JP4976638B2 - ミリングカッター - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、概して金属切削ツールに関し、より詳しくは、エンドミルおよびフェイスミルのようなヘリカル切削ツールに関する。特に、本発明は、インサートの軸方向すくい角が各溝間および各溝の内部で変化するインサートを有す多数の溝（multiple flutes）を備えたミリングカッターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリカルエンドミルおよびフェイスエンドミルは、産業界において公知のものである。従来のヘリカルエンドミルは、ケンナメタルのミリングカタログ第５０４０号の第１８２〜２１６頁（Kennametal's Milling Catalog No.5040, copyright 1995）に示されるものを含む。
【０００３】
数年間使用されているヘリカルミルの１つの形態は、各インサートの切削エッジが次の隣接したインサートの切削エッジから軸方向に離間され、かつ、２つまたはそれ以上の行（row）が１つの完全なまたは「全て有効（all effective）」な切削エッジを形成することが必要であるため、各ヘリックス（helix）におけるインサートが千鳥状となっている。このようなデザインは、前述のミリングカタログの１８８頁に示されるケンナメタル０°リード−ヘリカルエンドミル（Kennametal 0 degree Lead-Helical End Mill）によって示されている。このようなデザインの不利な点の１つは、少なくとも１つのヘリックスにおいてリードインサートが、異なった長さまたは内側へのオフセットが行われる必要があり、これによって、フェイスミリングができないということである。これは、各ヘリックス内においてインサートを千鳥状にする必要性を生じる。したがって、インサートの全てが、通常、同じでなく、このため互換性が無く、故に多様なインサートの開発と製造が求められている。
【０００４】
このような千鳥状のヘリックスおよび他の従来のミルは、それらの意図された目的および多くの切削工程においては十分であるが、ヘリカルミルのデザインおよび効率性の面においては改善が望まれている。
【０００５】
この解決策の１つが、米国特許第５，０８３，８８７号に示されている。この解決策では、切削インサートは螺旋状配列され、各インサートの切削エッジは、切削ツールにおいて、次の隣接したインサートのシートから円周方向に離間され、次の隣接したインサートの切削エッジと軸方向に重なる関係にあり、また、各インサートの半径方向に延びるエッジは、隣接したインサートの半径方向に延びるエッジと重なる関係となり、任意の溝におけるインサートの全ての切削エッジは、連続的な、中断されない、段付き形状の切削ラインを画定する。この解決策は、単一溝の「全て有効な」ミリングとして知られている。
【０００６】
このような単一溝の「全て有効な」ミルが、ただ１つのインサートタイプを使用し、また、「全て有効な」切削のためにただ１つの溝を必要とするヘリカルエンドミルを提供するとしても、産業界では、単一溝または二重溝のいずれにしても、改善された「全て有効」なミリングのために努力を続けている。特に、産業界では、より良好な表面仕上げ、よりスムースな切削作業、減少された振動、減少されたハンマリング、減少されたびびり、より経済的なカッター、より耐久性のあるカッター、より持続性のあるカッター、および、より容易かつ速やかな製造およびインサートの交換のためのより単純化したデザインのために努力を続けている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、エンドミルとフェイスミルのような、改善されたヘリカルミルを提供することにある。本発明の他の目的は、「全て有効な」切削を提供する改善されたヘリカルミルを提供することにある。本発明のまた他の目的は、各溝間および１つの溝に沿ったインサート間で相違したすくい角を有する不均等な溝および／または溝上におけるインサートシートを含む改善されたヘリカルミルを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、既存のミルに比べてより良好な表面仕上げ、よりスムースな切削作業、減少された振動、減少されたハンマリング、減少されたびびり、より経済的なカッター、より耐久性のあるカッター、より持続性のあるカッター、切削中においてより少ない馬力の消費、そして、より容易かつ速やかな製造およびインサートの交換のためのより単純化したデザイン、の一部または全部を提供することにある。
【０００９】
【発明の要約および目的】
