JP2024515596A - 一定リードのバレル工具 - Google Patents
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Abstract
複数回の再研磨のできる一定リードのバレル工具。
Description
本開示は、サークルセグメント形状を有するフライス工具(すなわち、バレル工具/カッター)に関するものであり、
工具には、可変ねじれなどの可変形状が含まれる場合がある。しかしながら、可変ねじれの工具を再研磨するのは難しい場合がある。例えば、可変ねじれ形状を有するテーパボールノーズ工具は再研磨が難しい場合がある。ここで、切れ刃は、一般的なエンドミルのように平行ではないため、より大きな直径に研削し直すとリード(ピッチ)が変化するため、その切れ刃を切除して完全に再形成する必要がある場合がある。
したがって、複数回の再研磨を提供できるテーパボールノーズまたはバレル工具の必要性が存在する。
名前が示すように、一定リード形状で工具を研削すると、再研磨/再形成操作中に形状が押し戻されるときにピッチを同じままにすることができる。この利点は、各再研磨中に端面から除去する必要のある材料が最小限で済むため、元の(一定リードの)形状を維持しながら複数回の再研磨を実現できることである。対照的に、一定ねじれバレル工具またはテーパボールノーズ工具のねじれ角は、端面から最小限の量の材料を除去すると、再研磨のたびに減少し、これは、工具の切削性能が低下することを意味する。あるいはまた、元の形状を再現するには端面からより多くの材料を除去する必要があり、これは再研磨できる回数が少なくなることを意味する。
工具のリード形状が一定でない限り、再研磨時に工具の形状をかなり元に戻し、以前のフルートを完全に(またはほぼ完全に)除去する必要があることがよくある。以前のフルートを最小限に除去するだけで十分であり、依然として一致していることが可能な一定リード形状を有する工具とは異なり、一定ねじれ形状を有する工具を再研磨するには、再研磨中に以前のフルートを完全に(またはほぼ完全に)除去する必要があることがわかっている。したがって、バレル形状工具に一定リード形状を組み込むことは、工具長の損失を最小限に抑えながら複数回再研磨できる(すなわち、複数回の再研磨作業を受ける)ことができるという点で有利である。これは、工具を再研磨することにより工具の動作寿命が延び、それによって大幅なコスト削減がもたらされるという点で有利である。
本開示の一態様によれば、サークルセグメント切削工具が説明される。工具は、工具本体と、工具本体の周りに螺旋状に延在し、複数の再研磨を受けることができる一定リード形状を有する少なくとも1つの切れ刃とを含む。さらなる一実施形態では、少なくとも1つの切れ刃は、2つ以上の切れ刃を含む。別のさらなる一実施形態では、切れ刃のうちの少なくとも1つの一定リード形状は、切れ刃のうちの別の1つの一定リード形状とは異なる。別のさらなる一実施形態では、切れ刃のうちの2つ以上が、同一の一定リードを有する。別のさらなる一実施形態では、少なくとも1つの切れ刃は、均等なインデックスを有する複数の切れ刃を備える。別のさらなる一実施形態では、少なくとも1つの切れ刃は、不均等なインデックスを有する複数の切れ刃を備える。別のさらなる一実施形態では、少なくとも1つの切れ刃は、可変のねじれ角を有する。
本開示の別の一態様によれば、バレル工具が説明される。バレル工具は、工具本体の周りに螺旋状に延在する複数の一定リードの切れ刃を含む。さらなる一実施形態では、バレル工具は、複数回の再研磨を受けることができる切れ刃を含む。別のさらなる一実施形態では、切れ刃のうちの少なくとも1つの一定リード形状は、切れ刃のうちの別の1つの一定リード形状とは異なる。別のさらなる一実施形態では、切れ刃のうちの2つ以上が、同一の一定リードを有する。
以下の図は、本開示の特定の態様を説明するために含まれており、排他的な実施形態として見なされるべきではない。開示される主題は、本開示の範囲から逸脱することなく、形態および機能においてかなりの修正、変更、組み合わせ、および均等物が可能である。
