JP5243396B2 - 隅削り用刃先交換式チップとミーリングカッタ - Google Patents

Description

この発明は、直角コーナの加工に用いる隅削り用刃先交換式チップとそれを用いた隅削り用ミーリングカッタ（フライスカッタやエンドミル）に関する。

隅削り用刃先交換式チップ（以下、隅削り用チップと言う）として、例えば、下記特許文献１〜３に開示されたものや凸円弧に近似した形状の切れ刃を有するものが知られている。

特許文献１に開示された隅削り用チップは、側面とすくい面の交差稜で形成される切れ刃が、一端から位置を次第に下げながら他端近傍に至り、その後、その位置が次第に高くなる形状になっている。

また、特許文献２や特許文献３に開示された隅削り用チップは、切れ刃が、一端から凸円弧をなすように一旦盛り上がり、次いで、他端側に向って次第に位置が下がり、その後、その位置が次第に高くなる形状になっている。

特開平７−２４６５０５号公報 特開２００２−１７８２１０号公報 特開平６−１９０６２４号公報

隅削り加工で例えばワークに溝を形成する場合、１パス目の加工を終えた後に２パス目の加工を行い、その動作を繰り返して溝を深くしていく段加工法を採ることが多い。その場合、先行加工と後続加工でワークに形成される溝の側面（Ｚ軸方向に起立した面）のＺ軸方向つなぎ部に段差ができる。その段差は、先行加工と後続加工での切れ刃の軌跡がＹ軸（Ｚ軸とカッタの送り方向であるＸ軸の両方に対して直角）方向にずれることによって生じ、段加工法では不可避である。

その段差のモデルを図１８及び図１９に示す。図１８は、前掲の特許文献１〜３に開示される隅削り用チップを使用したときにワーク２０の側面２１ａに形成される段差ｓを、また、図１９は、凸円弧の切れ刃を有するチップを使用したときにワーク２０の側面２１ａに形成される段差ｓをそれぞれ誇張して示している。

従来の隅削り用チップは、上記段差ｓが大きく、ワークに加工された側面の精度が十分でない。加工された側面にその段差がはっきり現われて側面の面粗さが粗くなり、側面が外観や触感の悪い面になる。

この発明は、隅削り用のチップとミーリングカッタを、段加工でワークに形成される側面のＺ軸方向のつなぎ部での段差が小さくなって側面の加工精度が高まるように改善することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、すくい面及び平坦な底面と、前記すくい面に対して鋭角、前記底面に対して鈍角にそれぞれ交わる側面と、前記すくい面と側面との交差稜で構成される切れ刃を備えたポジティブ型の隅削り用チップを以下の通りに構成した。
即ち、前記切れ刃が一端から他端側に延びだすＬ１の領域長さをもった第１部と、第１部の終端に連なるＬ２の領域長さをもった第２部と、その第２部よりも他端側で第２部の終端に連なるＬ３の領域長さをもった第３部とで構成され、
前記第１、第２、第３部がチップの側面視で左右非対称の比率で配分されて第１部と第２部の両者が切れ刃の大部分を占め、
さらに、第２部は、切れ刃の他端側に偏った位置にあって側面視で前記底面と平行をなすように形成され、その第２部の設置領域でチップ厚みが最大のＴ２になっており、
第１部と第３部は、直線、曲線又は直線と曲線を組み合わせた線で構成され、第１部は、チップ厚みが最小のＴ１の位置に設定された切れ刃の一端から第２部側に向ってその位置が徐々に高くなり、第３部は、第２部側から切れ刃の他端に向ってその位置が徐々に低くなっているものにした。

このチップは、前記第１部と第２部を合算した領域が、切れ刃の全設置領域の７０〜８０％を占めるように設定されたものが好ましい。第１部の領域長さＬ１を第３部の領域長さＬ３よりも大きくするのも好ましい。

