JP2011121132A - リピータ式切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】リピータ式切削工具について、切れ刃チップを、同一ねじれ溝に沿って各チップの切れ刃の軌跡が工具軸方向に連続するように配列するものについても、チップの位置決めの安定性を確保しつつ切屑の排出性を改善できるようにすることを課題としている。
【解決手段】ねじれ溝４に沿って工具ボディ２の外周に配設されるチップ座５を、座底面５ａと、座側面５ｂと、座底面上に突出するキー５ｃを備える座にし、そのチップ座５に、前記キー５ｃが適合して嵌るキー溝を底面に備える切れ刃チップを装着する構造にしてチップ座の後方に切屑ポケットを縮小するバックメタル部を設けずにチップの軸方向位置決めを行なえるようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、複数の切れ刃チップ（以下では単にチップとも言う）をステップ配置にして工具ボディの外周に着脱自在に装着したリピータ式切削工具に関する。ステップ配置とは、チップを工具軸方向と工具周方向の双方にずらして配列する状態を言う。

首記のリピータ式切削工具の従来例として、例えば、下記特許文献１，２に記載されたものがある。

特許文献１の図１の切削工具は、リピータ式ラフィングエンドミルであって、工具ボディの外周に設けるチップ座を、チップの底面を拘束する座底面と、チップの内径側の側面を拘束する座側面と、チップの背面を拘束する座後面の３面で構成している。

また、特許文献２の切削工具（これもエンドミル）は、工具ボディの外周に設けるチップ座を、チップの底面を拘束する座底面と、チップの内径側の側面を拘束する座側面の２面で構成しており、切れ刃チップの工具軸方向の位置決めは、チップ中心の取付け孔に通したクランプねじに依存するものになっている。

特開平８−１４２６号公報 実開昭６１−７８５２０号公報

上記特許文献１のラフィングエンドミルは、工具ボディに複数のねじれ溝を設け、各ねじれ溝に沿って複数のチップを軸方向に間隔をあけて配列している。ひとつのねじれ溝に沿って配列されるチップと、別箇所のねじれ溝に沿って配列されるチップは軸方向に位相をずらしており、そのような配列にすることで、先行チップが切れ残した箇所を後続のチップで補完切削するようにしている。

しかしながら、このチップ配列は、同一ねじれ溝に沿って配列されるチップの主切れ刃の軌跡が工具軸方向に途切れずに繋がる工具に比べると切削能率が低い。

その対策として、同一ねじれ溝に沿って配列されるチップの主切れ刃の軌跡が工具軸方向に途切れずに繋がるようにチップを配列する要求がある。

その要求を満たせば、剛性上の理由からねじれ溝の設置数が１条に制限される小径工具にもリピータ構造を適用することが可能になる。

その要求に対して、図１２に示すように、チップ座に座後面５ｄが含まれる工具は、座後面５ｄを形成した箇所のバックメタル部ＢＭを後方から前向きにえぐり、バックメタル部の後ろにあるチップ（これを後方チップ１０Ｂと言う）を、そのチップの切れ刃の軌跡と手前側のチップ（前方チップ１０Ｆと言う）の切れ刃の軌跡が部分的にオーバラップする位置に配置することでその要求に応えることができる。

ところが、このような構造にすると、前方チップ１０Ｆのチップ座のバックメタル部ＢＭが後方チップ１０Ｂの工具回転方向前方にせり出すため、後方チップ１０Ｂの切屑ポケットの前側が狭くなり、後方チップから排出される切屑の処理性が悪化する。

一方、特許文献２の切削工具は、チップの背面を支えるバックメタル部が存在しないため、後方チップについても十分な大きさの切屑ポケットを確保することができる。しかしながら、これは、チップの工具軸方向の位置決めをクランプねじに依存して行なうため、チップの工具軸方向の位置決め精度を高め難い。

また、ワークの外周面のほかに端面も加工する最先端のチップは、後方チップに比べると加工時に受けるスラスト力が大きくなる。そのスラスト力の受け止めもクランプねじに依存するため、クランプねじが損傷しやすくなる。

この発明は、リピータ式切削工具について、切れ刃チップを、同一ねじれ溝に沿って各チップの切れ刃の軌跡が工具軸方向に連続するように配列するものについても、チップの位置決めの安定性を確保しつつ切屑の排出性を改善できるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、工具ボディの外周に設けられたねじれ溝に沿って複数個のチップ座を配設し、そのチップ座の各々に、切れ刃チップを、各チップの主切れ刃の軌跡が工具軸方向に連続的に繋がるように着座させ、その切れ刃チップをクランプねじで締付けて工具ボディに固定するリピータ式切削工具に以下の改善を施した。

