JP2009220222A - チップ取り付け機構および切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】工具本体に対するチップの切刃の刃先位置精度を高めたチップ取り付け機構およびこれを用いた切削工具を提供することを目的とする。
【解決手段】チップ取り付け機構およびこれを用いた切削工具は、チップ３０の切削に関与する少なくとも１つの切刃３３ａから延びる側面３２ａに係合可能な係合面部４１と、上記側面３２ａを除く他の側面を上記係合面部側４１に向けて押圧する押圧手段と、上記チップ３０を上記チップ座１１に固定する固定手段５０とを備え、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃３３ａから延びる側面３２ａを上記係合面部４１に係合した状態で、上記チップ３０を上記チップ座１１内に固定するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、工具本体にチップを着脱可能に取り付けるためのチップ取り付け機構、およびこのチップ取り付け機構を用いた切削工具に関する。

工具本体にチップを着脱可能に取り付ける形式の切削工具として、図７に例示するスローアウェイ式正面フライスが従来から知られている。この正面フライスは、工具本体の外周部に、該工具本体の先端面及び該周面に開口する複数の取付溝が、工具周方向に沿って所定のピッチで形成され、これら取付溝内の一方の壁面側にチップ取付座が形成され、これらチップ取付座に、略正方形平板状をなす超硬合金製のチップがシート部材及びこのシート部材上に設けられたサポータを介して着座せしめられ、取付溝内に装着される楔部材及びサポータ固定楔によって押圧されて着脱自在に取り付けられたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−５０３２１号公報（段落番号０００２〜０００３および図４参照）

しかしながら特許文献１に記載された正面フライスにおいて、各チップは、工具本体の先端面から突出する副切刃（コーナ切刃）の対角線上にある他の副切刃（コーナ切刃）に隣接する一対の辺稜から延びる側面を取付溝の底面及びサポータの側面により支持されて位置決めされている。そのため、実際には、チップの正方形面の寸法誤差により、工具本体に対する各チップの副切刃（コーナ切刃）の軸線方向の位置は一致しない、いわゆる副切刃の振れが生じてしまう。特に、外側面を研削仕上げしない並級チップや正方形面が大型のチップでは、正方形面の寸法誤差が大きくなるため、副切刃の振れが大きくなってしまうため、加工面粗さの悪化、切削中のびびり、切刃寿命の悪化やばらつき等の不具合が生じるおそれがあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、工具本体に対するチップの切刃の刃先位置精度を高めたチップ取り付け機構およびこれを用いた切削工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明は、略多角形板状をなし、一方の多角形面と側面との交差稜線部に切刃を形成し、他方の多角形面に着座面を形成したチップを、切削工具の工具本体に設けたチップ座に着座させて着脱可能に取り付けるためのチップ取り付け機構であって、上記チップの切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面に係合可能な係合面部と、上記側面を除く他の側面を上記係合面部側に向けて押圧する押圧手段と、上記チップを上記チップ座に固定する固定手段とを備え、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面を上記係合面部に係合した状態で、上記チップを上記チップ座内に固定したことを特徴とするチップ取り付け機構である。

請求項１のチップ取り付け機構によれば、チップは、切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面が係合面部に係合した状態で、切削工具の工具本体に取り付けられることから、工具本体に対する上記切刃の刃先位置精度がきわめて高くなり、加工精度が向上する。

さらに、切削に関与しない他の辺稜部から延びる側面が押圧手段によって係合面部側に向けて押圧されることから、切削に関与する少なくとも１つの切刃を形成した辺稜部から延びる側面が上記係合面部に積極的に係合させられる。これにより、チップをチップ座に取り付ける際、チップを係合面部に押し付ける作業が不要となり、チップのコーナチェンジやチップ交換が容易に行えるようになる。

上記チップ取り付け機構おいて、係合面部を、仕上げ面を切削する副切刃を形成した辺稜部から延びる側面に係合可能とした場合には、工具本体に対する副切刃の刃先位置精度がきわめて高くなるので、該副切刃で切削した仕上げ面の加工精度がきわめて高くなる。

