JP4225452B2 - 機械工具 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の技術分野
本発明は、中央の幾何学的回転軸線に関して回転対称に延びる包絡面とこの軸線に対して横断方向に延びる端面とを有する回転可能なヘッドと、包絡面と端面との間の移行部分内の周縁部分に形成されている切屑ポケットに関連して接線方向に互いに間隔を置いた複数の切削インサートとを含むタイプの、切屑除去機械加工のための工具に関し、このヘッドは、一方では、外側から冷却流体および／または潤滑流体を受け入れる目的を有する内側の中央主導管と、もう一方では、主導管からの流体を個々の切削インサートに向けて個別に導くという目的を有する切削インサートおよび切屑ポケットの数に一致した幾つかの分岐導管と、を有する。
従来の技術
上記で概略的に説明したタイプの工具は、フライス、特に正面フライスの形態にする。現代のフライス加工技術の開発は、ますます高切削速度に向けられている。この開発は、アルミニウムのような加工が容易な材料のフライス加工において特に顕著である。例えば、約８，０００−１０，０００ｍ／分の範囲までの切削速度が、現在においてアルミニウムの機械加工にすでに使用されており、このことは、直径１００ｍｍの正面フライスのためには２５，０００−３２，０００ｒｐｍの範囲内の回転速度を必要とする。様々な理由から、ある種の流体が機械加工作業中に個々の切削インサートに供給される。場合によっては、冷却流体が切削インサートと被加工物とを冷却するという目的で供給されることがあり、別の場合には、オイルミストを含む空気が、潤滑と所定の冷却とを実現するために供給されることがある。さらに、冷却気体が供給されることもある。切削インサートおよび被加工物を冷却するため、並びに工具上へのアルミニウムのような被加工材料の(smearing)を防止するために、冷却または潤滑流体の基本は、最適の特性を被加工物上の加工表面に与えることである。こうした流体のもう一つの目的は、切削インサートが被加工物から取り除く切屑を除去することである。
【０００２】
市販製品として入手可能な公知のフライス加工工具は、工具上の個々の切削インサートに冷却流体および／または潤滑流体を導くために様々な解決策を使用する。一般的に行われている解決策は、個々の切削インサートの直ぐ近くの箇所からカッタヘッド内側の中央主導管へと穿孔されている穴の形の分岐導管を使用することに基づいている。しかし、この製造方法は複雑で高コストであり、さらには、切削インサートと被加工物とを冷却するための、および、剥離切屑を除去するための流体の能力に関しては並みの結果しかもたらさない。
本発明の目的と特徴
本発明は、公知のフライス加工工具の欠点を取り除くこと、改良されたフライス加工工具を提供すること、を目的とする。したがって、本発明の第１の目的は、効果的かつ強力な形で必要な流体を個々の切削インサートに導き、こうしてその流体の冷却効果および／または潤滑効果を最適化することが可能な工具を提供することである。さらに、本発明は、切屑ポケットの表面の腐食が防止される形でカッタヘッドからの切屑の流れを案内することを生じさせることが可能な工具を提供することを目的とする。本発明の別の目的は、簡単かつ低コストに製造できる工具を作ることである。本発明の別の目的は、特に工具の始動および停止に関して高回転速度での動作を容易にする最小限の重量を有する工具を作ることである。
従来技術のさらに詳細な説明
概略的に上述したタイプの回転工具は、例えば米国特許第９６０，５２６号、ドイツ特許第３,１０４,７５２号、およびドイツ特許第３,１０５,９３３号から公知である。しかし、これらの公知の工具では、流体のための主導管からの分岐導管が穿孔穴から成っており、カッタヘッドの端面内の溝からは成ってはいないということが共通している。
【０００３】
