JP6208716B2 - 使い捨て式ミーリングカッター - Google Patents

Description

本発明はドリリング加工とミーリング加工の機能を兼ね備えたカッターに関し、特に数値或いはコンピューター数値の制御により工作機械に対応し、先端の移動軌跡が円柱状の螺旋である螺旋フィードの方式により、ドリリング加工及びミーリング加工を行う使い捨て式ミーリングカッターに関する。

図１０に示すとおり、従来のドリルヘッドのドリリング加工物の孔径ψｄは、ドリルヘッドのブレイド直径ψＤに基づき決まる。
よって、各ドリルヘッドは、それぞれのサイズに応じた孔径しかドリリング加工できないため、使用者は多種のサイズのドリルヘッドを準備しなければならず、ドリルヘッドサイズの在庫量が非常に多くなってしまう。

また、ツイストドリルヘッドによりドリリング加工を行う際の切りくずは、多くが連続して排出され、且つ切りくずの幅が大きい。
特に軟鋼、アルミ或いはアルミ合金或いはステンレス材質のドリリング加工では、連削性の切りくずは途切れにくく、切りくず排出槽内に詰まり易く、熱伝導が非常に大きくなり、主軸が受ける切削負荷は非常に大きい。
コントローラーの主軸負荷表は通常は６０％前後であるため、工作機械の主軸、剛性、切削精度及び寿命等に対する影響は極めて大きい。
切りくずが詰まってしまえば、ドリリング加工を継続することはできないため、加工を一時のに中止し、切りくずを取り除いた後でなければ、作業を継続することはできない。

図１１に示すとおり、従来の使い捨て式ドリルヘッドにおいて、使い捨て式ドリルヘッドの使い捨て式カッターブレイドには、切りくず切断槽の設計を有するが、加工物の材質が柔らかい材料である時には、切りくずが容易に切断されない現象が生じ、詰まりが発生し、過熱の現象が起き易い。
そのため、切削液をドリルヘッドに掛ける必要がある。
しかし、加工が深すぎる時には、排出された切りくずは、切削液の孔内への進入を妨げ、ドリルヘッド末端のカッティングエッジ位置まで到達できない。
そのため、カッティングエッジの温度は上昇を続ける。
よって、従来のドリリング加工作業は、動いたり停まったりの間歇式ドリリング加工により、切りくず排出及び散熱の機能を達成しなければならない。
そのため、加工効率は明らかに劣り、加工コストを拡大してしまう。

上記した２種のドリルヘッドにおいて、その切削方式は共に連続切削に属するため、それが発生する切りくずは大きく、且つ連続性の切りくずであることで、詰まりと過熱が発生し易い。
また、ツイストドリルヘッドであろうと、使い捨て式ドリルヘッドであろうと、ドリリング加工の深さの制限を考慮しなければならない。
ドリリング加工の深さが深いほど、切りくずの排出ができないという問題が起こり易く、切りくずはドリル槽内に詰まり、フィードできないという欠点を招く。

実開平７−１１２１２号公報

前記先行技術を示す図１０及び図１１で分かるとおり、従来のツイストドリルヘッド或いは使い捨て式ドリルヘッドの２種のドリルヘッドにおいて、その切削方式は共に連続切削に属するため、それが発生する切りくずは大きく、且つ連続性の切りくずであることで、詰まりと過熱が発生し易い。
また、各ドリルヘッドは、それぞれのサイズに応じた孔径しかドリリング加工できないため、使用者は多種のサイズのドリルヘッドを準備しなければならず、ドリルヘッドサイズの在庫量が非常に多くなってしまう。
且つドリルヘッドを選択する時には、ドリリング加工の安定性の考慮から、ドリルヘッドとドリリング加工の長さの倍比数Ｄ／Ｌ、及びドリリング加工の深さの制限を考慮しなければならず、さもなくば、切りくずはドリル槽内に詰まり、フィードできないという欠点を招く。

本発明の目的は、数値或いはコンピューター数値により制御される工作機械に対応し、先端の移動軌跡が円柱状の螺旋であり、ドリリング加工及びミーリング加工を行う使い捨て式ミーリングカッターに関する。

本発明による使い捨て式ミーリングカッターは、アーバーおよび使い捨て式カッターブレイドを備える。
アーバーは、一端に、切りくず排出槽が設置されており、切りくず排出槽の末端にカッター台が設置されており、カッター台により使い捨て式カッターブレイドが固定されている。
使い捨て式カッターブレイドは、上下方向の両端に設けられている二つのブレイドのうちの少なくとも一方が、高低差および切れ目を有する。

