JP2008023657A - 旋削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物からなる被加工物の表面に開口した鋳巣を補修するとともに、被加工物の表面のうねりやむしれを防止しかつ表面粗さが悪化することを防止する旋削工具を提供することを目的とする。
【解決手段】旋削工具1の先端部上面に備えられた切刃は、該旋削工具1の送り方向fに略平行に延びる副切刃23aと、この副切刃23aに交差しかつ前記送り方向fに交差する横切刃23bとを備え、横切刃23bの切込み角βを０°よりも大きくかつ４５°以下の範囲に設定し、横切刃23bに連なるすくい面21のうち該横切刃23bの稜線の近傍領域には、刃先に向かうにつれすくい面21よりも切削方向K後方側に傾斜しかつ横切刃23b方向でみたすくい角α1が−２０°〜−７５°の範囲に設定された面取部24を設け、副切刃23aの稜線を前記送り方向fに略直交する方向で横切刃23bの最先端と等しいかまたは先端側にわずかに突出させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、旋削工具に関し、特に、鋳物からなる被加工物の表面に開口した鋳巣を補修する旋削工具に関するものである。

鋳物の平面に形成された鋳巣を補修する補修装置として、特開２００４−２０２５６２号公報に記載された補修装置がある。この補修装置は、鋳物の平面に形成された鋳巣をフライスカッタ３０に取り付けた補修工具で補修する補修装置であって、軸線回りに回転及び軸直角方向に移動する円柱状のフライスカッタ３０と、薄い矩形板状で側面１２、端面１１及び下面２２を持ち、端面視で側面１２と直角な平面に対して４５から８０度を成すすくい面１３及び平面視で側面１２に対して５から１０度を成す横切れ面１７が側面１２に形成され、すくい面１３が回転方向前方で、横切れ面１７が移動方向前方となるようにフライスカッタ３０に取り付けられた、少なくとも１つの補修工具１０と、から成る。この補修装置において、フライスカッタ３０を回転させつつ移動させると、回転移動するすくい面１３及び移動する横切れ面１７が鋳巣の周辺の材料を塑性流動させるというものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２０２５６２号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載された補修装置では、補修工具１０のすくい面１３は、材料を該補修工具の回転方向に塑性流動させる拘束面として機能し、側面に対して４５°から１０°をなすため、塑性流動に際して前記すくい面および鋳物の平面に過大な摩擦力が作用し鋳物の平面のうねりやむしれ等が大きくあらわれ、表面粗さが悪化するおそれがあった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、鋳物からなる被加工物の表面に開口した鋳巣を補修するとともに、被加工物の表面のうねりやむしれを防止しかつ表面粗さが悪化することを防止する旋削工具を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の発明は、略丸棒状または略角棒状をなす工具本体の先端部上面に切刃を備えた旋削工具において、前記切刃は、該旋削工具の送り方向に略平行な方向に延びる副切刃と、この副切刃に交差しかつ前記送り方向に交差する横切刃と、を備え、前記横切刃の切込み角を、０°よりも大きくかつ４５°以下の範囲に設定し、前記横切刃に連なるすくい面のうち該横切刃の稜線の近傍領域には、刃先に向かうにつれ前記すくい面よりも切削方向後方側に傾斜しかつ前記横切刃方向でみたすくい角が−２０°〜−７５°の範囲に設定された面取部、もしくは、刃先に向かうにつれ前記すくい面よりも切削方向後方側に傾斜しかつ先端側に向かって凸の曲面で形成された面取部を設け、前記副切刃の稜線を前記送り方向に略直交する方向で前記横切刃の最先端と等しいかまたは先端側にわずかに突出させたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１において、前記副切刃の稜線を、直線状または該稜線に沿って外側に向かって凸の円弧状とし、かつ、該稜線に沿う方向の長さを該旋削工具の送りよりも大きく設定したことを特徴とする。

前記請求項１記載の発明によれば、横切刃における面取部の前記横切刃方向でみたすくい角を−２０°〜−７５°の範囲に設定するか、または、横切刃における面取部を先端側に向かって凸の曲面で形成したことにより、大きな負のすくい角が付与された横切刃と被加工物との接触部においては、大きい摩擦力を含む切削抵抗の発生にともなって高温、高圧となり被加工物の表面からある程度の深さにわたって塑性流動層が形成されるため、該塑性流動層が被加工物の表面に開口した鋳巣の開口部を塞ぎ補修する。面取部２４のすくい角を−２０°より正側にした場合、充分に大きい摩擦力を含む切削抵抗が発生しないため塑性流動層を形成することができないおそれがあり、前記すくい角を−７５°より負側にした場合、過大な切削抵抗が作用し前記接触部が過度の高温、高圧となるため横切刃の切刃摩耗を早め工具寿命が短くなるおそれがある。
横切刃と被加工物との接触部では、前述のとおり大きい摩擦力を含む切削抵抗、および、その切削抵抗にともなう高温、高圧のもとで切屑の凝着が発生するため、塑性流動層の表面にうねりやむしれが発生し表面粗さが悪化するが、該旋削工具の送り方向で横切刃の後方側に連なる副切刃の稜線を、前記送り方向に略直交する方向で横切刃の最先端と等しいかまたは先端側にわずかに突出させたことから、該副切刃が横切刃に続いて塑性流動層と接触することにより前記うねりやむしれを除去するため、被加工物の表面を平滑化し表面粗さの悪化を防止する。したがって、被加工物の表面に開口した鋳巣を補修するとともに、被加工物の表面のうねりやむしれを防止し、かつ、表面粗さが悪化することを防止することができる。

