溝加工方法および総形回転切削工具
【課題】荒加工溝に仕上げ加工を行う際の切削トルクを低減し、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことができるようにする。
【解決手段】荒加工溝４４の底部に凹所４２が形成され、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行う際に、その底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工時の切削トルクが低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして加工能率を向上させることができる。また、荒加工溝４４の底部に、仕上げ加工用の底刃６０との接触を回避する凹所４２が設けられることにより、荒加工溝４４の底面に仕上げ加工用クリスマスカッター５０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工用クリスマスカッター５０として従来のものをそのまま使用することができる。
【解決手段】荒加工溝４４の底部に凹所４２が形成され、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行う際に、その底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工時の切削トルクが低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして加工能率を向上させることができる。また、荒加工溝４４の底部に、仕上げ加工用の底刃６０との接触を回避する凹所４２が設けられることにより、荒加工溝４４の底面に仕上げ加工用クリスマスカッター５０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工用クリスマスカッター５０として従来のものをそのまま使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溝加工方法および総形回転切削工具に係り、特に、所定の荒加工溝に対して仕上げ加工を行う際の切削トルクを低減して高能率加工を行うことができるようにする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等のタービン翼車を回転軸に取り付けるための取付構造として、図７に示すように回転軸１０の外周部に形成された多数のツリー形溝１２にタービン翼車の羽根１４を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。図８は、ツリー形溝１２を拡大して示す断面図で、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっており、両側の側面１６ａ、１６ｂには、それぞれ複数の凹部１８および凸部２０が交互に連続して設けられている。そして、このようなツリー形溝１２を切削加工する際には、図９に示すように目的とするツリー形溝１２に近似する荒加工溝２２を荒加工用総形回転切削工具によって切削加工した後、仕上げ加工用総形回転切削工具を用いてその荒加工溝２２の表層部を所定の仕上げ代２４だけ切削加工することにより、目的とするツリー形溝１２となるように仕上げ加工を行うようにしているのが普通である。特許文献１に記載の加工方法はその一例で、荒加工溝２２を単一或いは複数の荒加工用総形回転切削工具を用いて切削加工する場合について例示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２６１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の仕上げ加工工程では、荒加工溝の両側面および底面の全域を所定の仕上げ代だけ切削加工するようになっていたため、切削トルク（切削抵抗）が大きくて溝のタオレが発生し易く、切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことが難しいという問題があった。
【０００４】
なお、「溝のタオレ」は、荒加工溝に対して仕上げ加工を行う場合、両側の側面の一方はアップカットで他方はダウンカットになるため、その切削抵抗が相違し、溝の長手方向に対して直角な断面において、例えば図５に破線で示すように溝の底部側がアップカット側（左側）へ傾斜する現象である。図５は、シャンク側（図の上方）から見て工具を右まわりに回転駆動して切削加工を行う場合で、ツリー形溝を簡略化して示した図である。
【０００５】
また、上記課題は、ツリー形溝を切削加工する場合に限らず、外周切れ刃の刃先径が工具先端側へ向かうに従って変化している種々の総形回転切削工具を用いて溝加工を行う場合には同様に発生する。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の荒加工溝に仕上げ加工を行う際の切削トルク（切削抵抗）を低減し、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 荒加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工工程と、(b) 仕上げ加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ前記被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工工程と、を有する溝加工方法において、(c) 前記荒加工溝の底面には、前記仕上げ加工工程で前記仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の溝加工方法において、前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、前記荒加工溝の底部には、その仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、(a) 軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具と、(b) 軸心まわりに回転駆動されつつ前記被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具と、を有する溝加工用の総形回転切削工具において、(c) 前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃は、前記荒加工溝に対して仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第４発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分が軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１２】
第６発明は、第４発明または第５発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃が前記仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出す突出寸法ｄは、その仕上げ加工用底刃の目標位置を基準として、その仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されていることを特徴とする。
【００１３】
第７発明は、第４発明〜第６発明の何れかの荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第８発明は、第７発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減しながら徐々に小径とされており、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明の溝加工方法においては、荒加工溝の底面には仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないため、仕上げ加工用総形回転切削工具によって仕上げ加工が行われる際の切削トルク（切削抵抗）が低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことができる。本発明者等の実験によれば、上記切削トルクが十分の１程度になり、送り速度を約７．５倍まで速くすることが可能で、仕上げ加工の加工能率を大幅に向上させることができた。
【００１６】
第２発明では、荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃が仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、荒加工溝の底部に、その仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられることにより、荒加工溝の底面に仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにしたため、仕上げ加工用総形回転切削工具として従来のものをそのまま使用することができる。
