JP2009529430A - カッティングインサートおよびフライス工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、特にフライス加工のためのカッティングインサートであって、該カッティングインサートが、基体を有しており、該基体が、互いに逆向きに位置する面に環状に延びるカッティングエッジをそれぞれ有しており、該カッティングエッジが、それぞれ隣接しかつ正のすくい角で下降しているすくい面領域（１５）から突出しており、該すくい面領域（１５）の中心に１つまたは複数の平坦な載置面（１６）が配置されており、さらにカッティングインサートが、緊締ねじを受容するための中心の取付け穴（１２）を有している形式のものに関する。中心の取付け穴（１２）の周りに、少なくとも１つの円錐面（１９）が配置されていて、該円錐面（１９）が、内側に向かっている、つまり取付け穴（１２）に向かって下降している円錐角（ａ）を有している。

Description

本発明は、特にフライス加工のためのカッティングインサートであって、該カッティングインサートが基体を有しており、該基体が、互いに逆向きに位置する面に環状に延びるカッティングエッジをそれぞれ有しており、該カッティングエッジが、それぞれ隣接しかつ正のすくい角で下降しているすくい面領域から突出しており、該すくい面領域の中心に１つまたは複数の平坦な載置面が配置されており、さらにカッティングインサートが、緊締ねじを受容するための中心の取付け穴を有している形式のものに関する。

さらに本発明は、工具保持器を有するフライス工具、特に正面フライス工具であって、工具保持器が、載置面と側方の当付け面とがそれぞれ設けられた複数の切欠を有している形式のものに関する。

米国特許第４１８９２６４号明細書から工具保持器を有する切削工具が公知である。この工具保持器の、載置面および側方の当付け面を有する切欠内には、シムプレートと、刃先交換型のカッティングプレートもしくはスローアウェイチップとが配置されている。スローアウェイチップは両側のすくい面に低くされた中間領域を有していて、該中間領域を取り囲んでカッティングエッジに隣接しているすくい面領域は、中間領域と比べて突出している。この低くされた平坦な中間領域面は、板状のチップブレーカの載置面に適合させられていることができる。チップブレーカは、スローアウェイチップの上にまで突出しかつ工具保持器に取り付けられたアームの端部に配置されている。カッティングエッジに隣接したすくい面領域の堤防形（deichfoermig）に選択された構造では、ソフトなキリコ排出、確実なキリコ制御および安定したカッティングエッジとカッティング角隅部への要求を限られた程度にしか満たすことができないので不都合である。シムプレートは、環状に延在する縁側の切欠を有している。この切欠の深さは、平坦な中間領域の、カッティングエッジ平面からの間隔よりも大きい。これによってシムプレートの隆起した中間領域は、緊締された状態で、対向しているスローアウェイチップの中間領域のための載置面として役立つ。シムプレートおよびスローアウェイチップは、緊締ねじが通過可能な中心の貫通孔をそれぞれ有している。シムプレートとスローアウェイチップとは、フロント面側で同一平面を成して接続している。

国際出願公開特許第９４１５７４１号明細書は、工具保持器内にプレート座部を有する切削工具を開示している。このプレート座部内にはスローアウェイチップが設置可能である。スローアウェイチップは、互いに逆向きに位置するそれぞれのすくい面に、カッティングエッジに対して平行に延在しているチップ形成溝またはチャンファを正のすくい角で有している。その都度アクティブでないカッティングエッジを保護するために、スローアウェイチップは各角隅領域にポット状の切欠を有している。この切欠は、シムプレートの上側面の隆起した突出部に対応している。シムプレートにスローアウェイチップがクランプ固定された緊締状態では、突出部とポット状の切欠とは互いに接触していて、支持部として働く。この支持部によって、アクティブでないカッティングエッジがシムプレートから間隔をあけて保持される。この構造の不利な点は、シムプレートの上側面にある該当の突出部に、対応するポット状切欠に対する高い適合精度が要求されることである。というのは、さもないとスローアウェイチップを所望の基準値で緊締することができないからである。３つより多い角隅部を有する多角形のスローアウェイチップでは特に困難が生じる。なぜならば、万一寸法が非精密だった場合、スローアウェイチップのシムプレート上での明確に規定可能な座着が得られないからである。

