JP5129236B2 - エンドミル - Google Patents

Description

この発明は、概ね機械加工工具、より詳細には回転切削工具に関する。

被加工物を回転切削工具によって機械加工すると、不快な高調波の振動が発生してしまう可能性がある。これは、びびりおよび他の望ましからざる現象を生ずる可能性があり、機械加工された製品に欠陥をもたらす可能性がある。これらの現象に対処する場合、機械加工工具の回転速度および切削工具の送り速度比を変更することは、これが最適な生産性を妨げる可能性があるので、望ましくない。これに対処する１つの周知の方法は、回転切削工具のインサートおよびそのポケットの周方向の間隔を変更し、さもなければ発生する可能性のある高調波を崩壊させることである。他の周知の方法はインサート間ですくい角を変えることである。

前述の欠点を少なくとも減少させるか、または克服する工具を提供することが本発明の目的である。

典型的かつ例示であって発明の範囲を制限しないことを意図したシステム，工具，方法に関連付けて以下の実施形態およびその解釈が記述され、かつ例示される。種々の実施形態において１つ以上の上述した問題が減じられるか、または排除され、同時に他の実施形態が別な利点または改良に向けられている。

本発明によると、長手方向軸線とこれを中心とする回転方向とを持ったフライスが提供される。このフライスは、前部刃先から後方に延在して略円柱状の外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第１切れ刃と、前部刃先から後方に延在し、前部刃先から離れて長手方向軸線に沿って進んだ場合に径方向外側に傾いて略円錐台状の第１外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第２切れ刃と、前部刃先から後方に延在し、前部刃先から離れて長手方向軸線に沿って進んだ場合に径方向内側に傾いて略円錐台状の第２外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第３切れ刃とを具えた前部刃先を有する。

このフライスは後部刃先をさらに有する。略円柱状の外周包絡面は円柱半径を有する。略円錐台状の第１外周包絡面は後部刃先に接する第１テーパー終端半径を有し、略円錐台状の第２外周包絡面は前部刃先に隣接する第２テーパー先端半径を有する。第１テーパー終端半径および第２テーパー先端半径は円柱半径に少なくともほぼ等しい。

一般に、略円錐台状の第１外周包絡面は前部刃先に接する第１テーパー先端半径を有し、略円錐台状の第２外周包絡面は後部刃先に接する第２終端半径を有し、第１テーパー先端半径および第２終端半径は円柱半径よりも小さい。

上述した典型的な解釈および実施形態に加え、さらなる解釈および実施形態が、図面を参照することにより、また以下の詳細な説明の分析によって明白となろう。

より良い本発明の理解のため、かつ同じものが実際にどのように行うことができるのかを示すため、ここで添付図面に対する参照がなされよう。

例示の平易性および明瞭性のため、図面に示した要素が必ずしも寸法通りに描かれていないことを認識されよう。例えば、いくつかの要素の寸法が他の要素に対して明瞭性のために誇張されている場合がある。さらに、適切であると考えられる場合には、参照符号が同じ要素を示すために図面で繰り返し用いられる場合がある。

図１および図２を参照すると、本発明の第１実施形態によるフライス１２は、前後方向と回転方向Ｒとを規定する長手方向軸線Ａを有する。この明細書および特許請求の範囲を通して出現する方向用語、例えば「前」，「後」など（およびこれらの派生語）は、単なる例示の目的のためであることに注意すべきである。このフライス１２は、後部シャンク１４と、前方を向く切削面１８から後部シャンク１４に接する後部終端２０まで長手方向に延在する前切削部１６を有する。この前切削部１６は、例えば米国特許第６４９４６４８号および米国特許第６４８５２２０号から知られているように、一体構造であってシャンク１４に取り外し可能に固定されるものであってよく、これらの全部が参照することによりここに組み入れられる。さらに、例えば米国特許第６９９７６５１号，米国特許第５７７９３９９号，米国特許第４５６０３０８号，米国特許第６１０５４６７号，米国特許第５３２２３９４号から知られているように、切削部１６をシャンク１４と一体に形成することができ、これらの全部が参照することによりここに組み入れられる。

