JP6321361B2 - 複合材料をフェースミーリングする切削工具、フェースミーリング方法、切削インサート及び工具本体 - Google Patents

Description

本発明は、被削材、特に複合材料の被削材をフェースミーリングする切削工具及びフェースミーリング方法に関する。本発明はまた、それに対応する切削インサート及び対応する工具本体に関する。

複合材料が不均質な材料であることは公知である。実際、複合材料は非常に多くの場合、２つのはっきりと区別される相から成っている。第１の相（phase）は、強化ファイバー、特にカーボン又はグラス・ファイバーで構成される。これらのファイバーは比較的硬く、脆い。さらに、これらのファイバーは異なる層(plies)の集合から成り、各層は内部のファイバーに関して独自の一方向性を有する。図１は、知られている複合材料２０を構成している層２２，２４，２６，及び２８の概略分解図を示す。層２８の方向を方向の基準に取ると（層２８のファイバーの方向を０°とすると）、層２２，２４，２６のファイバーは、それぞれ、角度で４５°，９０°，及び１３５°の方向に向いている。

複合材料の第２の相（phase）は、ポリマー樹脂マトリクスから成り、それが各層内のファイバー、そしていろいろな層のファイバーを互いに結合する。このマトリクスは軟らかく、延性を有する。図１に戻ると、層が結合された後の複合材料は、強化ファイバーの方向を必要に応じて選ぶことができるので多軸積層体と呼ばれる。

複合材料の部品は、成型プロセス、ミーリング又は孔明け工程によって製造される。複合材料の不均質性、ここでは非等方性、は機械加工に関していくつか難しい問題を発生させる。複合材料の機械加工でよく発生する欠陥は、層の剥離、樹脂の過熱、切断されないファイバー、及びファイバー引き抜き（pull-out）である。

この分野の人々は、しばしば２つの大きな問題の間でトレードオフ（trade-off）を迫られる。すなわち、一方では複合材料の部品の完全性を維持すること、そして他方では切削工具の摩耗を減らすこととの間のトレードオフである。

しかし、特に航空関連の技術分野では、機械加工で要求される高い品質レベルは、加工される部品の高品質の切削を要求する。これは特に金属部品を固定するのに用いられる複合材料表面の作成、又は複合材料同士を接着するプロセスの前の表面の作成、に関して要求される。

したがって、本発明の目的は、複合材料の積層体を高精密にフェースミーリングする切削方法及び切削工具を提供することである。

この目的は、切削工具の軸に対して直角方向に被削材をフェースミーリングするための次の切削工具によって達成され、その切削工具は、
個々の切削インサートを固定するための第１及び第２のインサートポケットを備えた工具本体と、
第１及び第２のインサートポケットに固定する第１及び第２の切削インサートと、を備え、
第１及び第２の切削インサートとインサートポケットは、第１及び第２の切削インサートが対応するインサートポケットに固定されたときに、
被削材の径方向加工のための主切れ刃と、
被削材の径方向加工のためのワイパー切れ刃であって、主切れ刃に関連した副切れ刃と、を有する個々の切削インサートは、
第２の切削インサートの主切れ刃と副切れ刃の交点が第１の切削インサートの主切れ刃と副切れ刃の交点から軸方向内側にそして径方向外側にオフセットし、
主切れ刃と副切れ刃の間で画定される各切削インサートのリード角が３０°よりも小さくなるように設計される。

切削工具の好ましい実施形態は従属請求項で規定される。本発明はさらに次のように提案する。
工具本体は、
第１及び第２のインサートポケットを含む複数のインサートポケットと、
第１及び第２の切削インサートを含む複数の切削インサートと、を備え、
複数の切削インサートの各々は複数のインサートポケットのうちの対応するひとつに固定することができ、複数の切削インサートと複数のインサートポケットは、各切削インサートが対応するインサートポケットに固定されたとき、
被削材の径方向加工のための主切れ刃と、主切れ刃に関連した副切れ刃であって、被削材の径方向加工のためのワイパー切れ刃である副切刃と、を有する切削インサートは、
複数のインサートポケットの主切れ刃と副切れ刃の交点が互いにオフセットして切削工具の軸のまわりで円錐つるまき線に沿って配置され、各切削インサートの主切れ刃と副切れ刃の間のリード角が同じになるように設計され、
切削インサートはすべてサイズと形が同じであり、インサートポケットは互いに軸方向及び径方向にオフセットしており、
工具本体には少なくとも２つの径方向及び軸方向にオフセットしたインサートポケットが、切削インサートがそれぞれこれらのインサートポケットに固定されたときに切削インサートの主切れ刃が共通の軸方向オーバラップを有するように、配置され、
第１のインサートポケットが工具本体で軸方向最も外側のインサートポケットであり、第２のインサートポケットが、第１のインサートポケットから軸方向にオフセットした工具本体のインサートポケットのうちで第１のインサートポケットからの軸方向のオフセットがより小さいインサートポケットであり、第１と第２のインサートポケットの間の軸方向のオフセットは約０．０６ｍｍより大きく、
切削工具の切削インサートとインサートポケットは、対応するインサートポケットに固定されたときに切削インサートは同じ円錐つるまき線上で同じ軸方向のオフセットで配置されるように設計され、このずれは０．１ｍｍ以上、好ましくは約０．２ｍｍ、かつ０．５ｍｍ以下であり、この同じ軸方向のオフセットは最も好ましくは約０．２６ｍｍであり、
切削インサートは工具本体の対応するインサートポケットに略軸方向ねじによって固定するための中心孔を有し、
リード角は、３°〜１２°の間、好ましくは約５°であり、
切削インサートは各々、工具本体の対応するインサートポケットに、被削材の径方向機械加工のための主切れ刃と被削材の軸方向機械加工のための副切れ刃の間のリード角がこれらの切削インサートで同じになるように固定される。

