JP2008546543A - 軸方向クリアランス・スラッシュを備えた螺旋切削インサート - Google Patents

Abstract

インデクサブル螺旋切削インサート（１０、１００、２００、３００、４００）は、底面（２４０）から側壁（２５４、２５６、２５８、２６０）の一つに延長して軸方向クリアランス・スラッシュのエッジ上にワイパー（２０２、２０４、２０６、２０８）を形成している少なくとも一つの軸方向クリアランス・スラッシュを含む。別の実施形態において、切削インサート（３００）は、側壁（３５４、３５６）から外方に距離（３１８）を置いて延長する少なくとも一つの内側切削エッジ（３１０、３１２）を含む。別の実施形態において、螺旋切削インサート（１００）は、少なくとも一つの漸進切削エッジ（１０２、１６６、１０４、１６８）を含む。別の実施形態において、内方に湾曲し、切削インサート（４００）が、異なる径（４０２、４０８）を有するカッター上で機械仕上げ操作を実行する、少なくとも一つの螺旋切削エッジ（４６６、４６８）を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は２００２年５月３１日出願の「螺旋インサートおよびカッター本体（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｉｎｓｅｒｔ ａｎｄ Ｃｕｔｔｅｒ Ｂｏｄｉｅｓ）」と称する米国特許第６，７７３，２０９号に関し、全体を参照により本明細書に組み込む。

本発明はカッターおよびこれに使用する切削インサートに関し、具体的には、接線方向に取り付けられ、インデクサブル（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）である、多数切削エッジを備えた螺旋切削インサートを備えるカッター本体を含むカッター・システムに関する。

現在、小型機械上のスピンドルが大型機械ツールよりも比較的小さい馬力およびトルクを発生するので、インデクサブル・インサートの使用は小型機械ツールの第１の選択肢ではない。現在の切削インサート設計は効果的に切削するのにより動力を必要とするので、小型機械ツールは一般的にソリッド・エンド・ミル・カッターおよびシェル・エンド・ミル・カッターを使用するものに分類されている。しかし、ソリッド・エンド・ミル・カッターおよびシェル・エンド・ミル・カッターは磨耗して径が小さくなり、また破損すれば完全に削られる。その上、インデクサブル・インサート設計を伴って使用されるカッターのサイズ制限は生産性の損失となる。

本発明の発明者はこれらの点および螺旋切削エッジ形状を利用するソリッド・エンド・ミル・カッターおよびシェル・エンド・ミル・カッターのようなエンド・ミル・カッターに関連する他の問題について認識している。

これらの問題を解決するために、本発明は、少なくとも二つのインデクサブル切削エッジを有するインデクサブル切削インサート設計を利用した改良カッター本体を提供する。改良インデクサブル切削インサート設計による大きい正の軸方向および半径方向すくい角が従来インサートよりも小さい動力とトルクを使用し、これによって滑らかな切削動作を許容するとともに、以前は小型機械ツールを失速させていた送り速度を増大させる。その上、本発明の切削インサートは、小型および大型機械ツール両方で生産性を増大させる増大した数の切削エッジを備えて、より大きいカッターに使用することができる。さらに、スクラップするのは切削インサートのみであって、カッター本体全体ではないので、生産コストは従来設計と比較して最小化する。

本発明は、カッター本体の取り付けポケット内に保持されたフラット裏部を含むインデクサブル切削インサートを備える。取り付けポケットは、製造および反復性が容易になるように設計することができる。スタブ長さツーリングが、強固な機構と低費用のために使用されてもよい。切削インサートは、二つのアウトボード壁上の取り付けポケットに配置される。切削インサートは、クロス・ホールのねじを使用してカッター本体に固定される。切削インサートの面は、二つの側部上に螺旋切削エッジを有するとともに、切削インサートをほぼ１８０度回転させることによってインデックスすることができる。本発明の切削インサートを使用することによって、カッター本体は強度と剛性に関する最大コア径を有し、これによってツールの歪みが最小になり、またカッター本体の寿命が延長する。本発明の切削インサートは、エンド・ミル・カッター、シェル・エンド・ミル・カッター等のような多様なミル・カッター本体設計で使用することができる。