請求項３に係る発明は、略多角形板状をなし、一方の多角形面と側面との交差稜線部に切刃を形成し、他方の多角形面に着座面を形成したチップを、工具本体の所定の位置に設けたチップ座に着座させるとともに、上記チップの切削に関与する切刃を上記工具本体から突出させて、着脱可能に取り付けた切削工具であって、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面に係合可能な係合面部と、上記側面を除く他の側面を上記係合面部側に向けて押圧する押圧手段と、上記チップを上記チップ座に固定する固定手段とを備え、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面を上記係合面部に係合した状態で、上記チップを上記チップ座内に固定したことを特徴とする切削工具である。

請求項３に係る切削工具によれば、チップは、切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面が係合面部に係合した状態で、切削工具の工具本体に取り付けられることから、工具本体に対する上記切刃の刃先位置精度がきわめて高くなる。このことから、チップのコーナチェンジやチップ交換の際、上記切刃の刃先位置の変動がきわめて小さく抑えられるため、加工面精度の悪化を防止することができる。工具本体に複数個のチップを取り付ける切削工具では、各チップの切刃相互間の刃先振れがきわめて小さくなり、加工面精度が向上するとともに、切刃相互間の寿命差が小さくなり、該切削工具の工具寿命が長くかつ安定したものとなる。

さらに、切削に関与しない他の辺稜部から延びる側面が押圧手段によって係合面部側に向けて押圧されることから、切削に関与する少なくとも１つの切刃を形成した辺稜部から延びる側面が上記係合面部に積極的に係合させられる。これにより、チップをチップ座に取り付ける際、チップを係合面部側に押し付ける作業が不要となり、チップのコーナチェンジやチップ交換が容易に行えるようになる。

上記切削工具において、係合面部が、仕上げ面を切削する副切刃を形成した辺稜部から延びる側面に係合可能とした場合には、工具本体に対する副切刃の刃先位置精度がきわめて高くなるので、該副切刃で切削した仕上げ面の加工精度がきわめて高くなる。工具本体に複数個のチップを取り付ける切削工具では、各チップの副切刃相互間の刃先振れがきわめて小さくなるため、仕上げ面精度、仕上げ面粗さがきわめて良好になる。

本発明のチップ取り付け機構によれば、工具本体に対する切刃の刃先の位置精度がきわめて高くなる。本発明のチップ取り付け機構を用いた切削工具によれば、チップのコーナチェンジやチップ交換の際、上記切刃の刃先位置の変動がきわめて小さく抑えられるため、加工面精度の悪化を防止することができる。工具本体に複数個のチップを取り付ける切削工具においては、各チップの切刃相互間の刃先振れがきわめて小さくなり、加工面精度が向上するとともに、切刃相互間の寿命差が小さくなり、該切削工具の工具寿命が長くかつ安定したものとなる。

本発明を正面フライスに適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、正面フライスの平面図、正面図、斜視図である。図２は、工具本体にチップを取り付けた状態の詳細図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図３は、ロケータの斜視図である。図４は、ロケータ、チップおよび楔部材を組み付けた状態を示す図であり、チップのすくい面に平行な方向からみて、（ａ）は楔部材を緩めた状態を、（ｂ）は楔部材を締め付けた状態を示す図であり、（ｃ）は楔部材を締め付けた状態をチップのすくい面に対向する方向からみた図である。図５は、工具軸線に直交する方向からみたチップの副切刃近傍の拡大図であり、（ａ）は本発明を適用した正面フライス、（ｂ）は従来正面フライスを示す。図６は、本発明を適用した正面フライスの変形例であり、図２の（ａ）に相当する図である。図７は従来の正面フライスの軸方向断面図である。

