JP2007118136A - スローアウェイインサート - Google Patents

Abstract

【課題】 大型材料の加工隅部を大きなＲ状に繋ぐように加工する場合であっても、切り屑の絞りを低減させることにより切り屑排出性を向上させ、コーナ切れ刃の切削抵抗を低減させることにより背分力によるびびり振動の少ない加工が可能となるインサートを提供する。
【解決手段】 略多角形板状をなし、上面にすくい面２を、側面に逃げ面４を具備するとともに、すくい面２と逃げ面４との交差稜線部に形成された主切れ刃５と、すくい面２のコーナ部に主切れ刃５と連続して形成されたコーナ切れ刃７とを備えたスローアウェイインサート１であって、逃げ面４上に形成され、コーナ切れ刃７を分断するよう配されたコーナ溝部が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、正面フライスやエンドミル等の転削工具に用いられるスローアウェイインサートに関する。

従来、正面フライスやエンドミル等の転削工具、特に切れ刃長が長く多数の刃を取り付けて使用する転削工具に用いられるスローアウェイインサートとして、主切れ刃から連続するすくい面が正のすくい角を備えるとともに主切れ刃を含む逃げ面を溝部によって分断したスローアウェイインサートが知られている（例えば、特許文献１）。このようなスローアウェイインサートは主として大きくて多量の切りくずが排出される重切削のような切削に用いられ切削時の切削抵抗も大きいものであるが、主切れ刃が溝部を形成することによって分断されており生成される切りくずの幅が小さく分割されるので切削抵抗が減少し、被削材へのくいつき性も良くなることから加工中におけるびびり振動も抑制されるという効果が得られる。
特開平７−２９９６３６号公報

ここで、重切削が特に多用される大型材料の加工では、材料の加工隅部における応力集中を避けるため、コーナＲの大きなスローアウェイインサートを用いて隅部を大きなＲ状に繋ぐように加工するのが一般的である。しかしながら、上記のようなスローアウェイインサートを用いた場合であっても、コーナ切れ刃の切削抵抗が増加し、加工中のびびり振動も増大するという問題があった。特に、コーナ切れ刃にかかる切削抵抗は、主切れ刃にかかる切削抵抗よりも背分力の占める割合が大きく、その結果、コーナＲの大きなスローアウェイインサートを用いた切削加工においては、工具本体が下から突き上げられる傾向にあり、それにともなうびびり振動が大きな問題となっていた。またさらに、コーナRが大きくなるとともにコーナ切れ刃によって生成される切り屑の湾曲部分も増加してくる、すなわち、切り屑が大きく絞れるため、切り屑の生成方向が不安定となる。そのため、コーナ切れ刃により生成された切り屑は、主切れ刃などにより生成された切り屑と干渉し、絡み易く、切り屑排出性が低下するため、切れ刃への切り屑のかみこみによる切れ刃の欠損等の不具合が生じるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、転削工具に用いられるスローアウェイインサート、特に大型材料を加工するのに用いられるコーナＲの大きなスローアウェイインサートにおいて、切削抵抗を増加させることなくびびり振動の少ない加工を可能とし、切り屑排出性能に優れた信頼性の高いスローアウェイインサートを提供することを目的とする。

略多角形板状の本体部上面に形成されたすくい面と、前記本体部下面に形成された着座面と、前記本体部側面に形成された逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面の交差稜線部に形成された主切れ刃と、を備えたスローアウェイインサートにおいて、前記主切れ刃は、直線切れ刃と該直線切れ刃に連続して形成されたコーナ切れ刃とからなり、該コーナ切れ刃を分断するようにして前記逃げ面上にコーナ溝部が設けられていることを特徴としている。