具体的には、前記チップ座を、前記切れ刃チップの底面を拘束する座底面と、切れ刃チップの内径側の側面を拘束する座側面と、前記座底面上に突出するキーを備える座にし、そのチップ座に、前記キーが適合して嵌るキー溝を底面に備える切れ刃チップを装着した。

この切削工具は、平面視で平行に配置された２条の工具の外周刃となす主切れ刃と、各主切れ刃の相反する側の端部から工具径方向かつ相反する方向に延びだす２条の副切れ刃を備える切れ刃チップを採用し、その切れ刃チップの底面に設ける前記キー溝を以下のように構成したものが考えられる。

（１）キー溝を、切れ刃チップの底面の周縁よりも内側に、切れ刃チップの中心基準で点対称状態に設ける。
（２）キー溝を、前記切れ刃チップの底面の前記主切れ刃と副切れ刃が連なる側とは反対側のコーナ部に、切れ刃チップの片側の側面と片側の端面に開放する状態にして切れ刃チップの中心基準で点対称形状をなすように設ける。
（３）キー溝を、前記切れ刃チップの底面の前記主切れ刃と副切れ刃が連なる側とは反対側のコーナ部近傍に、切れ刃チップの片側の端面に開放する状態にして切れ刃チップの中心基準で点対称形状をなすように設ける。

チップ座に設けるキーは、工具の軸心に対して垂直な前面を備える平面視方形のキーが好ましい。

この発明のリピータ式切削工具は、ねじれ溝に沿って設ける全チップ座を、前記座底面、座側面及びキーを備える座にしたものや、工具ボディに１条のねじれ溝を備え、そのねじれ溝に沿って前記チップ座が形成されて各チップ座に前記切れ刃チップが装着されたものなどが考えられる。この発明は、そのように構成された切削工具も提供する。

この発明のリピータ式切削工具は、キーとキー溝を嵌合させて切れ刃チップをチップ座に着座させ、チップの工具軸方向の位置決めと、切削時に加わるスラスト力の受け止めをキーで行なう。

このようにして、従来設けていたチップ座の座後面とバックメタル部をなくしており、これにより、後方チップの工具回転方向前方に切屑排出の障害となるボディのせり出し部ができず、切屑ポケットが狭められることがなくなって良好な切屑排出性が確保される。

また、切れ刃チップの工具軸方向の位置決めをチップ座と切れ刃チップに対応して設けたキーとキー溝を利用して行なうので、切れ刃チップの位置決めの安定性も確保される。

その他の構成の作用、効果は、後に説明する。

この発明のリピータ式切削工具の第１の形態の要部を示す側面図 図１の切削工具を、切れ刃チップを外した状態にして示す斜視図 図１の切削工具を、切れ刃チップを外した状態にして示す側面図 （ａ）図１の切削工具のチップ座に設けたキーの平面図、（ｂ）そのキーの側面図 （ａ）図１の切削工具に採用した切れ刃チップの平面図、（ｂ）同チップの側面図、（ｃ）同チップの端面図、（ｄ）同チップの底面の斜視図 この発明のリピータ式切削工具の第２の形態の要部を示す側面図 図６の切削工具を、切れ刃チップを外した状態にして示す斜視図 図６の切削工具を、切れ刃チップを外した状態にして示す側面図 （ａ）図６の切削工具のチップ座に設けたキーの平面図、（ｂ）そのキーの側面図 （ａ）図６の切削工具に採用した切れ刃チップの平面図、（ｂ）同チップの側面図、（ｃ）同チップの端面図、（ｄ）同チップの底面の斜視図 （ａ）図７、図８の工具ボディに装着する切れ刃チップの他の例を示す平面図、（ｂ）同チップの側面図、（ｃ）同チップの端面図、（ｄ）同チップの底面の斜視図 チップ座が座後面を有する切削工具の要部を示す側面図

以下、添付図面の図１〜図１１に基づいて、この発明のリピータ式切削工具の実施の形態を説明する。例示の工具は、リピータ式エンドミルであって、図１〜図５は第１の形態を示している。

この第１の形態の切削工具（エンドミル）１は、工具ボディ２と、複数個の切れ刃チップ１０と、各切れ刃チップを個々に工具ボディ２に固定するクランプねじ３とからなる。

工具ボディ２は一体のシャンク（図示せず）を有する。また、ねじれ溝４を外周に有している。例示の切削工具は、有効径が３０ｍｍにも満たないような小径工具であり、ねじれ溝４は１条しか設けられていない。

