JP2004510594A - ミリングカッター - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概して金属切削ツールに関し、より詳しくは、エンドミルおよびフェイスミルのようなヘリカル切削ツールに関する。特に、本発明は、インサートの軸方向すくい角が各溝間および各溝の内部で変化するインサートを有す多数の溝(multiple flutes)を備えたミリングカッターに関する。
【0002】
【従来の技術】
ヘリカルエンドミルおよびフェイスエンドミルは、産業界において公知のものである。従来のヘリカルエンドミルは、ケンナメタルのミリングカタログ第5040号の第182〜216頁(Kennametal’s Milling Catalog No.5040, copyright 1995)に示されるものを含む。
【0003】
数年間使用されているヘリカルミルの1つの形態は、各インサートの切削エッジが次の隣接したインサートの切削エッジから軸方向に離間され、かつ、2つまたはそれ以上の行(row)が1つの完全なまたは「全て有効(all effective)」な切削エッジを形成することが必要であるため、各ヘリックス(helix)におけるインサートが千鳥状となっている。このようなデザインは、前述のミリングカタログの188頁に示されるケンナメタル0°リード−ヘリカルエンドミル(Kennametal 0 degree Lead−Helical End Mill)によって示されている。このようなデザインの不利な点の1つは、少なくとも1つのヘリックスにおいてリードインサートが、異なった長さまたは内側へのオフセットが行われる必要があり、これによって、フェイスミリングができないということである。これは、各ヘリックス内においてインサートを千鳥状にする必要性を生じる。したがって、インサートの全てが、通常、同じでなく、このため互換性が無く、故に多様なインサートの開発と製造が求められている。
【0004】
このような千鳥状のヘリックスおよび他の従来のミルは、それらの意図された目的および多くの切削工程においては十分であるが、ヘリカルミルのデザインおよび効率性の面においては改善が望まれている。
【0005】
この解決策の1つが、米国特許第5,083,887号に示されている。この解決策では、切削インサートは螺旋状配列され、各インサートの切削エッジは、切削ツールにおいて、次の隣接したインサートのシートから円周方向に離間され、次の隣接したインサートの切削エッジと軸方向に重なる関係にあり、また、各インサートの半径方向に延びるエッジは、隣接したインサートの半径方向に延びるエッジと重なる関係となり、任意の溝におけるインサートの全ての切削エッジは、連続的な、中断されない、段付き形状の切削ラインを画定する。この解決策は、単一溝の「全て有効な」ミリングとして知られている。
【0006】
このような単一溝の「全て有効な」ミルが、ただ1つのインサートタイプを使用し、また、「全て有効な」切削のためにただ1つの溝を必要とするヘリカルエンドミルを提供するとしても、産業界では、単一溝または二重溝のいずれにしても、改善された「全て有効」なミリングのために努力を続けている。特に、産業界では、より良好な表面仕上げ、よりスムースな切削作業、減少された振動、減少されたハンマリング、減少されたびびり、より経済的なカッター、より耐久性のあるカッター、より持続性のあるカッター、および、より容易かつ速やかな製造およびインサートの交換のためのより単純化したデザインのために努力を続けている。
【0007】
従って、本発明の目的は、エンドミルとフェイスミルのような、改善されたヘリカルミルを提供することにある。本発明の他の目的は、「全て有効な」切削を提供する改善されたヘリカルミルを提供することにある。本発明のまた他の目的は、各溝間および1つの溝に沿ったインサート間で相違したすくい角を有する不均等な溝および/または溝上におけるインサートシートを含む改善されたヘリカルミルを提供することにある。
【0008】
本発明のさらに他の目的は、既存のミルに比べてより良好な表面仕上げ、よりスムースな切削作業、減少された振動、減少されたハンマリング、減少されたびびり、より経済的なカッター、より耐久性のあるカッター、より持続性のあるカッター、切削中においてより少ない馬力の消費、そして、より容易かつ速やかな製造およびインサートの交換のためのより単純化したデザイン、の一部または全部を提供することにある。
【0009】
【発明の要約および目的】
要するに、本発明は、工作物の切削を行うための切削ツールに関する。該切削ツールは、その上に外面およびその内部に中心軸を有し、前記外面において少なくとも第1および第2のスパイラル状溝が設けられているツールボディを備える。各溝は、その内部に複数のインサートを備え、軸方向すくい角を画定し、多数のインサートの軸方向すくい角は、各溝間および各溝の内部で変化する。
【0010】
好適な実施形態において、軸方向すくい角は、ツールボディの円周に沿って選択的に変化することで、千鳥状の連続的に繰り返されるマトリックスを形成する。
【0011】
【発明の実施の形態】
