JP6307084B2 - フライス工具および使用方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題の実施形態は、広くには、フライス工具に関し、より具体的には、Ｚ軸送り動作（Ｚ−ａｘｉｓ ｐｌｕｎｇｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を実行するために使用されるフライス工具のための切削ヘッド、およびフライス工具を使用して送り切削動作（ｐｌｕｎｇｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を実行する方法に関する。

石油およびガス産業においては、圧縮機が、パイプラインを通って流れる油またはガスを加圧するために使用されることが多い。いくつかの圧縮機は、圧縮機内の流体に所望の流れの特性をもたらすことができる比較的複雑な幾何学的形状を有するインペラ翼を取り入れている。そのような翼の製造においては、切削ヘッドをＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させる一方で、切削ヘッドをＺ軸に沿って送ることによって所望の形状を形成するために、フライス盤を使用することができる。これは、Ｚ軸送り動作または送り切削と称される。

図１Ａは、公知の高速度鋼（ＨＳＳ）フライス工具１００の側面図であり、図１Ｂは、公知のフライス工具１００の正面図である。公知のフライス工具１００は、Ｚ軸に沿って延びるモータ駆動の軸へと接続される切削ヘッド１５０の上面に位置する上部切削歯１５１を備えている。Ｚ軸を中央とした切削ヘッド１５０の回転によって、上部切削歯１５１によるインペラ翼などの被加工物からの材料の除去がもたらされる。図２は、歯１７１を軸１７３へとねじで取り付けて有している公知のインサート式フライス工具１０２を示している。

インペラ翼の製造にフライス工具１００および１０２を使用することで、他の方法による翼の製造と比べて、いくつかの利点をもたらすことができる。例えば、フライス工具１００および１０２を、他の方法では製造が困難または不可能であると考えられる形状を製造するために使用することができる。さらに、公知のフライス工具１００および１０２は、比較的短い時間で比較的大量の材料を除去することができる。

しかしながら、公知のフライス工具において、いくつかの欠点が明らかになっている。例えば、伝統的なインペラ翼が、多くの場合にアルミニウムで製作される一方で、今日のインペラ翼の設計者は、超合金などの他の材料の導入を、ますます求めるようになってきている。硬度、延性、展性、などのこれらの材料の特性は、アルミニウムの特性とは異なる可能性がある。そのような相違ゆえに、公知のフライス工具が、あまり効果的でなくなる可能性がある。さらに、インペラ翼の需要の増大に対応して、さらにより高い生産速度がますます求められるようになってきている。したがって、切削できる材料の範囲についてさらなる多用途性を提供でき、耐摩耗性の向上および稼働時間の増加ももたらすことができるフライス工具が必要とされている。

国際公開第２０１１／０７６６６６号パンフレット

典型的な実施形態によれば、被加工物から材料を除去すべく軸を中心にして回転するように構成されたフライス工具のための切削ヘッドが、ベース面と、ベース面へと接続された横領域と、横領域へと接続された上部領域とを備える。上部領域は、中央領域および周辺部を定めている。複数の上部歯が、上部領域に配置されている。上部歯は、被加工物に接触して材料を除去するように構成された刃先を有している。各々の刃先は、中央領域から周辺部に向かって延びており、軸方向に突き出したピーク部を備えている。

別の典型的な実施形態によれば、被加工物を切削する方法が、軸を中心にして切削ヘッドを回転させるステップと、切削ヘッドの上部歯の刃先で被加工物から材料を除去するステップとを含むことができ、各々の刃先は、上部領域の中央領域から前記上部領域の周辺部に向かって延び、中央領域と周辺部との間に配置された軸方向に突き出したピーク部を備えている。

別の典型的な実施形態によれば、被加工物を切削する方法が、軸を中心にして切削ヘッドを回転させるステップと、切削ヘッドの上部歯の刃先で被加工物から材料を除去するステップとを含むことができる。各々の刃先は、上部領域の中央領域から上部領域の周辺部に向かって延びており、上部領域の中心から延びる基準半径線に対して非ゼロの角度を形成するスポーク軸を定めている。各々のスポーク軸は、切削ヘッドの周辺部においてそれぞれの各々の基準半径線に交わる。

本明細書に取り入れられて本明細書の一部を構成する添付の図面は、１つ以上の実施形態を示しており、それらの実施形態を明細書と協働して説明する。図面の説明は以下の通りである。

