JP3215429B2 - オフセット切削エッジを有する螺旋状切削差し込み工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は概して回転可能フライス用の切削差し込み工
具に関し、より詳細には、まっすぐな側壁を切削する螺
旋状切削エッジを有する相互にオフセットした（段違い
の）複数の切削部分を有する取り替え可能な切削差し込
み工具に関する。

通常、フライスは、取り替え可能な切削差し込み工具
（カッティングインサート）を収容する複数の凹部が外
側表面に形成されている円筒状本体を含む。各切削差し
込み工具は、工作物と係合してフライス削り動作を行う
少なくとも１つの切削エッジを有する。フライス用の切
削差し込み工具を設計する際、差し込み工具の切削エッ
ジによって生じる切削力を低減することが望ましい。切
削力を低減することにより、差し込み工具の摩耗及び破
損が低減し、工具の寿命が長くなる。また、切削力を小
さくすることで、フライス削り動作の馬力要求量も少な
くなる。このような切削力の大きさは、切削差し込み工
具の形状と工作物に対する差し込み工具の配置によって
主に決定される。

殆どの回転フライスでは、差し込み工具はまっすぐな
切削エッジを有して形成される。このようなまっすぐな
エッジによって生じる切削力を低減するために、切削差
し込み工具は回転軸に対して一定の角度で傾斜するよう
に通常取り付けられる。このような軸方向傾斜は軸方向
すくい角と呼ばれ、これは図７の角度Ａに相当し、ここ
でCLは回転軸を表している。このような軸方向傾斜は差
し込み工具の切削効率を高めるが、これはフライス頭部
の回転軸からの切削エッジの長手に沿った切削エッジの
距離のばらつきも生じるため、切削エッジと工作物との
接触点が全て軸から同一の半径距離で配置されるとは限
らない。このばらつきのため、フライスによって行われ
る切削の側面に望ましくない凸状の湾曲が生じる。軸方
向のすくい角が大きいほど、得られる切削の側面の湾曲
が大きくなる。更に、軸方向すくい角で傾斜した差し込
み工具では、このような軸方向傾斜が切削エッジと切削
される表面との間の角度に影響を及ぼすため、切削荷
重、従って切削のためのエネルギー要求量は切削エッジ
の長さに比例する。差し込み工具の上面もまた、切削効
率にとって重要である。上面の１つのこのような特徴
は、差し込み工具のすくい面が工作物に相対して形成す
る角度である。このような角度は半径方向すくい角とし
て既知であり、図９〜図11に角度c1、c2及びc3としてそ
れぞれ示されている。半径方向すくい角が正である場
合、差し込み工具のエッジはシェービング（削り）動作
によって切削をする。半径方向すくい角が負である場
合、差し込み工具のエッジはシェービング動作よりも実
質的に効率的ではないスクレープ（掻き取り）動作によ
って切削をする。切削エッジの長さが大きくなるほど、
切削エッジが工作物に対して負の半径方向すくい角で配
置される傾向が大きくなり、これによって切削力の荷重
が増加する。このような荷重の増加は、可能な限り常に
切削力の荷重を減少させて工具破損のリスクを低減し、
差し込み工具の摩耗を低減し、かつ切削動作に必要なエ
ネルギー要求量を少なくするという目標に反する。

このような切削力を低減するために、単一の長い切削
エッジを有する単一の差し込み工具の代わりに、比較的
短い切削エッジを有する複数の切削差し込み工具を使用
することが既知である。差し込み工具は、短い切削エッ
ジが重複するように配置される。このような配置は切削
力を著しく低減するが、切削差し込み工具は滑らかな切
削を生じるために互いに精密に位置合わせされなければ
ならない。

ほぼ軸方向のすくい角で動作される場合さえも滑らか
でまっすぐなサイドエッジを有する切削を生じることが
でき、かつ工具本体において深く構造的に弱化させる凹
部を使用する必要のない切削差し込み工具が明らかに必
要である。理想的には、このような差し込み工具の切削
エッジはそのほぼ全長にわたって正の半径方向すくい角
で工作物と係合し、切削力及び差し込み工具の摩耗を低
減するべきである。最後に、このような差し込み工具が
切削動作から生じる金属チップをより効率的にばらばら
にし、差し込み工具を用いる工具の全体的な効率を高め
ることができることが望ましい。

