JP2009501646A - 加工物を切削加工するための切削インサート、工具および方法 - Google Patents

Abstract

加工物の切削加工時に加工済み加工物の高い表面品質を達成するために、少なくとも六角形の切削インサートが設けられており、この切削インサートでは切刃（１６Ａ、１６Ｂ）を形成する稜が互いに小さな角度（α）と大きな角度（β）とに交互に配置されており、選択的に粗切刃（１６Ａ）および仕上げ切刃（１６Ｂ）として構成されている。これにより、切削インサート（８）の粗切刃（１６Ａ）に続く仕上げ切刃（１６Ｂ）が比較的大きな長さにわたって有効であることが達成される。

Description

本発明は、加工物を切削加工するための切削インサート、工具および方法であって、切削インサートがｎ≧６のｎ角形本体を有し、本体のｎ角形底面を画成するｎ個の稜が加工物を精密に加工するための仕上げ切刃および粗く加工するための粗切刃として交互に構成されているものに関する。

粗仕上げまたは粗加工とは一般に粗い加工のことであり、仕上げまたは仕上げ加工とは一般に先行する粗加工によって生成された粗い表面の精密加工または後加工のことである。

仕上げインサートと称されるこのような切削インサートが例えば国際公開第９７／２７９６７号パンフレットに述べられている。この仕上げインサートは六角形本体を有し、本体の稜は仕上げ切刃および粗切刃として交互に構成されている。その際、粗切刃は主切刃と称され、仕上げ切刃は副切刃と称される。切削インサートの幾つかは、正面フライスとして構成される工具に配置するために設けられている。その際、粗く加工するための複数の粗インサートは正面フライスの正面側周面の周りに分散配置され、精密に加工するための仕上げインサートは規定された位置に配置される。

米国特許第６６０４８９３号明細書により八角形幾何学形状を有する切削インサートを読み取ることができ、８つの側稜のそれぞれは各１つの仕上げ切刃と１つの粗切刃とを有する。このため個々の切刃は異なる高さに配置されており、つまり１つの共通平面にあるのではない。切削インサートの中心軸線に対してそれぞれ半径方向で切削稜に続くすくい面は低下するように構成されており、切削インサートのきわめて複雑な表面トポグラフィが得られる。

特に正面フライスを使って加工物を切削加工する場合、特に送り速度が高いときに生じる問題として、加工された表面が円弧状隆起部の不十分な表面品質しか有さない。

本発明の課題は、加工物の切削加工時に改善された表面品質を可能とすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載された切削インサートによって解決される。切削インサートは６つ以上の稜を備えたｎ角形本体を有する。本体のｎ角形底面を画成する稜は仕上げ切刃および粗切刃として交互に構成されている。その際、各切刃は隣接切刃に対して異なる角度に配置されている。それゆえに本体は、従来の切削インサートとは異なり不均一な底面を有する。つまり従来の六角形または八角形切削インサートはそれぞれ均一な底面を有し、底面を張る個々の稜は互いに同一角度に配置されている。

この不均一な構成、つまり隣接切刃間の異なる角度によって、個々の切刃は異なる長さに構成されている。この措置によって、複数の切刃は均一構成と比較して多少外方に出っ張っており、つまり切削インサートの縦中心軸線からさらに離れていることが達成される。外方に出っ張ったこれらの切刃は、仕上げ切刃であることが目的に適っている。この措置によって、比較的大きな切刃長を有する仕上げ切刃は加工物の切削加工時に、先行する粗切刃を補足して加工物表面に食い込むことができる。仕上げ切刃は比較的大きな長さにわたって加工物表面に食い込むので、効率的な仕上げ加工または精密加工が行われる。高い工具送り時に粗切刃によって生成される周期的な間隔のリブ状隆起部を有する表面粗さは、仕上げ切刃によって効果的に除去され、全体としてきわめて高い表面品質を有する表面が高い送り速度でも単に１つの作業工程で達成されている。

