JP2001315018A - サイドカッター - Google Patents
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Abstract
ップの刃先にかかる負担を低減し、刃先寿命を延ばし安
定した切削を可能とするサイドカッターを提供する。 【解決手段】 切刃46が延びる刃先をチップ36乃至
37の厚さ方向に設けるともに、チップの刃先にネガテ
ィブのアクシャルレーキ角αを設定し、チップの厚さ方
向と直角な側面をカッタ本体部で受け幅方向と垂直な側
面をチップロケータ40で受けるようにチップをカッタ
ー本体32に固定する。
Description
のチップを有するサイドカッターに係り、特に、チップ
の刃先にアクシャル角を採用し、溝加工等を行う際に発
生する切削振動や切削抵抗を抑制し、安定し尚且つ高能
率の切削加工を可能とするサイドカッターに関する。
工具には、バイト、エンドミル、サイドカッター等があ
り、このうち、効率の良い溝加工を行うにはサイドカッ
ターによる加工が一般的である。エンドミルは、工具の
自動交換を簡単に行えるという利点があり、マシニング
センタによる無人化した工程での溝加工に適した工具で
ある。一方、サイドカッターは、チップの刃先にかかる
負荷が大きいため、チップ刃損が多く無人加工は不可能
であるが、高剛性な構造と高馬力のモータをもった工作
機械では、他の工具によるよりもはるかに効率の高い溝
加工を行うことが可能である。
れるチップには、材質の観点から分けると、ハイス鋼チ
ップと超硬チップとがある。小型工作機械での比較的簡
単な溝加工に使用されるサイドカッターにはハイス鋼チ
ップが多く採用され、中・大型工作機械での溝加工に使
用されるサイドカッターには、超硬チップが使用され
る。この種の超硬チップには、ロー付けタイプと、スロ
ーアウェイタイプがあり、現在は、超硬スローアウェイ
チップが主流となっている。この超硬スローアウェイチ
ップでは、切屑対策に対応した刃形形状が工夫され、ま
た、刃先寿命の向上を図るために多種のコーティングが
施されている。
ーと比較して本体の直径が大きく、小径のカッタと同じ
切削速度を得るには低速レンジの使用となり、したがっ
て、主軸の駆動機構における減速ギアの一歯あたりに対
する抵抗が大きくなり、さらに、刃先がネガティブタイ
プである場合は特に大きな抵抗が発生する。
溝の深さによって多少異なるが、カッター1回転あたり
に切削に関与する切削長がサイドカッター本体の外周長
の約1/8と非常に短いという特徴がある。サイドカッ
ターは、この短い1/8の切削長の中で加工するため、
切削に関与している刃数が少なく、切削過程は断続切削
となり、特に、切削開始時と切削終了時には1枚刃によ
る切削となり、非常に大きな断続音が発生する。
ち、刃先のアクシャルレーキ角と、ラジアルレーキ角が
ともにネガティブ(負)に設定されたいわゆるネガネガ
タイプのサイドカッターのチップ刃先形状を示す。この
ネガネガタイプの刃型は、切刃の切れ味はポジティブタ
イプに比べて劣るが、過酷な切削に耐え刃先寿命が長い
という特徴がある。
カッターを半径方向から表わす図で、図9(b)はサイ
ドカッターを軸方向から表わす図である。10はカッタ
本体で、12はスローアウェイ式のチップである。αが
ネガティブに取られているアクシャルレーキ角である。
図9(a)に示すように、カッタ本体10の外周部に
は、所定の間隔で切屑ポケット11が形成されている。
12は、この切屑ポケット11に隣接してチップ12取
付用の溝13とチップロケータ14取付用の溝15が形
成されている。チップ12は、左切刃16aを構成する
チップと、右切刃16bを構成するチップとが交互に左
右に振り分けられて周方向に配列されている。この図9
のチップ12は、1個のチップに4つの切刃が設けら
れ、一つのコーナで刃先幅を広く取れる方式のチップ
で、チップ押えネジ16によりカッター本体10に固定
されている。このようなネガネガタイプのチップ刃先形
状は、コンパクトでチップの経済性が良く、一般的に採
用される方式であるが、切削抵抗が大きく工作機械の劣
化を促進しがちである。
レーキ角αと、ラジアルレーキ角βがともにポジティブ
(正)に設定されたいわゆるポジポジタイプの刃先形状