そのねじれ溝４に沿って工具ボディ２に複数のチップ座５が設けられている。そのチップ座５は、工具軸方向と工具周方向の双方位置がずれるようにステップ配置にして設けられている。

そのチップ座５は、図２、図３に示す要素、即ち、チップの底面を拘束する座底面５ａと、チップの内径側の側面を拘束する座側面５ｂと、座底面５ａ上にその面の後方に偏らせて設けたキー５ｃを備えた座となっている。６は、チップ座に開口させたねじ孔であり、ここにクランプねじ３がねじ込まれる。

キー５ｃは、図３に示すように前面ｆｆを工具の軸心Ｃと直交する面にした平面視長方形のキーにしている。その図示のキーであると、軸方向の力を受け止める前面の面積と強度を左右する断面積を共に広く確保できるが、平面視が円や楕円のキーも考えられる。

この第１の形態の切削工具に採用する切れ刃チップの詳細を図５に示す。図示の切れ刃チップ１０は、長方形を基本形にしたものであって、湾曲したすくい面１１と、すくい面に対して鋭角に交わらせた左右の側面１２と、すくい面１１に鋭角に交わらせた前後の端面（一方がチップの前面、他方が背面となる）１３と、平坦な底面１４を有する。

また、すくい面１１と側面１２の交差稜で形成されるねじれた主切れ刃１５と、すくい面１１と端面１３の交差稜で形成される副切れ刃１６を有し、さらに、すくい面１１から底面１４に貫通する取付け孔１７を中心に有する。そしてさらに、底面１４に２箇所のキー溝１８を有する。

２条の副切れ刃１６は、それぞれが左右の主切れ刃１５の相反する側の端部から相反する方向に延びだしている。この副切れ刃１６は、端面１３の一部を部分的に突出させてその位置の稜線で形成しており、その長さがチップの幅よりも短い。例示のチップの副切れ刃１６は、チップの平面視における長さａがチップの幅Ｗの１／２以下になっている。

キー溝１８は、キー５ｃに対応させた溝であり、キー５ｃが適合して嵌る大きさと形状を有する。第１の形態の切削工具１に採用する切れ刃チップ１０は、そのキー溝１８を、底面１４の周縁よりも内側にチップの中心基準で点対称状態に配置して２つ設けている。

この切れ刃チップ１０を、片方のキー溝１８に対して座底面５ａに設けられたキー５ｃを嵌めてチップ座５にセットし、底面１４が座底面５ａに、片方の側面１２が座側面５ｂにそれぞれ拘束される状態にしてクランプねじ３で工具ボディ２に固定する。

このような構造にしてチップ座のバックメタル部をなくしており、そのために、後方チップの切屑ポケット７（チップのすくい面１１の工具回転方向前方に形成されるねじれ溝に面した空間）が広がり、後方チップについても良好な切屑排出性が確保される。

また、切れ刃チップ１０の工具軸方向の位置決めがキー５ｃによってなされるので、チップの位置決めと固定の安定性についても、チップ座にバックメタル部が備わった工具と比較して遜色の無い性能が確保される。

図１〜図３の８は、ねじれ溝４の溝面をさらに掘り下げて形成した副ポケットである。この副ポケット８は、各切れ刃チップ１０から排出される切屑の流出方向を制御するのに有効であるが、必須ではない。

なお、第１の形態の切削工具に採用した切れ刃チップ１０は、キー溝１８をチップの底面の周縁よりも内側、即ち、チップの側面や端面に開放しない位置に設けているので、キー溝設置によるチップの強度低下が少ない。そのキー溝１８は、チップの底面のコーナ部などにあっても差し支えない。

その例を、図６〜図１１に示す。図６〜図１０は、この発明の第２の形態の切削工具とそれに採用した切れ刃チップを表している。この第２の形態の切削工具１は、一部の構成が第１の形態の切削工具と相違し、大部分は第１の形態の切削工具と同じ構成になっている。従って、同一箇所については同一符合を付して説明を省略する。

チップ座５の座底面５ａ上に設けるキー５ｃと、切れ刃チップ１０に設けるキー溝１８の設置点及び形状を変化させており、この点が第１の形態の切削工具と相違する。

キー５ｃは、図７、図８、図９に示すように、平面視形状を正方形にしている。そして、そのキー５ｃを、座底面５ａの後部の外径側に偏った位置に設けている。

また、図１０に示すように、切れ刃チップ１０の底面に設けるキー溝１８は、キー５ｃに適合した形状、大きさとし、このキー溝１８を、主切れ刃１５と副切れ刃１６が連なる側とは反対側の底面１４のコーナ部に、チップの片側の側面１２と片側の端面１３に開放する状態にしてチップの中心基準で点対称形状をなすように設けている。