切削インサートの極力簡単な構成を考慮して、切刃を形成するｎ個の稜は１つの共通平面の内部に配置されている。

切削インサートにおいて隣接する切刃は、互いに大きな角度と小さな角度とで交互に配置されているのが有利である。周期的に反復する角度対によって、１つの粗切刃と１つの仕上げ切刃とからなるそれぞれ１つの切刃対が形成されており、各切刃対は同一に構成されている。これにより全体として切削インサートは対称となる。それゆえに、六角形本体の場合切削インサートは中心軸線の周りでの１２０°回転に関して回転対称に構成されている。この対称構成が有する特別な利点として、この切削インサートは従来の均一な切削インサート用の既存の工具ホルダにおいても利用することができ、工具ホルダ内でプレート座に大きな変更を加える必要はない。

その際、前記大きな角度はそれぞれｎ角形本体の角度合計のｎ分の１よりも少なくとも５°大きいことが有利である。それゆえに、六角形本体の場合前記大きな角度は少なくとも１２５°である。角度が増すと、仕上げ切刃はさらに外方に出っ張り、仕上げ切刃のますます大きくなる長さは加工物加工時に加工物表面に食い込む。

前記大きな角度の上限は、約１４０°に限定されているのが目的に適っている。この構成の場合、加工物表面によって規定された加工平面に関して粗切刃の加工にとって望ましい十分に大きな切込み角がなお可能となる。ここで切込み角とは一般に、主切刃または粗切刃が加工平面、つまり加工物表面に対して向く角度のことである。

仕上げ切刃と加工物表面との極力大きな食い込みを達成するために、目的に適った他の構成によれば、切込み角と前記大きな角度との合計は約１８０°となる。この措置によって、仕上げ切刃を実質的に加工平面と概ね平行にすることができる。それゆえに、切込み角に依存して前記関係を介して前記大きな角度が確定される。それゆえに、切込み角が４５°のとき前記大きな角度は１３５°である。対称的な構成に基づいて前記大きな角度と前記小さな角度の和はｎ角形底面の角度合計のｎ分の１の２倍となるので、これにより同時に前記小さな角度の値が確定される。この値は、六角形の基本幾何学形状と４５°の切込み角の場合には１０５°である。

副切刃として構成される仕上げ切刃で正確な切削を達成するために、副切刃は加工平面に対して僅かな副切刃自由行程を有すると有利である。その際副切刃自由行程とは、加工平面からの仕上げ切刃の距離、詳細には主切刃として構成される粗切刃から離間した仕上げ切刃の後側領域における距離のことである。

この副切刃自由行程を形成するために、原理的には副切刃を例えば１乃至２°の僅かな角度で加工平面に対して斜めに構成することが可能である。その場合、仕上げ切刃はもはや加工平面と平行とはならず、切込み角と前記大きな角度との角度合計はこの角度だけ１８０°よりも減少しているであろう。

しかし副切刃自由行程を形成するために仕上げ切刃はいわゆるワイパー切刃として構成されているのが有利である。その際合目的には、仕上げ切刃は僅かに丸くして構成され、或る弧に沿っているのが目的に適っている。この弧は特に、好ましくは５００ｍｍ乃至３０００ｍｍの範囲内のきわめて大きな半径を有する円周である。直線的に延びた切刃とは異なり仕上げ切刃を湾曲切刃として構成することによって、仕上げ切刃は先行する粗切刃に対してコーナ領域に最も高い個所を有し、仕上げ切刃は規定されたとおりに加工物表面に食い込む。仕上げ切刃を弧状に構成することによって、加工平面との距離、従って副切刃自由行程は仕上げ切刃のさらなる推移においてますます増加する。

切削インサートが４０°乃至５５°の切込み角用、特に４５°の切込み角用に設けられているのが目的に適っている。前記大きな角度および前記小さな角度の値は切込み角に依存して決まるので、各切込み角用に特殊な切削インサートが設けられている。その際好ましくは、切削インサートは六角形の基本幾何学形状から出発した６角の基本幾何学形状を有する。