本発明はさらに、被削材をフェースミーリングする方法を提案しており、この方法は、
切削工具によって被削材をフェースミーリングするステップを含み、
被削材に対する切削工具の刃当たりの径方向送りは次の不等式、すなわち、
不等式は、Ｆｚ≦ｄｒ−（ｄa／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
ここで、Ｆｚは、刃当たり径方向送り、
ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサートの間の径方向オフセット、
ｄaは、オフセットした２つの引き続く切削インサートの間の軸方向オフセット、
Ｋｒは、切削インサートのリード角である。

この方法の好ましい実施形態は従属請求項に規定されている。本発明はさらに次のように提案する。
フェースミーリングのステップの前に、この方法は、
フェースミーリングする被削材を選ぶステップであって、複合材料から作られた被削材を選ぶステップと、
被削材を選ぶステップにおいて、被削材は複数の層を含む複合材料で作られたもので、被削材のフェースミーリングのステップで加工される少なくとも一枚の層の厚さがオフセットした２つの引き続く切削インサートの間の軸方向のオフセットと等しくなるように選ばれ、
刃当たりの径方向送りは、ほぼ下の方程式による最適送りであって、それを超えない送りとして選ばれる、すなわち、
方程式は、Ｆｚ_max＝ｄｒ−（ｐｔｈ／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
ここで、Ｆｚ_max は、最適の刃あたり径方向送り、
ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサートの間の径方向オフセット、
ｐｔｈは、機械加工される複合材料の層厚さ、
Ｋｒは、切削インサートのリード角である。

さらに、本発明は被削材をフェースミーリングするための切削インサートを提案するものであり、この切削インサートは、フェースミーリングする工具本体の対応するインサートポケットに固定するための中心孔を有し、この孔を通してねじによって工具本体の対応するインサートポケットに工具本体の軸と略平行に固定されたとき、
被削材の径方向の機械加工のための主切れ刃と、主切れ刃に関連する副切刃であって、被削材の軸方向の機械加工のためのワイパー切れ刃である副切れ刃とを有する切削インサートは、主切れ刃と副切れ刃の間のリード角が約３０°よりも小さい。

さらに、本発明は、工具本体の軸に対して直角方向に被削材をフェースミーリングするための工具本体を提案するものであり、この工具本体は、
切削インサートを収容する第１のインサートポケットであって、工具本体の軸方向最も外側のインサートポケットである第１のインサートポケットと、
切削インサートを収容する第２のインサートポケットであって、第１のインサートポケットから軸方向にオフセットした工具本体のインサートポケットのうちで第１のインサートポケットからの軸方向のオフセットがより小さいインサートポケットである第２のインサートポケットと、を備え、
第２のインサートポケットは、第１のインサートポケットから径方向外側にオフセットしており、
第１のインサートポケットに対する第２のインサートポケットの軸方向のオフセットは約０．０６ｍｍより大きい。

公知の複合材料を構成する層を示す概略分解図である。 軸方向及び径方向のずれがある固定された切削インサートから成る切削工具を示す概略底面図である。 図２による切削工具に固定された切削インサートを同じ角平面（angular plane）で重ねた概略切断側面図である。 図１の公知の複合材料の機械加工のために単独で用いられる公知の切削インサートを示す側面図である。 複合材料を加工している図３による切削の切削インサートのひとつを示す断面斜視図である。 図５による切削工具を示す側面図である。 複合材料を加工している切削インサートにおける図６の拡大図である。 複合材料を加工するのに適当な切削インサートを示す斜視図である。 複合材料を加工するのに適当な切削インサートを示す斜視図である。 複合材料を加工するのに適当な切削インサートを示す斜視図である。 図８から１０までの切削インサートの側面図である。 図８から１０までの切削インサートの断面図である。

本発明のその他の特徴と利点は、非限定例として示される本発明の実施形態についての以下でリストされる添付図面を参照した説明によって明らかになるであろう。

本発明は被削材の切り屑除去機械加工によって被削材をフェースミーリングするための切削工具又はミーリングカッターを提案する。ミーリングカッターは、中心軸のまわりで予め定められた方向に回転でき、前方端面と前方端面から軸方向後方に伸び中心軸と同心的である包絡面を有する基体を備えた公知のタイプである。ミーリングカッターはさらに、いくつかの切削インサートを備え、それらは周方向に間隔をあけたポケットに装着される。切削インサートは、個別に、上側と、下側と、少なくともひとつの逃げ面とを含み、これが上側と共に切れ刃の境界を定めている。

図２は、中心軸８２のまわりで回転できる基体としての工具本体６０と、そこに固定された４つの切削インサート３０を含む切削工具８０を底面図で示す。

これらの切削インサートは、ここではすべて同じである。しかし、工具本体６０はいろいろなインサートポケット６２，６４，６６及び６８を含み、各々が各切削インサートの特定の固定位置を定めている。したがって、切削インサート３０は、それぞれが固定されるインサートポケット６２，６４，６６及び６８に応じて、それぞれ参照符号３２，３４，３６及び３８によって区別される。本明細書では、参照符号３０に代わる参照符号３２，３４，３６及び３８の使用は、それぞれ、対応するインサートポケット６２，６４，６６及び６８に固定された切削インサートへの参照であると理解すべきである。したがって、本明細書では、切削インサート３０はすべて同じ幾何形状とサイズを有するので、切削インサート３２，３４，３６及び３８の各々の位置についての議論は、対応するインサートポケット６２，６４，６６及び６８によって定められるそれらの固定位置、並びに切削工具６０における対応するインサートポケット６２，６４，６６及び６８の位置を参照している。

