(57)【要約】【課題】応力緩和部を備えたミリングカッターを提供する。【解決手段】ミリングカッターなどの切削工具が、工具本体と、切削インサートを受け入れる複数のポケットとを含む。各ポケットは下部支持面と、半径方向支持面と、軸方向支持面と、下部支持面および半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、ポケットの一端において第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部とを含む。第１応力緩和部は半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成される。第１応力緩和部によって機械加工作業の間、切削工具の引張応力が低減する。第２および第３応力緩和部が、第１コーナー緩和部および／または第２コーナー緩和部に形成されてもよい。【選択図】図１
2015000473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具であって
切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、半径方向支持面と、前記下部支持面および前記半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、前記ポケットの一端において前記第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、前記半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部とを含み、
前記第１応力緩和部によって機械加工作業の間、前記切削工具の引張応力が低減する、切削工具。
【請求項２】
前記第１応力緩和部の断面形状が円形である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記第１応力緩和部が半径Ｒ２で形成される、請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記第１応力緩和部が半径Ｒ１で形成される、請求項１に記載の切削工具。
【請求項５】
軸方向支持面と、前記下部支持面および前記軸方向支持面の間の第２コーナー緩和部とをさらに含む、請求項１に記載の切削工具。
【請求項６】
前記第２コーナー緩和部に形成された第２応力緩和部をさらに含み、前記第２応力緩和部が前記軸方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された、請求項５に記載の切削工具。
【請求項７】
前記第２応力緩和部の断面形状が円形である、請求項６に記載の切削工具。
【請求項８】
前記第２応力緩和部が半径Ｒ１で形成される、請求項６に記載の切削工具。
【請求項９】
前記第２応力緩和部が半径Ｒ３で形成される、請求項６に記載の切削工具。
【請求項１０】
前記ポケットの反対端部において前記第１コーナー緩和部に形成された第３応力緩和部をさらに含み、前記第３応力緩和部が前記半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１１】
前記第３応力緩和部の断面形状が円形である、請求項１０に記載の切削工具。
【請求項１２】
前記第３応力緩和部が半径Ｒ１で形成される、請求項１０に記載の切削工具。
【請求項１３】
前記第３応力緩和部が半径Ｒ３で形成される、請求項１０に記載の切削工具。
【請求項１４】
切削工具であって、
切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、半径方向支持面と、軸方向支持面と、前記下部支持面および前記半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、前記下部支持面および前記軸方向支持面の間の第２コーナー緩和部と、前記ポケットの一端において前記第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、前記半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部と、前記ポケットの別の端部において前記第２コーナー緩和部に形成された第２応力緩和部であって、前記軸方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第２応力緩和部とを含み、
前記第１および第２応力緩和部によって機械加工作業の間、前記切削工具の引張応力が低減する、切削工具。
【請求項１５】
前記第１および第２応力緩和部の断面形状が円形である、請求項１４に記載の切削工具。
【請求項１６】
前記第１応力緩和部が半径Ｒ２で形成され、前記第２応力緩和部が半径Ｒ３で形成される、請求項１４に記載の切削工具。
【請求項１７】
前記第１および第２応力緩和部が半径Ｒ１で形成される、請求項１４に記載の切削工具。
【請求項１８】
切削工具であって、