を有するサイドカッターである。チップ20は、切屑ポ
ケット11側でネジ23により固定される楔21と、チ
ップ20の背面側に配置したロケータ22とで挟持する
ようにして取り付けられている。図10(a)に示すよ
うに、チップ20は、左切刃20aを構成するチップと
右切刃20bを構成するチップとが交互に左右に振り分
けられて周方向に配列されているのは、ネガネガタイプ
と同様である。このようなポジポジタイプ方式のチップ
刃先形状は、ネガネガタイプに比べて刃先寿命は劣るが
切れ味に優れている。
0のポジポジタイプは、使用環境や加工対象物の材質に
応じて使い分けられている。
では深い溝加工を可能とするために、切屑ポケット11
を大きく取っている。この切屑ポケット11のスペース
を確保する分だけ、チップ12、20の設定数が少なく
なる。これに加えて、チップ12の一刃の切刃幅が比較
的広いため、左切刃12aと右切刃12b(チップ20
にあっては、左切刃20a右切刃20b)とが重なり合
う切刃ラップ幅Aが比較的大きい。この切刃ラップ幅A
があることによって、設計的に切刃数をが少なくて済み
カッターの製造コストを低減する利点がある反面、切削
に関与する切刃が少なく不可避的に断続切削となり、抵
抗や振動の増大により安定した切削が困難な場合があ
る。
度αを設けていることから、チップ20に作用する切削
抵抗の方向がカッター本体10より外に外れることにな
るが、ロケータ22のバックアップが弱い構造となって
いるため、大きな切削抵抗を受けるとロケータ22が破
損する場合がある。
(b)に示すように、切屑排出性との関係から、チップ
20の中心の下半分を楔21とロケータ22で挟んでク
ランプしている。このため、チップ20に作用する切削
抵抗により、ロケータ22がくの字に微小変形しやす
く、そのまま放置して切削を継続していくと、チップ2
0の背面とロケータ22の前面との間に微小隙間が発生
しチップをバックアップ力が弱まり、断続切削による大
きな切削抵抗を受けてチップ破損につながる。一度チッ
プが破損すると、次の切刃にさらに大きな抵抗がかかっ
て破損し、この現象は連鎖的に拡大していく。
有する問題点を解消し、切削抵抗を少なくし、チップの
刃先にかかる負担を低減し、刃先寿命を延ばし安定した
切削を可能とするサイドカッターを提供することにあ
る。
めに、本発明は、カッター本体の外周部に周方向に配列
するスローアウェイ式の複数のチップを有するサイドカ
ッターにおいて、切刃が延びる刃先を前記チップの厚さ
方向に設けるともに、前記チップの刃先にネガティブの
アクシャルレーキ角を設定し、前記チップの厚さ方向と
直角な側面をカッタ本体部で受け幅方向と垂直な側面を
チップロケータで受けるように前記チップをカッター本
体に固定したことを特徴とするものである。
にかかる切削抵抗の主分力を受けることができるので、
チップロケータにかかる負荷を低減することができ、ま
た、チップがチップ厚さ方向に切刃が設けられチップ幅
方向がカッター本体部の周方向に向くように取り付けら
れていることから、切削抵抗の周方向分力を厚さ方向に
比べてはるかに強度的に高い幅方向から受けることがで
きるので、チップ強度を増強することができる。
きなアクシャルレーキ角をもっていることが好ましく、
これより、切削時に切削抵抗が徐々に増加し、切刃の刃
全体で切削を開始するときにに切削抵抗が最大となるの
で、切削の開始とともに大きな切削抵抗が瞬間的に刃先
に負荷せず、刃先への衝撃を緩和できるため、安定した
切削とともに刃先破損を防止し工具寿命を大幅に延ばす
ことが可能となる。
ーの一実施形態について、添付の図面を参照して説明す
る。 第1実施形態 図1は、本発明の第1実施形態によるサイドカッター3
0を示す。図1(a)は、サイドカッター30のカッタ
ー本体部32の外周部におけるチップの配列を示す側面
図、図1(b)は、サイドカッター30の平面図であ
る。
30は、所定の厚みをもった円板状に形成され、その中
心部には、ツールアーバ(図示せず)に同軸に位置決め
するためにセンタリング穴33が形成されている。工作
機械の主軸とは、ツールアーバを介して取り付けられ、
カッタークランプ穴34に挿入されるボルトによって主
軸に結合される。主軸の回転トルクは、トルク伝達キー
35を介してカッタ本体部30に伝達される。