このことからドイツ連邦共和国特許公開第１９６５３９２１号明細書では、工具保持器内の確実で安定した、繰り返し再現可能なカッティングプレートの座着を提供するという課題が設定された。カッティングプレートの座着は、場合によっては、耐用寿命の長い繰り返し使用可能なシムプレートで行われる。この場合、工具ユニットは、クランプ固定システムが汚れてしまうことから確実に防御されているべきである。使用されるカッティングインサートは、両面使用可能なスローアウェイチップとして形成されていると有利である。この課題を解決するために、工具保持器自体の載置面またはシムプレートの形の載置面が、平坦な載置面領域を形成するために、一貫して閉じられた隆起した平面を形成することが提案された。この場合、この載置面領域は、スローアウェイチップの逃げ面の平面によって規定された平面から半径方向で間隔を置いて終端している。載置面領域の間隔寸法は、許容誤差は別として、プラトー領域（平坦領域）のカッティングエッジからの各半径方向の間隔よりも大きいかまたは等しくされている。閉じられた載置面を形成することで、個別の突出部および／またはポット状切欠と比較して、製造精度に関して利点が得られる。しかし載置面が必要とする研削は、焼結の後に別の加工プロセスを要求する。この加工プロセスは、カッティングインサートの製造コストと、ひいては切削加工の経済性とにネガティブに影響する。当付け面および載置面の平面仕上げ加工を省くことは原理的には可能なものの、その場合は焼結プロセスによって生ぜしめられた表面の粗さを甘受しなければならない。すなわち載置面が非平坦のままであり、スローアウェイチップとして形成されたカッティングインサートの保持器内への取付けは良好でなくなる。

カッティングインサートが使用される切削プロセスの経済性を改善するために、つまりは製作される工作物毎のコストを減じるために、使用されるカッティングインサートの製造コストもできるだけ小さくするべきである。そのためには、スローアウェイチップをフライス加工に使用する際に、カッティングインサート毎の使用性をできるだけ高めることを考慮しなければならない。同時に切削効率を最適化する、つまり、カッティングエッジおよびチップ形成ジオメトリに関して、最大の送り速度でソフトなキリコ排出が保証され得るようにカッティングインサートを形成しなければならない。先行技術により公知の両面式の多角形スローアウェイチップによって、スローアウェイチップ毎に多数の有効なカッティングエッジを提供することができる。すなわち両面式の６角形のスローアウェイチップは、合計１２個の有効なカッティングエッジを有している。

できるだけソフトな切削を行うためには、正のすくい角であると有利である。このことは両面式のスローアウェイチップにおいて、すくい面を超えてカッティングエッジを高めることにつながる。スローアウェイチップを工具保持器内で位置決めすることができるように、保持器はカッティングエッジの領域で露出されていて、かつスローアウェイチップが、十分にできるだけ平坦な載置面を有している必要がある。なぜならば、さもないと工具内でのカッティングインサートの保持不良や、カッティングエッジの点状の過負荷が生ぜしめられてしまうからである。これらはカッティングエッジを最終的に破損してしまい、それによってスローアウェイチップの耐用時間が減じられてしまう。上述の種類のシムプレートは、使用に費用がかかることを無視すれば、これらの不都合を条件的にだけ取り除くことができる。

したがって本発明の課題は、複数の有効なカッティングエッジを有する両面式のスローアウェイチップを提供することであり、この場合、スローアウェイチップは、両面使用可能なカッティングインサートの工具保持器内での確実で安定した座着を、シムプレートを使用せずに保証できるようにする。このカッティングインサートは廉価に製造可能にされるべきである。

さらに本発明の課題は、上述の要求を満たすフライス工具を提供することである。

本発明の課題は、まず請求項１記載のカッティングインサートによって解決される。カッティングインサートは本発明によって以下の特徴を有している。すなわち中心の取付け穴の周りに少なくとも１つの円錐面が配置されていて、該円錐面が、内側に向かっている、つまり取付け穴に向かって下降している円錐角を有している。このようなカッティングインサートでは上記の円錐状に形成された領域によって、カッティングインサートの焼結による表面の粗さが、取付けねじを締め付ける際に補償されるという利点を有している。これによって、両面式に形成されたカッティングインサートが工具保持器内に確実に安定して載置される。

