JPH09272002A - スローアウエイチップ - Google Patents
スローアウエイチップInfo
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- JPH09272002A JPH09272002A JP8110178A JP11017896A JPH09272002A JP H09272002 A JPH09272002 A JP H09272002A JP 8110178 A JP8110178 A JP 8110178A JP 11017896 A JP11017896 A JP 11017896A JP H09272002 A JPH09272002 A JP H09272002A
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
KDがホルダ−の取付座に固定され、表面ABIHが掬
い面であって、アキシャルレーキ角を与えるために対角
の2頂点A、Iが高く、他の2頂点B、Hが低くなって
いる。従来では、切断片ABの全体が、同一半径の切削
周面に接触すると、高い頂点Aでの逃げ角が大きくなり
すぎ、切れ刃強度が低下する。切れ刃の端部において逃
げ角が大きくならないようにすることが目的である。 【構成】 側面の逃げ面ADCB、IHKJを凸曲面と
する。凸曲面として逃げ角を減らす。高い頂点I、Aで
の逃げ角の減少分が、低い頂点B、Hでの逃げ角の減少
分よりも大きいので、逃げ角が互いに近接してくる。
Description
り型の回転切削工具のチップの改良に関する。ここで回
転切削工具というのは、回転体の周縁部に複数の着脱可
能なチップを取り付け、軸周りに回転体を回転すること
によって対象物を切削するものである。刃物の回転軌跡
を想定し刃物が円周方向に描く面を切削周面という。こ
れは本発明において重要な役割をする。しかしそれら
は、カッタ本体(ホルダ−、台金)自身の周面とは違
う。
(4度、6度のものもある)向きを変えて使用できるよ
うにするために、二回対称性、或いは三回対称性のある
形状に作ってある。三回対称性のあるものは三角形に近
い概六角形である。二回対称性のあるものは、平行四辺
形、長方形状である。
ここにM個のチップをネジなどによって固定する。取付
座の直前にはチップポケットと呼ばれる窪みがある。回
転方向からみると、チップポケットがあってチップ取付
座がある。これがM箇所に設けられる。図6と図7によ
って直角肩削りのエンドミルを説明する。これはスロー
アウイチップ1が3つある例を示す。円柱形のホルダ−
2には周面三箇所に取付座4、4、4が設けられる。取
付座4の上にチップ1がネジ6によって固定される。チ
ップ1の上面が掬い面である。ここにはチップポケット
5が穿たれている。軸3を中心にしてホルダ−2が回転
すると、チップの掬い面が対象物を切削する。
す。これは直方体のチップを示す。基本形であってこの
ようなものが実際に使用されるというわけではない。こ
こでは直方体の稜線を定義するために描いている。表面
はABIH、裏面はDCJKである。
CとK、DとJは等価の点である。以後の記述におい
て、一方の点、一方の面だけを挙げて両者を代表させる
こともある。
い面となる。底面の四辺形をDCJKとする。ホルダ−
の取付座に接触固定される面である。側面ADCBとH
KJIが逃げ面である。表面から裏面に抜けるようにネ
ジ穴wが穿孔される。これはホルダ−(カッタ本体、台
金)の円周方向とはおおむね直角な面をもつ取付座に、
円周方向を向くボルトなどによって固定される。横置き
型(平置き型)のスローアウエイチップである。表面A
BIHが掬い面、側面ADCBと側面IJKHが逃げ面
になる。端面HKDAとIJCBも逃げ面になる。
る。逃げ面というのは刃先によって創成された面に対向
する刃物の後部の部分である。逃げ面が創成面となす角
度が逃げ角である。逃げ角が小さいと刃物が創成面と擦
りあって摩耗、発熱が大きいし抵抗も大きい。反対に逃
