(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被切削部材と接する先端面が平坦に形成され、かつ上記先端面の中心を通り先端面に垂直な軸を中心として回転するとともに、先端部外周にチップ取付部を有するカッタ本体と、
上記カッタ本体のチップ取付部に着脱自在に取付けられ、上記被切削部材を切削する切刃を有するとともに、上記切刃が上記先端面と上記先端部外周とにわたり上記カッタ本体の回転方向に面するチップと、を具備する高速切削用回転工具において、
上記カッタ本体のチップ取付部に、上記カッタ本体の回転方向の背面側に凹に形成された係合部を設け、
上記チップに、上記係合部に係合する凸部と、上記カッタ本体の回転方向側と背面側とを連通する穴とを設け、
上記カッタ本体のうち上記チップの穴と対応する位置にねじ孔を設け、
上記チップの凸部を上記チップ取付部の係合部に係合させて、上記カッタ本体の回転時に上記チップに作用する遠心力を支えるようにした状態で、上記チップの穴を通り上記ねじ孔に螺合する締付手段によって上記チップを上記カッタ本体に固定するとともに、
上記チップの上記回転方向に面するすくい面と上記回転方向の法線とのなす角を、上記法線から上記回転方向と反対方向でかつ１０度〜４５度の範囲とし、
上記すくい面と上記軸とのなす角を１５度〜３０度の範囲としたことを特徴とする高速切削用回転工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタ本体の先端にチップを設け、軸方向切削及び横送り切削を行うことができる高速切削用回転工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、航空機などに用いられるジュラルミンの加工においては、種々の切削用回転工具が用いられている。しかし、現在、ジュラルミンの加工においては例えば切削速度が３０００ｍ／ｍｉｎ〜１００００ｍ／ｍｉｎの範囲の高速切削加工が増加する傾向があり、これに伴いますます切削用回転工具の回転速度が高速化する傾向にある。
【０００３】
切削用回転工具は、被切削部材を切削する切刃を有するチップを機械的な結合手段によって工具本体に着脱自在に固定した所謂スローアウェイ式カッタや、ろう付によって工具本体に固定したものが知られている。
【０００４】
上述したスローアウェイ式カッタは、ろう付によってチップを固定した工具にくらべ、チップを交換する際の刃先位置の変動が少なく、交換時間も短いため、広く用いられている。
【０００５】
スローアウェイ式カッタは、実開平５−７４７２７号公報に示されているようにねじ等によってチップ等をカッタ本体に固定したものや、実公平６−２１６１４号公報に示されているようにカッタ本体に固定されるくさび部材によってチップをカッタ本体に押圧して固定したものや、実開平４−７６３１３号公報に示されているようにカッタ本体に固定される押え金具によってチップをカッタ本体に押圧して固定したものが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
実開平５−７４７２７号公報に示されているスローアウェイ式カッタは、ねじのねじ山が略チップに作用する遠心力の方向に沿って設けられている。このため、上述した高速切削加工に伴う回転速度では、空転時等の遠心力等によってねじが破損しやすく、チップ等が飛散する恐れがあり、作業者等に対する安全性に改善の余地があった。
【０００７】
また、実公平６−２１６１４号公報及び実開平４−７６３１３号公報に示されているスローアウェイ式カッタは、チップ自体はねじ等によって直接カッタ本体と固定されていない。このため、上述した高速切削加工に伴う回転速度では、くさび部材又は押え金具がチップをカッタ本体に押圧する力より、遠心力がまさって、チップ等が飛散する恐れがあり、作業者等に対する安全性に改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に着目してなされたもので、高速切削加工に伴う回転速度においてもチップの飛散を防止して作業者等に対する安全性を改善でき、しかも、チップの切刃の強度を高めることができるとともに、チップに切屑が付着し難くなる高速切削用回転工具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る高速切削用回転工具は、