切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、半径方向支持面と、前記下部支持面および前記半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、前記ポケットの一端において前記第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、前記半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部と、前記ポケットの反対端部において前記第１コーナー緩和部に形成された第３応力緩和部であって、前記半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第３応力緩和部とを含み、
前記第１および第３応力緩和部によって機械加工作業の間、切削工具の引張応力が低減する、切削工具。
【請求項１９】
前記第１および第３応力緩和部の断面形状が円形である、請求項１８に記載の切削工具。
【請求項２０】
前記第１応力緩和部が半径Ｒ２で形成され、前記第３応力緩和部が半径Ｒ３で形成される、請求項１７に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ミリングカッターなどの切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリングカッターなどの切削工具は、複数の切刃を有する、円筒、円錐、成形またはディスク形状の回転可能な工具である。そのようなカッターは、単円筒型側フライス、正面フライスおよびエンドミル、総形フライス、ならびに標準および特別成形された外形のカッターなど、多くの形状のものがある。
【０００３】
工具の前端部に取り付けられた切削インサートを使用するエンドミルが、当技術分野で知られている。エンドミルは、取り付けられた切削インサートの構造に依存して、いくつかの種類の用途で、使用することができる。切削インサートは、側フライスでは外周切刃を、正面フライスでは正面切刃を、および各種倣い削り用途では、いわゆる「ボールノーズ」エンドミルの湾曲切刃を提示し得る。４溝のミルがおそらくもっとも一般的だが、２、３または６溝も広く使用されている。エンドミルは、多様なフライス作業を実行可能であるため、およびそのカッターの初期費用が高くないため、よく使用されている。円筒以外の形状も一般に使用されている。シャンクは平行またはテーパ状であってよく、必ずしもカッター刃の直径と等しい必要はない。
【０００４】
一般にエンドミルが作動するとき、機械加工力がカッターの一端に対してかけられる。得られるモーメントは、カッターシャンクをしっかり把持する工具ホルダによって抵抗される。カッターが回転するにつれモーメントの方向が連続的に変化するという事実を無視して、カッターは片持ち梁として応力を受けていると考えることができる。
【０００５】
上で考察した応力の問題は、工具破損につながり得る疲労を回避することに関連付けられるが、正確性および表面仕上げを改善するため、および振動と騒音を低減するため、なおも重要なのは、工具の撓みを最小化するための要件である。曲げモーメントは、カッターの回転とともに、完全に反転される応力状態（交互の引張および圧縮応力）をもたらし、それは疲労にとって致命的な状態である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、知られている切削工具の制限を克服し、かつ切削工具の全体的な応力を低減または排除できる改善された切削工具が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、引張応力を大幅に低減し、それにより工具安全性および工具寿命を改善する、半径方向支持面の高応力領域に隣接して位置付けられるポケット特徴部を提供することによって、従来の切削工具に関連する高応力の問題を解決した。
【０００８】
一態様において、切削工具は、切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、半径方向支持面と、下部支持面および半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、ポケットの一端において第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部とを含み、第１応力緩和部によって機械加工作業の間、切削工具の引張応力が低減する。
【０００９】
別の態様において、切削工具は、切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、軸方向支持面と、半径方向支持面と、下部支持面および半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、下部支持面および軸方向支持面の間の第２コーナー緩和部と、ポケットの一端において第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部と、第２コーナー緩和部に形成された第２応力緩和部であって、軸方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第２応力緩和部とを含み、第１および第２応力緩和部によって機械加工作業の間、切削工具の引張応力が低減する。
【００１０】