また、前記第１部がチップの側面視で半径Ｒ１の凸曲線で形成され、前記第３部はチップの側面視で半径Ｒ２の凸曲線を含む複数の曲線で形成され、半径Ｒ２は半径Ｒ１よりも小さく、その半径Ｒ２の凸曲線が前記第２部に連なっている構成も好ましい。

このほか、前記厚みＴ１とＴ２の差（Ｔ２−Ｔ１）は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲が適当である。すくい面は正のすくい角が付与された面が好ましい。より好ましくは、切れ刃の長手直角断面での各部のすくい角を若干変化させてチップの使用状態で切れ刃の各部のすくい角がほぼ均一化されるようにしたものがよい。

なお、この発明のチップは、正方形を基本形とし、前記切れ刃がすくい面の４辺に形成されたものが経済性に優れるが、長方形又は平行四辺形を基本形とし、すくい面の対向位置の２つの長辺に前記切れ刃が形成されたものであってもよく、また、正三角形を基本形にして３辺に前記切れ刃を形成したものも考えられる。

上述したこの発明の隅削り用チップは、カッタボディの先端外周に設けられたチップ座に、アキシャルレーキが正、ラジアルレーキが負となる状態、かつ、前記第１部がカッタの先端側、前記第２部がカッタの軸心と平行になってカッタの後部側にそれぞれ配置されて前記切れ刃がカッタの最外周に位置する状態に装着して使用する。この発明は、そのようにして構成される隅削り用ミーリングカッタも提供する。

この発明の隅削り用チップは、切れ刃の大部分が第１部と第２部によって占められており、前述の段加工において先行加工でワークに形成される前記第２部の軌跡に対して後続加工でワークに形成される前記第１部の軌跡が交差するように後続加工での切り込み深さを設定した加工が行える。

この方法でワークに形成される側面のＺ軸方向つなぎ部での段差は、前記第１部の径方向外端（第２部との接続点）から第１部の軌跡が第２部の軌跡と交差した位置までの範囲における第１部の径方向変位量で表される。

従来のチップを使用したときには、図１８に示すように、切れ刃の径方向変位量の大部分がつなぎ部の段差ｓとして表われる。或いは、図１９からわかるように、先行加工と後続加工での切れ刃の軌跡が、切れ刃の径方向外端からカッタ中心側に共に変位した位置で交差し、切れ刃の径方向外端からその交差部までの径方向変位量が段差ｓとなる。

これに対し、この発明の隅削り用チップは、切れ刃の第２部に使用状態で径方向外側に飛びだす膨らみがない。また、第１部と第２部が切れ刃の大部分を占める構造となしたことで、第２部の領域長さを十分に長くするか又は第１部の設置領域を切れ刃の長手中央を越える位置まで広げて第１部の傾斜を緩やかにすることができる。これにより、前記交差部から切れ刃の径方向外端までの径方向距離が短くなって段差ｓが従来チップよりも小さくなる。そのために、ワークに加工される側面の面粗さが改善される。

なお、第１部と第２部を合算した領域が、切れ刃の全設置領域の７０〜８０％を占めるように設定することで第２部の領域長さを十分に長くすることができる。又は、第１部の傾斜をより緩やかにして前記段差ｓをより小さくすることができる。また、そのようにすることで１パス当たりの切り込み量を大きくとることも可能になる。

上記において好ましいとしたその他の構成の作用、効果は、次々項で説明する。

この発明の隅削り用チップの一形態を示す斜視図 図１の隅削り用チップの平面図 図１の隅削り用チップの側面図 図１の隅削り用チップをコーナが中央に置かれる方向から見た側面図 同上のチップの平面を拡大した図 同上のチップの側面を拡大した図 図６の側面の一部をさらに拡大した図 図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図 図２のII−II線に沿った断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 この発明のミーリングカッタの斜視図 図１２のミーリングカッタの側面図 図１２のミーリングカッタの正面図 ミーリングカッタを用いた隅削り加工の一例を示す斜視図 この発明の隅削り用チップを用いた段加工での切れ刃の軌跡の重なり状態を示す図 この発明の隅削り用チップで段加工を行って得られた側面のつなぎ部の段差を示す断面図 特許文献１〜３の隅削り用チップの概要とそれを用いた段加工での側面のつなぎ部の段差を示す図 従来の隅削り用チップの一例とそれを用いた段加工での側面のつなぎ部の段差を示す図