切削インサート３２，３４，３６及び３８は工具本体６０の軸８２のまわりに周に沿って配置されている。本明細書では、「径方向」と「軸方向」いう用語は工具本体６０の軸８２を基準として用いられるが、これはまた切削工具８０の軸でもある。したがって、切削インサート３２，３４，３６及び３８は互いに径方向のずれをもって配置される。切削インサート３２は径方向で最も内側に配置された切削インサート３０であり、切削インサート３０の参照符号３４，３６及び３８は切削インサート３２からの切削インサート３０の径方向のずれが増加している。したがって、切削インサート３８は径方向で最も外側に配置された切削インサート３０である。

さらに、切削インサート３２，３４，３６及び３８は互いに軸方向のずれをもって配置されている。図３は図２の工具本体６０に固定された切削インサート３２，３４，３６及び３８を示す断面側面図であるが、切削工具８０の軸８２のまわりで同じ角平面（angular plane）で仮想的に重ねて示されている。この図は切削インサート３２，３４，３６及び３８の軸方向のずれを上述した径方向のずれと合わせて示している。切削インサート３２は軸方向で最も外側に固定された切削インサート３０である。「外側」という用語は工具本体６０の外側、ここでは図３における下向き方向に対応する外側、を基準にして用いられる。他の切削インサート３４，３６及び３８は切削インサート３２から少しずつ軸方向内側にずれている。

切削インサート３０の径方向及び軸方向のずれは、その固定位置で切れ刃４０と４４に見られる。各切削インサート３２，３４，３６，３８の主切れ刃４０は被削材２０の径方向の機械加工を行う。さらに、各切削インサート３２，３４，３６，３８は主切れ刃と関連した副切れ刃４４を有する。固定位置で、図３に見られるように、各切削インサート３２，３４，３６，３８の副切れ刃４４は被削材２０の軸方向の機械加工を行う。したがって、副切れ刃は主切れ刃４０に関連したワイパー切れ刃である。本明細書で「主切れ刃」及び「副切れ刃」という用語は、切削インサートの固定位置における作業切れ刃に対応する。しかし、上述の切削インサートは、各切削インサートがそれぞれのインサートポケットに固定される仕方に応じて、それぞれ主切れ刃及び副切れ刃に変わることができる別の切れ刃を含むことができる。言い換えると、切削インサートは刃先割出可能である。切削インサート３２，３４，３６，３８の固定位置で、軸方向内側及び径方向外側へのオフセットは、特に各切削インサート３０の主切れ刃４０と副切れ刃４４の間の交点４２に認めることができる。交点４２は、主切れ刃４０の端における接線が副切れ刃４４の端における接線と交わる点と定義される。したがって、交点４２は、主切れ刃４０と副切れ刃４４の間の交線（junction）の曲率半径と無関係に定義される。それでもなお、この半径は3000 mmよりも小さい。ここでは特に交点４２の比較が論じられるが、切削インサートの他の特徴的な点を比較して切削インサート３２，３４，３６，３８の軸方向及び径方向のオフセットを認めることもできるであろう。

複数の、ここでは４つの、切削インサート３０は、それらの交点４２が工具本体６０の軸８２のまわりである円錐つるまき線に沿って配置されることにより互いにオフセットするという仕方でずれている。したがって、図３に示された交点４２は整列している。

図示した切削インサート３０はすべてサイズと形が同じであり、切削インサート３２，３４，３６，３８は切削工具６０において軸８２のまわりのある円錐つるまき線に沿って配置されており、これはそれぞれに対応するインサートポケット６２，６４，６６，６８が円錐つるまき線に沿って配置されているためである。図示しないある変形例では、それぞれの固定位置にある切削インサート３０の軸８２のまわりの円錐つるまき線に沿った配置は互いに異なるサイズを有する切削インサート（図示せず）によって得られる。この変形例では、切削工具６０のインサートポケットの配置は、それぞれに切削インサートを固定することによって各切削インサートの交点４２が軸８２のまわりのある円錐つるまき線に沿って配置されるようになっている。

複数の切削インサート３２，３４，３６，３８のうち、少なくとも２つの軸方向内側にそして径方向外側にオフセットした切削インサート３０を工具本体で固定することが、単一の切削インサート又は軸方向オフセットがない切削インサートを有する工具本体を使用することに比べて有利になる。言い換えると、切削工具８０では、第１の切削インサート３０の固定位置に対して、軸方向内側にそして径方向外側にオフセットした第２の切削インサート３０を有することが、同じ径方向及び軸方向の固定位置にある多数の切削インサートを有する従来の高速送り（high feed）ミーリングカッターに比べて有利である。本明細書では、同じ径方向及び軸方向の位置とは、切削工具のインサートポケットの製造許容誤差、２５μmに達する許容誤差、を考慮に入れたものと理解すべきである。したがって、本明細書における「オフセット」とは、０．０２５ｍｍよりも大きいものと考えるべきである。

この有利さは、図１の従来の複合材料のフェースミーリングに単独で使用された従来の切削インサート９０、又は他の切削インサートを同じ径方向及び軸方向位置にした場合、の側面図を示している図４に見られる。複合材料の機械加工の後、この切削インサート９０の切れ刃９２は異なる部分９４，９６，９８，１００でいろいろな摩耗を示す。部分９８の摩耗は０．１８０ｍｍの溝（notch）で最も進んでいる。