0の外周部には、複数の溝が千鳥状に周方向に形成さ
れ、この溝に埋め込むようにして、次のようなスローア
ウェイ式のチップが取り付けられている。
チップと右刃用のチップがあり、これらは交互に互い違
いに振り分けるようにして周方向に所定の間隔で順次配
列されている。そして、この左刃用のチップとしては、
左外切刃用チップ36と左内切刃用チップ37とが互い
に対をなし、右刃用のチップとしては、右外切刃用チッ
プ38と右内切刃用チップ39が互いに対をなすように
なっている。
図、図2(b)は図1(a)の一部を拡大した図であ
る。
は、それぞれ左外切刃用チップ36、右外切刃用チップ
38をチップロケータ40を介して取り付けるための第
1のチップ取付溝41が形成されている。左内切刃用チ
ップ37、右内切刃用チップ39をチップロケータ40
を介して取り付けるための第2のチップ取付溝42は、
第1チップ取付溝41と段差をもってカッター回転方向
の前側に連続するように形成されており、切屑ポケット
45に通じている。
状のものが、チップロケータ40にはL字形のものが用
いられおり、このチップロケータ40はチップの幅方向
と垂直な2つの側面を受けて拘束できるように直角の角
度をなす2つの拘束面40a、40bを有している。各
チップ36乃至39がチップロケータ40と組み合わさ
れて全体として矩形状をなして第1チップ取付溝41、
第2チップ取付溝42に嵌り合った状態では、各チップ
36内39の厚さ方向と垂直な(幅方向の)最も広い側
面をカッター本体32が受け、チップロケータ40の拘
束面40a、40bが幅方向と垂直な側面を受けるよう
になっている。なお、各チップ36乃至39は、チップ
押えネジ43によって着脱可能に固定され、チップロケ
ータ40は、ロケータ押えネジ44によって着脱可能に
固定されている。
るA−A断面図で、左外切刃用チップ36と左内切刃用
チップ37を示し、図3(b)は、図2(b)における
B−B断面図であり、右外切刃用チップ38と右内切刃
用チップ39を示す。
外切刃用チップ36と左内切刃用チップ37が段差を付
けてチップロケータ40を介して配置され、同じく右側
にも右外切刃用チップ38と右内切刃用チップ39が段
差を付けてチップロケータ40を介して配置されてい
る。
乃至39の刃先では、切刃46がチップ厚さ方向に延び
るように設けられている。また、チップ36乃至39の
各々の刃先には、横逃げ角γと縦逃げ角δが付けられて
いる。
ー本体部32の外周部における切刃46の周方向の配列
間隔を次のようにしている。図2(a)に示すように、
左刃において隣り合う左外切刃用チップ36と左内切刃
用チップ37との間での刃先間隔をピッチP1とする
と、右刃での隣合う右外切刃用チップ38と右内切刃用
チップ39との間での刃先間隔は同じピッチP1に設定
されている。一方、隣り合う左外切刃用チップ36と、
右内切刃用チップ39との間での刃先の間隔は、P1と
異なるピッチP2(P2>P1)に設定されている。この
ように、前後に隣り合うチップ同士の刃先間隔について
異なるピッチを組み合わせることで、多数の切刃46の
配列を不等配に設定し、切削中の共振を抑え、切削振動
を防止するようにしている。なお、切削振動や切削音を
抑えるには、刃先間隔のピッチが小さく切刃の数が多い
ほうが望ましいが、あまり切刃数が多いとカッターの製
作コストが増大し、また切削抵抗が増大するというマイ
ナス面がプラス面よりも大きくなるので好ましくない。
ッター本体部32が回転する間に実際の切削に関与して
いる刃は、図1(b)に示す切削長範囲にある切刃であ
る。この切削長範囲は、溝の深さにより異なってくる
が、通常はカッター本体部32の外周長の約1/8程度
である。安定した切削を維持するためには、この外周長
の1/8という切削長範囲に常時何枚かの切刃が入り、
切削に関与していることが必要であり、したがって、前
記の刃先間隔のピッチは、切削長範囲に少なくとも左内
外切刃用チップ36、37と右内外切刃用チップ38、
39が一組はあるようにすることが好ましい。
々のチップ36乃至39は同一の刃先構成のスローアウ
ェイチップが用いられている。そこで、スローアウェイ
チップ50の単体としての形状を図4に詳細に示す。
ェイチップのチップ本体50には、上下裏表でチップの