さらに別の態様において、切削工具は、切削インサートを受け入れる複数のポケットを含む工具本体を含み、各ポケットが下部支持面と、軸方向支持面と、半径方向支持面と、下部支持面および半径方向支持面の間の第１コーナー緩和部と、ポケットの一端において第１コーナー緩和部に形成された第１応力緩和部であって、半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第１応力緩和部と、ポケットの反対端部において第１コーナー緩和部に形成された第３応力緩和部であって、半径方向支持面と平行な面に対してある角度で形成された第３応力緩和部とを含み、第１および第３応力緩和部によって機械加工作業の間、切削工具の引張応力が低減する。
【００１１】
本発明の様々な実施形態が示されるが、示される特定の実施形態は、請求項を限定するように解釈されるべきでない。本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および修正がなされてもよいことが見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による切削工具の等角図である。
【図２】図１の切削工具のポケットの拡大図であり、本発明の実施形態による応力を低減するための第１および第２応力緩和部を示す。
【図３】図２の線３−３に沿って取られたポケットの断面図である。
【図４】図１の切削工具のポケットの拡大図であり、本発明の別の実施形態による応力を低減するための第１および第３応力緩和部を示す。
【図５】図４の線５−５に沿って取られたポケットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面（類似の参照番号は類似の要素を示す）を参照すると、図１に全体的に示される切削工具１０は、概ね円筒型の工具本体１２を含み、工具本体１２は、その中心回転軸１４の周りで概ね半径方向に対称であり、切削先端部１５で終端する。示される実施形態では、切削工具１０はミリングカッターを含む。
【００１４】
工具本体１２は、それぞれ複数のポケット１８を中に支持する複数の溝１６を含むと好ましいが必ずしもその必要はない。ポケット１８は、軸１４に対して回転対称式に配置される。切削インサート（不図示）の少なくとも１つ（場合によりそれ以上）は、各ポケット１８に収容されかつ固定されるように構成されかつ寸法決めされる。本発明はポケット１８の数によって制限されず、また本発明は、工具本体１２の寸法に依存して、任意の所望数のポケット１８で実行することができることが留意される。
【００１５】
次に図２および３を参照すると、各ポケット１８は、軸１４に対してある角度（不図示）で存在し得る下部支持面２０を有する。ポケット１８はまた、半径方向支持面２２と、任意選択的な軸方向支持面２４とを含み、それらはそれぞれ、インサートがポケット１８に取り付けられたときその側壁の半径方向当接面および軸方向当接面を構成する。第１コーナー緩和部２６が、下部支持面２０と半径方向支持面２２との間に形成される。さらに、任意選択的な軸方向支持面２４が切削工具１０に設けられる場合、第２コーナー緩和部２７が、下部支持面２０と任意選択的な軸方向支持面２４との間に形成される。ねじ付きボア３６が下部支持面２０の中心を貫いて延び、またそれは下部支持面２０に対して実質的に垂直である。切削工具１０の組み立てられた状態で、各切削インサートは締付ねじ（不図示）によってポケット１８内に保持され、締付ねじは切削インサートの貫通穴を通過し、ポケット１８のねじ付きボア３６とねじ式に係合する。
【００１６】
次に図３を参照すると、本発明の一態様は、各コーナー緩和部２６、２７が応力緩和部とともに形成され、応力緩和部によりポケット１８の引張応力は低減し、それにより工具寿命が延びることである。詳細には、第１応力緩和部２８が第１コーナー緩和部２６に形成され、第２応力緩和部２９が第２コーナー緩和部２７に形成される。すなわち、第１応力緩和部２８は、下部支持面２０と半径方向支持面２２の間に形成され、第２応力緩和部２９は、下部支持面２０と軸方向支持面２４の間に形成される。
【００１７】
第１応力緩和部２８は、断面形状において実質的に円形を有する丸みのある本体交差部分であり、かつ半径方向支持面２２と平行な面３２に対して角度３０で形成される。角度３０は約０度〜約９０度の範囲内にあることができる。すなわち角度３０は、０度より大きいが、９０度より小さい。
【００１８】
図２に示されるように、第１応力緩和部２８は、工具本体１２の切削先端部１５との交差部分において、半径Ｒ１で形成される。半径Ｒ１は約１ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内にあることができる。例えば、半径Ｒ１は、約０．０４７インチ（約１．１９ｍｍ）であることができる。本発明は、第１応力緩和部２８の半径Ｒ１の大きさによって制限されず、第１応力緩和部２８の半径Ｒ１の大きさは、切削インサートの設計および他の要素に依存することが留意される。さらに第１応力緩和部２８はまた、図３に示されるように、第１コーナー緩和部２６との交差部分において、半径Ｒ２で形成される。半径Ｒ２は約１ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内にあることができる。
【００１９】
同様に、第２応力緩和部２９は、断面形状において実質的に円形を有する丸みのある本体交差部分であり、軸方向支持面２４と平行な面３３に対して角度３１で形成される。角度３１は約０度〜約９０度の範囲内にあることができる。すなわち角度３１は、０度より大きいが９０度より小さい。
【００２０】
