フライス工具
【課題】超耐熱合金などの難削材での荒加工において、高能率の切削を可能にするとともに、立壁面が形成される場合にも、刃先側面部の異常摩耗を抑制し、高寿命の切削加工を可能とする。
【解決手段】複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分ける。そして、その少なくとも一組について、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設ける。
【解決手段】複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分ける。そして、その少なくとも一組について、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削加工に用いるフライス工具に関し、特に超耐熱合金などの難削材の切削加工に使用する刃先交換式のフライス工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の刃先交換式チップを有するフライス工具は、金型加工や素材の切削加工に広く使用される回転工具であり、チップ形状としては多角形状のものと、刃先によるすくい面が円形状の、いわゆる丸駒チップとが知られている。
通常、平面形状を削り落とす際には、チップの断面が四角形等の多角形状であるチップを使用したフライス工具が用いられる。しかし、チップが多角形状であるため、３次元形状の掘り込み加工などでは階段状の加工となり、仕上げ加工での取代にムラが生じ、精密形状の仕上げには不適となる。また、切削抵抗が大きく、工具の変形が生じやすい。
【０００３】
一方、丸駒チップを用いたフライス工具は、すくい面が円形状の丸駒チップを、回転工具の円周方向に複数配置したものであり、切削負荷を円形の刃先全体で分散して受け止めるので応力集中などが発生しにくく、欠損しにくいことから、難削材の切削加工に対し耐久性が高いという利点がある。また、刃先が円形状であるため、パスとパスとのつなぎがスムースで、次工程の取代を均一にできるほか、刃先の軌道上の形状が曲面であることから３次元形状の製品も作成しやすい。
さらに、切削点での切りくず厚さは切込角が０°（極めて薄いカット）から９０°に滑らかに変化するため、送りを高く設定することができ、荒加工には特に有用である。
しかも、丸駒チップは、円形状の全周囲を刃先として使用できるため、その一部が摩耗した際には、チップを少し回転することで新しい切削点を設定することができ、コスト面でも有利となる。
【０００４】
こうした利点から、金型加工や外形削り出し工程での荒加工や中仕上げ加工、さらには、超耐熱合金をはじめとする難削材の荒加工においても多く用いられるようになってきているが、丸駒チップに超硬金属材を用いた場合でも、難削材の切削加工に伴い、寿命が極端に低下する場合があり、切削速度の低下や、工具交換頻度の増大など加工能率の低下が問題となる。
そこで、近年のセラミックス素材の性能向上を背景として、丸駒チップ素材として、高硬度でしかも強度がきわめて高いセラミックスを採用し、高速の切削加工を行うことにより、高い除去能率で超耐熱合金の切削加工も可能となってきている。
【０００５】
しかし、こうしたセラミックスの丸駒チップは、製造コストの面から形状が単純な円筒形状で供給されるため、チップ単体では、円筒側面の逃げ角が確保できない。
そのため、丸駒チップを使用したフライス工具による加工は、底面側の逃げ角が確保されるよう取り付け面の角度が設計することにより、底面側での切削を行うことが一般的である。
【０００６】
ところが、３次元形状の掘り込み切削加工を行う場合では、底面側の切削のみならず、加工形状の制約から９０°の傾斜面を有する立ち壁面を切削することが必要となる。このように立ち壁面を切削する場合には、丸駒チップの円形刃先のうち、底面側切削点から側面の切削点に至るまで、９０°以上が接触部となり、切削力が大きく、しかも切り屑排出性が低下することから、側面部での摩耗増大や欠損の要因となる。特に、超耐熱合金の切削で有効となるセラミックス素材の丸駒チップでは、その側面部の摩耗増加は顕著である。また、チップが円筒形状をしていることから、逃げ角が十分とれないため、摩耗増大時には工具本体が被削材と接触する可能性があり、加工上の不具合となる。
【０００７】
このような底面と側面部での接触部に関わる従来技術として、例えば、下記特許文献１には、長方形チップ形状の刃先交換式工具において、半径方向と軸方向の突出し量を変化させることにより、底面と側面の切削領域を変化させて切削時の切削抵抗の低減を図り、摩耗の要因となる、びびり振動の発生を抑制させる工具が開示されている。また、下記特許文献２には、底面切削用チップと側面切削用チップを別々に配置した工具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５９１７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７９４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、チップ交換型フライス工具において、四角形状のチップの取り付け位置のオフセット量を定め、その回転軌跡を互いに変位させることにより、びびり、規則的な振動を防止している。しかし、あくまでも、四角形状のチップの切削点の変位を前提としていることから、刃先が円形状となる円筒状の丸駒チップを使用したフライス工具には適用できない。
すなわち、円筒形状の丸駒チップにおいては、軸方向、半径方向にオフセットしただけではチップ側面部での逃げ角が確保されず、立ち壁面の切削が考慮されていないため、チップ側面の異常摩耗抑制のための効果は得られない。
【００１０】
特許文献２においても、四角形状のチップで底面切削用の刃先と側面切削用の刃先を形成しているため、丸駒チップのフライス工具に適用することはできない。
そこで、本発明の目的は、特にセラミックス素材の円筒状の丸駒チップを、超耐熱合金などの難削材での荒加工に使用した場合でも、高能率で切削が可能にするとともに、加工形状の制約で立ち壁面が形成される場合にも、刃先側面部の異常摩耗を抑制し、高寿命の切削加工が可能な工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本発明のフライス工具は、複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、前記丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分け、少なくともその一組について、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設けた。
【００１２】
また、上記のフライス工具において、前記被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲と、前記被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲を、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離により設定した。
【００１３】
さらに、上記のフライス工具において、前記丸駒チップの厚さを選定することにより、前記チップの工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させた。