本発明の多様な態様と利点は、添付図面を考慮して読んだときに好ましい実施形態の次の詳細な説明から当業者に明らかである。

ここで図１〜８を参照して、切削インサート１０が本発明の実施形態に基づいて示されている。切削インサート１０は、ほぼダイヤモンド形状であり、また、前面または頂面５２、一対の対向側壁または面５４と５６、別の一対の対向側壁または面５８と６０、底面または裏面４０を含む。頂面５２は、実質上フラットな中央部５２ａ、中央部５２ａの対向側部上に配置された第１湾曲切子面５２ｂおよび第２湾曲切子面５２ｃを含む。側壁５８は、実質上フラットな第１切子面５８ａと、切子面５８ａよりも小さい面積を有する実質上フラットな第２切子面５８ｂを含む。同様にして、対向側壁６０は、実質上フラットな第１切子面６０ａと、切子面６０ａよりも小さい面積を有する実質上フラットな第２切子面６０ｂを含む。他の二つの側壁５４と５６および裏面４０は実質上フラットである。

頂面５２と側壁５４、５６、５８および６０との間の交点に、主として四つのエッジ、すなわち、一対の対向し、かつ、離間したエッジ６２と６４、および別の一対の対向し、かつ、離間したエッジ６６と６８が形成されている。エッジ６２、６４、６６および６８の少なくとも一つが螺旋切削エッジであり、また、好ましくは少なくとも二つの対向エッジ６６と６８が螺旋切削エッジであり、これによって切削インサート１０が切削インサート１０をほぼ１８０°回転させることによってインデクサブルになる。螺旋切削エッジ６６と６８はカッター本体の中央長軸と（ｚ軸に沿って）ほぼ３０°の角度６３を形成し、カッターの切削径の回りに正確な３０°の螺旋を切削する。螺旋切削エッジ６６のみがほぼ３０°の角度を有するが、螺旋切削エッジ６８は螺旋切削エッジ６６と実質上平行をなし、また従ってほぼ３０°の角度を有することを理解する必要がある。本発明は切削エッジの角度によって限定されず、本発明は螺旋切削エッジ６６、６８に対する所望角度で実行できることが認識されよう。例えば、他の形状のインサートが０°と６０°との間の範囲の螺旋に対する角度６３を伴う側壁５８と６０にある螺旋切削部７０を含むことが考慮されている。さらに、螺旋切削エッジ６６と６８がそれぞれエッジ６２と６４に関してほぼ６０°の角度６５を形成している。しかし、角度６５は約２０°から９０°間の所望角度とすることもできる。

本発明の一つの態様において、インサート１０の頂面５２、特に湾曲切子面５２ｂと５２ｃが図４に最もよく示されるように、曲面半径Ｒを有する円形または半径頂面を形成している。好ましくは、曲率半径Ｒは図８に示したようにフライス本体の切削径にほぼ等しい。曲率半径Ｒにより、実質上フラットである前面または表面を伴う従来のインサートとは異なり、頂面５２はヘッド１８の外面の曲率に追従し、ヘッド１８の外面の曲率に追従する正確な螺旋切削インサートを提供する。

本発明の別の態様によれば、螺旋切削面７０がカッター本体の中央長軸に関して二つの対向側面５８と６０に形成され、従来のインサートとは異なり、ソリッド螺旋エンド・ミルとして滑らかな切削動作を生成する側面螺旋を形成している。さらに、対向側面５８と６０上の螺旋切削面７０は、切削インサート１０をほぼ１８０°回転させることによって二つの側部上で切削インサート１０をインデクサブルにさせている。大きい正の半径方向および軸方向すくい角が、精密仕上げと低馬力消費の自由な切削機械動作を可能にしている。

