(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッター本体の外周部に周方向に配列するスローアウェイ式の複数のチップを有する溝加工用のサイドカッターにおいて、
カッター本体部に複数の左切刃用のチップと右切刃用のチップを周方向に不等配の刃先間隔で配列し、前記各チップには、切刃が延びる刃先を前記チップの厚さ方向に設けるともに、前記チップの刃先にネガティブのアキシャルレーキ角を少なくとも３０度以上に設定し、前記チップの厚さ方向と直角な側面をカッタ本体部で受け、幅方向と垂直な側面をチップロケータで受けるように前記チップをカッター本体に固定し、前記左右切刃用チップは、それぞれ対をなす外切刃用チップと内切刃用チップのチップからなり、それぞれ左右切刃用チップにおいて前後に隣り合う外切刃用チップと内切刃用チップ同士と、前後に隣り合う左外切刃用チップと右内切刃用チップ同士及び右外切刃用チップと左内切刃用チップ同士とでピッチの異なる刃先間隔を組み合わせ、多数のチップを不等配の刃先間隔で配列したことを特徴とするサイドカッター。
【請求項２】
前チップの刃先には、さらにスクイ角が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のサイドカッター。
【請求項３】
前記チップの刃先は、凸状に湾曲する凸刃形の切刃を有することを特徴とする請求項１または２に記載のサイドカッター
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スローアウェイ式のチップを有するサイドカッターに係り、特に、チップの刃先にアクシャル角を採用し、溝加工等を行う際に発生する切削振動や切削抵抗を抑制し、安定し尚且つ高能率の切削加工を可能とするサイドカッターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械で切削加工に用いられる工具には、バイト、エンドミル、サイドカッター等があり、このうち、効率の良い溝加工を行うにはサイドカッターによる加工が一般的である。エンドミルは、工具の自動交換を簡単に行えるという利点があり、マシニングセンタによる無人化した工程での溝加工に適した工具である。一方、サイドカッターは、チップの刃先にかかる負荷が大きいため、チップ刃損が多く無人加工は不可能であるが、高剛性な構造と高馬力のモータをもった工作機械では、他の工具によるよりもはるかに効率の高い溝加工を行うことが可能である。
【０００３】
従来の溝加工用のサイドカッターに用いられるチップには、材質の観点から分けると、ハイス鋼チップと超硬チップとがある。小型工作機械での比較的簡単な溝加工に使用されるサイドカッターにはハイス鋼チップが多く採用され、中・大型工作機械での溝加工に使用されるサイドカッターには、超硬チップが使用される。この種の超硬チップには、ロー付けタイプと、スローアウェイタイプがあり、現在は、超硬スローアウェイチップが主流となっている。この超硬スローアウェイチップでは、切屑対策に対応した刃形形状が工夫され、また、刃先寿命の向上を図るために多種のコーティングが施されている。
【０００４】
溝加工用のサイドカッターは、他のカッターと比較して本体の直径が大きく、小径のカッタと同じ切削速度を得るには低速レンジの使用となり、したがって、主軸の駆動機構における減速ギアの一歯あたりに対する抵抗が大きくなり、さらに、刃先がネガティブタイプである場合は特に大きな抵抗が発生する。
【０００５】
また、サイドカッターによる溝加工では、溝の深さによって多少異なるが、カッター１回転あたりに切削に関与する切削長がサイドカッター本体の外周長の約１／８と非常に短いという特徴がある。サイドカッターは、この短い１／８の切削長の中で加工するため、切削に関与している刃数が少なく、切削過程は断続切削となり、特に、切削開始時と切削終了時には１枚刃による切削となり、非常に大きな断続音が発生する。
【０００６】
そこで、図９に、従来のサイドカッタのうち、刃先のアキシャルレーキ角と、ラジアルレーキ角がともにネガティブ（負）に設定されたいわゆるネガネガタイプのサイドカッターのチップ刃先形状を示す。このネガネガタイプの刃型は、切刃の切れ味はポジティブタイプに比べて劣るが、過酷な切削に耐え刃先寿命が長いという特徴がある。