第１応力緩和部２８と同様、第２応力緩和部２９は、工具本体１２の外周面との交差部分において、半径Ｒ１で形成される。さらに第２応力緩和部２９は、第２コーナー緩和部２７との交差部分において、半径Ｒ３で形成される。半径Ｒ３は約１ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内にあることができる。第２応力緩和部２９の角度３１は、第１応力緩和部２８の角度３０と同じまたは異なることができる。さらに第２応力緩和部２９の半径Ｒ３は、第１応力緩和部２８の半径Ｒ２と同じまたは異なることができる。
【００２１】
第１コーナー緩和部２６に形成される第１応力緩和部２８、および第２コーナー緩和部２７に形成される第２応力緩和部２９は、切削工具１０のポケット１８の引張応力を大幅に低減し、それにより工具寿命を延ばすという意外な結果をもたらすことが分かった。詳細には、本発明の応力緩和部２８、２９のない切削工具の従来の第１列ポケットの引張応力の有限要素解析（ＦＥＡ）は、コーナー緩和部２６で約１２４，２１０ｐｓｉの最大引張応力、およびコーナー緩和部２７で約１５７，９９０ｐｓｉの最大引張応力をもたらした。
【００２２】
対照的に、本発明の応力緩和部２８、２９のある切削工具１０の第１列ポケット１８の引張応力の有限要素解析は、応力緩和部２８で約８１，９０５ｐｓｉの最大引張応力、および応力緩和部２９で約７１，３４４ｐｓｉの最大引張応力をもたらした。換言すると、応力緩和部２８、２９は、最大引張応力を、コーナー緩和部２６で約３４％、コーナー緩和部２７で約５５％低減した。それは引張応力の大幅な低減である。
【００２３】
切削工具のポケットの第２および残りの列の同様の有限要素解析は、応力緩和部２８、２９のない従来のポケットと比較して、コーナー緩和部２７の最大引張応力において約２０％の低減、およびコーナー緩和部２６の最大引張応力において約２７％の低減をもたらした。
【００２４】
次に図４および５を参照すると、本発明の別の実施形態による応力緩和部を有するポケット１８が示されている。この実施形態では、第１応力緩和部２８は、下部支持面２０と半径方向支持面２２の間のポケット１８の一端でコーナー緩和部２６に形成されている。さらに第３応力緩和部３４が、ポケット１８の反対側端部において、下部支持面２０と半径方向支持面２２の間で、コーナー緩和部２６の反対側端部に形成されている。
【００２５】
上で言及したように、第１応力緩和部２８は、断面形状において実質的に円形を有する丸みのある本体交差部分であり、半径方向支持面２２と平行な面３２に対して角度３０で形成される。角度３０は約０度〜約９０度の範囲内にあることができる。すなわち角度３０は０度より大きいが、９０度より小さい。第１応力緩和部２８はまた、第１コーナー緩和部２６との交差部分で、半径Ｒ２で形成される。
【００２６】
同様に第３応力緩和部３４は、断面形状において実質的に円形を有する丸みのある本体交差部分であり、半径方向支持面２２と平行な面３２に対して角度３５で形成される。角度３５は約０度〜約９０度の範囲内にあることができる。すなわち角度３５は０度より大きいが、９０度より小さい。第１応力緩和部２８と同様に、第３応力緩和部３４は、第１コーナー緩和部２６との交差部分で、半径Ｒ３で形成される。半径Ｒ３は約１ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内にあることができる。第３応力緩和部３４の角度３５は、第１応力緩和部２８の角度３０と同じまたは異なることができる。さらに第３応力緩和部３４の半径Ｒ３は、第１応力緩和部２８の半径Ｒ２と同じまたは異なることができる。
【００２７】
本発明は、第１および第３応力緩和部２８、３４が第１コーナー緩和部２６に形成され、および第２応力緩和部２９が第２コーナー緩和部２７に形成された状態で、またはそれらの任意の組み合わせで、実行することができることが留意される。
【００２８】
上に記載したように、応力緩和部２８、２９、３４は、本発明の応力緩和部を含まない従来の工具と比べて、切削工具１０の引張応力を大幅に低減し、それにより工具寿命を大幅に延ばすという意外な結果をもたらす。
【００２９】
本明細書中で特定した特許および他の文書は、本明細書中の参照により本明細書に組み込まれる。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様または実践の考慮から当業者に明らかになる。仕様および例は単なる例であり、本発明の範囲を限定するつもりはないことが意図される。本発明の真の範囲および趣旨は、以下の請求項によって示される。
【符号の説明】
【００３０】
１０  切削工具
１２  工具本体
１４  中心回転軸
１５  切削先端部
１６  溝
１８  ポケット
２０  下部支持面
２２  半径方向支持面
２４  軸方向支持面
２６  第１コーナー緩和部
２７  第２コーナー緩和部
２８  第１応力緩和部
２９  第２応力緩和部
３０  角度
３１  角度
３２  半径方向支持面と平行な面
３３  軸方向支持面と平行な面
３４  第３応力緩和部
３５  角度
３６  ねじ付きボア
【図１】
2015000473.tif 000003
【図２】
2015000473.tif 000004
【図３】
2015000473.tif 000005
【図４】
2015000473.tif 000006
【図５】
2015000473.tif 000007