発明の概要 本発明は、回転フライス及びドリルなどの回転可能切
削工具において使用するために特に設計された切削差し
込み工具である。この差し込み工具は、平らな下面、上
面及び上面と下面との間に延びる複数の側面を有する多
角形差し込み工具本体を含む。切削エッジは、上面と、
側面のうち少なくとも１つとの交点で定められ、工作物
と係合して工作物からチップを取り除く。切削エッジ
は、遷移エッジ部分によってつながっている少なくとも
２つのオフセットエッジ部分を含む。遷移エッジ部分
は、オフセットエッジ部分に対して鈍角で配置される。

各エッジ部分の切削エッジ及び遷移エッジ部分は、フ
ライスの軸の回りに切削エッジが回転することによって
定められる円筒状のエンベロープ上に配置されており、
これは切削エッジの各々に螺旋状湾曲を与える。切削エ
ッジの各部分の螺旋状湾曲は、工作物において比較的滑
らかでまっすぐな側壁表面を確実にする。

機械加工動作の際、切削エッジのオフセットエンジン
部分は幅が狭く横方向に離間されたチップセグメントを
生じる一方で、遷移エッジ部分はチップセグメントを互
いから離れるように広げてチップセグメント間のチップ
を細くする。このように細くすることによってチップセ
グメント間のチップの局所的な加工硬化を生じ、これに
よってチップが脆くなり、チップの破壊をより容易にす
る。

本発明の更に別の態様では、各オフセット部分の切削
エッジは差し込み工具のベースエッジに対して傾斜され
る。ベースエッジに対して切削エッジの各々を傾斜させ
ることにより、フライス本体の過度の構造的な弱化を生
じうるフライスの差し込み座における深い凹部の設置を
行わずに、より大きな軸方向すくい角を達成することが
できる。

前述に基づいて、本発明の目的は、差し込み工具がフ
ライス本体において大きな軸方向すくい角で傾斜されて
いる場合でさえも、まっすぐな側壁を有するように工作
物を切削することである。

本発明の更なる目的は、チップ破壊能力を高めた回転
フライス工具用の切削差し込み工具を提供することであ
る。

また、本発明の目的は、全長にわたって正の半径方向
すくい角で工作物と係合する切削エッジを有する回転フ
ライス工具用の切削差し込み工具を提供し、切削力及び
差し込み工具の摩耗を低減することである。

本発明の別の目的は、従来技術の切削差し込み工具と
比較してフライス削り動作の馬力要求量を少なくする回
転フライス工具用の切削差し込み工具を提供することで
ある。

本発明の他の目的及び利点は、以下の説明と、このよ
うな発明を例示するにすぎない添付の図面とを考慮する
ことによって明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の切削差し込み工具を使用するフライ
スの斜視図であり； 図２は、本発明の切削差し込み工具の斜視図であり； 図３は、本発明の切削差し込み工具の側面図であり； 図４は、本発明の切削差し込み工具の平面図であり； 図5Aは、図４のＶ−Ｖを介して切り取った本発明の切
削差し込み工具の断面図であり； 図5Bは、図5Aの点線の円で囲まれた部分の拡大図であ
り； 図６は、回転フライス工具の軸の回りに切削エッジを
回転させることによって定められる円筒状エンベロープ
上の差し込み工具の切削エッジを示す線図であり； 図７は、輪郭線で示される切削差し込み工具の側面図
であり； 図８は、切削差し込み工具が上に取り付けられたフラ
イスの正面図であり； 図９〜図11は、図８のラインIX−IX、Ｘ−Ｘ及びXI−
XIをそれぞれ介して切り取った部分断面図であり； 図12は、工作物からのチップの形成を示すフライス削
り動作の際の切削差し込み工具の平面図である。

図面の詳細な説明 ここで図面、特に図１を参照すると、参照番号10で共
通に示される回転フライスが示されている。フライス10
は、長手方向軸CLの回りに回転可能である。回転フライ
ス10は、マシン工具（図示せず）に取り付けられるシャ
ンク部分12及び切削頭部部分14を含む。切削頭部部分14
は、周縁に離間された複数の凹部16を含む。各凹部16
は、切削差し込み工具20が取り付けられる支持面18を含
む。

ここで図２〜図５を参照すると、本発明に従って製造
された切削差し込み工具20が示されている。切削差し込
み工具20は、当該技術において公知である多数の耐火性
のコーティングされた超硬合金材料のうちの１つなど、
硬質の耐摩耗性材料から製造されるほぼ多角形の差し込
み工具本体を含む。