このような構成により、コーナＲが大きくなるとともに増大するコーナ切れ刃にかかる切削抵抗が低減される。特に、直線切れ刃に比べコーナ切れ刃にかかる切削抵抗は背分力の割合が大きく、この背分力による工具本体の加工面からの突き上げによって生じるびびり振動が抑制される。くわえて、コーナRが大きくなるとともに湾曲部分が増加するコーナ切れ刃により生成される切り屑を、幅方向に分断するため、切り屑が大きく絞られず、より安定して排出することが可能となる。

また、前記コーナ溝部の内面が、前記逃げ面に近接する凸曲面を有していることが、前記コーナ溝部のエッジ部分の強度を維持し、クラックおよびチッピングを抑制することができるため望ましい。

前記凸曲面のコーナ角αが、上面視において、９０°~１５０°であることが、コーナ切れ刃の強度を十分に維持したまま、切削抵抗の低減が可能であるため望ましい。９０°以下であれば、切れ刃のエッジ部分の強度が小さくなるためチッピングが発生しやすく、１５０°以上であれば、前記コーナ溝部の内面と被削材との接触面積が増加するため切削抵抗の低減が抑制されてしまう。

またさらに、インサート上面視において、前記コーナ溝部の内面および前記すくい面間の交差稜線と前記直線切れ刃とのなす角βが、直角あるいは鋭角であることが、切削に関与する接触面積が抑制されるため、切削抵抗の低減が効果的に発揮されるため望ましい。

さらに、前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃の直線切れ刃側一方端から前記コーナ切れ刃の３／４までの範囲内に位置することが、前記コーナ切れ刃のうち切削に大きく関与する位置に前記コーナ溝部が形成され、切削抵抗を効率的に低減することが出来るため望ましい。

また、前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃を等分するように形成されることが、コーナ溝部の形成によるコーナ切れ刃の強度低下を抑制することができるため望ましい。

さらに、前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃に複数形成されていることが、切削抵抗が大きい、特に大きなコーナＲを有するスローアウェイインサートにおいて、効果的に切削抵抗が低減されるため望ましい。

また、前記直線切れ刃が、前記逃げ面上に形成され両端が前記すくい面および前記着座面に達する主溝部によって分断された分割直線切れ刃からなることが、スローアウェイインサート全体ににかかる切削抵抗が低減され、その結果、大型被削材の加工などで求められる、より厳しい切削条件での切削加工が可能となるため望ましい。

さらに、前記コーナ切れ刃は、前記コーナ溝部によって分断された複数の分割コーナ切れ刃からなり、該分割コーナ切れ刃および前記分割直線切れ刃に対応して前記すくい面上に突起が形成されていることが、各々の分割切れ刃によって生成される切り屑が各々対応する突起に接触するため、切り屑を効率よく安定してカールさせることが出来るため望ましい。

また、上述のスローアウェイインサートと、該スローアウェイインサートを同一円周上に複数装着するホルダと、を有した転削工具であることが、切削抵抗、特に背分力が抑制されるため、転削工具が加工面から突き上げられにくく、加工中のびびり振動を低減することができるため望ましい。

本発明のスローアウェイインサートによれば、コーナ切れ刃がコーナ溝部を形成することにより分断されており、被削材の加工隅部を大きなＲ状に繋ぐように加工する場合であっても、コーナＲが大きくなるにつれて増加するコーナ切れ刃にかかる切削抵抗を低減させることができるため、びびり振動を増大させることなく信頼性の高い加工が可能であるとともに、コーナ切れ刃により生成される切り屑の絞りが抑制されるため、安定した切り屑排出機構が実現できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面により説明する。

図１乃至図４は、本発明の実施形態を示すものであり、図１は本発明の一実施形態によるスローアウェイインサート（以下、「インサート」と略す。）の全体斜視図、図２は図１のインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図、（ｄ）平面図におけるコーナ溝部の拡大図、図３は本発明のインサートを装着した転削工具の斜視図、図４は図３の転削工具を用いた肩加工の様子を示す概略図、図５は本発明の第２の実施形態によるインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図である。図６は本発明の第３の実施形態によるインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図である。