図１に図示するように正面フライスにおいて、略円板状をなす工具本体１の先端外周部に、該工具本体の外周面２および先端面３に開口するチップ取り付け溝５が工具円周方向に沿って略等間隔に複数箇所に形成され、このチップ取り付け溝５にロケータ１０と称する保持部材を介してチップ３０が挿入されている。チップ取り付け溝５の工具回転方向前方側には、工具本体の外周面２を凹溝状に切欠いた切屑ポケット６と、この切屑ポケット６の凹壁面内で上記チップ取り付け溝５に連通する楔部材挿入溝７とが形成され、楔部材挿入溝７内には、楔部材５０がねじ部材５０Ａで工具本体１に締め付けられて該楔部材挿入溝７に沈み込み可能とされている。チップの上面は、楔部材５０を沈み込ませることによって着座面３４側に押圧され、チップの着座面３４は、ロケータ１０内に設けたチップ座１１に付設したシート部材２０のチップ着座面２１に押圧されて保持される。工具本体１の後端部端面には、図示しない工作機械の主軸端に当接する平坦な取り付け面４が設けられる。

チップ３０は、超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料からなり、略正方形平板状に成形されている。上面となる正方形面がすくい面３１とされ、側面が逃げ面とされ、上記正方形面と側面との交差稜線部に切刃が形成され、下面となる正方形面が着座面３４とされる。チップ３０は、すくい面３１とされた上面の正方形面において、４箇所のコーナに設けた面取り部の稜線に形成された副切刃３３ａと、この副切刃３３ａの両端から延びる正方形の４辺に形成された主切刃３３ｂとを備える。互いに隣接する一対の副切刃３３ａと主切刃３３ｂが切削に関与する切刃として使用され、寿命に至ったら、すくい面３１となる正方形面を９０°回転してコーナチェンジし、次の副切刃３３ａと主切刃３３ｂを順次使用することにより、チップ３０は４コーナ使用することが可能となっている。副切刃３３ａ、主切刃３３ｂから延びる側面には、逃げ面３２ａ、３２ｂがそれぞれ形成される。これら逃げ面３２ａ、３２ｂは、下面の正方形面に近づくにしたがって内方へ傾斜するポジ逃げ面となっている（図４参照）。

図２に図示するようにロケータ１０は、六角穴付きボルト等のねじ部材１０Ａを利用して、該ロケータ１０の工具回転方向後方側および工具軸線方向後端側を向く各側面１０ｂ、１０ｃを、チップ取り付け溝５の工具回転方向前方側を向く側壁面５ｂおよび工具軸線方向先端側を向く底壁面５ｃにそれぞれ当接して取り付けられている。また、ロケータ１０の工具径方向内側を向く端面１０ｄは、この端面１０ｄに対面するチップ取り付け溝の壁面５ｄに螺合する径調整ねじ７０に当接している。上記ねじ部材１０Ａを緩めることによって、ロケータ１０は、チップ取り付け溝５内で上記ねじ部材１０Ａに対して工具径方向に所定量だけ移動可能とされており、上記径調整ねじ７０を操作して工具径方向外側に出すことによって、該ロケータ１０は、工具本体１に対して工具径方向外側に所望の量だけせり出される。上述の構成に限らず、上記ロケータ１０、径調整ねじ７０は省略してもよい。ロケータを省略してチップ３０をチップ取り付け溝５に直接挿入する場合、チップ取り付け溝５の形状は、挿入するチップ３０に対応した形状に変更される。

図３に図示するように、ロケータ１０の工具回転方向を向く側面１０ａの一側部の先端部（工具本体の先端外周部に位置する領域）には、チップ形状に対応した、略正方形状に切り欠いたチップ座１１が形成される。さらに、チップ形状に対応した、略正方形平板状をなすシート部材２０が、その一方の正方形面をねじ部材２０Ａを利用してチップ座の底壁面１１ａに当接して取り付けられる。シート部材２０の他方の正方形面は、チップの着座面３４に当接するチップ着座面２１とされる。

チップ座１１に取り付けられたチップ３０は、図１の（ａ）および図２に図示するように工具本体の先端面３から突出する副切刃３３ａが工具軸線に対してほぼ直交するとともに、副切刃３３ａの工具径方向外側の端部から延びる主切刃３３ｂが上記工具軸線に対してコーナ角に相当する約４５°の角度で外側に傾斜するように配設されている。