本開示は、サークルセグメント形状を有するフライス工具(すなわち、バレル工具/カッター)に関するものであり、より詳細には、再研磨性が改善されたそのようなフライス工具に関するものである。
本明細書に記載される例示的な実施形態は、サークルセグメント形状を有する工具(すなわち、サークルセグメントカッターまたはバレル工具)上に一定リード形状を提供する。
本明細書で使用される場合、「シャンク」とは、工具を保持し、工具ホルダ内に配置するために使用される工具の円筒形(溝のない)部分である。シャンクは、完全に円形であり、摩擦によって保持される場合もあれば、止めねじなどの機械的方法を介して工具を固定するために使用され得る平坦なまたは研削された構成を有する場合もある。標準の工具ホルダで保持できるように、直径は工具の刃部の直径と異なる場合がある。シャンクの長さにより、異なるサイズが用意されている場合もある。
本明細書で使用される場合、「フルート」とは、切削部分の先端部から(長さLに沿って)シャンクまで延びる螺旋状の溝である。「歯」とは、フルートの縁にある鋭い刃のことである。一般的に、歯は、フルート研削操作中に形成されるくさび形の構造であり、工具の回転中に材料のチップがフルートによって引っ張られながら材料を切り取る。
サークルセグメント形状は、様々なタイプの切削工具に提供することができ、サークルセグメント形状を有するそのような切削工具は、サークルセグメントカッターと呼ばれる。サークルセグメントカッターは、例えば、バレル形状、テーパ形状、楕円形状、レンズ形状などの様々な形状を有することができる。また、サークルセグメントカッターの遠位先端部は、ボールノーズ、サークルセグメント側面形状につながるコーナーRを有する平坦面など、様々な形状を有することができる。 本明細書の実施形態は、改善された再研磨性を有するサークルセグメント切削を対象とする。サークルセグメントカッター工具は、工具本体の周囲に螺旋状に延在する少なくとも1つの切れ刃(すなわち、歯)を有する工具本体を備えることができ、少なくとも1つの切れ刃は、一定リード形状を有する。いくつかの例では、サークルセグメントカッターは、2つ以上の切れ刃を有してもよく、そのような例では、切れ刃のうちの少なくとも1つは、他の切れ刃の1つ以上の一定リード(複数可)とは異なる一定リードを有する、および/または切れ刃のうちの2つ以上は、同じ一定リードを有することができる。いくつかの例では、少なくとも1つの切れ刃は、均等なインデックスを有する複数の切れ刃を備えるが、他の例では、少なくとも1つの切れ刃は、不均等なインデックスを有する複数の切れ刃を備える。いくつかの例では、サークルセグメント切削工具はバレル工具である。
図1Aは、例示的な一定ねじれバレル工具100の側面図を示す。一定ねじれは、本開示の一定リード工具の相違点および利点を説明するために提示されている。図示されるように、一定ねじれ工具100は、軸線Aに沿って遠位先端部102からシャンク部分104に向かってシャンク部分104内に延び、工具本体を画定する。ここで、遠位先端部102は、半径rbによって画定されるボールノーズを含む。図1Bは、図1Aのバレル工具100の遠位先端部102の端面図を示す。
サークルセグメント形状を有する工具(すなわち、工具100などのサークルセグメント工具)の切削長さに沿った側面輪郭は、円弧状であるか、または半径を含む。ここで、例えば、切削長さLに沿って評価される側面輪郭(図1Aでは外周側面輪郭エッジ線Pで強調されている)は、半径rによって画定される円弧形状を有する。この例では、サークルセグメント形状の半径rは、遠位先端部102でのボールノーズ半径rbよりも大きい。遠位先端部102でのボールノーズ形状を周縁の大きな円弧状の切れ刃(すなわち、半径rによって画定される周縁エッジPによって示されるような切れ刃)と組み合わせると、多目的の「切削楕円形」が形成され、これはバレルエンドミルのボールノーズフライス工具としての使用が容易になる。
