(57)【要約】主切刃（３）と切刃端（４）と前切刃（６）を含み、フライス（１）の回転軸線（７）に対し平行、平滑かつ平らなワーク表面を切削可能なフライスに関する。各主切刃は、フライスの回転中に生ずる包絡面（９）の母線（８）が、切刃端に相当する区域（１０）に続き回転軸線への投影内で少なくとも１ｍｍの投影長（１７）を示す第１線分（１１）を持つ。第１線分と回転軸線の距離は、その始端での最小値から終端での最大値迄増加する。第１線分の各点の接線は、回転軸線に対する平行線と０〜５°の角度を成す。第１線分は、少なくとも１．５ｍｍの投影長（１８）を持つ第２線分（１２）に移行する。第２線分と回転軸線の距離は、その始端での最大値から、終端での最小値迄減少する。第２線分の各点の接線は、回転軸線に対する平行線と各々０°超、３°以下の角度（α２）を成す。第２線分の投影長は、第１線分のそれの少なくとも１．５倍の長さを持つ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々主切刃（３）と、選択的に平坦切刃部分（５）が隣接する切刃端（４）と、前切刃（６）からなり、切刃の幾何学形状をなす少なくとも１つの切刃部を備え、フライス（１）の回転軸線（７）に対し平行なワーク平滑表面を切削加工するためのフライス（１）において、フライス（１）の回転中に生ずる包絡面（９）の母線（８）が、互いに隣接して切刃端区域（１０）と第１線分（１１）と第２線分（１２）とを有し、その回転軸線（７）への投影において少なくとも１ｍｍの投影長（１７）を持つ第１線分（１１）が、回転軸線（７）から、切刃端に隣接する始端で最も小さな間隔を有し、第１線分（１１）の終端で最も大きな間隔を有し、第１線分（１１）の各点における接線が、回転軸線（７）の方向と各々、０〜５°の範囲の角度（α１）を成し、少なくとも１．５ｍｍの投影長（１８）を持つ第２線分（１２）が、回転軸線（７）から、第２線分（１２）の第１線分（１１）に隣接する始端で最も大きな間隔を有し、第２線分（１２）の終端で最も小さな間隔を有し、第２線分（１２）の各点における接線が、回転軸線（７）の方向と各々、終端に向かって連続して増大する、０°を超え、３°以下の範囲の角度（α２）を成し、第２線分（１２）の投影長（１８）が、第１線分（１１）の投影長（１７）の少なくとも１．５倍の大きさを有することを特徴とするフライス。
【請求項２】
切刃幾何学形状が、切刃端（４）に相応した区域（１０）並びに第１線分（１１）の投影長（１６、１７）の合計が、フライス（１）の切削加工に対して設定された切込み深さ（ａｐ）にほぼ相当することを特徴とする請求項１記載のフライス。
【請求項３】
第１線分（１１）の投影長（１７）が、第１線分（１１）と第２線分（１２）の投影長（１７、１８）の合計の２０〜３５％であることを特徴とする請求項１又は２記載のフライス。
【請求項４】
フライスが切刃端（４）に隣接する平坦切刃部分（５）を有し、この部分（５）が、フライス（１）の回転軸線（７）に対し９０°の角度を成して延びることを特徴とする請求項１から３の１つに記載のフライス。
【請求項５】
フライス（１）の切刃部が、締付け固定された反転形切刃板（２）の切刃先により形成されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載のフライス。
【請求項６】
第１線分（１１）と第２線分（１２）が円弧状に湾曲し、第１線分（１１）の湾曲半径が、或る範囲において主切刃（３）の全長の８〜１５倍に相当し、第２線分（１２）の湾曲半径が、或る範囲において主切刃（３）の全長の２０〜４０倍に相当することを特徴とする請求項５記載のフライス。
【請求項７】
第２線分（１２）に続いて第３線分（１３）が配置され、該線分（１３）の各点の接線が、回転軸線（７）に対する平行線と３°より大きな角度（α３）を成し、この角度（α３）が、第３線分（１３）の始端から終端迄連続して増大することを特徴とする請求項６記載のフライス。
【請求項８】
