JP3065020B2 - 総形回転切削工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転切削工具に係
り、特に、軸方向において外周切れ刃の刃先径が変化し
ている総形回転切削工具の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高効率の事業用コンバインドプラントや
省エネルギー化を目指した排熱回収プラントなどに大型
で高出力のガスタービンが用いられているが、このよう
なガスタービンのタービン翼車を回転軸に取り付けるた
めの取付構造として、図６に示すように回転軸１０の外
周部に形成された多数のツリー形溝１２にタービン翼車
の羽根１４を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。
図７は、ツリー形溝１２を拡大して示す断面図で、逆ク
リスマスツリーのように溝中心Ｓに対して左右対称で且
つ溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が増減しなが
ら徐々に狭くなっており、溝深さ方向に離間して溝幅が
広い３つの幅広部１６，１８，２０を備えているととも
に、それ等の幅広部１６，１８，２０の幅寸法は深い位
置（溝底側）のもの程小さくなっている。

【０００３】一方、上記ツリー形溝１２の加工方法とし
ては、外周部に外周切れ刃を有するエンドミルのような
回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、軸心と直
角な方向へ移動させて切削加工するようにしているのが
一般的で、例えば図８に示すように複数の工程(a) ，
(b) ，(c) ，(d) ，および(e) を経て切削加工してい
る。図８において、網掛け（薄い塗りつぶし）で示す部
分は各工程で新たに切削除去される部分で、(a) 〜(d)
は荒加工の工程であり、(e) は仕上げ加工の工程であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに(a) 〜(d) の４工程で荒加工を行っていると、工程
数が多くなって加工時間が長くなるとともに、製造コス
トが高くなるという問題があった。

【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、上記ツリー形溝のよ
うに溝幅が複雑に変化している溝でも単一の工具を用い
て一工程で荒加工できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、外周切れ刃が切屑排出溝を挟んで軸心
まわりに複数設けられ、軸心まわりに回転駆動されつつ
その軸心と直角な方向へ移動させられることにより、逆
クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で且
つ溝深さ方向において溝幅が増減しながら徐々に狭くな
っているツリー形溝を切削加工するために、前記外周切
れ刃の刃先径が、その溝幅の変化に対応して工具先端側
へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされている
総形回転切削工具であって、(a) 前記外周切れ刃の逃げ
角は、軸方向における前記刃先径の変化に拘らず同じ大
きさで、(b) 逃げ面は、軸心まわりに展開した状態にお
いて径寸法が一定の直線に対して前記逃げ角で略直線的
に径寸法が小さくなるように定められ、軸心と直角な断
面が略円弧形状を成している一方、(c) その複数の外周
切れ刃には、それぞれ径寸法が周期的に滑らかに変化す
る波形のラフィング切れ刃が設けられているとともに、
そのラフィング切れ刃の波形は刃先から前記逃げ面の後
端まで形成されており、且つそのラフィング切れ刃の位
相はその複数の外周切れ刃の相互間で軸方向にずれてい
ることを特徴とする。

【０００７】

【０００８】

【発明の効果】このような総形回転切削工具において
は、外周切れ刃の逃げ角（二番角）が刃先径の変化に拘
らず同じ大きさとされているため、小径部分の工具剛性
と大径部分の切削性能とを両立させることができる。ま
た、外周切れ刃の逃げ面は、軸心まわりに展開した状態
において径寸法が一定の直線に対して上記逃げ角で略直
線的に径寸法が小さくなるように定められ、軸心と直角
な断面において略円弧形状を成しているため、良好な切
れ味を維持しながら優れた刃先強度や工具剛性を確保で
きる。なお、軸心まわりの所定角度（例えば９０°）当
りの逃げ量が一定になるように逃げ角が定められると、
その逃げ角は径寸法の変化に伴って変化し、径寸法が大
きい部分程逃げ角が小さくなって切れ味不足が生じるた
め切削性能が低下して工具寿命が損なわれる一方、大径
部分の逃げ角を適当な大きさに定めると、小径部分（例
えば図７における幅広部１８と２０との間の幅狭部を切
削する部分）の切れ刃の逃げ角が大きくなり、工具軸心
と直角な断面積が小さくなって剛性が低下し、折損等を
生じ易くなる。

