JP2010149202A - ホルダおよび切削工具並びにそれを用いた切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内径溝入れ加工のように切削工具の外方空間が閉ざされているような加工形態においても、優れた切屑排出性を発揮する切削インサートを提供する。
【解決手段】 先端側に設けられるとともに切削インサートが装着されるインサート装着部と、該インサート装着部の後方に位置するシャンク部と、を備え、前記インサート装着部は、先端に、前記切削インサートを支持する支持部と、スリットを介して前記支持部に対向して配置されるとともに前記切削インサートをクランプするクランプ部と、を有し、前記スリットの少なくとも一部に、補助部材が挿入されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ホルダおよび切削工具並びにそれを用いた切削方法に関する。

金属等の被削材を加工する切削工具は、ホルダと該ホルダに装着された切削インサートとを備えている。ホルダおよび切削インサートは、加工形態に応じて、様々な形状をなしている。

切削加工の加工形態の１つに、被削材の表面に溝を形成する溝入れ加工がある。溝入れ加工に用いられる切削工具のホルダは、切削インサートが装着されるインサート装着部と、該インサート装着部の後端に位置するシャンク部と、を備えている。前記インサート装着部は、先端に、切削インサートを支持する支持部と、スリットを介して支持部に対向して配置されるとともに切削インサートをクランプするクランプ部と、を有している。

溝入れ加工においては、幅が小さく且つ長い切屑が生成される。生成された切屑の大半は、クランプ部に沿って、溝の外に排出される。しかしながら、一部の切屑は、クランプ部の上部に滞留し、その後、ホルダと被削材との間に落ちて排出される。このように切屑がクランプ部の上部に滞留し落ちて排出される際に、切屑がスリットの間に入り込むという問題があった。その結果、切屑が被削材を傷つけたり、ホルダを損傷してしまったりするという問題があった。

特許文献１には、溝入れ加工に用いられる切削工具が開示されている。該切削工具のホルダは、インサート装着部の支持部のうちスリットに面する部分が、クランプ部に向うにつれて漸次幅の減少する尖端部となるよう形成されている。

このような構成により、特許文献１に記載のホルダは、切屑がクランプ部の上部に滞留した後落ちた際にスリットの間に入り込んだとしても、切屑を、支持部に堆積せずに支持部の尖端部に沿って外に排出させることができる。

しかしながら、内径溝入れ加工のように切削工具の外方空間が閉ざされているような加工形態においては、スリットの間に入り込んだ切屑が排出されるスペースが小さいので、ホルダと被削材との間に挟まってしまうという問題があった。そして、前記ホルダと被削材との間に挟まった切屑によって、順次生成される切屑が排出されるスペースが更に小さくなる。その結果、順次生成される切屑はスリットの間に堆積してしまうという問題があった。さらに、スリットの間に堆積した切屑は、順次生成される切屑によって、スリットの間に押し込められ、ホルダの外方に排出されないといった問題があった。
実開平０６−５０７０４号公報

本発明の課題は、内径溝入れ加工のように切削工具の外方空間が閉ざされているような加工形態においても、優れた切屑排出性を発揮する切削インサートを提供することである。

本発明に係るホルダは、先端側に設けられるとともに切削インサートが装着されるインサート装着部と、該インサート装着部の後方に位置するシャンク部と、を備え、前記インサート装着部は、先端に、前記切削インサートを支持する支持部と、スリットを介して前記支持部に対向して配置されるとともに前記切削インサートをクランプするクランプ部と、を有し、前記スリットの少なくとも一部に、補助部材が挿入されていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る切削工具は、上述したホルダと該ホルダに装着された切削インサートと、を備えてなることを特徴とする。

また、本発明に係る被削材の切削方法は、被削材を回転させる工程と、前記被削材に上述した切削工具を近接させる工程と、前記被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、を、備えている。

本発明に係るホルダおよび切削工具によれば、内径溝入れ加工のように切削工具の外方空間が閉ざされているような加工形態においても、切屑がスリットの間に入り込むことを抑制でき、優れた切屑排出性を発揮することができる。

また、本発明に係る被削材の切削方法によれば、切屑が被削材の加工表面を傷つけることを抑制でき、仕上げ面精度の高い加工物を得ることができる。

＜ホルダ＞
図１乃至図５を用いて、本発明に係る第１の実施形態におけるホルダ１について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態のホルダ１の全体斜視図、図２は、ホルダ１の（ａ）上面図、（ｂ）一の側面図、（ｃ）他の側面図、図３は、ホルダ１の先端図である。そして、図４は、図２（ｃ）の要部拡大図であり、図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。