げ角が大きいと刃先が欠けやすくなる。このようなこと
から適切な逃げ角がチップの種類によって異なる。それ
ぞれのチップに対し、適当な逃げ角がいくらかというこ
とは経験的に大体分かっている。
合は、最適の逃げ角は6度程度である。切刃全体におい
て、逃げ角が3度〜8度になるようにチップの形状を設
計するのが望ましいが実際にはできない。
横置き型であって切断辺ABの一部叉は全体で対象物を
切削するという条件がある。図1のように単純な長方形
で厚み方向の辺が等しい(AD=BC)の場合は、底辺
を軸に平行な取付座に固定したとき、辺ABが軸から等
距離にあるので、掬い面ABIHが創成面となす角度を
同じ値にすることができる。つまり辺BAの全体(或い
は辺IH)において逃げ角Φを6度にすることができ
る。或いは端面AHKD、逃げ面ADCBが等脚台形
(AD=HK=CB=JI)の場合も、逃げ角を6度に
する事ができる。しかし実際このような単純な直方体チ
ップを軸に平行な座に固定してつかうことはない。
付座にアキシャルレーキ角を付ける。チップにアキシャ
ルレーキ角を付けた場合のチップを図2に示す。アキシ
ャルレーキ角があるので、切断刃の先頭部分(A)が後
端部(B)より高い。つまりAD>CB(IJ>KH)
である。稜線AB、HIが底面に対して傾斜する。端面
の稜線HA、IBも傾斜する。するともはや表面IHA
Bは平面にならない。側面ADCBも端面HKDAも非
対称になる。この場合でも点Aも点Bも半径rの切削周
面(円筒面)に接触しなければならない。軸中心から点
Aまでの距離はr、軸中心から点Bまでの距離もrであ
る。
キ角が0度である。図2ではチップ自身にアキシャルレ
ーキ角を付けている。
成する場合もある。軸に対する取付座の傾き角は取付座
のアキシャルレーキ角である。傾いた取付座にスローア
ウエイチップを固定すると、実際のアキシャルレーキ角
は取付座の傾きと、チップ切刃ABの傾きの和になる。
つまり実際のアキシャルレーキ角は取付座のアキシャル
レーキ角とチップアキシャルレーキ角の和である。
れは円周面と掬い面HABがなす角度である。これはラ
ジアルレーキ角Ψと呼ぶ。辺ABで対象を切る場合の掬
い角になる。本発明では問題にしないがこれも重要な因
子である。
した場合、或いは図1、図2のチップを軸に対して傾い
た取付座に固定した場合、A点、I点が高く、B点、H
点が低くなる。どのような場合でも従来は逃げ面つまり
側面ADCBと側面IHKJは平坦面であった。アキシ
ャルレーキ角をチップ、取付座によって与えるが、チッ
プ逃げ面は常に平面で構成されていた。これが問題であ
る。
S’R’W’Aのような副切れ刃を付ける場合がある。
実際には、他の点において、チップ形状はより複雑であ
る。
良を目的にするから端面の形状は問題にしない。端面に
凹凸があるから逃げ面も単純な台形などではない。しか
し逃げ面は従来平面であった。本発明は逃げ面の大きさ
はどうでもよくて、平坦性を問題にする。そこで逃げ面
はADCB、IHKJによって表現し、∠ADC=∠R
(直角)、∠BCD=∠R(直角)であるような点D、
Cをつかって、AとBを含む逃げ面を表現する。つまり
D、Cは切刃辺ABから底辺に直角に下した垂線の足と
考えるべきである。
=χであったとする。これは直角或いは鈍角である。逃
げ面ADCBという表現をするが、実際には逃げ面はこ
れより小さい面積しかない。しかし逃げ面はこの面に含
まれるから、逃げ面ADCBという表現は妥当である。
底辺DCの長さをdとする。端面の底辺の長さKDをg
とする。当然に点Hの高さはksinχ、A点の高さは
hsinχである。
取付座によってアキシャルレーキ角を与えることもあ
る。しかし問題を単純化するためここでは、取付座のア
キシャルレーキ角は0度とする。つまりホルダ−の取付
座は底面JKDCが軸方向(Z軸)に平行であるように
する。
面Σ、チップなどを、xy平面に投影した投影図であ
る。図において、辺AD(h)がCB(k)よりも長