要するに、本発明は、工作物の切削を行うための切削ツールに関する。該切削ツールは、その上に外面およびその内部に中心軸を有し、前記外面において少なくとも第１および第２のスパイラル状溝が設けられているツールボディを備える。各溝は、その内部に複数のインサートを備え、軸方向すくい角を画定し、多数のインサートの軸方向すくい角は、各溝間および各溝の内部で変化する。
【００１０】
好適な実施形態において、軸方向すくい角は、ツールボディの円周に沿って選択的に変化することで、千鳥状の連続的に繰り返されるマトリックスを形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記の説明だけでなく本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら詳細な説明を考察することで、より明白になるだろう。
【００１２】
図面において同じ構成要素には同じ図面符号を付し、エンドミル、フェイスミルまたは他の既知のミルのようなヘリカル切削ツール１０が図示されている。本発明は、溝が形成されるヘリカルエンドミルに関連して述べているが、１つの溝に沿ってまたは２つ或いはそれ以上の溝の間で相違したすくい角を有するという発明思想は、ほとんどの適当な切削ツールに適用できることが認識される。
【００１３】
図１に示されるように、ヘリカルエンドミル１０は、ツールボディ１２およびシャンク１４を備えている。シャンク１４は、当業界で公知のようなミリングまたは他の切削機械（図示せず）のスピンドル内に挿入および固定できるように形成されている。シャンク１４は、この挿入および固定のためのいかなる形状およびデザインを有してもよい。このようなデザインとしては、これに限定されないが、Ｖ−フランジ、テーパー、シェルミルマウント（shell mill mount）およびウェルダンシャンク（Weldon shank）が挙げられる。明白な点は、ミルがフェイスミルであれば、当業界で公知のようにシャンクは存在しない。
【００１４】
ツールボディ１２は、中心軸ＣＡを有する、略円筒形の本体である。ツールボディ１２は、シャンク１４から端面１６へ軸方向に延び、それらの間において外表面１８を画定する。ツールボディ１２の外表面１８は、好ましくは、複数のヘリカルグルーブ（helical groove）を備える。殆どどのようなヘリカルグルーブも、ツールボディ１２内に形成され得ることが認識される。全体的な斜視図である図１では、ヘリカルグルーブ２０および２２を示している。各グルーブ２０および２２は、好ましくは、外表面１８内にヘリカルまたはスパイラル状（helical or spiral）に切削され、端面１６からほぼシャンク１４に達する。
【００１５】
各ヘリカルグルーブ２０、２２は、概して、図１および図２によく示されるように、それらの間で切開いた溝領域を画定する１対の対向する面、特に先端面２８および後端面３０を含む。先端面２８および後端面３０は、溝の半径方向の最も内側を向く部分において互いに交差し（従って、溝に対して一般にＶ字形状の横断面を画定する）、または、これとは異なり、基底面が先端面と後端面とを連結することができる（従って、溝に対して一般にＵ字形状の横断面を画定する）。ヘリカルグルーブのさらなる詳細な論考のために、米国特許第５，９１３，６４４号を参照し、参照することにより本願に包含される。
【００１６】
各先端面２８が、外表面１８から内向きに切込まれたスパイラル状であり、該面は、いかなる放射平面から見ても、図１に示されるように、略円筒形シャンク１４の中心軸に対しておよそ半径方向となる。このようなスパイラル状は、時計方向または反時計方向となり得る。反対に、各最終面３０は、実際には多数の段付きシート３４である。
【００１７】
インサート３８は、各グルーブ２０および２２内において各シート３４に取付けられている。図１および図２に示されるように、各インサートは、各インサート内に対応するテーパ状の穴（図示せず）を通じて挿入可能なテーパー状のヘッドを有するスクリュー３９を使用して各インサートに取付けられ、次いで、それぞれのシート３４内の関連するねじ付き穴に螺入される。本発明の範囲内で本発明を変更することなく当業界においてよく知られた全ての任意の既知のインサート取付け方法および装置が使用され得る。
【００１８】
インサートは、インサートが確実かつ適切に意図されたようにシート３４に嵌れば、概して、既知の構造、サイズ、形状または形態を有することができる。このようなインサートの例としては、前述のケンナメタルのミリングカタログの７〜１３２頁に記載されるインサートがある。特別な例としては、カタログに記載のＡＤＫＴまたはＬＦＥＷスタイルのインサートがある。
【００１９】
シート３４および該シート上のインサート３８は、インサートが円周方向に重なるまたは重ならないように配置および段付けされている。示される実施形態において、インサートは僅かに重なっている。しかし、インサートを円周方向に分離することも本発明の範囲内で目的に適合するのは明白である。
