JP3853809B2 - 接線方向に取り付けられたインサートを備えたフライス - Google Patents

Description

本発明は、割出し可能なインサート式のフライス削り工具に関する。より詳細には、本発明は、接線方向に取り付けられた割出し可能な切削インサートを有するフライスに関する。

タービンブレード、すなわち「バケット」をフライス切削する工程において、ソリッド型の超硬エンドミル（ＳＣＥＭ）、およびインサート式の超硬エンドミル（ＩＣＥＭ）およびインサート正面フライスは、一般に荒削り用に使用されるだけである。ボールノーズエンドミル（ソリッド型及びインサート式）が中仕上げに、場合によっては最終仕上げに使用される。プログラムされたカッターの経路は、一般に、ブレード形状に対して径方向又は軸方向である。どちらの場合にも、ブレードとカッターの各々に回転軸があり、また、大きな凹凸のある表面を作り出すために使用される軸が存在する。ブロック状の材料もしくは所望の寸法に近い鍛造物がその意図された寸法と形状に減少するまで、その経路が辿られる。使用される切削工具の種類は、一般的には、工程の開始時の加工物の状態と、機械の性能とによって決定される。ブロック状の材料を加工する場合、所望の寸法に近い鍛造物を加工する場合のいずれにおいても、中仕上げと最終的な仕上げの切削は、タービンブレードの表面の径の関係で、より小さい直径の工具によって行なわれる。

ブレード形状に対して軸方向のカッターの経路は、いくつかの種類の単軸及び多軸のＮＣ工作機械及びＣＮＣ工作機械で用いられて来た。カッタの経路は、基本的にブレードの正面および背面にかけて移動する経路であり、ブレードのエッジにまたがってブレードの正背両面が切削される。カッタの経路には凹凸面が存在する（これらの凹凸面は工具がブレードの周りを進むにつれて比較的速やかに変化する）。カッタの経路は、ブレードの一端から他端へとゆっくり進む。

径方向の経路は、基本的に、ブレードの正面又は背面が所望の深さに切削されるまで、根部又は基部からほぞ（ｔｅｎｏｎ）すなわちブレード先端まで移動する。次に、経路は踏み込みエッジ又は蹴り出しエッジに沿って動いて、所望の深さまで切削し、ブレードの未だ切削されていない正面又は背面まで移動し、今度は前と反対方向に移動しながら同様に材料を除去して仕上げる。この工程は、従来的には、円形のインサートを有するダブデール形状のカッター（ｄｏｖｅｔａｉｌ―ｓｈａｐｅｄ ｃｕｔｔｅｒ）を用いる、所謂ハイドロテル（Ｈｙｄｒｏｔｅｌ）マシンを使用して実行されてきた。これらの多軸機械は急速に時代遅れになっており、人々がそのメンテナンスや買替えに費やす金や時間は劇的に減少し、所有者達は新しいＣＮＣ機械を選ぶようになっている。最近、機械技術者達は、径方向の切削経路の方がより低費用で済むと共に、独創的なプログラミングと工具とによって二次的な仕上げ作業を減らすか又はなくす性能が得られることを発見した。これは、これは、ボールノーズ式工具が、その工具表面のうち速度および送りの点で最も効果の低い表面では切削を行なわないようにフライス切削機の軸もしくは加工物を傾けることを含むが、これに限定されない。

つまり、本発明によれば、インサートポケット内に接線方向に取り付けられた割出し可能な切削インサートと組み合わされた、複数のインサート収容ポケットを有するフライス本体を備えた、フライス工具が提供される。各切削インサートは、第１及び第２の正面（ｆａｃｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ）と、第１及び第２の長いエッジ面と、第１及び第２の丸みを与えられた短いエッジ面とによって画定された本体を備え、各割出し可能な切削インサートは逆リード角で接線方向に取り付けられている。各長いエッジ面は、切削面を画定し、該切削面は、略平坦な中心水平域（ｐｌａｔｅａｕ）と、第１の切子面（ｆａｃｅｔ ｆａｃｅ）と、第２の切子面と、第３の切子面とによって画定された輪郭を含む。

本発明に由来する有利な特徴および他の特徴は、図面ならびにこれらの図面を参照してなされた以下の詳細な説明から明らかだろう。

図面を参照すると（同一の参照文字は同一の要素を示す）、本発明の、参照番号１０で示された切削インサートが、図１〜４において示されている。切削インサート１０は回転対称軸Ａの周りを割出し可能であり、その結果、インサート１０は、効果的な切削エッジとして機能可能な８個のエッジを有する。切削インサート１０は、さまざまな切削作業に使用できる。