図２および図３に図示するように、ロケータのチップ座１１に付設されたシート部材２０のチップ着座面２１は、チップの切削に関与する副切刃３３ａから延びる側面（逃げ面３２ａ）とチップの着座面３４との交差稜線よりも工具軸線方向先端側に延出する。この延出したチップ着座面２１の先端部には、上記副切刃３３ａ側（上方）へ突出する隆起部４０が一体に形成される。この隆起部４０は、上記副切刃３３ａと略直交する方向に、上記副切刃３３ａから延びる側面（逃げ面３２ａ）に係合可能な第１の係合面部４１を有している。この第１の係合面部４１は、上記側面（逃げ面３２ａ）とほぼ平行な平坦面で形成され、上記側面（逃げ面３２ａ）と面接触して係合する。図５からわかるように、隆起部４０の高さは、チップの副切刃３３ａよりも低く、隆起部４０の工具軸線方向の最先端は、被削材表面と干渉しないように、チップの副切刃３３ａよりも工具軸線方向後端側に後退するように設定される。そうすると、隆起部４０の第１の係合面部４１に直交する方向の厚みが小さくなるので、該隆起部４０は、シート部材２０も含めて強度の高い超硬合金で製作するのが望ましい。あるいは、別個に隆起部４０のみを超硬合金で別個に製作し、これをシート部材２０に強力に溶接、接合等して一体的に形成してもよい。

図３に図示するように、チップ座の底壁面１１ａから立ち上がる２つの側壁面１１ｂ、１１ｃのうち、切削に関与する主切刃３３ｂの対向位置にある第１の側壁面１１ｂは、上記切削に関与する主切刃３３ｂの対向位置にあるチップの側面（逃げ面３２ｂ）に係合可能な第２の係合面部１２を有している。この第２の係合面部１２は、上記切削に関与する主切刃の対向位置にある辺稜部（切削に関与しない主切刃３３ｂ）から延びる側面（逃げ面３２ｂ）とほぼ平行な平坦面で形成され、上記側面（逃げ面３２ｂ）と面接触して係合する。

第１の側壁面１１ｂにぬすみ部を挟んで隣接する第２の側壁面１１ｃは、切削に関与する副切刃３３ａとほぼ平行に延びる平坦面で形成される。この第２の側壁面１１ｃには、チップの側面（逃げ面３２ｂ）を押圧する押圧手段として、ボールプランジャー６０が設置される。他の押圧手段としては、各種ばね、各種ゴム等の弾性部材のほか、各種プランジャーなどの弾性力を利用して付勢する部材が望ましい。該正面フライスでは、ボールプランジャー６０が上記第２の側壁面１１ｃに設けた雌ねじ穴１３にねじ込んで埋設される。ボールプランジャー６０は、チップのすくい面３１に対向する方向からみたとき、切削に関与する副切刃３３ａの対角線上にある他の副切刃３３ａを設けたコーナよりもやや工具径方向外側に位置して軸線方向とほぼ平行に設置され（図４の（ｃ）参照）、チップのすくい面３１と平行な方向からみたとき、チップ３０のチップ座の底壁面１１ａおよびシート部材のチップ着座面２１に対して、チップのすくい面３１側（上方）へ傾斜して埋設される（図４の（ｂ）参照）。ボールプランジャー６０の先端のボールは、コーナよりもやや工具径方向外側の位置で切削に関与しない主切刃３３ｂから延びる側面（逃げ面３２ｂ）に当接して押圧することによって、工具軸線方向先端側の外力およびチップをチップ着座面２１から上方へ浮かすような外力（図４の（ｃ）の矢印Ｐ１、Ｐ２および図４の（ａ）の矢印Ｐ３）をチップに対して与える。