高速度鋼フライス工具の側面図である。 高速度鋼フライス工具の正面図である。 インサート式フライス工具の側面図である。 典型的な実施形態による切削ヘッドの部分断面の側面図である。 種々の実施形態による刃先のピーク部を示している。 種々の実施形態による刃先のピーク部を示している。 種々の実施形態による刃先のピーク部を示している。 別の実施形態による切削ヘッドの上部領域の概略図であり、ピーク部を上部領域の中央および切削ヘッドのベース面からの種々の距離に有している。 図３に示した切削ヘッドを上方から見た図である。 図３に示した切削ヘッドについて、図３の線Ａ−Ａに沿って得た詳細図である。 図３に示した切削ヘッドについて、図３の線Ａ−Ａに沿って得た詳細図である。 図３に示した切削ヘッドについて、図３の線Ａ−Ａに沿って得た詳細図である。 別の典型的な実施形態による方法を示している。

典型的な実施形態の以下の説明は、添付の図面を参照する。種々の図において、同じ参照番号は、同一または類似の構成要素を指し示している。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。以下の実施形態は、簡単のために、Ｚ送りのフライス工具のための切削ヘッドの用語および構造に関して論じられる。しかしながら、以下で論じられる実施形態は、このフライス工具に限定されるものではなく、他のフライス工具にも適用可能である。

本発明によるフライス工具の切削ヘッドの典型的な実施形態が、図３に示されている。図３において、切削ヘッド１０は、ベース面１６と、ベース面１６から延びている実質的に半球形の横領域１８と、横領域１８の上の上部領域２２とを備えている。

図３および図８に示されるように、上部領域２２は、一般的に、中央領域２８および周辺部３２を有している。上部領域２２に配置された複数の上部歯２４が、中央領域２８から周辺部３２へと延びている。複数の上部歯２４の各々は、軸方向に突き出したピーク部３４を有している刃先２６を備えている。図３および図８に示される典型的な実施形態において、各々のピーク部３４は、刃先２６のうちのベース面１６から最も遠く突き出した部位であってよい。

図４の詳細図に示されように、各々のピーク部３４は、丸みを帯びた外形を備えることができる。しかしながら、ピーク部３４は、他の外形を備えてもよい。例えば、図５に示される別の実施形態においては、ピーク部３４ｂが、尖った外形を備える。別の例として、図６に示される代案の実施形態においては、ピーク部３４ｃが、平坦な外形を備える。

図３乃至図６から理解できるとおり、切削ヘッド１０のピーク部３４が上部領域２２から遠ざかるように軸方向に突き出しているため、Ｚ軸送りの切削作業の際に刃先２６を被加工物（図示されていない）に徐々に係合させることができる。具体的には、切削ヘッド１０が軸１２に沿って進められるとき、ピーク部３４が被加工物との最初の接触をもたらすことができ、その後に刃先のうちの中央領域２８および周辺部３２に向かって延びている部位が続く。この特徴は、例えばＺ軸に沿った送りの切削の際に切削面が共通の平面内に位置する切削ヘッド（図１Ａおよび図１Ｂに示したフライス工具１００など）と比べて、向上した材料除去のプロセスを提供することができる。

図３からさらに理解できるとおり、各々のピーク部３４は、周辺部３２の近くに位置する。したがって、ピーク部３４における各々の上部歯２４の速度が、中央領域２８の近くにおける各々の上部歯２４の速度よりも大きい。このピーク部３４の相対的に高い速度も、送りの切削の際に切削ヘッド１０に動作の向上をもたらすことができる。

図３にさらに示されるように、各々の上部歯２４の刃先２６は、第１の部位３６および第２の部位３８を含む。第１の部位３６は、中央領域２８とピーク部３４との間を延びている。第２の部位３８は、ピーク部３４と周辺部３２との間を延びている。図３および図８の実施形態においては、各々の第１の部位３６が、軸１２に直交する基準面４４に対して第１の角度４２に配置されており、各々の第２の部位３８が、基準面４４に対して第２の角度４６に配置されている。図３に示されるとおり、第１の角度４２は、第２の角度４６よりも大きい。

図３にさらに示されるように、各々の刃先２６の第１の部位３６および第２の部位３８は、各々のピーク部３４が第１の部位３６および第２の部位３８よりもベース面１６から大きな距離に位置するように、それぞれのピーク部３４と交わっている。また、一典型的な実施形態においては、切削ヘッド１０の刃先２６が、ピーク部３４が円を定めることができるように、共通の第１の角度４２および共通の第２の角度４６を備える。さらに、一典型的な実施形態においては、各々の刃先２６の中央領域２８との交わり、および各々の刃先２６の周辺部３２との交わりが、共通の平面内にある。切削ヘッド１０のこれらの属性は、Ｚ軸送りの切削の際に、切削ヘッド１０のピーク部３４が同時に共通の円に沿って被加工物に接触することを可能にする。