切削部１６を超硬合金，セラミックス，サーメットまたはその他の適切な任意の材料から作ることができる。切削部１６は、加圧成形または注入成形そして次の焼結の如き粉末冶金法にて製造することができる。このような材料および方法は、この業界にてよく知られており、例えば International Carbide Data から発行された World Directory and Handbook of Hardmetals and Hard Materials 第５版に記述され、これが参照することによりここに組み入れられる。切削部１６はまた（この業界においてＨＳＳとして知られた）高速度鋼や、硬質材料素材の如き硬くて強靱な材料から、または任意の適切な材料整形方法によって製造することも可能である。

切削部１６は、これと一体に形成された４つの螺旋状の歯２２を有し、これらは前後の溝２４の間にそれぞれ画成される。各溝２４は、切削面１８から終端２０まで後方に延在する。しかしながら、別な切削部を有する異なるフライスが可能であり、他の数、例えば３，５，６またはそれ以上の数の歯を形成することができる。各歯２２は、終端２０に接する歯の後端２８から切削面１８の歯の前端３０まで延在して外縁端長さＬを画成する外縁端２６を有する。各歯２２は、外縁端２６の歯の前端３０から切削面１８に沿って歯３４の内端まで内側に延在する付帯端縁３２をさらに有する。フライス１２が回転すると、各外縁端２６が長手方向軸線Ａと同心の対応した回転体を生成する。

図３は、外縁端長さＬの前部５６から取得した断面を示し、図４は外縁端長さＬの後部５４から取得した断面を示す。両方の断面は、２つの円柱状の歯４８と、テーパー歯５０と、鳩尾形歯５２とを示す。４つの外縁端２６のうち、円柱状の歯４８の２つの向かい合わせの外縁端２６が円柱状端縁３６を構成し、フライス１２がその長手方向軸線Ａを中心に回転した場合、回転円柱体を生成する。この回転円柱体は、２つの円柱状端縁３６のこれら各円柱状外周包絡面４６と重なり合う。他の２つの外縁端２６は非円柱状の外縁端を構成する。２つの非円柱状外縁端２６の一方は、テーパー端縁３８を構成するテーパー歯５０であり、フライス１２がその長手方向軸線Ａを中心として回転した場合、テーパー状回転体を先細り外周包絡面４２と共に生成する。２つの非円柱状外縁端２６の他方は、鳩尾形端縁４０を構成する鳩尾形歯５２であり、フライス１２がその長手方向軸線Ａを中心として回転した場合、鳩尾形外周包絡面４４と共に鳩尾形の回転体を生成する。

図５Ａ〜図５Ｃは、テーパー状回転体，鳩尾形回転体および円柱状回転体のテーパー状外周包絡面４２，鳩尾形外周包絡面４４および円柱状外周包絡面４６の概略図をそれぞれ示す。円柱状外周包絡面４６は、切削面１８の前部刃先１９から終端２０の後部刃先２１まで延在し、長手方向軸線Ａと平行であって円柱半径ＲCを有する。先細り外周包絡面４２は、切削面１８の前部刃先１９から終端２０の後部刃先２１まで長手方向軸線Ａと同軸に延在する略円錐台形状のものであるが、終端２０に接する先細り外周包絡面４２のテーパー終端半径ＲTTが切削面１８に接する先細り外周包絡面４２のテーパー面半径ＲTFよりも大きくなるように、径方向外方に傾斜している。本発明のいくつかの実施形態によると、テーパー終端半径ＲTTは円柱半径ＲCと等しいか、ほぼ等しい。鳩尾形外周包絡面４４は、切削面１８の前部刃先１９から終端２０の後部刃先２１まで長手方向軸線Ａと同軸に延在する略円錐台形状のものであるが、終端２０に接する鳩尾形外周包絡面４４の鳩尾形終端半径ＲDTが切削面１８に接する鳩尾形外周包絡面４４の鳩尾形面半径ＲDFよりも小さくなるように、径方向内側に傾斜している。本発明のいくつかの実施形態によると、鳩尾面半径ＲDFは円柱半径ＲCと等しいか、ほぼ等しい。