回転工具ホルダが米国特許第５,９４１,６６４号から既知であり、この回転工具ホルダはそれ自体が幾つかの個別の流体分岐導管を含む。しかし、前記分岐導管は羽根によって画定されており、これらの羽根は一体となって、外側から中央主導管の中に冷却流体を送り込むようにインペラを形成する。この工具ホルダはあらゆるタイプの切削インサートを欠いており、さらには、分岐導管が、外方に開放された溝の形状ではない。
【０００４】
ドイツ特許第１９,７２５,１００号が、切削インサートが装着された端面に関連して、周縁に配置された切削インサートに対して中を通して冷却流体が送り出されることが可能な半径方向に向けられた複数のノズルを有する中央分配器本体を有するフライス加工工具を開示している。しかし、このフライス加工工具においてさえ、開放溝が前記端面には全く存在しない。
発明の好ましい実施形態の詳細な説明
図１と図２に示されている工具は、中央の幾何学的回転軸線Ｃを中心として回転可能なカッタヘッド１の形態である。アーチ状の包絡面２が軸線Ｃに関して回転対称に延び、カッタヘッドの軸状部分４上の円筒形表面３の形に変形する。軸部分４上の第２の平面端面６とは反対側に位置している第１の平面端面５が、回転軸線Ｃに対して垂直に平面内を延びる。これらの端面５、６の間に、中央主導管７が、冷却流体または別の流体が中を通過することができる例えば穿孔穴のような穴の形で延びる。アーチ状の包絡面２と平面端面５との間の移行部分を形成する端縁部分８においては、接線方向に互いに間隔を置いた複数の切屑ポケット９が凹みの形で形成されている。前記切屑ポケットに関連して、切削インサート１１が中に装着される座１０が形成されている。前記切削インサートが割出し可能なタイプであり、および、ねじによって切削インサートが固定されるようなことが有利である。
【０００５】
本発明による工具の特徴は、外方に開放された幾つかの溝すなわち凹み１２が端面５内に形成されているということである。さらに明確に述べると、この溝１２の数はそれぞれに切削インサート１１および切屑ポケット９の数に一致する。溝１２は、外側から主導管内に取り込まれた流体を個々の切削インサート１１に導くことを目的とする分岐導管を形成する。この好ましい実施形態では、個々の導管の各々は湾曲しており、かつ、その工具の回転方向（図１と図２の矢印を参照されたい）で見た場合に、主導管７の外側口の付近の内側端部１３から個々の切削インサート１１の前部に位置した外側端部１４へと延びる。さらに詳細に述べると、この個々の溝は、その溝の凸状の側部が回転方向に向かって前方に曲がっているように形成されている。
【０００６】
内方にテーパとなるくさび状の基本形状を有するランド部分１５が、個々の溝１１の間に画定されている。これらのランド部分の表面は平らであり、および、切削インサート１１の水平な下部部分が中に位置している共通平面から軸方向に離れている共通平面（端面５）内に位置している。これに関連して、切削インサートの半径方向外側の切刃が包絡面２の後部部分から幾分か突出しているということも指摘しておかなければならない。
【０００７】
個々の溝１２の各々は、２つの互いに間隔を置いた側面１６、１６と、（図１と図２ではそれぞれに１つだけしか見えない２つの側面１６の）中間に位置した適切に凹状に丸みを付けられた底面１７とによって画定されている。図１と図２に示されている実施形態では、個々の溝１２は、内側末端１３から外側末端すなわち開口１４までのその縦方向の全長に沿って均一の薄さを有する。さらに、個々の溝の側面１６は互いに平行であり、工具の回転軸線Ｃに対しては傾斜している。さらに明確に述べると、これらの溝の側面は、工具の回転方向で見た場合に端面５から上方／後方に傾くように傾斜している。しかし、２つの互いに平行な側面が工具の回転軸線に対してほぼ平行に延びるように溝を形成することも可能である。これに関連して、一方では、回転軸線に対して平行である１つの側面と、もう一方では、回転軸線に対して傾斜している１つの側面とを有する溝を形成することも可能であるということを指摘しておかなければならない。
【０００８】
溝１２の異なるアーチ形状が採用可能であるが、一般的に、サイクロイド状の基本形状が好ましく、この場合にサイクロイド曲線は溝の外側端部に向かうにつれて次第に増大する直径を有する。
