JP2003275917A - 刃先交換式回転工具及びスローアウェイインサート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切込み深さが１〜６ｍｍ程度の加工において
も、高精度を維持したまま従来の一般的な刃先交換式回
転工具に比較し、１刃の送り量ｆｚが１０倍程度の高送
りが可能な刃先交換式回転工具及びそれに用いるスロー
アウェイインサートを提供することを課題とした。 【解決手段】 インサートが着脱可能な刃先交換式回転
工具において、該インサートは、掬い面側から見た形状
が略四角形状をなすポジタイプのスローアウェイインサ
ートで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に凸円弧状で、
且つ、逃げ面略中央に平坦部を設け、該インサートを刃
先交換式回転工具としてセットした時に、前記凸円弧状
の稜線が主切刃をなし、該主切刃は、最下点から外周側
に向かう円弧からなり、半径方向掬い角が負となるよう
に取り付けたことを特徴とする刃先交換式回転工具及び
スローアウェイインサートである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、スローアウェイ
インサート及び正面フライス工具に関し、詳細には高送
り加工において顕著な効果を発揮する刃先交換式回転工
具及びそれに用いるスローアウェイインサートに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】刃先交換式回転工具として、特に、高送
りに適した刃先交換式回転工具として特開２０００−１
２６９２０号公報に、円形スローアウェイインサートを
用い、これを２軸方向に傾けて装着することにより円弧
半径の大きな切刃を生じさせ高送り切削時の衝撃力を緩
和した正面フライス工具が記載されている。高能率な刃
先交換式回転工具の例としては、特開２０００−５９２
１号公報に記載された工具が切削変動（断続）の少ない
鋼切削において１刃当りの送り量ｆｚ＝２ｍｍ／刃の条
件で安定切削可能な事例が記載されている。上記特開２
０００−５９２１号公報では、刃先交換式回転工具は、
主切刃が円弧をしており、被削物に接触して初期に生成
する切屑の厚さは薄く、工具の回転に従って徐々に厚い
切屑を生成するため、工具が受ける衝撃力を緩和でき切
削変動の少ない鋼切削においては高送り切削が可能とな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の高送り
に適した正面フライス工具は円形スローアウェイインサ
ートを採用しているためインサートの拘束面はインサー
ト底面及び側面となるが、側面は曲面であるため正確な
位置決めが難しく、そのため刃先位置調整ねじを必要と
する。更に、円形インサートを２軸方向に傾けて装着し
ているため切削中にインサートが回転し刃先位置がずれ
る可能性も皆無ではない。またこの工具は切込み深さが
０．１〜１ｍｍより少ない加工に適したものであり、そ
れより深く切込むために工具を大きく設計すれば切削に
関与する切刃長さが長くなりすぎ切削抵抗が増大するた
め現実的ではない。よって切込み深さが１〜６ｍｍ程度
の加工には前記一般的な正面フライスを用いるより他な
く、高送り加工は不可能であった。しかし、穴の多い加
工物や調質されたプリハードン鋼などの断続が有り切削
変動の激しい切削においてはインサートが欠損しやす
く、著しく寿命が低下するため、送り量を下げなければ
ならず、高送り切削は不可能という欠点があった。