図１および図２において、本実施形態によるインサート１は、略多角形板状をなしており、その本体部の上面にすくい面２が、下面に着座面３が、側面に逃げ面４が形成されている。すくい面２と逃げ面４との交差稜線部には主切れ刃５が構成されており、該主切れ刃５は、直線部分の直線切れ刃５５と曲線部分のコーナ切れ刃７からなる。また、コーナ切れ刃７は、インサート１の角部に形成され、該コーナ切れ刃７はコーナ溝部８によって分断された複数の分割コーナ切れ刃７ａから構成されている。

図３には、本発明のインサート１を装着した転削工具１０の斜視図を示している。ここで、転削工具１０は、インサート１とインサート１を着脱可能に装着する略円筒状のホルダ１１とを含んで構成される。本実施形態では、ホルダ１１は、ホルダ周方向に間隔をあけて複数、例えば６つのインサートを外周部に装着する。また、本実施形態では、ホルダ１１は、周方向に複数並んだインサートの組合せが、ホルダ軸線方向に複数列、例えば2列並ぶ。このような転削工具１０は、１つのインサート１で一度に切削する切削量が大きい重切削加工、特に、大型被削材の切削に用いられる。また、ホルダ１１の外周先端部に複数の切屑ポケット１２が形成されており、該切屑ポケット１２内の各外周位置にインサート１が取付けられる。詳細には、インサート１は、回転方向にすくい面２を向けて最外周に主切れ刃５が位置するようにし、かつコーナ切れ刃７が最外周先端部に位置するように装着され、直線切れ刃５５およびコーナ切れ刃７がホルダ１１とともに回転することによって切削が行われる。

さらには図４には、このような転削工具１０を用いて肩加工する状態を示している。図において、加工材料１３の表面に互いに直交する加工面１４及び１５が切削によって形成される。ここで、加工面１４と加工面１５とが互いに直交する隅部１６は、応力集中によるクラックの発生を防止するためＲ状に繋いで加工される。そして、この隅部１６に形成するＲ部の大きさは、材料が大きくなればなるほど大きくすることが要求される。

従来、大型材料で多用される重切削の切削抵抗を低減するために、主切れ刃を溝部によって分断したインサートが広く用いられてきた。しかしながら、上記のようなエンドミル加工においては、隅部１６を大きなＲ状に繋いで加工するのにコーナＲの大きなインサートを使用する結果として、コーナ切れ刃７の切削抵抗が増加し、加工中のびびり振動も増大するという問題が避けられなかった。特に大型材料の加工においては、この切削抵抗の増加によって、その中でも加工面１５から受ける背分力が大きくなることによって、切削加工時に切削工具本体が加工面１５から突き上げられる傾向にある。その結果として生じるびびり振動は、大型材料の加工での大きな問題であった。

さらには、コーナＲが大きくなるにつれ、コーナ切れ刃７により生成される切り屑は大きく絞られる、すなわち、幅方向に湾曲するため、直線切れ刃５５により生成された切り屑と絡み易く、また切り屑の排出方向が不安定となり被削材の加工面に切り屑が堆積してしまい、切れ刃へのかみこみなどの不具合も問題となっていた。

これに対し、図１および図２で示す本発明のインサート１では、上述したようにコーナ切れ刃７がコーナ溝部８によって分断された複数の分割コーナ切れ刃７ａから構成されるため、このような肩加工においてもコーナ切れ刃７にかかる切削抵抗を抑制することができる。その結果、加工面１５からうける背分力、すなわち加工面１５から転削工具が突き上げられる力が低減されるため、加工中のびびり振動も抑制される。また、分割コーナ切れ刃７ａにより生成される切り屑は、幅が狭く絞りが抑制される、すなわち、切り屑の幅方向の湾曲が抑制される。その結果、切り屑は安定した方向へカールされるため、切り屑同士が絡みにくく、良好な切り屑排出性が得られるため、結果的に切り屑のかみこみがなくなり、チッピングや欠損が抑制される。