以下、添付図面の図１〜図１７に基づいて、この発明の隅削り用チップとそれを用いた隅削り用ミーリングカッタの実施の形態を説明する。

図１〜図１１に、正方形を基本形とする４コーナ使用の刃先交換式チップにこの発明を適用した例を示す。例示の隅削り用チップ１は、図１、図２に示したすくい面２、そのすくい面２に囲われた平坦なランド３（上面）、そのランド３とすくい面２に対して背を向けた平坦な底面４（図３、図４、図６、図８〜図１１参照）、及び４つの側面５と、ランド３の中央に配置される取付け孔６を有し、各側面５とすくい面２との交差部に生じた稜線で切れ刃７が形成されている。

図８〜図１１に示すように、すくい面２は、切れ刃７に正のすくい角を生じさせる方向に傾斜した面、ランド３は底面４と平行な面、側面５はすくい面２に対して鋭角、底面４に対して鈍角にそれぞれ交わる面となっている。

切れ刃７は、図５〜図７に示す第１部７_−１、第２部７_−２、第３部７_−３の３つの領域からなる。第１部７_−１、第２部７_−２は主切れ刃を構成する。例示のチップは、その第１部７_−１、第２部７_−２のすぐ隣りにサラエ刃を構成する第３部７_−３を設けている。

その第３部７_−３は、コーナ部に近い側が底面４に近づく方向に傾斜している。第３部７_−３をこのような形状にすると切れ刃に段差が生じない。さらに、溝などの底面側を切削する際に第３部７_−３をサラエ刃として機能させて底面の面粗度を向上させ、その一方で主切れ刃で加工する側面側においては、その第３部７_−３をワークから逃がすことができる。また、第３部７_−３が第１部７_−１や第２部７_−２よりも外に飛びだすことが無く、特別なサラエ面を設ける必要もないため、工具本体への取り付け面となる側面５（２つのコーナ間に形成される面。第２の面５ｂのみでもよい）を１つの平面で構成することも可能になる。

第１部７_−１は、切れ刃の一端から長手中央を越えて他端側に延びだしており、Ｌ１の領域長さをもっている。

また、第２部７_−２は、第１部７_−１の終端に連なっており、Ｌ２の領域長さをもっている。第３部７_−３は、第２部７_−２よりも切れ刃の他端側で第２部７_−２の終端に連なっており、Ｌ３の領域長さをもっている。

この第１部７_−１〜第３部７_−３の３つの領域で形成された切れ刃７は、第１部７_−１、第２部７_−２、第３部７_−３がチップの側面視で左右非対称の比率で配分されて第１部７_−１と第２部７_−２の両者が切れ刃の全域のうちの大部分を占める刃にしている。

第１部７_−１には、チップのコーナ部の切れ刃が含まれる。図示のチップは、ノーズＲがコーナに付されており、そのノーズＲ部の円弧の切れ刃の端が第１部７_−１の始端ａとなっている。コーナ部の切れ刃は円弧状でなくてもよい。

第２部７_−２は、図５、図６、図７からわかるように、切れ刃７の他端側に偏った位置にある。この第２部７_−２は、チップの側面視で底面４と平行をなすように形成され、その第２部７_−２の設置領域でチップ厚みが最大のＴ２になっている。