【０００７】
この図９において、図９（ａ）は、サイドカッターを半径方向から表わす図で、図９（ｂ）はサイドカッターを軸方向から表わす図である。１０はカッタ本体で、１２はスローアウェイ式のチップである。αがネガティブに取られているアキシャルレーキ角である。図９（ａ）に示すように、カッタ本体１０の外周部には、所定の間隔で切屑ポケット１１が形成されている。１２は、この切屑ポケット１１に隣接してチップ１２取付用の溝１３とチップロケータ１４取付用の溝１５が形成されている。チップ１２は、左切刃１６ａを構成するチップと、右切刃１６ｂを構成するチップとが交互に左右に振り分けられて周方向に配列されている。この図９のチップ１２は、１個のチップに４つの切刃が設けられ、一つのコーナで刃先幅を広く取れる方式のチップで、チップ押えネジ１６によりカッター本体１０に固定されている。このようなネガネガタイプのチップ刃先形状は、コンパクトでチップの経済性が良く、一般的に採用される方式であるが、切削抵抗が大きく工作機械の劣化を促進しがちである。
【０００８】
図１０は、チップ２０の刃先のアキシャルレーキ角αと、ラジアルレーキ角βがともにポジティブ（正）に設定されたいわゆるポジポジタイプの刃先形状を有するサイドカッターである。チップ２０は、切屑ポケット１１側でネジ２３により固定される楔２１と、チップ２０の背面側に配置したロケータ２２とで挟持するようにして取り付けられている。図１０（ａ）に示すように、チップ２０は、左切刃２０ａを構成するチップと右切刃２０ｂを構成するチップとが交互に左右に振り分けられて周方向に配列されているのは、ネガネガタイプと同様である。
このようなポジポジタイプ方式のチップ刃先形状は、ネガネガタイプに比べて刃先寿命は劣るが切れ味に優れている。
【０００９】
このような図９のネガネガタイプと、図１０のポジポジタイプは、使用環境や加工対象物の材質に応じて使い分けられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサイドカッターでは深い溝加工を可能とするために、切屑ポケット１１を大きく取っている。この切屑ポケット１１のスペースを確保する分だけ、チップ１２、２０の設定数が少なくなる。これに加えて、チップ１２の一刃の切刃幅が比較的広いため、左切刃１２ａと右切刃１２ｂ（チップ２０にあっては、左切刃２０ａ右切刃２０ｂ）とが重なり合う切刃ラップ幅Ａが比較的大きい。この切刃ラップ幅Ａがあることによって、設計的に切刃数をが少なくて済みカッターの製造コストを低減する利点がある反面、切削に関与する切刃が少なく不可避的に断続切削となり、抵抗や振動の増大により安定した切削が困難な場合がある。
【００１１】
また、図１０に示すように、アキシャル角度αを設けていることから、チップ２０に作用する切削抵抗の方向がカッター本体１０より外に外れることになるが、ロケータ２２のバックアップが弱い構造となっているため、大きな切削抵抗を受けるとロケータ２２が破損する場合がある。
【００１２】
さらに、ポジポジタイプの場合、図１０（ｂ）に示すように、切屑排出性との関係から、チップ２０の中心の下半分を楔２１とロケータ２２で挟んでクランプしている。このため、チップ２０に作用する切削抵抗により、ロケータ２２がくの字に微小変形しやすく、そのまま放置して切削を継続していくと、チップ２０の背面とロケータ２２の前面との間に微小隙間が発生しチップをバックアップ力が弱まり、断続切削による大きな切削抵抗を受けてチップ破損につながる。一度チップが破損すると、次の切刃にさらに大きな抵抗がかかって破損し、この現象は連鎖的に拡大していく。