上記の説明だけでなく本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら詳細な説明を考察することで、より明白になるだろう。
【0012】
図面において同じ構成要素には同じ図面符号を付し、エンドミル、フェイスミルまたは他の既知のミルのようなヘリカル切削ツール10が図示されている。本発明は、溝が形成されるヘリカルエンドミルに関連して述べているが、1つの溝に沿ってまたは2つ或いはそれ以上の溝の間で相違したすくい角を有するという発明思想は、ほとんどの適当な切削ツールに適用できることが認識される。
【0013】
図1に示されるように、ヘリカルエンドミル10は、ツールボディ12およびシャンク14を備えている。シャンク14は、当業界で公知のようなミリングまたは他の切削機械(図示せず)のスピンドル内に挿入および固定できるように形成されている。シャンク14は、この挿入および固定のためのいかなる形状およびデザインを有してもよい。このようなデザインとしては、これに限定されないが、V−フランジ、テーパー、シェルミルマウント(shell mill mount)およびウェルダンシャンク(Weldon shank)が挙げられる。明白な点は、ミルがフェイスミルであれば、当業界で公知のようにシャンクは存在しない。
【0014】
ツールボディ12は、中心軸CAを有する、略円筒形の本体である。ツールボディ12は、シャンク14から端面16へ軸方向に延び、それらの間において外表面18を画定する。ツールボディ12の外表面18は、好ましくは、複数のヘリカルグルーブ(helical groove)を備える。殆どどのようなヘリカルグルーブも、ツールボディ12内に形成され得ることが認識される。全体的な斜視図である図1では、ヘリカルグルーブ20および22を示している。各グルーブ20および22は、好ましくは、外表面18内にヘリカルまたはスパイラル状(helical or spiral)に切削され、端面16からほぼシャンク14に達する。
【0015】
各ヘリカルグルーブ20、22は、概して、図1および図2によく示されるように、それらの間で切開いた溝領域を画定する1対の対向する面、特に先端面28および後端面30を含む。先端面28および後端面30は、溝の半径方向の最も内側を向く部分において互いに交差し(従って、溝に対して一般にV字形状の横断面を画定する)、または、これとは異なり、基底面が先端面と後端面とを連結することができる(従って、溝に対して一般にU字形状の横断面を画定する)。ヘリカルグルーブのさらなる詳細な論考のために、米国特許第5,913,644号を参照し、参照することにより本願に包含される。
【0016】
各先端面28が、外表面18から内向きに切込まれたスパイラル状であり、該面は、いかなる放射平面から見ても、図1に示されるように、略円筒形シャンク14の中心軸に対しておよそ半径方向となる。このようなスパイラル状は、時計方向または反時計方向となり得る。反対に、各最終面30は、実際には多数の段付きシート34である。
【0017】
インサート38は、各グルーブ20および22内において各シート34に取付けられている。図1および図2に示されるように、各インサートは、各インサート内に対応するテーパ状の穴(図示せず)を通じて挿入可能なテーパー状のヘッドを有するスクリュー39を使用して各インサートに取付けられ、次いで、それぞれのシート34内の関連するねじ付き穴に螺入される。本発明の範囲内で本発明を変更することなく当業界においてよく知られた全ての任意の既知のインサート取付け方法および装置が使用され得る。
【0018】
インサートは、インサートが確実かつ適切に意図されたようにシート34に嵌れば、概して、既知の構造、サイズ、形状または形態を有することができる。このようなインサートの例としては、前述のケンナメタルのミリングカタログの7〜132頁に記載されるインサートがある。特別な例としては、カタログに記載のADKTまたはLFEWスタイルのインサートがある。
【0019】
シート34および該シート上のインサート38は、インサートが円周方向に重なるまたは重ならないように配置および段付けされている。示される実施形態において、インサートは僅かに重なっている。しかし、インサートを円周方向に分離することも本発明の範囲内で目的に適合するのは明白である。
【0020】
図1に示されるように、各インサート38は、少なくとも1つの切削エッジ40を含む。本発明の性質および詳細が後述される「全て有効な」切削を提供する異なる軸方向すくい面によって、実際のインサートが重なるまたは重ならないとしても、隣接するインサートの切削エッジ40は、重なる必要はない。しかし、本発明によれば、実際の切削エッジも重なることができ、これも本発明の一部となることが意図されている。
【0021】
各シート34は、それぞれ外周すくい角(radial rake angle)および軸方向すくい角(axial rake angle)を有する。外周すくい角は、シート面36と作業面との間の角度である。外部切削エッジから内部エッジおよび中心軸を見通したとき、シート34および該シート上に取付けられたインサートの、半径方向への傾斜である。本発明に関して、このような特徴は、外周すくい角とは無関係である。