向きを変えて使用できるように、その4つのコーナ部に
切刃46が形成されている。チップ本体の中央には、前
述したチップ押えネジ43を螺入するためのチップセッ
ト孔49が穿孔されている。この場合、各コーナー部で
厚さ方向に設けられている切刃46には、ネガティブの
アクシャルレーキ角αが大きな角度で設定されている。
このアクシャルレーキ角αは、30°以上であることが
好ましい。なお、52は、切刃46に続くフラット幅
で、チップ交換したときにチップロケータ40に密着す
る切刃46の側面を確保している。
である。チップ本体50のコーナ部にはRスクイ面48
が成されている。切刃46は、Rスクイ面48によって
刃形形状をなして前記したアクシャルレーキ角αともに
所定のスクイ角θが設定されている。更に、切刃46の
先端には、刃先保護のためにランド幅51が設けられて
いるとともに、切刃46の両端部は刃形強度を高めるた
めにRの刃形となっている。次に、以上のように構成さ
れるサイドカッターの切削作用について説明する。図1
において、サイドカッター30は矢印で示す回転方向に
回転すると、深さDで幅Wの溝を工作物100に切削し
ていく。左内切刃用チップ37と右内切刃用チップ39
で削られた切屑は、チップポケット45に溜り、左外切
刃用チップ36と右外切刃用チップ38で削られた切屑
は、左内切刃用チップ37と右内切刃用チップ39の脇
にある隙間に溜まっていく。
にネガティブの大きなアクシャルレーキ角αをもってい
るので、切削抵抗Fの作用する方向は、図2(a)に示
されるように、カッター本体部32側に向くことにな
る。切削抵抗Fを軸方向の分力Faと周方向の分力Fbに
分解して考えると、カッター本体部32でチップ36乃
至39にかかる切削抵抗Fの軸方向分力Faを受けるこ
とができるので、チップロケータ40にかかる負荷を低
減することができ、チップロケータ40の破損を防止で
きる。
方向に切刃46が設けられチップ幅方向がカッター本体
部32の周方向に向くように取り付けられていることか
ら、切削抵抗Fの周方向分力Fbを厚さ方向に比べては
るかに強度的に高い幅方向から受けることができるの
で、チップ強度を増強することができる。しかも、チッ
プ36乃至39の刃先構成を厚さ方向にとっていること
により、切刃46の切削幅が狭いものとなり、その分だ
け切刃46への負担が低減する上に、大きなアクシャル
レーキ角αにより切削幅を広げて抵抗を分散させている
ので刃先寿命を向上させることが可能となる。
したことによる切削作用について説明する。図6は、チ
ップ本体50の切削作用のメカニズムを示す図である。
サイドカッターが回転し、工作物が1刃あたりの所定の
切込み量で送られると切刃46は工作物に対して切削を
開始する。まず、フラット幅52にある刃先が最初に工
作物に接触する。そして、切刃46は、大きなアクシャ
ルレーキ角αをもっているため、切刃46の一端から他
端に向かって徐々に工作物を切削する刃の範囲が増えて
いく。これにともない、切削抵抗も徐々に増大し、切刃
46の全体の刃が工作物にあたり切刃46全体で切削を
開始した時点で切削抵抗は最大となる。このように切削
抵抗が徐々に増加し、切刃46の刃全体で切削を開始す
るときにに切削抵抗が最大となるようにしているので、
切削の開始とともに大きな切削抵抗が瞬間的に刃先に負
荷しないことなる。したがって、切削振動を低減し、刃
先への衝撃を緩和できるため、安定した切削とともに刃
先破損を防止し工具寿命を大幅に延ばすことが可能とな
る。
キ角を設定した上で、スクイ角θを設定しているので、
刃先にかかる切削抵抗を減少させる効果が倍増する利点
がある。これは、スクイ角θを設けることで、刃先が工
作物を押し切るだけでなく引き切る作用が付加されるか
らであり、切削抵抗をより減少させる。
ついて説明する。図7は、本発明の第2実施形態による
サイドカッターを示す。第1実施形態によるサイドカッ
ターでは左右それぞれに内刃と外刃を形成する4つのチ
ップ36乃至39を一組として周方向に配列してあるの
に対して、この第2実施形態では、左刃、右刃を形成す
る左切刃用チップ60と、右切刃用チップ60を一組と
して、これらが周方向に配列されている。このような第
2実施形態によるサイドカッターは、溝の加工幅Wが比