被切削部材と接する先端面が平坦に形成され、かつ上記先端面の中心を通り先端面に垂直な軸を中心として回転するとともに、先端部外周にチップ取付部を有するカッタ本体と、
上記カッタ本体のチップ取付部に着脱自在に取付けられ、上記被切削部材を切削する切刃を有するとともに、上記切刃が上記先端面と上記先端部外周とにわたり上記カッタ本体の回転方向に面するチップと、を具備し、
上記カッタ本体のチップ取付部に、上記カッタ本体の回転方向の背面側に凹に形成された係合部を設け、
上記チップに、上記係合部に係合する凸部と、上記カッタ本体の回転方向側と背面側とを連通する穴とを設け、
上記カッタ本体のうち上記チップの穴と対応する位置にねじ孔を設け、
上記チップの凸部を上記チップ取付部の係合部に係合させて、上記カッタ本体の回転時に上記チップに作用する遠心力を支えるようにした状態で、上記チップの穴を通り上記ねじ孔に螺合する締付手段によって上記チップを上記カッタ本体に固定し、
さらに、上記チップの上記回転方向に面するすくい面と上記回転方向の法線とのなす角を、上記法線から上記回転方向と反対方向でかつ１０度〜４５度の範囲とし、上記すくい面と上記軸とのなす角を１５度〜３０度の範囲としたことを特徴としている。
【００１１】
上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。
請求項１に記載された高速切削用回転工具は、カッタ本体のチップ取付部に工具の回転方向の背面側に凹でかつ平坦面を有して形成された係合部と、チップの工具の回転方向の背面側に上記係合部に係合する凸部とを備えている。このため、空転時などにチップに作用する遠心力を、主に上記凸部と係合部との係合によって支えることとなり、締付手段に作用する上記遠心力を抑制することとなる。このため、上記回転力による遠心力によって締付手段の破損を防止することとなる。
【００１２】
さらに、上記高速切削用回転工具によると、チップのすくい面と工具回転方向の法線とのなす角を１０度〜４５度の範囲の比較的大きな角度とし、かつ上記すくい面と工具の軸とのなす角を１５度〜３０度の範囲の比較的大きな角度としている。このため、チップが被切削部材から受ける切削抵抗を抑制することとなって、実質的にチップの切刃の強度を高めることが可能となる。
また、切屑の排出方向を工具の外周に沿う方向に指向させることができるとともに、切屑を細かく分断することとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１〜図３は高速切削用回転工具１の全体構成を示し、図１は正面図、図２は一部を図１中のｉｉ−ｉｉ線に沿う断面にした側面図、図３は図１中の矢印ｉｉｉ方向から見た一部を示す側面図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように高速切削用回転工具１は、カッタ本体２と、チップ４等を備えている。
上記高速切削用回転工具１の切削加工を行う被切削部材と接する先端面５は、図２等に示すように、後述する蓋１８が先端側から上記カッタ本体２の先端部６に係合した状態において、中央部７が、先端部外周８から径方向に略後述するチップ４の切刃２６の径方向長さＣを有する外周部９にくらべ、一段低くなるように形成されている。
【００１５】
上記カッタ本体２は、上記蓋１８とともに先端面５を形成する先端部６と、上記先端部６と反対側に位置する基端部１０などを備えている。
上記先端部６は、図１等に示すように正面から見て略円形を成す円盤状に形成されている。上記先端部６と反対側に位置する基端部１０は、図２に示すように回転軸（図示せず）に接続するためのプルスタッド４０の螺合する接続孔１１を有している。上記回転軸は、基端部１０のプルスタッド４０を引き込んで接続することによって、駆動キーを介して、上記先端面５の中心Ｐを通りかつ先端面５と垂直な軸Ｏを中心として図示中の矢印Ｋに沿って工具１を回転させる。
【００１６】
