JP6817717B2 - フライスカッタ、切削インサート及びフライス加工方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、軸線回りに回転させられる工具本体と、前記工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて設けられる複数の切れ刃と、を備えたフライスカッタであって、前記複数の切れ刃には、前記軸線に垂直な仮想平面に沿うように延びる平坦面加工切れ刃と、前記平坦面加工切れ刃よりも前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃と、が含まれ、前記凹溝加工切れ刃は、前記軸線に直交する径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の先端側へ向かって延びる第1傾斜部と、前記第1傾斜部の前記径方向の外側に配置され、前記径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の基端側へ向かって延びる第2傾斜部と、前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを連結する先端部と、を有し、前記平坦面加工切れ刃が、複数設けられており、複数の前記平坦面加工切れ刃のうち、最も前記軸線方向の先端側に位置する最先端の平坦面加工切れ刃は、被削材の加工面に形成される平坦面を仕上げ加工するさらい刃とされ、前記さらい刃に対して、前記凹溝加工切れ刃が、前記軸線方向の先端側へ向けて突出していることを特徴とする。
また本発明は、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて形成された複数のインサート取付座のうち、少なくとも1つ以上に着脱可能に装着されるフライス加工用の切削インサートであって、前記インサート取付座に取り付けられるインサート本体と、前記インサート本体のすくい面と逃げ面との交差稜線に形成され、該インサート本体のうち最も前記軸線方向の先端側に配置される切れ刃と、を備え、前記インサート本体は長方形板状をなし、前記インサート本体の長手方向は前記軸線方向に沿うように配置され、前記切れ刃は、前記インサート本体の長手方向に沿って延びる外周刃と、前記インサート本体の長手方向に沿う前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃と、を有し、前記凹溝加工切れ刃は、前記軸線に直交する径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の先端側へ向かって延びる第1傾斜部と、前記第1傾斜部の前記径方向の外側に配置され、前記径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の基端側へ向かって延びる第2傾斜部と、前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを連結する先端部と、を有することを特徴とする。
また本発明は、軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて複数の切れ刃を設け、被削材に対して前記工具本体を、前記周方向に回転させつつ前記軸線に直交する径方向に移動させて、被削材をフライス加工する方法であって、前記複数の切れ刃のうち、前記軸線に垂直な仮想平面に沿うように延びる平坦面加工切れ刃を用いて、被削材に平坦面を形成し、前記平坦面加工切れ刃を、複数設け、複数の前記平坦面加工切れ刃のうち、最も前記軸線方向の先端側に位置する最先端の平坦面加工切れ刃を、被削材の前記平坦面を仕上げ加工するさらい刃とし、前記複数の切れ刃のうち、前記さらい刃よりも前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃を用いて、被削材に前記平坦面から窪む断面V字状の凹溝を形成することを特徴とする。
具体的に本発明では、平坦面を加工する切れ刃(平坦面加工切れ刃)よりも、工具先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃が備えられており、該凹溝加工切れ刃の第1傾斜部と第2傾斜部によって、被削材の平坦面には、断面V字状の凹溝が形成される。また、平坦面から窪む複数の凹溝の深さは、互いに略同一となる(つまり凹溝同士の深さが一定となる)。これにより被削材には、平坦面と、凹溝の最深部との間の距離(深さ)に概ね対応する面粗度とされた、所期する表面粗さを有する加工面が形成される。なお、凹溝の最深部の断面形状は、凹溝加工切れ刃の第1傾斜部と第2傾斜部とを連結する先端部の形状に対応して、例えばピンカド(鈍角、直角等)や小R等とされる。
しかも、本発明によれば、切削送り、加工位置等の切削条件による影響を受けにくいことから、種々の切削条件において、所期する範囲の面粗度とされた加工面を、被削材に安定して形成することができる。
すなわち、理論的には、工具本体における凹溝加工切れ刃の周方向位置が、最先端の平坦面加工切れ刃の周方向近傍に配置されていなくても、最先端の平坦面加工切れ刃に対する凹溝加工切れ刃の軸線方向先端側へ向けた切れ刃突き出し量(以下、突出量という)が正確にセットされれば、上記効果は得られるはずである。しかしながら実際には、フライスカッタの剛性や変形、セット時の測定誤差等が生じるため、突出量を正確にセットすることが難しい場合がある。そこで本発明では、工具最先端に位置する平坦面加工切れ刃に対して、凹溝加工切れ刃を直後(工具回転方向とは反対側の直後)に配置することにより、セットバラつき、変形による変位等を抑えて、突出量の精度を安定させることができるようにした。つまり、加工精度の安定性を考慮すると、最先端の平坦面加工切れ刃の周方向近傍に、凹溝加工切れ刃を配置することが望ましい。