少なくとも２つの軸方向内側及び径方向外側にオフセットした切削インサート３０を用いて、いろいろな摩耗を示す異なる部分を異なる切削インサート３０に分布させることができる。ここで、摩耗した部分９８，１００は、第１及び第２の切削インサートのうち軸方向内側及び径方向外側に最も大きくずれた切削インサートに、すなわち第２の切削インサートに分布したであろう。逆に、部分９４，９６は、第１及び第２の切削インサートのうち軸方向外側及び径方向内側に最も大きくオフセットした切削インサートに、すなわち第１の切削インサートに分布したであろう。このような摩耗の分布を考えると、第２の切削インサートは取り替えてもよいが、第１の切削インサートはまだ機械加工作業にさらに使用できそうである。このように、提案した切削工具８０では、摩耗した部分を含む切削インサートだけを交換することができるが、図４に示された各切削インサート９０は、機械加工にまだ使用できる摩耗していない部分９４と９６を含むけれど、交換しなければならない。

整理すると、２つの軸方向内側及び径方向外側にオフセットした切削インサートで機械加工するときは、各切削インサートがその適正な摩耗に応じて交換される、例えば、最も摩耗する切削インサートはＮサイクルの機械加工毎に、他の切削インサートは（Ｎより大きい）Ｍサイクルの機械加工毎に交換される。これに対して、同じ軸方向及び径方向位置にある２つの切削インサートの場合、２×Ｍサイクル後に初めて摩耗する未摩耗部分があるにもかかわらず、両方の切削インサートを部分の摩耗のために両方の切削インサートを２×Ｎサイクル毎に交換しなければならないであろう。このように、提案した切削工具は、切削インサートの全体的な消耗が少ない切削工具になる。

それぞれ軸方向内側にそして径方向外側にオフセットした２つよりも多くの切削インサートによって、例えば４つの軸方向内側にそして径方向外側にオフセットした切削インサート３２，３４，３６，３８を有する上述の工具本体６０によるより、さらに良い摩耗の分布と、その結果としてのより小さな切削インサートの消耗、を実現できる。上で述べたように、2つよりも多くの軸方向内側にそして径方向外側にずれた切削インサートの場合、切削工具の複数の切削インサートは工具本体６０の軸８２のまわりである円錐つるまき線に沿って配置されることが好ましい。

異なる切削インサートへの摩耗の分布によってもたらされる改善は、特に材料の非等方性による。非等方材料では、工具の摩耗はフェースミーリングのさいの各切削部分の切り込みの深さによる。例えば、図１の複合材料をフェースミーリングする場合、４５°の角度方向に向いた層２２を加工する工具の切削部分は、０°の角度方向に向いた層２８を加工する工具の切削部分と同様には摩耗しない。図４の切削インサート９０では、４つの部分９４，９６，９８，１００の摩耗の違いは、複合材料２０のフェースミーリングのさいに各部分が加工する4つの異なる層２２，２４，２６，２８の違いによる。部分９４はほとんど層２８だけを加工し、部分９６はほとんど層２６だけを加工し、部分９８はほとんど層２４だけを加工し、部分１００はほとんど層２２だけを加工する。

したがって、知られている複合材料を機械加工する場合、フェースミーリングの方法として、軸方向にずれた各切削インサートがもっぱらひとつの層にあてられ、この層がフェースミーリングでこの切削インサートが加工するほぼ唯一の層であるように、切削工具８０を用いる方法が提案される。

したがって、軸方向内側へそして径方向外側へずれた切削インサートの数は、複合材料で加工される層の数と等しい又は少なくともそれより多くなるように選ばれることが好ましい。この特徴によって、たとえ軸方向のオフセットが加工される層の厚さに等しくなるように選ばれなくても、各軸方向内側へそして径方向外側へオフセットした切削インサートはほぼひとつ又は２つの対応する層だけを加工することが保証される。図５は、複合材料２０を加工する図３の切削インサートのひとつを示す断面斜視図である。この場合、切削インサート３４はほぼ複合材料の層２６だけを加工する。図６は、被削材に対して図５におけると同じ位置にある切削工具８０の側面図を示す。

さらに、２つのオフセットした切削インサート３２と３４，又は３４と３６，又は３６と３８、の間の軸方向オフセットは、複合材料の層２２，２４，２６、又は２８の少なくともひとつの厚さに等しいことが好ましい。引き続く２つのオフセットした切削インサートの間の軸方向オフセットと複合材料のひとつの層の厚さの等しさについては、これは上下１０％まで、好ましくは上下５％まで、と理解すべきである。各層の厚さが異なる場合、各層の軸方向のオフセットは、各インサートの切り込み深さがその切削インサートによって加工される予定の層の厚さに対応するように調整することが好ましい。製造をシンプルなものにし、図３に示すように複合材料の層２２，２４，２６，２８の各々を同じ厚さで加工するために、すべての引き続く切削インサートの軸方向オフセットを同じ値に等しくなるように選ぶことが好ましい。以下では、図３，５及び6に示されるように、各層の厚さは同じであると考えて、それをｐｔｈで表す。図７は複合積層体２０の層２６を加工している切削インサート３４のところで示す図６の拡大図である。この拡大図は、引き続く２つのオフセットした切削インサートの間の軸方向オフセットがｐｔｈと等しくなるように、切削インサート３２と３６の間の軸方向オフセットがｐｔｈの２倍になっていることを示している。

