JP4652187B2 - Rotary cutting tool - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械によって切削加工を行う際の自励振動を抑制し、高精度かつ高能率な加工を行うための回転切削工具に関するものである。 The present invention relates to a rotary cutting tool for suppressing high-efficiency and high-efficiency machining by suppressing self-excited vibration when cutting by a machine tool.
深穴など、加工機の主軸、工具ホルダとワークの干渉が生じやすい加工形状では、工具径寸法に対して突出し量の大きい長尺工具を用い、その先端にエンドミルやフライスカッタなどの回転切削工具を取付けて加工する必要がある。長尺工具では先端における剛性が低いので自励振動が発生しやすく、表面粗さや寸法精度の悪化、工具の破損などの悪影響を及ぼす。また、薄板の加工など、ワーク剛性が低い場合も同様に自励振動が発生しやすい。このような自励振動を抑制するための手段として、工具を取付けるアーバの剛性や減衰特性を向上する方式などが提案されている。一方で、回転工具の切れ刃の分割ピッチを不等分割することによって自励振動を抑制できることが知られており、例えば特開2000−714号公報(特許文献1)には、そのピッチの分割方法などが提案されている。 For machining shapes that tend to cause interference between the spindle of the processing machine, tool holder, and workpiece, such as deep holes, use a long tool with a large protruding amount relative to the tool diameter, and a rotary cutting tool such as an end mill or milling cutter at the tip. It is necessary to install and process. A long tool has low rigidity at the tip, so that self-excited vibration is likely to occur, which has adverse effects such as deterioration of surface roughness, dimensional accuracy, and tool breakage. Similarly, self-excited vibration is likely to occur when the workpiece rigidity is low, such as when processing thin plates. As means for suppressing such self-excited vibration, a method for improving the rigidity and damping characteristics of an arbor to which a tool is attached has been proposed. On the other hand, it is known that the self-excited vibration can be suppressed by unequally dividing the dividing pitch of the cutting edge of the rotary tool. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-714 (Patent Document 1) discloses dividing the pitch. Methods have been proposed.
しかしながら、複数枚の切れ刃を持つ回転切削工具において、切れ刃の分割角度を不等ピッチとすることによって、自励振動を抑制しようとする場合、加工機やワークの固有振動数、および使用する工具の回転数が異なると、最適な分割ピッチが変化してしまう。そのため、異なる加工機、ワークに対してはその都度不等ピッチ回転切削工具を製作したり、予め、様々なパターンの不等ピッチ回転切削工具を多数製作しておくなどの必要があった。 However, in a rotary cutting tool having a plurality of cutting edges, when trying to suppress self-excited vibration by making the dividing angles of the cutting edges unequal, the natural frequency of the processing machine or workpiece and the use If the number of rotations of the tool is different, the optimum division pitch changes. Therefore, it is necessary to manufacture unequal pitch rotating cutting tools for different processing machines and workpieces each time, or to manufacture a large number of unequal pitch rotating cutting tools of various patterns in advance.
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、1台の回転切削工具で様々な切れ刃分割ピッチを実現し、加工機や加工対象ワークが変化しても切削自励振動を抑制して、高い切込み量で加工することによって高能率な加工を可能にすると共に製造現場でのコストを低減した回転切削工具を提供することにある。 The purpose of the present invention is to achieve various cutting edge split pitches with a single rotary cutting tool in order to solve the above problems, and to suppress cutting self-excited vibration even if the processing machine or workpiece to be processed changes, An object of the present invention is to provide a rotary cutting tool that enables high-efficiency machining by machining with a high depth of cut and reduces the cost at the manufacturing site.
上記目的を達成するために、本発明は、複数枚の切れ刃を持つ回転切削工具を複数個の工具部材に分割し、該分割された工具部材間でキー溝等の組合せでキー等の嵌め合わせによって、1台の回転切削工具で様々な切れ刃の分割角度ピッチを実現したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention divides a rotary cutting tool having a plurality of cutting edges into a plurality of tool members, and fits a key or the like with a combination of a key groove or the like between the divided tool members. By combining, various cutting edge pitches can be realized with one rotary cutting tool.
