(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するワーク（１１６）の外周面に回転するフライス工具（１０）の底刃（１６ｃ）を接触させて、前記ワークの外周面を加工するフライス工具（１０）において、
工作機械の回転主軸に装着するシャンクを有する円筒状の工具本体（１２）と、
前記工具本体の先端面及び外周面に開口する複数の凹所（１４）にそれぞれ取り付ける切削インサート（１６）と、
前記各切削インサートの先端に形成され、前記工具本体の回転軸線（Ｏ）に垂直な所定長さ（Ｗｔ）を持った直線状の切れ刃（１６ｂ）を有する底刃（１６ｃ）と、
前記各切削インサートを前記工具本体の回転軸線方向に進退可能にすると共に、前記各切れ刃を半径方向に配向し、かつ、切れ刃の傾きを規制する、前記工具本体の凹所に形成されたＶ溝（１４ｂ）と、
前記各切削インサートに形成され、前記Ｖ溝に係合するＶ形凸部を有した五角形状のシャンク部（１６ａ）と、
前記Ｖ溝の直下に配設され前記各切削インサートを前記工具本体の回転軸線方向に位置決めし、複数の前記底刃の高さを一致させる高さ調節ねじ（１８）と、
前記工具本体の各凹所に設けられ、前記工具本体の内側へ押し込まれることによって、前記切削インサートのシャンク部を前記Ｖ溝へ押圧するくさび駒（２０）でなり、前記各切削インサートを前記工具本体に固定する固定機構と、
を具備することを特徴としたフライス工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを回転させつつ、その外周面を効率良く高品質に切削可能なフライス工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ワーク主軸に隣接してフライス主軸を有し、フライス主軸の先端に取り付けた工具をワークに対して揺動可能にした複合旋盤で用いる工具として複数の第１の切削インサートと、少なくとも１つの第２の切削インサートとを有し、最外周部が工具の回転軸線に対して円周上に位置するように第１の切削インサートを配置し、第２の切削インサートを第１の切削インサートの円周よりも外側に配置した工具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５２５９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の複合旋盤及び工具では、通常の旋削加工と同様に、回転するワークの円筒面に静止した第２の切削インサートのシングルポイントの切れ刃を押圧して該円筒面を切削するようになっているので、加工面には周方向に延びる螺旋溝が形成され、加工精度が高くても、多数のカスプが形成されてしまう。
【０００５】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、回転するワークの外周面を高い加工効率、高品質に切削可能なフライス工具を提供することを技術課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
また、本発明の他の特徴によれば、回転するワーク（１１６）の外周面に回転するフライス工具（１０）の底刃（１６ｃ）を接触させて、前記ワークの外周面を加工するフライス工具（１０）において、工作機械の回転主軸に装着するシャンクを有する円筒状の工具本体（１２）と、前記工具本体の先端面及び外周面に開口する複数の凹所（１４）にそれぞれ取り付ける切削インサート（１６）と、前記各切削インサートの先端に形成され、前記工具本体の回転軸線（Ｏ）に垂直な所定長さ（Ｗｔ）を持った直線状の切れ刃（１６ｂ）を有する底刃（１６ｃ）と、前記各切削インサートを前記工具本体の回転軸線方向に進退可能にすると共に、前記各切れ刃を半径方向に配向し、かつ、切れ刃の傾きを規制する、前記工具本体の凹所に形成されたＶ溝（１４ｂ）と、前記各切削インサートに形成され、前記Ｖ溝に係合するＶ形凸部を有した五角形状のシャンク部（１６ａ）と、前記Ｖ溝の直下に配設され前記各切削インサートを前記工具本体の回転軸線方向に位置決めし、複数の前記底刃の高さを一致させる高さ調節ねじ（１８）と、前記工具本体の各凹所に設けられ、前記工具本体の内側へ押し込まれることによって、前記切削インサートのシャンク部を前記Ｖ溝へ押圧するくさび駒（２０）でなり、前記各切削インサートを前記工具本体に固定する固定機構とを具備するフライス工具が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フライス工具の回転軸線がワークの回転軸線と交差しないように、フライス工具をワークに対してオフセット配置し、回転するワークの外周面に直線状の切れ刃を接触させて、ワークとフライス工具とをワークの母線に平行な工具経路に沿って相対移動させてワークの外周面を加工するようにしたため、あたかも幅広でフラットな切れ刃を有したバイトで高送りの旋削加工をしているのと同等の作用が得られ、従来の旋削加工に比べて高い加工効率を得ることが可能となる。
【０００９】
また、フライス工具は、その回転軸線に対して垂直な直線状の切れ刃（フラットな切れ刃）を有しており、該切れ刃がワークの加工面に接する平面内に配置されるので、従来の旋削加工のような加工面にカスプがまたは螺旋状の小さな溝が形成されることがない。
【００１０】
更に、本発明では、切れ刃が断続的にワークと係合して、該ワークの外周面を加工するので、常時、ワーク表面に切れ刃が係合している従来の旋削加工に比べ、加工中に発生する熱量が小さく、かつ、間欠的に空気やクーラントによる冷却を受けるため、加工熱に基づく切れ刃の損傷が小さくなる。しかも、断続切削のため切りくずが細かく分断されるので、旋削のような螺旋状の切りくずが絡み合うことがなく、切りくず処理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるフライス工具の略示斜視図である。
【図２】図１のフライス工具の切削インサートを斜め上から略接線方向に見た部分拡大図である。
【図３】図１のフライス工具のチップポケットの周辺を斜め上から略半径方向に見た部分拡大図である。
【図４】図１のフライス工具のチップポケットの周辺を上方から軸方向に見た部分拡大平面図である。
【図５】本発明を適用する工作機械の一例を示す側面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による切削加工方法、特にオフセット配置を説明する略図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態による切削加工方法、特にセンタ配置を説明する略図である。
【図８】オフセット量に対する加工幅の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図５を参照すると、本発明による切削加工方法を適用する工作機械の一例が図示されている。工作機械１００は、横形マシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の前方部分（図１では左側）の上面で前後方向またはＺ軸方向（図１では左右方向）に移動可能に設けられたＺ軸スライダ１１２、Ｚ軸スライダ１１２の上面で鉛直な軸線を中心としてＢ軸方向に回転送り可能に設けられワーク１１６が固定されるテーブル１１４、ベッド１０２の後端側（図１では右側）の上面で左右方向またはＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向）に移動可能に設けられたコラム１０４、該コラム１０４の前面で上下方向またはＹ軸方向に移動可能に設けられ、主軸１０８を水平な中心軸Ｏsを中心として回転可能に支持する主軸頭１０６を具備している。更に、工作機械１００は、コラム１０４をＸ軸方向に駆動するＸ軸送り装置（図示せず）、主軸頭１０６をＹ軸方向に駆動するＹ軸送り装置（図示せず）、及びＺ軸スライダ１１２をＺ軸方向に駆動するＺ軸送り装置（図示せず）を具備している。