上述したように、図1A~図1Bのバレル工具100は、工具100の遠位端102から工具100のシャンク104に向かって評価される場合、一定のねじれ角の形状を組み込んでいる。図1A~図1Bの工具100のねじれ角θは、工具の周りで切削長さLに沿って螺旋状に延在する各々の切れ刃に対して一定のままであり、その結果、工具の周りで螺旋状にねじれを描く各々の切れ刃のねじれ角は一定のままである。しかしながら、図1Bの端面図で最もよく見えるように、この一定ねじれ角の形状では、ピッチ(リード)は、工具100の直径dとともに変化する(すなわち、直径dが先端部102からシャンク104に向かって増加するにつれて、ピッチ(またはリード)は、切削長さLに沿って変化する)。フルート間隔(体積)は、一般的に、例えば、テーパコア、フルートホイールのサイズ/形状/経路、ランド幅サイズなどの多くの変数により、切削長さLに沿って増加する。例えば、フルート106と107の間隔は、切削長さLに沿った異なる位置で、および工具100の直径dが、不均等なインデックスのために遠位端102からシャンク104に向かって(すなわち、遠位端102から近位方向に)評価されるときに拡大するにつれて、かなり変化する。したがって、工具100のねじれ角θを一定値に維持すると、直径dが増加するにつれてリードが増加することになる。
図2Aは、本開示の原理を組み込むことができる例示的な一定リード(または一定ピッチ)のバレル工具200の側面図を示す。図示されるように、工具200は、軸線A’に沿って遠位先端部202からシャンク部分204に向かってシャンク部分204内へと延在する。ここで、遠位先端部202は、ボールノーズ先端部201を備える。図2Bは、図2Aのバレル工具200の遠位先端部202の端面図である。特に、図2Bは、一定ねじれ工具100に対する歯の構成を比較するための一定リード工具200を示す。図2Bでは、一定リード工具200の歯T’が、始点210、中間点212、および工具200の外周219に近接した終点214を有するように示されている。線216は、工具200を工具100と比較できるように、線118で表されるような一定ねじれ工具100の歯Tの終点と比較した場合の、一定リード工具200の歯T’の終点214を表している。
上述したように、図2A~図2Bのバレル工具200は、工具の遠位端から工具のシャンクに向かって評価されるとき、一定のリードまたはピッチ(すなわち、切削長さに沿った所与の点での切れ刃間の半径方向の離間度)を有する。したがって、工具200の切れ刃間の半径方向の離間は、切削長さL’に沿って一定のままである。例えば、図2Bの工具200に示されるフルート間隔は、切削長さL’に沿って比較的均一/一定であるのに対し、工具100の各々の歯の半径方向の離間度(またはインデックス角)は、歯Tのインデックスが不均等であるため、図1Bに示されるように変化する。しかしながら、図4に関してより詳細に説明するように、各々の切れ刃のねじれ角は、工具200の直径d’が増加するとともに変化する。例えば、シャンク204に近い位置で切削長さL’に沿って評価された切れ刃のねじれ角は、シャンク204から遠位の(すなわち、遠位端202に近い)位置で評価された同じ切れ刃のねじれ角よりも大きい。
図3A~図3Bは、一定ねじれ工具100および一定リード工具200の切れ刃に沿った同じ点でのピッチ(リード)の違いを示す。図3Aの一定ねじれのテーパ工具100などのテーパ工具の一定ねじれを再研磨しようとするとき、切れ刃の位置は一致しない。これらの場合、通常、既存の形状を一掃するためにより多くの材料を除去する必要があり、その結果、利用可能な再研磨の回数が減少し、通常は1回のみの再研磨に制限される。
これは、一定ねじれバレル工具またはテーパボールノーズ工具では、端面から最小限の量の材料を除去するときに再研磨するたびにねじれ角θが減少するためであり、これは工具の切削性能が低下することを意味し、この欠点を改善するには、端面からより多くの材料を取り除いて(切削長をシャンク端部とは反対側の工具の切削端部から短くして)、元の形状を再現する必要があり、これは可能な再研磨の回数が少なくなることを意味する。
しかしながら、図3Bに示される工具200などの一定リード(ピッチ)工具では、再研磨または再形成作業中に形状が(シャンク204に向かって)後方へ押されるとき、ピッチ(リード)は同じままである。これにより、多くの利点が提供される。例えば、再研磨のたびに端面から除去する必要がある材料が最小限であるため、元の形状(一定リード)を維持しながら複数回の再研磨を行うことができる。