一方、本発明の上記構成によれば、工具本体にたとえヒール角が付与されていたり、スピンドルに振れが有ったりしても、最先端の平坦面加工切れ刃の直後に連続して凹溝加工切れ刃が切り込むため、工具本体の軸線の傾斜や振れ等による加工品位への影響を、確実に抑制することができる。
また、本発明の切削インサートにおいて、前記第1傾斜部と前記第2傾斜部との間に形成される角度が、鈍角又は直角であることが好ましい。
また、被削材の加工面に形成される凹溝の溝幅を広く確保できるので、フライス加工後の凹溝の視認性を高めることができる。さらに、凹溝の溝幅が広い分、例えばこの加工面の表面近傍(凹溝の底部よりも開口部近傍)でシール剤を保持させやすくすることができ、よってシール効果の向上が期待できる。
具体的に、例えば、凹溝加工切れ刃を有する切削インサートは、被削材に対して摺動する切れ刃部分(摺動辺)が長く、その分摩耗量が多くなるが、切削インサートを交換することで容易に対応できる。
また、被削材の加工面に凹溝を形成したことによる効果が安定したものとなる。具体的に、被削材の加工面に形成された凹溝同士は、互いに連通されているので、例えば凹溝にシール剤を保持するような場合において、シール剤を凹溝に供給した時点では加工面の各部で保持量に偏りが生じていたとしても、互いに連通された凹溝内を通して、このような偏りが自然に解消される。つまり、シール剤を加工面全体に均等に保持することができるので、シール効果が安定する。また、被削材の加工面において、凹溝同士の配置間隔が小さくなるので、該加工面の面粗度のバラつきを顕著に小さくすることができる。
また、被削材の加工面に形成される凹溝の溝幅を広く確保できるので、フライス加工後の凹溝の視認性を高めることができる。さらに、凹溝の溝幅が広い分、例えばこの加工面の表面付近(凹溝の底部よりも開口部近傍)でシール剤を保持させやすくすることができ、よってシール効果の向上が期待できる。
例えば、被削材に付与する予定の面粗度が、5〜20μm、20〜40μm、40〜60μmのうちいずれかの範囲であるものとする。この場合において、被削材の加工面に対して、小さい面粗度である上記5〜20μmの範囲となるように凹溝を形成するときには、凹溝加工切れ刃の先端角の大きさを、例えば170°(大きな先端角)に設定する。また、中くらいの大きさの面粗度である上記20〜40μmの範囲となるように凹溝を形成するときには、凹溝加工切れ刃の先端角の大きさを、例えば160°(中くらいの大きさの先端角)に設定する。また、大きい面粗度である上記40〜60μmの範囲となるように凹溝を形成するときには、凹溝加工切れ刃の先端角の大きさを、例えば150°(小さな先端角)に設定する。つまり、被削材に付与する予定の面粗度が大きくなるに従い(凹溝の深さが深くなるに従い)、凹溝加工切れ刃の先端角の大きさを小さくしていくことにより、被削材の加工面に形成される凹溝の溝幅(溝開口部の幅)や溝本数を安定させて、見やすくすることができる。
図1〜図3に示されるように、本実施形態の刃先交換式フライスカッタ1は、例えばアルミ合金等の金属材料からなる被削材にフライス加工を施す切削工具(転削工具)であり、具体的にこの刃先交換式フライスカッタ1は、被削材に主に正面削り(工具本体2の軸線Oに垂直な加工面を形成するフライス削り。図8(a)参照)を施すフライスカッタである。
図1及び図2において、工具本体2のインサート取付座4に取り付けられた切削インサート20、30は、その切れ刃7が、工具本体2の先端側及び径方向外側に突出して配置される。本実施形態の刃先交換式フライスカッタ1は、インサート取付座4が工具本体2に周方向に間隔をあけて例えば12箇所と多数形成されており、該インサート取付座4の数に応じて、切削インサート20、30も多数設けられた、いわゆる多刃のフライスカッタである。
そして、この刃先交換式フライスカッタ1によれば、後述する特別な構成により、被削材の加工面(フライス加工された面)に対して、所期する範囲(所定範囲)の面粗度を精度よく付与することができる。
本明細書では、図1〜図3において、工具本体2の軸線Oに沿う方向(軸線O方向)のうち、工作機械の主軸等に取り付けられる工具本体2の取付部(基端部)から、インサート取付座4へ向かう方向を先端側(図1及び図3における下側)といい、インサート取付座4から取付部へ向かう方向を基端側(図1及び図3における上側)という。
また、軸線Oに直交する方向を径方向といい、径方向のうち、軸線Oに接近する向きを径方向の内側といい、軸線Oから離間する向きを径方向の外側という。
また、軸線O回りに周回する方向を周方向といい、周方向のうち、切削時に工作機械の主軸等により工具本体2が回転させられる向きを工具回転方向Tといい、これとは反対の回転方向を、工具回転方向Tとは反対側(反工具回転方向)という。
図1〜図3において、工具本体2は、円柱状又は円盤状をなしており、その中心軸(軸線O)回りに、工作機械の主軸等により回転させられる。本実施形態の例では、図1に示されるように、工具本体2が円柱状をなしている。
また、工具本体2には、該工具本体2を軸線O方向に貫通する取付孔5が形成されている。取付孔5の先端側の開口から該取付孔5内に不図示のボルト部材を挿入し、工作機械の主軸等に螺着することにより、該主軸等に対する工具本体2の移動が規制されて、工具本体2は固定される。
これらのチップポケット6において、工具回転方向Tとは反対側に位置する部分には、切削インサート20、30が着脱可能に装着されるインサート取付座4がそれぞれ設けられている。インサート取付座4は、切削インサート20、30の形状に対応して、長方形穴状又は溝状をなしている。
また、工具本体2には、インサート取付座4に装着された切削インサート20、30の切れ刃7の軸線O方向の位置を調整可能な調整機構25が設けられている。
