(57)【要約】【課題】インサートを取付る操作のみによって、その切刃が所定の位置に高精度に配置できるとともに、加工中の切削抵抗によりインサートが変動することを抑制した刃先交換式球面カッタを提供する。【解決手段】回転中心軸線の回りに回転するカッタ本体の軸線方向を向く端面に形成されたインサート取付座に、円弧状切刃を有するインサートが着脱自在に装着された刃先交換式球面カッタにおいて、インサートの拘束面がカッタ取付座の取付座座面の２点およびインサートの内周側拘束面がカッタ取付座の内周側側面の１点の計３点で当接することを特徴とする刃先交換式球面カッタである。【選択図】図１
2009000789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸線Ｑの回りに回転するカッタ本体１の軸線方向を向く端面２に形成されたインサート取付座３に、円弧状切刃４を有するインサート５が着脱自在に装着された刃先交換式球面カッタにおいて、該インサート取付座３は径方向の取付座座面６、該軸線Ｑ方向の内周側の側面７、とからなり、該取付座座面６は２箇所の凸部を有し、該取付座座面６の幅をａ（ｍｍ）、該２箇所の凸部中心間の距離をｂ（ｍｍ）、としたとき、０．６≦（ｂ／ａ）≦０．９、であり、該内周側の側面７は１箇所の凸部を有し、該内周側の側面７の幅をｅ（ｍｍ）、端面から距離ｈ（ｍｍ）離れた位置に形成された該１箇所の凸部の幅をｆ（ｍｍ）、としたとき、０．１≦（ｆ／ｅ）≦０．５、０≦ｈ≦０．１ｅ、であり、該インサート５は円弧状切刃４と略同一半径の円弧を有する拘束面８によって該取付座座面６と当接し、該インサート５の内周側拘束面９によって該内周側の側面７と当接することを特徴とする刃先交換式球面カッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、被削材である加工対象物に球面状のザグリ部を形成するのに好適な刃先交換式球面カッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
刃先交換式球面カッタに関する技術が、特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４３３１６号公報
【特許文献２】特開２００６−６２００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明が解決しようとする課題は、インサートを取付る操作のみによって、その切刃が所定の位置に高精度に配置できるとともに、加工中の切削抵抗によりインサートが変動することを抑制した刃先交換式球面カッタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、回転中心軸線Ｑの回りに回転するカッタ本体１の軸線方向を向く端面２に形成されたインサート取付座３に、円弧状切刃４を有するインサート５が着脱自在に装着された刃先交換式球面カッタにおいて、該インサート取付座３は径方向の取付座座面６、該軸線Ｑ方向の内周側の側面７、とからなり、該取付座座面６は２箇所の凸部を有し、該取付座座面６の幅をａ（ｍｍ）、該２箇所の凸部中心間の距離をｂ（ｍｍ）、としたとき、０．６≦（ｂ／ａ）≦０．９、であり、該内周側の側面７は１箇所の凸部を有し、該内周側の側面７の幅をｅ（ｍｍ）、端面から距離ｈ（ｍｍ）離れた位置に形成された該１箇所の凸部の幅をｆ（ｍｍ）、としたとき、０．１≦（ｆ／ｅ）≦０．５、０≦ｈ≦０．１ｅ、であり、該インサート５は円弧状切刃４と略同一半径の円弧を有する拘束面８によって該取付座座面６と当接し、該インサート５の内周側拘束面９によって該内周側の側面７と当接することを特徴とする刃先交換式球面カッタである。上記の構成を採用することにより、インサートを取付る操作のみによって、その切刃が所定の位置に高精度に配置できるとともに、加工中の切削抵抗によりインサートが変動することを抑制した刃先交換式球面カッタを提供することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明は、インサートを取付る操作のみによって、その切刃が所定の位置に高精度に配置できるとともに、加工中の切削抵抗によりインサートが変動することを抑制した刃先交換式球面カッタを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明の刃先交換式球面カッタの実施形態の１例を図１から３に示す。