図4は、軸線A’に沿った異なる位置で評価したときに一定リード工具200のねじれ角がどのように変化するかを示している。例えば、遠位先端部202からさらに離れた位置(すなわち、シャンク204に近い位置)で評価すると、ねじれ角は増加する。したがって、工具直径がより大きい場合、軸線A’に沿った位置で評価すると、ねじれ角はより大きくなる。例えば、位置402は、遠位先端部202から約5mmの工具200上の位置を表し、一方、位置404は、遠位先端部202から約25mmの工具200上の位置を表す。位置402では、工具直径dAは、約9mmであり、ねじれ角θAは、約25度(25°)である。位置404では、工具直径dBは、約16mmであり、ねじれ角θBは、約38度(38°)である。
図5は、一定ねじれ形状510に重ねられた一定リード形状520を示している。図示されるように、遠位先端部502に近い工具の切削長さ504に沿った位置で、一定リード形状520と比較して、一定ねじれ形状510のねじれ角にかなりの相違(逸脱)があり、シャンク504に近い工具の切削長さの位置で、一定リード形状520と比較して、一定ねじれ形状510のねじれ角にかなりの相違(逸脱)がある。しかしながら、遠位先端部502とシャンク504との間のどこかの工具の切削長さに沿った点(すなわち、中間点)では、一定ねじれ形状工具のねじれ角と一定リード形状工具のねじれ角は一致する。これは、一定リード形状520がなければ、以前のフルートをすべて/完全に除去するために切削形状505を相当量戻さない限り、再研磨中にフルートを一致させることができないことを示している。したがって、再研磨中に最小限の形状除去のみを必要とする一定リード形状520とは異なり、一定ねじれ形状510は、以前のフルートを完全に除去するために多量の形状除去を必要とする。したがって、バレル形状の工具に一定リード工具形状520を使用すると、工具の切削長さの損失を最小限に抑えながら複数回の再研磨を行うことができる能力が工具に提供され、その結果、大幅なコスト削減がもたらされる。
図6は、一定リード工具200と一定ねじれ工具100の比較を示している。本明細書に開示される実施形態は、すべての歯601、602、603で同じである一定リードを有する(例えば、第1の歯601が60mmのリードを有し、第2の歯602が60mmのリードを有し、第3の歯603が60mmのリードを有する、などの)工具を参照して説明されるが、本明細書に開示される実施形態は、各々の歯601、602、603に沿ってはいるが、歯ごとに変化し得る一定リードを有する(例えば、第1の歯601が60mmのリードを有し、第2の歯602が65mmのリードを有し、第3の歯603が62mmのリードを有する、などの)工具上に提供されてもよい。本質的に、リードは、歯ごとに同じであっても異なっていてもよいが、同じ歯では切削長さL’に沿って一定のままである。したがって、本開示の実施形態は、均等または不均等なインデックスを有する工具上で提供することができる。
本明細書の実施形態は、歯間の半径方向の離間度が一定である工具を参照して説明および図示されることがあるが、本明細書の実施形態は、歯間の半径方向の離間度が一定ではない工具に提供されてもよい。
本開示の態様は、様々な数のフルートおよび他の特徴/形状を有する工具で具体化することができる。例えば、4つのフルートを有する工具(すなわち、4フルート工具)の場合、そのような工具は、様々な形状を有し得る。一定リード(例えば、すべての歯で60/60/60/60mm)で、インデックスが均等な(すなわち、歯間で90/90/90/90度の半径方向の離間)4フルート工具は、歯の半径方向の離間度が異なるが、各々の歯の切削長さに沿っては一定である。一定リード(例えば、すべての歯で60/60/60/60mm)で、インデックスが不均等な(例えば、85/95/85/95度)4フルート工具は、歯の半径方向の離間度が異なるが、各々の歯の切削長さに沿っては一定である。