インサート取付座4及び調整機構25の構成については、切削インサート20、30の構成を説明した後に、別途詳述する。
なお、図3に符号35で示されるものは、刃先交換式フライスカッタ1の回転バランスを調整するためのバランスネジである。バランスネジ35は、工具本体2の外周面において、周方向に互いに間隔をあけて複数設けられている。
本実施形態では、工具本体2の先端外周部に周方向に互いに間隔をあけて形成された複数のインサート取付座4に対して、フライス加工用であり互いに切れ刃7形状が異なる切削インサート20(平坦面加工用インサート)及び切削インサート30(凹溝加工用インサート)のうち、いずれかが装着される。切削インサート20、30は、フライス加工の中でも特に、正面フライス加工(正面削り)に用いられる正面フライス用インサートである。これらの切削インサート20、30同士は、互いの切れ刃7形状以外の構成については、概ね共通している。
図2に示されるように、複数の切削インサート20、30の各切れ刃7は、工具本体2の先端外周部において、周方向に互いに間隔をあけて配置される。本実施形態の刃先交換式フライスカッタ1が備える複数の切れ刃7には、軸線Oに垂直な仮想平面に沿うように延びる平坦面加工切れ刃21(図4に示される平坦面加工用の切削インサート20の切れ刃7)と、平坦面加工切れ刃21よりも先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃31(図6に示される凹溝加工用の切削インサート30の切れ刃7)と、が含まれている。
図4〜図6において、切削インサート20、30のインサート本体11は、多角形板状をなしており、具体的に本実施形態では、インサート本体11が長方形板状をなしている。インサート取付座4に装着されたときに切削インサート20、30は、インサート本体11の長方形面(表裏面)の長手方向(長方形面が延在する方向。図4及び図6における上下方向)が、工具本体2の軸線O方向に沿うように配置される。また、インサート本体11の長方形面の短手方向(長方形面の幅方向。図4及び図6における左右方向)が、工具本体2の径方向に沿うように配置される。また、インサート本体11の厚さ方向(長方形面に直交する方向。図5における左右方向)が、工具本体2の周方向に沿うように配置される。
台金部14は、超硬合金等の硬質な焼結合金により形成されている。切刃部15は、台金部14よりも高硬度なダイヤモンド焼結体やcBN焼結体等の超高圧焼結体により形成されている。なお、インサート本体11は、台金部14及び切刃部15を含めたその全体が、超硬合金等の硬質な焼結合金により一体に形成されていてもよい。
また、切刃部15において厚さ方向に垂直な方向を向く外周面には、略長方形面状をなす3つの側面が形成されており、これら側面のうち、直角三角形板状の切刃部15の斜辺に位置する側面は、凹部16に接合される。また、3つの側面のうち、このインサート本体11がインサート取付座4に装着されたときに、工具本体2の先端側を向く側面及び工具本体2の径方向外側を向く側面は、逃げ面13とされる。
切れ刃7のうち、インサート本体11の一方の多角形面(長方形面)11Aの短辺に沿うように延びる切れ刃(短手方向に延びる切れ刃)は、切削インサート20、30がインサート取付座4に装着されたときに該インサート取付座4から工具本体2の先端側に向けて突出させられる正面刃とされる。また、切れ刃7のうち、一方の多角形面11Aの長辺に沿うように延びる切れ刃(長手方向に延びる切れ刃)は、切削インサート20、30がインサート取付座4に装着されたときに該インサート取付座4から工具本体2の径方向外側に向けて突出させられる外周刃とされる。
平坦面加工用の切削インサート20の切れ刃7について説明する。
図4及び図7(a)に示されるように、切削インサート20の切れ刃7は、正面刃21と、外周刃22と、これらを接続するコーナ刃23と、を有する。切削インサート20の正面刃21は、インサート本体11の短手方向に沿って直線状に延びる平坦面加工切れ刃21とされている。外周刃22は、インサート本体11の長手方向に沿って直線状に延びている。コーナ刃23は、凸曲線状をなしており、正面刃21の短手方向に沿うインサート外側の端縁(径方向の外縁)と、外周刃22の長手方向に沿うインサート外側の端縁(先端縁)とに、それぞれ接するように繋がっている。
また、切れ刃7のうち、平坦面加工切れ刃21に対してインサート本体11の短手方向に沿う外周刃22とは反対側に隣接する部分は、該平坦面加工切れ刃21との接続部分から前記反対側へ向かうに従い、インサート本体11の長手方向に沿うインサート内側へ向けて傾斜して延びている(長手方向のインサート内側へ向けて徐々に後退している)。
凹溝加工用の切削インサート30の切れ刃7について説明する。
図6及び図7(a)に示されるように、切削インサート30の切れ刃7は、正面刃31と、外周刃32と、これらを接続するコーナ刃33と、を有する。切削インサート30の正面刃31は、インサート本体11の長手方向に沿うインサート外側へ向けて突出する凸V字状をなす凹溝加工切れ刃31とされている。外周刃32は、インサート本体11の長手方向に沿って直線状に延びている。コーナ刃33は、長手方向及び短手方向に対して傾斜する直線状をなして面取り形状とされており、正面刃31の短手方向に沿うインサート外側の端縁(径方向の外縁)と、外周刃32の長手方向に沿うインサート外側の端縁(先端縁)とに、それぞれ鈍角に交差するように繋がっている。
また、切れ刃7のうち、凹溝加工切れ刃31に対してインサート本体11の短手方向に沿う外周刃32とは反対側に隣接する部分(内側刃36)は、該凹溝加工切れ刃31との接続部分から前記反対側へ向かうに従い、インサート本体11の長手方向に沿うインサート内側へ向けて傾斜して延びている(長手方向のインサート内側へ向けて徐々に後退している)。