本分野において知られているように、切削インサート１０は、切削インサート１０のクロス・ホール位置に配置されたクリアランス・ホール４６を貫通するアレンまたはトルクス・スクリュー等のような固定ファスナー（図示せず）によって取り付けポケットに強固に固定することができる。クリアランス・ホール４６は固定ファスナーのヘッド上の対応テーパ面によって係合されるテーパ付きカウンタボア４６Ａを含み、これによって切削インサート１０がポケット面へ強固に固定される。切削インサート１０のクロス・ホール位置にあるクリアランス・ホール４６の位置は、遮られていない切削面とカッター本体内の大径中央コアを許容し、これによって最大強度が生成され、また、より長い切削長さが許容される。

図１に示す実施形態において、切削エッジ６６と６８は、それぞれエッジ６２と６４に関して角度６５を形成する非漸進エッジである。図９をここで参照して、螺旋切削インサート１００を本発明の別の実施形態に基づいて示す。切削インサート１０と同様に、切削インサート１０の面が二つの側部上に螺旋切削エッジを有するとともに、切削インサート１００をほぼ１８０度回転させることによってインデックスすることができる。頂面１５２が図８に示したようにフライス本体の切削径にほぼ等しい曲率半径Ｒを有する。曲率半径Ｒにより、頂面１５２はヘッド１８の外面の曲率に追従して、ヘッド１８の外面の曲率に追従する正確な螺旋切削インサートを提供する。

しかし、螺旋切削インサート１００は、螺旋切削インサート１０の螺旋切削エッジ６６が螺旋切削エッジ１０２と１６６およびこれら両方の間の半径ブレンド１０６と置換されている点で螺旋切削エッジ１０と異なる。同様にして、螺旋切削インサート１０の螺旋切削エッジ６８が螺旋切削エッジ１０４と１６８およびこれら両方の間の半径ブレンド１０８と置換されている。螺旋切削インサート１００の同じ側部に沿った螺旋切削エッジ１０２と１６６の組み合わせが漸進螺旋切削エッジを提供している。同様に、螺旋切削インサート１００の対向側部に沿った螺旋切削エッジ１０４と１６８の組み合わせが第２漸進螺旋切削エッジを提供している。

図９に示した実施形態において、螺旋切削エッジ１６６、１６８がエッジ１６２、１６４に関して角度１６５を形成している。さらに、螺旋切削エッジ１０２、１０４がエッジ１６２、１６４に関して角度１６７を形成し、角度１６７は角度１６５よりも大きくなっている。角度１６５、１６７間の差が初期軸方向すくい角１６９を提供し、初期軸方向すくい角１６９は、非漸進螺旋切削エッジ１６６、１６８によって提供された軸方向すくい角よりも小さい。従って、螺旋切削エッジ１０２、１０４は、切削インサート１００が工作物（図示せず）に入る小さい軸方向すくい角から螺旋切削インサート１００が工作物を出る比較的大きい軸方向すくい角に漸進する初期切削エッジを提供する。小さい軸方向すくい角の結果、漸進螺旋切削エッジ１０２、１０４が本発明の螺旋切削インサート１００の非漸進切削エッジ６６、６８よりも比較的強くなる。

図１に示した実施形態において、切削エッジ６６、６８は、それぞれエッジ６２、６４に関して角度６５を形成する非漸進エッジである。同様に、切削インサート１００の切削エッジ１６６、１６８、はエッジ１６２、１６４に関して実質上同じ角度１６５を形成している。

図１０〜１４をここで参照して、インデクサブル螺旋切削インサート２００が本発明の別の実施形態を示す。切削インサート１０、１００と同様に、切削インサート２００の面は二つの側部に螺旋切削エッジを有するとともに、切削インサート２００をほぼ１８０度回転させることによってインデックスすることができる。さらに、頂面５２は曲率半径Ｒを有し、フライス本体の切削径にほぼ等しく、図８に示したようにヘッド１８の外面の曲率に追従する正確な螺旋切削インサートを提供している。

