JP6587758B2 - 切削工具 - Google Patents

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Description

本発明は、切削工具に関する。
ニッケル基系の耐熱合金など一般に難削材とされる材料の切削加工において、たとえばエンドミルが用いられている。難削材のエンドミル加工においては、切刃にニックと呼ばれる分断部分を設けた切削工具が提案されている(例えば特許文献1〜3)。切刃にニックを設けて切刃を不連続にすることで、切り屑を分断させて切削抵抗の低減を図り、かつ切刃の温度上昇を抑えている。
特開2012−206197号公報 特開2010−240818号公報 国際公開2010/137429号
本発明の一態様に係る切削工具は、軸部と、複数の刃領域群とを備えている。軸部は、中心軸に沿って延在し、かつ中心軸を取り囲む外周面を有する。複数の刃領域群は、外周面に螺旋状に設けられている。複数の刃領域群は、第1ニックによって分断された第1刃領域群を含む。第1刃領域群は、第1刃領域と、第1ニックを介して第1刃領域に隣接する第2刃領域とを有する。第1刃領域は、第1すくい面部と、第1すくい面部と連なる第1逃げ面部とを有する。第1すくい面部と第1逃げ面部との稜線は、第1切刃部を構成する。第2刃領域は、第2すくい面部と、第2すくい面部と連なる第2逃げ面部とを有する。第2すくい面部と第2逃げ面部との稜線は、第2切刃部を構成する。外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸が第1切刃部の前端側の第1端部と重なっている状態において、第1切刃部の中心軸に対する傾斜角は、第1端部と第2切刃部の前端側の第2端部とを繋いだ直線の中心軸に対する傾斜角よりも大きい。
図1は、第1実施形態に係る切削工具の構成を示す正面模式図である。 図2は、第1切刃部〜第4切刃部の構成を示す拡大正面模式図である。 図3は、縦軸を軸方向とし横軸を周方向として外周面を平面上に展開して切刃部の位置関係を示す展開模式図である。 図4は、1つの切刃部と1つのニックとにより構成される1つのユニットの構成を幾何学的に示す模式図である。 図5は、第2実施形態に係る切削工具の構成を示す正面模式図である。 図6は、第3実施形態に係る切削工具の構成を示す正面模式図である。 図7は、第4実施形態に係る切削工具の構成を示す展開模式図である。 図8は、比較例に係る切削工具における切削抵抗と時間との関係を示す図である。 図9は、実施例に係る切削工具における切削抵抗と時間との関係を示す図である。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献1〜3に開示の切削工具によれば、複数の切刃部の配列方向は、各切刃部の延在方向と同じであり、周方向においては切刃部とニックとが交互に配置されている。そのため、切削加工時において、切刃部が被削材に断続的に接触し、たとえばビビリ振動などの衝撃振動が大きくなる場合があり、切削工具の寿命を向上させることが困難であった。また切削抵抗を十分に低減することが困難であった。
本発明の一態様の目的は、切削抵抗を低減しつつ、寿命を向上させる切削工具を提供することである。
[本開示の効果]
本発明の一態様によれば、切削抵抗を低減しつつ、寿命を向上させる切削工具を提供することができる。
[本開示の実施形態の概要]
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。
(1)本発明の一態様に係る切削工具100は、軸部2と、複数の刃領域群1とを備えている。軸部2は、中心軸Aに沿って延在し、かつ中心軸Aを取り囲む外周面3を有する。複数の刃領域群1は、外周面3に螺旋状に設けられている。複数の刃領域群1は、第1ニック16によって分断された第1刃領域群10を含む。第1刃領域群10は、第1刃領域10bと、第1ニック16を介して第1刃領域10bに隣接する第2刃領域10aとを有する。第1刃領域10bは、第1すくい面部11bと、第1すくい面部11bと連なる第1逃げ面部12bとを有する。第1すくい面部11bと第1逃げ面部12bとの稜線は、第1切刃部14bを構成する。第2刃領域10aは、第2すくい面部11aと、第2すくい面部11aと連なる第2逃げ面部12aとを有する。第2すくい面部11aと第2逃げ面部12aとの稜線は、第2切刃部14aを構成する。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1切刃部14bの前端側の第1端部15bと重なっている状態において、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、第1端部15bと第2切刃部14aの前端側の第2端部15aとを繋いだ直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい。
上記(1)に係る切削工具100においては、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、第1端部15bと第2切刃部14aの前端側の第2端部15aとを繋いだ直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい。そのため、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αと同じ場合と比較して、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい場合には、第1切刃部14bのすくい角が大きくなる。結果として、第1切刃部14bの切削抵抗を低減することができる。また第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αと同じ場合と比較して、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい場合には、周方向における第1切刃部14bと第2切刃部14aとの間隔が小さくなる。そのため、切削加工時において、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが被削材に断続的に接触することを抑制することができる。結果として、たとえばビビリ振動などの衝撃振動を抑制し、切削工具100の寿命を向上することができる。
(2)上記(1)に係る切削工具100において、複数の刃領域群1は、第2ニック26によって分断された第2刃領域群20を含んでいてもよい。第2刃領域群20は、第3刃領域20bと、第2ニック26を介して第3刃領域20bに隣接する第4刃領域20aとを有していてもよい。第3刃領域20bは、第3すくい面部21bと、第3すくい面部21bと連なる第3逃げ面部22bとを有していてもよい。第3すくい面部21bと第3逃げ面部22bとの稜線は、第3切刃部24bを構成していてもよい。第4刃領域20aは、第4すくい面部21aと、第4すくい面部21aと連なる第4逃げ面部22aとを有していてもよい。第4すくい面部21aと第4逃げ面部22aとの稜線は、第4切刃部24aを構成していてもよい。外周面3の周方向において、第1切刃部14bは、第2ニック26と重なるように配置され、かつ第4切刃部24aは、第1ニック16と重なるように配置されていてもよい。これにより、軸方向における全ての位置において切刃部を配置することができる。