本発明の実施形態を応用する特徴は、工作機械により制御し、先端の移動軌跡が円柱状の螺旋である螺旋フィードの方式により、ドリリング加工及びミーリング加工作業を行い、螺旋式フィードの加工方式を利用し、波浪状の構造を呈する使い捨て式カッターブレイドを組み合わせ、使い捨て式カッターブレイドのブレイドは分段のドリリング加工およびミーリング加工を実現する。
且つ自動的に切りくずを切断し、間歇加工の機能を有するため、切りくずを小さくし、切りくずの排出を容易にするため、詰まりが起こらず、散熱速度が良好で、且つ切削抵抗を低下させることができる。
こうして、カッターの回転速度を向上させ、切削除去率を高めることができ、且つミーリングカッターは延長棒を対応させて長さを変化させ、深い孔の加工を行うことができる。

本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの平面図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの平面図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの使い捨て式カッターブレイドにリード角を設定し、及びブレイドが分段切削する状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの加工状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの先端の移動軌跡のリードを示す模式図である。 本発明の一実施形態による使い捨て式ミーリングカッターに延長棒を連結し長さを延長する使用状態を示す模式図である。 本発明の他の実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの使い捨て式カッターブレイドのブレイドを示す模式図である。 本発明の他の実施形態による使い捨て式ミーリングカッターの使い捨て式カッターブレイドのブレイドを示す模式図である。 従来のツイストドリルヘッドがドリリング加工を行う様子の模式図である。 従来の使い捨て式ドリルヘッドの模式図である。

（一実施形態）
図１〜図３に示すとおり、本発明の実施形態による使い捨て式ミーリングカッターは、数値或いはコンピューター数値制御工作機械に対応し、先端の移動軌跡が円柱状の螺旋である螺旋フィードの方式により、ドリリング加工及びミーリング加工を行う使い捨て式ミーリングカッターである。

本発明による使い捨て式ミーリングカッター１０は、アーバー１１を有する。
アーバー１１の一端の相互に交差する位置には、切りくず排出槽１２を設置する。
切りくず排出槽１２の末端には、カッター台１３を設置する。
カッター台１３により、使い捨て式カッターブレイド２０を固定する。
アーバー１１の中心位置には、給水孔１４を設置する。
給水孔１４は、切りくず排出槽１２まで貫通する。

使い捨て式カッターブレイド２０は、カッターブレイド本体２１を備える。
カッターブレイド本体２１の中心位置には、貫通状の円錐孔２２を設置する。
カッターブレイド本体２１の両端には、ブレイド２３を設置する。
２個のブレイド２３は、カッターブレイド本体２１の頂面２１１の上、下両端にそれぞれ形成する。
ブレイド２３には、高低落差を設置し、且つ切れ目２４の形状を備え、波浪形状を呈するカッティングエッジを形成する。

カッティングエッジは、波浪形状を呈して配列する外側カッティングエッジ２３１及び内側カッティングエッジ２３２を有する（図４参照）。
ブレイド２３の端面には、当接面２５を設置し、当接面２５は、カッター台１３の片側面１３１に押圧する。

図１及び図２に示すとおり、使い捨て式ミーリングカッター１０の中心には、給水孔１４を有し、切削時に冷卻液を供給することができる。
本実施形態は、２個の使い捨て式カッターブレイド２０の設計であるため、２個の使い捨て式カッターブレイド２０は、アーバー１１中心に近い内側カッティングエッジ２３２の間に、所定間隔Ｃが存在する。
よって、直接下向きのドリリングの方式で加工することができず、水平フィードの方式によって、２個の使い捨て式カッターブレイド２０内側カッティングエッジの所定間隔Ｃがドリリング加工されていない部位を、ミーリング加工で除去する必要がある。

そのため、本発明の使い捨て式ミーリングカッター１０は、数値制御或いはコンピューター数値制御の工作機械を必ず合わせて用い、移動軌跡が螺旋であるドリリング加工およびミーリング加工の工法により、螺旋フィードの加工方式で、水平ミーリング加工及び下向きのドリリング加工を行う必要がある。
こうして、穴あけの機能を達成する。
すなわち本発明は、螺旋フィード方式により、カッターが水平ミーリング加工作業を行うと同時に、下向きのドリリング加工作業を行い、ミーリング加工とドリリング加工の同期作業の機能を実現することができる。