球面カッタは、加工物の空洞部内周に球面状のザグリ部を形成するために用いられる。本実施形態における刃先交換式球面カッタは、回転中心軸線Ｑの回りに回転するカッタ本体１の軸線方向を向く端面２に形成されたインサート取付座３に、径方向の取付座座面６、該軸線Ｑ方向の内周側の側面７、が形成され、このインサート取付座３に円弧状切刃４を有するインサート５が着脱自在に装着されている。径方向の取付座座面６には、取付座座面の略両端に内周側凸部１０と外周側凸部１１を有している。また、取付座座面６の両端には夫々内周側逃げ部１２、外周側逃げ部１３を設けている。該軸線Ｑ方向の内周側の側面７には、端面２の近傍に凸部１４を有している。
本願発明の刃先交換式球面カッタのインサート取付状態の１例を、図４に示す。インサートの円弧状切刃４は、回転中心軸線上の点Ｐを中心とした円弧Ｒと一致させることが理想の取付状態である。インサート５の拘束面８は、取付座座面６の内周側凸部１０と外周側凸部１１の２箇所、これに加えて、インサート５の内周側拘束面９は内周側側面７の凸部１４の１箇所で当接している。即ち、インサート５の拘束面８、９は、合計３箇所の位置で当接している。
本願発明の刃先交換式球面カッタは、図５に示すように取付座座面６に各凸部を形成している。逃げ部１０、１１を除いた取付座座面６の幅をａ（ｍｍ）、凸部１０、１１の２箇所の凸部中心間の距離をｂ（ｍｍ）、凸部の幅をｃ（ｍｍ）、凸部の高さをｄ（ｍｍ）としている。逃げ部１０を除いた内周側の側面７の幅をｅ（ｍｍ）、端面から距離ｈ（ｍｍ）離れた位置に形成された１箇所の凸部の幅をｆ（ｍｍ）、高さをｇ（ｍｍ）としている。そこで本願発明の球面カッタは、０．６≦（ｂ／ａ）≦０．９、とすることが大切である。（ｂ／ａ）値が０．６未満の場合、取付精度が高精度に配置された場合でも加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じる。この理由は、取付座座面６に内周側凸部１０、外周側凸部１１の位置が接近することで、インサート拘束面６の両端にある内周側逃げ部１２、外周側逃げ部１３に大きな間隙が生じて、インサートの変動が発生しやすいという不都合があるためである。一方、（ｂ／ａ）値が０．９を超えて大きい場合、カッタの耐久性に不都合が生じる。この理由は、凸部１０、１１が離れることによって、拘束面８と各凸部１０、１１との接触面積は減少し、点接触に近い状態となる。このため、取付精度は向上する利点があるものの、各凸部の幅は小さくなり、加工中の切削抵抗を受けた際に凸部の摩滅もしくは変形が発生して、カッタの耐久性に不都合が生じるからである。更に、０．１≦（ｆ／ｅ）≦０．５、０≦ｈ≦０．１ｅ、とすることが大切である。これは、（ｆ／ｅ）値が０．１未満の場合、カッタの耐久性に不都合が生じる。この理由は、凸部の幅は小さく点接触に近い状態となり、加工中の切削抵抗を受けた際に凸部の摩滅もしくは変形が発生するためである。（ｆ／ｅ）値が０．５を超えて大きい場合、取付精度にばらつきが生じやすく、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じる。この理由は、凸部の幅が大きくなることにより、当接位置が安定せず、インサート内周側拘束面９と内周側の側面７の凸部との間に間隙が生じるためである。更に、ｈ値が０≦ｈ≦０．１ｅ、の範囲にあると、凸部がカッタ本体の端面に近い位置、即ち円弧状切刃４に近い位置に配置されるため、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が抑制されるという有利点がある。カッタ本体の製造時に発生したバリを除去、若しくはカッタ剛性を向上するため、面取り加工を施すことが多いが、本願発明の狙いからｈ値は上記範囲内であることが大切である。一方、ｈ値が０．１ｅを超えて大きくなると、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じる。この理由は、インサート内周側拘束面９と内周側の側面７の凸部との当接位置が円弧状切刃４から遠い位置に配置され、円弧状切刃側の当接位置に間隙が生じた状態と同様となるからである。
【０００８】