較的狭い溝加工に適用されるもので、それぞれ左切刃用
チップ60と右切刃用加工用チップ61の厚さで溝の加
工幅Wをカバーするようになっている。チップ単体とし
ては、第1実施形態と同様のチップが用いられており、
切刃46には大きなネガティブのアクシャルレーキ角α
が設定されている。
と右切刃用チップ61のピッチ間隔は、一定ではなく、
不等配に設定されている。この場合、右切刃用チップ6
0とその前側に隣り合う左切刃用チップ61との間のピ
ッチ間隔P1と、後側に隣り合う左切刃用チップ61と
の間のピッチ間隔P2とは異なっている。これにより、
切削中に発生する共振を抑制し、安定した切削を行える
ようにしている。
工具のスローアゥェイチップをそれぞれ4方向から示す
図である。このスローアゥェイチップでは、刃先に形成
される切刃70がチップの厚さ方向に形成され、大きな
アクシャルレーキ角αとスクイ角θが設定されている刃
先形状であるのは第1実施形態のチップと同様である
が、切刃70として凸に湾曲する凸刃形を採用した点
と、スクイ角θを形成するスクイ面71を大きく面取り
した点が異なる。図4のように直線刃形の切刃46で
は、切屑が渦巻状にカール化して剛性が増大し大きな切
削抵抗となる場合があるが、このような凸刃形の切刃7
0では、切屑の形状がカール化せずに円弧形状となるた
め、剛性がなくなる。また、スクイ面71のスペースを
大きくとることで、切屑の切刃からの離れが良好にな
る。
ニック72Bとを持ったものを別々に設け、これらを交
互にカッター本体32に取り付けることにより、切屑を
小さくすることができ、より切屑の排出性が良好にな
り、切屑ポケットの詰りを防止し、溝の仕上げ面の保護
する上で効果的である。
によれば、切削抵抗を減少させるとともにチップの刃先
に大きな切削抵抗が瞬間的に負荷しないようになってい
ることから、刃先寿命を大幅に伸ばすことができ、さら
に、刃先やチップロケータへ負荷を低減して、サイドカ
ッターの断続切削でも安定したスムーズな高能率の切削
が可能となる。したがって、剛性の高い工作機械でなけ
れば行えなった従来のサイドカッターによる深溝加工を
平均的剛性の工作機械でより経済的に高い生産性で実現
することができる。
示す図で、図1(a)はカッター本体部の側面図、図1
(b)はカッター本体部の正面図。
で、図2(b)は図1(b)を拡大して示す図。
を示す図、図3(b)は図2(b)におけB−B断面を
示す図。
説明する図。
示す図。
によるチップをそれぞれ4方向から示す図。
ターを示す図。
ッターを示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】カッター本体の外周部に周方向に配列する
スローアウェイ式の複数のチップを有するサイドカッタ
ーにおいて、 切刃が延びる刃先を前記チップの厚さ方向に設けるとも
に、前記チップの刃先にネガティブのアクシャルレーキ
角を設定し、前記チップの厚さ方向と直角な側面をカッ
タ本体部で受け幅方向と垂直な側面をチップロケータで
受けるように前記チップをカッター本体に固定したこと
を特徴とするサイドカッター。 - 【請求項2】前記チップの刃先のアクシャルレーキ角
は、少なくとも30度以上であることを特徴とする請求
項1に記載のサイドカッター。 - 【請求項3】前チップの刃先には、さらにスクイ角が設
定されていることを特徴とする請求項2に記載のサイド
カッター。 - 【請求項4】前記チップは、前記カッター本体部に周方
向に配列する複数の左切刃用のチップと右切刃用のチッ
プからなり、これらの多数のチップを不等配の刃先間隔
で配列したことを特徴とする請求項3に記載のサイドカ
ッター。 - 【請求項5】前記左右切刃用チップは、それぞれ対をな
す外切刃用チップと内切刃用チップのチップからなり、
前後に隣り合う左右切刃同士または内外切刃同士でピッ
チの異なる刃先間隔を組み合わせ、多数のチップを不等
配の刃先間隔で配列したことを特徴とする請求項4に記
載のサイドカッター。 - 【請求項6】前記チップの刃先は、凸状に湾曲する凸刃
形の切刃を有することを特徴とする請求項1乃至5のい
ずれかの項に記載のサイドカッター
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