【００１７】
なお、荒加工用底刃が仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出すため、荒加工用総形回転切削工具の切削量が多くなり、負荷が大きくなるが、一般に荒加工用総形回転切削工具の切削量は元々大きいため、殆ど影響を受けない。
【００１８】
第３発明および第４発明は、第２発明の溝加工方法に好適に用いられる溝加工用の総形回転切削工具、或いは荒加工用総形回転切削工具に関するもので、実質的に第２発明と同様の作用効果が得られる。
【００１９】
第５発明では、仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃の全域で荒加工用底刃が軸方向へ突き出しているため、仕上げ加工用底刃による切削加工が全域で行われなくなり、切削トルクが効果的に低減される。
【００２０】
第６発明では、荒加工用底刃の突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きいため、仕上げ加工用底刃の寸法誤差に拘らず荒加工用底刃が確実に仕上げ加工用底刃よりも突き出すようになり、仕上げ加工用底刃による切削加工が不可になることによる前記トルク低減、加工能率向上等の作用効果が常に安定して得られる。また、上記突出寸法ｄは、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下と小さいため、溝底寸法（溝深さ）に対する影響が小さいとともに、溝が切削加工される被加工物の強度が良好に維持される。
【００２１】
第７発明は、荒加工用外周切れ刃が、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えている場合で、第８発明は更に、刃先径が増減しながら徐々に小径とされて逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する場合であり、何れも溝の側面に凹凸が設けられ、一般にその凹凸によってタービン翼車等の嵌合部材が拘束（位置決め）されるとともに溝底部分には隙間が形成されるため、溝底寸法（溝深さ）に関しては予め定められた寸法よりも大きければ良く、荒加工用底刃の突出で溝底寸法が多少大きくなっても差し支えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、第７発明や第８発明のように、工具先端側へ向かうに従って外周切れ刃の刃先径が増減させられた凹凸部を備えている場合や、更に刃先径が増減しながら徐々に小径とされて逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する場合に好適に適用されるが、テーパエンドミルのように外周切れ刃の径寸法が一定の変化率で変化している総形回転切削工具や、その総形回転切削工具を用いた溝加工方法にも適用され得る。第７発明の凹凸部は、外周切れ刃の刃先径が小さくなってから大きくなる凹部、刃先径が大きくなってから小さくなる凸部の何れであっても良く、その凹部および凸部の両方を備えていても良い。
【００２３】
荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃と、仕上げ加工用外周切れ刃および仕上げ加工用底刃は、荒加工用総形回転切削工具のものか仕上げ加工用総形回転切削工具のものかを区別するためのもので、必ずしもそれ等の外周切れ刃や底刃の形状等が荒加工用と仕上げ加工用とで異なっていることを意味するものではない。但し、一般には加工条件の相違などですくい角や逃げ角、切り屑排出溝のねじれ角等が相違しているとともに、荒加工用には必要に応じてニックやラフィング等が設けられるなど、種々の相違点を有する。
【００２４】
荒加工用総形回転切削工具は、目的とする溝形状に近似する荒加工溝を切削加工するためのもので、単一の工具で荒加工溝を形成するものでも良いが、複数の工具を用いて荒加工溝を切削加工する場合でも良く、複数工程で荒加工溝を切削加工する場合は、その荒加工溝の溝底を切削加工するもの、例えば荒加工の最終工程で用いられる荒加工用総形回転切削工具に本発明は適用される。仕上げ加工用総形回転切削工具は、荒加工溝の表層部を所定の仕上げ代（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度）だけ切削加工することにより、目的とする所定形状の溝を高い寸法精度で仕上げるためのものである。
【００２５】
第１発明の溝加工方法では、少なくとも仕上げ加工工程で荒加工溝の底面に仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、例えば荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃が、仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出し、荒加工溝の底面に凹所が形成されることにより、仕上げ加工工程で仕上げ加工用底刃が荒加工溝の底面に接触しないように構成されるが、仕上げ加工用底刃を凹ませたり無くしたりしても良いなど、種々の態様が可能である。荒加工溝の底面の全域で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにすることが望ましいが、底面の少なくとも一部で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、荒加工溝の側面の一部を含んでいても良い。
【００２６】
荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃を仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出させ、荒加工溝の底面に凹所が形成されることにより、仕上げ加工工程で仕上げ加工用底刃が荒加工溝の底面に接触しないようにする場合、仕上げ加工用総形回転切削工具として従来のものをそのまま使用することが可能であるが、仕上げ加工用底刃のすかし角を大きくして荒加工溝の底面との接触が一層確実に回避されるようにすることもできるなど、仕上げ加工用総形回転切削工具についても必要に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【００２７】
第５発明では、仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃の全域で仕上げ加工が行われないようになっているが、他の発明の実施に際しては、仕上げ加工用底刃の少なくとも一部で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、仕上げ加工用底刃を越えて仕上げ加工用外周切れ刃の一部でも仕上げ加工が行われないようになっていても良い。この仕上げ加工用底刃による切削領域と、前記荒加工溝の底面すなわち荒加工用底刃によって切削加工される部分とは略一致するが、必ずしも完全に一致している必要はない。
【００２８】
第６発明では、仕上げ加工用底刃の目標位置を基準とする突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されるが、他の発明の実施に際しては、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値よりも大きく突出させることもできるし、許容寸法公差Ａを考慮することなく十分な余裕を持って設定することも可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は荒加工用クリスマスカッター３０を説明する図で、図２は仕上げ加工用クリスマスカッター５０を説明する図であり、何れも前記図８のツリー形溝１２を切削加工するためのもので、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物（回転軸１０）に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより所定の溝を切削加工する。すなわち、荒加工用クリスマスカッター３０は荒加工用総形回転切削工具に相当し、前記荒加工溝２２を形成するためのものであるが、本実施例では荒加工溝２２の底部に凹所４２が設けられた形状の荒加工溝４４を切削加工する。この荒加工用クリスマスカッター３０は、荒加工溝４４を一工程で切削加工するものである。また、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は仕上げ加工用総形回転切削工具に相当し、前記ツリー形溝１２を仕上げ加工する従来の工具と同一形状を成している。
【００３０】