凹溝加工用の切削インサート30がインサート取付座4に装着されたときに、凹溝加工切れ刃31は、複数の平坦面加工切れ刃21のうち、最先端の平坦面加工切れ刃21よりも軸線O方向の先端側へ向けて突出させられる。
・式1「突出量(μm)=0.9248×狙いの面粗度Rz(μm)−0.3445」
・式2「突出量(μm)=0.9407×狙いの面粗度Rz(μm)−0.5984」
また、狙いの面粗度は、ばらつき(最大約8μm)を考慮し、要求される面粗度(予定の所期する範囲)の中央値にすることが望ましい。
なお、突出量S(所定値)は、上記式1、2以外の手法により求めてもよい。
また、第1傾斜部41と第2傾斜部42とは、先端部43を通り工具本体2の軸線Oに平行な仮想直線Cを対称軸として、線対称形状に形成されている。
図示の例では、凹溝加工切れ刃31が、平坦面加工切れ刃21の回転軌跡(刃長P)のうち、径方向の外側部分に対応して配置されている。ただしこれに限定されるものではなく、凹溝加工切れ刃31は、平坦面加工切れ刃21の回転軌跡のうち、径方向の内側部分に対応して配置されていてもよい。また、凹溝加工切れ刃31は、平坦面加工切れ刃21の回転軌跡のうち、径方向の内端部と外端部の間の中間部分(中央部を含む)に対応して配置されていてもよい。
図7(a)において、インサート本体11の短手方向に沿う外周刃32から凹溝加工切れ刃31の先端部43までの長さRは、Q≦R≦(P+Q)であり、好ましくは、R≒(P/2)+Qである。
なお、実際の突出量Sは、上記式1、2等により算出した狙いの所定値に対して、管理値で例えば±1μmの範囲内であることが好ましい。
図1〜図3に示されるように、インサート取付座4は、工具本体2の先端面と外周面とに開口して軸線O方向に延びており、長方形穴状又は溝状をなしている。インサート取付座4は、工具回転方向Tとは反対側を向く取付座壁面8と、工具回転方向Tを向く取付座壁面9と、該インサート取付座4の径方向内側の端部(奥部)に位置して径方向外側を向くとともに、取付座壁面8、9同士を接続する取付座底面10と、を備えている。
各インサート取付座4の基端側には、工具本体2の外周面に開口して軸線O方向に延びる調整機構収容凹部24がそれぞれ形成されており、インサート取付座4の基端部は、調整機構収容凹部24内に連通している。調整機構収容凹部24内には、インサート取付座4に対する切削インサート20、30の軸線O方向の位置を調整する調整機構25が備えられている。
軸部材26は、その両端部がネジ軸28、29とされており、一対のネジ軸28、29同士の間に位置する円板状の部分が、これらネジ軸よりも大径の操作部とされている。操作部の外周面には、レンチ等の作業用工具が係止される係止穴が形成されている。また、一対のネジ軸28、29同士は、互いにネジのピッチが異なっている。具体的には、軸部材26において軸線O方向の基端側に位置するネジ軸28のネジのピッチが、軸線O方向の先端側に位置するネジ軸29のネジのピッチよりも大きくされている。
ナット部材27の先端面は、切削インサート20、30のインサート本体11の基端面に当接している。ナット部材27の外周面には、レンチ等の作業用工具が係止される係止穴が形成されている。
作業用工具を操作して、軸部材26及びナット部材27を軸回りに回転させることにより、インサート取付座4に対する切削インサート20、30の軸線O方向の位置を調整することができる。
切削インサート20、30は、そのインサート本体11の一方の多角形面11A及び切刃部15のすくい面12を工具回転方向Tに向け、他方の多角形面11Bを工具回転方向Tとは反対側に向けて、工具本体2の先端から基端側へ向かってインサート取付座4に挿入される。この際、インサート本体11の側面(径方向内側を向く側面)と取付座底面10とが摺接し、一方の多角形面11Aと取付座壁面8とが摺接し、かつ、他方の多角形面11Bと取付座壁面9とが摺接しながら、切削インサート20、30はインサート取付座4に挿入される。このようにしてインサート取付座4内に挿入された切削インサート20、30は、該インサート取付座4に対して径方向外側へ向けた移動が規制されている。
次に、本実施形態の刃先交換式フライスカッタ1を用いた被削材のフライス加工方法について、説明する。
図8(a)(b)に示されるように、刃先交換式フライスカッタ1により被削材Wをフライス加工(正面削り)するには、被削材Wに対して工具本体2を、周方向のうち工具回転方向Tに回転させつつ、軸線Oに直交する径方向に移動させる。図示の例では、被削材Wに対して工具本体2を、該被削材Wの延在方向に沿うように、径方向のうち移動方向Mに移動させている。なお、図8(b)に示される上面視において、被削材Wの延在方向に対して、工具本体2の径方向への移動方向Mを、僅かに傾斜させてもよい。
図9(a)(b)に示されるフライス加工後の被削材Wの加工面においては、凹溝Gの溝幅が互いに同一となるように設定しており、具体的には、例えば溝幅の狙い値をともに0.25mmとしている。また、凹溝Gの深さを互いに同一としている。そして、図9(a)に対して図9(b)では、切削送り(刃当たりの送り)を1/2倍にしており、又は、切削送りは同じにして刃数(凹溝加工用の切削インサート30の数)を2倍としている。これにより、図9(a)に対して図9(b)では凹溝Gの溝ピッチが1/2倍(半分)とされている。一方、被削材Wの加工面の面粗度は、図9(a)(b)の両方ともに所期する範囲に収められている。
よって、所期する範囲の面粗度が得られるか否かは、加工面に平坦面Fが残されるか否かで判断でき、凹溝Gの幅とカッタ回転当たり切削送り量の関係により決定され、また、同時に有効な加工位置も決定される。
なお、図10(a)(b)においては、刃先交換式フライスカッタ1の加工径(詳しくは、凹溝加工切れ刃31を軸線O回りに回転させて形成される回転軌跡の直径)に対して、被削材Wの加工予定面(フライス加工する予定の面)の幅が小さくされている。