(3)上記(1)または(2)に係る切削工具100において、第2切刃部14aは、第2端部15aと反対側の第3端部17aを有していてもよい。第1切刃部14bと第2切刃部14aとが外周面3の周方向において重なっていてもよい。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W2は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.3倍以下であってもよい。これにより、切削抵抗を低減することができる。
(4)上記(3)に係る切削工具100において、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W2は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.05倍以下であってもよい。これにより、切削抵抗をさらに低減することができる。
(5)上記(1)または(2)に係る切削工具100において、第2切刃部14aは、第2端部15aと反対側の第3端部17aを有していてもよい。第1切刃部14bと第2切刃部14aとが外周面3の周方向において離間していてもよい。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W3は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.1倍以下であってもよい。これにより、切削抵抗の変動を低減することができる。
(6)上記(5)に係る切削工具100において、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W3は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.05倍以下であってもよい。これにより、切削抵抗の変動をさらに低減することができる。
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る切削工具100において、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αは、5°以上45°以下であり、かつ第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも3°以上15°以下大きくてもよい。これにより、切削抵抗値を低減することができる。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る切削工具100において、複数の刃領域群1は、超硬合金にダイヤモンドがコーティングされた材料、多結晶焼結ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素の少なくともいずれかの材料により構成されていてもよい。工具材料として超硬合金にダイヤモンドコーティングされたものや多結晶焼結ダイヤモンドおよび立方晶窒化硼素などの硬質材料を用いることにより、耐摩耗性にすぐれることから工具寿命のより長い工具を得ることができる。
(9)上記(1)〜(4)のいずれかに係る切削工具100において、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角をα°とし、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角をβ°とすると、中心軸Aに平行な方向における第1ニック16の幅は、tan(90−α)−tan(90−β)以下であってもよい。これにより、断続的な衝撃振動が発生することを抑制することができる。
[本開示の実施形態の詳細]
次に、図に基づいて本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る切削工具の構成について説明する。
図1に示されるように、第1実施形態に係る切削工具100は、たとえばフライス加工に用いられるエンドミルである。本実施形態の切削工具100により切削加工する被加工材は、たとえば難削材と呼ばれるものである。被加工材の一例として、たとえばニッケル基合金が挙げられる。切削工具100は、軸部2と、複数の刃領域群1とを主に有している。軸部2は、たとえば略円柱状であり、中心軸Aに沿って延在する。軸部2は、中心軸Aを取り囲む外周面3を有する。外周面3は、たとえば円筒面である。軸部2は、前端4と、前端4と反対側の後端とを有する。後端は、たとえばシャンクを構成する部分である。前端4は、切削加工時に被削材に対向する部分である。前端4は、たとえばエンドミルの底面である。
複数の刃領域群1は、軸部2の外周面3に螺旋状に設けられている。複数の刃領域群1の各々は、互いに離間している。複数の刃領域群1の各々は、中心軸Aの周りを螺旋状に延在している。刃領域群の数は、2以上であれば特に限定されないが、たとえば4以上であってもよいし、6以上であってもよいし、8以上であってもよい。複数の刃領域群1は、たとえば第1刃領域群10と、第2刃領域群20とを含む。第1刃領域群10は、第1ニック16によって分断されている。第1刃領域群10および第1ニック16は、第1スパイラルリード線S1上に位置している。第2刃領域群20は、第2ニック26によって分断されている。第2刃領域群20および第2ニック26は、第2スパイラルリード線S2上に位置している。第1スパイラルリード線S1と、第2スパイラルリード線S2とは互いに交差しないように離間している。第1スパイラルリード線S1のねじれ角は、第2スパイラルリード線S2のねじれ角と異なっていてもよい(不等リード設計)。また各刃領域群を構成する複数の刃領域の各々のピッチが異なっていてもよい(不等分割設計)。
図2に示されるように、第1刃領域群10は、たとえば第1刃領域10bと、第2刃領域10aとを有する。第2刃領域10aは、第1ニック16を介して第1刃領域10bに隣接する。言い換えれば、第1ニック16は、第1刃領域10bと、第2刃領域10aとの間にある。第1刃領域10bと、第2刃領域10aとは、第1ニック16によって分断されている。第1刃領域10bは、第1すくい面部11bと、第1逃げ面部12bと、第1底面部13bとを有する。第1逃げ面部12bは、第1すくい面部11bと連なる。第1底面部13bは、第1すくい面部11bと、第1逃げ面部12bとの双方に連なる。第1すくい面部11bと第1逃げ面部12bとの稜線は、第1切刃部14bを構成する。第1切刃部14bは、第1端部15bと、第4端部17bとを有する。第1端部15bは、軸部2の前端側に位置する。第1端部15bは、第1すくい面部11bと、第1逃げ面部12bと、第1底面部13bとが接する部分である。第4端部17bは、第1端部15bの反対側に位置する。第4端部17bは、シャンク側(後端側)に位置する。