【００１３】
主軸１０８の先端には、工具ホルダ１１０を介して、本発明の好ましい実施形態によるフライス工具１０が装着される。本実施形態では、工具ホルダ１１０が、フライス工具１０のシャンクを形成している。図１〜図４を参照すると、フライス工具１０は、シャンクとしての工具ホルダ１１０を挿入するための中心穴１２ａを有した略円筒状の工具本体としてのカッターボディ１２を具備している。カッターボディ１２は、中心軸線Ｏに関して周方向に等角度間隔に形成された複数の、図１の例では４つの凹所たるチップポケット１４を有している。チップポケット１４の各々には切削インサート１６が取り付けられる。
【００１４】
より詳細には、切削インサート１６は五角柱状の部材より成るシャンク部１６ａと、切れ刃１６ｂを有した切れ刃部１６ｃから成る。切れ刃部１６ｃは、例えば超硬合金、セラミックス、cBN焼結体等の材料から形成することができ、切れ刃１６ｂが五角柱状のシャンク部１６ａの長手方向に対して垂直となるようにシャンク部１６ａの先端に例えばロー付けのような適当な固定方法によって固定される。こうして、フライス工具１０は、工具ホルダ１１０と共に正面フライス工具を形成しており、切削インサート１６が中心軸線Ｏに垂直な直線状の切れ刃１６ｂを有した底刃を形成する。
【００１５】
また、カッターボディ１２のチップポケット１４（本実施の形態では４箇所）は、カッターボディ１２の一方の端面、図１〜図４では上面及びカッターボディ１２の外周面の双方に開口している。各チップポケット１４の周方向に互いに対面する側面１４ａ、１４ｃの一方１４ａには、切削インサート１６のシャンク部１６ａを受容するＶ溝１４ｂが形成されている。Ｖ溝１４ｂは、シャンク部１６ａにおいて切れ刃部１６ｃが固定される側面とは反対側の∨字形の２つの側面を受容する。∨溝１４ｂは、装着される切削インサート１６のシャンク部１６ａをカッターボディ１２の中心軸線Ｏの方向に規制すると共に、切れ刃１６ｂを半径方向に配向するように形成されている。他方の側面１４ｃは、カッターボディ１２の中心側が対面する側面１４ａに接近するように半径方向に対して傾斜している。
【００１６】
チップポケット１４には、更に、くさび駒２０が装着される。より詳細には、くさび駒２０は、Ｖ溝１４ｂに装着されたシャンク部１６ａと、該シャンク部１６ａに対面するチップポケット１４の側面１４ｃとの間に装着される。くさび駒２０は、カッターボディ１２の半径方向に延びるボルト２２によってチップポケット１４の半径方向内方へ押圧される。ボルト２２を締め付けることによって、くさび駒２０は半径方向内方へ押し込まれ、そのとき傾斜した側面１４ｃによって、周方向に切削インサート１６のシャンク部１６ａに押圧される。これによって、切削インサート１６のシャンク部１６ａがＶ溝１４ｂ内に押圧される。こうして切削インサート１６はチップポケット１４内に着脱可能に固定される。
【００１７】
チップポケット１４には、また、中心軸線Ｏ方向に延びる高さ調節ねじ１８が取り付けられている。高さ調節ねじ１８は、チップポケット１４の底面において∨溝１４ｂの直下に形成されたねじ穴に螺合される。高さ調節ねじ１８は、その頭部１８ａにおいて∨溝１４ｂに装着された切削インサート１６のシャンク部１６ａの下端面に当接することによって、切削インサート１６をカッターボディ１２の中心軸線Ｏ方向に支持する。高さ調節ねじ１８の頭部１８ａにはレンチ穴１８ｂが形成されており、工作機械１００のオペレーターが、レンチ穴１８ｂに棒状の適当なレンチまたはツール（図示せず）を挿入し、手操作によって高さ調節ねじ１８をねじ穴内で回転させることによって、切削インサート１６を図３の矢印ＵＤの方向に微動させ、切削インサート１６の高さ、つまり切れ刃１６ｂのカッターボディ１２に対する軸方向の位置を調節することができる。切れ刃１６ｂは、全ての切削インサート１６について同一の高さに調節される。