反転形切刃板（２）における個々の前切刃（６）と切刃端（４）と主切刃（３）が、少なくとも部分的に、反転形切刃板（２）の接触支持面に対し平行な共通平面上に位置し、該平面上に位置しない切刃先部分が、その共通平面から傾斜して形成されたことを特徴とする請求項５から７の１つに記載のフライス。
【請求項９】
個々の主切刃（３）および切刃端（４）に続く逃げ面が、側面図において互いに上下して位置する２つの領域（１４、１５）を有し、切刃端に直に隣接する領域（１４）が、その下側に位置する領域（１５）より小さな逃げ角を有することを特徴とする請求項５から８の１つに記載のフライス。
【請求項１０】
反転形切刃板（２）が、長い主切刃（３）と短い前切刃（６）とを備え、平行四辺形をなすことを特徴とする請求項５から９の１つに記載のフライス。
【請求項１１】
請求項１から１０の１つに記載のフライス（１）に利用されることを特徴とする反転形切刃板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々主切刃と、選択的に平坦切刃部分が隣接する切刃端と、前切刃とから構成された切刃幾何学形状を持つ少なくとも１つの切刃部を備えた、フライスの回転軸線に対して平行なワーク平滑表面を切削加工するためのフライスに関する。
【０００２】
かかるフライスは、例えば部品に大きな凹所を空ける切削加工時に用いられる。該フライスは、主切刃で凹所の側壁を切削加工し、凹所の底面は、切刃の幾何学形状が小さな場合は切刃端の端面側部分で、大きな場合は端面側で切刃端に隣接する補助的な平坦切刃で切削加工される。主切刃の全長に合わせて、切削加工時における最良の切込み深さが定まり、多数の貫通部の凹所は、列状に重なり合う一連の部分加工工程で形成される。
【０００３】
例えば欧州特許第０４８９７０２号明細書に、フライス加工にも使用される、完全に真っ直ぐな切刃先を持つ矩形の反転形切刃板(Wendeschneideplatte)が記載されている。その場合、フライスの回転中に生ずる包絡面の母線が直線なので、この種切刃の幾何学形状は、０°の軸方向迎え角で、切刃板受け座と反転形切刃板の製造公差を無視して、回転軸線に対し絶対的に平行に延びる平滑な側壁表面の製造を可能にする。しかし０°の軸方向迎え角は、通常主切刃が同時に完全に作用するため実際には実現できず、従って反転形切刃板は、実際には１〜１５°の所定の軸方向迎え角だけ傾斜させねばならない。この傾きに伴い、包絡面の母線はもはや直線ではなくて合成曲線であり、該曲線に伴い波状表面が生じ、その波の谷は、実際に非常に深く、詳しくは１００分の数ｍｍの大きさを持つ。更に波の山は急勾配をなし、尖っている。そのため感知できる筋溝を持つ表面が生じ、その表面に後で塗布した塗料は付着し難く、剥がれてしまう。
【０００４】
欧州特許第０５８７１０９号明細書は、切削加工用のほぼ正方形の反転形切刃板を開示する。該インサートの場合、各切刃先は、互いに連続する、異なった３つの部分を持つ。互いに連続し切刃端から出発する２つの切刃先部分は、ワークに凹所の側壁を切削加工する主切刃として働く。両切刃先部分は、反転形切刃板の組立位置においても、即ち工具本体における軸方向および半径方向の迎え角を考慮に入れて、全ての点が理想的に正確な円筒状包絡面上に位置し、包絡面を発生する母線が同様に正確な直線であるように形成されている。各切刃先の第３部分は、側壁の加工時にこの第３部分が自由になり、次の主切刃のために、切削加工済み凹所の底面を加工する平坦切刃として用いられる。
【０００５】
同様に正確な円筒状包絡面は、理論的には、欧州特許第０２３９０４５号明細書に開示のフライスで発生される。そのフライスの上述した特許明細書との幾つかの相違点は、反転形切刃板が細長い平行四辺形をなし、両側の長い切刃先だけが、大きな長さにわたり主切刃として利用されることにある。
【０００６】
後者の両特許明細書に応じた反転形切刃板の構造で、理論的には回転軸線に対し正確に平行な平滑平面が、有害な移行部なしに得られる。しかし実際には、反転形切刃板と工具本体の切刃板受け座における製造上の寸法偏差と切削過程中の工具の押し退け（ずれ）過程に伴い、その寸法偏差に応じ、凹所の側壁を切削加工する主切刃の始端部と終端部が、理論的に考慮された位置にもはや存在せず、その結果正確な円筒状包絡曲線が得られなくなる。このため加工済み表面に段差形状が生じ、更にその移行部は、著しく鋭角に尖って現れる。この結果そのような表面は、多くの場合、顧客の要求仕様に合わない。