第2刃領域10aは、第2すくい面部11aと、第2逃げ面部12aと、第2底面部13aとを有する。第2逃げ面部12aは、第2すくい面部11aと連なる。第2底面部13aは、第2すくい面部11aと、第2逃げ面部12aとの双方に連なる。第2すくい面部11aと第2逃げ面部12aとの稜線は、第2切刃部14aを構成する。第2切刃部14aは、第2端部15aと、第3端部17aとを有する。第2端部15aは、軸部2の前端側に位置する。第2端部15aは、第2すくい面部11aと、第2逃げ面部12aと、第2底面部13aとが接する部分である。第3端部17aは、第2端部15aの反対側に位置する。第3端部17aは、シャンク側(後端側)に位置する。
図2に示されるように、第2刃領域群20は、たとえば第3刃領域20bと、第4刃領域20aとを有している。第4刃領域20aは、第2ニック26を介して第3刃領域20bに隣接する。言い換えれば、第2ニック26は、第3刃領域20bと、第4刃領域20aとの間にある。第3刃領域20bと、第4刃領域20aとは、第2ニック26によって分断されている。第3刃領域20bは、第3すくい面部21bと、第3逃げ面部22bと、第3底面部23bを有している。第3逃げ面部22bは、第3すくい面部21bと連なる。第3底面部23bは、第3すくい面部21bと、第3逃げ面部22bとの双方に連なる。第3すくい面部21bと第3逃げ面部22bとの稜線は、第3切刃部24bを構成する。同様に、第4刃領域20aは、第4すくい面部21aと、第4逃げ面部22aと、第4底面部23aを有している。第4逃げ面部22aは、第4すくい面部21aと連なる。第4底面部23aは、第4すくい面部21aと、第4逃げ面部22aとの双方に連なる。第4すくい面部21aと第4逃げ面部22aとの稜線は、第4切刃部24aを構成する。
周方向において、第1刃領域群10における刃領域は、第2刃領域群20におけるニックと重なっており、かつ第2刃領域群20における刃領域は、第1刃領域群10におけるニックと重なっていてもよい。具体的には、外周面3の周方向において、第1切刃部14bは、第2ニック26と重なるように配置され、かつ第4切刃部24aは、第1ニック16と重なるように配置されている。同様に、外周面3の周方向において、第2切刃部14aは、第2ニック26と重なるように配置され、かつ第3切刃部24bは、第1ニック16と重なるように配置されている。
外周面3に接する平面(図2を示す平面)に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、第1端部15bと第2端部15aとを繋いだ直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい。同様に、中心軸Aが第2端部15aと重なっている状態において、第2切刃部14aの中心軸Aに対する傾斜角は、第1端部15bと第2端部15aとを繋いだ直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい。第1端部15bと第2端部15aとを繋いだ直線SLが延在する方向は、第1刃領域群10が延在する方向である。言い換えれば、第1端部15bと第2端部15aとを繋いだ直線SLが延在する方向は、第1刃領域群10を構成する複数の刃領域の切刃部の前端側の端部が配列されている方向である。
外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αは、5°以上45°以下であり、かつ第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも3°以上15°以下大きくてもよい。同様に、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第2端部15aと重なっている状態において、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αは、5°以上45°以下であり、かつ第2切刃部14aの中心軸Aに対する傾斜角βは、直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも3°以上15°以下大きくてもよい。第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角は、第2切刃部14aの中心軸Aに対する傾斜角と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角は、第2切刃部14aの中心軸Aに対する傾斜角と異なっている場合、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角は、第2切刃部14aの中心軸Aに対する傾斜角よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
次に、傾斜角αおよび傾斜角βの測定方法について説明する。
傾斜角αおよび傾斜角βを測定するために、たとえばAlicona社製のINFINITE FOCUS G5が用いられる。撮像ソフトウェアは、たとえばLaboratory measurementである。解析ソフトウェアは、たとえばMeasure suiteである。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から切削工具100が見えるように切削工具100が配置される。この状態を維持しながら、切削工具100の中心軸Aが、第1切刃部14bの第1端部15bと重なるように、切削工具100の回転方向の位置が調節される。この状態において、切削工具100の表面の画像が撮影される。当該画像を用いて、第1切刃部14bの第1端部15bと、第2切刃部14aの第2端部15aとを繋ぐ直線SLが特定される。当該直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αが求められる。同様に、当該画像を用いて、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが求められる。なお、第1端部15bが丸まっており、第1端部15bの位置を決定することが困難な場合には、第1底面部13bと第1すくい面部11bとの稜線を延長した線と、第1底面部13bと第1逃げ面部12bとの稜線を延長した線との接点を第1端部15bとする。第2端部15aについても同様である。
図3は、縦軸を軸方向とし横軸を周方向として外周面を平面上に展開して切刃部の位置関係を示す模式図である。図3に示されるように、複数の切刃部(第1切刃部14b、第2切刃部14a、第5切刃部14c)の前端側の端部の各々は、第1スパイラルリード線S1上に位置する。図3に示されるように、複数の切刃部の各々の軸方向(中心軸A)に対する傾斜角βは、第1スパイラルリード線S1の軸方向(中心軸A)に対する傾斜角αよりも大きい。言い換えれば、複数の切刃部の各々は、第1スパイラルリード線S1から周方向に向かって傾斜している。図3に示されるように、周方向において、ニックを介して隣り合う2つの切刃部において、一方の切刃部の前端側の端部の位置は、他方の切刃部の後端側(シャンク側)の端部の位置と同じであってもよい。