図１の(a) は、荒加工用クリスマスカッター３０を軸心と直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこの荒加工用クリスマスカッター３０によって切削加工される荒加工溝４４の断面図である。荒加工用クリスマスカッター３０は、シャンク３２および刃部３４を一体に備えており、刃部３４は、加工すべき荒加工溝４４の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部３４には、軸心まわりに等角度間隔で複数（例えば３本）の切り屑排出溝３６が設けられ、その切り屑排出溝３６に沿って複数の外周切れ刃３８、およびその外周切れ刃３８に連続する底刃４０が設けられている。それ等の外周切れ刃３８および底刃４０は、荒加工用クリスマスカッター３０がシャンク３２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うもので、切り屑排出溝３６は所定のねじれ角で右まわりに傾斜している。
【００３１】
上記外周切れ刃３８は、荒加工用外周切れ刃に相当し、刃部３４の形状に対応して工具先端側へ向かうに従って刃先径が滑らかに増減しながら徐々に小径とされているとともに、逃げ面に細かな波形状の凹凸が設けられたラフィング切れ刃にて構成されている。本実施例では外周切れ刃３８の全体が、軸方向において刃先径が滑らかに増減する凹凸部に相当する。また、底刃４０は、荒加工用底刃に相当し、前記凹所４２を切削加工することができるように、工具先端側へ突き出すように設けられている。図１の(c) は、工具先端部分の外周切れ刃３８および底刃４０の回転軌跡形状を示す拡大図で、底刃４０は、外周切れ刃３８に接続される外周側端部から軸心側へ向かうに従って所定のすかし角θ１で凹むように形成されている。
【００３２】
図２の(a) は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０を軸心と直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこの仕上げ加工用クリスマスカッター５０により前記荒加工溝４４に仕上げ加工が行われることによって除去される仕上げ代６２を示す断面図で、(c) は(b) におけるIIＣ部の拡大図である。この仕上げ加工用クリスマスカッター５０は、シャンク５２および刃部５４を一体に備えており、刃部５４は、加工すべきツリー形溝１２の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部５４には、軸心まわりに等角度間隔で複数（例えば４本）の切り屑排出溝５６が設けられ、その切り屑排出溝５６に沿って複数の外周切れ刃５８、およびその外周切れ刃５８に連続する底刃６０が設けられている。それ等の外周切れ刃５８および底刃６０は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０がシャンク５２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切り屑排出溝５６は直溝である。
【００３３】
上記外周切れ刃５８は、仕上げ加工用外周切れ刃に相当し、刃部５４の形状に対応して工具先端側へ向かうに従って刃先径が滑らかに増減しながら徐々に小径とされており、全体として凹凸形状を成している。この外周切れ刃５８によって切削加工される仕上げ代６２は、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲内である。また、底刃６０は、仕上げ加工用底刃に相当するが、図２の(c) から明らかなように、前記凹所４２が形成された部分では底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっている。図２の(c) において、符号Ｐは、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０の設計上の目標位置、すなわち仕上げ面の目標位置であり、凹所４２を切削加工する前記荒加工用クリスマスカッター３０の底刃４０は、この目標位置Ｐから更に仕上げ加工用の底刃６０の許容寸法公差Ａ以上突き出すように設けられている。例えば、目標位置Ｐを基準とする突出寸法ｄが、許容寸法公差Ａよりも大きく且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定され、許容寸法公差Ａが０．０５ｍｍであれば、０．０５ｍｍよりも大きく且つ０．１５ｍｍ以下の範囲内で設定され、例えば突出寸法ｄ＝０．１ｍｍとされる。
【００３４】
上記荒加工用の底刃４０は、仕上げ加工用の底刃６０の全域、すなわち外周切れ刃５８と底刃６０との境界Ｑよりも内側の部分の全域で、その底刃６０よりも軸方向へ突き出しており、その底刃４０によって形成される凹所４２により、仕上げ加工用の底刃６０が荒加工溝４４の底面に接触することが阻止される。図２の(c) は切削形状であるが、外周切れ刃５８と底刃６０との境界Ｑに対応する位置に同一の符号Ｑを付したものである。また、図２の(d) は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の工具先端部分における外周切れ刃５８および底刃６０の回転軌跡形状を示す拡大図で、底刃６０は、外周切れ刃５８との境界Ｑから軸心側へ向かうに従って所定のすかし角θ２で凹むように形成されている。このすかし角θ２は従来の仕上げ加工用クリスマスカッターのすかし角と同じ、すなわち、従来の仕上げ加工用クリスマスカッターをそのまま使用することもできるが、この底刃６０は実質的に切削加工に寄与しないため、荒加工用のすかし角θ１よりも大きくしたり、従来の仕上げ加工用クリスマスカッターのすかし角よりも大きくしたりして、凹所４２との接触が一層確実に防止されるようにすることも可能である。
【００３５】
図３は、上記クリスマスカッター３０および５０を用いて切削加工されたツリー形溝６４を示す断面図で、基本的には前記ツリー形溝１２と同じ形状で、両側の側面６６ａ、６６ｂには対称的に前記複数の凹部１８および凸部２０が交互に連続して設けられているが、底部に極浅い凹所６８が形成される点が相違する。この凹所６８は、前記底刃４０によって形成される凹所４２によるもので、その深さは、底刃６０の寸法誤差に応じて変化するが、前記突出寸法ｄに許容寸法公差Ａを加減算した値の範囲内となる。図３の(b) は(a) における IIIＢ部の拡大図である。
【００３６】
図４は、以上のように構成された荒加工用クリスマスカッター３０および仕上げ加工用クリスマスカッター５０を用いてツリー形溝６４を切削加工する場合と、前記図９のように荒加工、仕上げ加工共に溝底部分を切削加工する従来の溝加工方法でツリー形溝１２を切削加工する場合について、切削性能を調べた結果を説明する図である。図４の(a) の試験条件は、本発明に関するもので、「試験クリスマスカッターの径寸法」の欄の最大径はシャンク３２、５２に最も近い位置の凸部（凹部１８に対応）における径寸法で、最小径は、最も先端側の凹部（凸部２０に対応）における径寸法であり、試験条件の最下欄に示されるように「仕上げ代」が外周で０．３ｍｍであることから、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は荒加工用クリスマスカッター３０に比較して径寸法が０．６ｍｍだけ大きくなる。また、「溝深さ」は、実際の加工深さの意味で、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は、荒加工用クリスマスカッター３０に比較して前記突出寸法ｄ（実施例では０．１ｍｍ）分だけ小さくなる。
【００３７】
従来の溝加工方法で用いる仕上げ加工用クリスマスカッターは、本発明方法で用いる仕上げ加工用クリスマスカッター５０と同じで、荒加工用クリスマスカッターについては、本発明方法で用いる荒加工用クリスマスカッター３０に比較して底刃４０が突き出しておらず、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０によっても０．３ｍｍの仕上げ代で仕上げ加工が行われる点が相違する。被削材質等の他の試験条件は本発明方法と同じである。
【００３８】
図４の(b) の試験結果は、本発明および従来の何れの場合も、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行った時のもので、「振動」、「切削音」、および「仕上げ面」は切れ味に関係するもので、「振動」は機械全体の振動の大きさ、「切削音」は音質や音量、「仕上げ面」は加工面の面状態であり、何れも試験者の感覚で評価した。「切削トルク」は、切削加工中に仕上げ加工用クリスマスカッター５０を回転駆動するモータトルクの最大値である。「溝タオレ（ｍｍ）」は、図５に示すように、切削加工されたツリー形溝６４或いは１２の最小径部におけるずれ寸法ΔＸ1 、ΔＸ2 の平均値で、この「溝タオレ」は本実施例では０．０５ｍｍが限界値、すなわち許容最大値とされている。なお、図５のツリー形溝６４（１２）は、幅寸法の増減を省略して両側面を単なる傾斜面として示した概略図である。
【００３９】
上記図４の(b) の試験結果から明らかなように、本発明の荒加工用クリスマスカッター３０を用いて荒加工溝４４を形成して仕上げ加工を行う場合、仕上げ加工時における切削トルクが従来の十分の１以下になり、溝のタオレを許容範囲内に維持しつつ、切削速度を従来の２倍以上にするとともに送り速度を従来の７．５倍（１８０÷２４＝７．５）にすることができた。
【００４０】
