JP4784878B2 - サイドカッター - Google Patents

Description

本発明は、チップを着脱自在に装着するサイドカッターに関する。

従来から知られているサイドカッターでは、環状体をなすカッター本体の外周部分に、板状の切削用チップを備えたカートリッジが配列固定されている。切削用チップは、カッター本体の周面の軸方向両端および中央にあるもの同士が切削位置をずらして対称的になっており、夫々取付穴を利用して頭つきのねじにより、その逃げ面側から固定される。（例えば、特許文献１参照。）

実開昭４９−１１９８７１号公報

しかしながら、上記実用新案文献に記載されたカッターでは、カッター本体の周面の軸方向両端および中央にある切削用チップ同士が切削位置をずらされているため、カッター本体に装着できる切削用チップの個数が制限される。そのため、該カッターは、有効刃数を増やせないため加工能率を上げることができないという問題を有する。

本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、主として溝加工に好適なサイドカッターを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明によるサイドカッターは、
請求項１に係る発明は、略円板状または略円環状をなすカッター本体と、
前記カッター本体の周面から突出する切刃を有する二以上の外周刃チップと、
前記カッター本体の端面から突出する切刃を有する二以上のコーナ刃チップと、を備え、
前記外周刃チップおよびコーナ刃チップは、前記カッター本体の周方向に互いに隣り合う切刃が、前記カッター本体の中心軸線まわりの回転軌跡を重複させるように、前記カッター本体に配設され、
少なくとも一組の外周刃チップおよびコーナ刃チップが、前記カッター本体の中心軸線方向で互いに離間するとともに前記カッター本体の周方向でほぼ同一位置に配設されていることを特徴とする。

前記外周刃チップが第１のカートリッジを介して前記カッター本体に装着されるとともに、前記外周刃チップと対をなす前記コーナ刃チップが第２のカートリッジを介して前記第１のカートリッジに着脱自在に装着されていてもよい。

前記第２のカートリッジが前記第１のカートリッジより前記カッター本体の径方向および軸線方向に突出していてもよい。

本発明のサイドカッターは、前記少なくとも一組の外周刃チップおよびコーナ刃チップに対し、前記カッター本体の周方向で前方側に隣接して、１つの共通の切屑ポケットを備えてもよい。

外周刃チップ及びコーナ刃チップが周方向に交互に配設されていてもよい。

図１は、本発明を適用した実施形態に係るサイドカッター要部の一部分解斜視図である。 図２は、図１に示すサイドカッター要部の正面図である。 図３は、図１に示すサイドカッター要部の一部断面を含む左側面図である。 図４は、第１カートリッジに外周刃チップおよびコーナ刃チップを装着した状態を説明する正面図である。 図５は、図４に示す第１カートリッジの左側面図である。 図６は、図４に示す第１カートリッジの平面図である。 図７は、他のコーナ刃チップを装着したサイドカッター要部の一部分解斜視図である。 図８は、第２の実施形態の要部の斜視図である。 図９は、図８のサイドカッター要部の一部分解斜視図である。 図１０は、図８のサイドカッターの要部の正面図である。 図１１は、図８のサイドカッターの要部の平面図である。 図１２は、コーナ刃チップ（左側）を正面側から見た図である。

本発明の実施形態として、本発明を適用したサイドカッターについて図面を参照しながら説明する。

図１〜図３に図示するように、このサイドカッターは、中心軸線をもつ略円板状のカッター本体と、その外周面１０ｃに周方向に沿って配列された複数のチップとを有する。チップは、複数の外周刃チップ２０と、複数のコーナ刃チップ３０とを含む。外周刃チップは、カッター本体の外周面１０ｃから突出する切刃となる外周刃２１を有する。コーナ刃チップ３０は、カッター本体の外周面１０ｃの端部側に配されて該端部から突出する切刃となるコーナ刃３１を有する。外周刃チップ２０Ａ、２０Ｂは、カッター本体１０の周方向に沿って、前記カッター本体１０の一端面側、他端面側に交互にジグザグに配設されている。同じようにコーナ刃チップ３０Ａ、３０Ｂも、カッター本体１０の周方向に沿って、前記カッター本体１０の一端面側、他端面側に交互にジグザグ（交互）に配設されている。