言い換えると、提案された切削工具８０では、引き続く2つのオフセットした切削インサートの間の軸方向オフセットは、材料一般の、又は加工される特定材料の機械的性質が変動する平均深さに対応する特性深さに応じて摩耗のより良い分布を実現するように選ばれる。提案されたフェースミーリングの方法及び切削工具では、このように軸方向オフセットの選択が従来の切削工具における切削インサートの軸方向オフセットの選択と、例えば米国特許第６９６００５１号明細書や仏国追加特許公報第２８９４４９７号明細書から知られる切削工具の場合と全く異なる。

上記の特許文献では、切削インサートの間の軸方向オフセットはフェースミーリングのさいのバリの発生を抑えるように選ばれる。金属を加工するときのバリを抑えるという目的には、引き続く２つのオフセットした切削インサートの軸方向オフセットはできるだけ小さくなるように選ばなければならない。バリの形成を抑える点では、軸方向最も外側の切削インサートと軸方向2番目に外側の切削インサートの間の軸方向オフセットが特に重要になる。実際、軸方向最も外側の切削インサートはフェースミーリングで仕上げる切削インサートであり、軸方向2番目に外側の切削インサートは、仕上げの前に加工する最後のインサートである。したがって、この説明で「仕上げの切削インサート」とは、被削材をフェースミーリングで仕上げる切削インサートである。仏国追加特許公報第２８９４４９７号明細書に開示されているように、仕上げの切削インサートは単独でなく複数の仕上げ切削インサートがあってもよく、軸方向2番目に外側の切削インサートは、すべての仕上げ切削インサートを別にして、軸方向最も外側の切削インサートであると理解すべきである。言い換えると、軸方向2番目に外側の切削インサートとは、仕上げ切削インサートから軸方向にオフセットした工具本体の切削インサートのうちで仕上げ切削インサートからの軸方向のオフセットが最も小さな切削インサートである。

これに対して、提案された方法及び切削工具８０では、軸方向オフセットは、特に軸方向最も外側の切削インサートと軸方向2番目に外側の切削インサートの間の軸方向オフセットは、約０．０６ｍｍよりも大きくなることがある。この軸方向オフセットはまた、０．１ｍｍ以上であってもよく、好ましくは約０．２ｍｍに達することもできる。軸方向オフセットは、特に加工中の各切削インサートの過熱を避けるために０．５ｍｍ以下に制限することができるが、過熱はここではいくつかの切削インサートの間の切削作業の分布によっても制限される。しかしながら、上述のように、軸方向のオフセットは引き続く各切削インサートの間で同じであることが好ましく、複合材料の層の厚さに等しいことがさらに好ましい。カーボンファイバーの複合材料の層はよく知られているように厚さが０．２６ｍｍであり、同じ軸方向オフセットは約０．２６ｍｍであることが最も好ましい。本明細書において、「約」という語は、そうでないと明示されていない限り、上下１０％、好ましくは上下５％、と理解すべきである。

同じ形とサイズの切削インサートを用いることが好ましく、軸方向のオフセットは全く工具本体６０の対応するインサートポケット６２、６４，６６，６８の軸方向オフセットによって生ずる。既に述べたように、切削インサートのいろいろな軸方向オフセットに関する上の議論は対応する工具本体のインサートポケットにも同じようにあてはまる。したがって、特に工具本体６０で、軸方向最も外側のインサートポケットと軸方向２番目に外側のインサートポケットの間の軸方向オフセットは約０．０６ｍｍ以上であるものが提案される。言い換えると、仕上げインサートポケットと、ワイパーインサートポケットから軸方向にオフセットした工具本体のインサートポケットのうちで仕上げインサートポケットからの軸方向オフセットが最小のインサートポケットの間の軸方向オフセットが約０．０６ｍｍ以上である。

引き続く２つのオフセットした切削インサートの軸方向オフセットの上述の選択の結果として、径方向のオフセットは、切削インサートがその固定位置で上述のような円錐つるまき線に沿って配置されるように選ばれる。この円錐つるまき線は切削インサート３０のリード角Krに関して選ばれる。

図３を参照すると、リード角Ｋｒは、固定位置で、すべての切削インサート３０の主切れ刃４０と副切れ刃４４の間で形成される。リード角Ｋｒは３０°よりも小さくなるように選ばれる。このように小さなリード角は、被削材２０を加工するときのきず（flaw）の発生を抑え、被削材２０の良好な仕上げを与える。特に、被削材が図１と３に示されているような複合材料で作られたものである場合、３０°よりも小さいリード角Ｋｒは、薄片発生（flaking）やファイバー引き出しの発生を抑える。さらに、このように小さなリード角を用いると切り屑の形成が可能になるが、６０°で見られるような大きなリード角は小さな切り屑、ときにはパウダーの形成につながる。

複合材料などの特定材料の機械加工の仕上げで良い結果を得るためには、リード角の値は１２°以下に、しかし工具のバランスを考慮して切削インサートの間の径方向オフセットを抑えるように３°以上に選ぶことが好ましい。５°という特定のリード角Ｋｒで実験が行われたが、複合材料でファイバーの引き出しや薄片の発生はなかった。したがって、リード角Ｋｒは約５°に、すなわち、製造許容誤差が一般に角度で１５分であるから、その上下１０％、好ましくは上下５％、に選ばれそうである。上述の米国特許第６９６００５１号明細書と仏国追加特許公報第２８９４４９７号明細書に対して、提案された小さなリード角Krの切削工具８０は、複合材料などの脆い材料をフェースミーリングするときに加工の傷の発生を抑えるという利点がある。

