JP5224902B2 - 総型回転切削工具および溝切削加工装置並びに溝切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、総型回転切削工具およびそれを用いた溝切削加工装置、並びに溝切削加工方法に関するものである。

タービンの羽根車をタービン軸に取り付けるための構造として、タービン軸の外周部に形成された多数の断面クリスマスツリー状のツリー溝（メス溝）に、オス溝が形成されたタービン羽根車の羽根を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。

タービン軸の外周部に形成されたツリー溝（メス溝）は、例えば特許文献１に開示されているように、溝中心に対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように、溝深さ方向において、溝幅が増減しながら徐々に小さくなるように形成されている。ここで溝深さ方向は、タービン軸の径方向で、溝幅方向は、溝深さ方向にほぼ垂直な方向である。

従来のツリー溝の加工に用いる回転切削工具は、例えば、シャンク部および刃部を一体に備えた総型回転切削工具などが用いられている。この刃部は、例えば円錐形状で、複数のくびれ部が形成されている。すなわち、この刃部は、張り出した部位とくびれた部位を有するクリスマスツリーのような形状をなしている。その刃部には、切れ刃が形成されている。この切れ刃には、ストレート刃、切削性能に優れる右捩れ刃、および左捩れ刃などがあり、これらの切れ刃が通常２〜４枚程度設けられている。

このような総型回転工具としては、例えば特許文献１に開示されているように、切れ刃のすくい角を改善した例が知られている。特許文献２には、ねじれ角について検討したものが開示されており、特許文献３には、逃げ角について検討されている例が開示されている。また、特許文献４に開示されているように、切れ刃稜について検討した例も知られている。
特開２００１−０７１２１０号公報 特開２００７−１７５８３０号公報 特開平１１−２４５１１２号公報 特開２００１−２１２７１１号公報

上記の従来の総型回転工具を用いて上記のメス溝を切削するときに、このメス溝の溝深さ方向において増減する溝幅を同じ工具回転数で切削する。溝幅が広い部位は上記の張り出し部位で切削し、溝幅が小さい部位はくびれ部位で切削する。この場合、上記の総型切削回転工具は、切れ刃が軸心に対して垂直に張り出した部位とくびれている部位との刃先径の差が大きいため、切削速度の差が大きくなる。すなわち、メス溝の溝幅の小さい部位の切削は、溝幅が広い部位の切削するときよりも、切削速度が小さくなる。

例えば溝幅が最小となる部位を切削する切れ刃において切削速度が最適となるように工具回転数を設定すると、溝幅が最大となる部位を切削する切れ刃では切削速度が大きくなる。場合によっては、溝幅が最大となる部位では、工具材種の適用可能な切削速度の範囲を超えることもある。

逆に、溝幅が最大となる部位を切削する切れ刃において最適な切削速度となるように工具回転数を設定すると、溝幅が最小の部位では、切削速度が小さくなる。この場合には、工具材種の適用可能な切削速度の範囲より小さくなる可能性がある。

また、最小溝幅と最大溝幅のほぼ中間の幅が、最適な切削速度となる工具回転数で切削を行った場合、最小溝幅および最大溝幅の差が大きすぎると、最小溝幅および最大溝幅それぞれが当該適用可能な範囲を超えてしまう場合がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、総型回転切削工具の刃先径に応じて、最適な切削速度で切削加工を行うことを可能にすることにある。

上記目的を達成するための本発明に係る総型回転切削工具は、シャンク部および刃部が軸心に沿って連結された総型回転切削工具において、前記刃部には、前記軸心のまわりを回転するように切れ刃が形成されて、前記切れ刃は、前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成され、軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃部と、互いに軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃部の間に形成されて、これらの前記凸状切れ刃部よりも刃先径が小さくなるように形成された凹状切れ刃部と、を有し、前記複数の凸状切れ刃部それぞれの最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ前記複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、を特徴とする。