【0022】
図4に示されるように、軸方向すくい角は、シートおよび/または端から端まで(end−to−end)方式で該シート上に取付けられるインサートの軸方向の傾斜である。詳細には、軸方向すくい角は、ツールボディ10の中心軸とシート36内に取付けられたインサートの切削エッジに平行な任意の平面との間の角度である。
【0023】
図4を参照すると、3つの角度αnm、βnmおよびγnm(n=インサート行、m=溝列)が、3つの溝が形成されたカッター上に規則的にパターン化された一例を示している。本発明においては、3つの溝が形成されたカッター上の3つの角度 αnm、βnmおよびγnmを用いて示されているが、角度、溝の個数および角度と溝のパターンは、本発明に基づいて所望する通りに変化させることができる。さらに、カットのねじれ方向は、ヘリックスと同様に右回りまたは左回りのどちらでもよく、また、ヘリックスが連続的な角度を有する必要はなく、カッター面から最大軸方向切込み深さに進行するにつれて変化してもよい。
【0024】
図4に示されるように、ヘリカルグルーブ20における軸方向すくい角αnm(n=インサート行、m=溝列)は、ヘリカルグルーブ22における軸方向すくい角βnm (n=インサート行、m=溝列)とは異なり、また、ヘリカルグルーブ24における軸方向すくい角γnm(n=インサート行、m=溝列)とも異なっている。軸方向すくい角αnm、βnmおよびγnmは、各溝列m、たとえば、符号22、24、26の中の各インサート行nに対して変化する。各個別ポケットおよび/または各溝において近似のリード角を有するようにインサートのすくい角αnm、βnmおよびγnmを変化させることで、インサートが被加工物に向かうにつれて切削エッジがより均一な陳列(homogeneous display)効果をもたらす。このような一様性は、被加工物に切削エッジの衝撃をより不規則に分配する傾向を有するため、調和を崩壊する。また、この調和への影響に加えて、本発明は、有効なすくい角と個々のインサート切削長さの影響が、ピッチを変化させる結果をもたらす。インサートの先端エッジの中心点は、等間隔に離間された溝の配置に位置されている。しかし、インサートの変化する角度によって、インサートの先端エッジ上の全てのポイント間の円周上の距離は同一でないが、前述の各中心点の間の距離は例外である。
【0025】
インサートは、1つの溝においてインサートの先端エッジを重ねてまたは重ねないで配列してもよく、次の溝におけるインサートの配置としては、前の溝の切削から非切削材料の量が著しくないように配置することができる。
【0026】
結果的に、インサートの有効な軸方向長さZ1、Z2およびZ3もまた、軸方向すくい角とは反対に各グルーブ間で変化する。詳細には、図4に示されるように、行1において、全体長さLを含むインサートの寸法が同一であるとしても、グルーブ24内のインサートの有効な軸方向長さZ3は、グルーブ20内のインサートの有効な軸方向長さZ1より長いグルーブ22内のインサートの有効な軸方向長さZ2より長い。行2において、グルーブ22内のインサートの有効な軸方向長さZ2は、グルーブ20内のインサートの有効な軸方向長さZ3より長いグルーブ24内のインサートの有効な軸方向長さZ1より長い。このような有効な軸方向長さの計算は、インサートの有効な軸方向長さが三角形の一辺であり、実際のインサート長さが三角形の一番長い辺であり、軸方向すくい角が、それらの間の角度を含める幾何学的計算である。
【0027】
各インサートの実際の切削長さに近いこれらの有効な軸方向長さZが二次元に投影されると、図4に示されるようになる。符号40aと40bとの間の差で示されるように、異なる軸方向すくい角は異なる円周方向の切削長さに等しくなる。隣接するインサートの切削エッジが重ならないことで稜線、ピークまたは他の起伏が、相違した軸方向すくい角によって横断面で整列していない隣接する溝内のインサートによってミリングされるため、異なった軸方向すくい角に位置するインサートを備えた多数の溝の使用は、「全て有効な」切削となる。
【0028】
α、β、γの実際の角度は、0°〜90°間の任意の角度となり得る。隣接する溝内のインサートが、同一横断面において終わらなければよい。これは、図4のライン50および52により一番良く示されるように、本発明の利点はライン50、52が重ならない限り、達成される。
【0029】
これとは異なり、溝20および24内、並びに、溝22および26内のインサートは、異なるようにデザインされ、ミル上のシート36は同じであるが、インサートが異なった軸方向すくい角を提供するようになる。本発明は、切削エッジにおいて相違する軸方向すくい角のみを要求しているため、軸方向すくい角は、シートの角度、インサートのデザインまたは両方によって提供されるようになる。インサートによって提供されるとすれば、インサートは、一つの端部で厚く、細い端部に向かって滑らかに変化する。
【0030】