このように、本発明の荒加工用クリスマスカッター３０を用いた溝加工方法によれば、荒加工溝４４の底部に凹所４２が形成され、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行う際に、その仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工時の切削トルクが低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして加工能率を大幅に向上させることができる。
【００４１】
また、本実施例では、荒加工用クリスマスカッター３０の底刃４０が仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０よりも軸方向へ突き出しており、荒加工溝４４の底部に、その仕上げ加工用の底刃６０との接触を回避する凹所４２が設けられることにより、荒加工溝４４の底面に仕上げ加工用クリスマスカッター５０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工用クリスマスカッター５０として従来のものをそのまま使用することができる。
【００４２】
その場合に、荒加工用底刃４０が仕上げ加工用底刃６０よりも軸方向へ突き出すため、荒加工用クリスマスカッター３０の切削量が多くなり、負荷が大きくなるが、荒加工用クリスマスカッター３０は荒加工溝４４を一工程で切削加工するもので、その切削量が元々大きいため、殆ど影響を受けない。
【００４３】
また、本実施例では、仕上げ加工用底刃６０と仕上げ加工用外周切れ刃５８との境界Ｑよりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃６０の全域で荒加工用底刃４０が軸方向へ突き出しているため、仕上げ加工用底刃６０による切削加工が全域で行われなくなり、切削トルクが効果的に低減される。
【００４４】
また、荒加工用底刃４０の突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃６０の許容寸法公差Ａよりも大きいため、仕上げ加工用底刃６０の寸法誤差に拘らず荒加工用底刃４０が確実に仕上げ加工用底刃６０よりも突き出すようになり、その仕上げ加工用底刃６０による切削加工が不可になることによる前記トルク低減、加工能率向上等の作用効果が常に安定して得られる。特に、上記突出寸法ｄは、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下と小さいため、溝底寸法（溝深さ）に対する影響が小さいとともに、ツリー形溝６４が切削加工される回転軸１０の強度が良好に維持される。
【００４５】
また、本実施例は、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝６４を切削加工する場合で、そのツリー形溝６４の側面６６ａ、６６ｂには凹部１８や凸部２０が設けられ、そのツリー形溝６４に嵌合されるタービン翼車の羽根１４はその凹凸によって拘束（位置決め）されるとともに溝底部分には隙間が形成されるため、溝底寸法（溝深さ）に関しては予め定められた寸法よりも大きければ良く、荒加工用底刃４０の突出で溝底寸法が多少大きくなっても差し支えない。
【００４６】
なお、上記実施例では逆クリスマスツリー形状のツリー形溝６４を切削加工する場合について説明したが、他の溝形状の溝加工にも本発明は適用され得る。図６は、その一例を説明する図で、(a) は被加工物７０に形成された溝７２の最終形状を示す断面図で、(b) は、荒加工用総形回転切削工具によって形成される荒加工溝７４と、仕上げ加工用総形回転切削工具によりその荒加工溝７４に仕上げ加工が行われることによって除去される仕上げ代７６とを示す断面図で、(c) は(b) におけるVIＣ部の拡大図である。この溝７２は、溝底近傍に溝幅が滑らかに円弧状に膨出している膨出部８０を備えており、荒加工用および仕上げ加工用の総形回転切削工具は、この膨出部８０に対応して外周切れ刃の刃先径が膨出する凹凸部を備えている。
【００４７】
そして、荒加工用総形回転切削工具の底刃（荒加工用底刃）は、仕上げ加工用総形回転切削工具の底刃（仕上げ加工用底刃）の全域、すなわち外周切れ刃と底刃との境界Ｑよりも内側の部分の全域で、その仕上げ加工用底刃よりも突出寸法ｄだけ軸方向へ突き出しており、荒加工溝７２の底部には凹所８２が設けられるようになっている。これにより、仕上げ加工用底刃が荒加工溝７４の底面に接触することが阻止され、仕上げ加工時の切削トルクが低減されるとともに加工能率を向上させることができるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明方法に好適に用いられる荒加工用クリスマスカッターの一例を説明する図で、(a) は正面図、(b) は荒加工溝の断面図、(c) は底刃に設けられたすかし角θ１を説明する図である。
【図２】本発明方法に好適に用いられる仕上げ加工用クリスマスカッターの一例を説明する図で、(a) は正面図、(b) は仕上げ加工による仕上げ代を示す断面図、(c) は(b) におけるIIＣ部の拡大図、(d) は底刃に設けられたすかし角θ２を説明する図である。
【図３】図１および図２のクリスマスカッターを用いて切削加工されるツリー形溝を説明する図で、(a) は荒加工溝と共に示す断面図、(b) は(a) における IIIＢ部の拡大図である。
【図４】本発明の溝加工方法と従来の溝加工方法とを用いてツリー形溝を切削加工した場合の切削性能を調べた結果を説明する図で、(a) は試験条件、(b) は試験結果を示す図である。
【図５】図４の「溝タオレ」を説明する図である。
【図６】本発明の溝加工方法が好適に適用される他の溝形状を説明する図で、(a) は溝の最終形状を示す断面図、(b) は荒加工溝と仕上げ加工による仕上げ代とを示す断面図、(c) は(b) におけるVIＣ部の拡大図である。
【図７】タービン翼車の羽根を取り付けるための多数のツリー形溝を示す図である。
【図８】図７のツリー形溝を拡大して示す断面図である。
【図９】図８のツリー形溝を切削加工する際の荒加工溝と仕上げ加工による仕上げ代とを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０：回転軸（被加工物） ３０：荒加工用クリスマスカッター（荒加工用総形回転切削工具） ３８：外周切れ刃（荒加工用外周切れ刃） ４０：底刃（荒加工用底刃） ４２、８２：凹所 ４４、７４：荒加工溝 ５０：仕上げ加工用クリスマスカッター（仕上げ加工用総形回転切削工具） ５８：外周切れ刃（仕上げ加工用外周切れ刃） ６０：底刃（仕上げ加工用底刃） ６４：ツリー形溝 ７０：被加工物 ７２：溝 ｄ：突出寸法 Ｑ：境界 Ｐ：仕上げ加工用底刃の目標位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は溝加工方法および総形回転切削工具に係り、特に、所定の荒加工溝に対して仕上げ加工を行う際の切削トルクを低減して高能率加工を行うことができるようにする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等のタービン翼車を回転軸に取り付けるための取付構造として、図７に示すように回転軸１０の外周部に形成された多数のツリー形溝１２にタービン翼車の羽根１４を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。図８は、ツリー形溝１２を拡大して示す断面図で、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっており、両側の側面１６ａ、１６ｂには、それぞれ複数の凹部１８および凸部２０が交互に連続して設けられている。そして、このようなツリー形溝１２を切削加工する際には、図９に示すように目的とするツリー形溝１２に近似する荒加工溝２２を荒加工用総形回転切削工具によって切削加工した後、仕上げ加工用総形回転切削工具を用いてその荒加工溝２２の表層部を所定の仕上げ代２４だけ切削加工することにより、目的とするツリー形溝１２となるように仕上げ加工を行うようにしているのが普通である。特許文献１に記載の加工方法はその一例で、荒加工溝２２を単一或いは複数の荒加工用総形回転切削工具を用いて切削加工する場合について例示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２６１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の仕上げ加工工程では、荒加工溝の両側面および底面の全域を所定の仕上げ代だけ切削加工するようになっていたため、切削トルク（切削抵抗）が大きくて溝のタオレが発生し易く、切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことが難しいという問題があった。
【０００４】
なお、「溝のタオレ」は、荒加工溝に対して仕上げ加工を行う場合、両側の側面の一方はアップカットで他方はダウンカットになるため、その切削抵抗が相違し、溝の長手方向に対して直角な断面において、例えば図５に破線で示すように溝の底部側がアップカット側（左側）へ傾斜する現象である。図５は、シャンク側（図の上方）から見て工具を右まわりに回転駆動して切削加工を行う場合で、ツリー形溝を簡略化して示した図である。