第１部７_−１と第３部７_−３は、直線、曲線又は直線と曲線を組み合わせた線で構成される。図のチップは、第１部７_−１が半径Ｒ１の凸円弧の曲線で形成され、第３部７_−３は、一端が第２部７_−２の端に連なる半径Ｒ２の凸円弧の曲線と、それに続く半径Ｒ３の凹円弧の曲線と、さらにそれに続いて切れ刃７の他端に至る半径Ｒ４の凸円弧の曲線を組み合わせた線で形成されている。

例示のチップは、一辺の長さが１２．７ｍｍであり、このケースでは、第１部７_−１の半径Ｒ１＝１３０ｍｍ、第３部７_−３の半径Ｒ２＝５ｍｍ、半径Ｒ３＝８ｍｍ、半径Ｒ４＝３ｍｍとしたが、この数値はあくまでも一例に過ぎない。これらのＲ半径については、チップサイズなどに応じた最適値を選択することができる。

また、第１部７_−１と第３部７_−３は、凸曲線の切れ刃であると第２部７_−２に近づくにつれて第２部７_−２を延長した直線とのなす角が次第に小さくなり、そのために、切り込み量を同一にしたと考えたときにワークに形成される側面のＺ軸方向つなぎ部の段差がより小さくなって好ましいが、この第１部７_−１と第３部７_−３は、直線で構成することもできる。直線の刃となす場合は、両者とも凸曲線を介して第２部７_−２につながらせるとよい。

第１部７_−１の領域長さＬ１と第２部７_−２の領域長さＬ２を合算した長さは、先に述べた理由から、切れ刃７の全設置領域の７０〜８０％程度（残りの３０〜２０％が第３部の領域長さＬ３）に設定すると好ましい。

一辺の長さが１２．７ｍｍの図示のチップは、（Ｌ１＋Ｌ２）を切れ刃７の全設置領域の７０％に設定し、チップ厚みの最小値Ｔ１（第１部７_−１の始端におけるチップ厚み）と、チップ厚みの最大値Ｔ２（第２部形成域のチップ厚み）の差ｔ（＝Ｔ２−Ｔ１）を、０．２０ｍｍに設定している。

ｔの値は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が適当である。その値を０．５ｍｍ未満にすると第１部７_−１の傾斜角がさほど大きくならず、切り込み量の増加に対するＺ軸方向つなぎ部の段差の増加が小さく抑えられる。

また、その値を０．０５ｍｍ以上とすることで、アキシャルレーキを正に設定しながら第１部７_−１の軌跡が第２部７_−２の軌跡よりも径方向外側にはみ出すことを防止することができる。

すくい面２は、図８〜図１１に示すように、切れ刃の各部のすくい角θを異ならせた面にしている。例示のチップでは、図９に示した第３部７_−３（図２のII−II）の位置でのすくい角θ２を１３°強、図１０に示した第２部７_−２（図２のIII−III）の位置でのすくい角θ３を１７°強、図１１に示した第１部７_−１（図２のIV−IV）の位置でのすくい角θ４を２０°強にそれぞれ設定している。

このように、切れ刃７の各部のすくい角を徐々に変化させることで、側面の切削に関与する切れ刃の各部の使用状態（チップをカッタボディに装着した状態）でのすくい角を均一化することができ、切れ刃の各部の切削性能や切屑排出性能などの均一化などが図れる。

チップのコーナ部の切れ刃は、ワークの側面切削に関与する刃ではないので、図８に示したコーナ部（図２のＩ−Ｉ）の切れ刃のすくい角θ１は、ワークの側面切削に関与する切れ刃のすくい角と関連の無い角度に設定しても差し支えない。図示のチップは、そのすくい角θ１を６°強としている。

側面５は、所定の曲率半径を有する第１の面５ａと、第１の面５ａよりも曲率半径の小さな第２の面５ｂの２つの曲面で構成され、第１の面５ａがすくい面側にあってチップの使用時に１番逃げとなるものを示したが、共に平坦な第１の面と第２の面が組み合わされた側面であってもよい。

