JP2005535461A - 螺旋状インサート及びカッター本体 - Google Patents

Abstract

切削インサート（１４）を回転することによって少なくとも２つの切削エッジ（６６及び６８）上で割出可能な切削インサートを有すると共に、連続的に切削する真の螺旋をもたらすように構成されているカッターシステム（１０）。高い正の径方向及び軸方向のすくい角により、良好な仕上がりと低い馬力消費での自由切削加工が可能となる。インサート（１４）の背面（４０）はほぼ平らで、インサートねじが固定された時にカッター本体（１２）の取付ポケット（３４）とロックアップで面接触するために使用される。取付ポケット（３４）は、許容誤差のビルドアップを制限して製造が容易になるように構成され、良好な切削仕上りのための正確さを維持しつつ、再現可能なインサート（１４）の位置決めを保証する。インサートのねじ穴（４６）が、切削面を邪魔することなくカッター本体（１２）内により大きい直径の中心コアを形成可能な、クロスホール位置内に設けられている。より大きなコアが、最大強度を作り出すと共に、より長い切削長さを許容する。研削に先立って、インサート半製品は、カッターの複数の直径に使用可能である。インサート半製品の研削後に、インサートは、研削が目的とする切削直径にされ、あるいは、多数の切削直径で使用されるための折衷方式の研削が用いられてもよい。

Description

本発明は、ミル及びフライス（ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ）並びにその上で使用される切削インサートに関する。詳細には、本発明は、割出可能な螺旋状の切削インサートを備えるカッター本体を含む螺旋状のカッターシステムに関する。

現在のところ、割出し可能なインサートの使用は、小型工作機械については第１の選択肢ではない。それは、このような小型機械のスピンドルは、大型工作機械よりも比較的低い馬力及びトルクを発生するからである。現在の切削インサート設計は、効果的に切削するためにはより大きなパワーを必要とするから、小型工作機械は、一般に、ソリッド型のエンドミルカッター及びシェルエンドミルカッターを使用している。しかしながら、ソリッド型のエンドミルカッター及びシェルエンドミルカッターは磨耗して直径が減少し、壊れた場合には完全に廃棄する必要がある。さらに、割出可能なインサート設計で使用可能なカッターのサイズが制限されているため、生産性の減少につながることがある。

本発明の発明者は、螺旋状の切削エッジ形状を用いるソリッド型のエンドミルカッター及びシェルエンドミルカッター等のエンドミルカッターに付随する、これら及び他の問題を認識した。

これらの問題を解決するために、本発明は、少なくとも２つの割出可能な切削エッジを有する割出可能な切削インサート設計を用いる、改良されたカッター本体を提供する。改良された割出可能な切削インサートの設計の高い正の軸方向及び径方向のすくい角は、従来のインサートと比べて小さいパワーとトルクとを用いるので、より円滑な切削動作と、以前であれば小さな工作機械を失速させたであろう送り速度の増加が可能になった。さらに、本発明の切削インサートは、小型及び大型両方の工作機械における生産性を増加させるために、より多くの切削エッジを備える、より大きなカッターで使用可能である。さらに、廃棄するのはカッター本体全体ではなく切削インサートのみであり、よって、従来の設計に比べて生産コストが最小限になる。

本発明は、カッター本体の取付ポケット内に保持された平らな背面を含む、割出可能な切削インサートを備える。取付ポケットは、製造及び再現性を容易にするように設計可能である。強固なセットアップ及びコスト削減のために、スタッブ型工具を用いてもよい。切削インサートは、２つの外壁上の取付ポケット内に位置する。切削インサートは、ねじをクロスホール式で使用することによって、カッター本体に固定されている。切削インサートの面は、２つの側面上に螺旋状の切削エッジを有し、切削インサートを略１８０°回転することによって、割出可能である。本発明の切削インサートの使用によって、カッター本体は強度及び堅さのために最大コア直径を有し、それにより、工具のたわみを最小にすると共に、カッター本体の寿命を延ばす。本発明の切削インサートは、エンドミルカッター、シェルエンドミルカッター等のような種々のフライス本体の構成に使用可能である。