横切刃の切込み角は、塑性流動層の深さに影響を及ぼし、４５°を超える場合には塑性流動層を充分な深さにわたって形成することができない。そのため、塑性流動層が副切刃によって除去されてしまい、一旦塞がれた鋳巣が再び被加工物の表面に開口してしまうおそれがある。横切刃の切込み角を４５°以下に設定することによって、塑性流動層を充分な深さにわたって形成することができ鋳巣の補修が確実に行える。

さらに、横切刃から生成する切屑は、面取部から続くすくい面側へ流れた後、前記すくい面の切削方向前方側に確保された大きな空間へ排出されるため、切屑詰まりのない優れた切屑処理性能が実現する。

請求項２記載の発明によれば、前記副切刃の稜線を、直線状または該稜線に沿って外側に向かって凸の円弧状とし、かつ、前記稜線に沿う方向の長さを該旋削工具の送りよりも大きく設定したことから、前記横切刃によって形成した塑性流動層の表面の表面粗さをきわめて良好にする。また、前記送り方向に略直交する方向で前記横切刃の最先端と等しいかまたはわずかに先端側に位置する副切刃を一体的に設けたことから、１つの切刃により鋳巣の補修、加工面のうねり、むしれおよび表面粗さの改善を行うことができ、効率的な加工が可能となる。

本発明によれば、被加工物の表面に開口した鋳巣を補修するとともに、被加工物の表面のうねりやむしれを防止しかつ表面粗さが悪化することを防止するという効果を奏する。

以下に、本発明の旋削工具の一実施形態に係るバイトについて、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本バイトの切削状態を示す平面図である。図２は図１におけるＢ矢視拡大図である。

図１に図示するように鋼等からなる工具本体２の先端部上面には、該工具本体２の先端面および一側面から突出する切刃２３を備えた、超硬合金、サーメット、セラミックス、ダイヤモンドまたは窒化硼素を含有する超高圧焼結体等の硬質材料からなる切刃部材２０が固着されている。切刃部材２０は、ろう付け、溶接等の接合方法により固着されている。なお、本実施形態のバイト１を、切刃部材２０に代えてスローアウェイチップを工具本体２に備えた固定手段により着脱可能に装着する態様としてもかまわない。
切刃部材２０の上面にはすくい面２１が形成され、該すくい面２１と交差する側面には逃げ面２２が形成され、これらすくい面２１と逃げ面２２とが交差する辺稜部に切刃２３が形成されている。切刃２３は、該バイト１の送りｆ方向に略平行な方向に延びる副切刃２３ａと、この副切刃２３ａの前記送りｆ方向前方側に連なる横切刃２３ｂと、を備えている。

横切刃２３ｂは、その稜線と該バイト１の軸線ＣＬに直交する平面とのなす角度、いわゆる切込み角βが０°を超えかつ４５°以下の範囲に設定されている。さらに、横切刃２３ｂに連なるすくい面２１のうち該横切刃２３ｂの稜線の近傍領域には、面取部２４が設けられている。この面取部２４は、刃先に向かうにつれすくい面２１よりも切削方向Ｓ後方側に傾斜し、図２に図示するように横切刃２３ｂ方向でみたとき、切削方向Ｓの法線とのなす角度で定義されるすくい角α１が−２０°〜−７５°の範囲に設定されている。このすくい角α１は、刃先に向かうにつれ面取部２４のすくい面が切削方向Ｓ後方側に傾斜するものを負と定義する。
副切刃２３ａは、その稜線が直線状とされ、該バイト１の送りｆ方向に略直交する方向で横切刃２３ｂの最先端と等しいかまたは先端側にわずかに突出するように形成されている。
第２の横切刃２３ｃは、その稜線が直線状とされ、横切刃２３ｂよりも切込み角が大きくなるように形成されていて、前記横切刃２３ｂより大きい切込みがかかったときに切削を担うものである。
副切刃２３ａおよび第２の横切刃２３ｃの各稜線には、チッピングや欠損を防止すること、および、所望の加工面の表面粗さを得ることに配慮して、被加工物の材質や切削条件に適応する形状のホーニングが設けられてもかまわない。