なお、切削工具100の直径が第1切刃部14bの周方向の長さよりも十分に大きい場合には、縦軸を軸方向とし横軸を周方向として外周面3を平面上に展開した状態で求めた傾斜角αおよび傾斜角βと、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から切削工具100を見た状態において求めた傾斜角αおよび傾斜角βとの誤差は無視できる程小さくなる。具体的には、切削工具100の直径が第1切刃部14bの周方向の長さの4倍以上の場合には、縦軸を軸方向とし横軸を周方向として外周面3を平面上に展開した状態で求めた傾斜角αおよび傾斜角βは、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から切削工具100を見た状態で求めた傾斜角αおよび傾斜角βとほぼ等しいと推定することができる。
図4は、1つの切刃部と1つのニックとにより構成される1つのユニットの構成を幾何学的に示す模式図である。図4に示されるように、切刃部の軸方向に対する傾斜角をβとし、長方形の対角線の軸方向に対する傾斜角をαとする。長方形の対角線は、上述した第1端部15bと第2端部15aとを繋ぐ直線に対応する。軸方向における切刃部の長さが1であるとき、軸方向におけるニックの幅は、tan(90−α)−tan(90−β)である。たとえばαが30°であり、βが45°の場合、ニックの幅は、約0.73となる。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線の中心軸Aに対する傾斜角をα°とし、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角をβ°とすると、中心軸Aに平行な方向における第1ニック16の幅は、tan(90−α)−tan(90−β)以下であってもよい。これにより、周方向における第1切刃部14bと第2切刃部14aとが重なる。中心軸Aに平行な方向において、第1切刃部14bの長さは、たとえば0.1mm以上5.0mm以下である。第1切刃部14bの長さは、工具の直径によって変動し得るものであるため、設計時に適宜選択すればよい。
なお、超高圧技術により製造されるCBN(立方晶窒化硼素)焼結体やPCD(多結晶ダイヤモンド)焼結体は一般的には平面板状の円板素材である。これらを円柱状超硬本体にロー付けして製造するエンドミル工具の場合、刃領域群の形状は比較的ネジレ角度の小さいもの(たとえば傾斜角αが20°以下程度)となる場合が多い。その場合においても、第1実施形態の刃型形状を採用することにより、各切刃部は傾斜角αよりも大きな傾斜角βを有することが可能となる。これにより、切れ味の高い切削工具100を創生することが可能となる。
切削工具100を構成する材料は、たとえばCBN焼結体、多結晶ダイヤ焼結体、セラミックス、炭化タングステン(超硬)、サーメットなどの硬質材料である。複数の刃領域群1を構成する材料は、特に限定されないが、たとえば超硬合金にダイヤモンドがコーティングされた材料、多結晶焼結ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素の少なくともいずれかの材料により構成されていることが望ましい。硬質材料の種類によらず円柱状素材ではより形状の自由度が増し、多条の刃領域群を工具本体外周に設置することが可能となる。しかしながら、刃領域群の条数を多くすることで切削作用点が多くなり、切削抵抗の増加によるビビリ振動が問題となり得る。本実施形態に係る切削工具100によれば、刃領域群を複数のニックで分断することにより、切り屑を小さく分断し、切削抵抗値を下げることができる。
複数の刃領域群1の各々は、理想的には傾斜角αを有するスパイラルリード線上に配置されている。しかしながら、寸法形状が大きくないこともあり、複数の刃領域群1の各々を構成する刃領域は、直線上に配置されていてもよい。また切削抵抗をさらに低減させるために、刃領域を切削すくい面方向に突形状円弧または曲線にすることも効果的である。中心軸Aに平行な方向における複数の切刃部の各々の長さは、必ずしも同じである必要はない。同様に、中心軸Aに平行な方向における複数のニックの各々の幅は、必ずしも同じである必要はない。ニックがある特定の場所に集中することによって切削材料の削り残しのない状態になるように切刃部が配置されていればよい。なお、本実施形態に係る切削工具100は、たとえばレーザー加工および3Dプリンタ等を利用することで製造可能である。
次に、第1実施形態に係る切削工具の作用効果について説明する。
第1実施形態に係る切削工具100によれば、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βは、第1端部15bと第2切刃部14aの前端側の第2端部15aとを繋いだ直線SLの中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい。そのため、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αと同じ場合と比較して、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい場合には、第1切刃部14bのすくい角が大きくなる。結果として、第1切刃部14bの切削抵抗を低減することができる。また第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αと同じ場合と比較して、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角βが上記直線の中心軸Aに対する傾斜角αよりも大きい場合には、周方向における第1切刃部14bと第2切刃部14aとの間隔が小さくなる。そのため、切削加工時において、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが被削材に断続的に接触することを抑制することができる。結果として、たとえばビビリ振動などの衝撃振動を抑制し、切削工具100の寿命を向上することができる。
また第1実施形態に係る切削工具100によれば、複数の刃領域群1は、第2ニック26によって分断された第2刃領域群20を含んでいる。第2刃領域群20は、第3刃領域20bと、第2ニック26を介して第3刃領域20bに隣接する第4刃領域20aとを有している。第3刃領域20bは、第3すくい面部21bと、第3すくい面部21bと連なる第3逃げ面部22bとを有している。第3すくい面部21bと第3逃げ面部22bとの稜線は、第3切刃部24bを構成している。第4刃領域20aは、第4すくい面部21aと、第4すくい面部21aと連なる第4逃げ面部22aとを有している。第4すくい面部21aと第4逃げ面部22aとの稜線は、第4切刃部24aを構成している。外周面3の周方向において、第1切刃部14bは、第2ニック26と重なるように配置され、かつ第4切刃部24aは、第1ニック16と重なるように配置されている。これにより、軸方向における全ての位置において切刃部を配置することができる。