さらに、図２（ａ）および（ｄ）に示すように、コーナ溝部８の内面が、逃げ面４に近接する凸曲面を有して形成されている。具体的には、本実施形態では、コーナ溝部８の内面には逃げ面４に近接する凸曲面１７、１７´が２つ、該凸曲面に連続して凹曲面が１つ形成されている。そのうち、少なくともコーナ溝部８内面の逃げ面４に近接する凸曲面を有することで、分割コーナ切れ刃７aのコーナ溝側端部の強度を維持することができる。すなわち、当該部分をR状に形成すれば、応力集中が抑制され切れ刃強度が大きくなるため、切削抵抗を低減しつつ切れ刃強度が維持される。

また、図２（ａ）および（ｄ）において、コーナ溝部８の内面には逃げ面４に近接する凸曲面のコーナ角αが、９０°〜１５０°であることが好ましい。なお、ここでは、コーナ溝部８の内面にて逃げ面４に近接する二つの凸曲面１７、１７´のうち、直線切れ刃５５側の凸曲面１７のコーナ角αを用いて説明する。図２（ｄ）に示すように、コーナ角αとは、インサート上面視において、凸曲面１７の両端における各接線Ｘ、Ｙのなす角を意味している。ここで、凸曲面１７の両端における２本の接線のうち、コーナ溝部８内面の凹曲面側の接線を接線Ｘと、分割コーナ切れ刃７ａ側の接線を接線Ｙとする。このとき、αが９０°より小さいと分割コーナ切れ刃７ａのエッジ部分の切れ刃強度が低下し欠損しやすくなる。また、αが１５０°より大きいとコーナ溝部８の内面と被削材との接触面積が増加するため切削抵抗が大きくなってしまう。

またさらに、コーナ溝部８の内面およびすくい面２間の交差稜線１８と直線切れ刃５５とのなす角βが、直角あるいは鋭角であることで、切削に関与する接触面積が抑制されるため、切削抵抗の低減が効果的に発揮されるため望ましい。ここにいう角βとは、インサート上面視において、前記交差稜線１８の仮想延直線と直線切れ刃５５の仮想延直線とのなす角を意味している。このとき、βが９０°以下になるようにコーナ溝部８が形成されることで、コーナ溝部８の内面のうち、直線切れ刃５５側における被削材との切削抵抗を確実に低減させることができるため望ましい。βが９０°以上である場合は、コーナ溝部８の内面が、分割コーナ切れ刃７ａに対して逃がした位置とならず、切削に関与することとなる。そのため、切削に関与するコーナ溝部８の内面と、被削材との接触面積にともなって切削抵抗が増加してしまう。

なお、コーナ溝部８の内面およびすくい面２間の交差稜線１８が直線状であれば、角βの測定は容易であるが、本実施形態のように、コーナ溝部８の内面およびすくい面２間の交差稜線１８に曲線が含まれる場合は以下のように角βを定義する。図２の（ｄ）に示すように、前記交差稜線１８の仮想延直線として、前記インサート上面視での凸曲面１７の両端における２本の接線Ｘ、Ｙのうち、コーナ溝部８内面の凹曲面側の接線を接線Ｘを用い、該接線Ｘと直線切れ刃５５の仮想延直線Ｚとのなす角をβとする。

さらに、コーナ溝部８が、コーナ切れ刃７の直線切れ刃側一方端２０からコーナ切れ刃７の３／４までの範囲内に位置していることが好ましい。具体的には、インサート上面視において、コーナ溝部８が、すなわち、上面視におけるコーナ溝部８の内面とコーナ切れ刃７との２交点１９、１９´が、コーナ切れ刃７の３／４までの範囲にあればよい。また、コーナ切れ刃７の３／４とは、コーナ切れ刃７の直線切れ刃側一方端２０と他方端２０´を結ぶ仮想コーナＲ曲線を四等分したときの、直線切れ刃側一方端２０から３／４の位置をいう。このとき、コーナ溝部８が、コーナ切れ刃７の３／４を超えた位置にある場合は、切削にあまり関与しないコーナ切れ刃７の部分に溝部が形成されることとなり、コーナ溝部８の形成による切削抵抗の低減が効果的に発揮されない。

