JP5433037B2 - 軌道エンドミル - Google Patents

Description

本発明は、固体材料を機械加工するためのツールに関する。より詳細には、本発明は、窪みをフライス削りをする際の軌道モードでの使用に特に適した改良されたエンドミルを提供する。

エンドミルは、その幅広い用途の範囲のためかつツールの手頃な原価のため、フライス削り操作に広く使用されている。エンドミルは、円筒形形状であることが多く、約８０ｍｍの直径まで利用可能である。多くのエンドミルは平らな端部を有する。しかし、他の形状、例えば、円錐形および丸コーナーを有する端部もまた使用される。エンドミルは、直径、サイズおよび荒削り用または仕上げ用に構成されているかに依存して、典型的に２〜１０歯を有する。歯は、通常、螺旋形状であるが、軸に直線に平行であってもよい。構造物の材料は、高速度鋼、固体カーバイド、サーメットまたはセラミック、または、これらの組み合わせである。

下記の本文中において、「エンドミル」という単語は、カッターがハードコーティングでめっきされていてもいなくても、鋼または硬質セラミック材料またはこれらの組み合わせから作られたカッターを指す。また、本文中で使用される「フライス盤」という用語は、他の適切な機械ツール、例えば、旋盤、穿孔器および強力ボール盤を含むと解釈されるべきである。

通常フライス盤に保持されたエンドミルは、工作物内に送り込まれるときには、上記エンドミルの切歯の直径に対応する直径を有する穴または窪みを生成する。しかし、所望により、フライス盤スピンドルの軸およびエンドミルの軸が離間しかつ平行であるような方法で、エンドミルをツールホルダに装着することによって、エンドミルの直径よりも大きなサイズの穴を機械加工することが可能である。しかし、この固定された軌道円の使用は、制限されている。現代的なＣＮＣ（計算機数値制御）フライス盤を使用して、エンドミルを正常に装着することができ、必要に応じて、例えば、テーパ状穴を機械加工するために、可変軌道運動が利用可能である。この軌道配列は、盲穴の機械加工用に、および雌ねじ山の機械加工用に、特に有用であることが分かった。

既知のように、最大速度の金属除去を必要とする荒削り機械加工用のツール切削角度は、少量の金属が除去されるが良好な表面仕上げが必要な仕上げ機械加工用の最適な歯形状とは異なる。明らかに、荒削り機械加工の完了時にエンドミルを変え、再度エンドミルを交換して次の構成要素を機械加工するか、または、バッチを荒削り機械加工した後に仕上げ機械加工することは可能である。ツールを変えるのに、または、工作物の再クランプにかなりの時間がかかるため、どちらのオプションも望ましくない。この理由のため、二重目的ツールが開発され、エンドミルまたは他のツールが、荒削り機械加工用に少なくとも１つの歯と、仕上げ用の第２の歯とを担持する。

下記の最近の米国特許は、従来技術の評価を提供する。

米国特許第５，７２７，９１０号において、Ｌｅｅｂは、内向きに方向づけられたＶ字形形状の複数の切刃を有するインサートを含む切削ツールを開示している。インサートは、丸コーナーを備えた内側および外側のフランク切刃を有する。切刃は、チゼルエッジによって、荒削りおよび仕上げ切削の部分に分割されている。

ねじ式インサートに関する２つの既知の問題は、過大寸法の穴を避けるために、インサートの位置決めの際に高精密度が必要であり、インサートを保持するねじは、使用の際にツールの振動のため緩む傾向があることである。２つのインサートを使用するツールに関するさらなる問題は、同一である必要がある２つのインサートの設定に高精密度が必須であることである。設定およびクランプを可能にするために十分に大きくなければならないインサートのサイズのため、小型および中型の穴を機械加工することはできない。

幾分類似したインサートが、Ａｓｔｒｏｍらによって、米国特許第６，１９３，４４６Ｂ１号に記載されている。側面では、クリアランス表面が突出部に形成され、このクリアランス表面は、ステップクリアランスを経由して、チップ角度が切削深さの増加につれて増大する二次螺旋状にねじれたクリアランス表面内に延出し、これの。インサートは、チップブレーカを含む。

Ｗａｒｄｅｌｌは、米国特許第６，４３９，８１１Ｂ１号で、少なくとも１つのフルートが低角度切削表面を画定し一方第２のフルートが高角度切削表面を有するエンドミルを主張している。２つのフルートは交差し、複合切削表面を形成する。

Ｋｕｒｏｄａらは、米国特許第６，８４６，１３５Ｂ２号で、丸コーナーを備えた平底エンドミルを開示している。記載されたコーナーの構成は、エンドミルのチッピングおよび破砕への抵抗を改良すると主張している。