図３に戻ると、切削インサート３０が配置される円錐つるまき線の角度、すなわち交点42を結ぶ線の角度、は切削インサート30の同じリード角Ｋｒよりも小さくなるように選ばれる。この選択によって、ひとつの切削インサート３０が常にそれに続く径方向もっと内側の切削インサート３０の前に被削材２０を加工するような径方向の送りを実現することが可能になる。ここで、考えている送りは刃当たりの送りＦｚ（「カットあたりの送り」とも呼ぶ）であり、これは回転あたりの送りＦｎを切削インサートの数で割ったものに対応する。

このために、径方向の送りＦｚは次の不等式に従って選ばなければならない。
すなわち、不等式は、
（１）・・・Ｆｚ≦ｄｒ−（ｄa／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
ここで、
Ｆｚは、刃当たり径方向送り、
ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサートの間の径方向オフセット、
ｄaは、オフセットした２つの引き続く切削インサートの間の軸方向オフセット、
Ｋｒは、切削インサートのリード角である。

フェースミーリングの最適送りＦｚ_maxは上の不等式の上限である。この最適送りは、より径方向内側の切削インサート３０がより径方向外側の切削インサートに先行する前の切削工具によるフェースミーリングでの最も速い送りである。したがって、最適送りでは複数の切削インサート３２，３４，３６及び３８が送り方向で同じ傾斜した直線に沿って被削材２０を径方向に加工する。複合材料のフェースミーリングでは、引き続く２つの切削インサートの間の最適な軸方向のオフセットは複合材料の各層の厚さに等しく、最適送りは好ましくは次の式に従う。
すなわち、方程式は、
（２）・・・Ｆｚ_max＝ｄｒ−（ｐｔｈ／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
ここで、Ｆｚ_max は、最適の刃あたり径方向送り、
ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）の間の径方向オフセット、
ｐｔｈは、機械加工される複合材料の層厚さ、
Ｋｒは、切削インサート（３２，３４，３６，３８）のリード角である。

フェースミーリングをさらに最適化するために、加工される材料によって許される最大切り屑厚さを考慮に入れることができる。この最大切り屑厚さ（以下ではＨｍａｘで表す）は、それを超えると加工の品質が低下する切り屑厚さに対応する。加工品質の低下は、複合材料では認められるはがれと薄片の発生につながる。この最大切り屑厚さは、提案された切削工具の回転あたり径方向送り（Ｆｎ）が次の式に従うときに得られる。
すなわち、方程式は、
（３）・・・Ｆｎ＝Ｚ×Ｆｚ＝Ｈｍａｘ／ｓｉｎ（Ｋｒ）であり、
ここで、Ｆｎ は、回転あたりの径方向送り、
Ｚは、切削工具の刃の数、すなわち切削インサートの数、
Ｆｚは、刃あたりの径方向送り、
Ｈｍａｘは、最大切り屑厚さ、
Ｋｒは、切削インサートのリード角である。

上述したように、径方向の送りはまた不等式（１）によっても制限されている。したがって、最大の切り屑厚さで除去しながら加工できるためには、径方向のオフセットが次の式に従うことが好ましい。
（４）・・・
ｄｒ≧（Ｈｍａｘ／（ｓｉｎ（Ｋｒ）×Ｚ））＋ｄａ／（ｔａｎ（Ｋｒ））、
ここで、ｄｒは、２つのオフセットした切削インサートの間の径方向オフセット、
Ｈｍａｘは、最大切り屑厚さ、
Ｚは、切削工具の刃の数、すなわち切削インサートの数、
Ｋｒは、切削インサートのリード角、
ｄａは、２つのオフセットした切削インサートの間の軸方向オフセットである。

したがって、切り屑除去による最適加工は、上記のＦｚ_maxを最大切り屑厚さＨｍａｘで選ぶことができるときに得られ、したがって複合材料の最適の最も速い切り屑除去での径方向オフセット（ｄｒ）は次の式に従う。
（５）・・・
Ｈｍａｘ／（ｓｉｎ（Ｋｒ）×Ｚ）＝Ｆｚ_max＝ｄｒ−（ｐｔｈ／（ｔａｎ（Ｋｒ））、
ここで、Ｆｚ_max は、最適の刃あたり径方向送り、
ｄｒは、２つのオフセットした切削インサートの間の径方向オフセット、
Ｈｍａｘは、最大切り屑厚さ、
Ｚは、切削工具の刃の数、すなわち切削インサートの数、
Ｋｒは、切削インサートのリード角、
ｄａは、２つのオフセットした切削インサートの間の軸方向オフセットである。

カーボンファイバーとエポキシで作られた複合材料では、最大切り屑厚さが０．３ｍｍに等しいことが認められており、上の等式（３）と（５）及び不等式（４）におけるＨｍａｘは約０．３ｍｍと選ぶことができる。

本明細書は特に複合材料のフェースミーリングについて説明している。しかし、異なるオフセットした切削インサートへの摩耗の軸方向分布と小さなリード角は、非等方性材料や等方性材料で局所的なきずのある材料など、すべての種類の材料の機械加工についても提案されている。しかし、軸方向外側及び径方向内側にオフセットした切削インサート３２，３４，３６及び３８は引き続く切削インサートの主切れ刃４０が軸方向にオーバラップすることを可能にする。したがって、オーバラップした切れ刃のひとつが故障しても、引き続く切削インサートのオーバラップした切れ刃のひとつによって埋め合わせることができる。この利点は、共通の軸方向でのオーバラップを示す少なくとも２つの径方向及び軸方向にオフセットした切削インサートによって、例えば３２と３４で、３４と３６で、３６と３８で、実現できる。これらのオーバラップによって、切削インサートのひとつの切れ刃が故障した場合でも材料の損傷が避けられ、加工される材料の健全さを守り、加工サイクルの終わりまで被削材２０の加工を続けることが可能になる。したがって、提案された切削工具８０とフェースミーリング方法は完全に等方的な材料のフェースミーリングでも有益である。