フライス１２が回転して被加工物（図示せず）を機械加工する場合、円柱状の歯４８の外周切れ刃２６は一様な径方向切削深さで全外縁端長さＬをフライス加工し、テーパー歯５０の外周切れ刃２６は外縁端長さＬの後部５４の辺りをフライス加工し、鳩尾形歯５２の外周切れ刃２６は外縁端長さＬの前部５６の辺りをフライス加工する。円筒状の歯，テーパ歯および鳩尾形歯を交互に組み合わせた結果は、機械加工中にフライスを安定させ、びびりを大きく減らすのに役立つ。

図６および図７を参照すると、本発明の他の典型的な実施形態によるフライス６０は、前後方向と回転方向Ｒとを規定する長手方向軸線Ａ２を有する。このフライス６０は、後部シャンク６２と前切削部すなわち端部６４とを有する。このシャンク６２を前切削部６４と一体に形成することができる。この分野においてよく知られているように、前切削部６４をシャンク６２に対して取り外し可能に固定することも可能である。フライス６０のシャンク６２の構成およびその前切削部６４への装着は当業者の知識の範囲内にあり、ここではさらに論じられない。

切削部６４は、前面６６をその外縁部７０を囲んで形成された６つのポケット６８と共に有する。各ポケット６８は、前方溝７２に対して前方に接線方向に開き、外縁部７０から径方向外側に離れる。各ポケット６８は１つのインサート７４を収容することができる。異なるフライスに異なる数、例えば３，４，５，７，８，９のポケットを形成可能であることが理解される。さらに、フライスの作業中にインサートをしっかりと収容するようになっているインサートの形状およびポケットの形状と、インサートがこれらの個々のポケットに取り外し可能に固定される方法および手段とは、当業者の知識の範囲内にあり、ここではさらに論じられない。

インサート７４は、超硬合金，セラミックス，サーメットまたはその他の適切な任意の材料から加圧成形または注入成形そして次の焼結の如き粉末冶金法にて作ることができる。このような材料および方法は、この業界にてよく知られており、例えば International Carbide Data から発行された World Directory and Handbook of Hardmetals and Hard Materials 第５版に記述され、これが参照することによりここに組み入れられる。インサート７４は（この業界においてＨＳＳとして知られた）高速度鋼や、硬質材料素材の如き硬くて強靱な材料から、または任意の適切な材料整形方法によって製造することも可能である。インサート７４は、概ね長方形のプリズム状であってよい。このインサート７４はまた、米国特許第５４８６０７３号，米国特許第５０７１２９２号，米国特許第５０５２８６３号，米国特許第５３８２１１８号，米国特許第５７２７９１１号および米国特許第５１５８４０２号に開示されたものの如き、この業界で知られた適当な任意の設計のものであってよく、これらのすべてはこれらを参照することによりこれら全体がここに組み入れられる。

ポケット６８に取り外し可能に固定される場合、インサート７４は外側外縁端８０の終端７７を構成する後端部７６から概ね前方に延在する径方向外側外縁端８０と、前部刃先７９の前端部７８とを有し、これらは前切削部６４の切削深さＤを規定する。付帯切れ刃８２が外縁端８０の前端部７８から端面６６に沿って内側に延在している。前切削部６４がその長手方向軸線Ａ２を中心として回転した場合、各外縁端８０は長手方向軸線Ａ２と同心の対応した回転体を生成する。