い。点Aの方が点Bよりも高い。しかし点A、点Bとも
に半径rの切削周面Σに接触しなければならない。そう
なると、底辺DCが軸方向(Z軸)からずれてきて、点
Cが点Dよりも外側に飛び出してくる。底辺DCが軸線
に対して非平行になる。DCが軸に対して傾いてくる。
条件を整理しよう。 (1)逃げ面ADCB、IHKJは平面でなければなら
ない。 (2)点A、Bともに切削周面Σに接触しなければなら
ない。 (3)チップ自身または取付座或いは両方に傾き角(ア
キシャルレーキ角)を与えるので、切刃稜線の内、点A
の方が点Bより高い。
ΦB とする。点A、Bでの逃げ角は、その点で切削周面
に引いた接線と辺AD、BCのなす角度である。ADが
長く、BCが短い。点A、Bは切削周面に接触する。こ
のため点Cは外側へ移動する。底辺DCがZ軸に対して
斜めになる。このために点Aでの逃げ角ΦA が、点Bで
のげ角ΦB よりも大きくなる。ΦA >ΦB である。する
とΦB =6゜にしても、ΦA は最適逃げ角にならない。
ΦA はこれまでの例では15゜以上にもなる場合もあっ
た。
を中心として半径rの円を描きこれによって切削周面Σ
を表す。チップの端面HKDAが描かれる。その向こう
に辺CBが見える。チップ底面KDCJが線分KDCに
よって表現される。辺DCが軸に平行でなく、点Dは点
Cより内側にある。
ある。この投影図において、Oから辺ADに下した垂線
の足をTとする。0から辺BCに下した垂線の足をSと
する。
接線と辺ADのなす角度である。点Bでの逃げ角ΦB は
点Bで円Σに引いた接線と辺BCのなす角度である。∠
OTA=∠OSB=90゜である。これは逃げ面ADC
Bの平坦性による。逃げ面の平坦性がこの式によって表
される。三角形OAT、OBSにおいて、∠AOTが逃
げ角ΦA であり、∠BOSが逃げ角ΦB である。
ΦB である。
も、前端Aでは逃げ角が最適値(5゜〜7゜)を大きく
外れる。ΦA は15゜を越える場合もある。先端での逃
げ角が大きすぎる。図4で説明したものはチップ取付座
の傾きが0度の場合である。取付座に傾き(アキシャル
レーキ角)をつけると、ΦA とΦB の比はより一層大き
くなる。
チップに掛かる力が過大になってA点近傍でチップ刃先
が破損する可能性もある。このような問題がある。しか
し従来はそのような問題を解決する手段がなかった。尖
点Aは最も力が掛かり、欠け易いところである。その部
位の逃げ角がこのように大きいというのは問題である。
刃先でチッピングが起こり易いからである。刃先強度を
損なうのでこのように大きい逃げ角は望ましくない。
Bの先端Aでも逃げ角をもっと小さくし、切断刃の破損
(チッピング)の可能性をなくしたチップを提供する事
が本発明の目的である。
チップは逃げ面ADCB、IHKJを凸型の曲面とす
る。逃げ面を凸曲面とすることによって、チップ先端部
A、Iでの逃げ角ΦA をより小さくすることができる。
凸曲面の形状を工夫することによって、切断辺ABにそ
って逃げ角を常に一定に保つ事も可能である。
3つの条件(1)〜(3)が課されていた。ために切断
辺ABの尖点Aで過大な逃げ角ΦA が生じていた。
(1)の条件を外す。(2)と(3)は維持する。
(1)の平坦性条件を捨て、逃げ面ADCB、IHKJ
を凸曲面とする。逃げ面を凸曲面とすることによって、
点Aでの逃げ角を下げ、点Bでの逃げ角の下がりを抑え
る事ができる。もちろんどのような凸曲面でも良いとい
う訳ではない。点Aでの逃げ角ΦA を小さくできるとい
う条件が必要である。そのような条件を含んでいても
尚、底辺DCを直線状にするか、或いは底辺DCをも円
弧状にするかによって、曲面設計の自由度が異なってく
る。
ても、曲面を一軸性のものにするか、二軸性にするかの
選択枝がある。
向)の曲率をξ、軸線方向(Z方向)の曲率をζで表
す。いずれも外向きを正と定義する。凸曲面というの
は、その領域の全ての点でξ+ζ>0が成り立つ事であ
る。本発明では少なくとも稜線ABを含む一部で凸曲面
であればよい。点Aでの曲面の周面方向の曲率をξA 、