【００１４】
上記のフライス工具に取り付けられる丸駒チップのセットとして、厚さの異なる丸駒チップの組み合わせで構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超耐熱合金などの難削材における切削加工において、高能率かつ長寿命となる切削工具を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】円筒形状のチップを有するフライス工具による切削状態の斜視図。
【図２】（ａ）はチップの形状の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は（ｃ）における点線部の拡大図。
【図３】円筒形状チップを有するフライス工具の切削状態を示す平面図。
【図４】（ａ）は均等に配置した円筒形状チップを有するフライス工具の正面図、（ｂ）は底面図。
【図５】円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＹ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図６】円筒形状チップの軸方向取り付け角を示す図。
【図７】図４に示した配置により円筒形状チップの広範囲に生じた顕著な摩耗状態を示す図。
【図８】（ａ）は本発明による円筒形状チップを有するフライス工具の正面図、（ｂ）は底面図。
【図９】本発明による円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＹ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図１０】本発明による円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＸ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図１１】本発明による円筒形状チップの底面側に生じた摩耗状態を示す図。
【図１２】本発明による円筒形状チップの側面側に生じた摩耗状態を示す図。
【図１３】図９の拡大図。
【図１４】本発明による他の実施例の円筒形状チップを有するフライス工具の底面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
最初に、本発明の前提となる、円筒形状の丸駒チップを使用したフライス工具による切削加工について説明する。
図１は、丸駒チップを有するフライス工具を用いて、立ち壁面を有するＬ型状の被削材を切削している状態の斜視図である。
図１において、１は切削を行うフライス工具であり、２は被削材である。フライス工具１は、工具本体１ａと、工具本体１ａの先端に取り付けられた丸駒チップ３とから構成されている。
【００１８】
図２はチップ３の詳細な形状を示したのもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図をそれぞれ示しており、（ｄ）は（ｃ）における点線部の拡大図である。
チップ３は、直径Ｄ、厚さｔの円柱形状を有する丸駒チップであり、図２（ａ）に示されるように、すくい面３ａ、逃げ面３ｂ、及びすくい面３ａと逃げ面３ｂの境界に面取り部３ｃを有している。面取り部３ｃは、すくい面３ａに対して面取り幅ｃｆ、面取り角θの傾斜面である。チップ３の面取り角θは、θ＜３０°程度、面取り幅ｃｆは、ｃｆ≦０．２ｍｍとするのが一般的である。
【００１９】
チップ３は工具本体１ａに対して図示していない止め具やネジ等で固定されている。フライス工具１は、図１に示されるように、工具回転軸１ｂを中心に回転方向１ｃで回転しており、回転状態にてフライス工具１を矢印Ａ方向に移動させることにより、被削材２の底面２ｂと立ち壁面２ａを切削する。チップ３は、工具本体１ａに対して円周方向４箇所に配置され、すくい面３ａがフライス工具１の回転方向に対して正面方向となるように取り付けられている。このフライス工具１による切削加工により、被削材２には、高さＨの立壁面２ａと底面２ｂが形成される。
図３は、図１の切削状態を矢印Ｂ方向と矢印Ｃ方向より示したもので、（ａ）はＢ方向の正面図、（ｂ）は矢印Ｃ方向の下面図であり、フライス工具１は、図３（ｂ）に示される反時計方向の回転運動１ｃを維持したまま、矢印Ａ方向に直進して被削材２の底面２ｂを除去する。
【００２０】
この際、フライス工具１の矢印方向Ａの移動に先立ち、被削材２に対してＺ軸方向に距離ｄだけ変位させて切込みを与えることで、被削材２をＺ方向の深さｄだけ除去する。この動作を繰り返すことにより、高さＨの立壁面２ａと底面２ｂの切削が行われる。
図３（ｂ）において、１ｄはチップ３の先端が描く曲線軌跡を示している。
チップ３はフライス工具１の回転運動１ｃ及び矢印Ａ方向への直進運動に伴い、チップ３は被削材２の底面２ａ上を曲線軌跡（１ｄ）で移動し、曲線軌跡１ｄの軌跡上に存在する被削材２を切削する。ここで、曲線軌跡１ｄは、矢印Ａ方向の移動速度と回転１ｃの回転数より定まる送り量ｆｚのピッチで、被削材２の底面２ｂ上に描かれる曲線となる。
【００２１】
ここで図４、図５を用いて、丸駒チップを均等配置した場合のフライス工具１を用いて図１、２に示した切削を行う場合の問題点を説明する。図４は、丸駒チップを、Ｚ方向の高さ、回転軸に対する半径方向位置及び取り付け角を均等配置したフライス工具を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
このフライス工具１は、チップ３が工具本体１の軸方向において、いずれのチップ３もＺ方向の高さが一定となるように取付けられている。また、図４（ｂ）に示すように、それぞれのチップ３は回転軸１ｂに対して同じ距離Ｒで配置されている。また、図４（ｂ）において、すくい面３ａにおける工具半径方向の傾きを半径方向取り付け角αとすると、すべてのチップ３におけるαも同一に設定されている。
【００２２】
ここで、図６は、図３（ａ）に示す点線部をＹ方向（図１参照）より見た拡大図である。フライス工具１の軸方向に対するチップ３の傾きを軸方向取り付け角βとすると、すべてのチップ３についても軸方向取り付け角βは同一となっている。すなわち、半径方向取り付け角α（図４参照）、軸方向取り付け角βは、すべてのチップ３で同一である。これは、図４に示したフライス工具１では被削材２の底面２ｂを切削することを前提に、半径方向取り付け角α、軸方向取り付け角βが設計されており、立壁面２ａを除去することは考慮されていないためである。
【００２３】
図５は、図４に示したフライス工具１を用いて図１、３に示す切削を行った際の、図３（ｃ）中の点線部で示す被削材２とチップ３の刃先接触部におけるＺ−Ｙ平面の拡大図である。
図５において、チップ３が被削材２の立壁面２ａを切削する際には、チップ３の外周面は円弧Ｅ−Ｆで示す範囲の部分が、被削材２と接触することとなる。チップ３において円弧Ｅ−Ｆの周長は、円周の４分の１以上であり、チップ３の外周部で広範囲の部分が同時に接触した状態で切削されるため、チップ３には図７の斜視図で示すように、側面３ｂには、顕著な摩耗領域３ｄが発生する。特に、チップ３の側面側である接触部Ｅでの摩耗量が大きくなる。
【００２４】