さらに第1実施形態に係る切削工具100によれば、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線の中心軸Aに対する傾斜角は、5°以上45°以下であり、かつ第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角は、直線の中心軸Aに対する傾斜角よりも3°以上15°以下大きい。これにより、工具寿命を向上しつつ、切削抵抗値を低減することができる。
さらに第1実施形態に係る切削工具100によれば、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、中心軸Aが第1端部15bと重なっている状態において、直線の中心軸Aに対する傾斜角をα°とし、第1切刃部14bの中心軸Aに対する傾斜角をβ°とすると、中心軸Aに平行な方向における第1ニック16の幅は、tan(90−α)−tan(90−β)以下である。言い換えれば、中心軸Aに平行な方向における第1切刃部14bの長さは、tan(90−β)よりも長い。これにより、周方向において、第1切刃部14bと第2切刃部14aとを重ねることができる。従って、断続的な衝撃振動が発生することを抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る切削工具100の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る切削工具100と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
図5に示されるように、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが外周面3の周方向において重なっていてもよい。言い換えれば、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、第1切刃部14bと第2切刃部14aとは、中心軸Aに平行な同一直線上に位置してもよい。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W2は、たとえば周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.3倍以下である。好ましくは、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W2は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.05倍以下である。図5に示されるように、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、第3端部17aと第1底面部13bとは、中心軸Aに平行な直線上に位置していてもよい。第2実施形態に係る切削工具100は、第1実施形態に係る切削工具100と同様の効果を有する。また第2実施形態に係る切削工具100は、切削抵抗を低減することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る切削工具100の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る切削工具100と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
図6に示されるように、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが外周面3の周方向において離間していてもよい。言い換えれば、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、第1切刃部14bと第2切刃部14aとは、中心軸Aに平行な同一直線上に位置していなくてもよい。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W3は、たとえば周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔の0.1倍以下である。好ましくは、外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、周方向における第1端部15bと第3端部17aとの間隔W3は、周方向における第1端部15bと第2端部15aとの間隔W1の0.05倍以下であってもよい。外周面3に接する平面に対して垂直な方向から見て、第3端部17aと第1底面部13bとは、中心軸Aに平行な直線上に位置していてもよい。第3実施形態に係る切削工具100は、第1実施形態に係る切削工具100と同様の効果を有する。また第3実施形態に係る切削工具100は、切削抵抗の変動を低減することができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る切削工具100の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る切削工具100と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
切削工具100は、たとえばテーパーエンドミルであってもよい。切削工具100がテーパーエンドミルの場合、軸部2は円錐台の部分を有する。図7に示されるように、円錐台の外周面3を周方向に展開すると、扇形形状となる。切刃部14の前端側の端部の各々は、第1スパイラルリード線S1上に位置する。切刃部14の軸方向に対する傾斜角βは、第1スパイラルリード線S1の軸方向に対する傾斜角αよりも大きい。第4実施形態に係る切削工具100は、第1実施形態に係る切削工具100と同様の効果を有する。
なお、上記各実施形態における切削工具100は、たとえばラジアルエンドミル、ボールエンドミルまたはTスロット形状のサイドカッタなどであってもよい。また上記各実施形態における切削工具100は、硬質体そのものを本体および刃領域群とするソリッド工具であってもよいし、CBN、PCDに代表されるロー付け工具であってよいし、ビスや楔などの締結機構によって切刃部を有するチップを着脱式とするスローアウェイ工具であってもよい。
次に、上記各実施形態に係る切削工具100において切削抵抗が低減しつつ衝撃振動が減少するメカニズムについて比較例と対比しながら詳細に説明する。
図8に示されるように、比較例に係る切削工具100においては、軸方向に対する切刃部14の傾斜角βは、軸方向に対するスパイラルリード線S1の傾斜角αと同じである。この場合、周方向においては、切刃部とニックとが交互に配置される。そのため、縦軸を切削抵抗とし、横軸を時間としたとき、ある期間においては切刃部が被削材に接触するが、別のある期間においては切刃部が被削材に接触しない。つまり、切刃部が被削材に断続的に接触するため、たとえばビビリ振動などの衝撃振動が大きくなる。