また、本発明に係る溝切削加工装置は、タービン軸の外周にタービン羽根の翼脚をメス溝とオス溝との組み合わせによって嵌め込むための断面クリスマスツリー状の溝を形成する溝切削加工装置であって、前記メス溝の断面形状は、溝開口部から溝底部に向かう中心線に対して対称形状であり、両側に広がる複数の幅広部と、互いに隣接する前記幅広部の間に１つずつ配置されたくびれ部とを有し、前記幅広部およびくびれ部はそれぞれ、溝開口部に近いほど溝幅方向の幅が大きくなるように形成されるものであり、当該溝切削加工装置は、シャンク部および刃部が軸心に沿って連結された総型回転切削工具を有し、前記刃部には、前記軸心のまわりを回転するように切れ刃が形成されて、前記切れ刃は、前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成され、軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃部と、互いに軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃部の間に形成されてこれらの前記凸状切れ刃部よりも刃先径が小さくなるように形成された凹状切れ刃部と、を有し、前記複数の凸状切れ刃部それぞれの最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ前記複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、を特徴とする。

また、本発明に係る溝切削加工方法は、タービン軸の外周にタービン羽根の翼脚をメス溝とオス溝との組み合わせによって嵌め込むための断面クリスマスツリー状の溝を、総型回転切削工具により形成する溝切削加工方法であって、前記メス溝の断面形状は、溝開口部から溝底部に向かう中心線に対して対称形状であり、両側に広がる複数の幅広部と、互いに隣接する前記幅広部の間に１つずつ配置されたくびれ部とを有し、前記幅広部およびくびれ部はそれぞれ、溝開口部に近いほど溝幅方向の幅が大きくなるように形成されるものであり、当該溝切削加工方法は、前記中心線の方向に交互に配列された複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部を有する切れ刃を前記中心線に平行な軸心の周りに回転させながら該軸心に垂直な方向へ徐々に移動させることによって切削するものであり、前記凸状切れ刃部によって前記幅広部を切削する幅広部加工工程と、前記凹状切れ刃部によって前記くびれ部を切削するくびれ部加工工程と、を一つの工具で同時に並行して行い、前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、を特徴とする。

本発明によれば、総型回転切削工具の刃先径に応じて、最適な切削速度で切削加工を行うことが可能である。

以下、本発明に係る総型回転切削工具の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る総型回転切削工具の第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。先ず、図１を用いて、本実施形態の総型回転切削工具の構成について説明する。図１は、本実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。この総型回転切削工具は、軸心１０に沿ってシャンク部１および刃部２を有する。これらは軸心１０に沿って連結され一体となっている。なお、図１において、刃部２は、切れ刃と切りくず排出溝３のみを図示し、それ以外は、輪郭のみを示している。

シャンク部１は、フライス盤やマシニングセンタ等の切削加工機（図示せず）の主軸に装着可能に形成されている。また、マシニングセンタのツールマガジン等にも収納することが可能である。

刃部２は、焼入鋼等により形成されている。この刃部２に、超硬合金やハイス等により形成された切れ刃が、ろう付けされている。この切れ刃は、軸心１０を中心に回転しながら、切削対象物を切削する。さらに、軸心１０に沿って、例えば切れ刃に隣接するように切りくず排出溝３が形成されている。切削したときに生成される切りくずは、この切りくず排出溝３から排出される。この切りくず排出溝３によって、切れ刃の切削点に切りくずが絡まないように、外部に効率よく排出することが可能となる。

切れ刃は、刃先径方向に張り出すように４つの凸状切れ刃部７、すなわち、第１凸状切れ刃部７ａ、第２凸状切れ刃部７ｂ、第３凸状切れ刃部７ｃ、および第４凸状切れ刃部７ｄが形成されている。ここで、刃先径方向とは、軸心１０に垂直な方向を意味する。

刃部２の先端、すなわち、第４凸状切れ刃部７ｄよりも先端側には、先端切れ刃部８が形成されている。この先端切れ刃部８の輪郭は、先端が略円弧状をなし、第４凸状切れ刃部７ｄと滑らかに連結してもよい。

さらに、第１凸状切れ刃部７ａおよび第２凸状切れ刃部７ｂの間には、これらの切れ刃部７ａ、７ｂよりも刃先径が小さい第１凹状切れ刃部９ａが形成されている。この第１凹状切れ刃部９ａは、第１凸状切れ刃部７ａおよび第２凸状切れ刃部７ｂと滑らかに連結してもよい。第２凸状切れ刃部７ｂおよび第３凸状切れ刃部７ｃの間には、これらの切れ刃部７ｂ、７ｃよりも刃先径が小さい第２凹状切れ刃部９ｂが形成されている。第３凸状切れ刃部７ｃおよび第４凸状切れ刃部７ｄの間には、同様に、第３凹状切れ刃部９ｃが形成されている。