別の有利な実施形態は従属請求項において説明する。

カッティングインサートの互いに逆向きに位置する面で互いに対して平行に位置する載置面が円錐面と一緒に成す角度である円錐角は比較的小さく選択されている。この場合、角度の値は、０．１°ないし２°、特に０．３°ないし０．３５°であると有利である。実際の実験では、この寸法設計に基づいて、焼結によって形成された表面の粗さが取付けねじを締め付ける際に補償可能であることが明らかになっている。

別の実施形態では、円錐面が環状に形成されているか、または部分環状の円錐面の形で複数の部分から形成されていて、この場合、円錐面が溝状の凹部によって互いに隔てられていると有利である。本発明のさらに別の実施形態では、溝状の凹部が（中心の取付け穴に対して）放射状に配置されていて、等間隔の角度をあけていると有利である。

本発明の別の実施形態では、（わずかに傾斜させられた）円錐面の他に、正のすくい角で下降しているすくい面と、分断された円錐面または環状の円錐面との間に平坦な載置面が付加的に配置されている。互いに逆向きに位置する面にある載置面は、互いに対して平行に配置されている。複数の互いに隣り合って位置する載置面は、溝状の凹部によって互い対して隔てられている。この載置面が、ｎ角形のスローアウェイチップにおいて、その内側では部分円弧部分によって画定されていて、外側では直線状の部分によって画定されている。載置面が円錐面と比べて小さく形成されていると有利である。

上記の載置面と下降しているすくい面との間には、本発明の別の実施形態では溝状の凹部が設けられている。カッティングエッジに続くキリコ排出面が正角に配向されかつこの溝と相俟っていることで、排出されるキリコが、十分に長いキリコ排出面があることを前提に、載置面と接触しなくなる。これによって、カッティングインサートを裏返しもしくは反転した後に、緊締の非精密さを生ぜしめる載置面の堆積物（凝着）を効果的に阻止することができる。

カッティングインサートは、中心の取付け穴を横断する横断平面に対して、鏡面対称に形成されている。この構造によって、反転した後に、同じように形成された載置面および円錐面が同一の位置にくる。

本発明によるカッティングインサートは、特に多角形に形成されていて、たとえば上から見て６角形かつ回転対称に形成されていると有利である。したがってこのカッティングインサートは、６つのカッティング角隅部および同じ長さの６つのカッティングエッジを有している。このカッティングエッジうちのそれぞれ２つのカッティングエッジが、１つのカッティング角隅部を形成している。

先行技術による原理から公知のように、取付け穴の周りには環状に、皿頭ねじの取付け時に、該皿頭ねじをセンタリングするためのもみ下げ加工部が配置されている。

溝状の凹部は、該溝状の凹部が、有利には平坦な溝底面および／または下降している少なくとも１つの側縁部を各側面で有しているように形成されている。下降している側縁部とは、溝側壁であり、この溝側壁は溝底面と９０°よりも大きい角度を成している。下側の下降している側縁部と、各載置面または各円錐面もしくはキリコ排出側縁部との間の移行領域で、溝への入り口が面取されて形成されていてもよい。

本発明の課題は、さらに請求項１１記載のフライス工具によって解決される。このフライス工具は、載置面と側方の当付け面とがそれぞれ設けられた複数の切欠を有する工具保持器を有している。この場合、各切欠内には本発明によるカッティングインサートが設置されている。カッティングインサートは直接的にまたは非直接的にカートリッジを介して切欠内に固定されている。

以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。図１は、本発明によるカッティングインサートを上から見た図であり、図２は、図１に示したカッティングインサートの側面図であり、図３は、図１および図２に示したカッティングインサートの斜視図であり、図４は、図３のBにあたる部分を切り抜いて示した拡大図であり、図５は、７つのカッティングインサートを有する正面フライスを上から見た図であり、図６は、図５に図示の正面フライスヘッドの側面図であり、図７は、図５および図６に示した正面フライスの断面図である。