ホルダ１は、図１および図２に示すように、先端側に設けられるインサート装着部３と、該インサート装着部３の後方に位置するシャンク部２と、を備えている。

インサート装着部３は、ホルダ１のうち、切削インサート（以下、インサート１０と省略する。）が装着される部分である。

そして、シャンク部２は、ホルダ１のうち、外部機器に把持される部分である。具体的には、シャンク部２は、図１乃至図３に示すように、シャンク部２の上面側に、外部機器に把持される把持面２１が設けられている。なお、把持面２１は、外部機器に対するホルダ１の位置決めに用いられる面となる。なお、ここでは、インサート１０を取り付けた際に、インサート１０のすくい面が向く方向を上面側、インサート１０の座面が向く方向を下面側、という。

また、インサート装着部３は、図２乃至図４に示すように、支持部６と、クランプ部５と、を備えている。支持部６は、インサート装着部３の先端に配置されており、クランプ部５は、スリット４を介して、支持部６に対向して配置されている。クランプ部５は、インサート装着部３に装着されたインサート１０をクランプする。

本実施形態のように、スリット４を備えることで、ホルダ１は、インサート１０を交換する際の操作性に優れる形状となっている。なお、本実施形態において、スリット４とは、インサート１０がホルダ１のインサート装着部２に装着された際に、支持部２とインサート装着部３との間に生じる領域であって、インサート１０が配置されていない領域である。

また、本実施形態においては、図２に示すように、スリット４は、スリット４の後端側に、後述するスリット４の厚みＷ４よりも直径が大きな円弧状曲面で構成された後端部８を有している。これにより、スリット４の後端からの亀裂の発生を抑制することができ、ホルダ１の欠損を抑制することができる。

なお、支持部６およびクランプ部５によるインサート１０のクランプ様式については、後で詳細に説明する。

そして、本実施形態のホルダ１は、図３および図４に示すように、スリット４の少なくとも一部に、補助部材７が挿入されている。

このような構成により、内径溝入れ加工のようにホルダ３の外方空間が閉ざされた加工形態においても、クランプ機能およびインサート交換時の高い操作性を維持した上で、スリット４内の空間を小さくすることができる。そのため、前述した加工形態においても、ホルダ１のスリット４に生成された切屑が詰まることを抑制することができる。その結果、生成された切屑がスムーズにホルダ１の外方に排出されるため、切屑がホルダ１に絡み付くことを抑制でき、切削加工が安定する。すなわち、切屑排出性が向上するため、加工面精度が向上するとともに、ホルダ１の欠損を抑制することができる。

また、本実施形態においては、図２（ｂ）および（ｃ）および図３に示すように、補助部材７は、スリット４の少なくとも外縁領域に配置されている。

このような構成により、本実施形態のホルダ１においては、スリット４の外縁領域が補助部材７で覆われている構成をなす。そのため、生成された切屑がスリット４に入り込むことを抑制する効果が高まる。例えば、切屑の排出方向が突発的にぶれた場合においても、スリット４の外縁領域が補助部材７で覆われているため、生成された切屑がスリット４に入り込むことを抑制することができる。

さらに、本実施形態においては、図３に示すように、スリット４から露出した補助部材７の外面７Ａは、インサート装着部３の外周面３Ａと連続している。すなわち、本実施形態のホルダ１は、補助部材７の外面７Ａとインサート装着部３の外周面３Ａとの間に段差がないよう構成されている。

このような構成により、生成された切屑が、補助部材７とインサート装着部３との境界部に引っかかることを抑制することができる。そのため、生成された切屑は、ホルダ１の外方にスムーズに排出される。

さらに、本実施形態の補助部材７は、対応する２つの主面７１（７１ａ、７１ｂ）を有した板状をなしている。図３および図４に示すように、補助部材７は、補助部材７の一方の主面７１ａが支持部６の上面６１を向くよう、補助部材７の他方の主面７１ｂがクランプ部５の下面５１を向くよう、スリット４に把持されている。そして、主面７１ａは、支持部６の上面６１に押圧され、主面７１ｂは、クランプ部５の下面５１に押圧されている。

このような構成をなすことで、上述した優れた切屑排出性を備えるホルダ１を容易に製造することができる。

例えば、本実施形態のホルダ１は、以下のような製造方法で製造することができる。

まず、スリット４内の全領域に何も補助部材７が挿入されていないホルダ１１を準備する。そして、スリット４の形状に対応する形状を有する補助部材７を準備する。本実施形態においては、インサート装着部２と支持部３との間に生じる領域のうち、インサート１０が装着される領域とスリット４の後端側に位置する後端部８とを除いた領域が、補助部材７によって埋められるような形状をなす補助部材７を準備する。