【０００７】
本発明の課題は、フライスの回転軸線に対し平行な加工済みワーク表面が、同様の切削加工に利用された従来のフライスに比し小さな表面粗さを持ち、従ってかなり滑らかとなるような切刃の幾何学形状を持つフライスを提供することにある。
【０００８】
この課題は、本発明に基づき、フライスの回転中に生ずる包絡面の母線が、互いに隣接して切刃端区域と第１線分と第２線分を有し、その回転軸線への投影において少なくとも１ｍｍの投影長を持つ第１線分が、切刃端に隣接する始端で回転軸線から最小の間隔、第１線分の終端で最大の間隔を持ち、第１線分の各点での接線が、回転軸線の方向と各々０〜５°の角度（α１）を成し、少なくとも１．５ｍｍの投影長を持つ第２線分が、回転軸線から、第２線分の第１線分に隣接する始端で最大の間隔、第２線分の終端で最小の間隔を有し、第２線分の各点における接線が、回転軸線の方向と、各々終端に向かって連続的に増大する、０°を超え、３°以下の範囲の角度（α２）を成し、第２線分の投影長が、第１線分の投影長の少なくとも１．５倍の大きさを持つことで解決される。
【０００９】
フライス加工は、回転軸線を中心に回転する工具での切削加工である。切削過程で、ワークにフライスの回転対称の包絡面と一致する切削面が生ずる。切削面の形状と位置はフライスの母線にて定まり、母線は、実際に工具と接触する全切刃の合計又は回転フライスの全切刃部の合計により形成される。その母線の回転面がフライスの包絡面である。
【００１０】
本発明の基本的な考えは、フライスの包絡面の相応した母線が、回転軸線に対し平行な輪郭を持つ所望の理論的なワーク切削面の場合でも、フライスの直径を持ち実際には元来決して達成できない理想的な完全円筒状包絡面を発生せず、その代わりに、理想的な母線を形成する全点の幾つかしか、理想的な円筒面の仮想（理想）母線上に位置せず、他方で理想母線がその残りの過程で、本発明に基づき理想円筒面の仮想母線からずれているように、フライスの主切刃を前もって設計することにある。勿論、母線の第１線分の限られた終端範囲が、追加的に、該範囲が理想円筒面の仮想母線上に位置するよう、即ち真っ直ぐに形成されたフライスの実施態様も、本発明の範囲に含まれる。
【００１１】
そのように設計した場合、フライスは、母線の第１線分に相当する主切刃の部分で前切削（荒削り）加工をする。フライスを切込み深さ（ａｐ）だけ進めた際、母線の第２線分に相当する主切刃の部分が、前切削加工済みのワーク表面を平滑にする。
【００１２】
できるだけ平滑なワーク表面を得るべく、主切刃を本発明に基づき包絡面の理想母線がその後の経過で、理想円筒面の仮想母線からずれるとしても、できるだけ僅かになるよう設計することが重要である。その際、主切刃の製造上の寸法偏差の結果であろうとも、ワークの「追加切削」、即ち理想母線の全経過において、理想円筒の仮想包絡面からの母線の超過を確実に回避すべく考慮せねばならない。
【００１３】
理想円筒面の仮想母線からの、母線の第１線分の最大間隔が５μｍ〜１５μｍであり、理想円筒面の仮想母線からの、主切刃の切刃部位の終端における母線の第２線分の最大間隔が５〜３０μｍであると好ましい。
【００１４】
しかし本発明に基づき形成したフライスで発生する表面は波形をなし、絶対的に平滑ではない。ただ波の谷は、主切刃を従来のように形成したフライスの場合よりも飛躍的に浅い。波の谷が非常に浅いことで、波の山もそれに応じて鈍角となる。従って、相応して加工したワークの表面に着けた塗料層が良好に付着し、剥がれることがない。
【００１５】
本発明の実施態様に従う母線の個々の線分は、円弧、直線、楕円弧、即ち曲線又は直線状の各セグメントを連結した形で形成される。理想母線の切刃端で形成された区域は、小さな半径の円弧として非常に尖って又は大きな半径の円弧として非常に丸く形成される。しかし、個々の曲線又は直線状セグメントを連結した形にも形成できる。
【００１６】