本発明の種々の態様及び利点は、好ましい実施の形態の次の詳細な説明を添付の図面を参照しつつ読めば、本技術分野における通常の知識を有する者には明らかだろう。

図１及び２を参照すると、一般的に参照番号１０で示された改良されたカッターシステムは、少なくとも２つの切削エッジ上で割出可能な改良された切削インサート１４を備えるフライス本体１２を含む。フライス本体１２は、ランピング、円形補間（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、正面フライス削り、及びエンドミル切削用の、複数の一般的なフライス削りインサート１４を含む螺旋状のエンドミルとして具現化されている。改良された切削インサート１４は螺旋状のエンドミルの実施の形態で示されているが、改良された切削インサート１４は、シェルエンドフライス切削、正面フライス削り、フライ切削等の任意の種類のフライス切削に使用されるように設計されている。さらに、オフセット、千鳥状配列又は他の方法によってインサートを重ね合わせることを含む、螺旋状のミルに関する以下に記述されたいくつかの上記インサートについての概念も、他の種類のフライスに使用すべく構成されている。

フライス本体１２は細長く、一般的には円筒形である。フライス本体１２は、シャンク１６とヘッド１８とを含む。シャンク１６は、本技術分野において周知のように、フライス盤（図示せず）のスピンドル内に挿入及び固定可能に構成される。シャンク１６は、この挿入及び固定が可能であるような任意の形状又は構成から成る。このような構成は、Ｖ型フランジ、テーパー、シェルミルマウント、及びウェルドンシャンクを含むが、それらに限定されない。

ヘッド１８は、一般的には、円筒状又はほぼ円筒状の本体又はシャフトであって、該シャフトはシャンク１６から端面２０に軸方向に延出し、これにより、シャンク１６と端面２０との間に外面２２を画定する。ヘッド１８の外面２２は、複数の螺旋状チップ溝２４及び２６を含むことが望ましい。当然のことながら、本発明は螺旋状チップ溝の数によって制限されない。本発明によってあらゆる数の螺旋状溝が考慮されるにせよ、たとえば、図示の実施の形態では、合計６つの溝の内４つの溝が図１に示されている。各チップ溝２４及び２６は、端面２０からほぼシャンク１６まで延出する螺旋状すなわち渦巻状の外面２２に切られているのが望ましい。各チップ溝２４及び２６は、その上に切削インサート１４の螺旋状の群が取付可能な湾曲したフルート溝領域間に配置されていることが望ましい。たとえば、図示の実施の形態では、チップ溝２４は、フルート溝領域２８の螺旋状の群４８とフルート溝領域２９の螺旋状の群４９との間に位置することが望ましい。同様に、チップ溝２６は、フルート溝領域２９の螺旋状の群４９とフルート溝領域３０の螺旋状の群４９との間に位置することが望ましい。各フルート溝領域２８，２９及び３０は外面２２に沿って渦巻状であり、その上の任意の切断点は、ほぼ円筒状のシャンク１６の中心軸（ｚ軸方向）に対してほぼ径方向になっている。

図２に最も良く示されるように、複数のポケット面３２が、各フルート溝領域２８，２９及び３０に沿って位置している。各ポケット面３２は、その中にねじ穴３６を備える取付ポケット３４を含む。取付ポケット３４の構成がインサート１４の構成にほぼ対応していることに注意されたい。よって、図示の実施の形態において、各取付ポケット３４の対向した壁３４ａ及び３４ｂは一般的に互いに平行している。各取付ポケット３４は、また、後壁３４ｃを含み、これにより、切削インサート１４がポケット面３２と、側壁３４ａと、後壁３４ｃとに確実に係合する三点取付システムを提供し、切削インサート１４が取付ポケット３４内で確実に固定される。逃げ面３８が側壁３４ａと後壁３４ｃとによって形成される各取付ポケット３４の１つのコーナーに設けられ、位置決め面を提供すると共に、インサート１４がカッターヘッド１８にきつくはまり込むのを防止する。所望の場合には、図示の実施の形態で示されるように、別の逃げ面３８が、別の側壁３４ｂと後壁３４ｃとによって形成される取付ポケット３４の他のコーナーに設けられてもよい。逃げ面３８は、インサート１４がきつくはまり込むのを防止するだけでなく、使用されていない各インサート１４の切削エッジを欠け落ち（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）又は他の損傷から保護するための隙間も提出する。