【００１８】
以下、図５〜図８を参照して、本実施形態の作用を説明する。
先ず、円筒状のワーク１１６が、図５〜図７に示すように、その中心がテーブル１１４のＢ軸方向の回転送りの回転軸線Ｏwと一致するように、テーブル１１４に取り付けられる。次いで、加工プログラムに従い、テーブル１１４及び主軸１０８が所定の回転速度で回転すると共に、工作機械１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置によって、フライス工具１０が所定の加工開始位置に移動する。この加工開始位置は、例えば、Ｘ軸方向にフライス工具１０の回転中心である主軸１０８の回転軸線Ｏsが、ワークの回転軸線Ｏw（Ｂ軸方向の回転送りの回転軸線）に対して所定の長さ（オフセット量）δ（図６参照）を以ってオフセットされた位置、Ｙ軸方向にワーク１１６よりも上方の位置、かつ、Ｚ軸方向に切れ刃１６ｂがワーク１１６の表面に対して所望の切込み量を以って係合する位置とすることができる。
【００１９】
加工開始位置から、フライス工具１０を図６の矢印Ｆで示すようにＹ軸方向に送り、ワーク１１６の外周面を切削加工する。このとき、フライス工具１０の切れ刃１６ｂは、Ｙ軸方向つまりワーク１１６の軸方向に長さ（加工幅）Ｗの範囲で係合する。ここで、図６に示す２つの同心円１２０、１２２は、回転軸線Ｏsを中心として旋回する切れ刃１６ｂの外縁と内縁が描く円である。加工幅Ｗは、ワーク１１６の回転軸線Ｏwが、２つの同心円１２０、１２２に対して形成する弦の長さの差分に等しくなり、オフセット量δによって変化する。
【００２０】
図８は、オフセット量δに対する加工幅Ｗの変化を示すグラフである。図８のグラフは、切れ刃１６ｂの長さＷtが５ｍｍで、フライス工具１０の工具径ｄ（切れ刃１６ｂの外縁が描く円の直径（図６、７では外側の円１２０の直径））が８０ｍｍの場合を示している。加工幅Ｗは、０≦δ≦（ｄ−Ｗt）／２の範囲では、ワーク１１６の回転軸線Ｏw（Ｂ軸の回転軸線）が２つの円１２０、１２２に対して形成する弦の長さの差分として、一般的に
Ｗ＝２（（ｄ／２）2−δ2）1/2−（（ｄ−Ｗt）／２）2−δ2）1/2）
で表すことができる。（ｄ−Ｗt）／２≦δ≦ｄ／２では、ワーク１１６の回転軸線Ｏwが外側の円１２０に対して形成する弦の長さとして
Ｗ＝２（（ｄ／２）2−δ2）1/2
となる。
【００２１】
オフセット量δ＝０は、主軸１０８の回転軸線Ｏsがワークの回転軸線Ｏwと交差するように主軸１０８が配置されている（図７）ことを示している。δ＝０では、切削幅Ｗは切れ刃１６ｂの長さＷt（図７ではＷt＝５ｍｍ）に等しくなる。切削幅Ｗは、δ＝０からδの増加と共に漸増し、δが工具径ｄの１／２から切れ刃１６ｂの長さＷt（図７ではＷt＝５ｍｍ）を減じた値となるとき最大となる。切削幅Ｗは、その後急激に減少して、オフセット量δが工具径の１／２になるとＷ＝０となり、フライス工具１０は切削できなくなる。なお、本明細書では、主軸１０８の回転軸線Ｏsがワークの回転軸線Ｏwに対してＸ軸方向（回転軸線Ｏs、Ｏwの双方に対して垂直な方向）にオフセットされた配置をオフセット配置、回転軸線Ｏsがワークの回転軸線Ｏwに交差する配置をセンタ配置と称する。
【００２２】
切削幅Ｗが最大となるとき、つまり、δが工具径ｄの１／２から切れ刃１６ｂの長さＷtを減じた値となるとき、フライス工具１０の回転軸線方向から見て（図６、７参照）、回転する切れ刃１６ｂの内縁が形成する円１２２にワーク１１６の回転軸線Ｏwが接し、このとき切削効率も最大となる。一方、破線で示すδ＝δ1よりもオフセット量δが大きくなると、切削幅Ｗが、δ＝０のときの切削幅Ｗである切れ刃１６ｂの長さＷtよりも小さくなり、フライス工具１０をオフセット配置する意味がなくなる。
