JP2008105121A - 往路・復路加工用の縦送り切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】往路加工における粗加工能力を落とすことなく、往復縦送り仕上げ加工を行う場合の切削性能を改善する往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供する。
【解決手段】インサート７を着脱自在に装着できる刃先交換式の縦送り切削工具において、該インサートは略４角形状をしており、該インサートを該切削工具に装着した状態で、該インサートのコーナ刃１の短辺側には、往路加工用の底刃２を、該コーナ刃１の長辺側には、往路加工用の外周刃３と、それに続いて、復路加工用の切れ刃４を、工具軸心側に、インサートの内接円直径の０．０３から０．１５倍の長さに設けたことを特徴とする往路・復路加工用の縦送り切削工具である。
【選択図】図１

Description

本願発明は、往路・復路加工用の縦送り切削工具に関する。

特許文献１には、丸チップを用いた往動と復動の両方で切削を行う回転工具及び切削方法が提案されている。

特開平８−３９３２１号公報

本願発明は、往路・復路加工用の縦送り切削工具において、往路加工における粗加工能力を落とすことなく、往復縦送り仕上げ加工を行う場合の切削性能を改善する。特に、工具が機械主軸側に戻る際の復路加工時の切削性能を改善して、加工面精度と工具寿命を向上させた加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することである。

本願発明は、インサートを着脱自在に装着できる刃先交換式の縦送り切削工具において、該インサートは略４角形状をしており、該インサートを該切削工具に装着した状態で、該インサートのコーナ刃１の短辺側には、往路加工用の底刃２を、該コーナ刃１の長辺側には、往路加工用の外周刃３と、それに続いて、復路加工用の切れ刃４を、工具軸心側に、インサートの内接円直径の０．０３から０．１５倍の長さに設けたことを特徴とする往路・復路加工用の縦送り切削工具である。上記の構成を採用することによって、往路加工における粗加工能力を落とすことなく、往復縦送り仕上げ加工を行う場合の切削性能を改善できる。特に、工具が機械主軸側に戻る際の復路加工時の切削性能を改善して、加工面精度と工具寿命を向上させた加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することができる。

本願発明の往路・復路加工用の縦送り切削工具によって、往路加工における粗加工能力を落とすことなく、往復縦送り仕上げ加工を行う場合の切削性能を改善できた。特に、工具が機械主軸側に戻る際の復路加工時の切削性能を改善して、加工面精度と工具寿命を向上させた加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することができた。

往路・復路加工用の縦送り切削工具を用いて、粗加工と仕上げ加工をより高能率に行うためには、縦送り加工を往路方向のみで行うだけでなく、復路方向に戻る際も軸方向と平行な面を加工することができれば高能率な加工となる。そこで本願発明は、往路加工用の底刃、外周刃及び復路加工用切れ刃を設けたインサートを装着した工具である。本願発明のインサートを着脱自在に装着できる往路・復路加工用の縦送り切削工具の工具本体に装着することにより、往路加工、復路加工ともに良好な切削加工が可能であるという特徴を有する。即ち、往路加工には、底刃、軸方向と略並行となる外周刃に対して逃げ面を形成し、外周刃に隣接する個所に、復路加工用切れ刃を設け、復路加工用切れ刃の逃げ面を工具のシャンク方向、即ち機械主軸側に向く方向へ形成した。これにより、工具が機械主軸側に戻る際の復路加工時の切削性能が改善されて、加工面精度と工具寿命を向上させた加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することができる。
往路加工用の底刃、外周刃及び復路加工用切れ刃が設けられているインサートを装着した往路・復路加工用の縦送り切削工具を用い、往路加工用の底刃と外周刃とで粗加工を行った後、粗加工における工具軸方向と直角方向の切込み量に対して、小さい切込み量を工具軸方向と直角方向に送って、往路加工で形成された側面を復路加工用切れ刃と外周刃によって仕上げ加工する縦送り加工方法を可能とした。本願発明の往路・復路加工用の縦送り切削工具によれば、底刃と外周刃の他に、工具のシャンク方向、即ち機械主軸側に向く復路加工用切れ刃を設けてあるので、機械主軸方向と略平行な面を加工する場合に、往路加工による粗加工の性能を落とすことなく、復路加工も可能な工具となり、往復仕上げ加工の際の加工面粗さも改善できるので、加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することができた。更に、本願発明の往路・復路加工用の縦送り切削工具は、粗加工を行った後、工具軸方向と直角方向に送って、往路加工で形成された側面の削り残し部を復路加工によって加工する縦送り加工方法も可能となるので、１コーナ当たりの工具寿命が長く、経済的な往路・復路加工用の縦送り切削工具とすることが出来た。
図１及び図２は、本願発明に係る往路・復路加工用の縦送り切削工具５の概略構成説明図であり、図１は正面図、図２は図１の左側面図であって、往路・復路加工用の縦送り切削工具の底面図を示している。図１の工具本体６には、インサート７が止めねじ８によって、すくい面となる上面９の方向より着脱自在に取付けられる。インサート７の角部にはコーナ刃１を設け、コーナ刃１へ隣接する稜線には往路方向へ送りを与えた際に切れ刃として作用する往路加工用の底刃２と、工具の軸方向に対して平行な加工面の粗さを向上させる為の外周刃３とが設けられており、外周刃３に隣接する箇所へ、工具がシャンク１０側に戻る際に加工を可能とするために復路加工用切れ刃４を設けた。
図２に示す様に、往路加工用の底刃２に対しては逃げ面１１を設け、外周刃３に対しては外周刃に対する逃げ面１２を設けた。また、図３は図１におけるＡ矢視図であり、工具本体に取付けたインサートには軸方向すくい角Ａｒが与えられている。
図４は本願発明に係るインサートの正面図である。インサートは、短辺Ｈ、長辺Ｇの略４角形の外観形状とし、往路加工用の底刃のすかし角を設けるために刃先角εは７５度から９０度とする。復路加工用切れ刃は、工具の径方向からの切削抵抗を低減すると共に切削性を考慮して復路加工用切れ刃の切込み角度κを−１０度から４５度に設定した。好ましくは、すかし角と対向する角度から３０度であり、４５度を超えると復路加工の際に接触する切れ刃が長くなり工具の径方向からの切削抵抗が増大して工具が振動する。また、復路切れ刃の長さＬ４は、インサートの強度を考慮して内接円直径の０．０３から０．１５倍の長さとする。更に、工具の径方向からの切削抵抗及び工具の送り量に対する適切な仕上げ切れ刃長さを設けるために、外周刃長さＬ３を０．５から６ｍｍに設定する。図５は図４におけるＢ矢視図であり、図５に示す様に、厚さＴのインサートは、復路加工用切れ刃に対しては、復路加工用切れ刃の逃げ面１３を設けると共に、復路加工用切れ刃の逃げ角θを０度から１５度を与えて復路加工時における逃げ面１３の被削材との干渉を確実に排除した。