具体的には、被削材Wに対して工具本体2を、まず径方向の移動方向Mに移動させて正面削りしていき(水平移動)、工具本体2が加工予定面の所定位置Jに配置されたときに、被削材Wに対して工具本体2を、径方向の移動方向Mに移動させつつ軸線O方向に接近移動(下降)させてランピング削りし(斜め下方にテーパ移動)、その後、また被削材Wに対して工具本体2を、径方向の移動方向Mに移動させて正面削りしていく(水平移動)。
なお、カッターイン時の上記ランピング削りは、例えば、移動方向Mに沿う長さX1=20mmあたりに、軸線O方向への下降量Z1=0.05mm程度とされた、緩やかな傾斜で加工が行われる。
具体的には、被削材Wに対して工具本体2を、径方向の移動方向Mに移動させて正面削りしていき(水平移動)、工具本体2が所定位置Jに配置されたときに、被削材Wの加工予定部全体の正面削りが終了する。なお、この正面削りの終了時には、上面視において工具本体2が、加工初期と同じ軌道上に一致させられるように移動する。その後、この所定位置Jからは、被削材Wに対して工具本体2を、径方向の移動方向Mに移動させつつ軸線O方向に離間移動(上昇)させていく(斜め上方にテーパ移動)。
なお、カッターアウト時の上記テーパ移動は、例えば、移動方向Mに沿う長さX2=100mmあたりに、軸線O方向への上昇量Z2=1mm程度とされた、緩やかな傾斜で行われる。
以上説明した本実施形態では、被削材Wに対して、フライス加工により平滑な平坦面Fを形成する点においては、従来のフライスカッタと同様であるが、平滑な平坦面Fのみを形成するのではなく、この平坦面Fに凹溝Gを形成する点に技術的特徴がある。
具体的に本実施形態では、平坦面Fを加工する切れ刃7(平坦面加工切れ刃21)よりも、工具先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃31が備えられており、該凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42によって、被削材Wの平坦面Fには、断面V字状の凹溝Gが形成される。また、平坦面Fから窪む複数の凹溝Gの深さは、互いに略同一となる(つまり凹溝G同士の深さが一定となる)。これにより被削材Wには、平坦面Fと、凹溝Gの最深部との間の距離(深さ)に概ね対応する面粗度とされた、所期する表面粗さを有する加工面が形成される。なお、凹溝Gの最深部の断面形状は、凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42とを連結する先端部43の形状に対応して、例えば本実施形態のように鈍角の尖った角部(ピンカド)とされたり、或いは直角のピンカドや小R等とされる。
しかも、本実施形態によれば、切削送り、加工位置等の切削条件による影響を受けにくいことから、種々の切削条件において、所期する範囲の面粗度とされた加工面を、被削材Wに安定して形成することができる。
すなわちこの場合、刃先交換式フライスカッタ1に設けられた複数の平坦面加工切れ刃21のうち、最も軸線O方向の先端側に位置する最先端の平坦面加工切れ刃21によって被削材Wがフライス加工されたときに、被削材Wの平坦面Fの最終的な軸線O方向の高さ位置が決まる。そして、この最終的な高さ位置の平坦面Fに対して、凹溝加工切れ刃31が所定深さの凹溝Gを形成する。従って、被削材Wに形成される加工面の面粗度が、所期する範囲の中でも狙い値(中央値)により近い高精度なものとなる。
すなわちこの場合、工具最先端に位置する平坦面加工切れ刃21に対して、凹溝加工切れ刃31がその直後(工具回転方向Tとは反対側の直後)に配置されている。従って、被削材Wの平坦面Fの最終的な軸線O方向の高さ位置が決まった直後に、この平坦面Fに連続的に凹溝加工切れ刃31が切り込んで凹溝Gが形成されるので、該凹溝Gの深さが所期する値に近いものになりやすく、また被削材Wに形成される加工面の面粗度も狙い値に近い高精度なものになりやすい。
すなわち、理論的には、工具本体2における凹溝加工切れ刃31の周方向位置が、最先端の平坦面加工切れ刃21の周方向近傍に配置されていなくても、最先端の平坦面加工切れ刃21に対する凹溝加工切れ刃31の軸線O方向先端側へ向けた突出量Sが正確にセットされれば、上記効果は得られるはずである。しかしながら実際には、フライスカッタ1の剛性や変形、セット時の測定誤差等が生じるため、突出量Sを正確にセットすることが難しい場合がある。そこで本実施形態では、工具最先端に位置する平坦面加工切れ刃21に対して、凹溝加工切れ刃31を直後(工具回転方向Tとは反対側の直後)に配置することにより、セットバラつき、変形による変位等を抑えて、突出量Sの精度を安定させることができるようにした。つまり、加工精度の安定性を考慮すると、最先端の平坦面加工切れ刃21の周方向近傍に、凹溝加工切れ刃31を配置することが望ましい。
一方、本実施形態の上記構成によれば、工具本体2にたとえヒール角が付与されていたり、スピンドルに振れが有ったりしても、最先端の平坦面加工切れ刃21の直後に連続して凹溝加工切れ刃31が切り込むため、工具本体2の軸線Oの傾斜や振れ等による加工品位への影響を、確実に抑制することができる。
なお、本実施形態では、工具本体2における凹溝加工切れ刃31の工具回転方向Tに、最先端の平坦面加工切れ刃21が隣り合って配置されるとしたが、これに代えて、凹溝加工切れ刃31の工具回転方向Tとは反対側に、最先端の平坦面加工切れ刃21が隣り合って配置されてもよい。この場合も、上記同様に加工精度を安定させることができる。
すなわちこの場合、被削材Wの加工面に所期する面粗度を安定して付与しやすくなる。特に、平坦面加工切れ刃21を周方向に回転させて形成される回転軌跡の径方向の長さPの範囲内に、凹溝加工切れ刃31が配置される場合には、凹溝加工切れ刃31の平坦面加工切れ刃21からの軸線O方向先端側へ向けた突出量Sを正確に管理しやすくなる。また、平坦面加工切れ刃21がフライス加工した平坦面Fに、凹溝加工切れ刃31がほぼ同時に切り込む(ほぼ同じ送り位置において切り込む)こととなるため、被削材Wに所期する範囲の面粗度とされた加工面をより形成しやすくなる。