また、コーナ溝部８は、コーナ切れ刃７を等分するように形成される。このような構成とすることにより、コーナ切れ刃７の強度低下を抑制しつつ、切削抵抗の低減が図れる。コーナ切れ刃７に対して局在化してコーナ溝部８が形成されると、溝部が形成された切れ刃部分の強度低下が著しく、工具本体の加工面から押し上げられることによるびびり振動の抑制が不十分となってしまう。

ここで、本実施形態のコーナ切れ刃７にコーナ溝部８が形成されたインサート１では、コーナ溝部８では切削が行なわれないために、単一種類のインサート１だけをホルダ１１に複数装着した場合には、被削材の加工面には必然的に帯状の削り残し部が発生してしまう。これに対して、上述した図３に示す転削工具１０において、本実施形態であるコーナ切れ刃７にコーナ溝部８が形成されたインサート１と、コーナ切れ刃７にコーナ溝部８が形成されていないインサート１０１とを、ホルダ１１の同一円周上に交互に配置することで、インサート１のコーナ溝部８による削り残しがインサート１０１のコーナ切れ刃７により切削される。そうすることで、切削後の被削材の加工面に生じる段差を抑えることができる。なお、図３に示す転削工具１０は、コーナ溝部８を具備したインサート１とコーナ溝部８を具備しないインサート１０１とが、周方向に交互に装着され、軸方向には同一種のインサートが装着された状態を示す。

次に、本発明の第２の実施形態によるインサート２１について、図５を用いて、第３の実施形態によるインサート２１について、図６を用いて説明する。なお、図１および図２で示した実施形態のインサート１と同様の構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。

図５に示すように第２の実施形態によるインサート２１では、直線切れ刃５５は逃げ面４上に形成された複数の主溝部６によって分断された複数の分割直線切れ刃５ａから構成されている。コーナ溝部８に加えて、主溝部６が、直線切れ刃５５を分断するように両端がすくい面２および着座面３に達して逃げ面４上に形成されていることで、コーナ切れ刃７にかかる切削抵抗の抑制に加えて、直線切れ刃５５にかかる切削抵抗の抑制が可能となるため、大型材料の切削条件のようにより厳しい切削条件での切削加工が実現できる。

なお、本実施形態では、主溝部６が直線切れ刃５５に３つ配設されたものを示したが、これに限られるものではなく、切れ刃強度および切削抵抗の抑制を考慮し主溝部６の数を選択できる。

図６に示すように第３の実施形態によるインサート３１では、分割直線切れ刃５ａと分割コーナ切れ刃７ａに隣接するすくい面２上には、分割直線切れ刃５ａと分割コーナ切れ刃７ａの各々に対応して少なくとも一つの突起９が形成されている。具体的には、分割直線切れ刃５ａであろうとコーナ切れ刃７ａであろうと、１つの切れ刃として作用する切れ刃に対して、対をなすように突起９が形成されている。すなわち、分割コーナ切れ刃７ａと分割直線切れ刃５ａが連結した切れ刃部分（分割コーナ切れ刃７ａ´ と分割直線切れ刃５ａ´）は、各々前記分割コーナ切れ刃７ａ´と分割直線切れ刃５ａ´に対応する突起は、同一の突起９´ということになる。

このような構成により各分割直線切れ刃５ａおよび分割コーナ切れ刃７ａで生成された幅の狭い切り屑が、対応する突起９によって安定してカールされ、分断される。その結果、切り屑がホルダに絡んだり、ホルダ壁面を傷つけたりすることなく外部に排出されるため、切り屑排出性が向上するとともに、ホルダも長寿命となる。