往路加工用の底刃と外周刃の他に、復路加工用切れ刃と逃げ面を設けたことによって、機械主軸方向と略平行な加工面を往復加工する際の切削性能が改善できた。特に復路加工の切削性能が改善できたことによって、往復加工での加工面粗さを改善でき、結果的に粗加工の性能を落とすことなく往復加工が可能な加工能率の高い往路・復路加工用の縦送り切削工具を提供することができた。本願発明は、略４角形のインサートについて説明してきたが、他の形状について、例えば台形状や菱形形状においても適用することが出来る。

刃先径３２ｍｍ、シャンク径３２ｍｍ、首下長さ１６０ｍｍ、シャンク長さ１００ｍｍ、３枚刃を有し、ＳＫＤ６１相当材を用いて旋盤加工により外観形状を整えて表面硬度ＨＲＣ４４から４６に調質した後、シャンク部を研磨加工により仕上げ、工具本体を作製した。インサート固定部はマシニングセンターにてフライス加工により形成した。インサートは、Ｈ寸法：９．５ｍｍ、Ｇ寸法：１１ｍｍ、Ｔ値：３．１８ｍｍ、コーナ刃のＲ：０．４ｍｍ、Ｌ３：２ｍｍとし、往路加工用の底刃に対する逃げ面１１及び外周刃に対する逃げ面１２の角度を、インサートの上面に対して１１度の逃げ角とし、θ値は、Ａｒ値を５度、κ値を５度に設定したことを考慮して、５度に設定した。また、ε値は、Ｘ、Ｙ方向への切削、或は傾斜切込みを想定して、工具の軸心方向へ向ってシャンク側に切れ刃を後退させるすかし角を設けられるようにするために８７度とした。

切削評価を実施するに当たり、本発明例１の往路・復路加工用の縦送り切削工具と、復路加工用切れ刃の切込み角κを４５度とした意外は、本発明例１と同形状で同材質のインサートを、本発明例２として作成した。比較のために、復路加工用切れ刃を設けていない他は同形状で同材質のインサートの従来例３を用意した。
往路・復路加工用の縦送り切削工具を工具保持具であるミーリングチャックへ取付けた後、フライス盤の主軸に装着した。下記の切削条件１を用いて往復の縦送り加工を行い加工面粗さの比較を行った。評価は、切込み量方向の加工面粗さを測定した数値とした。判断結果等を図６に示す。
（切削条件１）
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
主軸の回転数：２９８４ｍｉｎ^−１
切込み量：０．７ｍｍ
１刃の送り：０．１ｍｍ
テーブル送り：８９５ｍｍ／ｍｉｎ
径方向切込み幅：０．１５ｍｍ
加工方法：乾式切削加工