図１に図示するように外周刃チップ２０は、略平行四辺形板状をなしている。上下面となる平行四辺形面は逃げ面２３とされ、上下面の間に延びる側面はすくい面２２とされ、逃げ面２３とすくい面２２との交差稜線部に外周刃２１となる切刃が形成されている。コーナ刃チップ３０は、略長方形板状をなしている。上面となる長方形面は逃げ面３３とされ、上下面の間に延びる側面はすくい面３２とされ、逃げ面３３とすくい面３２との交差稜線部にコーナ刃３１を含む切刃が形成されている。コーナ刃チップ３０のすくい面３２に対向する方向からみて、切刃の両端部に設けられたコーナ部の稜線は円弧状をなすコーナ刃３１とされている。外周刃チップ２０およびコーナ刃チップ３０は、上下面を厚さ方向に貫通する取付穴２４、３４を備えている。外周刃チップ２０およびコーナ刃チップ３０の少なくとも切刃は、超硬合金、サーメット又はセラミックスのような硬質材料、あるいは多結晶ダイヤモンド又は六方晶窒化硼素のような超高圧焼結体からなる。

外周刃チップ２０およびコーナ刃チップ３０は、夫々カートリッジを介してカッター本体１０に取り付けられている。これらチップ２０、３０は、取付穴２４、３４の内壁面に係合可能な頭部をもつ皿子ねじ等のねじ部材８０をカートリッジに設けた雌ねじ穴に螺着することによってカートリッジに着脱自在に固定される。カートリッジは、大型の第１のカートリッジ４０と、小型の第２のカートリッジ５０とを有する。第１のカートリッジ４０は、カッター本体１０の幅とほぼ等しい幅をもつ。第２のカートリッジ５０は、第１のカートリッジ４０の側部に設けた凹所４２に固定される。

図１に図示するように第１のカートリッジ４０は、カッター本体の外周面１０ｃおよび両端面１０ａ、１０ｂに開口していて中心軸線方向に延びる凹溝１１に挿入される。凹溝１１のカッター回転方向Ｋを向く壁面が周方向支持面１１ａとなる。凹溝１１のカッター径方向外側を向く壁面が径方向支持面１１ｂとなる。前記周方向支持面１１ａおよび径方向支持面１１ｂがこれら支持面に対向する第１のカートリッジ４０の側面に夫々当接支持することによって、第１のカートリッジ４０がカッター回転方向Ｋおよび径方向に位置決めされる。さらに、凹溝１１の周方向支持面１１ａには、カッター回転方向Ｋ前方側に突出する立ち上がり係合面１３が、カッター本体１０の中心軸線に直交する方向に沿って延設される。前記周方向支持面１１ａに当接する第１のカートリッジ４０の側面には、前記立ち上がり係合面１３に係合可能な切り欠き係合面４３が形成される。第１のカートリッジ４０は、その切り欠き係合面４３を凹溝の周方向支持面１１ａにおける立ち上がり係合面１３に係合することにより、カッター本体１０の中心軸線方向に正確に位置決めされる。そして、第１のカートリッジ４０は、ねじ部材６０が前記凹溝１１の周方向支持面に穿設された雌ねじ穴にねじ込まれることによって固定される。ねじ部材６０は、例えばカートリッジ４０に係合する頭部をもつ六角穴付きボルトである。雌ねじ穴は、前記周方向支持面の法線に対してカッター径方向内側かつ前記立ち上がり係合面１３に向かって傾斜している。第１のカートリッジ４０は、前記凹溝１１の周方向支持面、径方向支持面および立ち上がり係合面に向かって押圧されて正確に位置決めされて固定される。さらに、第１のカートリッジ４０は、該カートリッジ４０のカッター回転方向Ｋ前方側に設置された楔部材９０が締め込まれることによって、前記凹溝１１の周方向支持面に押圧されてより強固に固定されている。