【０００５】
また、上記課題は、ツリー形溝を切削加工する場合に限らず、外周切れ刃の刃先径が工具先端側へ向かうに従って変化している種々の総形回転切削工具を用いて溝加工を行う場合には同様に発生する。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の荒加工溝に仕上げ加工を行う際の切削トルク（切削抵抗）を低減し、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 荒加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工工程と、(b) 仕上げ加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ前記被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工工程と、を有する溝加工方法において、(c) 前記荒加工溝の底面には、前記仕上げ加工工程で前記仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の溝加工方法において、前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、前記荒加工溝の底部には、その仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、(a) 軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具と、(b) 軸心まわりに回転駆動されつつ前記被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具と、を有する溝加工用の総形回転切削工具において、(c) 前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃は、前記荒加工溝に対して仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第４発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分が軸方向へ突き出していることを特徴とする。
【００１２】
第６発明は、第４発明または第５発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用底刃が前記仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出す突出寸法ｄは、その仕上げ加工用底刃の目標位置を基準として、その仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されていることを特徴とする。
【００１３】
第７発明は、第４発明〜第６発明の何れかの荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第８発明は、第７発明の荒加工用総形回転切削工具において、前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減しながら徐々に小径とされており、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明の溝加工方法においては、荒加工溝の底面には仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないため、仕上げ加工用総形回転切削工具によって仕上げ加工が行われる際の切削トルク（切削抵抗）が低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして高能率加工を行うことができる。本発明者等の実験によれば、上記切削トルクが十分の１程度になり、送り速度を約７．５倍まで速くすることが可能で、仕上げ加工の加工能率を大幅に向上させることができた。
【００１６】
第２発明では、荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃が仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、荒加工溝の底部に、その仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられることにより、荒加工溝の底面に仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにしたため、仕上げ加工用総形回転切削工具として従来のものをそのまま使用することができる。
【００１７】
なお、荒加工用底刃が仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出すため、荒加工用総形回転切削工具の切削量が多くなり、負荷が大きくなるが、一般に荒加工用総形回転切削工具の切削量は元々大きいため、殆ど影響を受けない。
【００１８】
第３発明および第４発明は、第２発明の溝加工方法に好適に用いられる溝加工用の総形回転切削工具、或いは荒加工用総形回転切削工具に関するもので、実質的に第２発明と同様の作用効果が得られる。
【００１９】
第５発明では、仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃の全域で荒加工用底刃が軸方向へ突き出しているため、仕上げ加工用底刃による切削加工が全域で行われなくなり、切削トルクが効果的に低減される。
【００２０】
第６発明では、荒加工用底刃の突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きいため、仕上げ加工用底刃の寸法誤差に拘らず荒加工用底刃が確実に仕上げ加工用底刃よりも突き出すようになり、仕上げ加工用底刃による切削加工が不可になることによる前記トルク低減、加工能率向上等の作用効果が常に安定して得られる。また、上記突出寸法ｄは、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下と小さいため、溝底寸法（溝深さ）に対する影響が小さいとともに、溝が切削加工される被加工物の強度が良好に維持される。
【００２１】
第７発明は、荒加工用外周切れ刃が、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えている場合で、第８発明は更に、刃先径が増減しながら徐々に小径とされて逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する場合であり、何れも溝の側面に凹凸が設けられ、一般にその凹凸によってタービン翼車等の嵌合部材が拘束（位置決め）されるとともに溝底部分には隙間が形成されるため、溝底寸法（溝深さ）に関しては予め定められた寸法よりも大きければ良く、荒加工用底刃の突出で溝底寸法が多少大きくなっても差し支えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、第７発明や第８発明のように、工具先端側へ向かうに従って外周切れ刃の刃先径が増減させられた凹凸部を備えている場合や、更に刃先径が増減しながら徐々に小径とされて逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する場合に好適に適用されるが、テーパエンドミルのように外周切れ刃の径寸法が一定の変化率で変化している総形回転切削工具や、その総形回転切削工具を用いた溝加工方法にも適用され得る。第７発明の凹凸部は、外周切れ刃の刃先径が小さくなってから大きくなる凹部、刃先径が大きくなってから小さくなる凸部の何れであっても良く、その凹部および凸部の両方を備えていても良い。
【００２３】
荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃と、仕上げ加工用外周切れ刃および仕上げ加工用底刃は、荒加工用総形回転切削工具のものか仕上げ加工用総形回転切削工具のものかを区別するためのもので、必ずしもそれ等の外周切れ刃や底刃の形状等が荒加工用と仕上げ加工用とで異なっていることを意味するものではない。但し、一般には加工条件の相違などですくい角や逃げ角、切り屑排出溝のねじれ角等が相違しているとともに、荒加工用には必要に応じてニックやラフィング等が設けられるなど、種々の相違点を有する。
【００２４】
荒加工用総形回転切削工具は、目的とする溝形状に近似する荒加工溝を切削加工するためのもので、単一の工具で荒加工溝を形成するものでも良いが、複数の工具を用いて荒加工溝を切削加工する場合でも良く、複数工程で荒加工溝を切削加工する場合は、その荒加工溝の溝底を切削加工するもの、例えば荒加工の最終工程で用いられる荒加工用総形回転切削工具に本発明は適用される。仕上げ加工用総形回転切削工具は、荒加工溝の表層部を所定の仕上げ代（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度）だけ切削加工することにより、目的とする所定形状の溝を高い寸法精度で仕上げるためのものである。
【００２５】