エンドミル用の多数の歯形態が既知であり、本発明者が先のイスラエル特許および米国特許に開示した歯形態を含む。どの形態が最良であるかを決定するために、文献の様々な開示にしたがって作られたカッターで、比較かつ広範な機械加工テストを行う必要がある。そのようなテストは、費用が高価なため行われていない。現在、大半の発明者らは、作業場で自分の選択した形態のテストを行うが、そのような場所で機械加工テスト結果が公表されたとしても、機械加工の状態（材料の硬度、カッターの直径および材料、歯の数、機械剛性、機械加工スピードおよび送り込み、冷却剤組成、表面仕上げ品質、エンドミルがニトリドコーティングされているか否か、およびさらなる要因）は標準化されず、比較することはできない。比較テスト結果がないため、従来技術の開示のメリットを評価することは可能ではない。

しかし、本明細書によるエンドミルは、広範にテストされ、実際の工作物に使用されたときには、そのような用途に以前使用された標準エンドミルと比較して、改良された機械加工結果を有することが分かった。

したがって、本発明の目的の１つは、軌道フライス削りに特に適した新しいエンドミル構成を提供することである。

本発明のさらなる目的は、少なくとも１つの中仕上げ切削部を提供することによって機械加工された円形断面窪みの表面仕上げを改良することである。

本発明のさらなる目的は、３〜５ｍｍおよびより大きな直径の穴を軌道機械加工することができるエンドミルを提供することである。

本発明は、固体材料に開口を切削するための軌道フライス削りツールを提供することによって上記の目的を達成し、上記開口は、通常の円筒形貫通穴、盲穴、窪みを含む穴、ねじ山穴、テーパ状穴、および、二重テーパ状穴を含み、支援ツールは、切削部に隣接するシャンク部を有し、上記切削部の軸は、上記シャンクが保持される機械加工ツールのスピンドル軸から離間し、上記切削部は複数の荒削り切刃と第１過渡部によって上記荒削り切刃から軸方向に離間した複数の中仕上げ切刃と第２過渡部によって上記中仕上げ切刃から軸方向に離間した複数の仕上げ刃とを有し、上記中仕上げ刃の最大直径は上記荒削り切刃より大きく、上記仕上げ刃より小さい。

本発明の好ましい実施形態において、上記第１及び第２過渡部が直線状であるツールが設けられている。

本発明のさらに好ましい実施形態において、上記第１及び第２過渡部が湾曲しているツールが設けられている。

本発明の最も好ましい実施形態において、上記第２過渡部の長さがゼロであるツールが設けられている。

本発明のエンドミルの新規形状は、ＣＮＣフライス盤を使用して複雑な窪みを機械加工するのを可能にするように作用することが認識される。さらに、機械加工圧力は、延長線に沿って分割されるため、良好な金属除去率とともに、良好な表面仕上げが達成される。

本発明においてインサートが回避されるため、３〜５ｍｍほどの小さい開口を機械加工することができるが、これは、ねじ式インサートを使用したときには可能ではない。

本発明は、次に、添付の図面を参照してさらに説明されるが、図面は、例として本発明の好ましい実施形態を表す。構造的な詳細は、その基本的な理解に必要である限り、示される。記載された例と図面により、本発明のさらなる形態がどのように実現できるかは当業者には明白である。

本発明によるエンドミルツールの第１の好ましい実施形態の一部断面立面図であり、円筒形窪みをフライス削りしていることを示す。 エンドミルツールの第２の好ましい実施形態の一部断面立面図であり、円形断面テーパをフライス削りしていることを示す。 エンドミルツールの第３の好ましい実施形態の一部断面立面図であり、円形断面二重テーパ窪みをフライス削りしていることを示す。 エンドミルツールの実施形態の一部断面立面図であり、窪みをフライス削りすると同時に中に雌ねじ山を切削していることを示す。

図１には、金属、木材およびプラスチック等の固体材料１４またはそれらから作られた構成要素等における円形断面開口１２の側部を機械加工するための軌道フライス削りツール１０が示されている。図面に示された開口１２は、通常の円筒形貫通穴であり、ツール１０によって機械加工されている。図面に明らかであるように、穴のより深い部分が実質的にテーパ状の端部を有することができる場合には、盲穴を作ることもできる。

ツール１０は、切削部１８に隣接しているシャンク部１６を有する。切削部１８の軸ＡＡは、シャンク１６が把持される図示されていない機械加工ツールのスピンドル軸ＢＢから離間している。平行側面開口１２を機械加工するために、ＡＡとＢＢとの間の距離を設定しロックすることができる。機械加工ツールが、ツールを下方に送り込みながら、軸ＢＢを中心に円形軌道でツールを駆動するときに、機械加工が行われる。

切削部１８のプロファイルは、２つ以上の荒削り切刃２０、２２、互いから１８０°離間し、湾曲した第１過渡部３２によって仕上げ刃２８、３０から離間されている２つ以上の中仕上げ刃２４、２６を表示する。