差し込み工具本体は中央開口50を有する。固定ねじ
（図示せず）がこの開口を介して延び、フライス10の支
持面18に差し込み工具を取り付ける。差し込み工具は、
ほぼ平坦な下面22、上面24、対向する側部フランク26及
び対向する端部フランク28を含む。側部フランク26及び
端部フランク28は共に平らである。側部フランク26と上
面24の交点は、参照番号30によって共通に示される一対
の切削エッジを定める。端部フランク28と上面24の交点
は、一対の側部エッジ32を定める。

切削エッジ30は、ステップ（階段）状の構造を有す
る。各切削エッジ30は、オフセットエッジ部分30a、30b
及び30cならびに遷移エッジ部分30d及び30eに分かれて
いる。図３及び図７から最も明らかにわかるように、オ
フセットエッジ部分30a、30b及び30cは約５゜の平均角
度で差し込み工具20の下面22に対して傾斜している。差
し込み工具20のベースに対してオフセットエッジ部分30
a、30b及び30cを角度付けすることにより、フライスの
頭部部分14に深く奥まった差し込み座を設けることな
く、図７に示されるような比較的大きな軸方向すくい角
「Ａ」を得ることができる。このような深く奥まった差
し込み座は、フライス本体12の過度の構造的な弱化を生
じうる。

オフセットエッジ部分30a、30b及び30cは、遷移エッ
ジ部分30d及び30eとつながっている。遷移エッジ部分30
d及び30eは、オフセットエッジ部分30a、30b及び30cに
対する傾斜角度よりも下面22に対してはるかに大きな傾
斜角度で傾斜している。即ち、遷移エッジの傾斜角度対
オフセットエッジ部分の傾斜角度は45゜対５゜である。
（図７に示されるように）遷移エッジ部分30d及び30e
は、オフセットエッジ部分30a、30b及び30cと共に鈍角
「ａ」を形成する。即ち、遷移エッジ部分と隣接するオ
フセットエッジ部分との間に含まれる角度「ａ」は、90
゜よりも大きい。

図７は、フライス10の中心線CL及び工作物の双方に対
して通常配置される差し込み工具20を概略的に示してい
る。フライス10の中心線CLに沿って測定すると、オフセ
ットエッジ部分30aの後端部は、オフセットエッジ部分3
0bの先端部から距離「ｘ」だけ離間されている。オフセ
ットエッジ部分30b及び30cも同様に離間されている。従
って、切削差し込み工具20がフライス10に取り付けられ
ると、オフセットエッジ部分30a、30b及び30cは重複し
ない。中心線から垂直に延びて１つのオフセットエッジ
部分と交差する面は、他のオフセットエッジ部分と交差
しない。結果として、図12に示されるように、遷移エッ
ジ部分30d及び30eはフライス削り動作の際に工作物Ｗの
切削に従事する。オフセットエッジ部分30a、30b及び30
cは、フライス削り動作の際に３つの異なるチップセグ
メントを生じる。遷移エッジ部分30d及び30eは、これら
の３つのチップセグメントの間に溝を生じる。溝はチッ
プを分離してチップを脆くすることを促すため、チップ
の破壊をより容易にする。

図６において最も良くわかるように、オフセットエッ
ジ部分30a、30b及び30cの各々と、遷移エッジ部分30d及
び30eは、フライス10によって生じる切削の側壁に沿っ
たほぼ平坦な機械加工面を確実にするために螺旋状の構
造を有する。切削エッジ30全体は、フライス10の中心線
CLの回りに切削エッジ30が回転することによって定めら
れる円筒状エンベロープ上に位置する。オフセットエッ
ジ部分30a、30b及び30cの各々は、円筒状エンベロープ
の表面に位置するピッチの大きい螺旋の一部を形成す
る。オフセットエッジ部分30a、30b及び30cに対応する
３つの螺旋は全て互いに対して平行である。即ち、オフ
セットエッジ部分30a、30b及び30cの各々によって定め
られる螺旋は、これらの全長に沿って互いから等距離で
ある。遷移エッジ部分30d及び30eも同様に、２つの平行
な螺旋31a、31b（仮想線で示される）によって定められ
ている。遷移エッジ部分30d及び30eによって定められる
螺旋は、オフセットエッジ部分30a、30b及び30cによっ
て定められる螺旋よりもピッチが小さい。切削エッジ30
がこのような湾曲を有して形成されると、機械加工動作
の際に形成される側面は平坦になる。