切削工具８０によりフェースミーリングの方法によって上で提案したようなフェースミーリングを可能にする適当な切削インサートも提案される。このような提案される切削インサート３０は図８，９及び１０に斜視図で示されている。さらに、図１１は切削インサート３０の側面図を示す。図１２は図１１の、ＸＩＩ−ＸＸＩによる断面図を示す。この切削インサート３０は、切削工具８０と合わせて説明した切削インサート３２，３４，３６，３８についての上の一般的な記述に対応する。したがって、この切削インサート３０も、主切れ刃４０，副切れ刃４４，及びその交点４２を有し、リード角Ｋｒは約３０°より小さく、ここでは５°である。上の一般的な説明から導かれるこれらの特徴の他に、この切削インサート３０はさらに、工具本体６０の対応するインサートポケットに固定するための中心孔４６を備える。図３に示されているように、この中心孔４６は、工具本体６０の軸８２に略平行な切削インサート３０の孔４６を通って延びるねじに合わせて設計されている。軸８２に略平行なねじによるこの切削インサート３０の固定の仕方は、直交径方向の（orthoradial）ねじによって切削インサートを受けるように設計されたインサートポケット（図示せず）に比べて、工具本体６０の対応するインサートポケットをより単純に迅速に製造することを可能にする。

限られた数の実施形態とその成分が本明細書で具体的に説明され図示されたが、当業者には多くの変更や変形が可能であることは明らかであろう。切削工具８０について、ただひとつの円錐つるまき線を有し、その上に切削インサート３２，３４，３６，３８が配置されていると記述したが、ひとつ以上の補充の円錐つるまき線と補充の切削インサートも、切削工具８０について提案できるであろう。補充の円錐つるまき線は、上述の円錐つるまき線と同じであってそれから角度的にオフセットして配置されていてもよい。この補充の円錐つるまき線に関して、その切削インサートの径方向及び軸方向の位置は、各切削インサート３２，３４，３６，３８の径方向及び軸方向の位置に対応するように選ぶことができる。さらに、補充のつるまき線と独立に、切削インサート３２と同様のひとつ以上の補充のワイパーインサートもフェースミーリングの仕上げを改善するために考えられる。さらに改善するために、ひとつ以上のワイパーインサートにコーティングすることができる。

２０ 被削材
３２，３４，３６，３８ 切削インサート
４０ 主切れ刃
４２ 交点
４４ 副切れ刃
６０ 工具本体
６２，６４，６６，６８ インサートポケット
８０ 切削工具
８２ 軸
Ｋｒ リード角

Claims (14)