図６に示すように本発明例１、２は、切込み量方向の加工面粗さＲｙが、１０．７０μｍ、１５．１７μｍ、であるのに対して従来例３は同一条件において面粗さが２０．４５μｍの結果であった。マイクロスコープを用いた目視による観察においても本発明例１、２によれば、往路加工と復路加工の加工軌跡が安定しているのに対して、従来例３は、復路加工の加工軌跡が僅かに確認できる程度で最悪の結果である。確認のために、切削抵抗測定器を使用して復路加工時の工具が加工面より離される方向の抵抗値を測定すると、本発明例１、２は６０Ｎ、７５Ｎであるのに対して、従来例３では９０Ｎを示した。このことからも復路加工用切れ刃の有効性が確認できると共に、切込み角κが切削抵抗と相関しており工具のたわみと密接に関係している事が判った。

次に、図７に示す削り残し部の加工において、加工方法の違いによる工具寿命比較を行った。加工テストは、本発明例１の工具を用いて往路加工で粗加工を行った後、工具軸方向と直角方向に工具を切込み往路加工で形成された側面の削り残し部を復路加工により加工する方法を第１の往復加工方法とした。これとは別に、従来例３の工具を用いて、往路加工で粗加工を行った後、往路加工で形成された側面の削り残し部を再度往路加工で加工して加工面を整える加工方法を第２の加工方法として、両者を実施した。切削試験には下記の切削条件２を用いた。
（切削条件２）
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
主軸の回転数：２９８４ｍｉｎ−１
１刃の送り：０．１ｍｍ
テーブル送り：８９５ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量：５ｍｍ、
径方向の切込み量：３ｍｍ
加工方法：乾式切削加工
切削条件２を用いた第１の往復加工方法では、まず往路の粗加工を行い、次の復路の仕上げ加工においては粗加工よる削り残し部を加工した。本発明例１の工具を用いて第１の往復加工方法を採用することにより、第２の加工方法による工具が戻る際のエアーカットを削減できた。結果は、加工時間が１０％短縮出来ると共に、往路加工用の底刃と隣接するコーナ刃の切れ刃の摩耗幅が約３０％減少した。
本願発明の往路・復路加工用の縦送り切削工具によれば、往路加工による粗加工の性能を落とすことなく、復路加工も可能な工具となり、往復仕上げ加工の際の加工面粗さが良好である。また、切削に関与する切れ刃を往路加工と復路加工とで分けた事により１コーナで加工できる切削長が長く工具寿命が向上した。更に、本願発明の往路・復路加工用の縦送り切削工具は、粗加工を行った後、工具軸方向と直角方向に送って、往路加工で形成された側面の削り残し部を復路加工によって加工する縦送り加工方法も可能となるので、工具が戻る際のエアーカットを省け加工能率が高い往路・復路加工用の縦送り切削工具とすることが出来た。

図１は、本願発明の実施例に係わる正面図を示す。 図２は、図１における左側面図を示す。 図３は、図１の矢印Ａ方向より見た場合を示す。 図４は、本願発明の実施例に係わるインサートの正面図を示す。 図５は、図４の矢印Ｂ方向より見たインサートの図である。 図６は、切削テストの判断結果を示す。 図７は、加工状況を示す図である。

符号の説明

１：コーナ刃
２：往路加工用の底刃
３：外周刃
４：復路加工用の切れ刃
５：縦送り切削工具
６：工具本体
７：インサート
８：止めねじ
９：上面
１０：シャンク
１１：逃げ面
１２：外周刃３の逃げ面
１３：復路加工用切れ刃４の逃げ面
Ｌ１：首下長さ
Ｌ２：シャンク長さ
Ｌ３：外周刃長さ
Ｌ４：復路切れ刃部の長さ
Ａｒ：軸方向すくい角
Ｇ：短辺
Ｈ：長辺
Ｔ：厚さ
κ：復路加工用切れ刃の切込み角
θ：復路加工用切れ刃の逃げ角
ε：刃先角

Claims (2)

1. インサートを着脱自在に装着できる刃先交換式の縦送り切削工具において、該インサートは略４角形状をしており、該インサートを該切削工具に装着した状態で、該インサートのコーナ刃１の短辺側には、往路加工用の底刃２を、該コーナ刃１の長辺側には、往路加工用の外周刃３と、それに続いて、復路加工用の切れ刃４を、工具軸心側に、インサートの内接円直径の０．０３から０．１５倍の長さに設けたことを特徴とする往路・復路加工用の縦送り切削工具。
2. 請求項１記載の往路・復路加工用の縦送り切削工具において、該復路加工用の切れ刃４の切込み角κを−１０度から４５度、に設けたことを特徴とする往路・復路加工用の縦送り切削工具。