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、切削抵抗を少なくし、チップの刃先にかかる負担を低減し、刃先寿命を延ばし安定した切削を可能とするサイドカッターを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、カッター本体の外周部に周方向に配列するスローアウェイ式の複数のチップを有する溝加工用のサイドカッターにおいて、カッター本体部に複数の左切刃用のチップと右切刃用のチップを周方向に不等配の刃先間隔で配列し、前記各チップには、切刃が延びる刃先を前記チップの厚さ方向に設けるともに、前記チップの刃先にネガティブのアキシャルレーキ角を少なくとも３０度以上に設定し、前記チップの厚さ方向と直角な側面をカッタ本体部で受け、幅方向と垂直な側面をチップロケータで受けるように前記チップをカッター本体に固定し、前記左右切刃用チップは、それぞれ対をなす外切刃用チップと内切刃用チップのチップからなり、それぞれ左右切刃用チップにおいて前後に隣り合う外切刃用チップと内切刃用チップ同士と、前後に隣り合う左外切刃用チップと右内切刃用チップ同士及び右外切刃用チップと左内切刃用チップ同士とでピッチの異なる刃先間隔を組み合わせ、多数のチップを不等配の刃先間隔で配列したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、カッター本体部でチップにかかる切削抵抗の主分力を受けることができるので、チップロケータにかかる負荷を低減することができ、また、チップがチップ厚さ方向に切刃が設けられチップ幅方向がカッター本体部の周方向に向くように取り付けられていることから、切削抵抗の周方向分力を厚さ方向に比べてはるかに強度的に高い幅方向から受けることができるので、チップ強度を増強することができる。
【００１６】
また、チップの刃先には、３０度以上の大きなアキシャルレーキ角をもっていることが好ましく、これより、切削時に切削抵抗が徐々に増加し、切刃の刃全体で切削を開始するときにに切削抵抗が最大となるので、切削の開始とともに大きな切削抵抗が瞬間的に刃先に負荷せず、刃先への衝撃を緩和できるため、安定した切削とともに刃先破損を防止し工具寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるサイドカッターの一実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるサイドカッター３０を示す。図１（ａ）は、サイドカッター３０のカッター本体部３２の外周部におけるチップの配列を示す側面図、図１（ｂ）は、サイドカッター３０の平面図である。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、カッター本体部３０は、所定の厚みをもった円板状に形成され、その中心部には、ツールアーバ（図示せず）に同軸に位置決めするためにセンタリング穴３３が形成されている。工作機械の主軸とは、ツールアーバを介して取り付けられ、カッタークランプ穴３４に挿入されるボルトによって主軸に結合される。主軸の回転トルクは、トルク伝達キー３５を介してカッタ本体部３０に伝達される。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、カッター本体３０の外周部には、複数の溝が千鳥状に周方向に形成され、この溝に埋め込むようにして、次のようなスローアウェイ式のチップが取り付けられている。
【００２０】
スローアウェイ式のチップには、左刃用のチップと右刃用のチップがあり、これらは交互に互い違いに振り分けるようにして周方向に所定の間隔で順次配列されている。そして、この左刃用のチップとしては、左外切刃用チップ３６と左内切刃用チップ３７とが互いに対をなし、右刃用のチップとしては、右外切刃用チップ３８と右内切刃用チップ３９が互いに対をなすようになっている。
【００２１】
図２（ａ）は図１（ａ）の一部を拡大した図、図２（ｂ）は図１（ａ）の一部を拡大した図である。
【００２２】
カッター本体３２の外周部の左右両側には、それぞれ左外切刃用チップ３６、右外切刃用チップ３８をチップロケータ４０を介して取り付けるための第１のチップ取付溝４１が形成されている。左内切刃用チップ３７、右内切刃用チップ３９をチップロケータ４０を介して取り付けるための第２のチップ取付溝４２は、第１チップ取付溝４１と段差をもってカッター回転方向の前側に連続するように形成されており、切屑ポケット４５に通じている。
【００２３】