上記カッタ本体２は、図１及び図２に示すように正面から見て上記軸Ｏを中心とした円形を成し、かつ上記接続孔１１と接続するとともに上記先端部６から基端部１０とを連通する連通孔１２を設けている。この連通孔１２は、径の異なる複数の孔が軸方向に重なりあった形状に形成されている。
【００１７】
また、上記カッタ本体２の先端部６は、図１及び図２に示すように上記連通孔１２の先端部側１２ａを閉塞する蓋１８の外周に沿った大きさと形状を有する蓋溝１７を形成している。
【００１８】
上記蓋１８は、図２などに示すように側方からみて厚さが略一定で、かつ図１に示すように正面からみて略円形を有する板状に形成されている。蓋１８は、図２などに示すように側方からみて先端部６の蓋溝１７に係合した際に、先端部外周８から径方向に略チップ４の切刃２６の径方向長さＣを有する外周部９にくらべ、中央部７が一段低くなるように形成する。
【００１９】
また、上記蓋１８は図１等に示すようにボルト２２等によって、先端側から先端部６に着脱自在に固定される。なお、上記蓋１８は工具１の軽量化等の観点からアルミ合金などで形成されるのが望ましい。
【００２０】
このように、カッタ本体２に先端面５から基端部１０の接続孔１１までを連通する連通孔１２を設け、かつ上記蓋１８が先端側から蓋溝１７に係合して先端部６と固定されることによって、工具１の軽量化と剛性の確保を可能とし、かつ工具１の回転時における回転動力部等の負荷を低減する。
【００２１】
また、上記カッタ本体２の先端部６は、図１に示すように上記軸Ｏを中心として周方向に等間隔に、上記先端面５と先端部外周８とに亘って切り欠かれて形成された切欠き部２３を複数有している。
【００２２】
上記切欠き部２３は、チップ４の切刃２６の径方向長さＣと略同寸法が先端部外周８から径方向に切取られて形成されている。切欠き部２３は、図１などに示すようにチップ４などを取付けるためのチップ取付部２４と、工具１の使用時に被切削部材の切屑を工具１の周方向に逃がすためのポケット部２５とを一体に備えている。
【００２３】
上記チップ取付部２４は、図１に示すように正面から見てチップ４を取付けた際に、チップ４の回転方向Ｋに面する後述するすくい面３７と上記回転方向Ｋの法線Ｈとのなす角θ１（径方向すくい角）が上記法線Ｈから上記回転方向Ｋとは反対向きでかつ１０度〜４５度の範囲となるように、上記回転方向Ｋに面する平坦な壁面２７を有している。なお図示例においては、上記径方向すくい角θ１を２０度とした場合を示している。
【００２４】
上記壁面２７の一部には、工具１の回転方向の背面側に凹に形成された係合部３０を有している。
また、上記壁面２７は、図３に示すようにチップ４を取付けた際に、上記すくい面３７と上記軸Ｏと平行な軸Ｑとのなす角θ２（軸方向すくい角）が０度〜３０度の範囲となるように形成されている。
【００２５】
なお、上記軸方向すくい角θ２は、被切削部材に対する切込みが１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある粗削り加工においては、切屑のチップ４への溶着及び工具１への絡み付きを防止するために１５度〜３０度等の比較的大きな角度とするのが望ましい。
【００２６】
また、上記軸方向すくい角θ２は、被切削部材に対する切込みが１ｍｍ以下の範囲にある仕上げ加工においては、切屑のチップ４への溶着及び工具１への絡み付きを防止するために０度等の比較的小さな角度とするのが望ましい。
【００２７】
図示例においては、粗削り加工に用いられる高速切削用回転工具を示しており、上記軸方向すくい角θ２を３０度とした場合を示している。
上記ポケット部２５は、図２及び図３に示すように側方から見て、上記軸方向すくい角θ２を有する壁面２７と平行な壁面２８を有するように、先端部６が切り取られることによって、先端部６の先端面５側と基端部１０側とを挿通している。
【００２８】
なお、図１に示すように上記ポケット部２５の回転方向に位置する壁面２８は、隅部２８ａが稜線及びエッジを有しないように円弧を有して形成されている。上記ポケット部２５は図３等に示すように先端面５から基端部１０側までに亘って先端側からみて同一断面を有している。
【００２９】
このように、上記切欠き部２３は、チップ４の切刃２６の径方向長さＣと略同等の寸法を先端部６の先端部外周８から径方向に切取ることによって、チップ４を取付けられる最小限に切欠かれて形成されている。