チップ座１１内に挿入されたチップ３０は、上記外力Ｐ１、Ｐ２を受けることにより、第１の係合面部４１および第２の係合面部１２に対応する各側面（逃げ面３２ａ、３２ｂ）がこれら係合面部４１、１２に押し付けられて係合する。ここで、チップ座の底壁面に対向する方向からみて、第１および第２の係合面部４１、１２が互いに約４５°で交差するように延在しているので、チップ３０は、ボールプランジャーのボール、第１および第２の係合面部の３箇所で接触して安定的に保持される。さらに、チップの上面に平行な方向からみて、チップは、チップ着座面２１から上方へ浮き上がる外力をボールプランジャー６０から受けるため、押圧位置近傍のコーナ側がチップ着座面２１から若干浮き上がった状態でチップ３０の上面３１を楔部材５０に接した姿勢で保持される（図４の（ａ）参照）。この状態から楔部材５０を沈み込ませていくと、第１の係合面部４１および第２の係合面部１２との係合を維持しながら、チップの上面３１が楔部材に押し付けられて、チップの着座面３４全体がチップ着座面２１に当接して強固に固定される。

このようにチップ３０が切削に関与する副切刃３３ａから延びる側面（逃げ面３２ａ）を第１の係合面４１に係合した状態でチップ座１１に取り付けられるので、上記副切刃３３ａの工具軸線方向における刃先位置の誤差ｈ１は、図５の（ａ）に図示するようにチップ厚みの誤差ｓ１にのみ影響を受ける。一方、従来の正面フライスでは、切削に関与する副切刃３３ａ（コーナ切刃）の対角線上にある他の副切刃（コーナ切刃）に隣接する一対の辺稜から延びる側面を取り付け基準とすることから、切削に関与する副切刃３３ａの工具軸線方向における刃先位置の誤差ｈ２は、チップ厚み誤差ｓ２に加え外郭形状（正方形状）の誤差ａ２の影響を受ける（図５の（ｂ）参照）。

このことから、この実施形態に係る正面フライスは、チップ外郭形状の誤差の影響を受けることなく、切削に関与する副切刃３３ａの刃先位置精度をきわめて高くできるため、チップ３０のコーナチェンジやチップ３０の交換の際、従来の正面フライスよりも上記副切刃３３ａの刃先位置の変動が小さく抑えられ、加工精度の悪化を防止することができる。また、工具本体１に取り付けられた各チップ３０の副切刃３３ａ相互間の刃先振れが抑えられて仕上げ面粗さが向上するとともに、副切刃３３ａ相互間の切削抵抗の変動が抑えられて工具寿命が延長かつ安定する。

この正面フライスでは、第２の係合面部１２を、切削に関与しない主切刃３３ｂから延びる側面（逃げ面３２ｂ）に係合させたが、これに代えて切削に関与する主切刃３３ｂから延びる側面（逃げ面３２ｂ）に係合させるように変更してもよい。これにともなって、ボールプランジャー６０からの押圧による外力も上記切削に関与する主切刃３３ｂへ向くようにボールプランジャー６０の押圧位置も変更する必要がある。このような構成とした場合、各チップ３０の主切刃３３ｂ相互間の刃先振れが抑えられて各主切刃３３ｂの切削抵抗の変動が小さくなる。これにより、正面フライスのびびりが抑制されるとともに、工具寿命が延長かつ安定する。

第１の係合面部のように切削に関与する副切刃３３ａから延びる側面（逃げ面３２ａ）に係合するものについては、被削材表面との干渉を避けるため薄肉となるが、切削抵抗の向きに対して逆方向に係合するため、強度や耐久性の面で問題はない。

楔部材５０を緩めたとき、チップ３０は、既述したようにボールプランジャー６０の押圧位置近傍のコーナ側がチップ着座面２１から浮き上がり、該チップ３０の上面が楔部材５０に接するとともに、側面（逃げ面３２ａ、３２ｂ）がボールプランジャー６０のボール先端、第１および第２の係合面部４１、１２に当接することから、４箇所を支持された状態でチップ座１１内に保持される。このことから、チップ３０のコーナチェンジやチップ３０の交換の作業に際して、チップ３０を工具本体１から落下させることがなくなり、特に工作機械内での作業性が改善される。

チップ着座面２１からの隆起部４０の高さがチップ厚みの５％未満になると、チップ側面（逃げ面３２ａ、３２ｂ）と係合面部４１との係合面積が小さくなる。一方、チップ着座面２１からの隆起部４０の高さがチップ厚みの９５％を超えると、係合面部４１の剛性が小さくなる。このことからチップ側面（逃げ面３２ａ、３２ｂ）と係合面部４１との係合を安定させるため、チップ着座面２１からの隆起部４０の高さは、チップ厚みの５％〜９５％の範囲に設定するのが望ましい。