図9に示されるように、実施例に係る切削工具100においては、軸方向に対する切刃部の傾斜角βは、軸方向に対する切刃配列方向の傾斜角αよりも大きい。軸方向に対するスパイラルリード線S1の傾斜角が比較例と同じ場合、実施例に係る切削工具100の軸方向に対する切刃部14の傾斜角βは、比較例に係る切削工具100の軸方向に対する切刃部14の傾斜角βよりも大きくなる。つまり、実施例に係る切削工具100においては、比較例に係る切削工具100よりも切刃すくい角が大きくなる。そのため、切削抵抗を減少させることができる。具体的には、実施例に係る切削工具100の切削抵抗R2(図9参照)は、比較例に係る切削工具100の切削抵抗R1(図8参照)よりも小さくなる。また実施例に係る切削工具100においては、周方向において、切刃部14が連続的に配置されている。そのため、縦軸を切削抵抗とし、横軸を時間としたとき、全ての期間において切刃部が被削材に接触する。言い換えれば、切刃部が周方向(回転方向)において連続的に切削に関与する。そのため、切刃部14の断続的な喰い付き衝撃の発生を小さくすることができる。結果として、たとえばビビリ振動などの衝撃振動を低減し、工具寿命を向上することができる。
(サンプル準備)
サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルが準備された。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおいては、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが周方向において重なっている(図5参照)。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおける幅W1(図5参照)は全て1.0mmである。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおける重なり幅W2(図5参照)は、それぞれ0mm、0.05mm、0.3mmおよび0.5mmである。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおけるW2/W1は、それぞれ0、0.05、0.3および0.5である。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおける傾斜角αおよび傾斜角βは、それぞれ25°および34°である。
(実験条件)
サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルを用いて、被削材に対して切削試験が行われた。被削材は、インコネル718(スペシャルメタルズ社の登録商標)である。切削速度(V)=100m/分である。エンドミルの直径は10φである。刃領域群の枚数は、8枚である。軸方向への切込み(ap)は5mmである。径方向への切込み(ae)は0.1mmである。送り量(f)は0.03mm/刃である。切削試験は、乾式である。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルの切削抵抗値がキスラー切削抵抗測定器により測定された。なお、切削抵抗値とは、動力計の測定値の最大値である。
(実験結果)
Figure 0006587758
表1に示されるように、サンプル1Aからサンプル1Cに係るエンドミルにおける切削抵抗値は280N以上334N以下であるのに対して、サンプル1Dに係るエンドミルにおける切削抵抗値は396Nであった。これにより、W2/W1を0.3以下とすることにより、切削抵抗値を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル1Aおよびサンプル1Bに係るエンドミルにおける切削抵抗値は、280N以上282N以下であるのに対して、サンプル1Cに係るエンドミルの切削抵抗値は、334Nであった。これにより、W2/W1を0.05以下とすることにより、切削抵抗値をさらに低減可能であることが確かめられた。
(サンプル準備)
サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルが準備された。サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルにおいては、第1切刃部14bと第2切刃部14aとが周方向において離間している(図6参照)。サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルにおける幅W1(図6参照)は全て1.0mmである。サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルにおける離間幅W3(図6参照)は、それぞれ0mm、0.01mm、0.05mmおよび0.1mmである。サンプル1A〜サンプル1Dに係るエンドミルにおけるW3/W1は、それぞれ0、0.01、0.05および0.1である。サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルにおける傾斜角αおよび傾斜角βは、それぞれ25°および34°である。
(実験条件)
サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルを用いて、被削材に対して切削試験が行われた。被削材は、インコネル718(スペシャルメタルズ社の登録商標)である。切削速度(V)=100m/分である。エンドミルの直径は10φである。刃領域群の枚数は、8枚である。エンドミルの直径は10φである。切刃領域群の枚数は、8枚である。軸方向への切込み(ap)は5mmである。径方向への切込み(ae)は0.1mmである。送り量(f)は0.03mm/刃である。切削試験は、乾式である。サンプル2A〜サンプル2Dに係るエンドミルの切削抵抗値の振動幅がキスラー切削抵抗測定器により測定された。なお、切削抵抗値の振動幅とは、切削中における動力計の測定値がゆらぐ大きさ(変動量)である。ニック部分によって切削の隙間が大きくなると、切削時と空転時とにおける衝撃力の差が大きくなり、切削抵抗値の振動幅が増加する。
(実験結果)
Figure 0006587758
表2に示されるように、サンプル2Aからサンプル2Cに係るエンドミルにおける切削抵抗値の振動幅は44N以上48N以下であるのに対して、サンプル2Dに係るエンドミルにおける切削抵抗値は69Nであった。これにより、W3/W1を0.05以下とすることにより、切削抵抗値の振動幅を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル2Aおよびサンプル2Bに係るエンドミルにおける切削抵抗値は、共に44N以上であるのに対して、サンプル2Cに係るエンドミルの切削抵抗値は、48Nであった。これにより、W3/W1を0.01以下とすることにより、切削抵抗値の振動幅をさらに低減可能であることが確かめられた。
(サンプル準備)
サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルが準備された。サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルにおいては、傾斜角αおよび傾斜角βが異なっている(図2参照)。サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルにおける傾斜角αは、それぞれ2°、5°、25°、45°および60°である。サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルにおける傾斜角βは、それぞれ3°、8°、34°、54°および68°である。