しかし、螺旋切削インサート２００は、螺旋切削インサート２００が軸方向クリアランス・スラッシュ２０２、２０４のエッジにワイパー２０６、２０８を形成しているクリアランス・スラッシュ２０２、２０４を含む点で螺旋切削エッジ１０、１００と異なる。図示実施形態において、軸方向クリアランス・スラッシュ２０２、２０４は、底面２４０に関して約１０度と約７０度との間の範囲にある角度２１０で底面２４０から側面２５４、２５６、２５８、２６０に延長している切子面の形状をなしている。軸方向クリアランス・スラッシュ２０２、２０４およびワイパー半径部２０６、２０８の目的は、工作物（図示せず）に精密仕上げを生成するためである。

螺旋切削インサート１００の漸進切削エッジ１０２、１０４の特徴は、本発明の螺旋切削インサート２００に含むことができることが認識されよう。

図１５〜１７をここで参照して、螺旋切削インサート３００が本発明の別の実施形態に基づいて示されている。切削インサート１０、１００、２００と同様に、切削インサート３００の面は二つの側部に螺旋切削エッジを有し、また、切削インサート３００をほぼ１８０度回転させることによってインデックスすることができる。さらに、頂面３５２はフライス本体の切削径にほぼ等しい曲率半径Ｒを有し、図８に示したようにヘッド１８の外面の曲率に追従する正確な螺旋切削インサートを提供している。

さらに、切削インサート３００の底面３４０と側面３５４、３５６、３５８、３６０は、螺旋切削インサート２００と同様に、軸方向クリアランス・スラッシュ３０２、３０４のエッジにワイパー３０６、３０８を形成している軸方向クリアランス・スラッシュ３０２、３０４を含む。図示実施例において、軸方向クリアランス・スラッシュ３０２、３０４は、底面３４０に関して約１０度から約７０度の範囲にある角度３１０を有する切子面の形状をなしている。軸方向クリアランス・スラッシュ３０２、３０４およびワイパー半径部３０６、３０８が工作物に精密仕上げを生成する。

しかし、切削インサート３００は切削インサート３００の側面３５４、３５６、３５８、３６０がランプ−プランジ／送り（ＲＰＦ）操作を許容し、一方で工作物に精密仕上げを維持する特徴を含む点で螺旋切削インサート２００と異なる。この特徴は、側面３５４、３５６の部分３１４、３１６に沿って形成され、切削インサート３００の側面３５４、３５６の残部から外方に距離３１８を置いて延長する内側切削エッジ３１０、３１２を備える。

螺旋切削インサート１００の漸進切削エッジ１０２、１０４の特徴は、本発明の螺旋切削インサート３００に含ませることができることが認識されよう。

上述したように、螺旋切削インサート１０、１００、２００、３００は図８に示したようにフライス本体の切削径にほぼ等しい曲率半径Ｒを有する頂面を含む。曲率半径Ｒにより、頂面はヘッド１８の外面の曲率に追従し、ヘッド１８の外面の曲率に追従する螺旋切削エッジを伴う正確な螺旋切削インサートを提供する。しかし、螺旋切削エッジは特定の径を伴うヘッド１８の曲率に追従し、また、切削インサート１０、１００、２００、３００が本来設計されたもの以外の径を有するカッターに配置されたときに工作物に凹面エラーを生成することがある。

図１８、１９ａおよび１９ｂをここで参照して、螺旋切削インサート４００を本発明の別の実施形態に基づいて示す。螺旋切削インサート４００が異なる径を伴うカッターに使用され、一方で螺旋切削インサート４００のリード角を実質上一定に維持して工作物中のあらゆるエラーを大いに最小化している。螺旋切削インサート４００は螺旋切削インサート３００と実質上同じであるが、螺旋切削インサート４００が実質上真っ直ぐな螺旋切削エッジ３６６、３６８（切削エッジ３６６のみを図１８に破線で示す）ではなく、湾曲または「内方に曲がった」螺旋切削エッジ４６６、４６８を含む点を除く。