また、本発明は、切れ刃が取り付けられ、かつ複数のキー溝が設けられた工具部材を複数組合せて構成し、使用するキー溝の組合せによって前記切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能であることを特徴とする回転切削工具である。 In addition, the present invention can be configured by combining a plurality of tool members provided with cutting edges and provided with a plurality of key grooves, and the division angle pitch of the cutting edges can be changed depending on the combination of key grooves to be used. It is a rotary cutting tool characterized by being.
また、本発明は、前記回転切削工具において、前記切れ刃を4枚刃で構成し、前記キー溝の角度ピッチの差が、前記切れ刃の分割角度ピッチの差の1/2となっていることを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the rotary cutting tool, the cutting edge is composed of four blades, and the difference in the angle pitch of the keyway is ½ of the difference in the divided angle pitch of the cutting edge. It is characterized by that.
また、本発明は、前記回転切削工具において、前記切れ刃の分割角度ピッチの差が2°から10°の角度範囲であることを特徴とする。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the rotary cutting tool, the difference in the split angle pitch of the cutting edges is in an angle range of 2 ° to 10 °.
本発明によれば、切れ刃が取付けられた複数の工具部材に、ピッチの異なるキー溝を設け、使用するキー溝の組合せを変更して、切れ刃の分割角度ピッチを変更することが可能に構成することによって、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象ワークの剛性が変化しても、1台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、 自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。 According to the present invention, a plurality of tool members to which cutting edges are attached are provided with key grooves having different pitches, and the combination of key grooves to be used can be changed to change the dividing angle pitch of the cutting edges. By configuring, for example, even if the protrusion length of the tool holder, the spindle rigidity of the processing machine, or the rigidity of the workpiece to be processed changes, it is possible to achieve the optimum cutting edge split angle pitch with a single rotary cutting tool Therefore, machining efficiency can be improved by suppressing self-excited vibration.
本発明に係る回転切削工具の実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of a rotary cutting tool according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る回転切削工具の一実施の形態について分解した状態で示した斜視図である。図2は本発明に係る工具ボディ2のキー溝21と工具ボディ3のキー溝31とがキー5によって同じ位相となるように組合せた状態の回転切削工具を示す斜視図である。図3は本発明に係る工具ボディ2のキー溝22と工具ボディ3のキー溝32とがキー5によって同じ位相となるように組合せた状態の回転切削工具を示す斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an embodiment of a rotary cutting tool according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the rotary cutting tool in a state where the
図1において、工具ボディ2及び3の各々には、工具ボディ間において軸心を中心にしてほぼ対向するように例えば2枚のスローアウェイチップ1が取付けられている。工具ボディ2にはその外周部にキー溝21およびキー溝22が設けられている。一方、工具ボディ3にもその外周部にキー溝31とキー溝32が設けられている。キー5は工具ボディ3に設けられたどのキー溝にも取付けることが可能となっている。また工具ボディ2のボス部23の外径は工具ボディ3の穴部33の内径と同一の寸法となっており、ボルト(固定部材)4を使用して両者はカッタアーバ(図9に51で示す。)に固定され、例えば4枚刃の回転切削工具10として使用することが可能となっている。
In FIG. 1, for example, two
この図1において、工具ボディ2のキー溝21とキー溝22とはθ2の角度をなしている。また、工具ボディ3のキー溝31とキー溝32とはθ3の角度をなしている。
In FIG. 1, the
図2は工具ボディ2のキー溝21と工具ボディ3のキー溝31が同じ位相となるように組合せた状態を示している。工具ボディ2のキー溝21と工具ボディ3のキー溝31が同じ位相となるように組合せられており、両者の溝にはキー5が挿入されている。4枚の切れ刃1はこの図2の状態で切れ刃の角度ピッチが90°となるようにあらかじめ設計されている。一方、図3は、工具ボディ2のキー溝22と工具ボディ3のキー溝32が同じ位相となるように組合せた状態を示している。キー5はキー溝32に挿入されている。この場合の切れ刃の分割角度ピッチはφ1およびφ2である。
FIG. 2 shows a state where the
図3は図2に対して、キー溝の角度ピッチの差(θ3−θ2)だけ回転した状態である。したがって、図3における切れ刃の分割角度ピッチφ1およびφ2は次の(1)及び(2)式で表される。 FIG. 3 shows a state in which the key groove is rotated by a difference (θ3−θ2) in the angle pitch of the keyway. Therefore, the split angle pitches φ1 and φ2 of the cutting edge in FIG. 3 are expressed by the following equations (1) and (2).