上記したフライス工具１の場合、工具本体１に対してすべてのチップ３が同じ配置で取り付けられているため、立壁面２ａとの接触状態はすべてのチップで同じものとなり、同様の摩耗が発生する。この結果、側面側である接触部付近ではチップ３の刃先後退により工具本体１の側面部と被削材２の接触が発生することとなり、切削の継続が困難となる。特に、円筒形状をしたチップ３では、図４（ｂ）及び図６に示す半径方向取り付け角α、軸方向取り付け角βは、被削材２の底面部２ｂを除去することを重点に設定されているため、立ち壁面２ａの接触時には、側面部での摩耗が顕著となる。
【００２５】
［実施例１］
次に、本発明におけるフライス工具の１例を、図８を用いて説明する。図８は、本発明によるフライス工具１の正面図、底面図を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
本実施例のフライス工具１は、工具本体１ａの中心軸１ｂからの直径方向の位置と軸方向の高さ位置が異なるチップ３とチップ４であり、円周上に９０°間隔で、それぞれ、直径方向に２個一組に配置されている。そして、図８（ｂ）に示す円周方向の取り付け角度において、チップ３の半径方向取り付け角がα１、チップ４の半径方向取り付け角がα２となるように配置されている。また、軸方向の取り付け角度において、チップ３の軸方向取り付け角がβ１、チップ４の軸方向取り付け角がβ２となるように配置されている。
【００２６】
まず、α１及びβ１の設定方法を図９で説明する。図９に示すとおり被削材２に対してチップ３は底面部２ｂを切削する。同様に、チップ４は立壁面２ａを切削する。ここで、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、チップ３が被削材２を切削するためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
α１＞０°
ｃｏｓα１＞Ｄ／（２Ｒ）
０°＜β１＜９０°
【００２７】
α１及びβ１の適正値設定方法を図１、図１１で説明する。すなわち、半径方向取り付け角α及び軸方向取り付け角βを変更して、図１に示すような切削実験を行う。なお、チップ３は被削材２の底面部２ｂを切削することを前提に取り付けられているため、実験時に際してはチップ３と被削材２の立壁面２ａを接触させないように距離を置き、底面部２ｂのみを切削する。
このとき、図１１に示すようにチップ３には、側面３ｂに摩耗領域３ｄが発生する。実験では、被削材２を切削し、摩耗領域３ｄの幅が小さくなるα及びβの値を、それぞれチップ３の半径方向取り付け角α１及び軸方向取り付け角β１に設定する。設定範囲としては６°＜α１＜３０°、０°＜β１＜２０°程度が適当であり、本実施例ではα１＝１２°、β１＝６°とした。
【００２８】
次に、α２及びβ２についての設定方法を図１、図９、図１２で説明する。図９で示しているとおり、チップ３に対してチップ４は工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に位置させたことにより、被削材２の立壁面２ａを切削することとなる。ここでチップ４の厚さをｔとし、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、被削材２の立ち壁面２ａとチップ４の逃げ面４ｂが干渉しないためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
ｓｉｎα２＞ｔ／２（Ｒ＋ΔＲ）
ｃｏｓα２＞Ｄ／２（Ｒ＋ΔＲ）
０°＜β２＜９０°
【００２９】
α２及びβ２の適正値の設定方法を図１で説明する。すなわち、半径方向取り付け角α及び軸方向取り付け角βを変更して図１に示すような切削実験を行う。なお、チップ３は被削材２の底面部２ｂを切削することを前提に取り付けられているため、実験時に際してはチップ３と被削材２の立壁面２ａを接触させないように距離を置き、底面部２ｂのみを切削する。このとき、図１２に示すようにチップ４には、側面４ｂに摩耗領域４ｄが発生する。
実験では、被削材２を一定量切削除去し、摩耗領域４ｄの幅が小さくなったときのα及びβを、それぞれチップ４の半径方向取り付け角α２及び軸方向取り付け角β２に設定する。設定範囲としては１０°＜α２＜４５°、０°＜β２＜３０°程度が適当であり、本実施例ではα２＝７°、β２＝１２°とした。
【００３０】
図９は、本実施例のフライス工具１を用いて図１、２に示す切削を行った際の、図３（ｃ）の点線部で示す被削材２とチップ３、４の刃先接触部におけるＺ−Ｙ平面の拡大図である。チップ４はチップ３に対して、工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に、そして、工具回転軸方向に、ΔＺだけ被削材２の底面２ａから離れた距離に配置してある。
なお、この実施例では、チップ３とチップ４は、ともに同一直径Ｄ、厚さｔの円柱形状を有し、各チップの取り付け角、ΔＲ、ΔＺは、フライス工具１本体のチップ取り付け面の３次元位置を設計することにより、所望の値に設定される。
【００３１】
これにより、切削時には被削材２の底面２ｂについては、チップ３の刃先がＥ’−Ｆ’の範囲で、そして立壁面２ａについては、チップ４の刃先がＧ−Ｅ’の範囲で優先的に接触して除去できる。このため、チップ３には立壁面２ａに対する接触が発生しなくなり、チップ４については、底面２ｂに対する接触が発生しなくなり、それぞれの接触範囲を大幅に減じることができ、摩耗の発生を抑制することが可能となる。すなわち、チップ３を底面切削用、チップ４を立壁面切削用チップとして、個別に分担させることができる。
【００３２】
図１０は、本発明方式のフライス工具１を用いて図１、３に示した切削時の、図３（ａ）の点線部で示す被削材２とチップ３、４の刃先接触部における、Ｚ−Ｘ平面の拡大図である。
フライス工具を矢印Ａ方向に移動させて切削加工を進行させる際、チップ４はチップ３に対して、工具回転軸方向にΔＺだけ離れた距離となるように工具本体１に配置しているから、被削材２の底面２ｂに対してＪ−Ｉの範囲でチップ４の刃先を優先的に接触させて除去でき、Ｉ−Ｋの範囲でチップ３の刃先を優先的に接触されて除去できるから、それぞれの刃先の接触範囲が限定されたものとなることで摩耗の発生を抑制することが可能である。
【００３３】
その結果、チップ３については図１１、チップ４については図１２に示すように、摩耗領域３ｄを大幅に低減することができる。ここで、ΔＲ、ΔＺの算出方法を以下に説明する。図９の拡大図を図１３に示す。チップ３のすくい面における中心点をＰ、チップ４のすくい面４ａにおける中心点をＱとした。図１１より、点Ｐを中心に、チップ３と被削材２の接触円弧Ｅ’Ｆ’のなす角度φ１をチップ３の切込角とする。同様に、点Ｑを中心に、チップ４と被削材２の接触円弧Ｅ’Ｇのなす角度φ２をチップ４の切込角とする。
【００３４】
ここで、図１３の点Ｆ’を原点とするＹ−Ｚ座標系をとると、Ｅ’の座標（Ｙ、Ｚ）は、チップ３、４のすくい面の直径をともにＤとしたとき、
Ｙ＝（Ｄ／２）×ｓｉｎφ１、 Ｚ＝（Ｄ／２）×（１−ｃｏｓφ１）
と近似できる。
また、Ｅ’の座標（Ｙ、Ｚ）はチップ４の切込み角φ２を用いて以下のように算出できる。
Ｙ＝ΔＲ＋（Ｄ／２）×ｓｉｎ（９０−φ２）
Ｚ＝ΔＺ＋（Ｄ／２）×｛１−ｃｏｓ（９０−φ２）｝
よって、
ΔＲ＋（Ｄ／２）×ｓｉｎ（９０−φ２）＝（Ｄ／２）×ｓｉｎφ１・・・（１）
ΔＺ＋（Ｄ／２）×｛１−ｃｏｓ（９０−φ２）｝＝（Ｄ／２）×（１−ｃｏｓφ１）・・・（２）