第１発明の溝加工方法では、少なくとも仕上げ加工工程で荒加工溝の底面に仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、例えば荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃が、仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出し、荒加工溝の底面に凹所が形成されることにより、仕上げ加工工程で仕上げ加工用底刃が荒加工溝の底面に接触しないように構成されるが、仕上げ加工用底刃を凹ませたり無くしたりしても良いなど、種々の態様が可能である。荒加工溝の底面の全域で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにすることが望ましいが、底面の少なくとも一部で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、荒加工溝の側面の一部を含んでいても良い。
【００２６】
荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃を仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出させ、荒加工溝の底面に凹所が形成されることにより、仕上げ加工工程で仕上げ加工用底刃が荒加工溝の底面に接触しないようにする場合、仕上げ加工用総形回転切削工具として従来のものをそのまま使用することが可能であるが、仕上げ加工用底刃のすかし角を大きくして荒加工溝の底面との接触が一層確実に回避されるようにすることもできるなど、仕上げ加工用総形回転切削工具についても必要に応じて種々の変更を加えることが可能である。
【００２７】
第５発明では、仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃の全域で仕上げ加工が行われないようになっているが、他の発明の実施に際しては、仕上げ加工用底刃の少なくとも一部で仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようになっておれば良く、仕上げ加工用底刃を越えて仕上げ加工用外周切れ刃の一部でも仕上げ加工が行われないようになっていても良い。この仕上げ加工用底刃による切削領域と、前記荒加工溝の底面すなわち荒加工用底刃によって切削加工される部分とは略一致するが、必ずしも完全に一致している必要はない。
【００２８】
第６発明では、仕上げ加工用底刃の目標位置を基準とする突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されるが、他の発明の実施に際しては、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値よりも大きく突出させることもできるし、許容寸法公差Ａを考慮することなく十分な余裕を持って設定することも可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は荒加工用クリスマスカッター３０を説明する図で、図２は仕上げ加工用クリスマスカッター５０を説明する図であり、何れも前記図８のツリー形溝１２を切削加工するためのもので、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物（回転軸１０）に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより所定の溝を切削加工する。すなわち、荒加工用クリスマスカッター３０は荒加工用総形回転切削工具に相当し、前記荒加工溝２２を形成するためのものであるが、本実施例では荒加工溝２２の底部に凹所４２が設けられた形状の荒加工溝４４を切削加工する。この荒加工用クリスマスカッター３０は、荒加工溝４４を一工程で切削加工するものである。また、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は仕上げ加工用総形回転切削工具に相当し、前記ツリー形溝１２を仕上げ加工する従来の工具と同一形状を成している。
【００３０】
図１の(a) は、荒加工用クリスマスカッター３０を軸心と直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこの荒加工用クリスマスカッター３０によって切削加工される荒加工溝４４の断面図である。荒加工用クリスマスカッター３０は、シャンク３２および刃部３４を一体に備えており、刃部３４は、加工すべき荒加工溝４４の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部３４には、軸心まわりに等角度間隔で複数（例えば３本）の切り屑排出溝３６が設けられ、その切り屑排出溝３６に沿って複数の外周切れ刃３８、およびその外周切れ刃３８に連続する底刃４０が設けられている。それ等の外周切れ刃３８および底刃４０は、荒加工用クリスマスカッター３０がシャンク３２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うもので、切り屑排出溝３６は所定のねじれ角で右まわりに傾斜している。
【００３１】
上記外周切れ刃３８は、荒加工用外周切れ刃に相当し、刃部３４の形状に対応して工具先端側へ向かうに従って刃先径が滑らかに増減しながら徐々に小径とされているとともに、逃げ面に細かな波形状の凹凸が設けられたラフィング切れ刃にて構成されている。本実施例では外周切れ刃３８の全体が、軸方向において刃先径が滑らかに増減する凹凸部に相当する。また、底刃４０は、荒加工用底刃に相当し、前記凹所４２を切削加工することができるように、工具先端側へ突き出すように設けられている。図１の(c) は、工具先端部分の外周切れ刃３８および底刃４０の回転軌跡形状を示す拡大図で、底刃４０は、外周切れ刃３８に接続される外周側端部から軸心側へ向かうに従って所定のすかし角θ１で凹むように形成されている。
【００３２】
図２の(a) は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０を軸心と直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこの仕上げ加工用クリスマスカッター５０により前記荒加工溝４４に仕上げ加工が行われることによって除去される仕上げ代６２を示す断面図で、(c) は(b) におけるIIＣ部の拡大図である。この仕上げ加工用クリスマスカッター５０は、シャンク５２および刃部５４を一体に備えており、刃部５４は、加工すべきツリー形溝１２の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部５４には、軸心まわりに等角度間隔で複数（例えば４本）の切り屑排出溝５６が設けられ、その切り屑排出溝５６に沿って複数の外周切れ刃５８、およびその外周切れ刃５８に連続する底刃６０が設けられている。それ等の外周切れ刃５８および底刃６０は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０がシャンク５２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切り屑排出溝５６は直溝である。
【００３３】
上記外周切れ刃５８は、仕上げ加工用外周切れ刃に相当し、刃部５４の形状に対応して工具先端側へ向かうに従って刃先径が滑らかに増減しながら徐々に小径とされており、全体として凹凸形状を成している。この外周切れ刃５８によって切削加工される仕上げ代６２は、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲内である。また、底刃６０は、仕上げ加工用底刃に相当するが、図２の(c) から明らかなように、前記凹所４２が形成された部分では底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっている。図２の(c) において、符号Ｐは、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０の設計上の目標位置、すなわち仕上げ面の目標位置であり、凹所４２を切削加工する前記荒加工用クリスマスカッター３０の底刃４０は、この目標位置Ｐから更に仕上げ加工用の底刃６０の許容寸法公差Ａ以上突き出すように設けられている。例えば、目標位置Ｐを基準とする突出寸法ｄが、許容寸法公差Ａよりも大きく且つその許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定され、許容寸法公差Ａが０．０５ｍｍであれば、０．０５ｍｍよりも大きく且つ０．１５ｍｍ以下の範囲内で設定され、例えば突出寸法ｄ＝０．１ｍｍとされる。
【００３４】