第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、先端切れ刃部８、および第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれの稜線が滑らかに連結されている場合には、これらの切れ刃部は１枚の切れ刃を形成する。この切れ刃には、切れ刃稜線の輪郭が軸心１０に沿った一平面に形成されるストレート刃や、稜線の輪郭が軸心１０の周りに捩じられるように形成された右捩れ刃および左捩れ刃などがある。なお、図１では、１枚の切れ刃を示しているが、軸心１０周りに、２〜４枚の切れ刃を形成してもよい。

第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄそれぞれの刃先径は、刃部２の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれの刃先径は、刃部２の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されている。すなわち、凸状切れ刃部７は、第１凸状切れ刃部７ａ、第２凸状切れ刃部７ｂ、第３凸状切れ刃部７ｃ、第４凸状切れ刃部７ｄの順に刃先径が小さくなる。同様に、凹状状切れ刃部９は、第１凹状切れ刃部９ａ、第２凹状切れ刃部９ｂ、第３凹状切れ刃部９ｃの順に、刃先径が小さくなる。すなわち、この刃部２は全体でクリスマスツリーのような形状をなしている。

このときの刃先径は、第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、および第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれにおいて、例えば軸心１０から刃先までの距離が最も大きくなる最大刃先径を用いている。

本実施形態の各切れ刃部の最大刃先径は、第１凸状切れ刃部７ａ、第２凸状切れ刃部７ｂ、第１凹状切れ刃部９ａ、第３凸状切れ刃部７ｃ、第２凹状切れ刃部９ｂ、第４凸状切れ刃部７ｄ、第３凹状切れ刃部９ｃの順に小さくなっている。

第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄおよび第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃは、耐摩耗性が異なる少なくとも２種類の工具材種により構成されている。以下に、刃先径に応じて切れ刃の工具材種を選定する手順を図２に示す例を用いて説明する。

図２は、切削速度と工具寿命時間との関係を示すグラフであって、４種類の工具材種（Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ）について例示している。このときの工具材種とは、単に切れ刃の母材の材種、例えばハイス、超硬合金、および焼結ダイヤモンド等に限らず、切れ刃の表面を覆う例えば、ＤＬＣ（diamond like carbon）等のコーティング材なども含まれる。

図２に示す切削速度の範囲Ｓは、工具材種Ｄにおける切削可能な切削速度の範囲を示している。工具材種Ｄを用いて、この範囲Ｓの外の切削速度に設定して切削加工を行った場合には、チッピングや急激な工具磨耗が発生し、切削不可能となる。

工具材種Ａの最適な切削速度は、速度Ｖ１であって、この速度Ｖ１で切削したときの工具寿命時間は、時間Ｔと定義されている。ここで、工具寿命時間とは、例えば工具を交換する必要があると判断される時間を意味している。同様に、工具材種Ｂ、Ｃ、およびＤの最適な切削速度はそれぞれ、速度Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４と定義されている。この例では、工具材種Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に、最適な切削速度は小さくなる。すなわち、これらの工具材種の耐摩耗性は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に低くなる。

また、この例では、工具材種Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤそれぞれにおいて、各工具材種それぞれの最適な切削速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４で切削加工したときの各工具材種の工具寿命時間は、全てほぼ同じ時間（時間Ｔ）となっている。

例えば、図１に示す総型回転切削工具では、刃先径が最大となる第１凸状切れ刃部７ａで、切削速度が最大となる。この第１凸状切れ刃部７ａには、例えば最適な切削速度が大きい工具材種Ａを用いる。このとき、工具材種Ａにおける最適な切削速度（速度Ｖ１）に合わせて工具の回転数を算出する。この回転数を、回転数Ｒ１とする。