切刃端区域並びに第１線分と第２線分との間での連続した移行は、直線的又は湾曲した線分として任意に形成でき、その際、尖った移行はできるだけ避けねばならない。
【００１７】
削り屑の排出を改善すべく、特に反転形切刃板を利用する場合、切刃には、本発明に基づくフライスの逃げ面上に、チップブレーカ（削り屑案内溝）が設けられる。
【００１８】
加工済み表面の最良の品質は、切刃端と主切刃の第１部分から形成される理想母線の回転軸線に関する広がり寸法である投影長が、合計してフライスの切削加工に対し設定された切込み深さ（ａｐ）に略相応するよう切刃の幾何学形状を設計することで達成される。
【００１９】
特に良好な表面品質を得るべく、別の実施態様では、第１線分の投影長が、第１線分と第２線分の投影長の合計の約２０〜３５％の範囲内にある。この範囲を、実際上１０％下回わってはならない。さもないと、表面品質が十分に改善されない。フライスが切刃端に隣接する平坦切刃部分を有し、該部分が、フライスの回転軸線に対し約９０°の角度を成して延びているとき、切削加工すべき凹所の底を十分に平らで広い面積に加工できる。
【００２０】
フライスが１つ又は複数の反転形切刃板を装備していると、特にフライスにおける本発明に基づく切刃部が有効に実現する。この結果、切刃部の摩耗に伴う再研摩を省き、フライスの特に高い経済性を達成できる。
【００２１】
本発明のフライスの特に有利な実施態様では、第１線分と第２線分が円弧状に湾曲し、第１線分の湾曲半径が或る範囲で主切刃の全長の８〜１５倍、第２線分のそれが或る範囲で主切刃の全長の２０〜４０倍に相当する。この範囲で、特に高い表面品質が生ずる。
【００２２】
また、第２線分に続く第３線分を置き、該線分の各点での接線が、回転軸線に対する平行線と３°以上の角度（α３）を成し、該角度（α３）が、第３部分の始端から終端迄連続して増大すると好ましい。この構成で、大きな切込み深さの場合でも、切刃幾何学形状の後端が追加切削加工されず、従って表面品質の悪化を余儀なくされることがない。
【００２３】
反転形切刃板において、個々の前切刃がその切刃端と主切刃の部分と共に、少なくとも主な長さ部分で、反転形切刃板の接触支持面に対し平行な共通平面上に位置し、場合により共通平面上に位置しない切刃先部分が、該平面から傾斜して形成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明に基づくフライスに対する反転形切刃板において、個々の切刃先と切刃端に続く逃げ面が、互いに上下して位置する２つの領域を有し、その際切刃先に直に隣接する領域が、その下側に位置する領域より小さな逃げ角を有すると好ましい。小さな逃げ角に伴い大きな刃物角が得られ、従って切刃先の追加的な安定が得られる。
【００２５】
反転形切刃板が、長い主切刃先と短い前切刃先とを備え、略平行四辺形に形成されていると、特に効果的な加工が行える。そのような反転形切刃板を備えたフライスにより、小さなフライス直径でも、良好な安定性を伴って大きな切込み深さが達成できる。更にそのような工具は、加工時に傾斜させて入れるのに適用される。
【００２６】
本発明に基づくフライスの優れた利点は、フライスの回転軸線に対し平行な方向におけるワーク表面の実際に得られる平滑度にある。後述する図７ａ〜７ｃに、本発明により得られる良好な品質のワーク表面を、上述した従来技術によるワーク表面と対比して示す。
【００２７】
以下、図を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２８】
図１と２は、本発明に基づくフライス（フライス削り用回転刃物）１を示す。該フライス１は、２つの反転形切刃板２を備えた棒軸形刃物として形成されている。それら反転形切刃板２は、フライス１の対応した収容部に、１０°の軸方向迎え角γｐで配置されている。図３の相応した反転形切刃板２は、長い主切刃３と短い前切刃６を備え、略平行四辺形に形成されている。個々の主切刃３と切刃端４に続く逃げ面は、各々上下に位置する領域１４、１５を備える。主切刃３と切刃端４に直に隣接する領域４は、その下側に位置する領域１５より小さな逃げ角を持つ。この結果、領域１４の刃物角が大きくなり、従って、切刃端の安定性が向上する。