螺旋フィードの角度設定については、図４に示す。
高低落差を設置し、且つ切れ目２４を有する波浪状のブレイド２３である使い捨て式カッターブレイド２０は、測定線３０を設置する。
測定線３０とブレイド２３の円弧とは相互に接し、反対端は、切れ目２４の底部を通し、且つ少なくとも切れ目２４の中心点において、実務的には切れ目２４の中心をやや超過し、螺旋フィードのリード角θが２５．８°を形成する。
図５及び図６に示す実施形態では、ブレード直径ψＤが２４ｍｍのミーリングカッターの孔径ψｄは２８ｍｍの孔である。
ドリリング加工およびミーリング加工の孔径の回転直径ｄは２８−２４＝４ｍｍである。

図１、図５、図６に示すとおり、使い捨て式ミーリングカッター１０の回転中心は、被切削孔径中心から２ｍｍ離れたところにある。
使い捨て式ミーリングカッター１０の中心は、回転直径ｄがψ４である円柱を巡り回転する。
リードＬ＝πｄ×ｔａｎθ＝４π×ｔａｎ２５．８°＝６．０７５ｍｍで、すなわち使い捨て式ミーリングカッター１０が一周する度に（ミーリング加工孔径と一周）下方へと６．０７５ｍｍの深さドリリング加工する。
水平方向のフィード量ｆは、０．１ｍｍに設定される（図４参照）。
これに基づき、使い捨て式ミーリングカッター１０は、水平ミーリング加工を行えるばかりか、螺旋フィード工法により、同時にドリリング加工の作業を行うこともできる。

前述の説明では、ψ２４ｍｍのミーリングカッターのドリリング加工およびミーリング加工の最小の孔径サイズは、ψ２８ｍｍである。
同サイズのミーリングカッターは、孔径を持続的に拡大することができる。
最良の切削効率を実現するため、比較的大きい使い捨て式カッターブレイド２０を用い、比較的大きいミーリングカッターサイズにより、ドリリング加工およびミーリング加工を行う。

カッターブレイドのブレイドの分段ドリリング加工およびミーリング加工、切りくず切断及び間歇のドリリング加工およびミーリング加工の機能については、図４に示すとおり、使い捨て式カッターブレイド２０に設置される測定線３０定義の角度は２５．８°（すなわちリード角θである）。
使い捨て式カッターブレイド２０の水平フィード量ｆ値は、０．１ｍｍで、且つ使い捨て式カッターブレイド２０は、測定線３０（すなわちリード角θ）の方向に沿って、ドリリング加工およびミーリング加工を行う。
ドリリング加工およびミーリング加工で切削されるフィード量ｆは約０．１ｍｍで、図面に示すとおり、水平フィード方向Ｋは右向きである。
よって両側のカッターブレイドはすべて右向き及び下向き（リード角θ方向）で、ドリリング加工およびミーリング加工を行い、２個の測定線３０間に位置するブレイド２３区間は、ブレイド２３の真の切削部位で、ブレイド２３の外側カッティングエッジ２３１と実際の切削を行う。

断面線Ｐの区間、すなわち使い捨て式カッターブレイド２０一回転することによるフィード量で、使い捨て式カッターブレイド２０は、ドリリング加工およびミーリング加工時に、各ブレイド２３のカッティングエッジは非連続である。
よって、分段切削の効果を生じ、使い捨て式ミーリングカッター１０の中心線ＣＣを境界線とし、両側のカッターブレイドへ向かい観察すると、左右両側の使い捨て式カッターブレイド２０のブレイド２３の実際の切削カッティングエッジは異なる。
右側のブレイド２３は、外側カッティングエッジ２３１がドリリング加工およびミーリング加工を行い、内側カッティングエッジ２３２は切削を行わない。
左側の各ブレイド２３は、内側カッティングエッジ２３２（中心線ＣＣから離れたカッティングエッジ）は、ドリリング加工およびミーリング加工作業を行い、外側カッティングエッジ２３１は切削を行わない。