【０００９】
図１と図２に示されている工具は次のように動作する。
【００１０】
適切な外部供給源（図示されていない）から、加圧流体（例えば、冷却流体、または、オイルミストを含む空気）が、軸部分４の端面６内に開口する末端を経由して主導管７の中に送り込まれる。工具が、高速度、例えば２５，０００ｒｐｍ以上の回転速度で回転させられる時に、溝１２の各々の中で吸込み効果が生じ、この吸込み効果は、到着する流体を切削インサート１１に向けて外方に主導管の外側端部すなわち下部端部に吸い込もうとする。この吸込み効果は溝によって生じさせられることが可能であり、このことは、カッタヘッドの末端部分が、フライスの回転中に、互いに隣接する溝の間のランド部分１５がファンを形成するインペラとして働くということを意味する。従来のファンと同じ仕方で、そのファンの中央から軸方向外方に作用する負圧が「各翼の後面」に沿って供給され、すなわち、各々の先端ランド部分の背後の側面１６に沿って供給される。さらに明確に述べると、流体中に含まれる粒子が反対側の側面１６に向かって後方に押され、これと同時に、遠心力によって半径方向外方に弾き出される。
【００１１】
導管７内の軸方向の主要な流れの向きが各々の溝１２内の半径方向の部分的な流れに最初に変わることが、工具の回転速度と、流体の性質と、流入流体の圧力および体積とのような様々な因子に応じて様々な形で生じるだろう。図１と図２の実施形態では、この流れの向きの変更が、個々の偏向手段の助けなしに生じると想定されている。これは例えば、工具を最初に最高速度で回転させ、その次に主導管７に対する流体の供給を開始して連続的に増大させることによって生じさせられてもよい。さらに、工具の回転の開始と共に適切な仕方で溝に流体を入れることも可能である。
【００１２】
溝によって実現される送風効果の結果は、流体の質量流量(mass flow)に依存している。主導管７の中を通る質量流量が様々な理由から不十分になる場合には、この効果が低下させられる（ファンはそれ自体のポンプ特性を有する）。主導管を通過する質量流量が不十分になる危険性を防止するために、空気入口流路１９がカッタヘッド内に穿孔されてもよい。さらに明確に述べると、各溝に関して流路穴１９がカッタヘッドの軸部分４の付近の外側の箇所から個々の溝１２の内側端部１３の区域内の内側の箇所へと穿孔される。実際には、比較的小さい直径であることがこうした穴を、工具の製造と共に容易に形成される。この穴の中を通して空気が外側から吸い込まれ、個々の溝に対する流体の部分的な質量流量に加えられる。
【００１３】
個々の溝の各々の中を通して半径方向に吸い出される流体が、付属の切削インサート１１に沿って進み、その切削インサートと、その切削インサートが瞬間的に接触している被加工物の一部分とを冷却または潤滑するだろう。それによって、流体は、切屑を切削インサートと被加工物とから流し去るだけではなく、個別の切屑ポケット９の各々を画定する表面からも切屑を流し去る働きをする。これに関して、溝の中を通過する流体の部分的流れが噴流を形成し、この噴流が、工具の回転軸線に垂直に方向付けられている共通平面内を半径方向に切屑を流し去る。こうして、切屑の流れが最適な形で工具から外に向けて方向付けられる。
【００１４】
次に図３〜６を参照すると、これらの図は、流体の軸方向の主要な流れの向きを変えて半径方向の部分的流れにするための個々の手段がカッタヘッドに備えられている実施形態を示している。さらに詳細に述べると、工具は、その工具を通常の仕方で工具ホルダ（図示されていない）内に固定するためのねじ２０を含む。ねじ２０は、流体の軸方向の通過を可能にするための管状ねじから成り、および、雄ねじ２２を有するねじ頭２１を有する。管状ねじの内側の空洞が、そのねじを締め付けるためにキーが中に当てがわれることが可能な六角形のソケット２３の中に開口する。全体が２４で示されている分配器装置がねじ頭２１と協働し、この装置は、円形プレート２５と、雌ねじ２７を有する円筒形ブシュ２６（図６を参照されたい）とから構成されている。図に示す例では、プレート２５はブシュ２６よりも大きい直径を有し、それによってこのプレートはブッシュから一定の距離だけ張り出す。このプレートの直ぐ近くには、ブシュが、流体が中を半径方向外方に通過する幾つかの半径方向の穴２８を有する。プレート２５は、そのプレートの内側に、軸方向の流体の流れが衝突する時にその流体を穴２８の方向に方向付ける円錐形本体２９を有する。この円錐形本体２９内には、さらに、六角形ソケット３０がキーのために形成されており、このキーによって蓋がねじ頭２１上に締め付けられる。