この第２の形態の切削工具は、以下の理由からチップの保持安定性に優れる。工具ボディの最先端に配置するチップは、副切れ刃も切削に関与し、これによりチップが工具軸方向に押される。このとき、副切れ刃が工具の外周側に配置されていると、チップに加わる工具軸方向の力が工具の外径側に偏る。

第２の形態の切削工具は、キー５ｃが外径側に偏った位置にあり、チップが工具軸方向に押される位置のほぼ真後ろでキー５ｃによる工具軸方向の力の受け止めがなされる。そのために、取付け孔１７に通したクランプねじ３（図６参照）を支点にしてチップに回転モーメントが発生することが防止され、チップの保持安定性が高まる。

また、キー溝１８をチップの片側の端面に開放する溝にしたことで、工具の外径側に偏らせたキー５ｃの強度も、キーの工具軸方向寸法を大きくして不足なく確保することができ、従って、この構造は、副切れ刃１６の加工負担が大きくなる工具に適している。

この図１０の切れ刃チップ１０は、上記の利点を有する一方で、キー溝１８がチップの側面と端面の２面に開放しており、チップのキー溝設置部が強度的に弱くなる可能性がある。それを嫌う場合には、図１１に示すように、キー溝１８を端面１３のみに開放する形状にするとよい。この形状は、キー溝１８とチップの側面１２との間に残される部分が補強リブとして働き、キー溝設置によるチップの強度低下が図１０の切れ刃チップよりも小さくなる。

なお、例示の切削工具は、ねじれ溝の設置数が１条であるが、この発明は、ねじれ溝が複数条設けられるリピータ式切削工具にも適用できる。

また、例示の工具は、全てのチップ座にキー５ｃを設けて各チップ座に装着する切れ刃チップ１０をキーとキー溝で工具軸方向に位置決めするようにしたが、工具の前側から数えて２番目以降のチップ座に装着される切れ刃チップには、先端のチップ座に装着される切れ刃チップほど加工時にスラスト力が働かない。

従って、前記２番目以降のチップ座に装着する切れ刃チップの工具軸方向の位置決めは、クランプねじ３に依存して行なってもよく、それについては、２番目以降のチップ座の加工がキーがなくなって簡略化され、加工コストの低減が期待できる。

工具ボディのチップ座に、以下の寸法諸元の図４に示したキーを設け、そのチップ座に以下の寸法諸元の図５に示した切れ刃チップを、各チップの切れ刃の軌跡が工具軸方向に連続する状態に装着して有効径φ４０ｍｍの切削工具を得た。
キー ：工具径方向寸法ｂ＝６ｍｍ、工具軸方向寸法ｃ＝２．８ｍｍ、高さｈ＝２．８ｍｍ
チップ：長さＬ＝１７．５ｍｍ、幅Ｗ＝１０．２ｍｍ、厚みＨ＝５．７ｍｍ
キー溝：幅ｅ＝６．６ｍｍ、幅直角方向寸法ｆ＝３．０ｍｍ、深さｄ＝３．０ｍｍ

また、工具ボディのチップ座に、以下の寸法諸元の図９に示したキーを設け、そのチップ座に以下の寸法諸元の図１０に示した切れ刃チップを装着した切削工具と、同じチップ座に以下の寸法諸元の図１１に示した切れ刃チップを装着した切削工具も試作した。

キー ：工具径方向寸法ｂ＝３．６ｍｍ、工具軸方向寸法ｃ＝３．６ｍｍ、高さｈ＝２．８ｍｍ
チップ：長さＬ＝１７．５ｍｍ、幅Ｗ＝１０．２ｍｍ、厚みＨ＝５．７ｍｍ
図１０のチップのキー溝：幅ｅ≒６ｍｍ、幅直角方向寸法ｆ≒６．０ｍｍ、深さｄ＝３．０ｍｍ
図１１のチップのキー溝：幅ｅ≒４．５ｍｍ、幅直角方向寸法ｆ≒６．０ｍｍ、深さｄ＝３．０ｍｍ

そしてこれ等の工具を実切削に供した。その結果、各切れ刃チップの軸方向位置決めが安定してなされ、また、前側から数えて２番目以降のチップの切れ刃に削られた切屑の排出も円滑になされ、この発明の有効性を確認することができた。