なお、被削材Wとフライスカッタ1の位置関係において、カッタの凹溝加工切れ刃31の回転軌跡が重なる部分と、その近傍は面粗度が良くなり(平坦面Fが無くなり)面粗度をコントロールできないので、この部分での加工を避けるため、被削材Wの加工幅(加工面の幅)に対して、カッタ径とカッタ軌跡の適切な選定が必要である。
すなわちこの場合、凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42との間に形成される角度θ(先端角)が、鈍角又は直角であって鋭角とされてはいないので、該凹溝加工切れ刃31により被削材Wに確実に凹溝Gを形成しつつも、この凹溝加工切れ刃31の刃先強度が確保される。従って、凹溝加工切れ刃31の欠損抑制効果が得られ、長期に亘り安定して凹溝Gをフライス加工できる。
また、被削材Wの加工面に形成される凹溝Gの溝幅を広く確保できるので、フライス加工後の凹溝Gの視認性を高めることができる。さらに、凹溝Gの溝幅が広い分、例えばこの加工面の表面近傍(凹溝Gの底部よりも開口部近傍)でシール剤を保持させやすくすることができ、よってシール効果の向上が期待できる。
すなわちこの場合、凹溝加工切れ刃31のうち、先端部43を通る仮想直線C(対称軸)の径方向内側に位置する第1傾斜部41と、径方向外側に位置する第2傾斜部42とで、形状が互いに線対称であるので、製造が容易である。
また、被削材Wの加工面に形成される凹溝Gの断面形状が、凹溝加工切れ刃31の形状に応じて線対称形状に形成されるので、該凹溝Gの視認性を、見る角度等に係わらず向上させることができる。
従って、凹溝加工切れ刃31は、先端部43を通り軸線Oに平行な仮想直線Cに関して非線対称形状に形成されることが好ましい。また、第1傾斜部41の傾きが、第2傾斜部42の傾きよりも小さくされている(寝かされている)ことにより、第2傾斜部42での切削量に比べて第1傾斜部41での切削量を大きく確保しやすくなることから、望ましい。
すなわちこの場合、例えば切れ刃7が摩耗や損傷等した場合に、切削インサート20、30を交換することでこの切れ刃7を新しくすることができる。つまり、切れ刃7の切れ味を高く維持して切削効率を安定化させることができ、また切れ刃の交換についても簡単かつ安価に対応可能である。
具体的に、例えば、凹溝加工切れ刃31を有する切削インサート30は、被削材Wに対して摺動する切れ刃部分(摺動辺)が長く、その分摩耗量が多くなるが、切削インサート30を交換することで容易に対応できる。
図11及び図12に示される変形例では、切削インサート30の切れ刃7は、インサート本体11の長手方向に沿うインサート外側へ向けて突出する凸V字状をなす凹溝加工切れ刃31(正面刃)と、インサート本体11の長手方向に沿って直線状に延びる外周刃32と、を有しており、これらの刃31、32同士がコーナ刃を介さずに直接接続されている。
また、凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42との間に形成される角度θ(先端角)は、鈍角とされていて、具体的にはこの角度θが、例えば120°とされている。また、第1傾斜部41と第2傾斜部42とは、先端部43を通り工具本体2の軸線Oに平行な仮想直線Cを対称軸として、線対称形状に形成されている。
図11及び図12に示される変形例においても、上述した本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42との間に形成される角度θ(先端角)は、直角とされていて、具体的にはこの角度θが90°である。また、第1傾斜部41と第2傾斜部42とは、先端部43を通り工具本体2の軸線Oに平行な仮想直線Cを対称軸として、線対称形状に形成されている。
図13及び図14に示される変形例においても、上述した本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、凹溝加工切れ刃31のうち、第1傾斜部41は、工具本体2の径方向の外側(図16における右側)へ向かうに従い軸線O方向の先端側へ向かって延びる直線状をなしており、第2傾斜部42は、第1傾斜部41の径方向の外側に配置され、径方向の外側へ向かうに従い軸線O方向の基端側へ向かって延びる凸曲線状をなしている。また、第1傾斜部41と第2傾斜部42とを連結する先端部43は、工具先端側へ向けて凸となる凸曲線状をなしている。また、第1傾斜部41と第2傾斜部42とは、先端部43を通り工具本体2の軸線Oに平行な仮想直線C(不図示)に関して、非線対称形状に形成されている(つまり線対称形状ではない)。
図15及び図16に示される変形例においても、上述した本実施形態と同様の作用効果を得ることができる(ただし上述の線対称形状による効果を除く)。
すなわちこの場合、フライス加工後の被削材Wの加工面には、凹溝G同士が交差させられた網目状溝(クロスハッチング溝)が形成される。従って、被削材Wの加工面において、凹溝Gを見る角度等に係わらず視認しやすくすることができる。
また、被削材Wの加工面に凹溝Gを形成したことによる効果が安定したものとなる。具体的に、被削材Wの加工面に形成された凹溝G同士は、互いに連通されているので、例えば凹溝Gにシール剤を保持するような場合において、シール剤を凹溝Gに供給した時点では加工面の各部で保持量に偏りが生じていたとしても、互いに連通された凹溝G内を通して、このような偏りが自然に解消される。つまり、シール剤を加工面全体に均等に保持することができるので、シール効果が安定する。また、被削材Wの加工面において、凹溝G同士の配置間隔が小さくなるので、該加工面の面粗度のバラつきを顕著に小さくすることができる。