【００１５】
上述の蓋の機能は自明だろう。流体が管状ねじ２０の中を通して軸方向に送り込まれる時に、円錐形本体２９とプレート２５は、穴２８の中を通過してカッタヘッド内の個々の溝１２へと進む半径方向に方向付けられた部分的な流れの形に流体の向きを強制的に変更する。
【００１６】
図７と図８には、この場合も内側の円錐形本体２９を有する円形プレート２５を含む別の分配器装置が示されている。しかし、この実施形態では、プレート２５は、カッタヘッドの外側端面内すなわち下部端面内の円形皿穴の中にプレート２５を固定することが可能なねじ（図示されていない）のための幾つかの穴３１を有する。前記穴３１は、締付ねじのためのねじ山付き穴がカッタヘッド内の主導管の外側に位置していることが可能であるように、そのプレートの比較的近くに配置されている。主導管の中を通過する軸方向の流体の流れがプレート２５に衝突する時に、この流体の流れは、そのプレートとこれに関連した円錐形本体とによって半径方向の部分的流れに強制的に変化させられる。
【００１７】
図９に示されている実施形態は、個々の空気入口流路１９が欠如しているという点においてだけ、図１および図２による実施形態と相違している。
【００１８】
溝１２がその内側端部からその外側端部への方向において次第に広がる様子が、図１０に概略的に示されている。言い換えると、前記溝は、増大する半径を有する増大する断面積を有する。外方に向かうにつれて広がる溝によってもたらされる効果は、流体がその溝の中で膨張するということと、実現されるタービンファンが多量の部分的流れを容易に排出するが、その流体の速度は適度であるということである。
【００１９】
図１１には、個々の溝１２の各々がその外側端部からその内側端部へ向かう方向に次第に広がる実施形態が示されている。この場合には、流体は溝の中で圧縮され、それによってタービンファンが流体の制限された流れを送り出すが、その流体の速度と圧力はそれぞれに増加させられている。
【００２０】
図１０と図１１の２つの実施形態に共通しているのは、溝１２が付近の周囲ランド部分１５に比較して狭幅であるということである。言い換えると、溝の合計投影面積はランド部分の合計投影面積よりも小さい。
【００２１】
図１２には、溝すなわち凹み１２の合計投影面積が溝の間のランド部分１５の合計投影面積よりも大きい別の実施形態が示されている。言い換えると、この場合にはランド部分は溝に対して相対的に狭い。この実施形態では、多量の流体が送り出されることが可能であるが、その流体の速度と圧力は低い。
【００２２】
図１３には、個々の溝１２の２つの側面１６が工具ヘッドの端面５からその側面に関する共通底面１７に向かって分岐する実施形態が示されている。
【００２３】
本発明の重要な利点は、この工具が、ファン形成溝によって、流体の強力な部分的流れが自動的に主導管から個々の切削インサートとその切屑ポケットとに向けて排出されることを可能にするということである。さらに、こうして得られる流体の部分的流れが、回転軸線に対して垂直な平面内で半径方向に方向付けられる。したがって、公知のフライス加工工具における傾斜穿孔された分岐導管穴とは逆に、本発明による工具は、切削インサートとその周囲の切屑ポケットとからの高効率の切屑廃棄を確実なものにする。さらに、本発明による工具の製造は、従来において使用される製造方法に比較して単純である。特に、工具ヘッドの端面内の開放溝が、設計者が切削インサートとその付属の切屑ポケットとをそれぞれに制約なしに形成し配置する可能性を妨げないという利点がある。別の利点は、溝が、工具の総重量の減少、すなわち、高回転速度に関して特に重要な特徴を生じさせるということである。さらに明確に述べると、工具の最小限の重量が、その工具の始動トルクと停止トルクを低減させる。