【００２３】
また、フライス工具１０の回転軸線Ｏsの方向から見て、回転する切れ刃１６ｂの内縁が形成する円１２２の内側にワーク１１６の回転軸線Ｏwが配置される場合には、フライス工具１０が１回転する間に、切れ刃１６ｂがワーク１１６に２回係合する。一方、フライス工具１０の回転軸線方向から見て、切れ刃１６ｂの外縁と内縁が回転することによって形成される２つの同心円１２０、１２２の間に、ワーク１１６の回転軸線Ｏwが連続して配置されるようにオフセット量δを決定することによって、フライス工具１０が１回転する間に、切れ刃１６ｂがワーク１１６に１回だけ係合するようになる。
【００２４】
Ｙ軸方向の送りの終点、例えば図示する例では、切れ刃１６ｂがワーク１１６の下端部のフランジ部１１８に接する位置では、図６に示すように、フライス工具１０をワーク１１６に対してオフセットしたままでは切削できない領域ができる。このオフセット配置したフライス工具１０によって切削できない領域は、フライス工具１０をセンタ配置して加工することとなる。
【００２５】
以下、本実施形態による切削加工方法で円筒面を切削加工するのに要する時間を従来の旋削加工と比較する。
先ず、切削加工において、１ストロークに要する時間Ｔs、つまりワーク１１６が１回転するのに要する時間は以下の式にて与えられる。
Ｔs＝πＤ／Ｖ
ここで、
Ｄ：ワーク直径（ｍｍ）
Ｖ：切削速度（ｍ／min）
【００２６】
ワークが１回転する間の軸方向の送り量をＰ1（ｍｍ）としたとき、ストローク数Ｎは以下の式にて与えられる。
Ｎ＝Ｌ／Ｐ1
ここで、
Ｌ：ワークの軸方向長さ（加工面の軸方向長さ）（ｍｍ）
【００２７】
従って、ワークの円筒面を旋削加工するのに要する時間Ｔは以下の式にて与えられる。
Ｔ＝ＴsＮ＝（πＤ／Ｖ）（Ｌ／Ｐ1）＝πＤＬ／ＶＰ1
【００２８】
直径１００ｍｍ、軸方向長さ１５０ｍｍのワークを切削加工する場合の一般的な値として、Ｖ＝１０００ｍ／ｍｉｎ（主軸回転速度で約３０００ｍｉｎ-1）、Ｐ1＝０．２ｍｍとすると、Ｔ≒１４．１秒となる。
【００２９】
一方、本実施形態の切削加工方法では、工具は（Ｖ／πＤ）ｍｉｎ-1で回転しながら、１回転でＺＳ進むので、１ストロークに要する時間Ｔsは以下の式にて与えられる。
Ｔs＝（πＤ／Ｖ）／（（ｎＳ）／πｄ）＝π2Ｄｄ／ＶｎＳ
ここで、
ｎ：刃数
Ｓ：１刃当たりの送り量（ｍｍ）
【００３０】
ワークが１回転する間のワークの軸方向の送り量をＰ2とすると、ストローク数Ｎは以下の式にて与えられる。
Ｎ＝Ｌ／Ｐ2
従って、加工時間Ｔは以下の式にて与えられる。
Ｔ＝ＴsＮ＝（π2Ｄｄ／ＶＺＳ）（Ｌ／Ｐ2）＝π2ＤｄＬ／ＶＺＳＰ2
【００３１】
ここで、フライス工具１０につき、工具径ｄ＝８０ｍｍ、刃数４枚、オフセット量δ＝３５ｍｍとすると、ワークが１回転する間のワークの軸方向の送り量は、Ｐ2＝（（８０／２）2−（（８０−５×２）／２）2）1/2×２≒３８ｍｍとなる。すなわち、このときフライス工具１０とワーク１１６との接触幅Ｗmは約３８ｍｍである。
【００３２】
また、加工条件としてＶ＝１０００ｍ／ｍｉｎ（主軸回転速度で約４０００ｍｉｎ-1）、Ｓ＝０．５ｍｍ（主軸１０８の回転速度４０００ｍｉｎ-1）、Ｂ軸の回転速度を約２５ｍｉｎ-1とすると、Ｔ≒９．４秒となる。但し、ワーク１１６が、図６、７に示すようなフランジ部１１８を有しているような場合には、オフセット配置では加工できない領域が生じるので、フライス工具１０をオフセット配置からセンタ配置に移動させつつ、未加工領域を更に切削加工するのに要する時間が必要となる。つまり、ワーク１１６を更に１周分加工する時間として、Ｔ′＝π2Ｄｄ／ＶＺＳ≒２．４秒を加えた計１１．８秒必要となるが、本実施形態による切削加工方法は、従来の旋削加工よりも短時間でワークの円筒面を加工することが可能となる。これは、あたかも刃幅３８ｍｍのバイトで、ワーク１回転当たり３８ｍｍの送り量で高送り加工していると見なすことができ、加工効率の高い切削加工が実現できる。