上記荒加工用の底刃４０は、仕上げ加工用の底刃６０の全域、すなわち外周切れ刃５８と底刃６０との境界Ｑよりも内側の部分の全域で、その底刃６０よりも軸方向へ突き出しており、その底刃４０によって形成される凹所４２により、仕上げ加工用の底刃６０が荒加工溝４４の底面に接触することが阻止される。図２の(c) は切削形状であるが、外周切れ刃５８と底刃６０との境界Ｑに対応する位置に同一の符号Ｑを付したものである。また、図２の(d) は、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の工具先端部分における外周切れ刃５８および底刃６０の回転軌跡形状を示す拡大図で、底刃６０は、外周切れ刃５８との境界Ｑから軸心側へ向かうに従って所定のすかし角θ２で凹むように形成されている。このすかし角θ２は従来の仕上げ加工用クリスマスカッターのすかし角と同じ、すなわち、従来の仕上げ加工用クリスマスカッターをそのまま使用することもできるが、この底刃６０は実質的に切削加工に寄与しないため、荒加工用のすかし角θ１よりも大きくしたり、従来の仕上げ加工用クリスマスカッターのすかし角よりも大きくしたりして、凹所４２との接触が一層確実に防止されるようにすることも可能である。
【００３５】
図３は、上記クリスマスカッター３０および５０を用いて切削加工されたツリー形溝６４を示す断面図で、基本的には前記ツリー形溝１２と同じ形状で、両側の側面６６ａ、６６ｂには対称的に前記複数の凹部１８および凸部２０が交互に連続して設けられているが、底部に極浅い凹所６８が形成される点が相違する。この凹所６８は、前記底刃４０によって形成される凹所４２によるもので、その深さは、底刃６０の寸法誤差に応じて変化するが、前記突出寸法ｄに許容寸法公差Ａを加減算した値の範囲内となる。図３の(b) は(a) における IIIＢ部の拡大図である。
【００３６】
図４は、以上のように構成された荒加工用クリスマスカッター３０および仕上げ加工用クリスマスカッター５０を用いてツリー形溝６４を切削加工する場合と、前記図９のように荒加工、仕上げ加工共に溝底部分を切削加工する従来の溝加工方法でツリー形溝１２を切削加工する場合について、切削性能を調べた結果を説明する図である。図４の(a) の試験条件は、本発明に関するもので、「試験クリスマスカッターの径寸法」の欄の最大径はシャンク３２、５２に最も近い位置の凸部（凹部１８に対応）における径寸法で、最小径は、最も先端側の凹部（凸部２０に対応）における径寸法であり、試験条件の最下欄に示されるように「仕上げ代」が外周で０．３ｍｍであることから、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は荒加工用クリスマスカッター３０に比較して径寸法が０．６ｍｍだけ大きくなる。また、「溝深さ」は、実際の加工深さの意味で、仕上げ加工用クリスマスカッター５０は、荒加工用クリスマスカッター３０に比較して前記突出寸法ｄ（実施例では０．１ｍｍ）分だけ小さくなる。
【００３７】
従来の溝加工方法で用いる仕上げ加工用クリスマスカッターは、本発明方法で用いる仕上げ加工用クリスマスカッター５０と同じで、荒加工用クリスマスカッターについては、本発明方法で用いる荒加工用クリスマスカッター３０に比較して底刃４０が突き出しておらず、仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０によっても０．３ｍｍの仕上げ代で仕上げ加工が行われる点が相違する。被削材質等の他の試験条件は本発明方法と同じである。
【００３８】
図４の(b) の試験結果は、本発明および従来の何れの場合も、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行った時のもので、「振動」、「切削音」、および「仕上げ面」は切れ味に関係するもので、「振動」は機械全体の振動の大きさ、「切削音」は音質や音量、「仕上げ面」は加工面の面状態であり、何れも試験者の感覚で評価した。「切削トルク」は、切削加工中に仕上げ加工用クリスマスカッター５０を回転駆動するモータトルクの最大値である。「溝タオレ（ｍｍ）」は、図５に示すように、切削加工されたツリー形溝６４或いは１２の最小径部におけるずれ寸法ΔＸ1 、ΔＸ2 の平均値で、この「溝タオレ」は本実施例では０．０５ｍｍが限界値、すなわち許容最大値とされている。なお、図５のツリー形溝６４（１２）は、幅寸法の増減を省略して両側面を単なる傾斜面として示した概略図である。
【００３９】
上記図４の(b) の試験結果から明らかなように、本発明の荒加工用クリスマスカッター３０を用いて荒加工溝４４を形成して仕上げ加工を行う場合、仕上げ加工時における切削トルクが従来の十分の１以下になり、溝のタオレを許容範囲内に維持しつつ、切削速度を従来の２倍以上にするとともに送り速度を従来の７．５倍（１８０÷２４＝７．５）にすることができた。
【００４０】
このように、本発明の荒加工用クリスマスカッター３０を用いた溝加工方法によれば、荒加工溝４４の底部に凹所４２が形成され、仕上げ加工用クリスマスカッター５０により仕上げ加工を行う際に、その仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工時の切削トルクが低減され、溝のタオレを所定の許容範囲内に維持しつつ、切削速度や送り速度を速くして加工能率を大幅に向上させることができる。
【００４１】
また、本実施例では、荒加工用クリスマスカッター３０の底刃４０が仕上げ加工用クリスマスカッター５０の底刃６０よりも軸方向へ突き出しており、荒加工溝４４の底部に、その仕上げ加工用の底刃６０との接触を回避する凹所４２が設けられることにより、荒加工溝４４の底面に仕上げ加工用クリスマスカッター５０による仕上げ加工が行われないようになっているため、仕上げ加工用クリスマスカッター５０として従来のものをそのまま使用することができる。
【００４２】
その場合に、荒加工用底刃４０が仕上げ加工用底刃６０よりも軸方向へ突き出すため、荒加工用クリスマスカッター３０の切削量が多くなり、負荷が大きくなるが、荒加工用クリスマスカッター３０は荒加工溝４４を一工程で切削加工するもので、その切削量が元々大きいため、殆ど影響を受けない。
【００４３】
また、本実施例では、仕上げ加工用底刃６０と仕上げ加工用外周切れ刃５８との境界Ｑよりも内側に位置する部分、すなわち仕上げ加工用底刃６０の全域で荒加工用底刃４０が軸方向へ突き出しているため、仕上げ加工用底刃６０による切削加工が全域で行われなくなり、切削トルクが効果的に低減される。
【００４４】
また、荒加工用底刃４０の突出寸法ｄが、仕上げ加工用底刃６０の許容寸法公差Ａよりも大きいため、仕上げ加工用底刃６０の寸法誤差に拘らず荒加工用底刃４０が確実に仕上げ加工用底刃６０よりも突き出すようになり、その仕上げ加工用底刃６０による切削加工が不可になることによる前記トルク低減、加工能率向上等の作用効果が常に安定して得られる。特に、上記突出寸法ｄは、許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下と小さいため、溝底寸法（溝深さ）に対する影響が小さいとともに、ツリー形溝６４が切削加工される回転軸１０の強度が良好に維持される。
【００４５】
また、本実施例は、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝６４を切削加工する場合で、そのツリー形溝６４の側面６６ａ、６６ｂには凹部１８や凸部２０が設けられ、そのツリー形溝６４に嵌合されるタービン翼車の羽根１４はその凹凸によって拘束（位置決め）されるとともに溝底部分には隙間が形成されるため、溝底寸法（溝深さ）に関しては予め定められた寸法よりも大きければ良く、荒加工用底刃４０の突出で溝底寸法が多少大きくなっても差し支えない。
【００４６】
なお、上記実施例では逆クリスマスツリー形状のツリー形溝６４を切削加工する場合について説明したが、他の溝形状の溝加工にも本発明は適用され得る。図６は、その一例を説明する図で、(a) は被加工物７０に形成された溝７２の最終形状を示す断面図で、(b) は、荒加工用総形回転切削工具によって形成される荒加工溝７４と、仕上げ加工用総形回転切削工具によりその荒加工溝７４に仕上げ加工が行われることによって除去される仕上げ代７６とを示す断面図で、(c) は(b) におけるVIＣ部の拡大図である。この溝７２は、溝底近傍に溝幅が滑らかに円弧状に膨出している膨出部８０を備えており、荒加工用および仕上げ加工用の総形回転切削工具は、この膨出部８０に対応して外周切れ刃の刃先径が膨出する凹凸部を備えている。
【００４７】
そして、荒加工用総形回転切削工具の底刃（荒加工用底刃）は、仕上げ加工用総形回転切削工具の底刃（仕上げ加工用底刃）の全域、すなわち外周切れ刃と底刃との境界Ｑよりも内側の部分の全域で、その仕上げ加工用底刃よりも突出寸法ｄだけ軸方向へ突き出しており、荒加工溝７２の底部には凹所８２が設けられるようになっている。これにより、仕上げ加工用底刃が荒加工溝７４の底面に接触することが阻止され、仕上げ加工時の切削トルクが低減されるとともに加工能率を向上させることができるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明方法に好適に用いられる荒加工用クリスマスカッターの一例を説明する図で、(a) は正面図、(b) は荒加工溝の断面図、(c) は底刃に設けられたすかし角θ１を説明する図である。
【図２】本発明方法に好適に用いられる仕上げ加工用クリスマスカッターの一例を説明する図で、(a) は正面図、(b) は仕上げ加工による仕上げ代を示す断面図、(c) は(b) におけるIIＣ部の拡大図、(d) は底刃に設けられたすかし角θ２を説明する図である。