この実施形態では、各チップには矩形片形状のものが、チップロケータ４０にはＬ字形のものが用いられおり、このチップロケータ４０はチップの幅方向と垂直な２つの側面を受けて拘束できるように直角の角度をなす２つの拘束面４０ａ、４０ｂを有している。各チップ３６乃至３９がチップロケータ４０と組み合わされて全体として矩形状をなして第１チップ取付溝４１、第２チップ取付溝４２に嵌り合った状態では、各チップ３６内３９の厚さ方向と垂直な（幅方向の）最も広い側面をカッター本体３２が受け、チップロケータ４０の拘束面４０ａ、４０ｂが幅方向と垂直な側面を受けるようになっている。なお、各チップ３６乃至３９は、チップ押えネジ４３によって着脱可能に固定され、チップロケータ４０は、ロケータ押えネジ４４によって着脱可能に固定されている。
【００２４】
ここで、図３（ａ）は、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図で、左外切刃用チップ３６と左内切刃用チップ３７を示し、図３（ｂ）は、図２（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図であり、右外切刃用チップ３８と右内切刃用チップ３９を示す。
【００２５】
カッター本体３２の外周部の左側には、左外切刃用チップ３６と左内切刃用チップ３７が段差を付けてチップロケータ４０を介して配置され、同じく右側にも右外切刃用チップ３８と右内切刃用チップ３９が段差を付けてチップロケータ４０を介して配置されている。
【００２６】
このように左右両側に配置するチップ３６乃至３９の刃先では、切刃４６がチップ厚さ方向に延びるように設けられている。また、チップ３６乃至３９の各々の刃先には、横逃げ角γと縦逃げ角δが付けられている。
【００２７】
本発明によるサイドカッターでは、カッター本体部３２の外周部における切刃４６の周方向の配列間隔を次のようにしている。図２（ａ）に示すように、左刃において隣り合う左外切刃用チップ３６と左内切刃用チップ３７との間での刃先間隔をピッチＰ1とすると、右刃での隣合う右外切刃用チップ３８と右内切刃用チップ３９との間での刃先間隔は同じピッチＰ1に設定されている。一方、隣り合う左外切刃用チップ３６と、右内切刃用チップ３９との間での刃先の間隔は、Ｐ1と異なるピッチＰ2（Ｐ2＞Ｐ1）に設定されている。このように、前後に隣り合うチップ同士の刃先間隔について異なるピッチを組み合わせることで、多数の切刃４６の配列を不等配に設定し、切削中の共振を抑え、切削振動を防止するようにしている。なお、切削振動や切削音を抑えるには、刃先間隔のピッチが小さく切刃の数が多いほうが望ましいが、あまり切刃数が多いとカッターの製作コストが増大し、また切削抵抗が増大するというマイナス面がプラス面よりも大きくなるので好ましくない。
【００２８】
サイドカッター３０による溝加工では、カッター本体部３２が回転する間に実際の切削に関与している刃は、図１（ｂ）に示す切削長範囲にある切刃である。この切削長範囲は、溝の深さにより異なってくるが、通常はカッター本体部３２の外周長の約１／８程度である。安定した切削を維持するためには、この外周長の１／８という切削長範囲に常時何枚かの切刃が入り、切削に関与していることが必要であり、したがって、前記の刃先間隔のピッチは、切削長範囲に少なくとも左内外切刃用チップ３６、３７と右内外切刃用チップ３８、３９が一組はあるようにすることが好ましい。
【００２９】
本発明によるサイドカッター３０では、各々のチップ３６乃至３９は同一の刃先構成のスローアウェイチップが用いられている。そこで、スローアウェイチップ５０の単体としての形状を図４に詳細に示す。
【００３０】
この図４に示すように、１つのスローアウェイチップのチップ本体５０には、上下裏表でチップの向きを変えて使用できるように、その４つのコーナ部に切刃４６が形成されている。チップ本体の中央には、前述したチップ押えネジ４３を螺入するためのチップセット孔４９が穿孔されている。この場合、各コーナー部で厚さ方向に設けられている切刃４６には、ネガティブのアキシャルレーキ角αが大きな角度で設定されている。このアキシャルレーキ角αは、３０°以上であることが好ましい。なお、５２は、切刃４６に続くフラット幅で、チップ交換したときにチップロケータ４０に密着する切刃４６の側面を確保している。
【００３１】