【００３５】
したがって、チップ３、４の接触円弧を所望の値にする場合、上記（１）の式よりΔＲを、（２）の式よりΔＺを設計できる。
ここで、チップ３及び４における接触円弧の低減を考えると、φ１、φ２は少なくとも図５に示す接触円弧ＥＦに対して２／３以下、すなわち以下の範囲であることが望ましい。
０ ＜ φ１、φ２ ＜６０°・・・・・・（３）
（１）式、（２）式、（３）式より、ΔＲ、ΔＺは以下の範囲となる。
０ ＜ΔＲ、ΔＺ ＜０．１８×Ｄ
【００３６】
以下、本発明における具体的な実施例について説明する。本発明によるフライス工具１が最も効果が得られるのは、耐熱合金などの難削材の加工で、工具摩耗が顕著に発生する切削である。耐熱合金加工の工具ではチップ３及びチップ４の材質として、高能率加工時の耐熱性を考慮し、セラミックス工具を適用した。チップ３、４の直径Ｄには、Ｄ＝１２．７ｍｍを選択した。被削材２において立ち壁面２ａが形成されない形状での予備実験より、切込み角の適正範囲は５０°以下が適正であることが判明した。そこで、φ１＝φ２＝５０°として計算し、ΔＲ＝ΔＺ＝０．０６２Ｄが得られる。
この場合、チップ３及びチップ４の直径にはＤ＝１２．７ｍｍのチップを選定したため、この場合の ΔＲ、ΔＺは、ΔＲ＝ΔＺ＝０．７９ｍｍと算出できる。
【００３７】
［実施例２］
本発明の他の実施例として、チップ４の厚さｔを変更して、フライス工具１の本体に取り付ける。
図１４は、この実施例の底面図を示したもので、実施例１の説明で用いた図８（ｂ）と同方向よりフライス工具１を示した底面図である。図１４において、チップ４には、チップ厚さｔ２のチップを配置し、チップ３の半径方向取り付け角をα１、軸方向取り付け角をβ１としている。
α１及びβ１の設定は実施例１と同様に行う。
【００３８】
図９で説明したとおり、チップ３に対してチップ４は工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に位置させたことにより、被削材２の立壁面２ａを切削することとなる。ここでチップ４の厚さをｔ２とし、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、被削材２の立ち壁面２ａとチップ４の逃げ面４ｂが干渉しないためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
ｓｉｎα２＞ｔ２／２（Ｒ＋ΔＲ）
ｃｏｓα２＞Ｄ／２（Ｒ＋ΔＲ）
０°＜β２＜９０°
また、α２及びβ２の適正値設定は実施例１と同様に行う。
【００３９】
チップ４は円筒形状であるため、半径方向取り付け角と半径方向逃げ角は等しい関係にある。逃げ角は小さいほど、刃先強度は向上し、耐摩耗・チッピング性は向上するが、上記関係式があるため、チップ厚さが大きい場合、逃げ角も大きくなってしまう。
そこで、この実施例では、チップ４の接触範囲を被削材２の立ち壁面２ａに限定させており、底面側での接触を大幅に減少させているため、チップ４の切削負荷が低減できる。これによりチップ４の厚さｔ２を小さくでき、チップ４の逃げ角を小さくすることができるため、刃先強度を高めて、耐摩耗性の高いフライス工具１を構成することが可能となる。
【００４０】
また、半径方向取り付け角α２の設定の自由度が向上することで、チップ３とチップ４の取り付け角を、それぞれ被削材２の立ち壁面２ａ側、底面２ｂ側を切削するのに適した条件に設定することができ、耐摩耗性に優れ長寿命な工具が構成できる。
例えば、従来方式のフライス工具１では、チップ３の厚さを８ｍｍ、工具最外周部の公転半径２５ｍｍとした場合、半径方向取り付け角αは９．２°以上に設定しなくてはならないが、本実施例では、図９におけるΔＲを０．５ｍｍに設定し、チップ４の厚さｔ２を５ｍｍとすることで、チップ４の半径方向取り付け角を６°に設定可能であり、刃先強度に優れたフライス工具１を構成できる。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、最も効果が得られる方法として、超耐熱合金の切削加工に適したセラミックス素材の工具で説明したが、工具の素材を限定するものではなく、超硬素材でもよい。また、被削材の材質は、超耐熱合金以外でも効果があり、普通鋼材、ステンレス材や高硬度材などの加工でも同様の効果が得られる。
【００４２】
上記した実施例では、円筒状丸駒チップが円周方向に９０°間隔に４個設け、直径上に対向する２個の組に分け、一方の組のチップ３を底面切削用、他方の組を立壁面切削用として分担させたが、例えば、円筒状丸駒チップを６０°間隔に６個設けた場合、１２０°間隔で、二組に分担させてもよい。さらに多数の丸駒チップを円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具の場合、同一円周角度毎に配置された円筒状丸駒チップの組を３組以上とし、その少なくともその一組を、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組あるいは、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とするなど、さまざまな変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させるだけで、高能率で切削が可能になり、さらには、立壁面が形成される場合にも、刃先側面部の異常摩耗を抑制し、高寿命の切削加工を可能とするので、特に超耐熱合金などの難削材での荒加工等に広く採用されることが期待される。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・・・フライス工具
１ａ・・・・・工具本体
１ｂ・・・・・工具回転軸
１ｃ・・・・・工具回転方向
１ｄ・・・・・工具軌跡
２・・・・・・被削材
２ａ・・・・・被削材の立壁面
２ｂ・・・・・被削材の底面部
３、４・・・・円筒形状のチップ
３ａ・・・・・チップ３のすくい面
３ｂ・・・・・チップ３の逃げ面
３ｃ・・・・・チップ３の面取り部
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削加工に用いるフライス工具に関し、特に超耐熱合金などの難削材の切削加工に使用する刃先交換式のフライス工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の刃先交換式チップを有するフライス工具は、金型加工や素材の切削加工に広く使用される回転工具であり、チップ形状としては多角形状のものと、刃先によるすくい面が円形状の、いわゆる丸駒チップとが知られている。
通常、平面形状を削り落とす際には、チップの断面が四角形等の多角形状であるチップを使用したフライス工具が用いられる。しかし、チップが多角形状であるため、３次元形状の掘り込み加工などでは階段状の加工となり、仕上げ加工での取代にムラが生じ、精密形状の仕上げには不適となる。また、切削抵抗が大きく、工具の変形が生じやすい。
【０００３】
一方、丸駒チップを用いたフライス工具は、すくい面が円形状の丸駒チップを、回転工具の円周方向に複数配置したものであり、切削負荷を円形の刃先全体で分散して受け止めるので応力集中などが発生しにくく、欠損しにくいことから、難削材の切削加工に対し耐久性が高いという利点がある。また、刃先が円形状であるため、パスとパスとのつなぎがスムースで、次工程の取代を均一にできるほか、刃先の軌道上の形状が曲面であることから３次元形状の製品も作成しやすい。