【図３】図１および図２のクリスマスカッターを用いて切削加工されるツリー形溝を説明する図で、(a) は荒加工溝と共に示す断面図、(b) は(a) における IIIＢ部の拡大図である。
【図４】本発明の溝加工方法と従来の溝加工方法とを用いてツリー形溝を切削加工した場合の切削性能を調べた結果を説明する図で、(a) は試験条件、(b) は試験結果を示す図である。
【図５】図４の「溝タオレ」を説明する図である。
【図６】本発明の溝加工方法が好適に適用される他の溝形状を説明する図で、(a) は溝の最終形状を示す断面図、(b) は荒加工溝と仕上げ加工による仕上げ代とを示す断面図、(c) は(b) におけるVIＣ部の拡大図である。
【図７】タービン翼車の羽根を取り付けるための多数のツリー形溝を示す図である。
【図８】図７のツリー形溝を拡大して示す断面図である。
【図９】図８のツリー形溝を切削加工する際の荒加工溝と仕上げ加工による仕上げ代とを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０：回転軸（被加工物） ３０：荒加工用クリスマスカッター（荒加工用総形回転切削工具） ３８：外周切れ刃（荒加工用外周切れ刃） ４０：底刃（荒加工用底刃） ４２、８２：凹所 ４４、７４：荒加工溝 ５０：仕上げ加工用クリスマスカッター（仕上げ加工用総形回転切削工具） ５８：外周切れ刃（仕上げ加工用外周切れ刃） ６０：底刃（仕上げ加工用底刃） ６４：ツリー形溝 ７０：被加工物 ７２：溝 ｄ：突出寸法 Ｑ：境界 Ｐ：仕上げ加工用底刃の目標位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荒加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工工程と、
仕上げ加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ前記被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工工程と、
を有する溝加工方法において、
前記荒加工溝の底面には、前記仕上げ加工工程で前記仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにした
ことを特徴とする溝加工方法。
【請求項２】
前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、前記荒加工溝の底部には、該仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の溝加工方法。
【請求項３】
軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具と、
軸心まわりに回転駆動されつつ前記被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具と、
を有する溝加工用の総形回転切削工具において、
前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出している
ことを特徴とする総形回転切削工具。
【請求項４】
荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具において、
前記荒加工用底刃は、前記荒加工溝に対して仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出している
ことを特徴とする荒加工用総形回転切削工具。
【請求項５】
前記荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分が軸方向へ突き出している
ことを特徴とする請求項４に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項６】
前記荒加工用底刃が前記仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出す突出寸法ｄは、該仕上げ加工用底刃の目標位置を基準として、該仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つ該許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項７】
前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えている
ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項８】
前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減しながら徐々に小径とされており、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する
ことを特徴とする請求項７に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項１】
荒加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工工程と、
仕上げ加工用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ前記被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工工程と、
を有する溝加工方法において、
前記荒加工溝の底面には、前記仕上げ加工工程で前記仕上げ加工用総形回転切削工具による仕上げ加工が行われないようにした
ことを特徴とする溝加工方法。
【請求項２】
前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出しており、前記荒加工溝の底部には、該仕上げ加工用底刃との接触を回避する凹所が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の溝加工方法。
【請求項３】
軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具と、
軸心まわりに回転駆動されつつ前記被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、前記荒加工溝に仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具と、
を有する溝加工用の総形回転切削工具において、
前記荒加工用総形回転切削工具の荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出している
ことを特徴とする総形回転切削工具。
【請求項４】
荒加工用外周切れ刃および荒加工用底刃を有し、軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の荒加工溝を切削加工する荒加工用総形回転切削工具において、
前記荒加工用底刃は、前記荒加工溝に対して仕上げ加工を行う仕上げ加工用総形回転切削工具の仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出している
ことを特徴とする荒加工用総形回転切削工具。
【請求項５】
前記荒加工用底刃は、前記仕上げ加工用底刃と仕上げ加工用外周切れ刃との境界よりも内側に位置する部分が軸方向へ突き出している
ことを特徴とする請求項４に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項６】
前記荒加工用底刃が前記仕上げ加工用底刃よりも軸方向へ突き出す突出寸法ｄは、該仕上げ加工用底刃の目標位置を基準として、該仕上げ加工用底刃の許容寸法公差Ａよりも大きく、且つ該許容寸法公差Ａに０．１ｍｍを加えた値以下の範囲内で設定されている
ことを特徴とする請求項４または５に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項７】
前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減させられた凹凸部を備えている
ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【請求項８】
前記荒加工用外周切れ刃は、工具先端側へ向かうに従って刃先径が増減しながら徐々に小径とされており、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝を切削加工する
ことを特徴とする請求項７に記載の荒加工用総形回転切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２７９５４７（Ｐ２００８−２７９５４７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２６０５４（Ｐ２００７−１２６０５４）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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