代案の実施形態においては、ベース面１６からの距離が異なるピーク部３４を提供するために、第１の角度４２または第２の角度４６が、上部歯２４において異なってよい。例えば、図７に概略的に示されるように、いくつかのピーク部３４’を、ベース面１６からの第１の距離１７および中心５６からの第１の距離１９に設定でき、いくつかのピーク部３４’’を、ベース面１６からの第２の距離２１および中心５６からの第２の距離２３に設定することができる。

図８を参照すると、各々の上部歯２４は、上部領域２２の中心５６から延びる基準半径線５４に対して或る角度５２に配置されたスポーク軸４８を定めることができる。図８にさらに示されるように、各々のスポーク軸４８は、周辺部３２においてそれぞれの基準半径線５４と交わることができる。図３および図８の実施形態においては、角度５２が、切削ヘッド１０の回転の方向１４において各々の刃先２６の第２の部位３８が各々の刃先２６の第１の部位３６よりも遅れるように構成される。

図９乃至図１１は、図８の線Ａ−Ａに沿って得た切削ヘッド１０の刃先２６の種々の詳細図を示している。図９乃至図１１において理解されるとおり、各々の刃先２６は、切削ヘッド１０の回転の方向１４を向いた前面５８と、後面６２とを備えている。面取り面７６が、前面５８と後面６２との間に設けられる。面取り面７６は、切削ヘッド１０の回転軸１２に平行な基準面６８に対して或る角度７８に配置される。

図３および図８乃至図１１の実施形態において、前面５８は、刃先のスポーク軸４８に平行な平坦領域６４を備える。図１０および図１１に示されるように、平坦領域６４を、基準面６８に対して角度６６に配置してもよい。例えば、図９乃至図１１に示されるように、角度６６は、切削ヘッド１０の回転の方向１４において平坦領域の下部７４が平坦領域の上部７２よりも遅れるように構成される。

図９乃至図１１にさらに示されるように、前面５８は、平坦領域６４の下方のアンダーカット面８２をさらに備える。アンダーカット面８２は、切削ヘッド１０の回転の方向１４においてアンダーカット面８２の下部８６がアンダーカット面８２の上部８８よりも遅れるような基準面６８に対する角度８４に配置される。

図３および図８乃至図１１の実施形態においては、後面６２が、切削ヘッド１０の回転軸１２に直交する基準面９８に対して角度９６に配置された第１の部位９２と、基準面９８に対して角度１０２に配置された第２の部位９４とを備える。第１の部位の角度９６は、第１の部位９２の前部１０４が第１の部位９２の後部１０６と比べてベース面１６から大きな距離に位置するように設定される。また、第２の部位の角度１０２は、第２の部位９４の前部１０８が、第１の部位９２の後部１０６と交わるとともに、第２の部位９４の後部１１０よりもベース面１６から大きな距離に位置するように構成される。さらに、図３および図８乃至図１１に示される典型的な実施形態においては、第１の部位の角度９６が、第２の部位の角度１０２よりも小さい。

すでに述べたように、切削ヘッド１０を、ワークピースについて材料の除去または切削の作業を実行するために使用することができる。これに限られるわけではないが、具体例として、油またはガスパイプラインにおいて油またはガスを加圧するために使用することができる圧縮機のインペラ翼の製造時などに、切削ヘッド１０を、モータ（図示せず）を使用して切削ヘッド１０をＺ軸を中心にして回転させるとともに、切削ヘッド１０をＺ軸に沿って平行移動させることによって、Ｚ軸送りの動作を実行するために使用することができる。しかしながら、切削ヘッド１０を、圧縮機のインペラ翼以外の他の材料の除去、切削、または機械加工作業に使用できることを、理解すべきである。切削ヘッド１０は、Ｚ方向に沿って進められるときに、フライス工具の前方だけでなく、フライス工具の側方の材料も除去するように構成されていることに、注意すべきである。

したがって、典型的な実施形態によれば、被加工物を切削する方法１０００は、軸を中心にして切削ヘッドを回転させるステップ１００２と、切削ヘッドの上部歯の刃先で被加工物から材料を除去するステップ１００４とを含むことができ、刃先は、上部領域の中央領域から上部領域の周辺部に向かって延びており、各々の刃先は、中央領域と周辺部との間に配置された軸方向に突き出したピーク部を備えている。

本明細書の全体を通して、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所において現れる「一実施形態において」または「実施形態において」という表現は、必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではない。さらに、典型的な実施形態の詳細な説明においては、多数の具体的詳細が、請求項に記載の発明の包括的な理解をもたらすために説明されている。しかしながら、種々の実施形態をそのような具体的詳細を備えずに実施できることを、当業者であれば理解できるであろう。