図１から明らかなように、切削インサート１０は、適切な切削材料で形成されると共に略平行な面に配置された第１の平面状の正面１２及び第２の平面状の正面１４によって画定された本体を含んでいる。便宜上、第１の正面１２及び第２の正面１４を、それぞれ上部正面１２と下部正面１４と称する。切削インサート１０は、クランプ式ねじ穴１６を有し、クランプ式ねじ穴１６は、対称軸Ａと一致している長手方向軸を有すると共に、第１の平面状の正面１２と第２の平面状の正面１４との間を延びる。クランプ式ねじ穴１６は、ねじ２０を正面１２，１４よりもわずかに下に載置できるように、皿頭ねじ２０又はピンロック等の他の固着手段を収容するための円環体又は円錐の部分形状を有する１対の皿穴１８を含んでいてもよい。

図２〜４を参照すると、切削インサート１０は、正面１２，１４の長辺の間を延びる切削面を画定する第１のエッジ面２２及び第２のエッジ面２４によって画定される。便宜上、第１のエッジ面２２及び第２のエッジ面２４を、長いエッジ面２２，２４と称する。切削インサート１０は長手方向軸Ｌに対して対称なので、簡略にするため長いエッジ面２４の説明の一部は省略されてもよい。各長いエッジ面２２，２４は、平面Ｐに略平行な略平面状の中心水平域２６によって画定された輪郭を含む切削面を画定する。各々の長いエッジ面２２，２４は、また、平面Ｐに対して略５°〜４５°の範囲、たとえば略３０°の下向きの角度２９を有する第１の切子面２８と、平面Ｐに略平行な第２の切子面３０と、平面Ｐに対して略５°〜４５°の範囲、たとえば略２０°の上向きの角度を有する第３の切子面３２とを含む。なお、平面Ｐは切削インサート１０の長手方向軸Ｌと略平行であることに注意されたい。

図２に示すように、中心水平域２６は、正面１２，１４よりもわずかに高くてもよく、（図３に示されるように）略六角形であり、１対の対辺２６ａと、１対の丸みを付けられた角部２６ｃを形成する２対の傾斜した辺２６ｂとを含む。中心水平域２６の傾斜した辺２６ｂは、互いに略８０°の鋭角３３を形成している。切子面２８，３０，３２は効果的なチップ制御をもたらす。しかしながら、当然のことながら、本発明は切子面の数又は切子面の角度によって画定されることはなく、さらに本発明は、効果的なチップ制御をもたらす角度を有する任意の望ましい数の切子面によって実現できる。

切削インサート１０の任意の割出しのための主要な切削エッジは、図３に示すように、切断線４―４（すなわち半径の頂点）から、丸みを付けられた短いエッジ面３４と傾斜した辺２６ｂとの交点に延びる。切削エッジ２８ａも切削するが、本発明の例示された実施例におけるような切削は意図されていない。切削エッジ２８ａが効果的に切削するために、切削インサートの構成は、チップ制御が切削インサート１０の切削エッジ２８ａに沿って延びることを必要とする。よって、ある種の産業、たとえばタービンブレード機械産業における低出力ＣＮＣフライス切削機械のための代表的な工程のように、効果的に切削できる切削エッジの焦点は、いくらか浅い深さに切削すべく、半径のエッジに制約されるべきである。

切削インサート１０は、正面１２，１４の短い辺の間を延びる、第１の丸みを付けられたエッジ面３４と第２の丸みを付けられたエッジ面３６とによっても画定される。便宜上、第１のエッジ面３４及び第２のエッジ面３６を、丸みを付けられた短いエッジ面３４，３６と称する。第１の切削エッジ３８は、長いエッジ面２２と上部正面１２との交点に沿って、且つ長いエッジ面２２と丸みを付けられた短いエッジ面３４との交点に沿って、画定される。第２の切削エッジ４０は、長いエッジ面２２と下部正面１４との交点に沿って、且つ長いエッジ面２２と丸みを付けられた短いエッジ面３６との交点に沿って、画定される。インサート１０は長手方向軸Ｌに対して対称的なので、第３の切削エッジ４２は、長いエッジ面２４と上部正面１２との交点に沿って、且つ長いエッジ面２４と丸みを付けられた短いエッジ面３４との交点に沿って、画定される。第４の切削エッジ４４（図１で点線で示すように）は、長いエッジ面２４と下部正面１４との交点に沿って、且つ長いエッジ面２４と丸みを付けられた短いエッジ面３６との交点に沿って、画定される。１つの切削エッジが磨耗したときは、インサート１０を垂直軸Ｖの周りに１８０°割出し、同じ正面１２，１４の他の切削エッジを使用可能な切削位置に配置してよい。インサート１０をクランプ式ねじ穴１６の軸Ａの周りに１８０°割出し、また、他の正面１２，１４の他の切削エッジを使用可能な切削位置に配置してもよい。インサート１０は、切削工具内でのインサート１０の位置決めを補助すべく、位置決め用くぼみ３９を含んでいてもよい。