第２のカートリッジ５０は、第１のカートリッジ４０のカッター本体１０の一端面側に位置する側面に切り欠かれた凹所４２に挿入される。ここで、凹所４２のカッター回転方向Ｋを向く壁面が周方向支持面４２ａとなる。カッター径方向外側を向く壁面が径方向支持面４２ｂとなる。カッター本体の中心軸線方向を向く壁面が軸方向支持面４２ｃとなる。これらの支持面４２ａ、４２ｂ、４２ｃがそれらに対向する第１のカートリッジ４０の側面に夫々当接支持することによって、第１のカートリッジ４０が位置決めされる。そして、第２のカートリッジ５０は、２本のねじ部材７０が前記凹所４２の軸方向支持面４２ｃに穿設された雌ねじ穴にねじ込まれることによって固定される。２本のねじ部材７０は、例えばカートリッジ５０に係合する頭部をもつ六角穴付きボルトである。ここで、前記雌ねじ穴が軸方向支持面４２ｃの法線に対して、周方向支持面側かつ径方向支持面側に向かって傾斜していることによって、第２のカートリッジ５０は、全ての支持面４２ａ、４２ｂ、４２ｃに押圧されて固定されている。

外周刃チップ２０は、第１のカートリッジ４０のカッター径方向外側を向く側面とカッター回転方向Ｋ前方側を向く側面との交差稜線部に形成されたチップ座４１にねじ部材８０でねじ止めされる。すなわち、外周刃チップ２０は、第１のカートリッジ４０を介してカッター本体１０に取り付けられている。一方、チップ座５１が、第２のカートリッジ５０のカッター本体１０の一端面側に位置する側面とカッター回転方向Ｋ前方側を向く側面との交差稜線部に形成される。コーナ刃チップ３０は、チップ座５１にねじ部材７０でねじ止めされる。すなわち、コーナ刃チップ３０は、第２のカートリッジ５０を介し、さらに第１のカートリッジ４０を介してカッター本体１０に取り付けられている。言い換えれば、大型の第１のカートリッジ４０と、この第１のカートリッジ４０に取り付けられた小型の第２のカートリッジ５０とは、親子関係にあるといえる。

上述したとおり外周チップ２０Ａ、２０Ｂおよびコーナ刃チップ３０Ａ、３０Ｂは、カッター本体１０の周方向に沿って、前記カッター本体１０の一端面側、他端面側に交互に配列されてジグザグに配設される。一方の第１のカートリッジ４０において、カッター本体１０の一端面側にある外周刃チップ２０Ａが取り付けられた場合には、前記一方の第１のカートリッジ４０に一体的に取り付けられた第２のカートリッジ５０には、他端面側にあるコーナ刃チップ３０Ｂが取り付けられる。その逆に他方の第１のカートリッジ４０において、前記他端面側にある外周刃チップ２０Ｂが取り付けられた場合には、前記他方の第１のカートリッジ４０に一体的に取り付けられた第２のカートリッジ５０には、前記一端面側にあるコーナ刃チップ３０Ａが取り付けられる。そして、カッター本体１０には周方向に沿って前記一方の第１のカートリッジ４０と前記他方の第１のカートリッジ４０が交互に同数ずつ取り付けられている。

各第１カートリッジ４０に取り付けられた外周刃チップ２０とコーナ刃チップ３０とは、該サイドカッターの側面視で、カッター本体１０の中心軸線方向で互いに離間するとともに、該第１のカートリッジ４０のカッター回転方向Ｋ前方側を向く側面に沿って該カッター本体１０の周方向でほぼ同一位置にある。さらに、前記外周刃チップ２０およびコーナ刃チップ３０は、カッター回転方向Ｋ前方側に隣接して形成された１つの切屑ポケット１２を共有している。この切屑ポケット１２は、カッター本体の外周面１０ｃを内側に凹んだ凹曲面状に切り欠くとともにカッター本体１０の両端面１０ａ、 １０ｂにも開口する大型のものである。前記凹曲面は、第１のカートリッジ４０のカッター回転方向Ｋ前方側に隣接する楔部材９０のカッター径方向外側を向く側面に連なっている。外周刃チップとコーナ刃チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）がカッター本体１０の周方向でほぼ同一位置にあるとは、両チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）同士が前記周方向で少なくとも一部を重複（オーバーラップ）していることを意味している（図１および図２参照）。換言すれば、外周刃チップとコーナ刃チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）がカッター本体１０の周方向でほぼ同一位置にあるとは、外周刃チップとコーナ刃チップとが、前記カッター本体の中心軸線方向から見て、少なくとも部分的に重複（オーバーラップ）していることを意味している。特に両チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）が第１のカートリッジ４０のカッター回転方向Ｋ前方側を向く側面に沿って配設されるのが望ましい。