図３〜９を参照すると、各ポケット面３２は、切削インサート１４等の切削インサートを収容するのに適している。詳細には、各切削インサート１４は、取付ポケット３４と係合する背面４０を含む。取付ポケット３４は、許容誤差のビルドアップを制限して製造が容易になるように構成され、これにより、正確さ及び良好な切削仕上りを維持しつつ、再現可能なインサートの位置決めを保証する。インサート１４が取付ポケット３４内にはめ込まれた即ち係合された後に、インサート１４は、切削インサート１４のクロスホール位置内に設けられたクリアランスホール４６を貫通してねじ穴３６内にねじ式に挿入されるアレンスクリュー又はトルクススクリュー等のロッキングファスナ４４によって、（図１で示すように）取付ポケット３４にしっかりと固定される。クリアランスホール４６は、ロッキングファスナ４４のヘッド上の対応するテーパー状の表面によって係合されたテーパー状の皿穴４６Ａを含み、それにより、位置決めファスナ４４がテーパー状の皿穴４６ａを下方に押すとインサートがポケット面３２にしっかりと固定されることが可能になる。切削インサート１４のクロスホール位置内にクリアランスホール４６を設けることにより、切削面を邪魔することなく、カッター本体１２内により大きい直径の中心コアを形成でき、それにより、最大強度が生み出されると共に、より長い切削長さが可能となる。

上述のように及び本発明の特徴の１つによると、隣接した群内のインサートは千鳥状に配列され、すなわち、図１中の端面２０へ向かって連なるインサート群によって最も良く示されるように、シャンク１６に沿った任意の所与の断面において、群４８上のインサートは、隣接する群４９内のインサートの１つに重複する、つまりその中央部で開始し終了することが望ましい。図示の実施の形態で示されるように、インサート群の数とフルート溝領域の数との間には一対一の対応がある。この千鳥状のずれはどのような重複であっても良いが、フライス削りされた表面に最も良好なピークシェービングのための連続した切削をもたらす構成であることから、任意の所与のインサートの中間点が、隣接する螺旋状の群のインサート間の中心にあることが望ましい。効果的なフルート溝領域即ちフルート溝の大きさは、被加工物に完全な輪郭を切削するために、どのくらい多くのフルート溝領域が通る必要があるかによって決定できる。群４８，４９，５０は上述の方法で重複するから、１つの輪郭を切るためには２つのフルート溝（即ちインサート群）を必要とする。よって、図示の実施の形態では、６つの群即ちフルート溝領域が、３つの効果的なフルート溝カッターシステムを画定する。

図３〜９の図示の実施の形態において示されたように、切削インサート１４は一般的な形状が略菱形であり、正面即ち上面５２と、一対の対向した側壁即ち側面５４及び５６と、さらに一対の対向した側壁即ち側面５８及び６０と、底面即ち背面４０とを含む。上面５２は、ほぼ平らな中心部５２ａと、第１の湾曲した切子面５２ｂと、中心部５２ａの対向面に位置する第２の湾曲した切子面５２ｃとを含む。側壁５８は、第１のほぼ平らな切子面５８ａと、切子面５８ａよりも小さい表面積の第２のほぼ平らな切子面５８ｂとを含む。同様に、対向する側壁６０は、第１のほぼ平らな切子面６０ａと、切子面６０ａよりも小さい表面積の第２のほぼ平らな切子面６０ｂとを有する。他の２つの側壁５４及び５６と背面４０とは、ほぼ平らである。