【００２０】
図１に示されるように、各インサート３８は、少なくとも１つの切削エッジ４０を含む。本発明の性質および詳細が後述される「全て有効な」切削を提供する異なる軸方向すくい面によって、実際のインサートが重なるまたは重ならないとしても、隣接するインサートの切削エッジ４０は、重なる必要はない。しかし、本発明によれば、実際の切削エッジも重なることができ、これも本発明の一部となることが意図されている。
【００２１】
各シート３４は、それぞれ外周すくい角（radial rake angle）および軸方向すくい角（axial rake angle）を有する。外周すくい角は、シート面３６と作業面との間の角度である。外部切削エッジから内部エッジおよび中心軸を見通したとき、シート３４および該シート上に取付けられたインサートの、半径方向への傾斜である。本発明に関して、このような特徴は、外周すくい角とは無関係である。
【００２２】
図４に示されるように、軸方向すくい角は、シートおよび／または端から端まで（end-to-end）方式で該シート上に取付けられるインサートの軸方向の傾斜である。詳細には、軸方向すくい角は、ツールボディ１０の中心軸とシート３６内に取付けられたインサートの切削エッジに平行な任意の平面との間の角度である。
【００２３】
図４を参照すると、３つの角度α_nm、β_nmおよびγ_nm（ｎ＝インサート行、ｍ＝溝列）が、３つの溝が形成されたカッター上に規則的にパターン化された一例を示している。本発明においては、３つの溝が形成されたカッター上の３つの角度 α_nm、β_nmおよびγ_nmを用いて示されているが、角度、溝の個数および角度と溝のパターンは、本発明に基づいて所望する通りに変化させることができる。さらに、カットのねじれ方向は、ヘリックスと同様に右回りまたは左回りのどちらでもよく、また、ヘリックスが連続的な角度を有する必要はなく、カッター面から最大軸方向切込み深さに進行するにつれて変化してもよい。
【００２４】
図４に示されるように、ヘリカルグルーブ２０における軸方向すくい角α_nm（ｎ＝インサート行、ｍ＝溝列）は、ヘリカルグルーブ２２における軸方向すくい角β_nm （ｎ＝インサート行、ｍ＝溝列）とは異なり、また、ヘリカルグルーブ２４における軸方向すくい角γ_nm（ｎ＝インサート行、ｍ＝溝列）とも異なっている。軸方向すくい角α_nm、β_nmおよびγ_nmは、各溝列ｍ、たとえば、符号２２、２４、２６の中の各インサート行ｎに対して変化する。各個別ポケットおよび／または各溝において近似のリード角を有するようにインサートのすくい角α_nm、β_nmおよびγ_nmを変化させることで、インサートが被加工物に向かうにつれて切削エッジがより均一な陳列（homogeneous display）効果をもたらす。このような一様性は、被加工物に切削エッジの衝撃をより不規則に分配する傾向を有するため、調和を崩壊する。また、この調和への影響に加えて、本発明は、有効なすくい角と個々のインサート切削長さの影響が、ピッチを変化させる結果をもたらす。インサートの先端エッジの中心点は、等間隔に離間された溝の配置に位置されている。しかし、インサートの変化する角度によって、インサートの先端エッジ上の全てのポイント間の円周上の距離は同一でないが、前述の各中心点の間の距離は例外である。
【００２５】
インサートは、１つの溝においてインサートの先端エッジを重ねてまたは重ねないで配列してもよく、次の溝におけるインサートの配置としては、前の溝の切削から非切削材料の量が著しくないように配置することができる。
【００２６】
結果的に、インサートの有効な軸方向長さＺ１、Ｚ２およびＺ３もまた、軸方向すくい角とは反対に各グルーブ間で変化する。詳細には、図４に示されるように、行１において、全体長さＬを含むインサートの寸法が同一であるとしても、グルーブ２４内のインサートの有効な軸方向長さＺ３は、グルーブ２０内のインサートの有効な軸方向長さＺ１より長いグルーブ２２内のインサートの有効な軸方向長さＺ２より長い。行２において、グルーブ２２内のインサートの有効な軸方向長さＺ２は、グルーブ２０内のインサートの有効な軸方向長さＺ３より長いグルーブ２４内のインサートの有効な軸方向長さＺ１より長い。このような有効な軸方向長さの計算は、インサートの有効な軸方向長さが三角形の一辺であり、実際のインサート長さが三角形の一番長い辺であり、軸方向すくい角が、それらの間の角度を含める幾何学的計算である。
【００２７】
各インサートの実際の切削長さに近いこれらの有効な軸方向長さＺが二次元に投影されると、図４に示されるようになる。符号４０ａと４０ｂとの間の差で示されるように、異なる軸方向すくい角は異なる円周方向の切削長さに等しくなる。隣接するインサートの切削エッジが重ならないことで稜線、ピークまたは他の起伏が、相違した軸方向すくい角によって横断面で整列していない隣接する溝内のインサートによってミリングされるため、異なった軸方向すくい角に位置するインサートを備えた多数の溝の使用は、「全て有効な」切削となる。