【０００４】以上に鑑み本願発明では、切込み深さが１
〜６ｍｍ程度の加工においても、高精度を維持したまま
従来の一般的な刃先交換式回転工具に比較し、１刃の送
り量ｆｚが１０倍程度の高送りが可能な刃先交換式回転
工具及びそれに用いるスローアウェイインサートを提供
すること、及び穴の多い加工物や調質されたプリハード
ン鋼などの断続切削においても安定切削可能であり、耐
欠損性を向上させた長寿命な高送り高能率切削フライス
工具を提供することを課題とした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明の要旨は、着脱
可能に刃先交換式回転工具に取り付けるスローアウェイ
インサートにおいて、該インサートは、掬い面側から見
た形状が略四角形状をなすポジタイプのスローアウェイ
インサートで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に凸円弧
状で、且つ、逃げ面略中央に平坦部を設けたことを特徴
とするスローアウェイインサートであり、刃先交換式回
転工具としてセットした時、該インサートは、掬い面側
から見た形状が略四角形状をなすポジタイプのスローア
ウェイインサートで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に
凸円弧状で、且つ、逃げ面略中央に平坦部を設け、該イ
ンサートを刃先交換式回転工具としてセットした時、前
記凸円弧状の稜線が主切刃をなし、該主切刃は、最下点
から外周側に向かう円弧からなり、半径方向掬い角が負
となるように取り付けたことを特徴とする刃先交換式回
転工具である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本願発明の刃先交換式回転工具に
用いるスローアウェイインサートの該平坦部は切刃稜線
から後退した位置よりインサート底面側まで設けられ、
且つ、該平坦部と掬い面とのなす角度は、掬い面と逃げ
面のなす角度よりも３゜〜１０゜小さくしたインサート
である。次に、該凸円弧状の一部を直線としたり、円弧
と直線が２つ以上の複数の直線又は複数の円弧で設けた
り、更には、該凸円弧状で形成される主切刃に沿ってブ
レーカー状のすくい溝を設けたインサートである。更に
は、該インサートの凸の円弧状の円弧の曲率半径を該イ
ンサートの内接円直径の０．６〜１．６倍等のスローア
ウェイインサートである。また、刃先回転工具として、
該最下点は、凸円弧状の中心よりも内側になるように取
り付け、該主切刃の切込み角を３５°以下とした回転工
具である。次に、該半径方向すくい角が−５°から−４
５°の角度とし、該主切刃の半径方向すくい角が外周側
に向かうに従い連続的又は断続的に変化する回転工具で
あり、更には、該主切刃の真のすくい角を＋３°〜＋１
５°とした事を特徴とした刃先交換式回転工具である。

【０００７】図１に本願発明に係るスローアウェイイン
サートの正面図を示す。図１は、その中心から外側に凸
の円弧状をなす切刃稜線１を４つ備え、略四角形状をな
す。切刃稜線と切刃稜線との繋ぎ部分は適当なアールや
直線を用いてもよい。図２に該スローアウェイインサー
トの側面図、図３にＡ方向からの図を示す。逃げ面の略
中央に平坦部２を切刃から後退した位置よりインサート
底面まで設ける。この平坦部は工具本体へ取り付ける際
の当接面となるが、平坦にしたことにより正確な位置決
めが可能となる。この平坦部と掬い面とのなす角度αは
掬い面と逃げ面のなす角度βよりも３゜〜１０゜小さく
する。この差が３°より小さいと充分な当接面積が得ら
れず、１０°よりも大きいと刃先強度の低下を招く。円
弧状の切刃稜線１の曲率半径はインサート内接円直径Ｄ
の０．６〜１．６倍とする。０．６倍よりも小さいと丸
インサートと略同形状になり、切込み深さが大きくなる
用途では切込み角が大きくなり、高送りが不可能とな
る。また、切込み角をそのままで切込み深さを大きくす
るには内接円を大きくしなければならない。１．６倍よ
りも大きいと直線切刃と略同形状になりＲ切刃の特徴を
見出せない。ここにＲ切刃の特徴とは切削時の接触切刃
長さが長いため寿命が長い、断続に強い、圧縮の力が働
くためヒートクラックが発生しても破壊にいたるまでが
長寿命、などである。

【０００８】図４、図５は、本願発明に係る刃先交換式
回転工具の底面視、断面を示す。上記のスローアウェイ
インサートを図４に示す如く工具本体に取り付ける。
尚、インサートの取り付機構は公知の取り付機構を適宜
採用すればよい。図４に示すようにインサート座を有す
るインサート支持部材３を介してくさび４で締め付けて
取り付ける方法の他、インサート中央にクランプ孔を設
けてクランプする機構を採用することもできる。

【０００９】図６〜図８は、図５のインサートの拡大図
を示す。図６〜図８より、切刃の最下点Ｂが切刃の中央
よりも工具の内側に来るように切り込み角を設定するこ
とにより、切削に関与する切刃長さを長くできるととも
に、刃先強度がもっとも弱い切刃中央部が最初に被削材
と接触し衝撃を受けることを避けることができる。切り
込み角は３５°以下とするのが好ましい。半径方向掬い
角は、負の値に設定することにより、図６に示すよう被
削物に接触して初期に生成する切屑８の厚さは薄く、工
具の回転に従って徐々に厚い切屑９を生成するため、工
具が受ける衝撃力を緩和でき高送りが可能となる。更に
好ましくは、半径方向すくい角は−５°から−４５°と
負の値に設定する。