上述したように、湾曲または半径螺旋切削エッジ４６６、４６８は螺旋切削インサート４００が異なる径を有するカッターに配置されることを許容し、一方で図１９ａと１９ｂに示したようにリード角エラーおよびラップ線が最小化されている。半径螺旋切削エッジ４６６、４６８なしに、カッター径の増大に伴って増大する工作物内の僅かな凹曲線をカッターが生成することができる。図２０に示したように、螺旋切削インサート４００は、切削径の接線点の回りを単に回動することによって所望の径を伴うカッターに配置されて所望効果を生成することができる。例えば、第１の径４０２を有するカッターに対して、螺旋切削インサート４００は図１９ａに示されるようにカッターの中央軸４０６に関して第１角度４０４に回動される。第２の大きい径４０８を有するカッターに対して、螺旋切削インサート４００は図１９ｂに示したように第１の径４０２に対する角度４０４よりも大きい第２角度４１０に回動される。このようにすることによって、螺旋切削インサート４００の半径螺旋切削エッジ４６６、４６８は切削操作中に工作物と完全係合を維持することができる。

螺旋切削インサート１００の漸進切削エッジ１０２、１０４、螺旋切削インサート２００の軸方向クリアランス・スラッシュ２０２、２０４のエッジ上にワイパー２０６、２０８を形成する軸方向クリアランス・スラッシュ２０２、２０４および／または切削インサート３００の軸方向クリアランス・スラッシュ３０２、３０４のエッジ上のワイパー半径部３０６、３０８に沿う内側切削エッジ３１０、３１２の特徴は、本発明の螺旋切削インサート４００に含ませることができることが認識されよう。

上述したように、本発明のカッター・システムは連続する正確な螺旋切削を生成するように設計されている。さらに、本発明のカッター・システムはインサートを１８０度回転させることによって少なくとも二つの切削エッジ上にインデクサブルであるインデクサブル螺旋インサートを提供する。従って、本発明のカッター・システムはより費用効果の高いカッター・システムを提供する。これはインサートが従来のソリッド・エンド・ミル設計において磨耗または破損したときにカッター全体がスクラップになるのとは違って、インサートのインデックスが切削径およびエッジを維持するからである。

本発明のインデクサブル切削インサートはカッター本体の種類に限定されるものではなく、また、本発明は他の種類のカッター本体設計で実行することもできる。例えば、本発明のインデクサブル切削インサートは、カッター本体のシェル・エンド・ミル形式を含むカッター・システムに利用することができる。別の実施例において、本発明のインデクサブル切削インサートは、一般的に「ルータ」として知られている別の種類のエンド・ミル・カッター本体を含むカッター・システムに利用することができる。

本発明はある特定実施形態に関連して具体的に説明されているが、例示として示したのもであって、限定ではないことが理解されるべきであり、また添付の特許請求の範囲は従来技術が許容されるほど広範に解釈されるべきである。

本発明の実施形態に基づく二つの螺旋切削エッジを有するインデクサブル螺旋切削インサートの上面斜視図 図１の切削インサートの側面斜視図 図１の切削インサートの別の側面斜視図 図１の切削インサートの側面図 図１の切削インサートの底部の斜視図 図１の切削インサートの底部の別の斜視図 図１の切削インサートの側部の別の斜視図 本発明の切削インサートの正確な螺旋を示す図 本発明の別の実施形態に基づくインデクサブル螺旋切削インサートの上面斜視図 本発明のさらに別の実施形態に基づく改良切削インサートの上面図 図１０の切削インサートの側面図 図１０の切削インサートの底面図 図１０の切削インサートの底面斜視図 図１０の切削インサートの別の側面図 本発明のさらに別の実施形態に基づくインデクサブル螺旋切削インサートの上面図 図１５の切削インサートの側面図 図１５の切削インサートの底面図 本発明のさらに別の実施形態に基づくインデクサブル螺旋切削インサートの上面図 ある径を有するカッターに使用したときの図１８の切削インサートの側面図 別の径を有するカッターに使用したときの図１８の切削インサートの側面図

Claims (20)