【００３０】
また、上記先端部６は、図１等に示すように切欠き部２３の近傍において、チップ４を先端部６に着脱自在とするねじ孔３１が上記壁面２７から工具１の回転方向Ｋの背面方向に設けられている。
【００３１】
上記チップ４は、図４（Ａ）〜（Ｂ）等に示すように部材を切削する切刃２６と凸部３３とチップ取付け面３４とを一体に有している。なお図４（Ａ）はチップ４の工具１の回転方向からみた図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中の矢印ｂに沿う方向からみた図を示している。
【００３２】
上記チップ４は、図１等に示すようにカッタ本体２に取付けられる際に、すくい面３７を工具１の回転方向Ｋに面して取付けられるようになっている。上記チップ取付け面３４は工具１の回転方向Ｋの背面側でかつ上記すくい面３７と略平行となるように形成されているとともに、略平坦に形成されている。
【００３３】
上記凸部３３は、上記チップ取付け面３４に設けられかつ工具１の回転方向Ｋの背面側に凸に形成されるとともに、カッタ本体２の係合部３０に沿って形成されている。
【００３４】
チップ４は、上記カッタ本体２のねじ孔３１と対応する位置に、締付手段の一例であるねじ３５（図２，図３に示す）が挿通できる穴３６を工具１の回転方向Ｋから背面側へ指向して形成している。上記穴３６はチップ４の工具１の回転方向側と背面側とを連通している。
【００３５】
上記チップ４は、図２等に示すように側方から見て、被切削部材等を切削することができかつ工具１の先端面５と略平行な切刃２６を、被切削部材に対する切込みに応じて先端面５から突出して、工具１の回転方向Ｋからチップ４の穴３６を通り、カッタ本体２のねじ孔３１に螺合するねじ３５によって、チップ取付部２４に着脱自在に固定されている。
【００３６】
このとき、チップ４の凸部３３はカッタ本体２の係合部３０に係合し、かつ工具１の回転方向Ｋに面するすくい面３７と上記法線Ｈ及び上記軸Ｑとのなす角θ１，θ２は、それぞれ上述した角度となるように、チップ４は固定されている。
【００３７】
前述した高速切削用回転工具１によれば、先端面５の中央部７が外周部９に比べ一段低く形成されているので、被切削部材を切削加工する際に、チップ４以外が部材に当接することがないため、被切削部材に不必要な傷などを与えることもなく確実に軸方向切削及び横送り切削を行うことができる。
【００３８】
また、被切削部材に対する切削速度が例えば３０００ｍ／ｍｉｎ〜１００００ｍ／ｍｉｎの範囲の高速回転において、カッタ本体２の先端部６を略円盤状に形成しかつ、上記切欠き部２３はチップ４の切刃２６の径方向長さＣと略同等の寸法を先端部外周８から径方向に先端部６を切り取ることによって形成されている。
【００３９】
このため、工具１使用時の先端部６の周囲に生じる空気密度及び圧力のむらを抑制することとなって、風切り音等の発生を抑制し作業時の騒音を低減することとなる。また、上述したように工具１の先端部６の周囲に生じる空気密度及び圧力のむらを抑制することによって、工具１が回転する際の回転負荷も軽減することとなる。
【００４０】
高速切削用回転工具１は、カッタ本体２のチップ取付部２４に工具１の回転方向Ｋの背面側に凹に形成された係合部３０と、チップ４の工具１の回転方向の背面側に上記係合部３０に係合する凸部３３とを設けている。この係合部３０と凸部３３とが互いに係合した状態で、チップ４の穴３６を通りカッタ本体２のねじ孔３１に螺合するねじ３５によって、チップ４がカッタ本体２に固定されている。
【００４１】
このため、工具１の空転時などにチップ４に作用する遠心力を、主に上記凸部３３と係合部３０との係合によって支えることとなり、ねじ３５に作用する上記遠心力を抑制することとなる。
【００４２】
したがって、切削速度が３０００ｍ／ｍｉｎ〜１００００ｍ／ｍｉｎの範囲の高速切削加工に伴う回転速度においても、ねじ３５が破損しなくなって、チップ４は飛散することがない。
【００４３】
また、公知の切削用回転工具においては、上述した径方向すくい角θ１が工具１の回転方向Ｋの法線Ｈから上記回転方向Ｋとは反対向きでかつ１０度〜−１５度の範囲となるように形成されていた。
【００４４】