切削インサートの極力長い耐用期間を達成するために、切削インサートは、好ましくは、２ｎ個の切刃を有する両側割り出し可能インサートとして構成されている。すなわちその上面にも下面にも切削稜が構成されている。選択された特殊構成のゆえに加工過程時に粗切刃と仕上げ切刃とからなるそれぞれ１つの切刃対が加工物に食い込むので、切削インサートは片側当り単にｎ／２回交換すればよい。それゆえに６角の基本幾何学形状の場合、切削インサートは、それが完全に摩耗するまでに片側当り３回、合計６回交換すればよい。

本課題は、本発明によれば、さらに、請求項１３または１４記載の特徴を有する工具によって、また請求項１５記載の特徴を有する方法によって解決される。切削インサートを考慮して挙げられた諸利点および好ましい諸構成は工具および方法にも転用することができる。

望ましい１構成によれば、工具はプレート座を備えた工具ホルダを含み、このプレート座は少なくとも２つの正面側当接面を有し、切削インサートは組付けた位置のとき２つの正面が当接面に平らに当接する。その際、自由空間を形成する受容ポケットが当接面の間に設けられている。プレート座は工具ホルダ内または交換可能なカセット内に直接構成しておくことができる。組付け位置のとき切削インサートの切刃コーナは、この領域においてプレート座内で当接することなく自由空間内に突出する。この措置によって工具ホルダはｎ角形、例えば6角の等辺幾何学形状を有する従来の切削インサートを受容するのにも適しており、それゆえに従来の切削インサートまたはここに述べる切削インサートを選択的に装着することができる。両方の当接面はこのためｎ個の角（かど）の等辺の側面に沿って方向付けられており、そこでは隣接する稜はそれぞれ同じ角度を内抱する。それゆえに六角形基本幾何学形状の場合、両方の当接面（受容ポケット内に想定した当接面の延長線）は６０°の角度を内抱し、従来の六角形切削インサートもその正面が当接面に平らに当接する。

以下、本発明の実施例が図面に基づいて詳しく説明される。

図中、同一作用の部品には同じ符号が付けてある。実施例において正面フライス２として構成される工具が工具ホルダ４を含み、この工具ホルダは正面の加工側６を有する。加工側６の周面の周りにいくつかの切削インサート８が分散配置されている。切削インサート８は、工具ホルダ４に直接装着されたプレート座１０（図２、図３参照）内にそれぞれ挿入されている。これに対する代案として、切削インサート８をカセット内に配置し、カセットをそれ自体工具ホルダ４内で保持することも可能である。切削インサート８はねじ１２によって工具ホルダ４内の規定された位置に保持されている。

加工物表面を加工するために正面フライスはその加工側６が加工物表面に食い込む。その際加工物表面は、特に図２から明らかとなるように加工平面１４を規定する。加工平面は正面フライス２の個々の切削インサート８によって切削される。

切刃１６Ａ、１６Ｂは主切刃および副切刃として構成されており、丸めて構成された切刃コーナ１７を介して互いに移行している。切削インサート８は好ましくは両側割り出し可能インサートとして構成されており、その稜はそれぞれ切刃１６Ａ、１６Ｂとして構成されている。切刃の１つ、つまり粗切刃１６Ａは加工平面１４に関して切込み角κで配置されており、この実施例において切込み角は４５°である。

切削インサート８の基本幾何学形状、つまりその中心軸線１８に垂直に向いたその横断面とプレート座１０内でのその組込位置が次に図３を基に説明される。この実施例において切削インサート８は正六角形横断面幾何学形状から出発した６角の基本幾何学形状を有する。プレート座１０が２つの当接面１９を有し、この当接面で切削インサート８の２つの正面２０Ａ、２０Ｂ（図６参照）が支えられる。当接面１９は互いに６０°の角度を内抱する。これによりプレート座１０は特に従来の六角形切削インサートを受容するためにも構成されている。このような従来の切削インサートの横断面幾何学形状は六角形２１を形成する破線によって図３に示唆してある。プレート座１０がその裏側に受容ポケット２２を有し、この受容ポケット内に切削インサート８の部分領域が入り込む。