各々の歯に沿ってリードが一定であるが、歯間で変化し(例えば、60/65/60/65mm)、インデックスが均等な(例えば、90/90/90/90度)4フルート工具は、歯の半径方向の離間度が各々の歯の切削長さに沿って異なる。各々の歯に沿ってリードが一定であるが、歯間で変化し(例えば、60/65/60/65mm)、インデックスが不均等な(例えば、85/95/85/95度)4フルート工具は、歯の半径方向の離間度が各々の歯の切削長さに沿って異なる。しかしながら、上記のものは、本明細書に記載の一定リード形状を有するサークルセグメント切削工具の単なる例であり、一定リード形状は、他の特徴(すなわち、4つよりも多いか、または少ないフルート、異なるリード(複数可)、同じまたは異なるリードまたはインデックスを持つ歯の組み合わせなど)を備えたサークルセグメント切削工具に提供されてもよいことが理解されるであろう。本明細書で使用する場合、「リード」という用語は、完全に一回転(すなわち、360°)する間の螺旋状の切れ刃の軸方向/直線的な前進である(すなわち、個々の切れ刃または歯を、その螺旋状の経路から真っ直ぐに伸ばした長さに巻き戻して軸線上で測定したときの長さ)である。「一定リード」という用語は、どの回転角度でも、切れ刃/歯の直線距離/長さが、そのような距離をどこから測定しても同じであることを意味する。1つまたは複数の歯/切れ刃は、同じまたは異なる一定リードを有し得る。
したがって、開示されたシステムおよび方法は、言及された目的および利点、ならびにそれに固有のものを達成するのによく適合している。本開示の教示は、本明細書内の教示の恩恵を受ける当業者には明らかな、異なるが均等な方法で修正および実施することができるため、上で開示された特定の実施形態は、単なる例示である。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されているものを除き、本明細書に示される構造または設計の詳細に対する限定は、意図されない。したがって、上に開示した特定の例示的な実施形態が変更、結合、または修正することができることは明らかであり、そのような変形は、すべて本開示の範囲内にあるとみなされる。本明細書に例示的に開示されるシステムおよび方法は、本明細書に具体的に開示されていない要素および/または本明細書に開示されている任意の要素が存在しない場合でも、適切に実施することができる。組成物および方法は、様々な成分またはステップ「を備える」、「を含有する」、または「を含む」という用語で説明されるが、組成物および方法は、様々な成分およびステップ「から本質的になる」または「からなる」こともできる。上記で開示されたすべての数値および範囲は、多少異なる場合がある。下限値および上限値を有する数値範囲が開示されるときは常に、その範囲内に含まれる任意の数値および任意の範囲が具体的に開示される。特に、本明細書に開示される(「約aから約bまで」、または同等に「略aからbまで」、または同等に「略a~b」の形式の)値の範囲は、より広い範囲の値に含まれるすべての数値と範囲を記載するものと理解されるべきである。また、特許請求の範囲内の用語は、特許権者によって明示的かつ明確に定義されていない限り、その明白な通常の意味を有する。さらに、特許請求の範囲で使用される不定冠詞「a」または「an」は、本明細書では、それによって導入される要素の1つ以上を意味すると定義される。本明細書と、参照により本明細書に組み込まれる可能性のある1つ以上の特許またはその他の文書における単語または用語の使用法に矛盾がある場合は、本明細書と一致する定義を採用する必要がある。
「近位」および「遠位」という用語は、本明細書では、工具をスピンドルに機械的に結合するように構成されたインターフェースを有する工具のオペレータまたはCNC機械に関して定義される。「近位」という用語は、オペレータまたはCNC機械により近い要素の位置を指し、「遠位」という用語は、オペレータまたはCNC機械からより遠く離れた要素の位置を指す。さらに、上方、下方、上部、下部、上向き、下向き、左、右などの方向を示す用語の使用は、図に示されているような例示的な実施形態に関連して使用され、上向きまたは上方向とは、対応する図の頂部に向かうものであり、下向きまたは下方向とは、対応する図の底部に向かうものである。