本発明の実現可能な変更
本発明は、上述し図面で示した実施形態だけに限定されるものではない。例えば、湾曲した溝の代わりにほぼ直線の溝を使用することが可能である。さらに、溝に湾曲した形状が与えられる場合に、アーチ形状が、図面に示されている実施形態とは反対の方向に曲げられ、すなわち、回転方向に対して前方にではなく後方に方向付けられた凸状形状に曲げられてもよい。フライス加工工具が上述のタイプの分配器装置を備えている場合には、分配器プレートに、上記で例として示した分配器プレートよりも大きな直径が与えられることが可能であり、それによって溝が分配器プレートによって少なくとも部分的に覆われることになる。したがって、この溝は、製造に関して初期においては完全に外方に開放されているが、その動作状態においては分配器プレートによって全体的または部分的に覆われることがある。さらに、同じ１つのカッタヘッド内の個々の溝に互いに異なる幅が与えられてもよい。例えば、１つおきの溝が隣接する溝よりも幅広であってもよい。さらに、同じ１つのカッタヘッド内の個々の溝が、各溝を画定する２つの側壁のそれぞれ１つの側壁において、または、各対の形の両方の側壁において、互いに異なる傾斜を有してもよい。さらに、個々の溝は必ずしも互いに等距離の間隔を置かれている必要はない。例えば、切削インサートが互いに等距離の間隔を置いて配置されている場合においても、溝を互いに対して不規則的に配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明によるフライス加工工具の斜視図である。
【図２】 図２は、裏返した状態を上方から見た図１による工具の平面図である。
【図３】 図３は、下方から斜めに見た場合の工具の別の実施形態の斜視図である。
【図４】 図４は、工具から分離された形で示されている、流体分配装置を有する同じ工具を示す類似の分解斜視図である。
【図５】 図５は、上方から見た図４による分配器装置の平面図である。
【図６】 図６は、図５の断面Ａ−Ａである。
【図７】 図７は、本発明による工具の第３の別の実施形態の斜視図である。
【図８】 図８は、図７による工具内に含まれている第２のタイプの分配器装置の斜視図である。
【図９】 図９は、本発明のさらに別の実施形態の、下方から見た平面図である。
【図１０】 図１０は、本発明の３つの互いに異なる別の実施形態を示す、下方から見た略平面図である。
【図１１】 図１１は、本発明の３つの互いに異なる別の実施形態を示す、下方から見た略平面図である。
【図１２】 図１２は、本発明の３つの互いに異なる別の実施形態を示す、下方から見た略平面図である。
【図１３】 図１３は、工具の工具ヘッド内に含まれている溝の別の実施形態を示す略側面図である。

Claims (17)

1. 中央の幾何学的回転軸線（Ｃ）の周りを回転対称に延びる包絡面（２）と前記軸線に対して横断方向に延びる第１の平面端面（５）とを有する回転可能なヘッド（１）と、
   前記包絡面（２）と前記端面（５）との間の移行部分内の周縁部分（８）に形成されている切屑ポケット（９）に関連して接線方向に互いに間隔を置いた複数の切削インサート（１１）と、
   を含む切屑除去機械加工のための工具であって、
   前記ヘッドは、一方では外側から冷却流体および／または潤滑流体を受け入れる目的を有する内側の中央主導管（７）と、もう一方では、前記主導管からの前記流体を個々の前記切削インサートに向かって個別に導く目的を有する、前記切削インサート（１１）および前記切屑ポケット（９）の数に一致した幾つかの分岐導管（１２）とを有する工具において、
