JP3904701B2 - 機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は、機械部品のかえりを除去しエッジに丸みを与えるための高速ミリング工具に関する。
【０００２】
【背景の説明】
現在利用可能なカッタは標準凹型ラジアス工具である。これらのカッタは複数の窪んだ形の切削面を有する。１つの先行技術の実施例は、図１に示されるような窪んだ形状の切削領域を有する複数のインサートを用いる。このインサートは工具と一体化またはそれから取外し可能６であり得、各インサートは機械部品上において同じ表面領域を切削する。これらの工具は低いｒｐｍおよび低い送り速度の適用例では十分にその働きをする。送り速度とは、部品軸の方向における工具の相対的な運動（インチ／分）のことである。
【０００３】
図２は、頂部エッジおよび底部エッジを有する機械部品８の頂部エッジに重なる窪んだ形状の切削領域を伴う先行技術のインサート６の概略を示す。標準的な凹型ラジアスカッタは部品との大きな接触領域６を有し、高いＲＰＭおよび送り速度で切削力を急激かつ劇的に増大させて、部品とカッタとを互いから撓ませる。高速ミリング適用例におけるそれらの使用は部品と工具との間に撓みおよびスプリングバックを引き起こして、過度のチャタリングおよび許容できないような部品面仕上がりをもたらす。部品のエッジが薄くなるかまたはフランジが長くなるにつれ、部品と工具との間のチャタリングまたは撓みの量は増大するだろう。送り速度は工具の剛性に依存し、工具の剛性はその長さ対直径比に依存する。たとえば、７：１の長さ対直径比を有する工具は、アルミニウム上、または表面の質が重要でないような適用例においては、毎分約８インチ未満の送り速度を要するだろう。この工具の他の限界は、切削面への長いリーチまたは設定された長さを要する適用例である。ここでは、工具は剛性が落ちて、高ＲＰＭ適用例では支持力が落ちる。
【０００４】
機械部品は、電気または空気で動力を与えられる手工具を用いてもかえりを除去されエッジを丸められ得る。これらの工具は、標準的な凹型ラジアスカッタを用いるよりも速い送り速度で動作する場合もある回転型やすりおよび回転型研磨器を含む。回転するやすりは部品のエッジに丸みを与えるために用いられる。回転する研磨器は部品表面を滑らかにするためにシリンダまたはディスクを用いる。回転型緩衝器は滑らかな仕上げを作るために用いられる。すべての手工具は、部品材料をアンダーカットする可能性があるかまたはそれを意図せずして除去してしまうという不利な点を有する。さらに、手工具は、エッジおよび棚部を含む、長いリーチを要する部品の造作への接近が制限されるという不利な点を有する。
【０００５】
これまでは、過剰な機械コストのため、手によってかえりを除去するかまたはエッジを丸めるのが費用面でより効率が良かった。より最近では、少なくとも１００００ｒｐｍの速度を可能にする高速機械仕上げが利用できることが、手工具に対して経済的に競争力を有するようになっている。
【０００６】
【発明の概要】
この発明は、対応するエッジを有する複数のカッタインサートを用いるミリング工具を特徴とし、各々のエッジによって部品の丸みの部分のみをミリングする。これは、その切削された丸みに対する、切子面のある近似を生ずる完全な切削をもたらすよう、工具が完全に回転することを必要とする。
【０００７】
この発明の別の特徴は、長いリーチまたは設定された長さを要する適用例において部品送り速度における大きな改善を提供することである。
【０００８】
この発明のさらに別の特徴は、頂部ミリングラジアスカッタを有するミリング工具を提供することである。
【０００９】
この発明のさらに別の特徴は、底部ミリングラジアスカッタを有するミリング工具を提供することである。
【００１０】
この発明のさらに別の特徴は、頂部および底部ミリングラジアスカッタを有するミリング工具を提供することである。
【００１１】
【実施例の詳細な説明】
これらおよび他の利点および特徴は、以下の、この発明を実施するためのベストモードの詳細な説明から明らかとなる。
【００１２】
標準的な凹型ラジアスカッタに関連する先に注記した限界は、この発明において、各切削面でエッジの丸みの部分のみをもたらす「切子面効果」によって解決される。部品の頂部エッジおよび底部エッジをミリングするための凹型切削丸みに近似する高速機械加工に対し、３つのカッタが開発されている。最初の２つのカッタはエッジの頂部および底部をミリングするためのものである。これは、丸みの、切子面のある近似をもたらすよう異なる仰角に各々が回転される、標準的な三角形の超硬（合金）スローアウェイチップを用いることによって達成される。タングステン−超硬（合金）系のインサートはより高い温度においてそれらの硬度を維持する。第３のカッタは四角形のインサートを用い、エッジの頂部および端部の両方をミリングし得る。これらのカッタは、高速機械加工において用いられて、上から機械部品のかえりを除去するかまたはエッジを丸める。インサートを使用する利点は、工具本体全体の取替えの必要性を取除くこと、および１００００ｒｐｍを超え得る超硬（合金）速度で部品をミリングする能力を含む。スローアウェイおよび取替え可能の両方であるインサートを用いることによって、凹型ラジアス工具よりも長い寿命を有するミリング工具がもたらされる。
【００１３】