【００１０】本願発明では、従来不可能と考えられてい
たインサートに生じる切削時の衝撃発生メカニズムを、
被削材への喰いつき時（切削始め）と喰いついてか
ら被削材から離れるまでの２つに分け、衝撃緩和させる
ことに着目し、前者は円弧又は円弧と直線などからなる
円弧状タイプの主切刃により、その主切刃先端部最下点
６を切削開始点７とし被削材に薄く喰いつかせる。後者
は半径方向の負のすくい角により、工具の回転に伴い徐
々に厚くなる切屑を生成し、境界部８で最も厚くし、切
屑生成形態の位相差に最適値を見出し、衝撃を緩和させ
断続に強く、長寿命となった。更に、加工した面の表面
性状の向上を目的とし、図７に示すように副切刃１０を
設けた例、図８に示すように内周切刃６を設けた例、図
９、１０に示すようにコーナー部１１に径方向掬い角と
略同等以上の大きさθの角度で面取りを設けた例、図１
１に図１０の例に更に副切刃１０を加えた例を示す。以
下、実施例に基づき本願発明を詳細に説明する。

【００１１】

【実施例】（実施例１）本発明に係るスローアウェイイ
ンサートとして図１〜図３に示すスローアウェイインサ
ートで、内接円直径Ｄを１５．８７５ｍｍ、円弧状切刃
の曲率半径Ｒを１５ｍｍ、掬い面と平坦部２のなす角度
αを７０゜、掬い面と逃げ面のなす角度βを７５゜、イ
ンサートの厚さを４．７６ｍｍに設定した。平坦部２は
切刃稜線から逃げ面に沿って０．５ｍｍ後退した位置か
らインサート底面まで設けた。このインサートを図４に
示す刃先交換式回転工具本体へ取り付けた。半径方向掬
い角は−４゜、軸方向掬い角は９゜、切刃稜線の最下点
が切刃稜線の中心よりも内側になるように切れ込み角は
１５゜に設定し、本発明例１とした。比較のため、図１
２、図１３に示すような従来例２、３の刃先交換式回転
工具を用意した。従来例２は切込み角９０°、従来例３
は切込み角３０°〜４５°の例である。

【００１２】これらの工具を用い、以下の切削諸元で可
能な最大の送り速度を試験した。工具刃径はφ２００
（１０枚刃フルセット）、被削材はＳ５０Ｃ、切込み深
さＡｄ＝２ｍｍ、切込み幅Ｒｄ＝１８０ｍｍで能率を表
す最大の送り速度：Ｆｍａｘと単位時間当りの切屑排出
量：Ｑを比較した。本発明例１は、切削速度を低く抑え
Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎとした。しかし、インサート強度
が高く１刃の送り量ｆｚを大きくできることからｆｚ＝
２．５ｍｍ／刃、Ｆ＝４０００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝１４
４０ｃｍ^３／ｍｉｎまで機械馬力３０ＫＷの限界まで安
定して加工可能であった。従来例２は、切削速度Ｖ＝１
８０ｍ／ｍｉｎ時、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．２５
ｍｍ／刃より大きいとインサートが欠損するため、Ｆ＝
８００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝２８８ｃｍ^３／ｍｉｎであっ
た。従来例３は、切削速度Ｖ＝１８０ｍ／ｍｉｎ時、１
刃当たりの送り量ｆｚ＝０．４ｍｍ／刃がインサート強
度限界で、Ｆ＝１２８０ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝４６０．８
ｃｍ^３／ｍｉｎであった。

【００１３】本発明例１と従来例２、３とでは、３倍か
ら５倍の単位時間当りのテーブル送り速度、切屑排出量
を示し、大幅な能率改善が図れた。本発明例１は、主切
刃が円弧状をしているため、切削開始点：インサートの
最下点から薄く食いつくため衝撃が少なく、Ｓ５０Ｃの
ような鋼切削においても１刃当たりの送り量ｆｚを約
１．０〜３．５ｍｍ／刃に上げられる。更に、半径方向
の掬い角を大きな負の角度、具体的には真の掬い角が大
きく負にならない０°〜−４０°位までにする事によ
り、その先端部最下点から境界までの位相差がうまれる
ため、断続にも強くなり、且つ切刃長さも長くなること
から長寿命となる。これに対し従来例２、３は、切屑生
成時、１刃当たりの送り量又は実質の送り量分、先端か
ら境界まで均一の切屑厚みである。切込み角を小さくし
ても、実質の切屑厚みは角度分、薄くなるだけである。
このためＳ５０Ｃのような鋼切削における１刃当たりの
送り量ｆｚは約０．２ｍｍ／刃〜０．４ｍｍ／刃が一般
的な条件であった。