六角形横断面とは異なりこの切削インサート８は不均一な構成を有し、詳細には個々の切刃１６Ａ、１６Ｂを形成する切削インサート８の稜は互いに小さな角度αと大きな角度βとで交互に配置されている。図３では切込み角κが４５°、小さな角度αはそれぞれ１０５°、大きな角度βはそれぞれ１３５°である。この不均一な構成によって長い切刃１６Ａと短い切刃１６Ｂが対で交互に構成されている。その際、長い切刃１６Ａは粗切刃として構成され、短い切刃１６Ｂはワイパー切刃の態様の仕上げ切刃として構成されている。

破線で書き込まれた六角形幾何学形状と比較して直接認めることができるように、不均一な構成によって仕上げ切刃１６Ｂは中心軸線１８から多少さらに外方に加工平面１４の方に出っ張っている。この実施例において角度α、βと切込み角κは、仕上げ切刃１６Ｂが加工平面１４と実質的に平行になるように選択されている。

図３にやはり破線で内接円２４が書き込まれている。やはり破線で書き込まれた六角形２１の個々の側面がこの内接円の接線を形成する。同時に当接面１９は内接円２４に対する接線を形成する。その不均一な構成における切削インサート８はいまや、交互に各第２稜、つまりそれぞれ粗切刃１６Ａがやはり接線方向で内接円１４に当接するように構成されている。この構成によって、不均一な幾何学形状を有する切削インサート８が従来の六角形切削インサート用のプレート座１０においても利用可能であることが確保される。仕上げ切刃１６Ｂを受容できるようにするためにプレート座の底にのみ受容ポケット２２が必要である。

図３にはさらに個々の切刃１６Ａ、１６Ｂに隣り合せて切屑段２８が著しく簡略して示唆されており、実施例においてこの切屑段は直線的に延びる窪みの態様に構成されている。切屑段２８は切刃１６Ａ、１６Ｂによって除去された切屑を適切に規定どおり処理するのに役立ち、すなわち適切に切屑を誘導し切屑を成形するのに役立ち、切屑を適切に破砕するのにも役立つ。切屑段は別の幾何学形状に構成することもできる。

図４と図５にそれぞれ示された切削インサート８は４０°の切込み角κ（図４）と５５°の切込み角κ（図５）用に構成されている。

図４による切削インサート８と４０°の切込み角κとにおいて前記大きな角度βは１４０°、前記小さな角度αは１００°である。

それに対して、５５°の切込み角κ用に構成された図５による切削インサート８では前記大きな角度βが１２５°、前記小さな角度αが１１５°である。これら両方の角度の合計はいずれも２４０°、つまり正六角形２１の２つの隣接する側面間の角度１２０°の２倍となる。

図６による切削インサート８の斜視図に基づいて認めることができるように、切刃１６Ａ、１６Ｂは共通平面内にある。切削インサート８は上面３０と、これとは反対側のかつ上面３０と面平行な下面３２とを有する。上面３０の稜も下面３２の稜も切刃１６Ａ、１６Ｂとして構成されている。上面３０および下面３２の相対する切刃１６Ａ、１６Ｂはそれぞれ切削インサート８の正面２０Ａ、２０Ｂを介して結合されている。相対する切刃１６Ａ、１６Ｂは、上面３０の平面と下面３２の平面とに直角な共通平面内にある。相対する２つの粗切刃１６Ａを結合する正面は符号２０Ａ、相対する２つの仕上げ切刃１６Ｂを結合する正面は符号２０Ｂである。