図４において最も良く示される差し込み工具20の上面
24を参照すると、ランド34が切削エッジ30に隣接し、か
つこれに平行して形成されている。ランド34は、５つの
ランド表面34a、34b、34c、34d及び34eに分かれてい
る。ランド面34a〜34eの各々は、切削エッジの形状にな
らう連続的にカーブした表面である。これらの表面は、
螺旋形状を有してもよい。ランド面34a、34b及び34c
は、一方のエッジ上で切削エッジ30のオフセットエッジ
部分30a、30b及び30cとそれぞれ境を接しており、ラン
ド面34d及び34eは一方のエッジ上で遷移エッジ部分30d
及び30eとそれぞれ境を接している。複数のすくい面36
a、36b、36c、36d及び36eはそれぞれのランド面34a〜34
eから下方向に傾斜している。すくい面36a〜36eは、ラ
ンド面34a〜34eとつながるようにカーブしている。これ
らの表面の各々は、螺旋形状を有してもよい。

図３において最も良く示される差し込み工具20の側部
フランク26は、間もなく説明されるが、ほぼ平坦な下部
部分38と、２つの異なる軸に沿ってカーブしている上部
部分40とを含む。平坦な下部部分38は、差し込み工具の
カッター本体12への取り付けを容易にする。上部部分40
は、５つの逃げ面40a、40b、40c、40d及び40eに分かれ
ている。逃げ面40a〜40eは、（図６に示されるように）
フライス10の中心線CLの回りに定められる円筒に対して
連続的にカーブしており、平坦な下部部分38から螺旋状
切削エッジ30への滑らかな遷移を提供する。これらの表
面の各々は螺旋形状を有してもよい。図5Bにおいて最も
良くわかるように、逃げ面40a〜40eはまた、下部部分38
をわたって延びる面Ｐ（仮想線で示される）に対して丸
みをおびている。切削エッジのすぐ下にこのような半径
方向の湾曲を設けることで、切削エッジ30a〜30eにより
大きな支持を提供することによってこれらの切削エッジ
を有益に強化する。逃げ面40a、40b及び40cは、１つの
エッジ上で各々のオフセットエッジ部分30a、30b及び30
cと境を接しており、逃げ面40d及び40eは切削エッジ30
の各々の遷移エッジ部分30d及び30eと境を接している。

切削差し込み工具20の各端部フランク28は、ほぼ平坦
である。端部フランク28は、切削差し込み工具20の上面
24との交点において側部エッジ32を形成する。側部エッ
ジ32は、ほぼ水平なワイパー部分32aと、下方向に傾斜
する部分32b（図４）とを含む。ランド面42は、側部エ
ッジ32に隣接する差し込み工具20の上面24に形成され
る。ランド面42は、ワイパー部分32a及び側部エッジ32
の下方向傾斜部分32bにそれぞれ隣接して配置される部
分42a及び42bを含む。すくい面44a及び44bは、ランド面
42a及び42から下方向に傾斜している。

ここで図８〜図11を参照すると、図８に示されるよう
に、半径方向すくい角及び逃げ角が切削エッジ30に沿っ
た選択点において示されている。図９は、図８のライン
IX−IXに沿って切り取った差し込み工具の断面図を示し
ている。図10は、図８のラインＸ−Ｘに沿って切り取っ
た差し込み工具20の断面図を示しており、図11は図８の
ラインXI−XIに沿って切り取った断面図を示している。
図９〜図11において、中心線CLの回りに回転する回転フ
ライスに取り付けた差し込み工具の切削エッジ30がたど
った環状経路は、差し込み工具20の異なる断面上で重な
り合っている。

図９〜図11は、下記の角度を示している。

b_x＝すくい面の半径方向すくい角 c_x＝ランド面の半径方向すくい角 d_x＝逃げ角 すくい角b_xは、すくい面と基準面RPとの間の角度であ
り、基準面RPは中心線CLの軸に垂直な面で測定され、中
心線軸CLと測定が行われている切削エッジに沿った点と
の間に延びている。すくい角c_xは、ランド面と基準面RP
との間の角度である。後述するように、すくい面及びラ
ンド面はカーブしていてもよい。これらの状況下では、
各カーブ面の上で最も良く適合する直線が、半径方向の
すくい角を決定するのに十分であろう。