軸線方向の曲率をζA とする。点Bでの曲面の周面方向
の曲率をξB ,軸方向の曲率をζB とする。図4、図2
の座標を使って、これらの定義を再確認する。ホルダ−
の回転軸線をZ軸とし、ホルダ−の取付座の底面をZX
面とする。つまり底面はY軸に垂直であるとする。円周
方向というのは、XY平面で切削周面の接線方向であ
る。つまり点(x,y)で円周方向というのは、ベクト
ル(ーy,x)の方向である。半径方向というのは、ベ
クトル(x,y)の方向である。ξA というのは点A
で、円周方向の曲率である。逃げ角は軸方向の曲率ζに
は無関係であり、円周方向の曲率ξによって決まる。
の逃げ角の減少分をΔΦB とする。点Aでの減少分とい
うのは、D点から曲率ξA の円弧を引きその上に点Aを
取った場合と、点Dでその円弧に接する直線を引きその
上に点Aを取った場合(ADの長さは同じ)を比較し、
円弧にしたことによる逃げ角の減少分である。点Bでの
減少分も同様である。 ΔΦA =hξA (3) ΔΦB =kξB (4) である。すこしでも点Aでの減少分が大きければ良いの
で、 ΔΦA >ΔΦB (5) であればそれなりに効果がある。つまり、 ξA /ξB >k/h (6) であれば良い。これは一般条件である。
っても点Aでの逃げ角の減少分の方が大きい。つまりξ
A =ξB であっても、(5)の不等式を満足できる。
(6)はそのような場合も含めて、たとえξA がξB よ
りも小さくても、つまり、点Aでの曲率半径が、点Bで
の曲率半径よりも大きくても、効果があるということを
述べている。
いて、逃げ角が例えば6度にできて、さらに、曲面の方
向が円周方向つまりY軸方向だけであるというものであ
る。そのような曲面が果たして存在するのか?存在する
のである。
CBの図である。これは座標系を説明するための図でも
ある。底辺DCはXY面に投影されるとZ軸に対して僅
かな角度wをなす。これは先ほど説明したように(3)
式によって与えられる。
これは図2、図3に示す平坦逃げ面である。本発明はこ
の平面を基礎として、凸曲面とする。Y方向の曲率をξ
とする。つまりZ軸に直交する全ての面において曲線は
単一の曲率を持つとする。これはzの関数であるからξ
(z)とする。稜線ABの高さをy(z)とすると、 y(z)=h−(h−k)z/d=hーqz (7) によって表現する事ができる。但しq=(h−k)/d
である。zを独立変数、yやxを従属変数として考え
る。逃げ角Φはzの関数である。Φをラジアン単位で表
して、 Φ(z)=sin-1(y+c)/r−ξ(z)y(z) (8) cはh、g、r、d、kによって決まる定数である。逃
げ角Φ(z)を一定にするためには、rがyよりも十分
に大きいと仮定して、 ξ(z)=(1/r)+(c/ry)ー(Φ/y) (9) とすればよい、(9)に(7)を代入して、ξのzに関
する式を得る。取付座自身に傾きが有る場合は、(7)
において、傾きqを両者の傾きを含めた傾きq’によっ
て置き換えて計算できる。辺ABの全体が切削周面に接
触するために、辺AB自身が凸曲線でなければならな
い。この凸曲線の曲率半径はr/q2 である。
る。円柱形のホルダ−2に、3箇所の切り欠きが設けら
れる。この切り欠きには、平面の取付座4が形成され
る。これに略長方形状のスローアウエイチップ1が固定
される。固定はボルト6によってなされる。このチップ
は横置き型である。ネジの方向が円周方向を向いてい
る。5が切り屑空間(チップポケット)である。チップ
の上面が掬い面になる。図3はチップの概略斜視図であ
る。これはネジ穴を省略している。中央に縦方向にネジ
穴が穿孔される。チップ底面DCJKがカッタ本体の平
坦な取付座に固定される場合、辺ABの水平からの傾き
がアキシャルレーキ角である。面AHBの傾きが径掬い
角である。
エイチップの概略の斜視図である。簡単のため穴の図示
は省略してある。このチップは平面の底面KDCJを持
つ。端面間距離はdである。DK=gである。その上に