さらに、切削点での切りくず厚さは切込角が０°（極めて薄いカット）から９０°に滑らかに変化するため、送りを高く設定することができ、荒加工には特に有用である。
しかも、丸駒チップは、円形状の全周囲を刃先として使用できるため、その一部が摩耗した際には、チップを少し回転することで新しい切削点を設定することができ、コスト面でも有利となる。
【０００４】
こうした利点から、金型加工や外形削り出し工程での荒加工や中仕上げ加工、さらには、超耐熱合金をはじめとする難削材の荒加工においても多く用いられるようになってきているが、丸駒チップに超硬金属材を用いた場合でも、難削材の切削加工に伴い、寿命が極端に低下する場合があり、切削速度の低下や、工具交換頻度の増大など加工能率の低下が問題となる。
そこで、近年のセラミックス素材の性能向上を背景として、丸駒チップ素材として、高硬度でしかも強度がきわめて高いセラミックスを採用し、高速の切削加工を行うことにより、高い除去能率で超耐熱合金の切削加工も可能となってきている。
【０００５】
しかし、こうしたセラミックスの丸駒チップは、製造コストの面から形状が単純な円筒形状で供給されるため、チップ単体では、円筒側面の逃げ角が確保できない。
そのため、丸駒チップを使用したフライス工具による加工は、底面側の逃げ角が確保されるよう取り付け面の角度が設計することにより、底面側での切削を行うことが一般的である。
【０００６】
ところが、３次元形状の掘り込み切削加工を行う場合では、底面側の切削のみならず、加工形状の制約から９０°の傾斜面を有する立ち壁面を切削することが必要となる。このように立ち壁面を切削する場合には、丸駒チップの円形刃先のうち、底面側切削点から側面の切削点に至るまで、９０°以上が接触部となり、切削力が大きく、しかも切り屑排出性が低下することから、側面部での摩耗増大や欠損の要因となる。特に、超耐熱合金の切削で有効となるセラミックス素材の丸駒チップでは、その側面部の摩耗増加は顕著である。また、チップが円筒形状をしていることから、逃げ角が十分とれないため、摩耗増大時には工具本体が被削材と接触する可能性があり、加工上の不具合となる。
【０００７】
このような底面と側面部での接触部に関わる従来技術として、例えば、下記特許文献１には、長方形チップ形状の刃先交換式工具において、半径方向と軸方向の突出し量を変化させることにより、底面と側面の切削領域を変化させて切削時の切削抵抗の低減を図り、摩耗の要因となる、びびり振動の発生を抑制させる工具が開示されている。また、下記特許文献２には、底面切削用チップと側面切削用チップを別々に配置した工具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−５９１７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７９４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、チップ交換型フライス工具において、四角形状のチップの取り付け位置のオフセット量を定め、その回転軌跡を互いに変位させることにより、びびり、規則的な振動を防止している。しかし、あくまでも、四角形状のチップの切削点の変位を前提としていることから、刃先が円形状となる円筒状の丸駒チップを使用したフライス工具には適用できない。
すなわち、円筒形状の丸駒チップにおいては、軸方向、半径方向にオフセットしただけではチップ側面部での逃げ角が確保されず、立ち壁面の切削が考慮されていないため、チップ側面の異常摩耗抑制のための効果は得られない。
【００１０】
特許文献２においても、四角形状のチップで底面切削用の刃先と側面切削用の刃先を形成しているため、丸駒チップのフライス工具に適用することはできない。
そこで、本発明の目的は、特にセラミックス素材の円筒状の丸駒チップを、超耐熱合金などの難削材での荒加工に使用した場合でも、高能率で切削が可能にするとともに、加工形状の制約で立ち壁面が形成される場合にも、刃先側面部の異常摩耗を抑制し、高寿命の切削加工が可能な工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本発明のフライス工具は、複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、前記丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分け、少なくともその一組について、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設けた。
【００１２】
また、上記のフライス工具において、前記被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲と、前記被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲を、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離により設定した。
【００１３】
さらに、上記のフライス工具において、前記丸駒チップの厚さを選定することにより、前記チップの工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させた。
【００１４】
上記のフライス工具に取り付けられる丸駒チップのセットとして、厚さの異なる丸駒チップの組み合わせで構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超耐熱合金などの難削材における切削加工において、高能率かつ長寿命となる切削工具を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】円筒形状のチップを有するフライス工具による切削状態の斜視図。
【図２】（ａ）はチップの形状の斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は（ｃ）における点線部の拡大図。
【図３】円筒形状チップを有するフライス工具の切削状態を示す平面図。
【図４】（ａ）は均等に配置した円筒形状チップを有するフライス工具の正面図、（ｂ）は底面図。
【図５】円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＹ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図６】円筒形状チップの軸方向取り付け角を示す図。
【図７】図４に示した配置により円筒形状チップの広範囲に生じた顕著な摩耗状態を示す図。
【図８】（ａ）は本発明による円筒形状チップを有するフライス工具の正面図、（ｂ）は底面図。
【図９】本発明による円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＹ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図１０】本発明による円筒形状チップを有するフライス工具でのチップと被削材のＸ−Ｚ平面の接触状態を示す図。
【図１１】本発明による円筒形状チップの底面側に生じた摩耗状態を示す図。
【図１２】本発明による円筒形状チップの側面側に生じた摩耗状態を示す図。