図８Ａ〜図８Ｃはフライス６０のポケット６８を詳細に示している。より詳細には、図８Ａが円柱状ポケット９０を示し、図８Ｂがテーパポケット９２を示し、図８Ｃが鳩尾形ポケット９４を示す。８４，８６および８８として示した切削インサートは、円柱状ポケット９０，テーパポケット９２および鳩尾形ポケット９４にそれぞれ固定される。インサート８４，８６および８８は同一であってよく、これらが固定されるポケットにより、単に識別可能であってよい。切削インサート８４の外周切れ刃８０Ｃは、フライス６０がその長手方向軸線Ａ２を中心として回転した場合、長手方向軸線Ａ２と平行な円柱状の外周包絡面を持った円柱状回転体を生成し、これは円柱半径ＲCを有する。この円柱状外周包絡面は、図３〜図５に示すと共に上述した円柱状外周包絡面４６と同じである。切削インサート８６の外周切れ刃８０Tは、正のリード角を有し、フライス６０がその長手方向軸線Ａ２を中心として回転した場合に略円錐台のテーパー形状の外周包絡面を生成し、前部刃先７９における前端部７８から終端７７における後端部７６まで長手方向軸線Ａ２とほぼ同軸に延在するものの、径方向外側に傾く。このように形成されているので、終端７７に接する先細り外周包絡面のテーパー終端半径ＲTTは、前面６６に接するテーパー包絡面のテーパー先端半径ＲTFよりも大きい。この先細り外周包絡面は、図３〜図５に示すと共に上述した先細り外周包絡面４２と同じである。テーパー終端半径ＲTTは、円柱半径ＲCと等しいか、ほぼ等しい。インサート８８の外縁端８０Dは負のリード角を有し、フライス６０がその長手方向軸線Ａ２を中心として回転した場合、略円錐台の鳩尾形をなす外周包絡面を生成し、前端部７８から後端部７６まで長手方向軸線Ａ２とほぼ同軸に延在するものの、径方向内側に傾く。このように形成されているので、前端部７８に接する鳩尾形外周包絡面の鳩尾形前端半径ＲDFは、後端部７６に接する鳩尾形外周包絡面の鳩尾形終端半径ＲDTよりも大きい。この鳩尾形の外周包絡面は、図３〜図５に示すと共に上述した鳩尾形外周包絡面４４と同じである。鳩尾形前端半径ＲCFは、円柱半径ＲCと等しいか、ほぼ等しい。

フライス６０がその長手方向軸線Ａ２を中心にして回転し、被加工物（図示せず）を機械加工する場合、インサート８４の外周切れ刃８０Cは一様な径方向深さの切削を全切削深さＤにてフライス加工し、インサート８６の外縁端８０Tは切削深さＤの後部９６の辺りをフライス加工し、インサート８８の外縁端８０Dは切削深さＤの前部９８の辺りをフライス加工する。

この実施形態におけるフライス６０の６つのポケットは、円柱状ポケット９０，テーパポケット９２，鳩尾形ポケット９４，円柱状ポケット９０，テーパポケット９２および鳩尾形ポケット９４として外縁部７０を囲んで形成された向かい合わせの３対として配されている。インサート８４，８６および８８は、円柱状ポケット９０，テーパポケット９２および鳩尾形ポケット９４にそれぞれ取り外し可能に固定することができる。インサート８４，８６および８８の外周切れ刃８０C，外周切れ刃８０Tおよび外縁端８０Dをそれぞれ交互に組み合わせた結果は、機械加工中のフライスを安定させ、びびりを著しく低減させるのに役立つ。

しかしながら、この開示の他の実施形態における異なるフライスを異なる数のポケットおよび／または異なる配列のポケットで作ることができる。例えば、円柱状ポケット９０，テーパポケット９２，円柱状ポケット９０，鳩尾形ポケット９４，円柱状ポケット９０，テーパポケット９２，円柱状ポケット９０および鳩尾形ポケット９４として外縁部７０を囲む８つのポケットを形成することができ、また円柱状ポケット９０，テーパポケット９２および鳩尾形ポケット９４として外縁部７０を囲む３つのポケットを形成することができ、あるいは他の任意の望ましい配置であってよい。

多くの典型的な解釈および実施形態を上述しているが、当業者らは、何らかの変更，置換，付加およびその副次的組み合わせを認識しよう。さらに、当業者らは、本開示を考慮してここに開示された特定の典型的な実施形態に対して多くの変更を行い、この開示の精神および範囲から逸脱することなく、同一または同様な結果を取得可能であることを理解すべきである。従って、添付した特許請求の範囲および紹介される特許請求の範囲がその精神および範囲内にあるこのような変更，置換，付加および副次的組み合わせのすべてを含むように解釈されることが意図される。

本開示の典型的な第１の実施形態によるフライスの立体投影図を示している。 図１に示したフライスの切削部の側面図を示している。 図２のIII−III線に沿って取得した切削部の断面図を示している。 図２の・−・線に沿って取得した切削部の断面図示している。 図１に示したフライスのテーパー歯により生成する外周包絡面の概略図を示している。 図１に示したフライスの鳩尾形の歯により生成する外周包絡面の概略図を示している。 図１に示したフライスの円柱状の歯により生成する外周包絡面の概略図を示している。 本開示の典型的な第２の実施形態によるフライスの立体投影図を示している。 図６に示したフライスの側面図を示している。 図６に示したフライスの円柱状ポケットの側面図を示している。 図６に示したフライスのテーパポケットの側面図を示している。 図６に示したフライスの鳩尾形ポケットの側面図を示している。