頂点I、Aが高く、頂点H、Bが低い二回対称の形状を
持つ。線分AD=h、線分HK=kであり、h>kであ
る。辺ABはアキシャルレーキ角を与えるので傾斜して
いる。傾斜角はtan-1(h−k)/dである。線分A
Dは底辺KDにたいしχだけ傾いている。
が、凸型の曲面になっているということである。辺AD
は曲線、BCも曲線である。この曲線は辺ABにそって
逃げ角を小さくする作用がある。点Aに近づくに従って
逃げ角を下げる作用が大きくなるから、点Aと点Bでの
逃げ角の差が小さくなる。
ら見た図である。曲線AD、曲線IKなどによって囲ま
れた形状である。チップは超硬合金の粉末を加熱加圧し
てチップを製造する。図8、図9に見るように、チップ
はこのように滑らか曲線によって囲まれており、しかも
上方が広く、底部が狭い。つまり逃げ面ADCB、IH
KJが凸曲面の抜け勾配に形成されるから、金型によっ
て粉末を固めて作り、ピンで押す事によって簡単に金型
から抜き取る事ができる。
転させた状態を示す。曲線ADの向こうに曲線CBが見
える。この二つの曲線の曲率が同じであっても十分に効
果がある。
のチップをしめす。辺ABが切削周面に接触しなければ
ならないが、辺ABの傾きのために辺DCが軸方向に平
行でないようになる。その場合に曲面ADのために、逃
げ角ΦA が減少するという事を表している。
凹曲面としても良い。そうするとチップと取付座の接触
面積が増加する。しかしながら、平坦面を持つ逃げ面と
平坦面の取付座の場合であっても、チップと本体の製作
誤差などにより、微視的にみれば接触は点接触にすぎな
い。平坦面といってもやはり凹凸があるからである。し
てみれば本発明のチップにおいても取付座の面は平坦面
であってもよい。点接触になるが差し支えない。凹面に
したところで厳密に両面を沿わせる事は容易でないから
である。
付けた場合のチップ、切削周面の説明図である。辺AB
が直線の場合を示す。これは取付座にもアキシャルレー
キ角がついている。点A、点Bを通る切削周円の接線と
底辺DCが平行でない。チップ自体の傾きと取付座の傾
きの合計が実質的なアキシャルレーキ角になる。そのよ
うにアキシャルレーキ角が大きくても、ADCBが曲率
の大きい凸曲面になっているから、点Aと点Bでの、切
削周面の接線とチップ逃げ面のなす角(逃げ角)の差
(θ1 ーθ2 )が小さくなっている事が分かる。
の効果を説明するためのより具体的なチップと切削周面
の斜視図である。これも取付座に傾きがある。ADCB
が凸曲面になっているおり、ABが凸円弧となってい
る。円弧になっているから辺ABは全長で切削周面に接
触できる。点Aと点Bでの逃げ角の差(θ1 ーθ2 )が
一層小さくなっている事が分かる。
ンプ面ABIHから底面DCJKにかけてその中央にネ
ジ穴を持ち、該ネジ穴からクランプネジをホルダ−にね
じ込むようにしてチップをホルダ−にクランプさせるよ
うになっているが、必ずしもこの構造に限定されること
はなく、例えばレバークランプ、クランプオン、あるい
はウエッジオンクランプ手段などの周知のクランプ手段
でチップをホルダ−にクランプさせる事ができる事は言
うまでもない。
て、アキシャルレーキ角を大きくとると、切断辺ABの
回転軸線に対する傾きが大きくなる。高い方の切断点A
の高さh、低い方の切断点Bの高さkの差(h−k)を
チップの長さdで割ったものが傾きになる。回転するチ
ップによって被削材を切削する場合、最適の逃げ角は3
〜7度である。従来のように平坦面を逃げ面とすると、
背の高い方の頂点で逃げ角が過大になるが、これに対
し、本発明は、逃げ面を凸曲面としているので、曲面に
よって逃げ角が下がる。点Aでの逃げ角方向の曲率をξ
A 、点Bでの逃げ角方向の曲率をξB とし、高い頂点で
の逃げ角の低下分hξA を低い頂点での逃げ角の低下分
kξB より大きくする事によって、切断辺ABでの逃げ
角の均一化をはかることができこれがために切刃強度が
格段に改善される。
アルレーキ角を大きく取りつつ、チップの刃先強度を大