【図１３】図９の拡大図。
【図１４】本発明による他の実施例の円筒形状チップを有するフライス工具の底面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
最初に、本発明の前提となる、円筒形状の丸駒チップを使用したフライス工具による切削加工について説明する。
図１は、丸駒チップを有するフライス工具を用いて、立ち壁面を有するＬ型状の被削材を切削している状態の斜視図である。
図１において、１は切削を行うフライス工具であり、２は被削材である。フライス工具１は、工具本体１ａと、工具本体１ａの先端に取り付けられた丸駒チップ３とから構成されている。
【００１８】
図２はチップ３の詳細な形状を示したのもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図をそれぞれ示しており、（ｄ）は（ｃ）における点線部の拡大図である。
チップ３は、直径Ｄ、厚さｔの円柱形状を有する丸駒チップであり、図２（ａ）に示されるように、すくい面３ａ、逃げ面３ｂ、及びすくい面３ａと逃げ面３ｂの境界に面取り部３ｃを有している。面取り部３ｃは、すくい面３ａに対して面取り幅ｃｆ、面取り角θの傾斜面である。チップ３の面取り角θは、θ＜３０°程度、面取り幅ｃｆは、ｃｆ≦０．２ｍｍとするのが一般的である。
【００１９】
チップ３は工具本体１ａに対して図示していない止め具やネジ等で固定されている。フライス工具１は、図１に示されるように、工具回転軸１ｂを中心に回転方向１ｃで回転しており、回転状態にてフライス工具１を矢印Ａ方向に移動させることにより、被削材２の底面２ｂと立ち壁面２ａを切削する。チップ３は、工具本体１ａに対して円周方向４箇所に配置され、すくい面３ａがフライス工具１の回転方向に対して正面方向となるように取り付けられている。このフライス工具１による切削加工により、被削材２には、高さＨの立壁面２ａと底面２ｂが形成される。
図３は、図１の切削状態を矢印Ｂ方向と矢印Ｃ方向より示したもので、（ａ）はＢ方向の正面図、（ｂ）は矢印Ｃ方向の下面図であり、フライス工具１は、図３（ｂ）に示される反時計方向の回転運動１ｃを維持したまま、矢印Ａ方向に直進して被削材２の底面２ｂを除去する。
【００２０】
この際、フライス工具１の矢印方向Ａの移動に先立ち、被削材２に対してＺ軸方向に距離ｄだけ変位させて切込みを与えることで、被削材２をＺ方向の深さｄだけ除去する。この動作を繰り返すことにより、高さＨの立壁面２ａと底面２ｂの切削が行われる。
図３（ｂ）において、１ｄはチップ３の先端が描く曲線軌跡を示している。
チップ３はフライス工具１の回転運動１ｃ及び矢印Ａ方向への直進運動に伴い、チップ３は被削材２の底面２ａ上を曲線軌跡（１ｄ）で移動し、曲線軌跡１ｄの軌跡上に存在する被削材２を切削する。ここで、曲線軌跡１ｄは、矢印Ａ方向の移動速度と回転１ｃの回転数より定まる送り量ｆｚのピッチで、被削材２の底面２ｂ上に描かれる曲線となる。
【００２１】
ここで図４、図５を用いて、丸駒チップを均等配置した場合のフライス工具１を用いて図１、２に示した切削を行う場合の問題点を説明する。図４は、丸駒チップを、Ｚ方向の高さ、回転軸に対する半径方向位置及び取り付け角を均等配置したフライス工具を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
このフライス工具１は、チップ３が工具本体１の軸方向において、いずれのチップ３もＺ方向の高さが一定となるように取付けられている。また、図４（ｂ）に示すように、それぞれのチップ３は回転軸１ｂに対して同じ距離Ｒで配置されている。また、図４（ｂ）において、すくい面３ａにおける工具半径方向の傾きを半径方向取り付け角αとすると、すべてのチップ３におけるαも同一に設定されている。
【００２２】
ここで、図６は、図３（ａ）に示す点線部をＹ方向（図１参照）より見た拡大図である。フライス工具１の軸方向に対するチップ３の傾きを軸方向取り付け角βとすると、すべてのチップ３についても軸方向取り付け角βは同一となっている。すなわち、半径方向取り付け角α（図４参照）、軸方向取り付け角βは、すべてのチップ３で同一である。これは、図４に示したフライス工具１では被削材２の底面２ｂを切削することを前提に、半径方向取り付け角α、軸方向取り付け角βが設計されており、立壁面２ａを除去することは考慮されていないためである。
【００２３】
図５は、図４に示したフライス工具１を用いて図１、３に示す切削を行った際の、図３（ｃ）中の点線部で示す被削材２とチップ３の刃先接触部におけるＺ−Ｙ平面の拡大図である。
図５において、チップ３が被削材２の立壁面２ａを切削する際には、チップ３の外周面は円弧Ｅ−Ｆで示す範囲の部分が、被削材２と接触することとなる。チップ３において円弧Ｅ−Ｆの周長は、円周の４分の１以上であり、チップ３の外周部で広範囲の部分が同時に接触した状態で切削されるため、チップ３には図７の斜視図で示すように、側面３ｂには、顕著な摩耗領域３ｄが発生する。特に、チップ３の側面側である接触部Ｅでの摩耗量が大きくなる。
【００２４】
上記したフライス工具１の場合、工具本体１に対してすべてのチップ３が同じ配置で取り付けられているため、立壁面２ａとの接触状態はすべてのチップで同じものとなり、同様の摩耗が発生する。この結果、側面側である接触部付近ではチップ３の刃先後退により工具本体１の側面部と被削材２の接触が発生することとなり、切削の継続が困難となる。特に、円筒形状をしたチップ３では、図４（ｂ）及び図６に示す半径方向取り付け角α、軸方向取り付け角βは、被削材２の底面部２ｂを除去することを重点に設定されているため、立ち壁面２ａの接触時には、側面部での摩耗が顕著となる。
【００２５】
［実施例１］
次に、本発明におけるフライス工具の１例を、図８を用いて説明する。図８は、本発明によるフライス工具１の正面図、底面図を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
本実施例のフライス工具１は、工具本体１ａの中心軸１ｂからの直径方向の位置と軸方向の高さ位置が異なるチップ３とチップ４であり、円周上に９０°間隔で、それぞれ、直径方向に２個一組に配置されている。そして、図８（ｂ）に示す円周方向の取り付け角度において、チップ３の半径方向取り付け角がα１、チップ４の半径方向取り付け角がα２となるように配置されている。また、軸方向の取り付け角度において、チップ３の軸方向取り付け角がβ１、チップ４の軸方向取り付け角がβ２となるように配置されている。
【００２６】
まず、α１及びβ１の設定方法を図９で説明する。図９に示すとおり被削材２に対してチップ３は底面部２ｂを切削する。同様に、チップ４は立壁面２ａを切削する。ここで、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、チップ３が被削材２を切削するためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
α１＞０°
ｃｏｓα１＞Ｄ／（２Ｒ）
０°＜β１＜９０°
【００２７】
α１及びβ１の適正値設定方法を図１、図１１で説明する。すなわち、半径方向取り付け角α及び軸方向取り付け角βを変更して、図１に示すような切削実験を行う。なお、チップ３は被削材２の底面部２ｂを切削することを前提に取り付けられているため、実験時に際してはチップ３と被削材２の立壁面２ａを接触させないように距離を置き、底面部２ｂのみを切削する。