上面５２と側壁５４，５６，５８及び６０との間の交点には、主として４つのエッジ、すなわち、一対の対向して離間したエッジ６２及び６４と、さらに一対の対向して離間したエッジ６６及び６８とが形成されている。エッジ６２，６４，６６及び６８の少なくとも１つが切削エッジであり、少なくとも２つの対向するエッジ６６及び６８が切削エッジであることが望ましく、これにより、切削インサートを略１８０°回転することによってインサートが割出可能になる。図３に最も良く示されたように、カッター１０の切削直径の回りに真に３０°の螺旋を切るべく、エッジ６６及び６８は、カッター本体１２の中央の長手軸（ｚ軸に沿って）に対して略３０°の角度θを形成することが望ましい。図３ではエッジ６６のみが略３０°の角度を有するように示されているが、切削エッジ６８は切削エッジ６６に対してほぼ平行であり、よって切削エッジ６８も略３０°の角度を有することを理解されたい。当然のことながら、本発明は切削エッジの角度によっては限定されず、本発明は切削エッジに関していかなる所望の角度でも実現可能である。たとえば、インサートの他の形状は、側壁６６及び６８を０°〜６０°の範囲の螺旋状に角度θでカットすることを含む。

本発明の特徴の１つによれば、従来のインサートと異なり、ソリッド型の螺旋状のエンドミルとして滑らかな切削動作を作り出す側面の螺旋を形成するために、螺旋状のカット面７０が、２つの対向する側面５８及び６０内に形成される。さらに、対向する側面５８及び６０上の螺旋状のカット面７０により、切削インサート１４を略１８０°回転することによって、切削インサート１４が２つの側面上で割出可能になる。高い正の径方向及び軸方向のすくい角により、良好な仕上がりと低馬力消費での自由切削加工が可能になる。

本発明の他の特徴によると、インサート１４の上面５２、特に湾曲した切子面５２ｂ及び５２ｃは、図６で最も良く示されるように、半径Ｒを有する円形又は丸みを与えられた上面を形成する。図１０に示されるように、半径Ｒは切削直径と略同じであることが望ましい。上面５２が、ヘッド１８の外面の曲率に対応した曲率半径を有することが望ましい。かくして、インサート１４の丸みを与えられた上面５２は、ほぼ平らな正面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）即ち表面を備える従来のインサートと異なり、ヘッド１８の外面の曲率に対応した、真に螺旋状の切削インサートを提供する。

当然のことながら、本発明の割出可能な切削インサート１４はカッター本体１２の種類に限定されず、本発明は他の種類のカッター本体の構成で実行可能である。たとえば、本発明の割出可能な切削インサート１４は、図１１で参照番号８２で示されたシェルエンドミルタイプのカッター本体を含むカッターシステム８０で利用可能である。他の例では、本発明の割出可能な切削インサート１４は、図１２で参照番号９２で示された、「ルーター」として既知である他の種類のエンドミルカッター本体を含むカッターシステム９０で利用可能である。

上述のように、本発明のカッターシステム１０は、連続的な真に螺旋状のカットを提供するように構成されている。さらに、本発明のカッターシステム１０は、インサートを１８０°回転することによって、少なくとも２つの切削エッジ上で割出可能な、割出可能な螺旋状インサートを提供する。よって、従来のソリッド型のエンドミル構成においてインサートが磨耗又は壊れた時にカッター全体を廃棄するのと異なり、インサートの割出は切削直径及びエッジを維持するから、本発明のカッターシステム１０は、より費用効果的なカッターシステムを提供する。

本発明は特定の実施の形態と関連して詳細に記述されているが、当然のことながら、これは説明のためのものであって、限定するものではなく、添付の請求の範囲は先行技術が許容するのと同じ程度に広く解釈されるべきである。