きく保つことができ、工具の寿命が大幅に延びることと
なる。
斜視図。
るために、前端点Aを高く後端点Bを低くしたスローア
ウエイチップの原理型を示す斜視図。
象物を切削するときに切断片ABが切削周面に接触する
ように保持し、逃げ角が点Aと点Bにおいて異なる事を
説明する図。
に凸曲面が形成されている。
点Bが切削周面に接するようにした状態の端面図。
おいて切削周面に接したときに、点A、点Bでの逃げ角
の差異が小さくなる事を説明する端面方向からの図。
発明のチップがABにおいて切削周面に接したときに、
点A、点Bでの逃げ角の差異が小さくなる事を説明する
掬い面方向からみた斜視図。
本発明のチップがABにおいて切削周面に接したとき
に、点A、点Bでの逃げ角の差異が一層小さくなる事を
説明する掬い面方向からみた斜視図。
Claims (3)
- 【請求項1】 底面がホルダ−の取付座に固定される面
であり、表面が対象物を切削する掬い面であるり、且つ
チップをホルダ−にクランプさせるクランプ面であり、
側面が主逃げ面であって、該逃げ面の少なくとも切刃を
含む一部分或いは全部が凸曲面であることを特徴とする
スローアウエイチップ。 - 【請求項2】 略長方形の形状となし、その中央部を中
心として切刃部が二回対称に形成され、底面DCJKが
ホルダ−の取付座に固定される面であり、表面ABIH
が対象物を切削する掬い面であり、且つチップをホルダ
−にクランプさせるクランプ面であり、側面ADCB、
IHKJが主逃げ面であって、切断辺AB、IHがアキ
シャルレーキ角を与えるために底面に対して傾斜してお
り、線分AD=hが線分BC=kより長く(h>k)、
逃げ面ADCB、IHKJが凸曲面であり、点Aでの凸
曲面の曲率ξA と点Bでの凸曲面の曲率ξB が不等式ξ
A /ξB >k/hを満たすようにしてあることを特徴と
するスローアウエイチップ。 - 【請求項3】 同一半径を持つ刃先軌跡の包絡面として
定義される切削周面に接触する切り刃線ABのすべての
点において逃げ角Φが3度〜7度の一定角度であること
を特徴とする請求項1叉は2に記載の凸曲面の逃げ面を
持つスローアウエイチップ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11017896A JP3701380B2 (ja) | 1996-04-06 | 1996-04-06 | スローアウエイチップ |
EP97105608A EP0799664A2 (en) | 1996-04-06 | 1997-04-04 | Throw away tip |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11017896A JP3701380B2 (ja) | 1996-04-06 | 1996-04-06 | スローアウエイチップ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09272002A true JPH09272002A (ja) | 1997-10-21 |
JP3701380B2 JP3701380B2 (ja) | 2005-09-28 |
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ID=14529033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11017896A Expired - Lifetime JP3701380B2 (ja) | 1996-04-06 | 1996-04-06 | スローアウエイチップ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0799664A2 (ja) |
JP (1) | JP3701380B2 (ja) |
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