このため、上述した切削速度を有する高速切削加工において、ジュラルミンの切削加工を行うと、切屑が帯状に延びて形成されチップ等に溶着したり、工具に絡み付く等の不具合が発生していた。
【００４５】
そこで、前述した高速切削用回転工具１によれば、上記径方向すくい角θ１を１０度〜４５度の範囲の比較的大きな角度としたことで、上述した高速切削加工においても、切屑の排出方向をより先端部６の先端外周部８に沿う方向に指向させることができ、切屑を細かく分断することが可能となる。
【００４６】
したがって、チップ等に切屑が溶着したり工具１に絡み付く等の不具合を防止することが可能となる。また、副次的な効果として、径方向すくい角θ１を比較的大きな角度としたことで、チップ４が被切削部材から受ける切削抵抗を抑制することが可能となって、実質的にチップ４の切刃２６の強度を高めることができるとともに、チップ４の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４７】
また、被切削部材に対する切込み１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の粗削り加工においては、上述した軸方向すくい角θ２を１５度〜３０度の範囲の比較的大きな角度と形成している。
【００４８】
このため、上述した高速切削加工においても、切屑の排出方向をより先端部６の先端外周部８に沿う方向に指向させることができ、切屑を細かく分断することが可能となる。
【００４９】
また、より被切削部材から受ける切削抵抗を抑制することが可能となって、よりチップ４の切刃２６の強度を実質的に高めることができるとともに、よりチップ４の寿命を延ばすことが可能となる。
【００５０】
一方、被切削部材に対する切込みが１ｍｍ以下の範囲の仕上げ加工においては、上述した軸方向すくい角θ２を０度等の比較的小さな角度と形成している。このため、上述した高速切削加工においても、切屑の排出方向をより先端部６の先端外周部８に沿う方向に指向させることができ、切屑を細かく分断することが可能となる。
したがって、チップ等に切屑が溶着したり工具１に絡み付く等の不具合を防止することが可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、工具の空転時などにチップに作用する遠心力を、主に凸部と係合部との係合によって支えることができ、締付手段に作用する遠心力を抑制することができる。このため、例えば切削速度が３０００ｍ／ｍｉｎ〜１００００ｍ／ｍｉｎの範囲の高速切削加工を伴う回転速度においても、締付手段の破損を防止できる。したがって、チップの飛散を防止して作業者等に対する安全性を改善することができる。
加えて、チップのすくい面と工具の回転方向の法線とのなす角、および上記すくい面と工具の軸とのなす角を夫々規定することで、チップが被切削部材から受ける切削抵抗を抑制することができる。したがって、実質的にチップの切刃の強度を高めて、チップの寿命を延ばすことができる。
【００５４】
また、切屑の排出方向を工具の外周に沿う方向に指向させることができるとともに、切屑を細かく分断することとなる。このため、チップなどに切屑が溶着したり工具に絡み付くなどの不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す高速切削用回転工具の正面図。
【図２】図１に示された実施形態の一部をｉｉ−ｉｉ線に沿う断面にした側面図。
【図３】図１中の矢印ｉｉｉ方向から見た実施形態の一部を示す側面図。
【図４】図１に示されたチップを示す図。
【符号の説明】
１…高速切削用回転工具
２…カッタ本体
４…チップ
５…先端面
６…先端部
８…先端部外周
２３…切欠き部
２４…チップ取付部
２５…ポケット部
２６…切刃
３０…係合部
３１…ねじ孔
３３…凸部
３４…チップ取付け面
３５…ねじ（締付手段）
３６…穴
３７…すくい面
Ｐ…先端面の中心
Ｏ…軸
Ｋ…工具回転方向
θ１…径方向すくい角
θ２…軸方向すくい角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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