Claims (11)

1. 長手方向軸線およびこれを中心とする回転方向を持ったフライスであって、
   前部刃先と、
   この前部刃先から後方に延在し、略円柱状の外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第１切れ刃と、
   前記前部刃先から後方に延在し、前記長手方向軸線に沿って前記前部刃先から離れるように進んだ場合に径方向外側に傾く略円錐台状の第１外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第２切れ刃と、
   前記前部刃先から後方に延在し、前記長手方向軸線に沿って前記前部刃先から離れるように進んだ場合に径方向内側に傾く略円錐台状の第２外周包絡面を生成するような少なくとも１つの第３切れ刃と
   を具えたことを特徴とするフライス。
2. 後部刃先をさらに具え、前記略円柱状の外周包絡面は単一の円柱半径を有し、前記略円錐台状の第１外周包絡面は前記後部刃先に接する第１テーパー終端半径を有し、前記略円錐台状の第２外周包絡面は前記前部刃先に接する第２テーパー先端半径を有し、前記第１テーパー終端半径および前記第２テーパー先端半径が前記円柱半径に少なくともほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のフライス。
3. 後部刃先をさらに具え、前記略円柱状の外周包絡面は円柱半径を有し、前記略円錐台状の第１外周包絡面は前記前部刃先に接する第１テーパー先端半径を有し、前記略円錐台状の第２外周包絡面は前記後部刃先に接する第２終端半径を有し、前記第１テーパー先端半径および前記第２終端半径は前記円柱半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のフライス。
4. 長手方向軸線およびこれを中心とする回転方向を持ったフライスであって、
   前部刃先を有する切削部と、
   この切削部の外縁部を囲んで固定される複数のインサートと
   を具え、これら複数の切削インサートのそれぞれは、前部刃先に接する前端部から後端部まで後方に延在する外縁端を具え、
   各外縁端はフライスが回転した場合にこれに対応した外周包絡面を生成するようになっており、
   第１の対応した外周包絡面が略円柱状の外周包絡面を具え、第２の対応した外周包絡面が前記長手方向軸線に沿って前記前部刃先から離れて進んだ場合に径方向外側に傾く円錐台状の外周包絡面を具え、前記第１の対応した外周包絡面が円柱半径を有し、前記第２の対応した外周包絡面が前記後端部に接するテーパー終端半径を有し、これが前記円柱半径に少なくともほぼ等しいことを特徴とするフライス。
5. 前記長手方向軸線に沿って前記前部刃先から離れて進んだ場合に径方向内側に傾く円錐台状の外周包絡面を具えた第３の対応した外周包絡面をさらに具えていることを特徴とする請求項４に記載のフライス。
6. 前記第１の対応した外周包絡面は円柱半径を有し、前記第３の対応した外周包絡面は前記前端部に接する先端半径を有し、これが前記円柱半径に少なくともほぼ等しいことを特徴とする請求項５に記載のフライス。
7. 前記複数のインサートが少なくとも６つのインサートを具えたことを特徴とする請求項４に記載のフライス。
8. 相互に向かい合わせに配された少なくとも２つの外周切れ刃が略円柱状の外周包絡面を生成することを特徴とする請求項５に記載のフライス。
9. 前記第２の対応した外周包絡面と前記第３の対応した外周包絡面とを含むグループのうちの少なくとも一方を生成するような少なくとも１つの外周切れ刃が、相互に背中合わせに配された前記略円柱状の外周包絡面を生成する前記少なくとも２つの第１外周切れ刃の間に配されていることを特徴とする請求項８に記載のフライス。
10. 前記複数の切削インサートの少なくともいくつかを前記前部刃先から取り外すことができることを特徴とする請求項４に記載のフライス。
11. すべての前記切削インサートがほぼ同一であることを特徴とする請求項４に記載のフライス。

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