1. 螺旋半径湾曲を有する前面と、
   インサートの中央長軸に関して螺旋切削面を各々含む少なくとも二つの対向側壁であって、螺旋切削エッジが前記前面と前記少なくとも二つの対向側壁との間の交点に規定されている対向側壁と、
   底面から前記側壁の一つに延長して軸方向クリアランス・スラッシュのエッジ上にワイパーを形成している少なくとも一つの軸方向クリアランス・スラッシュと、
   を備える螺旋切削インサート。
2. 前記少なくとも一つの軸方向クリアランス・スラッシュが底面に関して約１０度から約７０度の間の角度で底面から延長している、請求項１に記載の切削インサート。
3. カッター本体に取り付けられたときに前記少なくとも二つの対向側壁が前記カッター本体の中央軸に関してほぼ０から６０度の範囲の角度を有する、請求項１に記載の切削インサート。
4. 前記螺旋切削エッジが、工作物に入る前記切削インサートの低い軸方向すくい角から工作物を出る前記切削インサートの高い軸方向すくい角に漸進する初期切削エッジを提供する漸進切削エッジをさらに備える、請求項１に記載の切削インサート。
5. 前記切削インサートがインデクサブルである、請求項１に記載の切削インサート。
6. 前記切削インサートが略ダイアモンド形状をなしている、請求項１に記載の切削インサート。
7. 少なくとも一つの螺旋切削エッジが内方に湾曲し,これによって前記切削インサートが、異なる径を有するカッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項１に記載の切削インサート。
8. 前記切削インサートが、第１の径を伴う第１カッターの中央軸に関して第１角度で回動し、第１カッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項７に記載の切削インサート。
9. 前記切削インサートが、第２の径を伴う第２カッターの中央軸に関して第２角度で回動し、第２カッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項８に記載の切削インサート。
10. 前記切削インサートが前記側壁から外方に距離を置いて延長する少なくとも一つの内側切削エッジを含む、請求項１に記載の切削インサート。
11. 螺旋半径湾曲を有する前面と、
    インサートの中央長軸に関して螺旋切削面を各々含む少なくとも二つの対向側壁であって、螺旋切削エッジが前記前面と前記少なくとも二つの対向側壁との間の交点に規定されている対向側壁と、
    底面から前記側壁の一つに延長して軸方向クリアランス・スラッシュのエッジ上にワイパーを形成している少なくとも一つの軸方向クリアランス・スラッシュと、
    前記側壁の一つの部分に沿って形成され、前記側壁の残部から外方に距離を置いて延長する少なくとも一つの内側切削エッジと、
    を備える螺旋切削インサート。
12. 前記少なくとも一つの軸方向クリアランス・スラッシュが底面に関して約１０度から約７０度の間の角度で底面から延長している、請求項１１に記載の切削インサート。
13. 前記少なくとも二つの対向側壁がカッター本体の中央軸に関してほぼ０から６０度の範囲の角度を有する、請求項１１に記載の切削インサート。
14. 前記螺旋切削エッジが、工作物に入る前記切削インサートの低い軸方向すくい角から工作物を出る前記切削インサートの高い軸方向すくい角に漸進する初期切削エッジを提供する漸進切削エッジをさらに備える、請求項１１に記載の切削インサート。
15. 前記切削インサートがインデクサブルである、請求項１１に記載の切削インサート。
16. 前記切削インサートが略ダイアモンド形状をなしている、請求項１１に記載の切削インサート。
17. 少なくとも一つの螺旋切削エッジが内方に湾曲し,これによって前記切削インサートが、異なる径を有するカッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項１１に記載の切削インサート。
18. 前記切削インサートが、第１の径を伴う第１カッターの中央軸に関して第１角度で回動し、第１カッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項１７に記載の切削インサート。
19. 前記切削インサートが、第２の径を伴う第２カッターの中央軸に関して第２角度で回動し、第２カッター上で機械仕上げ操作を実行する、請求項１８に記載の切削インサート。
20. 前記切削インサートが前記側壁から外方に距離を置いて延長する少なくとも一つの内側切削エッジを含む、請求項１１に記載の切削インサート。

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