続いて、工具回転数を上記の回転数Ｒ１と設定して、第２凸状切れ刃部７ｂにおける切削速度を算出する。このとき、算出された切削速度が、最適な切削速度となるような工具材種を選択する。第２凸状切れ刃部７ｂでは、同一回転数、例えば回転数Ｒ１の下では、第１凸状切れ刃部７ａよりも切削速度は小さくなる。したがって、第１凸状切れ刃部７ａの最適切削速度Ｖ１よりも小さい切削速度が、最適切削速度となるような工具材種、例えば工具材種Ｂを選定するとよい。

同様に、第３凸状切れ刃部７ｃには例えば工具材種Ｃを選定し、第４凸状切れ刃部７ｄには工具材種Ｄを選定するとよい。このとき、第１凹状切れ刃部９ａの刃先径は第３凸状切れ刃部７ｃとほぼ同じなので、第１凹状切れ刃部９ａには工具材種Ｃを選定するとよい。

また、第２凹状切れ刃部９ｂの刃先径は、第３凸状切れ刃部７ｃよりも小さく第４凸状切れ刃部７ｄよりも大きい。この場合、工具材種Ｃまたは工具材種Ｄを選定するとよい。

第３凹状切れ刃部９ｃは、第４凸状切れ刃部７ｃとの刃先径の差が小さいものと捉えて、工具材種Ｄを選定してもよい。または、工具材種Ｄよりも耐摩耗性の低い工具材種を選定してもよい。

以上の説明からわかるように、第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、および第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれの最大刃先径を相互に比較したとき、最大刃先径が大きいものは、小さいものに比べて耐摩耗性が低くならないように、工具材種が選定される。これにより、最適な切削速度で切削加工を行うことが可能である。

続いて、上記の総型回転切削工具を用いて、溝を切削する加工例を以下に説明する。

本実施形態の総型回転切削工具は、例えば、タービン軸の外周にタービン羽根の翼脚をメス溝３０とオス溝（図示せず）との組み合わせによって嵌め込むための断面クリスマスツリー状の溝の加工に用いることが可能である。図１に示す総型回転切削工具は、タービン軸の外周に形成されたメス溝３０の加工に用いられる。

先ず、本実施形態で加工するメス溝３０の形状について説明する。

図３は、タービン軸の外周に形成されたメス溝３０の例を示す断面図である。メス溝３０の断面形状は、溝開口部２３から溝底部２４に向かう中心線２５に対して対称形状であり、両側に広がる４つの幅広部２１、すなわち、第１幅広部２１ａ、第２幅広部２１ｂ、第３幅広部２１ｃ、および第４幅広部２１ｄを有している。

また、互いに隣接する幅広部２１の間に１つずつ形成されたくびれ部２２を有する。例えば、第１幅広部２１ａおよび第２幅広部２１ｂの間には、第１くびれ部２２ａが形成されている。同様に、第２幅広部２１ｂおよび第３幅広部２１ｃの間には第２くびれ部２２ｂが形成されて、第３幅広部２１ｃおよび第４幅広部２１ｄの間には第３くびれ部２２ｃが形成されている。なお、これらの幅広部２１およびくびれ部２２はそれぞれ、溝開口部２３から溝底部２４に向かうにしたがって、溝幅方向の幅が小さくなる。

このメス溝３０を、図１の総型回転切削工具を用いて加工する。

総型回転切削工具を軸心１０を中心にして回転させながら、軸心１０を中心線２５に平行になるように配置して、中心線２５に対して垂直な方向に総型回転切削工具を移動させながら切削する。

第１幅広部２１ａは、第１凸状切れ刃部７ａにより切削される。同様に、第２幅広部２１ｂおよび第３幅広部２１ｃは、それぞれ第２凸状切れ刃部７ｂおよび第３凸状切れ刃部７ｃにより切削される。第４幅広部２１ｄおよび溝底部２４は、それぞれ第４凸状切れ刃部７ｄおよび先端切れ刃部８によって切削される。

また、第１くびれ部２２ａは、第１凹状切れ刃部９ａにより切削される。同様に、第２くびれ部２２ｂおよび第３くびれ部２２ｃは、それぞれ第２凹状切れ刃部９ｂおよび第３凹状切れ刃部９ｃにより切削される。