φ1=90°+(θ3−θ2) ・・・(1)
φ2=90°−(θ3―θ2) ・・・(2)
上記(1)式及び(2)式より、キー溝の角度ピッチの差(θ3−θ2)は次の(3)式で表される。
φ1 = 90 ° + (θ3-θ2) (1)
φ2 = 90 ° − (θ3−θ2) (2)
From the above formulas (1) and (2), the difference (θ3-θ2) in the key groove angle pitch is expressed by the following formula (3).
θ3−θ2=(φ1−φ2)/2 ・・・(3)
=α/2
ただし、αは切れ刃の分割角度ピッチの差であり、α=φ1−φ2である。
θ3-θ2 = (φ1-φ2) / 2 (3)
= Α / 2
However, (alpha) is a difference of the division | segmentation angle pitch of a cutting edge, and is (alpha) = phi1-phi2.
したがって、工具ボディ2および工具ボディ3には、切れ刃の分割角度ピッチの差αの1/2のピッチ差を持つキー溝21、31;22、32を設けておけばよい。
Therefore, the
この図2に示した工具ボディ2および工具ボディ3は、キー溝21、キー溝22、キー溝31、キー溝32に対して、これらと軸心を中心にして対向する位置に同様に複数のキー溝の組合せ(図示せず)が設けられており、さらに切れ刃の分割角度ピッチの差αを様々に変化することが可能となっている。本実施例では、切れ刃の分割角度ピッチの差αが0°、3°、5°、7°と4つの状態ができるように、キー溝の配置を設計している。
The
図9に示すように、直径50mm程度、4枚刃の50mm程度の長さの工具を長さ350mmの長尺アーバ51に取付けて回転切削工具10を構成し、該構成された回転切削工具10を用いてS50C材のワーク41の加工を行い、回転切削工具10の回転数と軸方向の切込みを変化して切削加工した場合の自励振動の発生状況を示したものが、図4から図7である。図中の○印は自励振動が発生せず、安定な切削状態であってことを示している。また×印は自励振動が発生し、加工面の表面粗さが極度に悪化した不安定な場合を示している。
As shown in FIG. 9, a
図4は切れ刃の分割角度ピッチの差αを0°とした場合、すなわち等ピッチの場合を示している。安定な状態で切削可能な切込み量は、回転数によらず0.4mmである。図5は切れ刃の分割角度ピッチの差αを3°とした場合を示している。回転数730min−1において、軸方向切込み量が0.6mmであるが、回転数600min−1においては自励振動が発生しており、安定限界切込み量は0.5mmである。同様に図6に示したように、切れ刃の分割角度ピッチの差αを5°とすると、回転数600min−1において安定限界切込みは0.8mmまで向上することがわかる。図7はαを7°とした場合を示している。回転数580min−1では切込み0.6mmまで安定に加工することが可能だが、600min−1では安定限界切込み量は0.4mmとなっている。 FIG. 4 shows the case where the difference α of the cutting edge division angle pitch is 0 °, that is, the case of equal pitch. The cutting depth that can be cut in a stable state is 0.4 mm regardless of the number of rotations. FIG. 5 shows a case where the difference α of the dividing angle pitch of the cutting edge is 3 °. At the rotational speed of 730 min −1 , the axial cutting depth is 0.6 mm, but at the rotational speed of 600 min −1 , self-excited vibration occurs, and the stable limit cutting depth is 0.5 mm. Similarly, as shown in FIG. 6, when the difference α of the cutting edge split angle pitch is 5 °, the stability limit cutting is improved to 0.8 mm at a rotational speed of 600 min −1 . FIG. 7 shows a case where α is set to 7 °. It can be processed stably until the rotational speed 580Min -1 in cuts 0.6mm, but in 600 min -1 stability limit depth of cut has a 0.4 mm.