逃げ角d_xは、基準面RPに垂直なラインと、逃げ面40に
沿って切削エッジから下方向に延びるラインとの間に形
成される角度として定義される。逃げ面はカーブしてい
るため、逃げ角は、逃げ面40に沿って切削エッジから下
方向に延び、切削エッジにおいて逃げ面に接するライン
から測定される。

図９〜図11において明らかに理解できるように、すく
い角b_x及びc_xは、図９に示される切削エッジの先端部か
ら図11に示される切削エッジの後端部へゆくにつれて増
加する。好適な実施の形態では、すくい面の角度b_xは切
削エッジの先端部から後端部へゆくにつれて38％増加す
る一方、ランド面の角度はこれらの端部間で34％増加す
る。逃げ角d_xは、切削エッジの先端部から後端部へゆく
につれて同様の割合で増加する。

図12は、工作物からチップを取り除くために使用され
る本発明の切削差し込み工具の略図を示している。この
図において、差し込み工具はフライス削り動作を行える
ように円筒状フライス10に取り付けられている。差し込
み工具20の切削エッジは工作物Ｗと係合し、工作物Ｗか
ら材料を剪断してチップＣを形成する。更に理解できる
ように、切削エッジ30のオフセットエッジ部分30a、30b
及び30cは比較的幅の狭い３つのチップセグメントを生
じる。切削プロセスの際、切削エッジ30の遷移エッジ部
分30d及び30eは幅の狭いチップセグメントを互いから離
れるように広げ、セグメント間のチップを細くする、即
ち脆くする傾向にある。ある一定の材料では、チップを
細くすることにより、チップセグメントをより小さな３
つのチップに完全に分離させることができる。

前述を考慮して、本発明の切削差し込み工具20がフラ
イス削り動作の際に切削エッジによって生じる切削力を
低減し、結果的に馬力要求量を少なくすることが容易に
明らかである。切削力の低減によって工具の寿命もより
長くなり、仕上がり表面もより滑らかになる。

もちろん、本発明の趣意及び本質的な特徴から逸脱せ
ずに、本文中に述べたものとは異なる特定の方法で本発
明を実施することができる。従って、本発明の実施の形
態は、全ての態様において限定的ではなく例示的なもの
として考慮すべきであり、本発明の請求項の趣意及び同
等範囲内に係る全ての変更は、本発明に含まれるものと
意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デロウチェ、ケネス ジー. アメリカ合衆国 27511−3103 ノース キャロライナ州 カリー チャールズ コート 404 (72)発明者 グリフィン、アール リー アメリカ合衆国 27540 ノースキャロ ライナ州、ホリー スプリングス ピネ イ グロウブ 1505 (56)参考文献 特開 平４−41304（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−50317（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−47614（ＪＰ，Ａ) 欧州公開566085（ＥＰ，Ａ１) 欧州特許480576（ＥＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面（22）、上面（24）及び上面（24）と
   下面（22）との間を延びる側面（26）を含む差し込み工
   具本体を含み、前記上面（24）及び前記側面（26）の交
   点で定められ、工作物と係合してこれを切削し、チップ
   を工作物から取り除くステップ状切削エッジ（30）を含
   み、前記ステップ状切削エッジ（30）は各々がチップセ
   グメントを生じる少なくとも２つのオフセットとエッジ
   部分（30a、ｂ、ｃ）を含む、回転フライスにおいて使
   用する切削差し込み工具（20）であって、 前記工作物と係合してこれを切削すると共に、前記オフ
   セットエッジ部分（30a、ｂ、ｃ）によって生じた前記
   チップセグメントの間に細いチップ部分を形成して前記
   チップセグメントの破壊を容易にし、かつ前記オフセッ
   トエッジ部分（30a、ｂ、ｃ）とつながり、かつ前記オ
   フセットエッジ部分（30a、ｂ、ｃ）と鈍角（ａ）で交
   わる遷移エッジ部分（30d、ｅ）を含み、切削差し込み
   工具（20）の側面から見たときに、前記オフセットエッ
   ジ部分（30a、ｂ、ｃ）と下面（22）との間隔が切削差
   し込み工具（20）の長さにわたり正のすくい角度を定義
   するために前部オフセットエッジ部分（30a）から後部
   オフセットエッジ部分（30c）まで連続的に減少するこ
   とを特徴とする、 切削差し込み工具（20）。