すなわちこの場合、凹溝加工切れ刃31の第1傾斜部41と第2傾斜部42との間に形成される角度θ(先端角)が、鈍角又は直角であり、鋭角とされてはいないので、上述した鈍角又は直角による作用効果と同様の作用効果が得られる。
例えば、被削材Wに付与する予定の面粗度が、5〜20μm、20〜40μm、40〜60μmのうちいずれかの範囲であるものとする。この場合において、被削材Wの加工面に対して、小さい面粗度である上記5〜20μmの範囲となるように凹溝Gを形成するときには、凹溝加工切れ刃31の先端角θの大きさを、例えば170°(大きな先端角)に設定する。また、中くらいの大きさの面粗度である上記20〜40μmの範囲となるように凹溝Gを形成するときには、凹溝加工切れ刃31の先端角θの大きさを、例えば160°(中くらいの大きさの先端角)に設定する。また、大きい面粗度である上記40〜60μmの範囲となるように凹溝Gを形成するときには、凹溝加工切れ刃31の先端角θの大きさを、例えば150°(小さな先端角)に設定する。つまり、被削材Wに付与する予定の面粗度が大きくなるに従い(凹溝Gの深さが深くなるに従い)、凹溝加工切れ刃31の先端角θの大きさを小さくしていくことにより、被削材Wの加工面に形成される凹溝Gの溝幅(溝開口部の幅)や溝本数を安定させて、見やすくすることができる。
すなわちこの場合、正面削り(工具本体2の軸線Oに垂直な加工面を形成するフライス削り)に移行する前においては、被削材Wの加工予定面に、工具本体2を軸線O方向に対向配置した状態から、被削材Wに対して工具本体2を、径方向に移動させつつ軸線O方向に接近移動させてフライス削りしていく。また、加工予定面を一通り正面削りした後には、正面削りに移行したときの位置とオーバーラップする位置において、被削材Wに対して工具本体2を、径方向に移動させつつ軸線O方向に離間移動させて、加工を終了する。
すなわちこの場合、被削材Wに対して工具本体2をカッターインするときのテーパ移動の傾き(移動方向Mに沿う単位長さあたりの軸線O方向への変位量)が、工具本体2をカッターアウトするときのテーパ移動の傾きよりも小さくされているので、特に正面削りを開始する際につきやすいカッターマークを、効果的に抑制することができる。
すなわちこの場合、複数の平坦面加工切れ刃21のうち、最先端の平坦面加工切れ刃21に対して、凹溝加工切れ刃31が軸線O方向の先端側へ向けて突出する突出量Sを、所期する面粗度に応じた所定値に予め設定することにより、被削材Wに形成される加工面の面粗度が、さらに高精度なものとなる。具体的に、突出量Sは、上述した式1、2等により説明したように、所期する面粗度(狙いの面粗度)よりも小さい値に設定されることが好ましい。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
2 工具本体
4 インサート取付座
7 切れ刃
11 インサート本体
12 すくい面
13 逃げ面
20 切削インサート(平坦面加工用の切削インサート)
21 平坦面加工切れ刃(正面刃)
30 切削インサート(凹溝加工用の切削インサート)
31 凹溝加工切れ刃(正面刃)
41 第1傾斜部
42 第2傾斜部
43 先端部
C 仮想直線(対称軸)
F 平坦面
G 凹溝
J 所定位置(正面削りに移行した位置)
M 径方向の移動方向
O 軸線
P 長さ(平坦面加工切れ刃の径方向の長さ、刃長)
T 工具回転方向
W 被削材
θ 角度(先端角)
Claims (13)
- 軸線回りに回転させられる工具本体と、
前記工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて設けられる複数の切れ刃と、を備えたフライスカッタであって、
前記複数の切れ刃には、
前記軸線に垂直な仮想平面に沿うように延びる平坦面加工切れ刃と、
前記平坦面加工切れ刃よりも前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃と、が含まれ、
前記凹溝加工切れ刃は、
前記軸線に直交する径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の先端側へ向かって延びる第1傾斜部と、
前記第1傾斜部の前記径方向の外側に配置され、前記径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の基端側へ向かって延びる第2傾斜部と、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを連結する先端部と、を有し、
前記平坦面加工切れ刃が、複数設けられており、
複数の前記平坦面加工切れ刃のうち、最も前記軸線方向の先端側に位置する最先端の平坦面加工切れ刃は、被削材の加工面に形成される平坦面を仕上げ加工するさらい刃とされ、
前記さらい刃に対して、前記凹溝加工切れ刃が、前記軸線方向の先端側へ向けて突出していることを特徴とするフライスカッタ。 - 請求項1に記載のフライスカッタであって、
前記周方向のうち、前記工具本体が回転させられる方向を工具回転方向として、
前記凹溝加工切れ刃の前記工具回転方向に、前記さらい刃が隣り合って配置されることを特徴とするフライスカッタ。 - 請求項1又は2に記載のフライスカッタであって、
前記平坦面加工切れ刃を前記周方向に回転させて形成される回転軌跡の、前記径方向の長さの範囲内又は前記径方向の内側に、前記凹溝加工切れ刃が配置されることを特徴とするフライスカッタ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のフライスカッタであって、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部との間に形成される角度が、鈍角又は直角であることを特徴とするフライスカッタ。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のフライスカッタであって、