このとき、図１１に示すようにチップ３には、側面３ｂに摩耗領域３ｄが発生する。実験では、被削材２を切削し、摩耗領域３ｄの幅が小さくなるα及びβの値を、それぞれチップ３の半径方向取り付け角α１及び軸方向取り付け角β１に設定する。設定範囲としては６°＜α１＜３０°、０°＜β１＜２０°程度が適当であり、本実施例ではα１＝１２°、β１＝６°とした。
【００２８】
次に、α２及びβ２についての設定方法を図１、図９、図１２で説明する。図９で示しているとおり、チップ３に対してチップ４は工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に位置させたことにより、被削材２の立壁面２ａを切削することとなる。ここでチップ４の厚さをｔとし、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、被削材２の立ち壁面２ａとチップ４の逃げ面４ｂが干渉しないためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
ｓｉｎα２＞ｔ／２（Ｒ＋ΔＲ）
ｃｏｓα２＞Ｄ／２（Ｒ＋ΔＲ）
０°＜β２＜９０°
【００２９】
α２及びβ２の適正値の設定方法を図１で説明する。すなわち、半径方向取り付け角α及び軸方向取り付け角βを変更して図１に示すような切削実験を行う。なお、チップ３は被削材２の底面部２ｂを切削することを前提に取り付けられているため、実験時に際してはチップ３と被削材２の立壁面２ａを接触させないように距離を置き、底面部２ｂのみを切削する。このとき、図１２に示すようにチップ４には、側面４ｂに摩耗領域４ｄが発生する。
実験では、被削材２を一定量切削除去し、摩耗領域４ｄの幅が小さくなったときのα及びβを、それぞれチップ４の半径方向取り付け角α２及び軸方向取り付け角β２に設定する。設定範囲としては１０°＜α２＜４５°、０°＜β２＜３０°程度が適当であり、本実施例ではα２＝７°、β２＝１２°とした。
【００３０】
図９は、本実施例のフライス工具１を用いて図１、２に示す切削を行った際の、図３（ｃ）の点線部で示す被削材２とチップ３、４の刃先接触部におけるＺ−Ｙ平面の拡大図である。チップ４はチップ３に対して、工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に、そして、工具回転軸方向に、ΔＺだけ被削材２の底面２ａから離れた距離に配置してある。
なお、この実施例では、チップ３とチップ４は、ともに同一直径Ｄ、厚さｔの円柱形状を有し、各チップの取り付け角、ΔＲ、ΔＺは、フライス工具１本体のチップ取り付け面の３次元位置を設計することにより、所望の値に設定される。
【００３１】
これにより、切削時には被削材２の底面２ｂについては、チップ３の刃先がＥ’−Ｆ’の範囲で、そして立壁面２ａについては、チップ４の刃先がＧ−Ｅ’の範囲で優先的に接触して除去できる。このため、チップ３には立壁面２ａに対する接触が発生しなくなり、チップ４については、底面２ｂに対する接触が発生しなくなり、それぞれの接触範囲を大幅に減じることができ、摩耗の発生を抑制することが可能となる。すなわち、チップ３を底面切削用、チップ４を立壁面切削用チップとして、個別に分担させることができる。
【００３２】
図１０は、本発明方式のフライス工具１を用いて図１、３に示した切削時の、図３（ａ）の点線部で示す被削材２とチップ３、４の刃先接触部における、Ｚ−Ｘ平面の拡大図である。
フライス工具を矢印Ａ方向に移動させて切削加工を進行させる際、チップ４はチップ３に対して、工具回転軸方向にΔＺだけ離れた距離となるように工具本体１に配置しているから、被削材２の底面２ｂに対してＪ−Ｉの範囲でチップ４の刃先を優先的に接触させて除去でき、Ｉ−Ｋの範囲でチップ３の刃先を優先的に接触されて除去できるから、それぞれの刃先の接触範囲が限定されたものとなることで摩耗の発生を抑制することが可能である。
【００３３】
その結果、チップ３については図１１、チップ４については図１２に示すように、摩耗領域３ｄを大幅に低減することができる。ここで、ΔＲ、ΔＺの算出方法を以下に説明する。図９の拡大図を図１３に示す。チップ３のすくい面における中心点をＰ、チップ４のすくい面４ａにおける中心点をＱとした。図１１より、点Ｐを中心に、チップ３と被削材２の接触円弧Ｅ’Ｆ’のなす角度φ１をチップ３の切込角とする。同様に、点Ｑを中心に、チップ４と被削材２の接触円弧Ｅ’Ｇのなす角度φ２をチップ４の切込角とする。
【００３４】
ここで、図１３の点Ｆ’を原点とするＹ−Ｚ座標系をとると、Ｅ’の座標（Ｙ、Ｚ）は、チップ３、４のすくい面の直径をともにＤとしたとき、
Ｙ＝（Ｄ／２）×ｓｉｎφ１、 Ｚ＝（Ｄ／２）×（１−ｃｏｓφ１）
と近似できる。
また、Ｅ’の座標（Ｙ、Ｚ）はチップ４の切込み角φ２を用いて以下のように算出できる。
Ｙ＝ΔＲ＋（Ｄ／２）×ｓｉｎ（９０−φ２）
Ｚ＝ΔＺ＋（Ｄ／２）×｛１−ｃｏｓ（９０−φ２）｝
よって、
ΔＲ＋（Ｄ／２）×ｓｉｎ（９０−φ２）＝（Ｄ／２）×ｓｉｎφ１・・・（１）
ΔＺ＋（Ｄ／２）×｛１−ｃｏｓ（９０−φ２）｝＝（Ｄ／２）×（１−ｃｏｓφ１）・・・（２）
【００３５】
したがって、チップ３、４の接触円弧を所望の値にする場合、上記（１）の式よりΔＲを、（２）の式よりΔＺを設計できる。
ここで、チップ３及び４における接触円弧の低減を考えると、φ１、φ２は少なくとも図５に示す接触円弧ＥＦに対して２／３以下、すなわち以下の範囲であることが望ましい。
０ ＜ φ１、φ２ ＜６０°・・・・・・（３）
（１）式、（２）式、（３）式より、ΔＲ、ΔＺは以下の範囲となる。
０ ＜ΔＲ、ΔＺ ＜０．１８×Ｄ
【００３６】
以下、本発明における具体的な実施例について説明する。本発明によるフライス工具１が最も効果が得られるのは、耐熱合金などの難削材の加工で、工具摩耗が顕著に発生する切削である。耐熱合金加工の工具ではチップ３及びチップ４の材質として、高能率加工時の耐熱性を考慮し、セラミックス工具を適用した。チップ３、４の直径Ｄには、Ｄ＝１２．７ｍｍを選択した。被削材２において立ち壁面２ａが形成されない形状での予備実験より、切込み角の適正範囲は５０°以下が適正であることが判明した。そこで、φ１＝φ２＝５０°として計算し、ΔＲ＝ΔＺ＝０．０６２Ｄが得られる。
この場合、チップ３及びチップ４の直径にはＤ＝１２．７ｍｍのチップを選定したため、この場合の ΔＲ、ΔＺは、ΔＲ＝ΔＺ＝０．７９ｍｍと算出できる。
【００３７】
［実施例２］
本発明の他の実施例として、チップ４の厚さｔを変更して、フライス工具１の本体に取り付ける。
図１４は、この実施例の底面図を示したもので、実施例１の説明で用いた図８（ｂ）と同方向よりフライス工具１を示した底面図である。図１４において、チップ４には、チップ厚さｔ２のチップを配置し、チップ３の半径方向取り付け角をα１、軸方向取り付け角をβ１としている。
α１及びβ１の設定は実施例１と同様に行う。
【００３８】
図９で説明したとおり、チップ３に対してチップ４は工具回転軸１ａの軸中心から工具の半径方向にΔＲだけ離れた距離に位置させたことにより、被削材２の立壁面２ａを切削することとなる。ここでチップ４の厚さをｔ２とし、フライス工具１の刃先先端が描く円弧の軌跡の半径をＲとしたとき、被削材２の立ち壁面２ａとチップ４の逃げ面４ｂが干渉しないためには、幾何学的に以下の３つの関係式を満たすことが必要である。