なお本実施形態では、上述のようにどの分割切れ刃にも、対応する突起９が形成された実施例を示したが、これに限られることなく、突起の大きさおよび形状にともなって、切り屑を効率よくカールさせるように、突起９の数は自由に選択される。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

本発明の一実施形態によるスローアウェイインサートの全体斜視図である。 図１のスローアウェイインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図および（ｄ）平面図におけるコーナ溝部の拡大図である。 本発明のインサートを装着した転削工具の斜視図である。 図３の転削工具を用いた肩加工の様子を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態によるスローアウェイインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図である。 本発明の第３の実施形態によるスローアウェイインサートの（ａ）平面図、（ｂ）長辺側側面図、（ｃ）短辺側側面図である。

符号の説明

１ インサート
２ すくい面
３ 着座面
４ 逃げ面
５ 主切れ刃
５５ 直線切れ刃
５ａ（５ａ´） 分割直線切れ刃
６ 主溝部
７ コーナ切れ刃
７ａ（７ａ´） 分割コーナ切れ刃
８ コーナ溝部
９（９´） 突起
１０ 転削工具
１１ ホルダ
１２ 切屑ポケット
１３ 加工材料
１４、１５ 加工面
１６ 隅部
１７、１７ 逃げ面４に近接する凸曲面
１８ インサート上面視におけるコーナ溝部８の内面およびすくい面２間の交差稜線
１９、１９´ インサート上面視におけるコーナ溝部８の内面とコーナ切れ刃７との交点
２０ 直線切れ刃側一方端
２０´ 直線切れ刃側他方端
２１ 第２の実施形態のインサート
３１ 第３の実施形態のインサート
１０１ 従来のインサート（コーナ溝部の形成されていないインサート）

Claims (10)

1. 略多角形板状の本体部上面に形成されたすくい面と、
   前記本体部下面に形成された着座面と、
   前記本体部側面に形成された逃げ面と、
   前記すくい面と前記逃げ面の交差稜線部に形成された主切れ刃と、
   を備えたスローアウェイインサートにおいて、
   前記主切れ刃は、直線切れ刃と該直線切れ刃に連続して形成されたコーナ切れ刃とからなり、
   該コーナ切れ刃を分断するようにして前記逃げ面上にコーナ溝部が設けられていることを特徴とするスローアウェイインサート。
2. 前記コーナ溝部の内面が、前記逃げ面に近接する凸曲面を有していることを特徴とする請求項１記載のスローアウェイインサート。
3. 前記凸曲面のコーナ角αが、上面視において、９０°~１５０°であることを特徴とする請求項２記載のスローアウェイインサート。
4. インサート上面視において、前記コーナ溝部の内面および前記すくい面間の交差稜線と前記直線切れ刃とのなす角βが、直角あるいは鋭角であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のスローアウェイインサート。
5. 前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃の直線切れ刃側一方端から前記コーナ切れ刃の３／４までの範囲内に位置することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のスローアウェイインサート。
6. 前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃を等分するように形成されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のスローアウェイインサート。
7. 前記コーナ溝部が、前記コーナ切れ刃に複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載のスローアウェイインサート。
8. 前記直線切れ刃が、前記逃げ面上に形成され両端が前記すくい面および前記着座面に達する主溝部によって分断された分割直線切れ刃からなることを特徴とする請求項1乃至７いずれか記載のスローアウェイインサート。
9. 前記コーナ切れ刃は、前記コーナ溝部によって分断された複数の分割コーナ切れ刃からなり、該分割コーナ切れ刃および前記分割直線切れ刃に対応して前記すくい面上に突起が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載のスローアウェイインサート。
10. 請求項１乃至９いずれか記載のスローアウェイインサートと、
    該スローアウェイインサートを同一円周上に複数装着するホルダと、を有することを特徴とする転削工具。
    

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