以上に説明したサイドカッターは、工作機械の主軸に取り付けられ、中心軸線まわりに回転させられ、この中心軸線に直交する方向に送られる。カッター本体１０に取り付けられた各チップの切刃が被削材に接触して切削する。そして、該サイドカッターは、各チップ２０、３０の切刃を前記中心軸線まわりに回転させたときの回転軌跡と実質的に同一形状の断面形状を呈する溝を被削材に切削加工する。

本サイドカッターによれば、外周刃チップとコーナ刃チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）がカッター本体１０の周方向のほぼ同一位置に一対に配設されていることで、カッター本体１０に装着できるチップの個数を従来よりも増やすことができる。したがって、本サイドカッターは、有効刃数の増加により従来工具よりも加工能率の向上を可能にする。

本サイドカッターは、外周刃チップ２０が第１のカートリッジ４０を介してカッター本体１０に装着されるとともに、外周刃チップ２０と対をなすコーナ刃チップ３０が第２のカートリッジ５０を介して第１のカートリッジ４０に着脱自在に装着されている。このような構成を採用することで、外周刃チップ２０とコーナ刃チップ３０をカッター本体１０の周方向のほぼ同一位置に配設することが実現される。これを、外周刃チップとコーナ刃チップを夫々別個のカートリッジを介してカッター本体に取り付けようとしても、カッター本体および夫々のカートリッジが強度低下してしまうため実現が難しい。しかしながら、本実施形態に係るサイドカッターは、カッター本体１０および第１のカートリッジ４０、第２のカートリッジ５０を強度低下させることなく、外周刃チップ２０とコーナ刃チップ３０とをカッター本体の周方向でほぼ同一位置に配設することができる。

そのうえ、外周刃チップとコーナ刃チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）は、これらチップのカッター回転方向Ｋ前方側に隣接して形成された１つの切屑ポケット１２を共有している。したがって、カッター本体の外周面１０ｃ近傍の強度や剛性が高くなる。しかも、切屑ポケット１２は、カッター本体の両端面１０ａ、１０ｂに開口する大型のものであることから、外周刃チップ２０Ａおよびコーナ刃チップ３０の各切刃から生成する切屑を収容する能力が高く円滑に外部へ排出する。

コーナ刃チップ３０は、加工する溝の隅部の円弧形状部の半径に応じたコーナ刃の曲率半径が選択される。図７に例示するサイドカッターは、コーナ刃の曲率半径を図１に示すサイドカッターよりも大きくしたものである。このようなコーナ刃の曲率半径は、加工する溝によって頻繁に変更されるため、コーナ刃チップ３０は外周刃チップ２０にくらべ頻繁に交換されることとなる。しかしながら、カッター本体１０を工作機械の主軸から取り外してコーナ刃チップ３０を変更することは、作業性の著しい悪化を招いてしまう。さらに、コーナ刃の曲率半径の大きさによっては、コーナ刃チップ３０の外形寸法が変わってしまう場合があるので、このコーナ刃チップ３０を取り付けたカートリッジごと交換が必要になる。このような事情から、コーナ刃チップ３０は、第２のカートリッジ５０に単独で取り付けられ、この第２のカートリッジ５０がさらに第１のカートリッジ４０を介してカッター本体１０に取り付けられている。この構成により該サイドカッターで加工する溝の隅部の円弧形状部の半径変更に際して、小型の第２のカートリッジ５０のみを取り外すだけでコーナ刃チップ３０を交換することができる。外形寸法の異なるコーナ刃チップ３０に変更する場合においても、第２のカートリッジ５０だけを交換すればよい。すなわち、カッター本体１０を工作機械の主軸から取り外すことなく、あるいは、大型の第１のカートリッジ４０をカッター本体１０から取り外すことなく、コーナ刃チップ３０の交換作業をきわめて容易かつ短時間に行うことができるため、コーナ刃チップ３０を交換するに際して作業性が大幅に改善される。さらに、第２のカートリッジ５０の着脱作業は、該第２のカートリッジ５０を固定するねじ部材７０をカッター本体１０の端面側から操作できるため、カッター本体１０を静止させた状態で、工作機械の主軸から取り外さずに行える。この点においても作業性の改善がはかられる。