また、１番逃げとなる第１の面５ａは、刃先の強度を高めるのに有効であるが、必須ではない。このほか、切れ刃７には、必要に応じて刃先強化用のネガランドを付すことができる。

なお、この発明は、長方形や平行四辺形を基本形にしたチップや、正三角形を基本形にしたチップにも適用することができる。前者は、第１部７_−１〜第３部７_−３によって形成される切れ刃７をすくい面の対向位置の２つの長辺に形成し、後者は、３辺に切れ刃７を形成すればよい。

次に、この発明の隅削り用ミーリングカッタの一例を図１２〜図１４を参照して説明する。例示のミーリングカッタ１０は、カッタボディ１１の先端外周に設けられたチップ座１２に、この発明の隅削り用チップ１を、アキシャルレーキγｐ（図１３参照）が正、ラジアルレーキγｆ（図１４参照）が負となる状態に装着して構成されている。図示のチップ１は、アキシャルレーキγｐを１０°、ラジアルレーキγｆを−８°にそれぞれ設定したが、その数値に限定されるものではない。

隅削り用チップ１は、切れ刃７の第１部７_−１をカッタの先端側、第２部７_−２をカッタの軸心と平行になってカッタの後部側にそれぞれ配置し、切れ刃７のコーナ部を除く部分をカッタの最外周に位置させ、この状況が保持されるようにチップ座１２に着座させている。そして、取付け孔６に通したクランプねじ１３でクランプしてカッタボディ１１に着脱自在に固定している。１４は、カッタボディ１１の外周に各チップの切れ刃に対応させて形成した切屑ポケットである。

上述したように、カッタの正面視でのラジアルレーキγｆは負の値に設定されているが、すくい面２を傾斜させたことで、ワークの側面の切削に関与する切れ刃、即ち、第１部７_−１のコーナ部を除く部分と第２部７_−２と第３部７_−３の各部には、正のすくい角が付与される。そのすくい角は、カッタボディの中心（回転中心）と切れ刃の各部を結ぶ半径方向の直線を基準にしたとき、切れ刃の各部において近似した角度となる。これは、切れ刃７の各部でのすくい角を徐々に変化させたことによるものであり、切れ刃の各部の切れ味の安定化や切屑排出の安定化につながる。

図１５に、隅削り用ミーリングカッタを用いた段加工の一例を示す。この段加工は、隅削り用ミーリングカッタ１０をワーク２０に所定の切り込み深さで切り込ませてカッタに一方向の送りをかけ、その動作を数回繰り返してワーク２０に形成される溝２１を掘り下げていく。

先行加工でワークに形成される第１部７_−１の軌跡に対して後続加工でワークに形成される第２部７_−２の軌跡又は第２部７_−２との境界付近における第３部７_−３の軌跡が交差するように後続加工での切り込み深さを設定して段加工を実施する。

２１ａは、その加工によってワーク２０に形成される溝２１の側面であり、図１６、図１７に１パス目の加工で形成される側面を２１ａ_−１、２パス目の加工で形成される側面を２１ａ_−２として表示した。この側面２１ａ_−１，２１ａ_−２のＺ軸方向のつなぎ部にＹ軸方向の段差ができ、その段差が本発明のチップとミーリングカッタを使用することによって従来よりも小さくなる。

この発明の先に説明した寸法諸元の隅削り用チップとそれを用いたミーリングカッタを使用して段加工を行なった。その結果、側面のＺ軸方向つなぎ部に生じる段差が、従来チップ使用時の０．０２６ｍｍに対して、この発明では０．００８ｍｍと極端に小さくなった。この試験により、この発明の有効性を確認することができた。