1. 切削工具（８０）の軸（８２）と直角方向に被削材をフェースミーリングする切削工具（８０）であって、
   切削インサート（３２，３４，３６，３８）の固定のため第１及び第２のインサートポケット（６２，６４；６４，６６；６６，６８）を備える工具本体（６０）と、
   第１及び第２のインサートポケット（６２，６４；６４，６６；６６，６８）にそれぞれ固定される第１及び第２の切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）であって、第１及び第２の切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）及びインサートポケット（６２，６４；６４，６６；６６，６８）は、第１及び第２の切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）が対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）内に固定されるように設けられている、第１及び第２の切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）と、を備え
   各切削インサート（３２，３４，３６，３８）が、
   被削材（２０）の径方向の機械加工のための主切れ刃（４０）と、
   主切れ刃（４０）と関連した副切れ刃（４４）であって、被削材（２０）の軸方向の機械加工のためのワイパー切れ刃である副切れ刃（４４）と、を有し、
   第２の切削インサート（３４；３６；３８）の主切れ刃（４０）と副切れ刃（４４）の間の交点（４２）は、第１の切削インサート（３２；３４；３６）の主切れ刃（４０）と副切れ刃（４４）の間の交点（４２）から軸方向内側にそして径方向外側にオフセットし、
   各切削インサート（３２，３４，３６，３８）の主切れ刃と副切れ刃（４０，４４）の間に画定されるリード角（Ｋｒ）は３０°より小さいことを特徴とする切削工具。
2. 工具本体（６０）が、
   第１及び第２のインサートポケット（６２，６４；６４，６６；６６，６８）を含む複数のインサートポケット（６２，６４，６６，６８）と、
   第１及び第２の切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）を含む複数の切削インサート（３２，３４，３６，３８）であって、各切削インサート（３２，３４，３６，３８）は複数のインサートポケット（６２，６４、６６，６８）のうち対応するひとつのインサートポケット（６２，６４、６６，６８）に固定される複数の切削インサート（３２，３４，３６，３８）と、を備え、
   複数の切削インサート（３２，３４，３６，３８）と複数のインサートポケット（６２，６４，６６，６８）は、各切削インサート（３２，３４，３６，３８）が対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）内に固定されるように設けられ、
   各切削インサート（３２，３４，３６，３８）は、
   被削材（２０）の径方向の機械加工のための主切れ刃（４０）と、
   主切れ刃（４０）と関連した副切れ刃（４４）であって、副切れ刃（４４）は被削材（２０）の軸方向機械加工のためのワイパー切れ刃である副切れ刃（４４）と、を有し、
   複数の切削インサート（３２，３４，３６，３８）の主切れ刃（４０）と副切れ刃（４４）との間の交点（４２）は、切削工具（８０）の軸（８２）のまわりである円錐つるまき線に沿って配置されることにより互いにオフセットし、
   主切れ刃（４０）と副切れ刃（４４）の間の各切削インサート（３２，３４，３６，３８）のリード角（Ｋｒ）は同じであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 切削インサートがすべてサイズと形が同じであり、インサートポケット（６２，６４，６６，６８）が軸方向及び径方向で互いにオフセットしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 少なくとも２つの径方向及び軸方向にオフセットしたインサートポケット（６２，６４，６６，６８）が、工具本体（６０）上で、切削インサート（３２，３４，３６，３８）がそれぞれこれらのインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に固定されたときに、それらの主切れ刃（４０）が共通の軸方向オーバラップを有するように配置されることを特徴とする請求項３に記載の切削工具。
5. 第１のインサートポケット（６２）が工具本体（６０）の軸方向で最も外側のインサートポケット（６２，６４，６６，６８）であり、
   第２のインサートポケット（６４）が、第１のインサートポケット（６２）から軸方向にオフセットした工具本体（６０）のインサートポケット（６２，６４，６６，６８）のうちで第１のインサートポケット（６２）からの軸方向のオフセットがより小さいインサートポケットであり、
   第１及び第２のインサートポケット（６２，６４）の間の軸方向のオフセットが約０．０６ｍｍより大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載の切削工具。
6. 切削工具（８０）の切削インサート（３２，３４，３６，３８）とインサートポケット（６２，６４，６６，６８）は、対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に固定されたとき、切削インサート（３２，３４，３６，３８）が０．１ｍｍ以上の、好ましくは約０．２ｍｍの、そして０．５ｍｍ以下の同じ軸方向オフセット（ｄａ）で同じ円錐つるまき線に配置されるように設計され、同じ軸方向オフセット（ｄａ）は最も好ましくは約０．２６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の切削工具。
7. 切削インサート（３２，３４，３６，３８）が、実質的に軸方向のねじによって工具本体（６０）の対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に固定されるための中心孔（４６）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削工具。
8. リード角（Ｋｒ）が３°〜１２°の範囲内、好ましくは約５°であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の切削工具。
9. 切削インサート（３２，３４，３６，３８）は、それぞれ工具本体の対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に、被削材（２０）の径方向の加工のための主切れ刃（４０）と被削材（２０）の軸方向の加工のための副切れ刃（４４）の間のリード角（Ｋｒ）がこれらの切削インサート（３２，３４，３６，３８）の各々について同じであるように固定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の切削工具。
10. 被削材（２０）をフェースミーリングする方法であって、
    請求項９に係わる切削工具によって被削材（２０）をフェースミーリングするステップ、を含み、
    被削材（２０）に対する切削工具（８０）の刃あたり径方向送り（Ｆｚ）を、以下の不等式によって求めること、
    すなわち、
    不等式は、Ｆｚ≦ｄｒ−（ｄａ／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
    ここで、Ｆｚは、刃当たり径方向送り、
    ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）の間の径方向オフセット、
    ｄａは、オフセットした２つの引き続く切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）の間の軸方向オフセット、
    Ｋｒは、切削インサート（３２，３４，３６，３８）のリード角、
    であることを特徴とする方法。
11. フェースミーリングするステップの前に、
    フェースミーリングする被削材（２０）を選ぶステップであって、複合材料で作られている被削材を選ぶステップを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 被削材を選ぶステップにおいて、被削材は複数の層（２２，２４，２６，２８）を含む複合材料で作られ、被削材（２０）をフェースミーリングするステップで機械加工される少なくともひとつの層の厚さ（ｐｔｈ）がオフセットした２つの引き続く切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）の間の軸方向オフセット（ｄａ）に等しいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 刃あたりの径方向送りを、以下の方程式による最適送り（Ｆｚ_max）であって、該最適送り（Ｆｚ_max）を超えない送りから選択すること、
    すなわち、
    方程式は、Ｆｚ_max＝ｄｒ−（ｐｔｈ／ｔａｎ（Ｋｒ））であり、
    ここで、Ｆｚ_max は、最適の刃あたり径方向送り、
    ｄｒは、オフセットした２つの引き続く切削インサート（３２，３４；３４，３６；３６，３８）の間の径方向オフセット、
    ｐｔｈは、機械加工される複合材料の層厚さ、
    Ｋｒは、切削インサート（３２，３４，３６，３８）のリード角、
    であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 被削材（２０）をフェースミーリングするための切削インサートであって、
    切削インサート（３０）は、フェースミーリングの工具本体（６０）の対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に固定するための中心孔（４６）を有し、
    切削インサート（３０）が、フェースミーリングする工具本体（６０）の対応するインサートポケット（６２，６４，６６，６８）に孔（４６）を通じるねじによって工具本体（６０）の軸（８２）と略平行に固定されたとき、
    切削インサート（３０）は、被削材（２０）の径方向の機械加工のための主切れ刃（４０）と、主切れ刃（４０）に関連した副切れ刃（４４）であって、被削材（２０）の軸方向の機械加工のためのワイパー切れ刃である副切れ刃（４４）との間のリード角（Ｋｒ）が、約３０°より小さくなるように設計されていることを特徴とする切削インサート。

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