第２の湾曲した過渡部３４が、仕上げ刃２８、３０を中仕上げ切刃２４、２６に結合する。

各部分２０〜３０は、その作業用に最適の歯形状を有する。

図面から明らかであるように、中仕上げ刃の最大直径は、荒削り切刃より大きく、仕上げ刃より小さい。

仕上げ部２８、３０の曲率半径の中心３６は、エンドミルプロファイルの外部にある。

しかし、中仕上げ部２４、２６用の曲率半径の中心３８は、エンドミルプロファイル内部に位置する。

本実施形態において、過渡部３２、３４は、湾曲している。

銅、軟鋼およびアルミニウム等の延性材料の機械加工中に有用なチップブレーカ（図示せず）は、任意に設けられることができる。

残った図面を参照すると、類似の参照符号は、類似の部品を識別するのに使用されている。

次に、図２を参照すると、図１に示されたツール１０にほぼ類似したエンドミルツール４０が示されている。ツール４０は、直線状である過渡部４２、及び湾曲している過渡部４４を有する。

ツール４０はテーパ状穴４６を機械加工していることが示されている。機械加工されているテーパ状穴４６の狭い端部における最小可能直径は、ツール４０の仕上げ部４８の最大直径に対応する。

図面に示された機械加工操作中に、ＣＮＣフライス盤（図示せず）は、ツールホルダ（図示せず）を徐々に駆動し、ツール４０の軸ＡＡを図１に示されたツール１０よりも、機械加工スピンドル軸ＢＢにより近くにもたらすようにする。ツール５０は頂部テーパ５２および底部テーパ５４の両方を有する窪みを切削するように使用されることが示されている。

本実施形態において、第２過渡部４２の長さはゼロである。これは、半径中心３６、３８をわずかに調節することによって達成される。

図４に示されているのは、ねじフライス削り用に構成された特殊用途エンドミルツール５６である。ツール５６の下部６０は、図１に示されたものに類似している。Ｖ字形歯６２は、切削部の上部６６から突出し、窪み５８がツールの荒削り歯７２、７４および中仕上げ部６４によって機械加工されているのと同時に、雌ねじ山６８を切削する。

ねじ山６８の溝が螺旋経路に従うため、ＣＮＣフライス盤の頭部は工作物７０に対して傾斜している。傾斜の方向がＺ軸にあるため、図面にはこの傾斜が見られない。

記載された本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲の要旨内のすべての実施形態を含むと意図される。前述の例は、本発明の有用な形態を例示するが、その範囲を限定するとみなされるべきではなく、当業者は、下記の特許請求の範囲の要旨から逸脱せずに本発明のさらなる変形例および変更例を容易に形成できることを認識するだろう。

Claims (14)

1. 固体材料に円筒形貫通穴、盲穴、窪みを含む穴、及びテーパ状穴を開口するために、前記固体材料を切削するための軌道フライスツールであって、
   切削部に隣接し、機械加工ツールに把持されるためのシャンク部と、
   前記軌道フライスツールの先端に設けられた少なくとも１つの荒削り切刃と、前記軌道フライスツールの外周に、前記シャンク部側に前記荒削り切刃に隣接して設けられ、最外部が曲線状である複数の中仕上げ刃と、前記軌道フライスツールの外周に、前記シャンク部側に前記中仕上げ刃に隣接して設けられ、最外部が曲線状である複数の仕上げ刃と、を有する、前記切削部と、
   を有する、軌道フライスツールであって、
   前記複数の仕上げ刃の前記最外部の曲率中心は、前記軌道フライスツールの最外形の外部に位置し、
   前記複数の中仕上げ部刃の前記最外部の曲率中心は、前記軌道フライスツールの最外形の内部に位置する、
   前記軌道フライスツール。
2. 前記中仕上げ刃の最大直径は、前記荒削り切刃より大きく、前記仕上げ刃より小さい、請求項１に記載のツール。
3. 前記複数の中仕上げ刃は、第１過渡部によって、前記荒削り切刃から軸方向に離間している、請求項２に記載のツール。
4. 前記複数の仕上げ刃は、第２過渡部によって、前記中仕上げ切刃から軸方向に離間している、請求項３に記載のツール。
5. 前記第１過渡部は湾曲している、請求項３又は４に記載のツール。
6. 前記第２過渡部は直線状である、請求項４又は５に記載のツール。
7. 前記第２過渡部は湾曲している、請求項４又は５に記載のツール。
8. 前記第２過渡部の長さはゼロである、請求項４又は５に記載のツール。
9. チップブレーカを含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項記載に記載のツール。
10. 前記切削部は、単一のフルートを有する、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載に記載のツール。
11. 前記切削部は、複数のフルートを有する、請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載に記載のツール。
12. 前記ツールは、ねじ山を切った穴をさらに含む前記開口を切削するためのものであり、
    前記切削部は、前記切削部の上部からから突出し、ねじ山を切削するように構成された歯を含む、
    請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載に記載のツール。
13. 前記歯は、Ｖ字形である、請求項１２に記載のツール。
14. ３〜５ｍｍほどの小さい開口を機械加工することができる、請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載に記載のツール。

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