１ 隅削り用チップ
２ すくい面
３ ランド
４ 底面
５ 側面
５ａ 第１の面
５ｂ 第２の面
６ 取付け孔
７ 切れ刃
１０ ミーリングカッタ
１１ カッタボディ
１２ チップ座
１３ クランプねじ
１４ 切屑ポケット
２０ ワーク
２１ 溝
２１ａ 側面
２１ａ_−１ １パス目の側面
２１ａ_−２ ２パス目の側面
θ，θ１〜θ４ すくい角
γｐ アキシャルレーキ
γｆ ラジアルレーキ
Ｔ１ チップの最小厚み
Ｔ２ チップの最大厚み
ｓ 段差

Claims (8)

1. すくい面（２）及び平坦な底面（４）と、前記すくい面（２）に対して鋭角、前記底面（４）に対して鈍角にそれぞれ交わる側面（５）と、前記すくい面（２）と側面（５）との交差稜で構成される切れ刃（７）を備えた隅削り用刃先交換式チップであって、
   前記切れ刃（７）が一端から他端側に延びだすＬ１の領域長さをもった第１部（７_−１）と、第１部（７_−１）の終端に連なるＬ２の領域長さをもった第２部（７_−２）と、その第２部（７_−２）よりも他端側で第２部（７_−２）の終端に連なるＬ３の領域長さをもった第３部（７_−３）とで構成され、
   前記第１、第２、第３部（７_−１〜７_−３）がチップの側面視で左右非対称の比率で配分されて第１部（７_−１）と第２部（７_−２）の両者が切れ刃（７）の大部分を占め、
   さらに、第２部（７_−２）は、側面視で前記底面（４）と平行をなすように形成され、その第２部（７_−２）の設置領域でチップ厚みが最大（Ｔ２）になっており、
   第１部（７_−１）と第３部（７_−３）は、直線、曲線又は直線と曲線を組み合わせた線で構成され、第１部（７_−１）は、チップ厚みが最小（Ｔ１）の位置に設定された切れ刃（７）の一端から第２部（７_−２）側に向ってその位置が徐々に高くなり、第３部（７_−３）は、第２部（７_−２）側から切れ刃（７）の他端に向ってその位置が徐々に低くなっている隅削り用刃先交換式チップ。
2. 前記第１部（７_−１）と第２部（７_−２）を合算した領域が、切れ刃（７）の全設置領域の７０〜８０％を占めるように設定された請求項１に記載の隅削り用刃先交換式チップ。
3. 前記第１部（７_−１）がチップの側面視で半径Ｒ１の凸曲線で形成され、前記第３部（７_−３）はチップの側面視で半径Ｒ２の凸曲線を含む複数の曲線で形成され、半径Ｒ２は半径Ｒ１よりも小さく、その半径Ｒ２の凸曲線が前記第２部（７_−２）に連なっている請求項１又は２に記載の隅削り用刃先交換式チップ。
4. 前記厚みＴ１とＴ２の差（Ｔ２−Ｔ１）を、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲に設定した請求項１〜３のいずれかに記載の隅削り用刃先交換式チップ。
5. 前記すくい面（２）に正のすくい角を付与した請求項１〜４のいずれかに記載の隅削り用刃先交換式チップ。
6. 正方形を基本形とし、前記切れ刃（７）がすくい面の４辺に形成された請求項１〜５のいずれかに記載の隅削り用刃先交換式チップ。
7. 長方形又は平行四辺形を基本形とし、前記切れ刃（７）がすくい面の対向位置の２つの長辺に形成された請求項１〜５のいずれかに記載の隅削り用刃先交換式チップ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の刃先交換式チップを、カッタボディ（１１）の先端外周に設けられたチップ座（１２）に、アキシャルレーキ（γｐ）が正、ラジアルレーキ（γｆ）が負となる状態、かつ、前記第１部（７_−１）がカッタの先端側、前記第２部（７_−２）がカッタの軸心と平行になってカッタの後部側にそれぞれ配置されて前記切れ刃（７）のコーナ部を除く部分がカッタの最外周に位置する状態に装着して構成される隅削り用ミーリングカッタ。
   
   

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