図５〜９を参照すると、参照番号５０で示され、中心軸５２の周りを矢５４の方向に回転可能なエンドミルが、３個の切削インサート１０を収容するように構成されている。フライス（エンドミル）５０は、円筒状の金属本体５６を有し、金属本体５６は、その内端にシャンク５８を有すると共に、３個の角度的に離間したインサート収容ポケット６０と共に形成される。本発明の１つの態様において、インサート１０は、図６と図９とに示すように、チップの形成と加工物からの除去を促進すべく、略５°の負のアキシャルレーキ角６１を示すように傾斜している。しかしながら、当然のことながら、本発明は負のアキシャルレーキ角の大きさによっては制限されず、本発明は任意の望ましい負のアキシャルレーキ角又はラジアルレーキ角で実施できる。

各ポケットは、その上にインサート１０がはめ込められる台（ｐｌａｔｆｏｒｍ）６２を含む。台６２は、インサート１０がアセンブリで「逆リード」角６３を呈示し、加工物上Ｗで（ＡＮＳＩ）リード角６５又は（ＩＳＯ）リード角６７を示すように傾斜している（図９参照）。作業が進行中の工程を用いて例示された実施の形態では、図７及び図９に示すように、切削インサート１０が０°の（ＡＮＳＩ）角６５すなわち９０°の（ＩＳＯ）リード角６７を呈示するように、機械の軸又は加工物は略５°傾いている。逆リード角６３は、ボールノーズ式工具などの工具が、切削速度および送り速度が基本的に０である工具の端部で切削しないことを保証する。例示された実施の形態では、約１．００インチ（約２．５４ｃｍ）の直径を有するフライス５０は、０．４４２インチ（約１．１２ｃｍ）の半長軸と０．０４３インチ（約１．１１ｃｍ）の半短軸とを有する楕円形状の切削を行なう。当然のことであるが、切削インサート１０の寸法は、工具の構成に応じて変更可能である。たとえば、切削インサート１０の半径は、金属切削における生産性ばかりでなく、インサートの寸法と、カッターの寸法と、切削の軸方向の深さとを決定するために調節できる。

さらに、逆リード角６３により、インサート１０は、加工物Ｗに対して更なる切削エッジを呈示することができる。たとえば、上部正面１２が外側を向くようにインサート１０が取り付けられている場合、逆リード角６３により、第１の切削エッジ３８は、上部正面１２と長いエッジ面２２との交点と、上部正面１２に隣接した短いエッジ面３４，３６と長いエッジ面２２との交点とによって画定された２つの切削エッジ３８ａ，３８ｂによってさらに画定される。同様に、下部正面１４が外側を向くようにインサート１０が取り付けられる場合、逆リード角６３により、第２の切削エッジ４０は、下部正面１４と長いエッジ面２２との交点と、下部正面１４に隣接した短いエッジ面３４，３６と長いエッジ面２２との交点とによって画定された２つの切削エッジ４０ａ，４０ｂによってさらに画定される。同様に、インサート１０が本発明の逆リード角６３で取り付けられているから、第３の切削エッジ４２及び第４の切削エッジ４４は更なる切削エッジを有する。このようにして、０°のリード角で取り付けられた場合の４つの切削エッジを有するインサートと比較して、本発明のインサート１０は合計８個の切削エッジを有する。その結果、本発明のインサート１０は、０°のリード角で取り付けられた従来のインサートと比べて、より経済的に使用できる。