カッターが１８０°回転し、両側のカッターブレイドが相互に反対側辺へと回転すると、各左右側の使い捨て式カッターブレイド２０の実際切削カッティングエッジは改変する。
よって、右側の使い捨て式カッターブレイド２０を例とすると、右側に位置する時には、ブレイド２３の外側カッティングエッジ２３１は、ドリリング加工およびミーリング加工し、内側カッティングエッジ２３２は切削を停止する。
左側へ１８０°回転すると、内側カッティングエッジ２３２がドリリング加工およびミーリング加工するように変換し、外側カッティングエッジ２３１は切削を停止する。

これに基づき、使い捨て式カッターブレイド２０の各カッティングエッジ２３１、２３２が、ドリリング加工およびミーリング加工作業を行う時には、１８０°の回転範囲内で片側のカッティングエッジが切削を行い、反対の半周へと回転すると、切削停止の状態となる。
よって、切削の切りくずは、自動的に断裂し、且つカッティングエッジの範囲が小さいため、切りくずは比較的小さく、カッターの切りくず排出に有利である。
且つブレイド２３は分段切削するため、ブレイド２３は非連続の切削を呈し、ブレイドの散熱を助ける。

図７は、本発明による使い捨て式ミーリングカッター１０を、長くした使用形態である。
使い捨て式ミーリングカッター１０の一端には、連結ボルト１５を設置する。
連結ボルト１５は、延長棒１６と連結し、使い捨て式ミーリングカッター１０の長さを延長することができる。
且つ延長棒１６の軸径は、切削の直径より小さいため、切削の切りくずを排出することができ、同時に切削液もカッター中心から流入させることができる。
よって、切りくず排出及び冷卻散熱ともに達成できる。
且つ本発明の延長棒１６は、タングステン抗震材質を採用するため、ドリリング加工の深さを測ったところ、ドリルヘッド直径とドリリング加工の長さの比率Ｄ／Ｌは少なくとも１０倍に達する。
これは、カッター業界で初めての快挙である。

切削除去量の比較では、従来のψ２８ｍｍのドリルヘッドでは、切削速度がＶｃ＝８０〜１５０ｍ／ｍｉｎで、回転速度がＮ＝（１０００×（８０〜１５０））／（π×ψ２８）＝９０９．５〜１７０５ｒｐｍであれば、その各ブレイドの各一回転のフィード量はｆ＝０．１ｍｍ／転である。
よって、そのフィード量はＦ＝ｆ×Ｎ×Ｚ（ブレイド数）＝１８１．９〜３４１ｍｍ／ｍｉｎで、一分当たりの除去量は１８１．９〜３４１ｍｍである。

本発明がψ２４ｍｍのミーリングカッターを使用すると、切削速度はＶｃ＝３００ｍ／ｍｉｎに達し、回転速度はＮ＝（１０００×３００）／（π×ψ２４）＝３９７９ｒｐｍで、各ブレイドの一回転のフィード量はｆ＝０．２ｍｍ／転（分段、間歇ドリリング加工およびミーリング加工及び切りくずを切断する設計であるため、切削フィードは比較的大きい）である。
よって、その除去量はＦ＝ｆ×Ｎ×Ｚ（ブレイド数）＝１５９１．６ｍｍ／ｍｉｎであるため、回転直径ｄを巡るψ４の円柱回転で、一分当たりの回転数はＮｚ＝１５９１．６／（π×ψ４）＝１２６．６６周／分で、一分当たり下向きのドリリング加工の除去量はＦｚ＝Ｎｚ×Ｌ（リード）＝１２６．６６×６．０７５＝７６９．５ｍｍ／ｍｉｎである。
一分当たりの除去量は、従来のドリルヘッドの４．２３（７６９．５／１８１．９）〜２．２６（７６９．５／３４１）倍である。

こうして、切削除去率が向上するだけでなく、且つ本発明の切削方式は分段ドリリング加工およびミーリング加工及び自動切りくず切断の設計であるため、切りくずは小さく、切りくず排出が容易で、詰まりの現象は起きず、散熱が良好で、切削負荷が軽い等の多くの効果を達成することができる。
よって、その使用寿命は数倍にまで延長する。
さらにもう一つの効果は、小さなサイズのカッターを使用し、負荷が小さく小型の工作機械で、ドリリング加工およびミーリング加工を行えることである。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態による使い捨て式カッターブレイドのブレイドを図８及び図９に示す。
本発明の他の実施形態による使い捨て式カッターブレイド２０のブレイド２３は、方形或いは台形等で、波浪形状を呈し、且つ高低落差を設置し、切れ目２４を有する構成を有する。