本願発明におけるインサートのクランプ駒による固定状態について、好ましい形態の１例を図６に示す。刃先交換式球面カッタのインサート５はクランプ駒１５を介し、クランプ駒固定用ネジ１６を締め付けることにより固定する。ネジ１６は、インサートを内周側に締め付けるようにするため、右勝手のインサートには締付方向を矢印Ａとなる右ネジを用い、左勝手のインサートには締付方向を矢印Ｂとなる左ネジを採用することが好ましい。これによって、インサートを取付る操作のみによって、インサートを３箇所の凸部に確実に当接させて拘束し、所定の位置に配置でき、刃先位置の微調整など、特段の作業を施す事無く、高精度で装着することができるため、好ましい。また、図７に示すように、インサートの上面にクランプ傾斜溝１８を設け、クランプ駒１５は取付時に傾斜溝１８に接していることが好ましい。これにより、インサートの拘束面８はカッタ取付座の座面６の内周側凸部１０、外周側凸部１１に当接することができる。また、傾斜溝１８がインサートを引き込む方向の力として作用し、クサビの機能を有するため、加工中の切削抵抗によるインサートが変動し、抜け出る方向に動くことを抑制し、高精度で加工することができる。
【実施例】
【０００９】
本願発明の刃先交換式球面カッタとして、インサート取付座の各凸部の配置を変えた本発明例１〜１５を製作した。また、取付座に設置された３箇所の凸部による当接の効果を明らかにするために、径方向の取付座座面に２箇所の凸部を設けた比較例１６、軸線方向の内周側の側面に１箇所の凸部を設けた比較例１７、凸部無しの従来例２３を製作した。製作した球面カッタの諸元を表１に示した。
【００１０】
【表１】
2009000789.tif 000003
【００１１】
カッタ本体に装着したインサートの切刃の取付精度測定は、例えばヘリチェック測定装置（ワルター社製、ボールエンドミルＲ測定機）で行うことができる。この測定は、マスターとなるインサートを製作したカッタに各５回ずつ取付け、図８に示すように、球面カッタの設計値である円弧状切刃の回転軌跡となる球面半径Ｒに対するインサートの円弧状切刃のずれ量、即ち形状誤差ｉ（ｍｍ）を測定した。そのｉ値の最大値を表２に示した。
【００１２】
【表２】
2009000789.tif 000004
【００１３】
また、加工中の切削抵抗によるインサートの変動に起因する加工精度のばらつきを抑制する効果を確認するため、被削材を５個加工した後に再度ｉ値を測定し、加工の前後に於けるｉ値の最大値を比較し判定した。このときの判定基準は、加工前、加工後のｉ値の最大値が０．０１５ｍｍ以上を不可として×印、０．０１５ｍｍ未満を良として○印とし、特に０．００５ｍｍ以下のものを優として◎印として表２に示した。
表１、２より、０．６≦（ｂ／ａ）≦０．９、０．１≦（ｆ／ｅ）≦０．５、０≦ｈ≦０．１ｅ、を満たしている本発明例１〜１５は、加工前におけるｉ値の最大値は０．０１５ｍｍ以下と良好な結果であったのに対し、比較例１６のｉ値の最大値は０．０１６ｍｍ、比較例１７は０．０２１ｍｍ、従来例２３は０．０２６ｍｍと大きな値を示し、取付精度の劣化が確認された。取付状態の観察結果では、本発明例は何れも３箇所設けた凸部の当接位置が一定となっており、取付精度が良好であった。しかし、比較例、従来例は、インサートを取付る度に当接位置が異なり、取付精度が劣化した。また、加工後におけるｉ値の最大値を見ると、本願発明例１〜１５は全て０．０１５ｍｍ未満となり、○印又は◎印判定となった。更に、加工の前後に於けるｉ値の差についても、本発明例１〜１５は最大で０．００３ｍｍであったのに対し、比較例１６は０．００７ｍｍ、比較例１７は０．００５ｍｍ、従来例２３は０．０１２ｍｍであった。ｉ値の差は、加工中の切削抵抗によるインサートの変動の程度を表し、比較例、従来例はインサート拘束面とカッタ取付座との当接が確実でなかった。