ミリング工具の基本的な構造を図３に示し、これは、切削ヘッド１２を前方端に伴うカッタ本体１０からなる。このカッタ本体の半径はテーパ３０にされてもよい。カッタ本体は、中を通る回転軸線を有する概ね円形の断面を有し、熱処理された鋼鉄シャフトを用いて作製され得る。この工具の鋼鉄は、温度が上昇されても切削硬度を維持し得、一般には２つの合金をなす元素、タングステンまたはモリブデンまたはその両方の組合せを含む。図４は、インサート１４、２２、２４を含む工具の端面図である。図５は、機械部品８のエッジの切削領域に重なるインサート１４、２２、２４を示す。頂部切削ヘッド１２は図６（ａ）〜６（ｃ）に示され、３つ以上のインサートを伴うさまざまな直径を有しかつ任意の数のエッジ丸みに近似するよう作られ得る。典型的なカッタ工具は、直径が１インチ以下であり、かつ３つのインサート１４、２２、２４を有する。各インサートは２つの面４６、４８を有する三角形のような形状であり、各面は３つのエッジ１６、１８、２０、合計して６つのエッジを有する。インサートはカッタ本体の端部に沿って周縁に位置づけられる。各インサートは、１つのエッジ１６を外に向けて本体の凹みの中に置かれる。中央インサートエッジはカッタの回転軸線に対して４５°でセットされ、他の２つのインサート２２、２４の配置は中央インサートから＋／−１８°回転させられる。インサートはカッタ本体の軸のまわりにおいて１２０°離されて置かれ、全部で３つの外方向切削エッジ１６、５０、５２を伴う。
【００１４】
カッタインサートは切削ヘッドに対し取外し可能に取付けられる。取付ねじはインサートおよび切削ヘッド３４とねじ山係合する。インサートは、未使用のエッジのうちの任意のものが切削面として利用可能なように、回転されるかまたはインデックスされ得る。市場で入手可能なインサートは、三角、四角、丸、凹および凸を含むさまざまな形状がある。インサートは、さらに、さまざまなすくい角で配向され得る。すくい角とは、インサートの面と工具の回転軸線の法線との間に形成される角のことである。すくい角は、０すくいで材料に溝をほる代わりに、せん断動作を生じさせ、部品材料を薄く切るために正としてもよく、または、部品材料を平削りするために負のすくい角としてもよい。０すくいの場合、材料は部品からほり起こされ、その結果、部品に粗い面を生じさせるかもしれない。部品をせん断または平削りすることにより、部品から取除かれる材料に熱の大半が伝達される結果となり得る。これは、部品が加熱され膨張するのを防ぐ。大きなすくい角はインサートに対する機械上の支持力を増大させて、インサート支持および工具の剛性を向上させる。これは、小さい半径を有する工具にとっては特に重要である。典型的なすくい角は＋１０°であるが、特定の適用例に対して最適化することも可能である。
【００１５】
切削工具が完全に回転した後、必要な切削丸みに対する、切子面のある近似が、機械部品のエッジに沿った点に作られる。次いで、切削工具は機械部品のエッジに沿って、切削動作が繰返されるように、またはエッジ丸めが完了するまで、前進させられる。
【００１６】
図７（ａ）〜７（ｃ）は底部切削ヘッドを示し、これは、３つの三角形インサート２６、２８、３０を用いて開発されたものであり、中央インサート切削エッジ５４はカッタの回転軸線に対して１３５°にセットされる。切削エッジ５６、５８を有する他の２つのインサートは、中央インサートから＋／−１８°回転される。これらインサートはカッタ本体の軸の周囲において１２０°離した状態で置かれる。切削エッジと部品材料８との間にクリアランスを設けるよう、底部切削ヘッドの半径は切削本体３２のそれよりも大きい。
【００１７】
頂部エッジおよび底部エッジミリングヘッドの両方の特徴を１つのカッタに組合せ得る。図８はこの工具を示し、これは、切削される丸みへの、切子面のある近似を達成するよう、さまざまな角度でセットされる四角形のインサートを用いる。各インサート３６、３８、４０は、２つの面を有する四角形のような形状を有し、各面は４つのエッジ４２、４４、６２、６４、合計して８つのエッジを有する。これらインサートは、カッタ本体の端部に沿って、周縁に位置づけられる。各インサートは２つのエッジ４２、４４を外方向に向けて本体の凹みの中に置かれる。この四角いインサートの角はカッタ本体に対して鋭角をなしており、上方向傾斜および下方向傾斜する切削エッジを設ける。各インサートは２組の上方向傾斜および下方向傾斜するエッジを有する。インサートは、カッタ本体の軸のまわりにおいて、１２０°離されて位置される。
【００１８】
カッタインサートは切削ヘッドに対し取外し可能に取付けられる。取付ねじはインサートおよび切削ヘッド６０とねじ山係合する。これらインサートは、エッジのうちの任意のものが切削面として利用可能なように回転され得る。これらインサートは、さまざまなすくい角で配向され得る。すくい角とは、インサートの面と工具の回転軸線の法線とによってなされる角のことである。すくい角は、０すくいで部品材料をほり起こす代わりに、せん断動作を増大させて、その結果、薄く切るために正としてもよく、または、部品材料を平削りするために負のすくい角としてもよい。０すくいの場合、材料は部品からほり起こされ、その結果、粗い表面を生じさせるかもしれない。さらに、より大きなすくい角はインサートに対する機械上の支持を増大させて、インサート支持および工具の剛性を向上し得る。これは、小さい半径を有する工具にとっては特に重要である。典型的なすくい角は＋１０°であるが、特定の適用例に対しては最適化が可能である。