上記の説明の通り、刃部２は、メス溝３０の各溝幅に応じて最適な切削速度で切削できるように、刃先径に応じて異なる工具材種を用いている。例えば、切削速度が大きくなる第１幅広部２１ａと、これよりも切削速度が小さい第３くびれ部２２ｃとを、それぞれ最適な切削速度で、並行して切削することが可能となる。

また、切れ刃の各部において工具寿命時間がほぼ同じになるように工具材種が選定されているため、切れ刃が寿命を迎えるタイミングは、当該切れ刃各部において、ほぼ同じになる。例えば、第１幅広部２１ａを切削する第１凸状切れ刃部７ａと、第３くびれ部２２ｃを切削する第３凹状切れ刃部９ｃとは、それぞれ異なる切削速度で切削しても、ほぼ同じ時期に工具寿命時間、すなわち交換タイミングを迎える。

すなわち、工具寿命時間を迎えて交換が必要な切れ刃で切削し続けることを抑制するために、まだ切削可能な切れ刃部を交換する必要がなくなる。よって切れ刃交換に係るコストを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、メス溝３０の幅広部２１およびくびれ部２２等の各溝部を切削する凸状および凹状切れ刃部７、９の各刃先径は、各溝部の溝幅よりも小さくなるように形成されている。この場合には、例えば、図３に示す中心線２５に対して、一方の溝形状を切削した後に、もう一方の溝形状を切削することで、メス溝３０が形成される。

以上の説明からわかるように、工具材種と切削速度とのミスマッチによる切削工具の短寿命や工具欠損などを抑制することができ、且つ加工能率を向上させることが可能となる。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転工具の第２の実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態では、図１の総型回転切削工具の第１凸状切れ刃部７ａ、第２凸状切れ刃部７ｂ、第３切れ凸状刃部７ｃ、および第４切れ凸状刃部７ｄそれぞれに相当する切れ刃を、選択的に着脱することが可能である。これらの着脱可能な切れ刃部材を、それぞれ第１着脱切れ刃部材１１ａ、第２着脱切れ刃部材１１ｂ、第３着脱切れ刃部材１１ｃ、および第４着脱切れ刃部材１１ｄと定義する。なお、本実施形態では、図１の総型回転切削工具における先端切れ刃部８に相当する切れ刃は、第４着脱切れ刃部材１１ｄに含まれている。

刃部２の母材において、第１着脱切れ刃部材１１ａ、第２着脱切れ刃部材１１ｂ、第３着脱切れ刃部材１１ｃ、および第４着脱切れ刃部材１１ｄそれぞれが配置される部位に、例えば１つずつ第１ねじ穴１３ａ、第２ねじ穴１３ｂ、第３ねじ穴１３ｃ、および第４ねじ穴１３ｄが形成されている。これらのねじ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、工具回転方向、すなわち、周方向に向かって形成されている。

これらのねじ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄそれぞれに、例えばボルト１９等によって第１着脱切れ刃部材１１ａ、第２着脱切れ刃部材１１ｂ、第３着脱切れ刃部材１１ｃ、および第４着脱切れ刃部材１１ｄが取り付けられている。これらの第１〜第４着脱切れ刃部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、異なる工具材種で形成されている。よって、第１の実施形態と同様に、第１〜第４着脱切れ刃部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄそれぞれが、最適な切削速度で切削することが可能である。

また、これらの着脱切れ刃部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、隣接する第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃと滑らかに連結してもよい。例えば、第１着脱切れ刃部材１１ａと刃部２の母材との間には、シムなどの調整部材（図示せず）により、段差が生じないように調整してもよい。

第１の実施形態では、メス溝３０の加工を行っているときに、想定外のトラブルなどが発生して総型回転切削工具の刃部２の一部が欠損した場合、総型回転切削工具そのものを交換する必要がある。

これに対して、切削加工時に磨耗や欠損が生じやすい切れ刃部、例えば切削速度が比較的大きい凸状切れ刃部７に、着脱可能な切れ刃部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを用いることによって、容易に切れ刃を交換することができる。したがって、総型回転切削工具そのものを交換するよりも、低コスト化が図れる。また、刃部２の母材を例えば半永久的に使用することが可能となり、工具材のコストを低減することができる。