各ポケット６０は、さらに、ポケット６０の内面と蹴り出し面（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｓｉｄｅ）とにそれぞれ隣接して配置された、２個の略平面状の位置決めアバットメント６４，６６を含む。クランプ式ねじ穴１６と台６２内のねじ立てされた穴（図示せず）にクランプ式ねじ２０をねじ式に挿入することによって、各インサート１０がポケット６０内に取り付けられる。

作動中、切削エッジ面３８，４０と上部正面１２及び下部正面１４との交点によってそれぞれ画定された切削エッジ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂにより、切削エッジそれ自身において比較的大きい、いっぱいに丸みを付けられた（ｆｕｌｌ ｒａｄｉｕｓｅｄ）切削エッジがもたらされる。いっぱいに丸みを付けられた切削エッジによって、２つの丸みを付けられた端部を有するインサート１０は、隣接する列の２個の離間したインサート間の隙間を効果的に補うことができる。これらの切削エッジに丸みを付けられた角部を形成することによって、切削エッジ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ（及び４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ）の強度が増す。

互いに略１２０°で円周に沿って取り付けられた、本発明の３個の改良された切削インサート１０を有するフライス５０は、約１．００インチの直径を有する。しかしながら、本発明の原理は、任意の望ましいフライスによって実現でき、その直径によって限定されるだけである。たとえば、図１０に示すように、本発明は、約１．００インチの直径ではなく、約１．２５インチの直径を有する、参照番号７０で示されるフライスによって実施できる。フライス７０の直径が大きくなると、４個の改良した切削インサート１０を、互いに略９０°で周囲に取り付けることができる。略５°の「逆リード」角６３と略５°の負のアキシャルレーキ角６１を有するより大きいフライス７０は、０．５４５インチ（約１．３８ｃｍ）の半長軸と０．０５４インチ（約０．１４ｃｍ）の半短軸とを有する楕円形状の切削を提供する。従って、本発明のフライスに取り付けられた切削インサート１０によって生じる楕円形状の切削は、切削インサート１０の半径の関数である。よって、本発明のフライスは、切削インサート１０の半径、及び／又はアキシャルレーキ角とラジアルレーキ角を変えることによって、所望の楕円の切削を生じさせることができる。

前述の特徴から、本発明が、新規かつ改良されたオン・エッジ（ｏｎ−ｅｄｇｅ）で割出し可能なインサート１０を従来技術にもたらすことは明らかであろう。このインサート１０においては、「逆リード」角６３により、従来取り付けられたインサートに比べて２倍の切削エッジを有すると共に、必要に応じて加工物に（すなわち、ブレードの根元で）わずかにアンダーカットの輪郭を生じさせることが可能なフライスがもたらされる。さらに、本発明の割出し可能なインサート１０は、従来の方法で丸み付けされたインサートと比べて、より効果的な長さと、より大きい強度とを有する切削エッジを有する。

ここで参照された文書と、特許と、特許出願は、ここで言及することによって本明細書中に組み込まれるものとする。

本発明は、種々の実施の形態と関連して、具体的に記述されて来たが、当然のことながら、これは説明としてであり、限定ではなく、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。

本発明に基づく切削インサートの斜視図である。 図１の切削インサートの正面図である。 図１の切削インサートの平面図である。 図３の線４−４に沿った切削インサートの断面図である。 本発明に基づく、各インサート収容ポケット内に収容された、図１の３個の新規かつ改良された切削インサートを有する例示的なフライスの斜視図である。 図５のフライス内に取り付けられたときの、図１の切削インサートの負のアキシャルレーキ角を示す、フライスの側面図である。 図５のフライス内に取り付けられたときの、図１の切削インサートの「逆リード」角を示す、フライスの他の側面図である。 図７の線８―８に沿ったカッターの端面図である。 本発明に基づく、各インサート収容ポケット内に収容されると共に、加工物と係合している、図１の３個の切削インサートの概側面図である。 本発明に基づく、各インサート収容ポケット内に収容された、図１の４個の新規かつ改良された切削インサートを有する、別の例示的なフライスの斜視図である。

符号の説明

１０：切削インサート
１２：第１の正面
１４：第２の正面
２２：第１の長いエッジ面
２４：第２の長いエッジ面
２８：第１の切子面
３０：第２の切子面
３２：第３の切子面
３４：第１の丸みを付けられた短いエッジ面
３６：第２の丸みを付けられた短いエッジ面
３８：第１の切削エッジ
４０：第２の切削エッジ
５０：フライス
６３：逆リード角

Claims (21)