ｓｉｎα２＞ｔ２／２（Ｒ＋ΔＲ）
ｃｏｓα２＞Ｄ／２（Ｒ＋ΔＲ）
０°＜β２＜９０°
また、α２及びβ２の適正値設定は実施例１と同様に行う。
【００３９】
チップ４は円筒形状であるため、半径方向取り付け角と半径方向逃げ角は等しい関係にある。逃げ角は小さいほど、刃先強度は向上し、耐摩耗・チッピング性は向上するが、上記関係式があるため、チップ厚さが大きい場合、逃げ角も大きくなってしまう。
そこで、この実施例では、チップ４の接触範囲を被削材２の立ち壁面２ａに限定させており、底面側での接触を大幅に減少させているため、チップ４の切削負荷が低減できる。これによりチップ４の厚さｔ２を小さくでき、チップ４の逃げ角を小さくすることができるため、刃先強度を高めて、耐摩耗性の高いフライス工具１を構成することが可能となる。
【００４０】
また、半径方向取り付け角α２の設定の自由度が向上することで、チップ３とチップ４の取り付け角を、それぞれ被削材２の立ち壁面２ａ側、底面２ｂ側を切削するのに適した条件に設定することができ、耐摩耗性に優れ長寿命な工具が構成できる。
例えば、従来方式のフライス工具１では、チップ３の厚さを８ｍｍ、工具最外周部の公転半径２５ｍｍとした場合、半径方向取り付け角αは９．２°以上に設定しなくてはならないが、本実施例では、図９におけるΔＲを０．５ｍｍに設定し、チップ４の厚さｔ２を５ｍｍとすることで、チップ４の半径方向取り付け角を６°に設定可能であり、刃先強度に優れたフライス工具１を構成できる。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、最も効果が得られる方法として、超耐熱合金の切削加工に適したセラミックス素材の工具で説明したが、工具の素材を限定するものではなく、超硬素材でもよい。また、被削材の材質は、超耐熱合金以外でも効果があり、普通鋼材、ステンレス材や高硬度材などの加工でも同様の効果が得られる。
【００４２】
上記した実施例では、円筒状丸駒チップが円周方向に９０°間隔に４個設け、直径上に対向する２個の組に分け、一方の組のチップ３を底面切削用、他方の組を立壁面切削用として分担させたが、例えば、円筒状丸駒チップを６０°間隔に６個設けた場合、１２０°間隔で、二組に分担させてもよい。さらに多数の丸駒チップを円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具の場合、同一円周角度毎に配置された円筒状丸駒チップの組を３組以上とし、その少なくともその一組を、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組あるいは、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とするなど、さまざまな変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、チップ取り付け角、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させるだけで、高能率で切削が可能になり、さらには、立壁面が形成される場合にも、刃先側面部の異常摩耗を抑制し、高寿命の切削加工を可能とするので、特に超耐熱合金などの難削材での荒加工等に広く採用されることが期待される。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・・・フライス工具
１ａ・・・・・工具本体
１ｂ・・・・・工具回転軸
１ｃ・・・・・工具回転方向
１ｄ・・・・・工具軌跡
２・・・・・・被削材
２ａ・・・・・被削材の立壁面
２ｂ・・・・・被削材の底面部
３、４・・・・円筒形状のチップ
３ａ・・・・・チップ３のすくい面
３ｂ・・・・・チップ３の逃げ面
３ｃ・・・・・チップ３の面取り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、
前記丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分け、少なくともその一組について、チップ取り付け角、前記工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設けたことを特徴とするフライス工具。
【請求項２】
前記被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲と、前記被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲を、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離により設定することを特徴とする請求項１に記載のフライス工具。
【請求項３】
前記丸駒チップの厚さを選定することにより、前記チップの工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフライス工具。
【請求項４】
請求項３に記載のフライス工具に取り付けられる丸駒チップのセットであって、厚さの異なる丸駒チップの組み合わせからなる丸駒チップセット。
【請求項１】
複数の円筒状丸駒チップが円周方向に同一間隔で配置されたフライス工具において、
前記丸駒チップを、フライス工具の工具回転軸を中心に同一円周角度毎に配置された丸駒チップの組に分け、少なくともその一組について、チップ取り付け角、前記工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を、他の組に対し変位させることにより、被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組と、被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組とに分担を設けたことを特徴とするフライス工具。
【請求項２】
前記被削材の底面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲と、前記被削材の立壁面の切削を行う丸駒チップの組における被削材の接触範囲を、工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離により設定することを特徴とする請求項１に記載のフライス工具。
【請求項３】
前記丸駒チップの厚さを選定することにより、前記チップの工具回転軸の軸中心から工具の半径方向の距離及び工具回転軸方向の距離を変位させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフライス工具。
【請求項４】
請求項３に記載のフライス工具に取り付けられる丸駒チップのセットであって、厚さの異なる丸駒チップの組み合わせからなる丸駒チップセット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２０６２４３（Ｐ２０１２−２０６２４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５８７０（Ｐ２０１１−７５８７０）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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