以上のことから、切れ刃の分割角度ピッチの差α(=φ1−φ2)を変更し、不等ピッチとすると安定限界切込み量が向上する場合があるが、使用する回転数や分割ピッチによってその効果が変化することがわかる。 From the above, if the difference α (= φ1−φ2) of the split angle pitch of the cutting edge is changed to be an unequal pitch, the stability limit cutting amount may be improved, but depending on the number of rotations used and the split pitch, It can be seen that the effect changes.
一方で、工具先端の摩耗量は回転切削工具の周速の影響を受けやすいことが知られている。工具の回転数を増加し、周速を上げると工具摩耗は増大し、周速を下げると工具摩耗は低減される。また、工具の送り速度は回転工具の1刃当りの送り量、刃数、工具回転数の積で表されるので、1刃当りの送り量と刃数を固定した場合、回転数が大きいほど送り速度を増加することができ、加工能率を向上することが可能である。したがって、回転数を増加することは加工能率を向上できるが工具寿命を低下させる恐れがあり、回転数を減少することは工具寿命を向上できる可能性があるものの加工能率が低下すると言える。したがって、切削加工プロセスにおいては、加工能率と工具寿命の両者のトレードオフを考慮して工具回転数を決定する必要がある。本実施例ではS50C材の切削加工を行うに当り、工具の直径が50mm程度で、工具の周速を100m/min以下とするため、回転数を600min−1とする。 On the other hand, it is known that the amount of wear at the tool tip is easily affected by the peripheral speed of the rotary cutting tool. When the rotational speed of the tool is increased and the peripheral speed is increased, the tool wear increases, and when the peripheral speed is decreased, the tool wear is reduced. In addition, since the feed rate of the tool is expressed by the product of the feed amount per blade, the number of blades, and the tool rotation speed of the rotary tool, when the feed amount per blade and the number of blades are fixed, the higher the rotation speed, The feed rate can be increased and the machining efficiency can be improved. Therefore, it can be said that increasing the number of revolutions can improve the machining efficiency, but may reduce the tool life, and reducing the number of revolutions may improve the tool life although the tool life may be improved. Therefore, in the cutting process, it is necessary to determine the number of rotations of the tool in consideration of a trade-off between both machining efficiency and tool life. In this embodiment, when cutting the S50C material, the tool diameter is about 50 mm and the peripheral speed of the tool is 100 m / min or less, so the rotation speed is 600 min −1 .
図8は回転数600min−1における各種切れ刃の分割角度ピッチに対する安定限界切込みを示している。4枚刃回転工具において、切れ刃の分割角度ピッチの差αを5°とすると最も安定限界切込みを向上することが可能であり、等ピッチ、すなわちαが0°の場合と比較して安定限界切込みを2倍化できることを示している。 FIG. 8 shows the stability limit cutting with respect to the division angle pitch of various cutting edges at a rotational speed of 600 min −1 . In a four-blade rotary tool, if the difference α of the cutting edge split angle pitch is 5 °, the stability limit cutting can be improved most, and the stability limit compared to the case of equal pitch, that is, α is 0 °. It shows that the depth of cut can be doubled.
以上説明したように、本実施例では例えば4枚刃の回転切削工具を、対向する2枚の切れ刃が1組となった工具部材(工具ボディ)2、3に分割し、各工具部材2、3に設けられた複数のキー溝の組合せを変化させることによって、1台の回転切削工具で、自励振動を抑制し、安定限界切込み量を向上することが可能となったのである。このことにより、加工能率と工具寿命の両者を改善し、なおかつ、様々なパターンの不等ピッチ工具を準備するなど工具コストの増大を抑止することが可能になったのである。
As described above, in the present embodiment, for example, a four-blade rotary cutting tool is divided into tool members (tool bodies) 2 and 3 each having two opposing cutting blades as one set, and each
本実施例では、角度分割の異なるキー溝を複数配置しておくことによって、分割ピッチのパターンを4種類としたが、キー溝を多数設けることによってより多くのパターンを設定することも可能である。さらにキー溝の代わりにセレーションを設けておくことによって、より細かいピッチの調整も可能である。 In the present embodiment, four types of division pitch patterns are provided by arranging a plurality of key grooves with different angle divisions, but it is also possible to set more patterns by providing a large number of key grooves. . Furthermore, by providing serrations instead of keyways, finer pitch adjustment is possible.