【０００９】一方、複数の外周切れ刃には、それぞれ径
寸法が周期的に滑らかに変化する波形のラフィング切れ
刃が設けられているとともに、そのラフィング切れ刃の
波形は刃先から逃げ面の後端まで形成されており、且つ
そのラフィング切れ刃の位相はその複数の外周切れ刃の
相互間で軸方向にずれているため、そのラフィング切れ
刃の波形の大きさに応じて切屑が細かく分断され、切削
性能が一層向上する。

【００１０】このように本発明の総形回転切削工具によ
れば、刃先径の変化に拘らず工具剛性や刃先強度、切削
性能などが総合的に向上するため、前記図７に示すツリ
ー形溝のように溝幅が複雑に変化している溝加工を行う
場合においても、単一の工具で実用上充分に満足できる
切削条件（送り速度など）で切削加工することが可能に
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】ここで、外周切れ刃の逃げ角は、
刃先径の寸法範囲や被削材の材質などによって異なる
が、例えば刃先径（直径寸法）が７〜２４ｍｍ程度の範
囲である場合には、８°〜１６°程度の範囲内、更には
１０°〜１４°程度の範囲内で設定することが望まし
い。この逃げ角が小さいと大径部分において加工面との
摩擦が大きくなって切削性能が低下する一方、逃げ角が
大きいと小径部分において刃先強度や工具剛性が十分に
得られない。

【００１２】また、上記外周切れ刃は、軸心と平行な直
刃であっても良いが、軸心まわりに捩じれた捩じれ刃と
することも可能である。この外周切れ刃には、刃先と径
寸法が等しいマージンを設けることもできるが、マージ
ン幅を０．１ｍｍ程度以下の略零とすることも可能であ
る。

【００１３】前記ラフィング切れ刃は、波形の凹凸を軸
方向に連続して設けたものであるが、必ずしも外周切れ
刃の全長に亘って連続して設ける必要はなく、例えば軸
方向切れ刃長さに対して径寸法変化が比較的小さい部
分、言い換えれば切削性能に大きく関与する部分のみに
設けるようにしても良い。波形凹凸の面直角方向におけ
る振幅は、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の範囲内
で好ましくは０．３ｍｍ程度が良く、波形の曲率半径
は、例えば０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度の範囲内で好ま
しくは０．５ｍｍ程度が良い。

【００１４】

【００１５】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。なお、以下の実施例は、前記タービン
翼車の羽根１４を取り付けるためのツリー形溝１２を回
転軸１０に切削加工する場合で、ツリー形溝１２の具体
的寸法は、開口部の幅寸法が約２１．５ｍｍ、幅広部１
６の幅寸法が約２２．３ｍｍ、幅広部１８の幅寸法が約
１７．５ｍｍ、幅広部２０の幅寸法が約１２．７ｍｍ、
溝深さが約２９．８ｍｍである。

【００１６】図１は、本発明の一実施例である総形回転
切削工具３０の一部を切り欠いた正面図で、図２は図１
におけるII−II断面図である。この総形回転切削工具３
０は、前記図８の(a) 〜(d) の荒加工を１工程で行うも
ので、シャンク３２および刃部３４を一体に備えてい
る。刃部３４には、軸心まわりに１２０°間隔で３本の
切屑排出溝３６が設けられているとともに、その切屑排
出溝３６に沿って３枚の外周切れ刃３８、およびその外
周切れ刃３８に連続する底刃４０が設けられている。そ
れ等の外周切れ刃３８および底刃４０は、工具３０がシ
ャンク３２側から見て右まわりに回転駆動されることに
より切削加工を行うもので、切屑排出溝３６は、切屑が
シャンク３２側へ良好に排出されるように右まわりに約
１０°の捩れ角で捩じれており、外周切れ刃３８は軸心
まわりに捩じれた捩れ刃である。また、外周切れ刃３８
は、ツリー形溝１２の溝側面の全体の凹凸形状に対応し
て工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減しながら徐
々に小径とされている。

【００１７】上記外周切れ刃３８のすくい角は、径寸法
の相違に応じて異なっており、径寸法が最も大きい山頂
部（図７の幅広部１６を加工する部分）で＋１６°程
度、径寸法が最も小さい谷底部（図７の幅広部１８と２
０との間の幅狭部を加工する部分）で−１７°程度であ
る。また、各外周切れ刃３８には、径寸法の相違に拘ら
ず略同じ大きさの逃げ角（外周二番角）θで逃げ面４２
が設けられている。図３は、外周切れ刃３８を軸心まわ
りに展開した断面図で、一点鎖線Ｌは、刃先４４と同一
径寸法を表す直線であり、逃げ面４２は、その径寸法が
一定の直線Ｌに対して逃げ角θで略直線的に径寸法が小
さくなるように定められており、軸心と直角な断面は図
２に示されているように略円弧形状になる。なお、刃先
４４と径寸法が等しいマージンは略零であり、逃げ角θ
は１２°程度である。