本発明の実施の形態による改良された切削インサートを備える螺旋状エンドミルカッターの斜視側面図である。 切削インサートが取り外された螺旋状エンドミルカッターヘッドの斜視側面図である。 本発明の実施の形態による改良された切削インサートの斜視上面図である。 図３の切削インサートの斜視側面図である。 図３の切削インサートの別の斜視側面図である。 図３の切削インサートの別の斜視側面図である。 図３の切削インサートの底の斜視図である。 図３の切削インサートの底の斜視図である。 図３の切削インサートの別の斜視側面図である。 本発明の切削インサートの真の螺旋を示す図である。 本発明の改良された切削インサートを備える螺旋状シェルエンドミルカッター本体の斜視側面図である。 本発明の改良された切削インサートを備える別のエンドミルカッター本体の斜視側面図である。

Claims (21)

1. カッターシステムであって、
   複数の取付ポケットを有するフライス本体と、
   少なくとも１つの螺旋状の群を形成するために前記フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートであって、各切削インサートが、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含む切削インサートと、を有し、
   真に螺旋状のインサートを形成すべく、少なくとも１つの前記インサートの前記正面が前記フライス本体の切削直径に略等しい曲率半径を有することを特徴とする、
   カッターシステム。
2. 少なくとも１つの前記側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項１のカッターシステム。
3. 少なくとも１つの前記インサートが略菱形の形状である、請求項１のカッターシステム。
4. 前記少なくとも２つの対向する側壁がカッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項３のカッターシステム。
5. 前記角度が略３０°である、請求項４のカッターシステム。
6. 前記フライス本体がエンドミルカッター本体を備える、請求項１のカッターシステム。
7. 前記フライス本体がシェルミルカッター本体を備える、請求項１のカッターシステム。
8. カッターシステムであって、
   複数の取付ポケットを有するフライス本体と、
   前記フライス本体の取付ポケットに取り付けられた複数の切削インサートであって、各インサートが、正面及び背面と、少なくとも２つの対向する側壁と、前記正面と少なくとも１つの前記側壁とが交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含む切削インサートと、を有し、
   前記少なくとも１つの側壁が螺旋状のカット面を含むことを特徴とする、
   カッターシステム。
9. 真に螺旋状のインサートを形成すべく、少なくとも１つの前記インサートの前記正面が前記フライス本体の切削直径に略等しい曲率半径を有する、請求項８のカッターシステム。
10. 少なくとも１つのインサートが割出可能である、請求項８のカッターシステム。
11. 少なくとも１つのインサートが略菱形の形状である、請求項８のカッターシステム。
12. 前記少なくとも２つの対向する側壁がカッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項１１のカッターシステム。
13. 前記角度が略３０°である、請求項１２のカッターシステム。
14. カッターシステム用のインサートであって、
    正面と、
    背面と、
    少なくとも２つの対向する側壁と、
    前記正面と少なくとも１つの前記側壁との交点において画定された少なくとも１つの切削エッジとを含み、
    真に螺旋状の切削インサートを形成すべく、前記正面が前記フライス本体の切削直径に略等しい曲率半径を有することを特徴とする、インサート。
15. 少なくとも１つの前記側壁が螺旋状のカット面を含む、請求項１４の切削インサート。
16. 前記切削インサートが割出可能である、請求項１４の切削インサート。
17. 前記切削インサートが略菱形の形状である、請求項１４の切削インサート。
18. 前記少なくとも２つの対向する側壁がカッター本体の中心軸に対して略０〜６０°の範囲の角度を有する、請求項１７の切削インサート。
19. 前記角度が略３０°である、請求項１８の切削インサート。
20. 前記切削インサートがフライス本体の取付ポケットに取り付けられた、請求項１４の切削インサート。
21. 前記切削インサートが三点取付システムを用いて前記取付ポケットに取り付けられた、請求項２０の切削インサート。

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