切削インサート８が両側割り出し可能インサートとして構成された図６による実施例では、相対する仕上げ切刃１６Ｂを相互に結合する正面２０Ｂが２つの部分正面を有する。これら両方の部分正面は互いに角度γ（図７参照）で内方に向けて傾けて配置されている。この傾斜配置は特に、単に片側割り出し可能インサートとして構成された切削インサート８が正面２０Ａ、２０Ｂの側面図で示してある図７の図示からも明らかとなる。ここで一体構造の正面２０Ｂは上面３０への垂線に対して角度γだけ傾いている。角度γは実施例において２°であり、有利には０．５乃至５°の範囲内である。角度γは全体として逃げ角の態様に構成されており、正面２０Ｂは仕上げ切刃１６Ｂに対する逃げ面を形成する。それゆえに、図６による両側割り出し可能インサートでは、両方の部分正面が相対向する仕上げ切刃１６Ｂから出発してそれぞれ角度γだけ内方に傾けて配置されており、共通の中心線３６にぶつかる。

仕上げ切刃１６Ｂは極力良好な切削結果を達成するためにワイパー切刃として構成されている。丸められた切刃コーナ１７の領域に、図８に円で示した区域の拡大図から読み取ることができるように、粗切刃１６Ａから仕上げ切刃１６Ｂへの丸くされた移行部が複数の半径ｒ₁、ｒ₂から構成される。その際、粗切刃１６Ａの方を向いた半径ｒ₁は仕上げ切刃１６Ｂの方を向いた半径ｒ₂よりも小さな値を有する。この措置によって、加工物の加工時に一層良好な表面品質が達成される。

図８からさらに読み取ることができるように、第２半径ｒ₂に次のきわめて大きな半径ｒ₃が続く。大きな半径ｒ₃によって規定された円周または弧が仕上げ切刃１６Ｂの形状推移を規定する。すなわち、仕上げ切刃１６Ｂは全体として湾曲しまたは弧状に構成されている。その際、半径ｒ₃は応用事例に応じて５００ｍｍ乃至３０００ｍｍの範囲内である。きわめて大きな直径のゆえに図８の拡大図でも仕上げ切刃１６Ｂは直線に見える。丸められた構成によって、加工平面１４に対する仕上げ切刃１６Ｂの最も高い個所は切刃コーナ１７に直接接している。切刃コーナ１７からの距離が増すのに伴って仕上げ切刃１６Ｂは加工平面１４から離れていき、副切刃自由行程Δが生じる。それゆえに副切刃自由行程Δは仕上げ切刃１６Ｂと加工平面１４との間の距離を規定する。副切刃自由行程Δは実施例において専ら仕上げ切刃１６Ｂの湾曲した形状推移によって形成されている。

切削インサート８はこれらの図中、正面フライス２に関連して、六角形底面を有する工具として述べられた。このような切削インサートは、基本的に別の形式の工作機械にも適用可能であり、また、別の基本幾何学形状、例えば８角形、１０角形または１２角形底面の形状のインサートとしても適用可能である。

加工物の表面加工時に正面フライス２は一方でその長手軸線および回転軸線の周りで回転する。図３の図示に関して回転軸線は紙面において水平線上にあり、つまり加工平面１４に垂直である。同時に正面フライス２は矢印で示唆された送り方向３４（図２、図３参照）に加工平面１４と平行に移動する。この運動のとき粗切刃１６Ａに亘って加工物の上面から材料が連続的に除去される。粗切刃１６Ａに亘って粗く加工された工具表面は同じ切削インサート８の隣接する仕上げ切刃１６Ｂによって直ちに精密に加工され、この仕上げ切刃は実施例において、加工平面１４と平行に向いたその方向によってその全長にわたって有効である。これにより、きわめて効率的な精密加工が達成され、加工された加工物のきわめて高い表面品質に到達する。