要約すれば、多数の溝付きエンドミル10は、特定の溝における実際のインサートボディまたは切削エッジの重なりとは無関係に「全て有効な」ミリングを提供する。本発明の特徴は、各溝間および同溝内における軸方向すくい角を変化させ、実際にはインサートの有効な軸方向長さが変化することにある。異なる軸方向長さのインサートを有する溝を提供することによって、インサートは、千鳥状となり、また、「全て有効な」切削を提供するようになる。
【0031】
上記に示すごとく、本発明の特徴である溝内のすくい角を相違させることは、図示されるように、フェイスミルおよび他のミルだけでなく、ヘリカルエンドミルにも適用することできる。円錐型などの円筒形ツールボディのみならず他のツールボディにも適用可能である。
【0032】
ここで示された文献は、参照により本発明に包含される。
【0033】
本発明は、本発明の精神および本質的特性を逸脱しない範囲内で前述とは異なる特別な方法で実施することができるのは勿論である。従って、本発明の実施形態は、単に説明のためのものであって、本発明を制限するものではなく、添付の特許請求の範囲の思想と同じ範疇は本発明に属する。
【図面の簡単な説明】
【図1】内部にインサートが据えられる多数の溝を有し、隣接した溝におけるインサートが異なる軸方向すくい角を有する、ヘリカルエンドミルを示す斜視図である。
【図2】図1のヘリカルエンドミルの側面図である。
【図3】図1のヘリカルエンドミルの端面図である。
【図4】溝とインサートとの間における軸方向すくい角の変化を示す、ヘリカル第1、第2および第3の溝から投影したインサートの上部面の二次元投影図である。
Claims (14)
- 外面およびその内部に中心軸を有し、少なくとも第1および第2のスパイラル状溝を前記外面に含み、各溝が、軸方向すくい角を画定するようにその内部に取付けられた複数のインサートを含み、前記インサートの前記軸方向すくい角は、前記各溝の間および前記各溝内で変化する、ツールボディを備える、被加工物の切削ツール。
- 前記ツールボディ全体における全てのインサートが同一である、請求項1に記載の切削ツール。
- 前記ツールボディが、3つのスパイラル状溝を含み、前記各スパイラル状溝が、第1、第2および第3の軸方向すくい角を有する、請求項1に記載の切削ツール。
- 前記ツールボディ全体における全てのインサートが同一である、請求項3に記載の切削ツール。
- 前記各インサートが、前記切削エッジより長い実際長さを有し、任意の溝において隣接するインサートの実際長さは、円周方向に重ならない、請求項4に記載の切削ツール。
- 前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、任意の溝における隣接するインサート上の前記切削エッジが円周方向に重ならず、相違した軸方向すくい角を有する少なくとも2つの溝を有する切削ツールを使用する切削が、結果的に全て有効なカットをもたらす、請求項1に記載の切削ツール。
- 前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、相違した軸方向すくい角を有するインサート上の前記切削エッジは、相違した切削エッジ長さを有する、請求項1に記載の切削ツール。
- 内部に中心軸およびその上に外面を有するツールボディを備え、該ツールボディが、少なくとも第1および第2のスパイラル状溝を前記外面上に含み、各スパイラル状溝が、内部に取付けられた複数のインサートを含み、全ての溝内のインサートが同一であり、かつ、前記第1の溝内のインサートが第1の有効軸方向長さとなるように取付けられ、第2の溝内のインサートが前記第1の有効軸方向長さとは異なる第2の有効軸方向長さとなるように取付けられ、前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、任意の溝内における隣接するインサート上の切削エッジは、円周方向に重ならず、前記各インサートは、切削エッジより長い実際長さを有し、任意の溝内において隣接するインサートの実際長さが、円周方向に重なる、切削ツール。
- 前記第1の溝におけるインサートは、それぞれ第1の軸方向すくい角に取付けられ、前記第2の溝におけるインサートは、それぞれ前記第1の軸方向すくい角とは相違した第2の軸方向すくい角で取付けられる、請求項8に記載の切削ツール。
- 前記ツールボディ全体における全てのインサートが、同一である、請求項8に記載の切削ツール。
- 前記ツールボディが、4つのスパイラル状溝を含み、2つは、第1の軸方向すくい角を有し、2つは、第2の軸方向すくい角を有する、請求項8に記載の切削ツール。
- 前記ツールボディ全体における全てのインサートが同一である、請求項8に記載の切削ツール。
- 各インサートが、前記切削エッジより長い実際長さを有し、任意の溝内における隣接するインサートの実際長さが円周方向に重ならない、請求項12に記載の切削ツール。
- 前記インサートのそれぞれが、切削エッジを有し、任意の溝内の隣接するインサート上の切削エッジが円周方向に重ならず、相違した有効軸方向長さを有する複数のインサートを有する前記切削ツールを使用する切削は、結果的に全て有効なカットをもたらす、請求項8に記載の切削ツール。
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