【００１８】外周切れ刃３８にはまた、図４に示すよう
に径寸法が周期的に滑らかに変化する波形のラフィング
切れ刃４８が設けられている。このラフィング切れ刃４
８は、径寸法変化が比較的小さい部分、実施例では工具
先端側へ向かうに従って径寸法が小さくなる部分のみに
設けられており、波形凹凸の面直角方向における振幅Ｄ
は０．３ｍｍ程度で、凹部の曲率半径Ｒ１、凸部の曲率
半径Ｒ２は何れも０．５ｍｍ程度である。また、複数の
外周切れ刃３８に設けられたラフィング切れ刃４８の位
相は、複数の外周切れ刃３８の相互間で１／ｎピッチ
（ｎは刃数で実施例では３）ずつ軸方向にずれている。
このラフィング切れ刃４８は、刃先４４から逃げ面４２
の後端（ヒール）まで形成されている。なお、図４は、
切屑排出溝３６に沿って切断した断面図である。

【００１９】このような本実施例の総形回転切削工具３
０によれば、外周切れ刃３８の刃先径の変化に拘らず逃
げ角θが約１２°で一定とされているため、小径の谷底
部分（例えば幅広部１８と２０との間を加工する部分）
の工具剛性と大径の山頂部分（例えば幅広部１６を加工
する部分）の切削性能とを両立させることができる。ま
た、外周切れ刃３８の逃げ面４２は、図３に示すように
軸心まわりに展開した状態において径寸法が一定の直線
Ｌに対して逃げ角θで略直線的に径寸法が小さくなるよ
うに定められ、軸心と直角な断面において略円弧形状を
成しているため、良好な切れ味を維持しながら優れた刃
先強度や工具剛性を確保できる。更に、複数の外周切れ
刃３８には、それぞれ径寸法が周期的に滑らかに変化す
る波形のラフィング切れ刃４８が設けられているととも
に、そのラフィング切れ刃４８の位相はその複数の外周
切れ刃３８の相互間で１／ｎピッチずつ軸方向にずれて
いるため、そのラフィング切れ刃４８の波形の大きさに
応じて切屑が細かく分断され、切削性能が一層向上す
る。

【００２０】このように本実施例の総形回転切削工具３
０は、刃先径の変化に拘らず工具剛性や刃先強度、切削
性能などが総合的に向上するため、図７に示すように溝
幅が複雑に変化しているツリー形溝１２を単一の工具３
０のみを用いて一工程で実用上充分に満足できる切削条
件（送り速度など）で荒切削加工することができる。

【００２１】因みに、表１に示すＡタイプ（比較品）お
よびＢタイプ（本発明品で上記実施例と同じもの）の２
種類の工具を用い、下記の切削試験条件で、表２に示す
ように工具回転数を３６０ｍｉｎ^-1とし、種々の送り速
度（ｍｍ／ｍｉｎ）で溝切削加工を行って切れ味や振動
等の切削性能について調べた。Ａタイプの工具は、図５
に示すようにラフィング切れ刃４８の代わりにＶ字状の
ニック５０を千鳥状に１外周切れ刃当り２つずつ計６つ
設けた点が異なるだけで、その他の構成や各部の寸法は
総形回転切削工具３０（Ｂタイプ）と同じである。 《切削試験条件》 (a) 溝切削：切込深さ約３０ｍｍ (b) 被削材質：ＳＮＣＭ４３９（９０ＨＲＢ） (c) 切削油：ＵＨ７５（不水溶性，ＪＩＳ２種５号，ユ
シロ化学工業株式会社製） (d) 機械：立形Ｍ／Ｃフライス盤 ＭＣＶ−５２０（大
阪機工株式会社製）

【００２２】

【表１】

【表２】

【００２３】表２の「切れ味」は切屑の排出状況に関す
る評価で、「振動」は機械全体の振動の大きさに関する
評価で、「ビビリ」は切削音の音質，音量に関する評価
で、「仕上面」は目視による比較判定による評価であ
り、総て試験者の５感によるものである。「◎」、
「○」、「△」、「×」は、それぞれ良好、普通、やや
悪い、悪いことを表している。また、切削抵抗Ｘは溝と
直角方向の切削抵抗で、切削抵抗Ｙは溝の長手方向の切
削抵抗で、切削抵抗Ｚは溝の深さ方向の切削抵抗で、歪
ゲージ等の荷重センサで測定したもので、何れも最大値
である。切削抵抗の単位はｋｇｆである。