【００２８】
α、β、γの実際の角度は、０°〜９０°間の任意の角度となり得る。隣接する溝内のインサートが、同一横断面において終わらなければよい。これは、図４のライン５０および５２により一番良く示されるように、本発明の利点はライン５０、５２が重ならない限り、達成される。
【００２９】
これとは異なり、溝２０および２４内、並びに、溝２２および２６内のインサートは、異なるようにデザインされ、ミル上のシート３６は同じであるが、インサートが異なった軸方向すくい角を提供するようになる。本発明は、切削エッジにおいて相違する軸方向すくい角のみを要求しているため、軸方向すくい角は、シートの角度、インサートのデザインまたは両方によって提供されるようになる。インサートによって提供されるとすれば、インサートは、一つの端部で厚く、細い端部に向かって滑らかに変化する。
【００３０】
要約すれば、多数の溝付きエンドミル１０は、特定の溝における実際のインサートボディまたは切削エッジの重なりとは無関係に「全て有効な」ミリングを提供する。本発明の特徴は、各溝間および同溝内における軸方向すくい角を変化させ、実際にはインサートの有効な軸方向長さが変化することにある。異なる軸方向長さのインサートを有する溝を提供することによって、インサートは、千鳥状となり、また、「全て有効な」切削を提供するようになる。
【００３１】
上記に示すごとく、本発明の特徴である溝内のすくい角を相違させることは、図示されるように、フェイスミルおよび他のミルだけでなく、ヘリカルエンドミルにも適用することできる。円錐型などの円筒形ツールボディのみならず他のツールボディにも適用可能である。
【００３２】
ここで示された文献は、参照により本発明に包含される。
【００３３】
本発明は、本発明の精神および本質的特性を逸脱しない範囲内で前述とは異なる特別な方法で実施することができるのは勿論である。従って、本発明の実施形態は、単に説明のためのものであって、本発明を制限するものではなく、添付の特許請求の範囲の思想と同じ範疇は本発明に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部にインサートが据えられる多数の溝を有し、隣接した溝におけるインサートが異なる軸方向すくい角を有する、ヘリカルエンドミルを示す斜視図である。
【図２】図１のヘリカルエンドミルの側面図である。
【図３】図１のヘリカルエンドミルの端面図である。
【図４】溝とインサートとの間における軸方向すくい角の変化を示す、ヘリカル第１、第２および第３の溝から投影したインサートの上部面の二次元投影図である。

Claims (6)

1. 外面およびその内部に中心軸を有し、少なくとも第１および第２のスパイラル状溝を前記外面に含み、各溝が、軸方向すくい角を画定するようにその内部に取付けられた複数のインサートを含み、前記インサートの前記軸方向すくい角は、前記各溝の間および前記各溝内で変化する、ツールボディを備え、
   前記溝の各々には少なくとも３つのインサートが含まれ、隣接する前記３つのインサートの軸方向すくい角がお互いに異なり、かつ順次大きくなってから小さくなっているか、小さくなってから大きくなり、
   前記溝の一つに含まれている前記インサートの一つと、前記ツールボディの周方向に沿って該インサートに隣接する両側の溝の、軸方向の同じ位置のインサートの各々は、前記軸方向すくい角が互いに異なる、
   被加工物の切削ツール。
2. 前記ツールボディ全体における全てのインサートが同一である、請求項１に記載の切削ツール。
3. 前記ツールボディが、３つのスパイラル状溝を含み、前記各スパイラル状溝が、第１、第２および第３の軸方向すくい角を有する、請求項１に記載の切削ツール。
4. 前記ツールボディ全体における全てのインサートが同一である、請求項３に記載の切削ツール。
5. 前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、任意の溝における隣接するインサート上の前記切削エッジが円周方向に重ならず、相違した軸方向すくい角を有する少なくとも２つの溝を有する切削ツールを使用する切削が、結果的に全て有効なカットをもたらす、請求項１に記載の切削ツール。
6. 前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、相違した軸方向すくい角を有するインサート上の前記切削エッジは、相違した切削エッジ長さを有する、請求項１に記載の切削ツール。

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