図１から図３に示されているカッティングインサート１０は、図２に示された長手方向中央平面１１を中心に鏡面対称である。この長手方向中央平面１１は、カッティングインサート１０を貫通している取付け穴１２に横方向で交差している。さらに図１および図３から判るように、カッティングインサート１０は、取付け穴１２の穿孔中心軸線１３を中心に回転対称に構成されているので、本発明の場合、この穿孔中心軸線１３を中心とした６０°の回転毎に同様に構成されている。カッティングインサートは６つのカッティングエッジを有している。このカッティングエッジのうち、それぞれ隣接した２つのカッティングエッジが１つのカッティング角隅部を形成する。本発明の場合、カッティング角隅部１４は、円形ではなく多角形の形で形成されている、つまり直線的なエッジ領域によってそれぞれ形成されている。各カッティングエッジおよび各カッティング角隅部に接続して、正のすくい角で下降しているすくい面領域１５が隣接している。このすくい面領域１５は、統一された同じ正のすくい角を有して配置されていると有利であり、その位置や形状に関わらず統一された符号「１５」で示されている。カッティングインサートは平坦な載置面１６を有している。この載置面１６は、下降しているすくい面領域１５から溝状の凹部１７によって隔てられている。この溝状の凹部１７は、平坦な溝底面と、溝側壁とを有している。溝側壁は、両方の側面で傾斜角を成して切り立っている。場合によっては、溝が複数の溝側縁部を有していてよい。この場合、この溝側縁部は互いに対して１８０°よりも小さい角度単位で傾斜している。択一的には、すくい面領域１５および載置面１６への凸状の移行領域、もしくは溝底面への凹状の移行領域を設けることも、もちろん可能である。

平坦な載置面１６とは逆向きに位置する他方の面にも、同様の輪郭を有する同数の載置面１６が設けられている。この載置面１６は、上記で説明した載置面１６に対して平行に配向されている。側面１８（図３参照）に対してそれぞれ垂直方向で位置する上述の平坦な載置面１６の中心には、円錐面１９が配置されている。この円錐面１９は部分環状に形成されていて、面取り部分２０の切欠によって取付け穴１２まで到達している。この円錐面は、載置面１６に対して０．３２°の角度で内側に向かっている、つまり取付け穴１２に向かって下降している円錐によって配向されている。部分環状の各円錐面１９の間には、溝状の凹部２１がそれぞれ設けられている。この凹部２１は、カッティングエッジと隣接する下降したすくい面領域まで延在している。特に図４から明らかなように、溝状の凹部２１の溝底面は、凹部１７の溝底面と同一の平面上にあるだけでなく、これら溝は互いに合流している。溝状の凹部２１の側縁部も、下側の領域は凹状に形成されていて、上側の領域では凸状に形成されている。溝状の凹部１７，２１の溝底面は、カッティングインサートの上側面でも下側面でも１つの平面上にある。

図１から図３までに示した種類のカッティングインサートは、図５から図７に示したように、正面フライス工具ヘッド２２に緊締される。この正面フライス工具ヘッドは、複数の切欠が設けられた工具保持器を有している。この切欠は載置面と側方の当付け面とをそれぞれ有している。工具ヘッドの側方の当付け面は、カッティングインサート１０の側面１８（逃げ面）と一致して形成されている。このカッタヘッドつまり工具ヘッドの当付け面は、カッティングインサートが緊締された状態ではカッティングエッジの下側で終端していて、それによって、いわゆるアクティブでないカッティングエッジが露出されている。カッティングインサート１０は、取付けねじによって取り付けられている。この取付けねじが、取付け穴１２を通って挿入され、工具ヘッドのねじ山付き孔に螺入される。工具保持器の載置面は平坦に形成されていて、工具ヘッドの、カッティングエッジとほぼ同じ高さにある領域よりも僅かに突出している。これによって、工具ヘッドに面した（アクティブでない）カッティングエッジが露出し、ひいては破損から保護されている。緊締ねじを締め付けることによって、工具保持器の載置面に面しているカッティングインサート１０の下側面が、徐々に工具保持器の載置面の方向に、該載置面と接触するまで運動させられる。低くされた面１９，１６が、先行技術では通常なような１つの平面に位置していないことによって、加えられる緊締力に基づいて、これらの面１９，１６の焼結によって生じた小さな非平坦性を補償することができる。このことは、カッティングインサートが、焼結の後にもはや平面仕上げ加工をされる必要がないという利点を有している。本発明の場合、正面フライス工具ヘッド２２が、その円周面および端面から僅かに突出しているカッティングインサート１０を有している。回転して運動させられるこのカッティングインサート１０によって切削直径Dが得られる。本発明の場合、７つのカッティングインサートが設けられていて、この場合、カッティングインサート１０は、互いに対して角度間隔α＝３６０°／７を置いている。原理的には別の配置も可能であり、その場合、隣接したカッティングインサート１０の角度間隔は異なる。