   前記主導管（７）は上方に延びて前記端面（５）内に開口することと、個々の前記分岐導管は、前記端面（５）内に形成されている少なくとも外方に開放されている溝（１２）から成り、前記溝は前記主導管（７）の前記端面（５）の開口から個々の前記切屑ポケット（９）にまで延びるので、前記工具の回転方向で見た場合に前記切削インサート（１１）の前部に位置した外側末端（１４）にまで延びることとを特徴とする工具。
2. 個々の前記溝（１２）は、２つの互いに間隔を置いた側面（１６）と、その中間の凹状に丸みを付けられた底面（１７）とによって画定されていることを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 個々の前記溝（１２）は、該溝の全長に沿ってほぼ均一に狭幅であることを特徴とする請求項１または２に記載の工具。
4. 個々の前記溝（１２）は、内側端部から外側端部への方向において次第に広がることを特徴とする請求項１または２に記載の工具。
5. 個々の前記溝（１２）は、外側端部から内側端部への方向において次第に広がることを特徴とする請求項１または２に記載の工具。
6. 個々の前記溝（２）は、アーチ形であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の工具。
7. 個々の前記溝（１２）の前記アーチ形は、概ねサイクロイド形であることを特徴とする請求項６に記載の工具。
8. 前記溝（１２）の合計投影面積が、前記溝の間のランド（１５）の合計投影面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の工具。
9. 前記溝（１２）の合計投影面積が、前記溝の間のランド（１５）の合計投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の工具。
10. 個々の前記溝（１２）の前記側面（１６）は、互いに平行であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の工具。
11. 個々の前記溝の前記側面（１６）は、前記工具の前記回転軸線に対して平行に延びることを特徴とする請求項１０に記載の工具。
12. 個々の前記溝の前記側面（１６）は、前記工具の前記回転軸線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１１に記載の工具。
13. 個々の前記溝の前記側面（１６）は、前記工具ヘッド（１）の前記端面（５）から前記共通底面（１７）の方向において分岐することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の工具。
14. 前記主導管を通過する流体の軸方向の流れの向きを溝に対する横断方向の部分的流れの形に変化させるという目的を有する装置（２４）が、前記主導管（７）と前記溝（１２）との間に配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の工具。
15. 前記装置（２４）は、プレート（２５）の付近の接線方向に互いに間隔を置いた複数の穴（２８）を有するブッシュ（２６）と一体になっているプレート（２５）と、流体の流れが中を通過することが可能であり且つ工具ホルダ内に前記工具を固定する目的を有する管状ねじ（２０）のねじ頭（２１）上の雄ねじ（２２）と協働するための雌ねじ（２７）とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の工具。
16. 前記装置は、前記主導管（７）よりも幅広でありかつプレート（２５）の直ぐ近くに配置されているねじのための幾つかの穴（３１）を有するプレート（２５）を含み、前記ねじは前記工具ヘッド内のねじ山付き穴の中に締め付け固定可能であることを特徴とする請求項１４に記載の工具。
17. 個々の空気入口流路（１９）が前記工具ヘッドの前記包絡面（２）と前記溝（１２）の前記内側端部（１３）との間を延びることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の工具。

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