【００２９】
図５は、種々の切刃部分を持つ反転形切刃板２を示す。該板は２つの切刃端４を有し、両切刃端４に、各々中央平坦切刃部分５が続く。切刃端４は他端が主切刃３に移行し、該主切刃３は前切刃６に続いている。各主切刃３は個々に主切刃部分１９〜２１を備える。
【００３０】
図４は、フライスに１０°の軸方向迎え角γｐで組み立てられた反転形切刃板２を、被加工ワーク２２の一部と共に示す。この図は、フライスの回転中に反転形切刃板２が描く包絡面９の一部も示す。完全な包絡面９の母線８を図６に著しく誇張して示している。母線８は、反転形切刃板２の切刃端４に相当する区域１０で始まる。該区域１０に、反転形切刃板２の主切刃部分１９に相当する第１線分１１が続く。この線分１１は、回転軸線７からの距離が始端で最小、終端で最大であり、その終点が理想円筒面の仮想母線８′上に位置するように延びている。線分１１は、反転形切刃板２の主切刃部分２０に相当する第２線分１２に移行している。該線分１２は、これが始めに回転軸線７から最も大きな間隔を有し、この線分１２の終端で最小値に減少するよう延びている。その際、第２線分１２は、その回転軸線７の方向での投影長１８が、この方向での第１線分１１の投影長１７の約１．５倍となっている。図中１６は、母線８における切刃端４に相当する区域１０の投影長である。加工済み表面の最良の品質は、それら投影長１６、１７、１８の合計が切削加工に対し設定された切込み深さａｐに略相当しているときに得られる。
【００３１】
図７ａ、７ｂは、各々従来の種々のフライスで加工したワーク表面、図７ｃは、本発明によるフライスで加工したワーク表面を、拡大して原理的に示す。各ワーク表面を部分的に示し、その際、フライスの回転軸線は断面内に位置している。図７ａのワーク表面は、例えば上述の欧州特許第０４８９７０２号明細書に相当する従来のフライスでの加工により得られる表面にほぼ相当している。波形表面は、一様に急勾配で上る斜面をなす波の山と、同時に深い谷を持つ。波の山の頂は非常に尖っている。図７ｂにおけるワーク表面は、例えば上述した欧州特許第０５８７１０９号明細書に相当する従来のフライスでの加工で得られる表面に略相当する。ここでは、波形表面は、その斜面が大きな範囲にわたり緩やかな勾配で上る波の山を持つ。しかし、その斜面は終端部で非常に急勾配で上昇し、従ってここでも波の山の頂は尖っている。本発明に基づくフライスで加工した図７ｃの表面は、それらと比べて非常に緩やかな勾配で上る低い波の山を有し、尖った頂は存在しない。そのような表面は、著しく平滑であり、特に塗料の塗布に対し適している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に基づくフライスの斜視図。
【図２】図１における本発明に基づくフライスの切刃部位の側面図。
【図３】図１および図２におけるフライスの反転形切刃板の拡大斜視図。
【図４】図１および図２におけるフライスの反転形切刃板の被加工ワークに関連した組立位置における原理図。
【図５】図４における反転形切刃板の原理的平面図。
【図６】図４に基づく反転形切刃板の回転によって生ずる包絡面の母線を著しく誇張して示す拡大図。
【図７ａ】従来におけるフライスで発生されたワーク表面の原理的拡大図。
【図７ｂ】従来における異なったフライスで発生されたワーク表面の原理的拡大図。
【図７ｃ】本発明に基づくフライスで発生されたワーク表面の原理的拡大図。
【符号の説明】
【００３３】
１  フライス、２  反転形切刃板、３  主切刃、４  切刃端、５  平坦切刃部分、６  前切刃、７  回転軸線、８  母線、９  包絡面、１０  切刃端区域、１１  第１線分、１２  第２線分、１３  第３線分、１６  切刃端区域の投影長、１７  第１線分の投影長、１８  第２線分の投影長
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【国際調査報告】
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