第２のカートリッジ５０は、第１のカートリッジ４０よりカッター径方向および中心軸線方向に突出していることが望ましい。言い換えれば、第１のカートリッジ４０は、第２のカートリッジ５０よりカッター径方向および中心軸線方向で内側に下がっていることが望ましい。これは、比較的負荷の高い溝の隅部の円弧形状部の切削を担当するコーナ刃チップ３０の欠損等の破損を第２のカートリッジ４０で食い止め、第１のカートリッジ５０に損傷が及ぶことを防止するためである。これと同じ理由から、カッター本体１０に損傷が及ぶことを防止するため、カッター本体１０は、第１のカートリッジ４０よりカッター径方向および中心軸線方向で内側に下がっていることが望ましい。

さらに、図６からわかるように、カッター本体１０の周方向でほぼ同一位置に配設される外周刃チップとコーナ刃チップ（２０Ａと３０Ｂ、２０Ｂと３０Ａ）との間では、夫々の切刃稜線が前記周方向で離間している（ずらされている）ことが望ましい。これは、夫々の切刃稜線が被削材に接触するタイミングをずらすことによって切削抵抗の急激な立ち上がりを分散させて第１のカートリッジ４０およびカッター本体１０への負荷を軽減するためである。さらに、本サイドカッターでは、コーナ刃チップのコーナ刃３１及び外周刃チップの外周刃２１が、カッター回転方向Ｋ後方へ向かうように中心軸線に対して傾斜しており、正の軸方向すくい角が付与されている。これにより前記の第１のカートリッジ４０およびカッター本体１０への負荷を軽減する効果に加え、切削抵抗の向きをカッター本体１０の周方向に対して斜交する方向に変えることで、コーナ刃チップのコーナ刃３１が被削材に喰い付きやすくなるとともに切屑のカールが促進される。

図８〜図１２は、本発明の第２の実施形態を示す。

この実施形態では、コーナ刃チップ３０のカッター本体１０への取り付け姿勢が、先に説明した実施形態と異なっている。すなわち、先の実施形態のコーナ刃チップ３０は、その厚み方向がカッター本体１０の中心軸線方向に沿うように配置されていたのに対し、該実施形態のコーナ刃チップ３０は、その厚み方向がカッター本体の径方向に沿うように配置されている。（図８、図９および図１１を参照。）図８に図示したように、コーナ刃チップ３０は、略平行四辺形板状をなし、一対の平行四辺形面のうちいずれか一方の平行四辺形面が逃げ面３３とされ、上下面間に延びていて互いに対向する二対の側面のうち一方の対をなす側面がすくい面３２とされる。切刃は、前記逃げ面３３となる平行四辺形面と前記すくい面３２となる側面との交差稜線部に形成されており、前記平行四辺形面の鋭角コーナ部に形成された円弧状のコーナ刃３１を含んでいる。取付穴３４は、前記平行四辺形面の中央部を厚み方向に貫通して形成されている。コーナ刃チップ３０は、少なくとも切刃が超硬合金、サーメット又はセラミックスのような硬質材料、あるいは多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素のような超高圧焼結体から構成されている。

図１１に図示したように、コーナ刃チップ３０は、第２のカートリッジ５０の所定位置に、逃げ面３３となる平行四辺形面をカッター本体１０の径方向外側に向け、かつ、すくい面３２となる側面をカッター回転方向Ｋに向けて載置される。コーナ刃３１は、カッター本体１０の端面から突出させられる。そして、コーナ刃チップ３０は、その取付穴に挿通したねじ部材を前記第２のカートリッジ５０に設けた雌ねじ穴に螺着することによって、該カートリッジ５０に着脱自在に装着される。