図５は、図４におけるＣ−Ｃ断面を示す図である。チップ本体５０のコーナ部にはＲスクイ面４８が成されている。切刃４６は、Ｒスクイ面４８によって刃形形状をなして前記したアキシャルレーキ角αともに所定のスクイ角θが設定されている。更に、切刃４６の先端には、刃先保護のためにランド幅５１が設けられているとともに、切刃４６の両端部は刃形強度を高めるためにＲの刃形となっている。
次に、以上のように構成されるサイドカッターの切削作用について説明する。
図１において、サイドカッター３０は矢印で示す回転方向に回転すると、深さＤで幅Ｗの溝を工作物１００に切削していく。左内切刃用チップ３７と右内切刃用チップ３９で削られた切屑は、チップポケット４５に溜り、左外切刃用チップ３６と右外切刃用チップ３８で削られた切屑は、左内切刃用チップ３７と右内切刃用チップ３９の脇にある隙間に溜まっていく。
【００３２】
左右内外刃のチップ３６乃至３９は、刃先にネガティブの大きなアキシャルレーキ角αをもっているので、切削抵抗Ｆの作用する方向は、図２（ａ）に示されるように、カッター本体部３２側に向くことになる。切削抵抗Ｆを軸方向の分力Ｆaと周方向の分力Ｆbに分解して考えると、カッター本体部３２でチップ３６乃至３９にかかる切削抵抗Ｆの軸方向分力Ｆaを受けることができるので、チップロケータ４０にかかる負荷を低減することができ、チップロケータ４０の破損を防止できる。
【００３３】
また、チップ３６乃至３９は、チップ厚さ方向に切刃４６が設けられチップ幅方向がカッター本体部３２の周方向に向くように取り付けられていることから、切削抵抗Ｆの周方向分力Ｆbを厚さ方向に比べてはるかに強度的に高い幅方向から受けることができるので、チップ強度を増強することができる。しかも、チップ３６乃至３９の刃先構成を厚さ方向にとっていることにより、切刃４６の切削幅が狭いものとなり、その分だけ切刃４６への負担が低減する上に、大きなアキシャルレーキ角αにより切削幅を広げて抵抗を分散させているので刃先寿命を向上させることが可能となる。
【００３４】
次に、チップの刃先を合理的な刃先形状としたことによる切削作用について説明する。
図６は、チップ本体５０の切削作用のメカニズムを示す図である。サイドカッターが回転し、工作物が１刃あたりの所定の切込み量で送られると切刃４６は工作物に対して切削を開始する。まず、フラット幅５２にある刃先が最初に工作物に接触する。そして、切刃４６は、大きなアキシャルレーキ角αをもっているため、切刃４６の一端から他端に向かって徐々に工作物を切削する刃の範囲が増えていく。これにともない、切削抵抗も徐々に増大し、切刃４６の全体の刃が工作物にあたり切刃４６全体で切削を開始した時点で切削抵抗は最大となる。このように切削抵抗が徐々に増加し、切刃４６の刃全体で切削を開始するときにに切削抵抗が最大となるようにしているので、切削の開始とともに大きな切削抵抗が瞬間的に刃先に負荷しないことなる。したがって、切削振動を低減し、刃先への衝撃を緩和できるため、安定した切削とともに刃先破損を防止し工具寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
【００３５】
また、上記の刃先の大きなアキシャルレーキ角を設定した上で、スクイ角θを設定しているので、刃先にかかる切削抵抗を減少させる効果が倍増する利点がある。これは、スクイ角θを設けることで、刃先が工作物を押し切るだけでなく引き切る作用が付加されるからであり、切削抵抗をより減少させる。
【００３６】
第２実施形態
次に、本発明の第２の実施形態によるサイドカッターについて説明する。図７は、本発明の第２実施形態によるサイドカッターを示す。
第１実施形態によるサイドカッターでは左右それぞれに内刃と外刃を形成する４つのチップ３６乃至３９を一組として周方向に配列してあるのに対して、この第２実施形態では、左刃、右刃を形成する左切刃用チップ６０と、右切刃用チップ６０を一組として、これらが周方向に配列されている。このような第２実施形態によるサイドカッターは、溝の加工幅Ｗが比較的狭い溝加工に適用されるもので、それぞれ左切刃用チップ６０と右切刃用加工用チップ６１の厚さで溝の加工幅Ｗをカバーするようになっている。チップ単体としては、第１実施形態と同様のチップが用いられており、切刃４６には大きなネガティブのアキシャルレーキ角αが設定されている。