【００２４】上記表２から明らかなように、Ａタイプで
は送り速度が１６ｍｍ／ｍｉｎが限界であるのに対し、
Ｂタイプでは３２ｍｍ／ｍｉｎでも充分に使用可能で、
２倍以上の高能率加工を行うことができる。

【００２５】また、溝深さや幅寸法が前記ツリー形溝１
２の略２倍のツリー形溝を切削加工する工具として、表
３に示すＡタイプ（比較品）およびＢタイプ（本発明
品）の２種類の工具を用い、下記の切削試験条件で、表
４に示すように工具回転数を１８０ｍｉｎ^-1とし、種々
の送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）で溝切削加工を行って上記
と同様にして切れ味や振動等の切削性能について調べ
た。 《切削試験条件》 (a) 溝切削：切込深さ約６２ｍｍ (b) 被削材質：ＳＮＣＭ４３９（９０ＨＲＢ） (c) 切削油：ＵＨ７５（不水溶性，ＪＩＳ２種５号，ユ
シロ化学工業株式会社製） (d) 機械：立形Ｍ／Ｃフライス盤 ＭＣＶ−５２０（大
阪機工株式会社製）

【００２６】

【表３】

【表４】

【００２７】上記表４から明らかなように、Ａタイプで
は送り速度が１０ｍｍ／ｍｉｎでも使用できないが、Ｂ
タイプでは４０ｍｍ／ｍｉｎまで加工可能である。

【００２８】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、本発明は他の態様で実施することもで
きる。

【００２９】例えば、前記実施例の総形回転切削工具３
０は３枚刃であったが、外周切れ刃３８の枚数は適宜設
定される。

【００３０】また、前記実施例では外周切れ刃３８が一
体に設けられたむくの総形回転切削工具３０について説
明したが、切れ刃が設けられたチップを工具本体に対し
て一体的に固設する形式の総形回転切削工具にも本発明
は適用され得る。

【００３１】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である総形回転切削工具の一
部を切り欠いた正面図である。

【図２】図１におけるII−II断面を拡大して示す図であ
る。

【図３】図１の総形回転切削工具の外周切れ刃を軸心ま
わりに展開して示す断面図である。

【図４】図１の総形回転切削工具の刃部を切屑排出溝に
沿って切断した断面図である。

【図５】ラフィング切れ刃の代わりにニックを千鳥状に
設けた比較品を示す図である。

【図６】タービン翼車の羽根を取り付けるためのツリー
形溝を示す図である。

【図７】図６のツリー形溝を拡大して示す断面図であ
る。

【図８】図７のツリー形溝を切削加工するための加工工
程の一例を説明する断面図で、網掛け部分が各工程の新
たな切削範囲である。

【符号の説明】

１２：ツリー形溝 ３０：総形回転切削工具 ３６：切屑排出溝 ３８：外周切れ刃 ４２：逃げ面 ４８：ラフィング切れ刃 θ：逃げ角

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周切れ刃が切屑排出溝を挟んで軸心まわ
   りに複数設けられ、軸心まわりに回転駆動されつつ該軸
   心と直角な方向へ移動させられることにより、逆クリス
   マスツリーのように溝中心に対して左右対称で且つ溝深
   さ方向において溝幅が増減しながら徐々に狭くなってい
   るツリー形溝を切削加工するために、前記外周切れ刃の
   刃先径が、該溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かう
   に従って増減しながら徐々に小径とされている総形回転
   切削工具であって、 前記外周切れ刃の逃げ角は、軸方向における前記刃先径
   の変化に拘らず同じ大きさで、 逃げ面は、軸心まわりに展開した状態において径寸法が
   一定の直線に対して前記逃げ角で略直線的に径寸法が小
   さくなるように定められ、軸心と直角な断面が略円弧形
   状を成している一方、 該複数の外周切れ刃には、それぞれ径寸法が周期的に滑
   らかに変化する波形のラフィング切れ刃が設けられてい
   るとともに、該ラフィング切れ刃の波形は刃先から前記
   逃げ面の後端まで形成されており、且つ該ラフィング切
   れ刃の位相は該複数の外周切れ刃の相互間で軸方向にず
   れていることを特徴とする総形回転切削工具。