この実施形態に係る正面フライスでは、チップの側面（逃げ面）は、ポジ逃げ面で構成したが、チップの上面に対して直角なネガ逃げ面で構成してもよい。また、係合面部と係合するチップの側面（逃げ面）は、単一平面で構成したもので説明したが、これに限らず、図６に例示するように隆起部４０と嵌り合うように内側に凹んだ段差部３５を設け、この段差部の側面に係合面部４１を係合するように構成してもよい。このようにした場合は、隆起部４０が肉厚になり強度や耐久性がさらに高められる。

本発明は、以上に説明した正面フライスに代表される転削工具に限らず、チップ３０を着脱可能に工具本体１に取り付けるスローアウェイ式であれば、バイト等の旋削工具、ドリル等の穴明け工具といった切削工具にも適用可能である。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した正面フライスの平面図、正面図、斜視図である。 工具本体にチップを取り付けた状態の詳細図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 ロケータの斜視図である。 ロケータ、チップおよび楔部材を組み付けた状態を示す図であり、チップのすくい面に平行な方向からみて、（ａ）は楔部材を緩めた状態を、（ｂ）は楔部材を締め付けた状態を示す図であり、（ｃ）は楔部材を締め付けた状態をチップのすくい面に対向する方向からみた図である。 工具軸線に直交する方向からみたチップの副切刃近傍の拡大図であり、（ａ）は本発明を適用した正面フライスのもの、（ｂ）は従来正面フライスのものを示す。 図６は、本発明を適用した正面フライスの変形例を説明する図であり、図２の（ａ）に相当する図である。 従来の正面フライスの軸方向断面図である。

符号の説明

１ 工具本体
５ チップ取り付け溝
６ 切屑ポケット
７ 楔部材挿入溝
１０ ロケータ（保持部材）
１１ チップ座
１２ 第２の係合面部（係合面部）
２０ シート部材
２１ チップ着座面
３０ チップ
３１ すくい面
３２ａ、３２ｂ 逃げ面（側面）
３３ａ 副切刃
３３ｂ 主切刃
３４ 着座面
４０ 隆起部
４１ 第１の係合面部（係合面部）
５０ 楔部材（固定手段）
６０ ボールプランジャー（押圧手段）

Claims (4)

1. 略多角形板状をなし、一方の多角形面と側面との交差稜線部に切刃を形成し、他方の多角形面に着座面を形成したチップを、切削工具の工具本体に設けたチップ座に着座させて着脱可能に取り付けるためのチップ取り付け機構であって、上記チップの切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面に係合可能な係合面部と、上記側面を除く他の側面を上記係合面部側に向けて押圧する押圧手段と、上記チップを上記チップ座に固定する固定手段とを備え、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面を上記係合面部に係合した状態で、上記チップを上記チップ座内に固定したことを特徴とするチップ取り付け機構。
2. 上記係合面部を、仕上げ面を切削する副切刃を形成した辺稜部から延びる側面に係合可能としたことを特徴とする請求項１に記載のチップ取り付け機構。
3. 略多角形板状をなし、一方の多角形面と側面との交差稜線部に切刃を形成し、他方の多角形面に着座面を形成したチップを、工具本体の所定の位置に設けたチップ座に着座させるとともに、上記チップの切削に関与する切刃を上記工具本体から突出させて、着脱可能に取り付けた切削工具であって、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面に係合可能な係合面部と、上記側面を除く他の側面を上記係合面部側に向けて押圧する押圧手段と、上記チップを上記チップ座に固定する固定手段とを備え、上記切削に関与する少なくとも１つの切刃から延びる側面を上記係合面部に係合した状態で、上記チップを上記チップ座内に固定したことを特徴とする切削工具。
4. 上記係合面部を、仕上げ面を切削する副切刃を形成した辺稜部から延びる側面に係合可能としたことを特徴とする請求項３に記載の切削工具。

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