【００３７】
また、前後に隣りあう左切刃用チップ６０と右切刃用チップ６１のピッチ間隔は、一定ではなく、不等配に設定されている。この場合、右切刃用チップ６０とその前側に隣り合う左切刃用チップ６１との間のピッチ間隔Ｐ1と、後側に隣り合う左切刃用チップ６１との間のピッチ間隔Ｐ2とは異なっている。これにより、切削中に発生する共振を抑制し、安定した切削を行えるようにしている。
【００３８】
第３実施形態
図８は、本発明の第３の実施形態によるサイドカッター工具のスローアゥェイチップをそれぞれ４方向から示す図である。
このスローアゥェイチップでは、刃先に形成される切刃７０がチップの厚さ方向に形成され、大きなアキシャルレーキ角αとスクイ角θが設定されている刃先形状であるのは第１実施形態のチップと同様であるが、切刃７０として凸に湾曲する凸刃形を採用した点と、スクイ角θを形成するスクイ面７１を大きく面取りした点が異なる。図４のように直線刃形の切刃４６では、切屑が渦巻状にカール化して剛性が増大し大きな切削抵抗となる場合があるが、このような凸刃形の切刃７０では、切屑の形状がカール化せずに円弧形状となるため、剛性がなくなる。また、スクイ面７１のスペースを大きくとることで、切屑の切刃からの離れが良好になる。
【００３９】
さらに、チップ本体には、ニック７２Ａとニック７２Ｂとを持ったものを別々に設け、これらを交互にカッター本体３２に取り付けることにより、切屑を小さくすることができ、より切屑の排出性が良好になり、切屑ポケットの詰りを防止し、溝の仕上げ面の保護する上で効果的である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、切削抵抗を減少させるとともにチップの刃先に大きな切削抵抗が瞬間的に負荷しないようになっていることから、刃先寿命を大幅に伸ばすことができ、さらに、刃先やチップロケータへ負荷を低減して、サイドカッターの断続切削でも安定したスムーズな高能率の切削が可能となる。したがって、剛性の高い工作機械でなければ行えなった従来のサイドカッターによる深溝加工を平均的剛性の工作機械でより経済的に高い生産性で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるサイドカッターの第１実施形態を示す図で、図１（ａ）はカッター本体部の側面図、図１（ｂ）はカッター本体部の正面図。
【図２】  図２（ａ）は、図１（ａ）を拡大して示す図で、図２（ｂ）は図１（ｂ）を拡大して示す図。
【図３】  図３（ａ）は、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を示す図、図３（ｂ）は図２（ｂ）におけＢ−Ｂ断面を示す図。
【図４】  第１実施形態によるチップの単体の斜視図。
【図５】  図４におけるＣ−Ｃ断面を示す図。
【図６】  本発明によるサイドカッタの切削メカニズムを説明する図。
【図７】  本発明によるサイドカッターの第２実施形態を示す図。
【図８】  本発明によるサイドカッターの第３の実施形態によるチップをそれぞれ４方向から示す図。
【図９】  従来のネガネガタイプの刃先構成のサイドカッターを示す図。
【図１０】  従来のポジポジタイプの刃先構成のサイドカッターを示す図。
【符号の説明】
３０  サイドカッター
３２  カッター本体部
３６  左外切刃用チップ
３７  左内切刃用チップ
３８  右外切刃用チップ
３９  右内切刃用チップ
４０  チップロケータ
４５  チップポケット
４６  切刃
４８  スクイ面
α  アキシャルレーキ角
θ  スクイ角
【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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【図９】
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【図１０】
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