現在の典型的な実施形態の特徴および構成要素を、実施形態において特定の組み合わせにて説明したが、各々の特徴または構成要素を、実施形態の他の特徴および構成要素を備えずに単独で使用することが可能であり、もしくは本明細書に開示の他の特徴および構成要素を備え、或いは備えない種々の組み合わせにて使用することが可能である。

本明細書は、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行等、当業者による実施を可能にするように開示された主題の例を使用している。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

上述した実施形態は、本発明について、限定というよりはむしろ、あらゆる点において例示であるように意図されている。そのような変種および変更はすべて、以下の特許請求の範囲によって定められるとおりの本発明の技術的範囲および技術的思想に包含されると考えられる。本出願の説明において使用されたいかなる要素、行為、および命令も、とくに明示的に記載されない限りは、本発明に不可欠または必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書において使用されるとき、冠詞「ａ」は、その種目を１つ以上含むことを意図している。

１０，１５０ 切削ヘッド
１２ 回転軸
１４ 回転の方向
１６ ベース面
１７．１９ 第１の距離
１８ 横領域
２１，２３ 第２の距離
２２ 上部領域
２４ 上部歯
２６ 刃先
２８ 中央領域
３２ 周辺部
３４，３４’，３４’’，３４ｂ，３４ｃ ピーク部
３６，９２ 第１の部位
３８，９４ 第２の部位
４２ 第１の角度
４４，６８，９８ 基準面
４６ 第２の角度
４８ スポーク軸
５２，６６，７８，８４，９６，１０２ 角度
５４ 基準半径線
５６ 中心
５８ 前面
６２ 後面
６４ 平坦領域
７２ 平坦領域の上部
７４ 平坦領域の下部
７６ 面取り面
８２ アンダーカット面
８６ アンダーカット面の下部
８８ アンダーカット面の上部
１００ フライス工具
１０２ インサート式フライス工具
１０４ 第１の部位の前部
１０６ 第１の部位の後部
１０８ 第２の部位の前部
１１０ 第２の部位の後部
１５１ 上部切削歯
１７１ 歯
１７３ 軸
１００２，１００４ ステップ

Claims (9)

