する突起部１０３を、エンドミル１００と一体に形成してもよい。

図７（ａ）〜（ｃ）において、突起部１０３は、エンドミル１００の先端部の形状を、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）の形状となるように成形して、エンドミル１００の先端に設けたものであってもよく、図７（ａ）〜（ｃ）に示す形状に別途作成した突起部を、エンドミル１００の先端に接合して設けたものであってもよい。

なお、図２及び図７（ａ）〜（ｃ）は、突起部１０３の構成の一例であり、必ずしも、これらの構成には限定されない。即ち、突起部１０３は、加工物表面３００とエンドミル１００の先端との間にクリアランスＣを設けることが可能であり、かつ、エンドミル１００の移動に付随して、回転軸Ｒに沿う方向に移動可能に設けられたものであれば、必ずしも図２及び図７（ａ）〜（ｃ）に示す構成には限定されない。

１０…工具本体、１１…下向きの切削力、２０…工具ホルダ部、１００…エンドミル、１０１…側面切れ刃、１０２…底面切れ刃、１０３…突起部、１０５…シャンク部、１０６…円筒保持部、１０７…すくい角、１０８…逃げ角、１０９…逃げ面、１１０…ねじれ角、２００…シャンク部支持部、２０１…弾性部材、２０２…嵌合部、２０３…キー、２０４…キー溝、３００…加工物表面、３０１…突出部、３０２…切削対象部、Ｃ…クリアランス、Ｃ_０…クリアランス幅、Ｄ…エンドミルの外径、Ｅ…余裕幅、Ｆ…うねり高さ、Ｒ…回転軸、θ…傾斜面の勾配角度

Claims

回転駆動される切削刃と、
前記切削刃を支持するシャンク部と、
前記切削刃の回転軸に沿う方向の前記シャンク部の移動を許容するように該シャンク部を支持するシャンク部支持部と、
前記シャンク部を、前記切削刃の回転軸に沿う方向に付勢する弾性部材と、
前記切削刃の先端に、該切削刃の移動に付随して移動可能に設けられた突起部と、を有することを特徴とする切削工具。
前記シャンク部は、前記シャンク部支持部の一端側に開放端を有して設けられた嵌合部に嵌合されて、該シャンク部支持部に支持されており、
前記弾性部材は、前記嵌合部内に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
前記シャンク部支持部は、前記嵌合部に溝部を有しており、
前記シャンク部は、前記溝部に係合し、かつ前記切削刃の回転軸に沿う方向の長さが該溝部より短い凸部を有していることを特徴とする請求項２に記載の切削工具。
下記式（１）、（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
θ´＝ｔａｎ^−１・Ｃ_０／（Ｄ／２） …（１）
θ´＞θ_ＭＡＸ …（２）
（但し、上記式（１）において、Ｃ_０は、前記突起部の先端と前記切削刃の先端との間の幅であり、Ｄは、前記切削刃の回転軸と直交する方向の外径である。また、上記式（２）において、θ_ＭＡＸは、前記加工対象物の傾斜面の勾配角度θの最大値である。）
前記突起部は、前記切削刃の先端で回動可能に設けられた球体であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
前記突起部は、前記切削刃と一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。