本明細書で使用される場合、一連の項目の前にある「のうちの少なくとも1つ」という表現は、項目のうちのいずれかを区切るための「および」または「または」という用語と共に、リストの各々の要素(すなわち、各々の項目)ではなくリストを全体として修飾する。「少なくとも1つの」という表現は、項目のうちのいずれか1つの少なくとも1つ、および/または項目の任意の組み合わせの少なくとも1つ、および/または項目の各々の少なくとも1つを含む意味を許容する。例として、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つ」または「A、B、またはCのうちの少なくとも1つ」という表現はそれぞれ、Aのみ、Bのみ、またはCのみ;A、B、およびCのうちの任意の組み合わせ;および/またはA、B、およびCの各々の少なくとも1つを指す。
本明細書では、例えば、第1と第2、上と下、以上と以下などの関係語は、実際のそのような関係を必ずしも要求または暗示することなく、あるエンティティまたはアクションを別のエンティティまたはアクションから区別するために、またはそのようなエンティティまたはアクション間の順序を区別するためにのみ使用される場合がある。
特許庁および本出願およびその結果の特許の読者が、本明細書に添付の特許請求の範囲を解釈するのを助けるために、出願人らは、特定の請求項において「ための手段(means for)」または「ための工程(step for)」という言葉が明示的に使用されていない限り、添付の特許請求の範囲または請求項の要素のいずれもが、35 U.S.C. 112(f)を行使することを意図していない。
Claims (11)
- 工具本体と、
前記工具本体の周りに螺旋状に延在し、複数回の再研磨を受けることができる一定リード形状を有する少なくとも1つの切れ刃と
を備える、サークルセグメント切削工具。 - 前記少なくとも1つの切れ刃は、2つ以上の切れ刃を含む、請求項1に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記切れ刃のうちの少なくとも1つの切れ刃の前記一定リード形状は、前記切れ刃のうちの別の1つの切れ刃の前記一定リード形状とは異なる、請求項2に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記切れ刃のうちの2つ以上の切れ刃が、同一の一定リードを有する、請求項2に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記少なくとも1つの切れ刃は、均等なインデックスを有する複数の切れ刃を含む、請求項1に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記少なくとも1つの切れ刃は、不均等なインデックスを有する複数の切れ刃を含む、請求項1に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記少なくとも1つの切れ刃は、可変のねじれ角を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記少なくとも1つの切れ刃は、遠位先端部から離れるにつれて前記工具の長さに沿ってねじれ角が増加する、請求項1に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記遠位先端部から約5.0mmの位置で、前記ねじれ角は約25度である、請求項8に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記遠位先端部から約25mmの位置で、前記ねじれ角は約38度である、請求項8かつ請求項9に記載のサークルセグメント切削工具。
- 前記切れ刃のうちの少なくとも1つの切れ刃の前記一定リード形状は、前記切れ刃のうちの別の1つの切れ刃の前記一定リード形状とは異なる、請求項1に記載の切削工具。
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