【００１４】（実施例２）実施例１で使用したインサー
トを用いて、工具本体は、軸方向すくい角９゜、切刃稜
線の最下点６が切刃稜線の中心よりも内側になるように
切込み角κは１５゜に設定した。半径方向すくい角は、
本発明例４として−１０°（図１４）、本発明例５とし
て−１５°（図１５）、本発明例６として−２０°（図
１６）と変化させたものを製作した。尚、比較のため、
比較例７として−４゜、従来例２、３も併せて試験し
た。

【００１５】上記、本発明例４〜６、従来例２、３及び
比較例７の工具を用い、図１７に示すφ８穴の多くある
欠損の生じやすい形状をした被削材で、能率を表す１刃
当たりの送り量ｆｚをインサートが初期欠損に至るまで
のの限界値を試験した。切削諸元は、工具刃径：φ１２
５（１枚刃）、被削材：プリハードン鋼、ＳＣＭ４４０
（ＨＳ４０）、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み深さ
Ａｄ＝１ｍｍ、切込み幅Ｒｄ＝９０ｍｍとした。この結
果を図１８に示す。図１８より、本発明例４〜６及び従
来例２は、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１ｍｍ／刃か
ら０．２ｍｍ／刃と上げていき、ｆｚ＝０．８ｍｍ／刃
でも欠損を生じなかった。従来例３は、１刃当たりの送
り量ｆｚ＝０．１ｍｍ／刃→０．２ｍｍ／刃と上げてい
きｆｚ＝０．２５ｍｍ／刃でインサートが欠損。比較例
７は、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．３ｍｍ／刃までは
良好だが、ｆｚ＝０．４ｍｍ／刃でインサートが欠損し
た。

【００１６】次に、１刃当たりの送り量ｆｚをアップ
し、ｆｚ＝１．５ｍｍ／刃の常識を超えた過酷な条件で
寿命比較を行った。この結果を図１８に示す。図１８よ
り、従来例２は寿命３分、本発明例４は寿命３３分、本
発明例５は４０分、本発明例６は１７分、であり、半径
方向すくい角を負に大きくしていくと長寿命が計れ、超
断続切削条件下でも長寿命を得られる。更に、上記本発
明例１〜３は、真のすくい角で表わすと、本発明例４＝
６．１度、本発明例５＝４．８度、本発明例６＝３．４
度及び比較例７＝７．７度であり上記試験では３度以上
で良い結果が得られた。

【００１７】（実施例３）本発明例８〜１０として図２
０に示すよう、最下点６から外周に向かい円弧と直線の
主切刃としても、更には、図２１に示すよう最下点付近
から外周に向かい切込み角３５°以下の２つ以上からな
る複数の直線からなる主切刃としても、図２２に示すよ
う円弧状主切刃との組み合わせで負の半径方向すくい角
を断続的に変化させた例、円弧状主切刃との組み合わせ
でインサート底面側から上面方向に凸円弧状として半径
方向すくい角を滑らかに連続的に変化させた例でも、同
様な効果が得られ、本願発明の要旨範囲である。また、
この効果は切削工具の刃径に関係なく、小径から大径ま
で幅広く適用可能であり、インサート形状は、略４角形
に限らず２コーナー仕様や３角形、５角形以上の多角形
でも適用可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明を適用することにより、穴の多い
加工物や調質されたプリハードン鋼などの断続切削にお
いて安定した切削が出来、耐欠損性を向上させた長寿命
な高送り高能率切削フライス工具を提供出来、従来常識
を大幅に変えた飛躍的な高能率・長寿命の工具を提供す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例のインサートの正面図を示
す。