また、メス溝３０の最小溝幅と最大溝幅の差によって生じる切削速度の差を、工具材種のみで補おうとすることが、必ずしも最良でない場合も考えられる。例えば第１着脱切れ刃部材１１ａについて最適な工具材種を選択できたとしても、仮に、この最適な工具材種が高額であった場合には、加工能率は向上できても、コストが大幅に高くなることも考えられる。

これに対して、本実施形態のように、切れ刃部が着脱可能な切れ刃部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにより形成されることによって、加工能率と工具材種のコストとのバランスを工程設計の段階で検討しておくことが可能となる。

［第３の実施形態］
次に、本発明に係る総型回転工具の第３の実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。なお、本実施形態は、第１および第２の実施形態の変形例であって、これらの実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態では、第４凸状切れ刃部７ｄおよび先端切れ刃部８を、選択的に着脱することが可能である。この着脱可能な切れ刃部材を、着脱先端切れ刃部材１２と定義する。なお、本実施形態では、第４凸状切れ刃部７ｄは、着脱先端切れ刃部材１２に含まれている。

着脱先端切れ刃部材１２が配置される刃部２の母材先端部に、例えば１つの先端切れ刃用ねじ穴１４が軸心１０の方向に形成されている。この先端切れ刃用ねじ穴１４に、図示は省略するがボルト等によって、着脱先端切れ刃部材１２が取り付けられている。この着脱先端切れ刃部材１２は、第２の実施形態と同様に、隣接する第３凹状切れ刃部９ｃと滑らかに連結してもよい。

本実施形態によれば、切削速度が工具材種の切削可能な範囲よりも小さくなる先端切れ刃部に、着脱先端切れ刃部材１２を用いることによって、容易に交換することが可能となる。また、刃部２の母材を半永久的に使用することが可能となり、工具材のコストを低減することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

第１の実施形態では、４種類の工具材種を用いた例について説明しているが、これに限らない。例えば、第１〜第４凸状切れ刃部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄおよび第１〜第３凹状切れ刃部９ａ、９ｂ、９ｃそれぞれについて、耐摩耗性が異なる７種類の工具材種を用いてもよい。この場合、刃先径が大きなものほど耐摩耗性が高い工具材種を用いればよい。

また、耐摩耗性が異なる２種類のみの工具材種を用いてもよい。この場合、第１凸状切れ刃部７ａには、耐摩耗性が高い方の工具材種を用いて、その他の切れ刃部には、耐摩耗性が低い方を用いるとよい。

第２の実施形態では、着脱可能な切れ刃部を、凸状切れ刃部７としているが、これに限らない。凹状切れ刃部９も、着脱可能に形成してもよい。

また、上記の実施形態では、メス溝３０の各溝部を切削する凸状および凹状切れ刃部７、９の刃先径は、各溝部の溝幅よりも小さい例について、説明されている。

これに対して、例えば、各溝部の溝幅と、これらの溝部を切削する凸状および凹状切れ刃部７、９の各刃先径が、ほぼ同じになるように形成された総型回転切削工具を用いてもよい。この場合、図３に示す中心線２５の両側の溝を並行して切削することが可能となる。

本発明に係る第１の実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。 図１の実施形態で用いる工具材種における切削速度と工具寿命の関係を示すグラフである。 図１の実施形態で切削加工するメス溝の断面形状である。 本発明に係る第２の実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。 本発明に係る第３の実施形態の溝切削加工装置に用いる総型回転切削工具の概略正面図である。

符号の説明

１…シャンク部、２…刃部、３…切りくず排出溝、７…凸状切れ刃部、７ａ…第１凸状切れ刃部、７ｂ…第２凸状切れ刃部、７ｃ…第３凸状切れ刃部、７ｄ…第４凸状切れ刃部、８…先端切れ刃部、９…凹状切れ刃部、９ａ…第１凹状切れ刃部、９ｂ…第２凹状切れ刃部、９ｃ…第３凹状切れ刃部、１０…軸心、１１ａ…第１着脱切れ刃部材、１１ｂ…第２着脱切れ刃部材、１１ｃ…第３着脱切れ刃部材、１１ｄ…第４着脱切れ刃部材、１２…着脱先端切れ刃部材、１３ａ…第１ねじ穴、１３ｂ…第２ねじ穴、１３ｃ…第３ねじ穴、１３ｄ…第４ねじ穴、１４…先端切れ刃用ねじ穴、１９…ボルト、２１…幅広部、２１ａ…第１幅広部、２１ｂ…第２幅広部、２１ｃ…第３幅広部、２１ｄ…第４幅広部、２２…くびれ部、２２ａ…第１くびれ部、２２ｂ…第２くびれ部、２２ｃ…第３くびれ部、２３…溝開口部、２４…溝底部、２５…中心線、３０…メス溝