本発明による使い捨て式ミーリングカッターは、螺旋式フィードの加工方式を利用し、波浪状の構造を呈する使い捨て式カッターブレイドを組み合わせ、３Ｄ空間のドリリング加工およびミーリング加工を呈する。
そのため、使用者はドリルヘッドのサイズを選ぶ必要はなく、単一のサイズで多種サイズの孔径をドリリング加工およびミーリング加工することができる。
且つ使い捨て式カッターブレイドのブレイドは、分段ドリリング加工およびミーリング加工を呈し、且つ自動的に切りくずを切断し、間歇加工の機能を有する。
これにより、切りくずを小さくし、切りくずの排出を容易にするため、詰まりが起こらず、散熱速度が良好で、切削抵抗を低下させることができる。

こうして、カッターの回転速度を向上させ、切削除去率を高めることができる。
且つ、ミーリングカッターは延長棒を対応させて長さを変化させ、ドリルヘッドとドリリング加工の長さの倍比数Ｄ／Ｌを考慮する必要がない。
構造及び移動軌跡が螺旋であるドリリング加工およびミーリング加工の加工方式は、従来のドリルカッター及び加工の設計の常識を覆すものである。

前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は特許請求の範囲を基準とする。

１０ 使い捨て式ミーリングカッター、
１１ アーバー、
１２ 切りくず排出槽、
１３ カッター台、
１３１ 側面、
１４ 給水孔、
１６ 延長棒、
２０ 使い捨て式カッターブレイド、
２１ カッターブレイド本体、
２１１ 頂面、
２２ 円錐孔、
２３ ブレイド、
２３１ 外側カッティングエッジ、
２３２ 内側カッティングエッジ、
２４ 切れ目、
２５ 当接面、
３０ 測定線、
Ｌ リード、
Ｋ 水平フィード方向、
ＣＣ 中心線、
Ｐ 断面線、
Ｃ 所定間隔、
ｄ 回転直径、
ｆ フィード量、
θ リード角、
ψｄ 孔径、
ψＤ ブレイド直径。

Claims (4)

1. 数値或いはコンピューター数値により制御される工作機械に対応し、先端の移動軌跡が円柱状の螺旋である螺旋フィードの方式により、ドリリング加工及びミーリング加工の機能を実現する使い捨て式ミーリングカッターであって、
   アーバーおよび使い捨て式カッターブレイドを備え、
   前記アーバーは、一端に、切りくず排出槽が設置されており、前記切りくず排出槽の末端にカッター台が設置されており、前記カッター台により前記使い捨て式カッターブレイドが固定されており、
   前記使い捨て式カッターブレイドは、上下方向の両端に設けられている二つのブレイドのうちの少なくとも一方が、高低差および切れ目を有し、
   前記ブレイドは、リード角を有し、
   前記リード角は、前記ブレイドの円弧の接線でありかつ前記切れ目の底部を通過する直線である測定線と前記ブレイドの回転軸と直交する面との間の角度であり、
   前記使い捨て式カッターブレイドは、カッターブレイド本体を有し、
   前記ブレイドは、前記カッターブレイド本体の頂面の上下方向の両端に形成されており、複数の切れ目が設置されており、波浪形状に配列されている外側カッティングエッジ及び内側カッティングエッジが形成されており、
   前記カッターブレイド本体の頂面において上下両端の前記ブレイドを結ぶ側辺はストレートであり、かつ、前記頂面と交差し前記側辺を含む面は平坦に形成されており、
   前記カッターブレイド本体には、当接面が設置されており、前記当接面が前記カッター台の一方の側面に押圧されており、
   前記使い捨て式カッターブレイドは二つ設置されており、
   ２個の前記使い捨て式カッターブレイドは、前記アーバーの中心軸に最も近く位置する二つの前記内側カッティングエッジの間に、所定間隔を有することを特徴とする使い捨て式ミーリングカッター。
2. 前記リード角は２５．８°であることを特徴とする請求項１に記載の使い捨て式ミーリングカッター。
3. 前記アーバーの中心位置には、給水孔が設置されており、
   前記給水孔は、前記切りくず排出槽と連通することを特徴とする請求項１に記載の使い捨て式ミーリングカッター。
4. 一端に設けられている連結ボルト、および、延長棒をさらに備え、
   前記連結ボルトは、前記延長棒に連結されており、使用の長さが延長されることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の使い捨て式ミーリングカッター。

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