また、加工対象に応じて工具ホルダの突出し長さを変える場合が生じる。例えば浅い加工を施す場合には、長尺アーバー51を短くして切り込みを増やして効率良く切削することが考えられる。また、例えば4枚刃の工具を長尺アーバ51に取付けた長さの範囲としては200mm〜600mm程度が考えられる。また、加工機によっては主軸剛性が変化することになる。また、加工対象によっては大きさや材料の違いにより剛性が変化してくることになる。このように、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象の剛性が変化しても、1台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。
Moreover, the case where the protrusion length of a tool holder is changed according to a process target arises. For example, when shallow machining is performed, it is conceivable that the
また、上記実施の形態では、工具の直径を50mm程度で説明したが、直径40mm〜100mm程度まで適用することが可能である。 Moreover, in the said embodiment, although the diameter of the tool was demonstrated about 50 mm, it is possible to apply to about 40 mm-100 mm in diameter.
また、上記実施の形態では、切れ刃の枚数を4枚の場合について説明したが、2枚〜10枚以下の偶数枚の場合に適用できる。切れ刃の枚数が2枚の場合には、工具部材(工具ボディ)2に設けられた切れ刃1と工具部材(工具ボディ)3に設けられた切れ刃1とは等角度ピッチの状態では工具の軸心を中心にして点対称に(対向して)配置されることになる。また切れ刃の枚数が6枚の場合には、切れ刃1が各工具部材(工具ボディ)2、3に120°の角度間隔で設けられ、各工具部材(工具ボディ)間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は60°ずれることになる。また、切れ刃の枚数が8枚の場合には、切れ刃1が各工具部材(工具ボディ)2、3に90°の角度間隔で設けられ、各工具部材(工具ボディ)間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は45°ずれることになる。また、切れ刃の枚数が10枚の場合には、切れ刃1が各工具部材(工具ボディ)2、3に72°の角度間隔で設けられ、各工具部材(工具ボディ)間において等角度ピッチの状態では切れ刃の位相は36°ずれることになる。しかし、切れ刃の枚数を6枚以上と増やしていくと切り屑を吐き出すためのチップポケットが取れなくなる可能性が生じることになるので、2枚又は4枚が最適である。また、切れ刃の枚数を奇数である3枚にした場合、工具ボディを三段に分割する必要が生じることになり、複雑な構成となる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the number of cutting blades was four, it is applicable to the case of the even number of 2 sheets-10 sheets or less. When the number of cutting edges is two, the
また、上記実施の形態では、切れ刃の分割角度ピッチの差α(=φ1−φ2)としては、3°、5°、7°で説明したが2°〜10°の範囲を取ることは可能である。その結果、キー溝の角度ピッチの差として、1°〜5°の範囲を取ることになる。いずれにしても、分割された工具部材(工具ボディ)の各々に角度ピッチの差が異なる複数のキー溝を設け、該キー溝の組合せを変えて様々な切れ刃の分割角度ピッチの差αを得ることによって、例えば工具ホルダの突出し長さや加工機の主軸剛性、加工対象の剛性が変化しても、1台の回転切削工具によって最適な切れ刃の分割角度ピッチを実現することが可能になり、自励振動の抑制によって加工能率を向上することが可能となる。 Further, in the above embodiment, the difference α (= φ1−φ2) of the dividing angle pitch of the cutting edge has been described as 3 °, 5 °, and 7 °, but it is possible to take a range of 2 ° to 10 °. It is. As a result, the key groove angle pitch difference ranges from 1 ° to 5 °. In any case, each of the divided tool members (tool bodies) is provided with a plurality of key grooves having different angular pitch differences, and the combination of the key grooves is changed to obtain the difference α of the divided angular pitches of various cutting edges. By obtaining, for example, even if the protruding length of the tool holder, the main shaft rigidity of the processing machine, or the rigidity of the object to be processed changes, it is possible to achieve the optimum cutting edge split angle pitch with a single rotary cutting tool. In addition, the processing efficiency can be improved by suppressing the self-excited vibration.
1…チップ、2…工具ボディ(工具部材)、21…キー溝、22…キー溝、3…工具ボディ(工具部材)、31…キー溝、32…キー溝、4…ボルト(固定部材)、5…キー、41…ワーク、51…アーバ。
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