Claims (5)

1. シャンク部および刃部が軸心に沿って連結された総型回転切削工具において、
   前記刃部には、前記軸心のまわりを回転するように切れ刃が形成されて、
   前記切れ刃は、
   前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成され、軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃部と、
   互いに軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃部の間に形成されて、これらの前記凸状切れ刃部よりも刃先径が小さくなるように形成された凹状切れ刃部と、
   を有し、
   前記複数の凸状切れ刃部それぞれの最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ前記複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、
   前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、
   前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、
   を特徴とする総型回転切削工具。
2. 前記凸状切れ刃部および凹状切れ刃部それぞれは、選択的に着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の総型回転切削工具。
3. 前記刃部の先端部に形成される先端切れ刃部は、軸心方向に形成された締結部材によって軸心方向に締め付けられて固定されて、選択的に着脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の総型回転切削工具。
4. タービン軸の外周にタービン羽根の翼脚をメス溝とオス溝との組み合わせによって嵌め込むための断面クリスマスツリー状の溝を形成する溝切削加工装置であって、
   前記メス溝の断面形状は、溝開口部から溝底部に向かう中心線に対して対称形状であり、両側に広がる複数の幅広部と、互いに隣接する前記幅広部の間に１つずつ配置されたくびれ部とを有し、前記幅広部およびくびれ部はそれぞれ、溝開口部に近いほど溝幅方向の幅が大きくなるように形成されるものであり、
   当該溝切削加工装置は、シャンク部および刃部が軸心に沿って連結された総型回転切削工具を有し、
   前記刃部には、前記軸心のまわりを回転するように切れ刃が形成されて、
   前記切れ刃は、前記軸心に垂直な刃先径方向に張り出すように形成され、軸心方向に配列された複数の凸状切れ刃部と、互いに軸心方向に隣接する前記凸状切れ刃部の間に形成されてこれらの前記凸状切れ刃部よりも刃先径が小さくなるように形成された凹状切れ刃部と、を有し、
   前記複数の凸状切れ刃部それぞれの最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなり、且つ前記複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径は前記刃部の先端部に向かうにしたがって除々に小さくなるように形成されて、
   前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、
   前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、
   を特徴とする溝切削加工装置。
5. タービン軸の外周にタービン羽根の翼脚をメス溝とオス溝との組み合わせによって嵌め込むための断面クリスマスツリー状の溝を、総型回転切削工具により形成する溝切削加工方法であって、
   前記メス溝の断面形状は、溝開口部から溝底部に向かう中心線に対して対称形状であり、両側に広がる複数の幅広部と、互いに隣接する前記幅広部の間に１つずつ配置されたくびれ部とを有し、前記幅広部およびくびれ部はそれぞれ、溝開口部に近いほど溝幅方向の幅が大きくなるように形成されるものであり、
   当該溝切削加工方法は、
   前記中心線の方向に交互に配列された複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部を有する切れ刃を前記中心線に平行な軸心の周りに回転させながら該軸心に垂直な方向へ徐々に移動させることによって切削するものであり、
   前記凸状切れ刃部によって前記幅広部を切削する幅広部加工工程と、前記凹状切れ刃部によって前記くびれ部を切削するくびれ部加工工程と、を一つの工具で同時に並行して行い、
   前記複数の凸状切れ刃部のうちで最大刃先径が最大のものを構成する材料の耐摩耗性は、前記複数の凹状切れ刃部のうちで最大刃先径が最小のものを構成する材料の耐摩耗性よりも高く、
   前記複数の凸状切れ刃部および複数の凹状切れ刃部それぞれの前記最大刃先径を相互に比較したとき、前記最大刃先径が大きいものが小さいものに比べて耐摩耗性が低くないこと、を特徴とする溝切削加工方法。

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