（ｂ／ａ）値が０．６未満の０．５５を示す比較例１８は、取付精度が高精度に配置された場合でも加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じた。一方、（ｂ／ａ）値が０．９を超えて大きい０．９５を示す比較例１９は、凸部の幅が小さく加工中の切削抵抗を受けた際に凸部の摩滅、変形が発生してカッタの耐久性に不都合が生じた。（ｆ／ｅ）値が０．１未満の０．０８を示す比較例２０の場合、凸部の幅が小さく点接触に近い状態となり、加工中の切削抵抗を受けた際の凸部の摩滅、変形が発生してカッタの耐久性に不都合が生じた。一方、（ｆ／ｅ）値が０．５を超えて大きい０．５５を示す比較例２１の場合、凸部の幅が大きくなることにより、当接位置が安定しなかった。また、インサート内周側拘束面と凸部との領域に間隙が生じて、取付精度のばらつきが大きく、更に、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生するという不都合が生じた。また、ｅ値が５ｍｍ、ｈ値が０．６ｍｍであり、ｈ＞０．１ｅ、の範囲となった比較例２２の場合、凸部が円弧状切刃からに遠い位置に配置され、円弧状切刃側の当接位置に間隙が生じた状態となって、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じた。
【００１４】
本願発明において実施例として特に詳細を示さないが、取付座座面６の内周側凸部高さであるｄ値、内周側の側面７の凸部高さであるｇ値共に、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲で好ましい。ｄ値、ｇ値が共に０．０２ｍｍ未満の場合、カッタの耐久性に不都合が生じるため、好ましくない。その理由は、凸部が低いことから、加工中の切削抵抗を受けた際に凸部の摩滅もしくは変形が発生する際に、３位置による当接が実現できなくなるためである。ｄ、ｇ値が共に０．５ｍｍを超えて大きい場合、カッタの耐久性に不都合を生じる。その理由は、凸部高さが高すぎるとカッタ剛性の低下を招き、変形が発生しやすいためである。また、本願発明では、取付座座面６の凸部の幅比を示す（ｃ／ａ）値が、０．１から０．２の範囲で良好である。（ｃ／ａ）値が０．１未満の場合、カッタの耐久性に不都合が生じた。その理由は、凸部の幅は小さく点接触に近い状態となり、加工中の切削抵抗を受けた際に凸部の摩滅もしくは変形が発生するためである。一方、（ｃ／ａ）値が０．２を超えて大きい場合、加工中の切削抵抗によりインサートの変動が発生しやすいという不都合が生じた。その理由は、凸部の幅が大きくなるため、結果として凸部の配置を示す（ｂ／ａ）を大きくするからである。即ち凸部１０、１１が接近することと同様の状態となり、インサート拘束面８の両端に間隙が生じるためである。
【００１５】
図７、図９に示すように、インサートを取付座に固定する手段として、インサートの上面にクランプ傾斜溝１８を設けたものを製作した。傾斜角度ｊ（°）は、インサート底面と平行な面が傾斜溝面と交差する角度をｊ値とした。このｊ値を５°〜１５°の範囲で変化させた本発明例１２〜１４は、加工前後における取付誤差の差は０．００１ｍｍ以下であった。ｊ値を２°とした本発明例１５は、取付精度に対する加工前後の取付精度差は０．００３ｍｍ、クランプ傾斜溝の無い本発明例８は、０．００４ｍｍと大きくなる傾向を示した。これより、インサートの剛性を考慮した実用的なｊ値は、、５≦ｊ≦１５、が好ましい。ｊ値が小さいとインサートの抜け防止の効果は得ず、大きいとインサートの剛性の低下が懸念される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、球面カッタの正面図を示す。
【図２】図２は、球面カッタの側面図を示す。
【図３】図３は、球面カッタの取付座を示す。
【図４】図４は、球面カッタの取付状態を示す。
【図５】図５は、球面カッタの取付状態の詳細を示す。
【図６】図６は、球面カッタのクランプ駒による取付状態を示す。
【図７】図７は、球面カッタのクランプ駒による取付状態を示す。
【図８】図８は、球面カッタの取付精度の測定位置を示す。
【図９】図９は、インサートの断面図を示す。
【符号の説明】
【００１７】
１：カッタ本体
２：カッタ端面
３：インサート取付座
４：円弧状切刃
５：インサート
６：取付座座面
７：内周側の側面
８：インサート５の円弧を有する拘束面
９：インサート５の内周側拘束面
１０：取付座座面６の内周側凸部
１１：取付座座面６の外周側凸部
１２：取付座座面６の内周側逃げ部
１３：取付座座面６の外周側逃げ部
１４：内周側の側面７の凸部
１５：クランプ駒
１６：イクランプ駒固定用ネジ
１７：インサート（左勝手）
１８：クランプ傾斜溝
【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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