(実験条件)
サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルを用いて、被削材に対して切削試験が行われた。被削材は、インコネル718(スペシャルメタルズ社の登録商標)である。切削速度(V)=100m/分である。エンドミルの直径は10φである。刃領域群の枚数は、8枚である。軸方向への切込み(ap)は5mmである。径方向への切込み(ae)は0.1mmである。送り量(f)は0.03mm/刃である。切削試験は、乾式である。サンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルの切削抵抗値がキスラー切削抵抗測定器により測定された。またサンプル3A〜サンプル3Eに係るエンドミルの工具寿命が測定された。工具寿命は、逃げ面摩耗量VBが0.2mmに達するまでの加工時間である。
(実験結果)
Figure 0006587758
表3に示されるように、サンプル3Bからサンプル3Eに係るエンドミルにおける切削抵抗値は280N以上320N以下であるのに対して、サンプル3Aに係るエンドミルにおける切削抵抗値は450Nであった。これにより、傾斜角αを5°以上とすることにより、切削抵抗値を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル3B〜サンプル3Dに係るエンドミルの工具寿命は、27分以上47分以下であるのに対して、サンプル3Aおよびサンプル3Eに係るエンドミルの工具寿命は、15分以上22分以下であった。これにより、傾斜角αを5°以上45°以下とすることにより、工具寿命を向上しつつ、切削抵抗値を低減可能であることが確かめられた。
(サンプル準備)
サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルが準備された。サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルにおいては、傾斜角αは同じであるが、傾斜角βが異なっている(図2参照)。サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルにおける傾斜角αは、全て5°である。サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルにおける傾斜角βから傾斜角αを引いた値は、それぞれ1°、3°および9°である。
サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルが準備された。サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルにおいては、傾斜角αは同じであるが、傾斜角βが異なっている(図2参照)。サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルにおける傾斜角αは、全て25°である。サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルにおける傾斜角βから傾斜角αを引いた値は、それぞれ1°、3°、9°、15°および25°である。
サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルが準備された。サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルにおいては、傾斜角αは同じであるが、傾斜角βが異なっている(図2参照)。サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルにおける傾斜角αは、全て45°である。サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルにおける傾斜角βから傾斜角αを引いた値は、それぞれ1°、3°、9°および15°である。
(実験条件)
サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルと、サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルと、サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルとを用いて、被削材に対して切削試験が行われた。被削材は、インコネル718(スペシャルメタルズ社の登録商標)である。切削速度(V)=100m/分である。エンドミルの直径は10φである。刃領域群の枚数は、8枚である。軸方向への切込み(ap)は5mmである。径方向への切込み(ae)は0.1mmである。送り量(f)は0.03mm/刃である。切削試験は、乾式である。サンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルと、サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルと、サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルの切削抵抗値がキスラー切削抵抗測定器により測定された。またサンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルと、サンプル5A〜サンプル5Eに係るエンドミルと、サンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルの工具寿命が測定された。工具寿命は、逃げ面摩耗量VBが0.2mmに達するまでの加工時間である。
(実験結果)
Figure 0006587758
表4に示されるように、サンプル4Bおよびサンプル4Cに係るエンドミルにおける切削抵抗値は302N以上320N以下であるのに対して、サンプル4Aに係るエンドミルにおける切削抵抗値は374Nであった。これにより、傾斜角αが5°の場合、β―αの値を3°以上とすることにより、切削抵抗値を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル4A〜サンプル4Cに係るエンドミルの工具寿命は、24分以上27分以下であった。これにより、傾斜角αが5°の場合、β−αの値を10°以下とすることにより、ニック部の隙間が切れ刃長さ以上に大きくなり、有効切れ刃数が減少してしまうことが、工具寿命の低下原因になっているものである。これによりβ−αの量は大きすぎてもその効果が減少することが確かめられた。
Figure 0006587758
表5に示されるように、サンプル5Bからサンプル5Eに係るエンドミルにおける切削抵抗値は122N以上280N以下であるのに対して、サンプル5Aに係るエンドミルにおける切削抵抗値は310Nであった。これにより、傾斜角αが25°の場合、β―αの値を3°以上とすることにより、切削抵抗値を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル5A〜サンプル5Dに係るエンドミルの工具寿命は、30分以上47分以下であるのに対して、サンプル5Eに係るエンドミルの工具寿命は、27分であった。これにより、傾斜角αが25°の場合、β−αの値を3°以上15°以下とすることにより、工具寿命を向上しつつ、切削抵抗値を低減可能であることが確かめられた。