1. 被加工物から材料を除去すべく軸（１２）を中心にして回転するように構成された切削ヘッド（１０）であって、
   ベース面（１６）と、
   前記ベース面（１６）へと接続された横領域（１８）と、
   前記横領域（１８）へと接続され、中央領域（２８）および周辺部（３２）を定めている上部領域（２２）と、
   前記上部領域（２２）に配置された上部歯（２４）と、
   を備えており、
   前記上部歯（２４）は、前記材料を除去すべく前記被加工物に接触するように構成された刃先（２６）を有しており、各々の前記刃先（２６）は、前記中央領域（２８）から前記周辺部（３２）に向かって延びており、軸方向に突き出しているピーク部（３４）を備え、
   前記刃先は、平坦領域（６４）と、前記平坦領域（６４）の下方のアンダーカット面（８２）を備え、
   前記平坦領域（６４）は、前記切削ヘッド（１０）の前記回転の軸（１２）に平行な基準面（６８）に対して非ゼロの第１の角度（６６）に配置され、
   前記アンダーカット面（８２）は、前記基準面（６８）に対して、前記第１の角度（６６）と異なる非ゼロの第２の角度（８４）に配置されている、
   切削ヘッド（１０）。
2. 各々の刃先（２６）の第１の部位（３６）が、前記中央領域（２８）と前記ピーク部（３４）との間を延びており、
   各々の前記刃先（２６）の第２の部位（３８）が、前記ピーク部（３４）と前記周辺部（３２）との間を延びており、
   前記第１の部位（３６）は、前記軸（１２）に対して垂直な基準面（４４）に対して第１の角度（４２）に配置され、
   前記第２の部位（３８）は、前記基準面（４４）に対して第２の角度（４６）に配置されている、
   請求項１に記載の切削ヘッド。
3. 各々の前記刃先の前記第１の部位（３６）および前記第２の部位（３８）は、前記ピーク部（３４）において交わっており、
   各々の前記ピーク部（３４）は、前記第１の部位（３６）および前記第２の部位（３８）と比べて前記ベース面（１６）からより大きい距離に位置している、
   請求項１または２に記載の切削ヘッド。
4. 前記刃先（２６）は、共通の第１の角度（４２）を有しており、
   前記刃先（２６）は、共通の第２の角度（４６）を有しており、
   前記ピーク部（３４）は、円を定めており、
   各々の前記刃先（２６）の前記中央領域（２８）との交わりと、各々の前記刃先（２６）の前記周辺部（３２）との交わりとが、同一平面上にあり、
   前記第１の角度（４２）は、前記第２の角度（４６）よりも大きく、
   各々の前記上部歯（２４）は、前記上部領域（２２）の中心（５６）から延びる基準半径線（５４）に対して非ゼロの角度（５２）を形成するスポーク軸（４８）を定めており、
   前記スポーク軸（４８）は、前記周辺部（３２）において前記基準半径線（５４）に交わる、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切削ヘッド。
5. 各々の前記刃先（２６）は、当該切削ヘッド（１０）の回転方向（１４）を向いた前面（５８）と、後面（６２）とを備えており、
   前記前面（５８）は、前記スポーク軸（４８）に平行な前記平坦領域（６４）を備え、
   前記平坦領域の角度（６６）は、当該切削ヘッド（１０）の前記回転方向（１４）において前記平坦領域（６４）の下部（７４）が前記平坦領域の上部（７２）よりも遅れるように設定されている、
   請求項４に記載の切削ヘッド。
6. 各々の前記刃先（２６）は、前記前面（５８）と前記後面（６２）との間の面取り面（７６）を備え、
   前記面取り面（７６）は、当該切削ヘッド（１０）の前記回転の軸（１２）に平行な前記基準面（６８）に対して非ゼロの角度（７８）に配置されている、
   請求項５に記載の切削ヘッド。
7. 前記後面（６２）は、当該切削ヘッド（１０）の前記回転の軸（１２）に直交する基準面（９８）に対して非ゼロの第１の部位の角度（９６）に配置された第１の部位（９２）と、前記基準面（９８）に対して非ゼロの第２の部位の角度（１０２）に配置された第２の部位（９４）とを備え、
   前記第１の部位の角度（９６）は、前記後面（６２）の前記第１の部位（９２）の前部（１０４）が前記後面（６２）の前記第１の部位（９２）の後部（１０６）と比べて前記ベース面（１６）からより大きな距離に位置するように設定され、
   前記第２の部位の角度（１０２）は、前記第２の部位（９４）の前部（１０８）が、前記第１の部位（９２）の前記後部（１０６）と交わるとともに、前記第２の部位（９４）の後部（１１０）よりも前記ベース面（１６）から大きな距離に位置するように設定されている、
   請求項５または６に記載の切削ヘッド。
8. 被加工物を切削する方法であって、
   軸を中心にしてフライス工具を回転させるステップと、
   前記フライス工具の上部歯（２４）の刃先（２６）で前記被加工物から材料を除去するステップと、
   を含み、
   前記刃先（２６）は、前記フライス工具の中央領域（２８）から前記フライス工具の周辺部（３２）に向かって延びており、前記刃先（２６）は、前記中央領域（２８）と前記周辺部（３２）との間に配置された軸方向に突き出したピーク部（３４）を備え、
   前記刃先は、平坦領域（６４）と、前記平坦領域（６４）の下方のアンダーカット面（８２）を備え、
   前記平坦領域（６４）は、前記フライス工具の前記回転の軸（１２）に平行な基準面（６８）に対して非ゼロの第１の角度（６６）に配置され、
   前記アンダーカット面（８２）は、前記基準面（６８）に対して、前記第１の角度（６６）と異なる非ゼロの第２の角度（８４）に配置されている、
   ている方法。
9. 被加工物を切削する方法であって、
   軸を中心にしてフライス工具を回転させるステップと、
   前記フライス工具の上部歯の刃先（２６）で前記被加工物から材料を除去するステップと、
   を含み、
   前記刃先（２６）は、前記フライス工具の中央領域（２８）から前記フライス工具の周辺部に向かって延びており、
   各々の前記刃先（２６）は、前記フライス工具の中心（５６）から延びる基準半径線（５４）に対して非ゼロの角度（５２）を形成するスポーク軸（４８）を定めており、
   前記スポーク軸（４８）は、前記周辺部（３２）において前記基準半径線（５４）に交わり、
   前記刃先は、平坦領域（６４）と、前記平坦領域（６４）の下方のアンダーカット面（８２）を備え、
   前記平坦領域（６４）は、前記フライス工具の前記回転の軸（１２）に平行な基準面（６８）に対して非ゼロの第１の角度（６６）に配置され、
   前記アンダーカット面（８２）は、前記基準面（６８）に対して、前記第１の角度（６６）と異なる非ゼロの第２の角度（８４）に配置されている、
   方法。