1. インサートポケット内に接線方向に取り付けられた割出し可能な切削インサートと組み合わされ、各切削インサートは、第１及び第２の正面と、第１及び第２の長いエッジ面と、第１及び第２の丸み付けされた短いエッジ面とによって画定された本体を備える、複数のインサートポケットを有するフライス本体を備えるフライス工具であって、
   各割出し可能な切削インサートが逆リード角で接線方向に取り付けられており、
   各長いエッジ面が、略平坦な中心水平域と、第１の切子面と、第２の切子面と、第３の切子面とによって画定された輪郭を含む切削面を画定し、
   前記中心水平域が、前記第１及び第２の正面よりもわずかに高いことを特徴とする、フライス工具。
2. 前記逆リード角が略５°であることを特徴とする、請求項１に記載のフライス工具。
3. 各割出し可能な切削インサートが、略５°の負のアキシャルレーキ角で接線方向に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のフライス工具。
4. 前記第１の切子面が、前記切削インサートの前後軸に対して略５°〜４５°の範囲の下向きの角度を有することを特徴とする、請求項３に記載のフライス工具。
5. 前記下向きの角度が、前記切削インサートの前記前後軸に対して略３０°であることを特徴とする、請求項４に記載のフライス工具。
6. 第３の切子面が、前記切削インサートの前後軸に対して略５°〜４５°の範囲の上向きの角度を有することを特徴とする、請求項４に記載のフライス工具。
7. 前記上向きの角度が、前記切削インサートの前後軸に対して略２０°であることを特徴とする、請求項６に記載のフライス工具。
8. 前記中心水平域が、１対の対辺と２対の傾斜辺とを含む略六角形の形状であることを特徴とする、請求項４に記載のフライス工具。
9. 切削エッジが、前記第１及び第２の正面の１つと前記第１及び第２の長いエッジ面の１つ並びに前記第１及び第２の丸み付けされた短いエッジ面の１つとの交点に沿って画定されていることを特徴とする、請求項１に記載のフライス工具。
10. 前記切削エッジが、前記第１の長いエッジ面と前記第１の正面との交点と、前記第１の長いエッジ面と前記第１の正面に隣接した前記第１の丸み付けされた短いエッジ面との交点とによって画定された１対の切削エッジによってさらに画定されていることを特徴とする、請求項９に記載のフライス工具。
11. フライス工具用の接線方向に取り付けられた割出し可能な切削インサートであって、
    第１及び第２の正面と、第１及び第２の長いエッジ面と、第１及び第２の丸み付けされた短いエッジ面と、によって画定された本体を含み、
    各長いエッジ面が切削面を画定し、該切削面が、略平坦な中心水平域と、第１の切子面と、第２の切子面と、第３の切子面とによって画定された輪郭を含み、
    前記中心水平域が、前記第１及び第２の正面よりもわずかに高いことを特徴とする、切削インサート。
12. 前記第１の切子面が、前記切削インサートの前後軸に対して略５°〜４５°の範囲の下
    向きの角度を有することを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。
13. 前記下向きの角度が、前記切削インサートの前記前後軸に対して略３０°であることを特徴とする、請求項１２に記載の切削インサート。
14. 前記第３の切子面が、前記切削インサートの前後軸に対して略５°〜４５°の範囲の上向きの角度を有することを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。
15. 前記上向きの角度が、前記切削インサートの前後軸に対して略２０°であることを特徴とする、請求項１４に記載の切削インサート。
16. 前記中心水平域が、１対の対辺と２対の傾斜辺とを含む略六角形の形状であることを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。
17. 切削エッジが、前記第１及び第２の正面の１つと前記第１及び第２の長いエッジ面の１つ並びに前記第１及び第２の丸み付けされた短いエッジ面の１つとの交点に沿って画定されていることを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。
18. 前記切削エッジが、前記第１の長いエッジ面と前記第１の正面との交点と、前記第１の長いエッジ面と前記第１の正面に隣接した前記第１の丸み付けされた短いエッジ面との交点とによって画定された１対の切削エッジによってさらに画定されていることを特徴とする、請求項１７に記載の切削インサート。
19. 前記切削インサートが逆リード角で接線方向に取り付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。
20. 前記逆リード角が略５°であることを特徴とする、請求項１９に記載の切削インサート。
21. 各割出し可能な切削インサートが、略５°の負のアキシャルレーキ角でフライスに接線方向に取り付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の切削インサート。

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