１ 切削工具
２ 工具ボディ
３ クランプねじ
４ ねじれ溝
５ チップ座
５ａ 座底面
５ｂ 座側面
５ｃ キー
５ｄ 座後面
ｆｆ キーの前面
６ ねじ孔
７ 切屑ポケット
８ 副ポケット
１０ 切れ刃チップ
１０Ｆ 前方チップ
１０Ｂ 後方チップ
１１ すくい面
１２ 側面
１３ 端面
１４ 底面
１５ 主切れ刃
１６ 副切れ刃
１７ 取付け孔
１８ キー溝
Ｃ 工具の軸心
ａ 副切れ刃のチップ平面視における長さ
ｂ キーの工具径方向寸法
ｃ キーの工具軸方向寸法
ｈ キーの高さ
Ｌ チップの長さ
Ｗ チップの幅
Ｈ チップの厚み
ｄ キー溝の深さ
ｅ キー溝の幅
ｆ キー溝の幅直角方向寸法
ＢＭ バックメタル部

Claims (7)

1. 工具ボディ（２）の外周に設けられたねじれ溝（４）に沿って複数個のチップ座（５）を配設し、そのチップ座（５）の各々に、
   切れ刃チップ（１０）を、各チップの主切れ刃（１５）の軌跡が工具軸方向に途切れずに繋がるように着座させ、その切れ刃チップ（１０）をクランプねじ（３）で締付けて工具ボディ（２）に固定するリピータ式切削工具であって、
   少なくとも最先端のチップ座（５）を、前記切れ刃チップ（１０）の底面（１４）を拘束する座底面（５ａ）と、チップの内径側の側面（１２）を拘束する座側面（５ｂ）と、前記座底面（５ａ）上に突出するキー（５ｃ）を備える座にし、
   そのチップ座（５）に、前記キー（５ｃ）が適合して嵌るキー溝（１８）を底面（１４）に備える切れ刃チップ（１０）を装着したリピータ式切削工具。
2. 前記切れ刃チップ（１０）は、平面視で平行な２条の工具の外周刃となす主切れ刃（１５）と、各主切れ刃（１５）の相反する端部から工具径方向かつ相反する方向に延びだす２条の副切れ刃（１６）を備え、
   前記キー溝（１８）は、前記切れ刃チップ（１０）の底面（１４）の周縁よりも内側に、チップの中心基準で点対称形状をなすように設けられた請求項１に記載のリピータ式切削工具。
3. 前記切れ刃チップ（１０）は、平面視で平行な２条の工具の外周刃となす主切れ刃（１５）と、各主切れ刃（１５）の相反する端部から工具径方向かつ相反する方向に延びだす２条の副切れ刃（１６）を備え、
   前記キー溝（１８）は、前記切れ刃チップ（１０）の底面（１４）の前記主切れ刃（１５）と副切れ刃（１６）が連なる側とは反対側のコーナ部に、チップの片側の側面（１２）と片側の端面（１３）に開放する状態にしてチップの中心基準で点対称形状をなすように設けられた請求項１に記載のリピータ式切削工具。
4. 前記切れ刃チップ（１０）は、平面視で平行な２条の工具の外周刃となす主切れ刃（１５）と、各主切れ刃（１５）の相反する端部から工具径方向かつ相反する方向に延びだす２条の副切れ刃（１６）を備え、
   前記キー溝（１８）は、前記切れ刃チップ（１０）の底面（１４）の前記主切れ刃（１５）と副切れ刃（１６）が連なる側のコーナとは反対側のコーナ部近傍に、チップの片側の端面（１３）に開放する状態にしてチップの中心基準で点対称形状をなすように設けられた請求項１に記載のリピータ式切削工具。
5. 前記キー（５ｃ）を、工具の軸心（Ｃ）に対して垂直な前面（ｆｆ）を備える平面視方形のキーにした請求項１〜４のいずれかに記載のリピータ式切削工具。
6. ねじれ溝（４）に沿って設けるチップ座（５）の全てを、前記座底面（５ａ）、座側面（５ｂ）及びキー（５ｃ）を備える座にした請求項１〜５のいずれかに記載のリピータ式切削工具。
7. 前記工具ボディ（２）に前記ねじれ溝（４）を１条備え、そのねじれ溝（４）に沿って前記チップ座（５）が形成されて各チップ座に前記切れ刃チップ（１０）が装着された請求項１〜６のいずれかに記載のリピータ式切削工具。

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