正面フライスとして構成される工具の斜視図である。 図１による正面フライスの断面図である。 工具ホルダのプレート座内に組付けた状態の切削インサートの一部の拡大略図である。 ４０°の切込み角用に構成されたインサートの略図である。 ５５°の切込み角用に構成されたインサートの略図である。 切削インサートの略斜視図である。 切削インサートの正面図である。 粗切刃と仕上げ切刃への丸められた移行部の領域に図２に円で印を付けられた一部の拡大図である。

符号の説明

２：正面フライス、４：工具ホルダ、８：切削インサート、１０：プレート座、１２：ねじ、１６Ａ：切刃（粗切刃）、１６Ｂ：切刃（仕上げ切刃）、１７：切刃コーナ、１９：当接面、２２：受容ポケット、２８：切屑段、３０上面、３２：下面。

Claims (15)

1. 加工物を切削加工するための切削インサート（８）であって、ｎ≧６のｎ角形本体を有し、本体のｎ角形底面を画成するｎ個の稜が加工物を精密に加工するための仕上げ切刃（１６Ｂ）および粗く加工するための粗切刃（１６Ａ）として交互に構成されているものにおいて、それぞれ１つの切刃（１６Ａ、１６Ｂ）が隣接切刃（１６Ｂ、１６Ａ）に対して異なる角度（α、β）に配置されており、切刃（１６Ｂ、１６Ａ）が交互に異なる長さに構成されていることを特徴とする切削インサート。
2. ｎ個の稜が１平面にあることを特徴とする請求項１記載の切削インサート（８）。
3. 隣接する切刃（１６Ａ、１６Ｂ）が互いに小さな角度（α）と大きな角度（β）とで交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の切削インサート。
4. 前記大きな角度（β）がｎ角形本体の角度合計のｎ分の１よりも少なくとも５°大きいことを特徴とする請求項３記載の切削インサート（８）。
5. 前記大きな角度（β）が最大１４０°であることを特徴とする請求項３または４記載の切削インサート（８）。
6. 粗切刃（１６Ａ）が工具ホルダ（４）内の組込位置で加工平面（１４）を基準に規定された切込み角（κ）で向けて配置されており、前記切込み角（κ）と前記大きな角度（β）との角度合計が約１８０°であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の切削インサート（８）。
7. 仕上げ切刃（１６Ｂ）が取付平面（１４）に対して副切刃自由行程（Δ）を有することを特徴とする請求項６記載の切削インサート（８）。
8. 仕上げ切刃（１６Ｂ）がワイパー切刃として構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の切削インサート（８）。
9. 仕上げ切刃（１６Ｂ）が弧に沿って延びていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の切削インサート（８）。
10. 前記弧が、５００ｍｍ乃至３０００ｍｍの範囲内の半径（ｒ３）を有する円周であることを特徴とする請求項９記載の切削インサート（８）。
11. 切削インサートが４０°乃至５５°の切込み角（κ）用、特に４５°の切込み角（κ）用に設けられていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１つに記載の切削インサート（８）。
12. 切削インサートが、２ｎ個の切刃（１６Ａ、１６Ｂ）を有する両側割り出し可能インサートとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の切削インサート（８）。
13. 加工物を切削加工するための工具（２）、特にフライスであって、工具ホルダ（４）を有し、この工具ホルダに請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の少なくとも１つの切削インサート（８）が固着されていることを特徴とする工具。
14. 工具ホルダ（４）が、少なくとも２つの正面側当接面（１９）を備えたプレート座（１０）を有し、自由空間を形成する受容ポケット（２２）が当接面（１９）の間に設けられていることを特徴とする請求項１３記載の工具（２）。
15. 請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の少なくとも１つの切削インサート（８）を有する請求項１３または１４記載の工具（２）によって加工物を切削加工するための方法であって、粗切刃（１６Ａ）の１つが加工物の加工平面（１４）に対して規定された切込み角（κ）で向けられ、工具の送り運動時に加工物に食い込み、同時に、粗切刃（１６Ａ）に隣り合う仕上げ切刃（１６Ｂ）が加工物に食い込むことを特徴とする方法。

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