以上の構成を備えたバイト１において、切刃部材２０がダイヤモンドを含有する超高圧焼結体で製作されたものを用いて、鋳造アルミニウム合金ＡＣ２Ｃ−Ｔ６（ＪＩＳ Ｈ５２０２）を旋削加工したときの試験結果について以下に説明する。切削条件は、切削速度Ｖｃ＝１５００ｍ／ｍｉｎ、切込みａｐ＝０．４ｍｍ、送り０．２ｍｍ／ｒ、乾式切削とした。該バイト１の横切刃２３ｂにおける面取部のすくい角α１および切込み角βを多種変化させたときの鋳巣の補修状況を表１に示す。図３は、表１中※１、※２で示した試験結果における実際の被加工物の表面状態および断面曲線を示す。
表１および図３からわかるように面取部におけるすくい角α１を−２０°〜−７５°の範囲に設定し、かつ、横切刃の切込み角βを１°〜４５°の範囲に設定した場合、被加工物の表面に鋳巣が開口することなく表面粗さも非常に良好であった。一方、面取部のない比較工具ならびに面取部のすくい角および横切刃の切込み角が本発明外の旋削工具では、鋳巣が開口する結果となった。これは本実施形態に係るバイト１によれば、副切刃２３ａによって塑性流動層の表面が切削除去されても鋳巣が表面に開口しない程度に塑性流動層が充分な深さにわたって形成されるためである。
面取部のすくい角α１を−２０°よりも正側に設定した場合、充分に大きい摩擦力を含む切削抵抗が発生しないため塑性流動層が形成されずに鋳巣を補修できないか、あるいは、塑性流動層が充分な深さにわたって形成されずに副切刃２３ａによって塑性流動層の表面が切削除去された後、鋳巣が表面に開口してしまうため、被加工物の表面に鋳巣が開口し補修することができなかった。また、面取部のすくい角α１を−７５°よりも負側に設定した場合、過大な切削抵抗が作用するとともに横切刃２３ｂと被加工物との接触部が過度の高温、高圧となるため横切刃２３ｂの切刃摩耗を早め工具寿命が短くなる問題があった。
横切刃の切込み角βを４５°よりも大きくした場合、塑性流動層が形成されずに鋳巣を補修できないか、あるいは、塑性流動層が充分な深さにわたって形成されないため、副切刃２３ａによって塑性流動層の表面が切削除去された後に鋳巣が表面に開口してしまった。また、横切刃の切込み角βを０°よりも大きくしなければ、該横切刃２３ｂにおける切込みが０になるため、塑性流動層が形成されず鋳巣を補修することができなかった。
図２に図示するように面取部２４は、該面取部２４に直交する方向からみて、横切刃２３ｂの稜線に直角方向の幅Ｗを０．０３ｍｍ以上とすれば、該面取部２４と被加工物との接触部の面積が充分確保され、鋳巣の補修が確実なものとなる。しかし、前記幅Ｗが大きくなると切削抵抗の増大や切屑排出性能の悪化を招くおそれがあるので、３ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下とするのが望ましい。

被加工物が鋳鉄または鋳鋼等の鋳物からなる場合には、切刃寿命の点から切刃部材２０の材質を超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素を含有した超高圧焼結体のいずれかとするのが望ましい。なお、切刃部材２０を超硬合金、サーメット、セラミックスのいずれかとする場合には、チップ本体１０と切刃部材２０とを一体形成するのが製作容易性および経済性の点で好ましい。

さらに、面取部２４から続くすくい面２１が前記面取部２４に対して切削方向Ｓ後方側に傾けられていることから、すくい面２１の切削方向Ｓ前方側には大きな空間が確保されることから、前記面取部２４と接触する切屑は、前記面取部２４から続くすくい面２１側へ流れた後、前記空間へ排出されるため、切屑詰まりのない優れた切屑処理性能を実現する。前記すくい面２１と切削方向Ｓの法線とのなす角度で定義されるすくい角α２を−１５°より負側にするとすくい面２１の切削方向Ｓ前方側に切屑を排出する空間を充分確保できないため切屑詰まりが生じやすく、前記すくい角α２を４５°より正側にするとすくい面２１と逃げ面２２とのなす角度が小さくなるため、横切刃２３ｂの刃先強度が低下しチッピングや欠損を生じるおそれがある。したがって、すくい面のすくい角α２は−１５°〜＋４５°の範囲に設定されるのが望ましい。