Figure 0006587758
表6に示されるように、サンプル6Bからサンプル6Dに係るエンドミルにおける切削抵抗値は120N以上278N以下であるのに対して、サンプル6Aに係るエンドミルにおける切削抵抗値は292Nであった。これにより、傾斜角αが45°の場合、β―αの値を3°以上とすることにより、切削抵抗値を顕著に低減可能であることが確かめられた。またサンプル6A〜サンプル6Dに係るエンドミルの工具寿命は、15分以上38分以下であった。これにより、傾斜角αが45°の場合、β−αの値を3°以上15°以下とすることにより、切削抵抗値を低減可能であることが確かめられた。
表4〜表6の結果を総合すると、傾斜角αが、5°以上45°以下であることが望ましく、かつ傾斜角βが傾斜角αよりも3°以上大きい場合において、工具寿命を向上しつつ、切削抵抗値を低減可能であることが確かめられた。ただしその大きさがαによって適正な角度があり、ニックの隙間量が切れ刃高さ方向の高さの半分(0.5倍)以上にならないことがよい。総じていえばβ−αは3°以上15°以下とすることによりその効果を得ることができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 刃領域群、10a 第2刃領域、10b 第1刃領域、2 軸部、3 外周面、4 前端、10 第1刃領域群、11a 第2すくい面部、11b 第1すくい面部、12a 第2逃げ面部、12b 第1逃げ面部、13a 第2底面部、13b 第1底面部、14 切刃部、14a 第2切刃部、14b 第1切刃部、14c 第5切刃部、15a 第2端部、15b 第1端部、16 第1ニック、17a 第3端部、17b 第4端部、20 第2刃領域群、20a 第4刃領域、20b 第3刃領域、21a 第4すくい面部、21b 第3すくい面部、22a 第4逃げ面部、22b 第3逃げ面部、23a 第4底面部、23b 第3底面部、24a 第4切刃部、24b 第3切刃部、26 第2ニック、100 切削工具、A 中心軸、S1 第1スパイラルリード線(スパイラルリード線)、S2 第2スパイラルリード線、SL 直線。

Claims (6)

  1. 中心軸に沿って延在し、かつ前記中心軸を取り囲む外周面を有する軸部と、
    前記外周面に螺旋状に設けられた複数の刃領域群と、を備え、
    前記複数の刃領域群は、第1ニックによって分断された第1刃領域群を含み、
    前記第1刃領域群は、第1刃領域と、前記第1ニックを介して前記第1刃領域に隣接する第2刃領域とを有し、
    前記第1刃領域は、第1すくい面部と、前記第1すくい面部と連なる第1逃げ面部とを有し、前記第1すくい面部と前記第1逃げ面部との稜線は、第1切刃部を構成し、
    前記第2刃領域は、第2すくい面部と、前記第2すくい面部と連なる第2逃げ面部とを有し、前記第2すくい面部と前記第2逃げ面部との稜線は、第2切刃部を構成し、
    前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記中心軸が前記第1切刃部の前端側の第1端部と重なっている状態において、前記第1切刃部の前記中心軸に対する傾斜角は、前記第1端部と前記第2切刃部の前端側の第2端部とを繋いだ直線の前記中心軸に対する傾斜角よりも大きく、
    前記複数の刃領域群は、第2ニックによって分断された第2刃領域群を含み、
    前記第2刃領域群は、第3刃領域と、前記第2ニックを介して前記第3刃領域に隣接する第4刃領域とを有し、
    前記第3刃領域は、第3すくい面部と、前記第3すくい面部と連なる第3逃げ面部とを有し、前記第3すくい面部と前記第3逃げ面部との稜線は、第3切刃部を構成し、
    前記第4刃領域は、第4すくい面部と、前記第4すくい面部と連なる第4逃げ面部とを有し、前記第4すくい面部と前記第4逃げ面部との稜線は、第4切刃部を構成し、
    前記外周面の周方向において、前記第1切刃部は、前記第2ニックと重なるように配置され、かつ前記第4切刃部は、前記第1ニックと重なるように配置されており、
    前記第2切刃部は、前記第2端部と反対側の第3端部を有し、
    前記第1切刃部と前記第2切刃部とが前記外周面の周方向において重なっており、
    前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記周方向における前記第1端部と前記第3端部との間隔は、前記周方向における前記第1端部と前記第2端部との間隔の0.3倍以下であり、
    前記複数の刃領域群は、多結晶焼結ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素の少なくともいずれかの材料により構成されている、切削工具。
  2. 前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記周方向における前記第1端部と前記第3端部との間隔は、前記周方向における前記第1端部と前記第2端部との間隔の0.05倍以下である、請求項1に記載の切削工具。
  3. 前記第2切刃部は、前記第2端部と反対側の第3端部を有し、
    前記第1切刃部と前記第2切刃部とが前記外周面の周方向において離間しており、
    前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記周方向における前記第1端部と前記第3端部との間隔は、前記周方向における前記第1端部と前記第2端部との間隔の0.1倍以下である、請求項1に記載の切削工具。
  4. 前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記周方向における前記第1端部と前記第3端部との間隔は、前記周方向における前記第1端部と前記第2端部との間隔の0.05倍以下である、請求項3に記載の切削工具。
  5. 前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記中心軸が前記第1端部と重なっている状態において、前記直線の前記中心軸に対する傾斜角は、5°以上45°以下であり、かつ前記第1切刃部の前記中心軸に対する傾斜角は、前記直線の前記中心軸に対する傾斜角よりも3°以上15°以下大きい、請求項1、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の切削工具。
  6. 前記外周面に接する平面に対して垂直な方向から見て、前記中心軸が前記第1端部と重なっている状態において、前記直線の前記中心軸に対する傾斜角をα°とし、前記第1切刃部の前記中心軸に対する傾斜角をβ°とすると、
    前記中心軸に平行な方向における前記第1ニックの幅は、tan(90−α)−tan(90−β)以下である、請求項1または請求項2に記載の切削工具。
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