【００１９】
この切削概念は高速機械加工技術要件を改善する。これらのエッジカッタは１０，０００ｒｐｍ以上および６０インチ／分以上の送り速度で動作可能である。幅広い範囲の直径を有し、さまざまな角度でセットされるさまざまな形状およびサイズの３つ以上のインサートを伴う丸み近似カッタを作製することによって、任意の所望のエッジ丸みに近似することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術の、標準的な凹型ラジアス工具の側面図である。
【図２】先行技術の切削インサートおよび機械部品の概略図である。
【図３】この発明のミリング工具の側面図である。
【図４】ミリングヘッドの上面図である。
【図５】この発明の切削インサートおよび機械部品の概略図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は三角形インサートの相対的な位置を示す、頂部エッジミリング工具の回転図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は三角形インサートの相対的な位置を示す、底部エッジミリング工具の回転図である。
【図８】四角形インサートを示す、組合わされた頂部および底部エッジミリング工具の回転図である。
【符号の説明】
１０ カッタ本体
１２ 切削ヘッド
１４ インサート
２２ インサート
２４ インサート
４６ ３つのエッジを有する面
４８ ３つのエッジを有する面

Claims (9)

1. 機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具であって、
   （ａ）回転軸線が中を通る概ね円形の断面のカッタ本体と、
   （ｂ）複数の、三角形状の超硬（合金）スローアウェイ切削インサートとを含み、
   前記切削インサートは、さらに、２つの周縁エッジを間に伴う第１および第２の面を伴って規定され、
   前記切削インサートは周囲に位置づけられ、解放可能なように取付けられ、１つのエッジを外方向に向けて前記本体の第１の端部の凹みに部分的に置かれ、
   前記切削インサートは、必要な切削される丸みに対する、切子面のある近似を生じさせるような態様で、前記インサートの切削エッジに正接する部品のエッジ上の点を生じさせるよう回転させられる、ミリング工具。
2. 前記切削インサートの外方向エッジは上方向に前記カッタ本体から離れるように配向されかつ頂部エッジミリングカッタとして作用する、請求項１に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
3. 前記切削インサートの外方向エッジは下方向に前記カッタ本体から離れるように配向されかつ底部エッジミリングカッタとして作用する、請求項１に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
4. 機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具であって、
   （ａ）回転軸線が中を通る概ね円形の断面のカッタ本体と、
   （ｂ）複数の、四角形状の超硬（合金）スローアウェイ切削インサートとを含み、
   前記切削インサートは、さらに、２つの周縁エッジを間に伴う第１および第２の面を伴って規定され、
   前記切削インサートは周囲に位置づけられ、解放可能なように取付けられ、１つのエッジを外方向に向けて前記本体の第１の端部の凹みに部分的に置かれ、
   前記切削インサートは、必要な切削される丸みに対する、切子面のある近似を生じさせるような態様で、前記インサートの切削エッジに正接する部品のエッジ上の点を生じさせるよう回転させられ、
   前記切削インサートは上側エッジが前記工具から遠ざかりかつ下側エッジが前記工具から遠ざかるように配向され、かつ頂部エッジおよび底部エッジカッタとして作用する、ミリング工具。
5. 前記切削インサートの面は前記本体の回転軸線に対する法線に沿って配向される、請求項１または４に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
6. 前記切削インサートの面は前記本体の回転軸線の法線に対し或る角度で配向され、それによって切削面にすくい角を与える、請求項１または４に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
7. 前記切削インサートのエッジと部品材料との間にクリアランスを設けるよう、前記本体の第１の端部の半径は前記本体の第２の端部よりも大きい、請求項１または４に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
8. 前記切削インサートは外方向切削エッジのいずれかの組を露出させるよう回転され得る、請求項１または４に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。
9. 前記切削インサートは様々なすくい角で配向可能である、請求項１または４に記載の機械部品のエッジ丸めのためのミリング工具。

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