コーナ刃チップ３０の切刃は、コーナ刃３１から前記平行四辺形面の鈍角コーナ部に向かうにしたがい漸次カッター回転方向Ｋ後方側へ向かうように、カッター本体１０の中心軸線に対して傾斜させられている。これにより前記切刃には正の軸方向すくい角が付与されている。また、図１２に図示したように、コーナ刃チップ３０のすくい面３２には、切刃直交断面で凹曲面状をなすブレーカ溝が該切刃に沿って延設されている。これにより径方向すくい角が増加している。

第２のカートリッジ５０は、先の実施形態と同様に該カートリッジ５０に係合する頭部をもつ六角穴付きボルト等のねじ部材７０を利用して固定されるが、コーナ刃チップ３０の取り付け姿勢を変えたことにより、先の実施形態よりもコーナ刃チップ３０のコーナ刃３１に接近した位置に１本のねじ部材７０が追加され、合計３本のねじ部材７０によって固定されている。

以上に説明した第２の実施形態においては、カッター本体１０へのコーナ刃チップ３０の取り付け姿勢を変更することによって、カッター回転方向Ｋに作用する主分力が該コーナ刃チップ３０の切刃のほぼ全体にわたって均等に作用する。つまり、前記主分力がコーナ刃チップ３０の平行四辺形の一辺、および、前記一辺に対向する他の一辺に連なる側面であって第２のカートリッジ５０に当接する側面のほぼ全体に均等に作用する。これにより、前記側面が第２のカートリッジ５０に安定的に支持、拘束される。また、前記主分力がコーナ刃チップ３０を固定するねじ部材に対してカッター本体１０の中心軸線方向の両側に作用するので、該コーナ刃チップ３０が前記ねじ部材の軸線まわりに回転するような挙動が抑制される。したがって、切削中において、該コーナ刃チップ３０が第２のカートリッジ５０内で安定して精度良くカッター本体１０に固定されるため、加工精度の悪化を抑制することができる。

さらに、該実施形態において、第２のカートリッジ５０は、先の実施形態よりもコーナ刃チップ３０のコーナ刃３１に接近した位置に１本のねじ部材７０が追加され、合計３本のねじ部材７０によって固定されていることで、第２のカートリッジがより強力に固定される。この結果として、コーナ刃チップ３０が精度良くカッター本体１０に固定されるため、加工精度の悪化を抑制することができる。

本発明は、以上に説明した実施形態に係るサイドカッターに限定されるものではなく、例えば、円環状をなすカッター本体の内周面に内周刃チップおよびコーナ刃チップを取り付けたものにも適用可能である。また、外周刃チップは３刃列以上に変更可能であり、４刃列以上の場合、一つの第１のカートリッジに取り付けられる外周刃チップが２個になってもよい。

Claims (4)

1. 略円板状または略円環状をなすカッター本体と、前記カッター本体の周面から突出する切刃を有する二以上の外周刃チップと、前記カッター本体の端面から突出する切刃を有する二以上のコーナ刃チップと、を備え、前記外周刃チップおよびコーナ刃チップは、前記カッター本体の周方向に互いに隣り合う切刃が、前記カッター本体の中心軸線周りの回転軌跡を重複させるように、前記カッター本体に配設され、少なくとも一組の外周刃チップおよびコーナ刃チップが、前記カッター本体の中心軸線方向で互いに離間するとともに前記カッター本体の周方向でほぼ同一位置に配設され、
   前記外周刃チップが第１のカートリッジを介して前記カッター本体に装着されるとともに、前記外周刃チップと対をなす前記コーナ刃チップが第２のカートリッジを介して前記第１のカートリッジに着脱自在に装着されていることを特徴とするサイドカッター。
2. 前記第２のカートリッジが前記第１のカートリッジよりも前記カッター本体の径方向および軸線方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載のサイドカッター。
3. 前記少なくとも一組の外周刃チップおよびコーナ刃チップに対し、前記カッター本体の周方向で前方側に隣接して、１つの共通の切屑ポケットを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のサイドカッター。
4. 前記外周刃チップおよびコーナ刃チップは周方向に交互に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサイドカッター。

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