本バイト１において、副切刃２３ｂの稜線を、直線状または該稜線に沿って外側に向かって凸の円弧状とし、かつ、該稜線に沿う方向の長さを該バイト１の送りｆよりも大きく設定することが望ましい。その場合には、前記副切刃２３ａが横切刃２３ｂによって形成された塑性流動層の表面を切削し平滑化するため、被加工物の表面粗さが良好となる。
なお、以上に説明した旋削工具は、被加工物の中心軸線に平行な方向に送られて該被加工物の外周面を旋削するものであるが、該被加工物の端面を旋削する際には、旋削工具は、前記中心軸線に対して直交する方向に送られることになる。この場合においても副切刃は該旋削工具の送り方向と平行な方向に延び、横切刃は前記送り方向と斜交し、その切込み角が０°よりも大きくかつ４５°以下の範囲に設定される。

面取部２４の他の実施形態について図４を参照しながら以下に説明する。図４において先の実施形態と同一の構成は、同一符号を付し説明を省略する。
図４の（ａ）〜（ｃ）は、図２に対応する図であり、本発明の他の実施形態における面取部を示す図である。これらの図に図示するように本実施形態では、面取部２４が先端側に向かって凸の曲面で形成されている。図４の（ａ）に図示した面取部２４は、すくい面２１および逃げ面２２の双方を接線状になめらかにつないだ断面円弧状をなすものである。図４の（ｂ）に図示した面取部２４は、すくい角α１が−２０°〜−７５°の範囲に設定された弦をもち、すくい面２１および逃げ面２２に切り取られた断面円弧状をなすものである。図４の（ｃ）に図示した面取部２４は、逃げ面２２に接線状に滑らかにつながる１つの断面円弧と、この円弧よりも曲率半径が大きくかつすくい面２１に切り取られる他の断面円弧とを連続的に組み合わせた断面曲線状をなすものである。該曲線において、すくい面２１と逃げ面２２との各接続端部を結んだ直線と、切削方向Ｓの法線とのなす角度は−２０°〜−７５°の範囲に設定されている。このように面取部２４は、その断面形状が単一の円弧、複数の円弧、または、１以上の円弧と１以上の直線とからなる曲面状であってもかまわない。さらに、図４の（ａ）〜（ｃ）において、面取部を構成する断面円弧の曲率半径を０．０５ｍｍ以上に設定し、面取部２４のすくい面２１側端部から逃げ面２２側端部までの幅Ｗを０．０３ｍｍ以上とすれば、該面取部２４と被加工物との接触部の面積が充分確保され、鋳巣の補修が確実なものとなる。

本発明の旋削工具は、前記実施形態に開示された外周旋削加工に用いられる旋削工具に限定されるものではなく、例えば加工穴をくり広げるのに用いられる中ぐり工具にも適用可能である。また前記実施形態に開示した構成要素に限定されるものではなく、例えば開示した構成要素のいくつかを削除したり、実施形態ごとに開示された複数の構成要素を組合せたりすることも可能である。

本発明の実施形態に係るバイトの平面図である。 図１における面取部のＡ矢視拡大図である。 本発明の実施形態に係るバイトおよび比較工具を用いて加工した被加工物の加工表面における鋳巣の補修状況および断面曲線を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、図２に対応する図であり、面取部の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ バイト（旋削工具）
２ 工具本体
２０ 切刃部材
２１ すくい面
２２ 逃げ面
２３ａ 副切刃
２３ｂ 横切刃
２３ｃ 第２の横切刃
２４ 面取部
α１ 面取部のすくい角
α２ 横切刃におけるすくい角
β 横切刃の切込み角
Ｓ 切削方向

Claims (2)

1. 略丸棒状または略角棒状をなす工具本体の先端部上面に切刃を備えた旋削工具において、
   前記切刃は、該旋削工具の送り方向に略平行な方向に延びる副切刃と、
   この副切刃に交差しかつ前記送り方向に交差する横切刃と、を備え、
   前記横切刃の切込み角を、０°よりも大きくかつ４５°以下の範囲に設定し、
   前記横切刃に連なるすくい面のうち該横切刃の稜線の近傍領域には、刃先に向かうにつれ前記すくい面よりも切削方向後方側に傾斜しかつ前記横切刃方向でみたすくい角が−２０°〜−７５°の範囲に設定された面取部、
   もしくは、刃先に向かうにつれ前記すくい面よりも切削方向後方側に傾斜しかつ先端側に向かって凸の曲面で形成された面取部を設け、
   前記副切刃の稜線を前記送り方向に略直交する方向で前記横切刃の最先端と等しいかまたは先端側にわずかに突出させたことを特徴とする旋削工具。
2. 前記副切刃の稜線を、直線状または該稜線に沿って外側に向かって凸の円弧状とし、かつ、該稜線に沿う方向の長さを該旋削工具の送りよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１記載の旋削工具。
   

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