【図２】図２は、図１のＡの矢視方向の側面図を示す。

【図３】図３は、図１のＢ矢視方向の側面図を示す。

【図４】図４は、本発明例の刃先交換式回転工具の底面
視を示す。

【図５】図５は、図４のＣ−Ｃ線の断面図を示す。

【図６】図４は、図５の主切刃部の詳細を示す。

【図７】図７は、本発明例のインサートの実施の態様を
示す。

【図８】図８は、本発明例のインサートの他の実施の態
様を示す。

【図９】図９は、本発明例のインサートの他の実施の態
様を示す。

【図１０】図１０は、本発明例のインサートの他の実施
の態様を示す。

【図１１】図１１は、本発明例のインサートの他の実施
の態様を示す。

【図１２】図１２は、従来例２を示す。

【図１３】図１３は、従来例３を示す。

【図１４】図１４は、本発明例４の半径方向すくい角を
示す。

【図１５】図１５は、本発明例５の半径方向すくい角を
示す。

【図１６】図１６は、本発明例６の半径方向すくい角を
示す。

【図１７】図１７は、被削材の形状、穴の状況を示す。

【図１８】図１８は、本発明例、従来例、比較例の送り
限界の試験結果を示す。

【図１９】図１９は、寿命試験の結果を示す。

【図２０】図２０は、本発明の他の実施例を示す。

【図２１】図２１は、本発明の他の実施例を示す。

【図２２】図２２は、本発明の他の実施例を示す。

【符号の説明】

１ 切刃稜線 ２ ２番逃げ面 ３ 平坦部 ４ インサート支持部材 ５ くさび ６ 主切刃稜線の最下点 ７ 切屑の薄い切削開始点 ８ 切屑の厚い境界部 Ｄ 内接円 Ｒ 円弧状切刃の曲率半径 Ｒｒ 半径方向すくい角 Ａｒ 軸方向すくい角 Ｔ 真のすくい角 α 平坦部３とすくい面とのなす角度 β すく面とにげ面５とのなす角度 κ 切込み角 ｆｚ １刃当たりの送り量 Ｆ 送り方向 Ａｄ 切込み深さ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】着脱可能に刃先交換式回転工具に取り付け
   るスローアウェイインサートにおいて、該インサート
   は、掬い面側から見た形状が略四角形状をなすポジタイ
   プのスローアウェイインサートで、切刃稜線をなす四辺
   は夫々外側に凸円弧状で、且つ、逃げ面略中央に平坦部
   を設けたことを特徴とするスローアウェイインサート。
2. 【請求項２】請求項１記載のスローアウェイインサート
   において、該平坦部は切刃稜線から後退した位置よりイ
   ンサート底面側まで設けられ、且つ、該平坦部と掬い面
   とのなす角度は、掬い面と逃げ面のなす角度よりも３゜
   〜１０゜小さくしたことを特徴とするスローアウェイイ
   ンサート。
3. 【請求項３】請求項１、２記載のスローアウェイインサ
   ートにおいて、該凸円弧状の一部を直線としたことを特
   徴とするスローアウェイインサート。
4. 【請求項４】請求項１乃至３記載のスローアウェイイン
   サートにおいて、該主切刃を成す円弧と直線が２つ以上
   の複数の直線又は複数の円弧とからなることを特徴とす
   るスローアウェイインサート。
5. 【請求項５】請求項１乃至４記載のスローアウェイイン
   サートにおいて、該主切刃に沿ってブレーカー状のすく
   い溝を設けた事を特徴としたスローアウェイインサー
   ト。
6. 【請求項６】請求項１記載のスローアウェイインサート
   において、該インサートの凸の円弧状の円弧の曲率半径
   を該インサートの内接円直径の０．６〜１．６倍とした
   ことを特徴とするスローアウェイインサート。
7. 【請求項７】インサートが着脱可能な刃先交換式回転工
   具において、該インサートは、掬い面側から見た形状が
   略四角形状をなすポジタイプのスローアウェイインサー
   トで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に凸円弧状で、且
   つ、逃げ面略中央に平坦部を設け、該インサートを刃先
   交換式回転工具としてセットした時、前記凸円弧状の稜
   線が主切刃をなし、該主切刃は、最下点から外周側に向
   かう円弧からなり、半径方向掬い角が負となるように取
   り付けたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
8. 【請求項８】請求項７記載の刃先交換式回転工具におい
   て、該最下点は、凸円弧状の中心よりも内側になるよう
   に取り付けたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
9. 【請求項９】請求項７記載の刃先交換式回転工具におい
   て、該主切刃の切込み角を３５°以下とした事を特徴と
   した刃先交換式回転工具。
10. 【請求項１０】請求項７記載の刃先交換式回転工具にお
    いて、該半径方向すくい角が−５°から−４５°の角度
    とした事を特徴とした刃先交換式回転工具。
11. 【請求項１１】請求項７乃至１０記載の刃先交換式回転
    工具において、該主切刃の半径方向すくい角が外周側に
    向かうに従い連続的又は断続的に変化する事を特徴とし
    た刃先交換式回転工具。
12. 【請求項１２】請求項７乃至１１記載の刃先交換式回転
    工具において、該主切刃の真のすくい角を＋３°〜＋１
    ５°とした事を特徴とした刃先交換式回転工具。