前記工具本体の先端外周部に、前記周方向に互いに間隔をあけて複数のインサート取付座が形成され、
前記複数のインサート取付座に、前記切れ刃を有する切削インサートがそれぞれ着脱可能に装着されることを特徴とするフライスカッタ。 - 軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて形成された複数のインサート取付座のうち、少なくとも1つ以上に着脱可能に装着されるフライス加工用の切削インサートであって、
前記インサート取付座に取り付けられるインサート本体と、
前記インサート本体のすくい面と逃げ面との交差稜線に形成され、該インサート本体のうち最も前記軸線方向の先端側に配置される切れ刃と、を備え、
前記インサート本体は長方形板状をなし、前記インサート本体の長手方向は前記軸線方向に沿うように配置され、
前記切れ刃は、
前記インサート本体の長手方向に沿って延びる外周刃と、
前記インサート本体の長手方向に沿う前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃と、を有し、
前記凹溝加工切れ刃は、
前記軸線に直交する径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の先端側へ向かって延びる第1傾斜部と、
前記第1傾斜部の前記径方向の外側に配置され、前記径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の基端側へ向かって延びる第2傾斜部と、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを連結する先端部と、を有することを特徴とする切削インサート。 - 請求項6に記載の切削インサートであって、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部との間に形成される角度が、鈍角又は直角であることを特徴とする切削インサート。 - 軸線回りに回転させられる工具本体の先端外周部に、前記軸線回りに沿う周方向に互いに間隔をあけて複数の切れ刃を設け、
被削材に対して前記工具本体を、前記周方向に回転させつつ前記軸線に直交する径方向に移動させて、被削材をフライス加工する方法であって、
前記複数の切れ刃のうち、前記軸線に垂直な仮想平面に沿うように延びる平坦面加工切れ刃を用いて、被削材に平坦面を形成し、
前記平坦面加工切れ刃を、複数設け、
複数の前記平坦面加工切れ刃のうち、最も前記軸線方向の先端側に位置する最先端の平坦面加工切れ刃を、被削材の前記平坦面を仕上げ加工するさらい刃とし、
前記複数の切れ刃のうち、前記さらい刃よりも前記軸線方向の先端側へ向けて突出する凹溝加工切れ刃を用いて、被削材に前記平坦面から窪む断面V字状の凹溝を形成することを特徴とするフライス加工方法。 - 請求項8に記載のフライス加工方法であって、
被削材に前記平坦面及び前記凹溝を形成することにより、該被削材の面粗度を、所定範囲に収めることを特徴とするフライス加工方法。 - 請求項8又は9に記載のフライス加工方法であって、
前記径方向の移動方向に沿う前記工具本体の軸線よりも前方に位置する前記凹溝加工切れ刃により、被削材に、前方に向けて凸となる円弧状の凹溝を形成し、
前記径方向の移動方向に沿う前記軸線よりも後方に位置する前記凹溝加工切れ刃により、被削材に、後方に向けて凸となる円弧状の凹溝を形成し、
これらの凹溝同士を交差させることで、被削材に網目状溝を形成することを特徴とするフライス加工方法。 - 請求項8〜10のいずれか一項に記載のフライス加工方法であって、
前記凹溝加工切れ刃は、
前記軸線に直交する径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の先端側へ向かって延びる第1傾斜部と、
前記第1傾斜部の前記径方向の外側に配置され、前記径方向の外側へ向かうに従い前記軸線方向の基端側へ向かって延びる第2傾斜部と、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部とを連結する先端部と、を有し、
前記第1傾斜部と前記第2傾斜部との間に形成される角度を、鈍角又は直角とし、
被削材に付与する予定の面粗度に応じて、前記角度の大きさを設定することを特徴とするフライス加工方法。 - 請求項8〜11のいずれか一項に記載のフライス加工方法であって、
前記凹溝加工切れ刃を前記周方向に回転させて形成される回転軌跡の直径よりも、加工予定面の幅が小さくされた被削材を、カッターイン時とカッターアウト時とでオーバーラップさせてフライス加工するときに、
前記加工予定面に対して前記工具本体を前記軸線方向に対向配置し、被削材に対して前記工具本体を、前記径方向に移動させつつ前記軸線方向に接近移動させてフライス削りした後、正面削りに移行し、
前記加工予定面をすべて正面削りした後は、正面削りに移行した位置とオーバーラップする位置で、被削材に対して前記工具本体を、前記径方向に移動させつつ前記軸線方向に離間移動させることを特徴とするフライス加工方法。 - 請求項12に記載のフライス加工方法であって、
被削材に対して前記工具本体を、前記径方向に移動させつつ前記軸線方向に接近移動させてフライス削りするときの、前記径方向の移動方向に沿う単位長さあたりの前記軸線方向への変位量が、
正面削りをすべて終えた後、被削材に対して前記工具本体を、前記径方向に移動させつつ前記軸線方向に離間移動させるときの、前記径方向の移動方向に沿う単位長さあたりの前記軸線方向への変位量に比べて、小さくされていることを特徴とするフライス加工方法。
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