【００３３】
また、既述したように、切削インサート１６は、フライス工具１０の中心軸線Ｏ、つまり主軸１０８の回転軸線Ｏsに対して垂直な直線状の切れ刃１６ｂを有しており、該切れ刃１６ｂがワーク１１６の加工面に接する平面内に配置されるので、従来の旋削加工のような加工面にカスプがまたは螺旋状の小さな溝が形成されることがない。旋削用のバイトの刃先は、ノーズ半径（通常１ｍｍ以下）を以って尖った形状をしており、この刃先がワーク１回転当たり０．２ｍｍの送り量で送られるので、ワーク外周面には０．２ｍｍピッチのカスプまたは螺旋溝が形成される。本発明では、直線状の切れ刃１６ｂのおかげで、このカスプまたは螺旋溝が形成されず、加工面品質が向上する。しかも、オフセット配置からセンタ配置に変更した部分にも段差は生じない。従来のフライス工具の底刃の刃先は、ノーズ半径を以って尖った形状をしている（回転軸線に垂直な直線状の切れ刃を有していない）。また、２枚刃以上の多刃の場合、刃先の高さを揃える機構がなかった。よって、ターンミリング（旋削フライス削り）した場合、加工面にカスプや段差が生じていた。本発明のフライス工具によれば、回転軸線に垂直な直線状の切れ刃を有する底刃、旋削インサートを規制するＶ溝構造、旋削インサートの高さ調節ねじ、くさび駒の協働作用によって、高品質な加工面を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、４つの切れ刃１６ｂが断続的にワーク１１６と係合してワーク１１６の外周面を加工するので、常時、ワーク表面に切れ刃が係合している従来の旋削加工に比べ、本実施形態では、個々の切れ刃１６ｂでは、加工中に発生する熱量が小さく、かつ、間欠的に冷却を受けるため、加工熱に基づく切れ刃１６ｂの損傷が小さくなる。また、上述のように、切りくず処理が容易になる。
【００３５】
既述の実施形態では、ワーク１１６を回転させつつ、フライス工具１０をＹ軸方向に送ることによって、ワーク１１６の外周面を円筒形状に加工するようになっている。この場合、Ｙ軸方向はワーク１１６の外周面の母線に平行な方向となっている。ここで、母線は、回転体をその中心軸線を含む平面で切断したときの回転体の外周面と平面との間の交線である。
【００３６】
本発明は、このような円筒面を切削加工する場合に限定されず、例えば、円錐面やカムの外周面を加工する場合にも適用することが可能である。本発明の切削加工方法及びフライス工具を用いることによって、旋削主軸を有さないマシニングセンタで、従来の旋盤以上の加工効率及び加工面品質で、回転するワークの外周面の切削加工が行える。
【符号の説明】
【００３７】
１０    フライス工具
１２    カッターボディ
１４    チップポケット
１６    切削インサート
１６ｂ    切れ刃
１８    高さ調節ねじ
２０    くさび駒
２２    ボルト
１００    工作機械
１０８    主軸
１１０    工具ホルダ
１１４    テーブル
１１６    ワーク
【要約】
【課題】回転するワークの外周面を回転するフライス工具を用いて高い加工効率、高品質で切削加工する。
【解決手段】回転軸線Ｏに垂直な直線状の切れ刃１６ｂを有したフライス工具１０を回転させ、フライス工具１０の回転軸線Ｏがワーク１１６の回転軸線Ｏwと交差しないように、フライス工具１０をワーク１１６に対してオフセット配置し、回転するワーク１１６の外周面にフライス工具１０の底刃１６ｃを接触させて、ワーク１１６とフライス工具１０とをワーク１１６の母線に平行な工具経路に沿って相対移動させてワーク１０の外周面を加工する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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