このカッティングインサートでは、アクティブなそれぞれ２つのカッティングエッジが（正面切刃および主切刃として）切削のために設置されている。これによってカッティングインサートを６０°回転させることで、新規に、それまでアクティブではなかったカッティングエッジを使用することができる。１つのすくい面側の全てのカッティングエッジが摩耗した場合、カッティングインサートを反転する、つまり長手方向中央平面１１を中心に回転させる。これによってもう一方の面のカッティングエッジがアクティブになる。

本発明によるカッティングインサートを上から見た図である。 図１に示したカッティングインサートの側面図である。 図１および図２に示したカッティングインサートの斜視図である。 図３のBにあたる部分を切り抜いて示した拡大図である。 ７つのカッティングインサートを有する正面フライスを上から見た図である。 図５に図示の正面フライスヘッドの側面図である。 図５および図６に示した正面フライスの断面図である。

Claims (11)

1. 特にフライス加工のためのカッティングインサートであって、該カッティングインサートが基体を有しており、該基体が、互いに逆向きに位置する面に環状に延びるカッティングエッジをそれぞれ有しており、該カッティングエッジが、それぞれ隣接しかつ正のすくい角で下降しているすくい面領域（１５）から突出しており、該すくい面領域（１５）の中心に１つまたは複数の平坦な載置面が配置されており、さらにカッティングインサートが、緊締ねじを受容するための中心の取付け穴（１２）を有している形式のものにおいて、中心の取付け穴（１２）の周りに、少なくとも１つの円錐面（１９）が配置されていて、該円錐面（１９）が、内側に向かっている、つまり取付け穴（１２）に向かって下降している円錐角（ａ）を有していることを特徴とする、カッティングインサート。
2. 円錐角（ａ）が、０．１°≦ａ≦２°であり、有利には０．３°ないし０．３５°である、請求項１記載のカッティングインサート。
3. 円錐面が環状であるか、または円錐面（１９）が部分環状であって、有利には溝状の凹部（２１）によって互いに隔てられている、請求項１または２記載のカッティングインサート。
4. 溝状の凹部（２１）が、放射状に配置されていて、有利には等間隔の角度間隔をあけている、請求項３記載のカッティングインサート。
5. 正のすくい角で下降しているすくい面（１５）と、１つまたは複数の円錐面（１９）との間に、１つまたは複数の載置面（１６）が配置されていて、該載置面（１６）が複数ある場合に、互いに隣接した載置面（１６）が、有利には溝状の凹部（２１）によって互いに隔てられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
6. 載置面（１６）と、下降しているすくい面（１５）との間に、溝状の凹部（１７）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
7. 中心の取付け穴（１２）を横断する中心の横断平面（１１）に対して、鏡面対称の形状を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
8. カッティングインサートが、上からみると６角形であり、有利には回転対称に形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
9. 取付け穴（１２）の周囲に、皿頭ねじの取付け時に、皿頭ねじをセンタリングするためのもみ下げ加工部（２０）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
10. 溝状の凹部（１７，２１）が、平坦な溝底面および／または下降している少なくとも１つの側縁部を各側面で有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のカッティングインサート。
11. 工具保持器を有するフライス工具、特に正面フライス工具であって、工具保持器が、載置面と側方の当付け面とがそれぞれ設けられた複数の切欠を有している形式のものにおいて、各切欠内に、請求項１から１０までのいずれか１項記載のカッティングインサート（１０）が取り付けられていることを特徴とする、フライス工具。

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