ここで、補助部材７は、弾性部材であることが望ましい。例えば、補助部材７はシリコン、ウレタンやゴム等の弾性部材であることが好ましい。このような材料で形成された補助部材７は、耐油性に優れるとともに、加工が容易である。そのため、切削液を用いて加工する場合における補助部材７の寿命を長くすることができるとともに、補助部材７の加工コストの低減が図れる。

なお、シャンク部２とインサート装着部３の材種としては、一般的に使用される金属であればよく、例えば、鋼などが挙げられる。

次に、準備した補助部材７を、スリット４内に配置して、ホルダ１とする。このようにして得られたホルダ１においては、上述したように、補助部材７は、後述する螺子部材９によってクランプ部５および支持部６の両方に圧着される。

またさらに、本実施形態において、板状をなす補助部材７の厚みＷ７は、スリット４の厚みＷ４よりも小さい。このような構成により、支持部６とクランプ部５とによるインサート１０のクランプ機構を確保しつつ、スリット４内に補助部材７を配置する作業を容易にすることができる。

なお、ここでいう補助部材７の厚みとは、スリット４内から取り外し、静置した際の補助部材７の厚みをいう。すなわち、補助部材７を静置した際の補助部材７の主面に略垂直な方向における、補助部材７の寸法をいう。

また、スリット４の厚みは、補助部材７をスリット４から取り外し、ホルダ１を側面視した際のスリット４の寸法Ｗ４をいう。なお、図２（ｃ）を用いてＷ４の測定について、概略して説明する。Ｗ４は、図２（ｃ）に示すように、ホルダ１を側面視した際の、支持部６の上面６１とクランプ部５の下面５１との間の距離であって、支持部６の上面６１に略垂直な方向における距離をいう。なお、図２（ｃ）においては、螺子部材９によってスリット４内に補助部材７が配置されているが、上述したとおり、実際には、スリット４から補助部材７を取り外した際の値がＷ４となる。

なお、本実施形態においては、補助部材７の厚みおよびスリット４の厚みは、先端から後端に向かうにつれて略一定である。具体的には、本実施形態においては、補助部材７の厚みは、２ｍｍであり、スリット４の厚みは、２．２ｍｍである。

さらに、本実施形態においては、インサート１０は、ホルダ１に螺子部材９によって固定されている。そのため、インサート装着部３は、インサート１０を固定する螺子部材９が挿通される第１貫通穴３１を有している。そして、補助部材７は、第１貫通穴３１に対応する位置に補助部材７を貫通するよう設けられた第２貫通穴７２を有している。第２貫通穴７２は、主面７１ａから主面７１ｂまで貫通している。

このような構成により、スリット４内に配置された補助部材７を安定して固定することができる。そのため、切削加工時に補助部材７がずれることを抑制でき、切削加工時に生じるびびりを抑制することができる。

さらに、このような構成により、切屑が補助部材７にささったりした場合に、補助部材７を容易に交換することができる。

以上、上述した実施形態においては、図１乃至図４に示すように、スリット４の全領域が補助部材７で埋められた形態を例示したが、これに限らず、補助部材７は、スリット４の少なくとも一部に挿入されていればよい。

例えば、スリット４の全領域のうち、スリット４の外周のみが補助部材７で覆われている形態であってもよい。すなわち、図６に示すように、スリット４の中央部は空間のままで、スリット４の外周に補助部材７が配置されている形態であってもよい。このような構成であっても、切屑がスリット４内に入り込むことを抑制でき、上述した優れた切屑排出性を発揮することができる。

ここで、図６は、上述した第１の実施形態におけるホルダ１の図５に対応する図である。

さらに、このような構成をなす形態においては、スリット４の外周のみで支持部６とクランプ部５とが圧着されることとなる。これにより、螺子部材９が補助部材７を押圧する力に反して、補助部材７がクランプ部５および支持部６を押し戻す力が小さくなるため、高いクランプ機能を有することができる。

なお、このような構成をなす形態は、上述した形態に比べて、補助部材７の体積を小さくすることができる。そのため、このような形態においては、補助部材７のコストを削減することができ、ホルダ１のコスト削減を更に図ることができる。

また、本実施形態においては、補助部材７として、板状をなす固体状の部材をスリット４内に挿入して得られるホルダ１を例示したが、補助部材７はこれに限らない。例えば、補助部材７として、上述したような材質からなり粘性をもつ液状の部材を、スリット４の少なくとも一部に塗布し、固化させたものを用いた形態であってもよい。

また、本実施形態においては、後端部８およびインサート１０が装着される領域を除いたスリット４の全領域を補助部材７によって埋めてなる形態を例示したが、これに限らず、補助部材７によって後端部８が埋められた形態であってもよい。

また、本実施形態においては、図２（ｃ）に示すように、スリット４がホルダ１の軸線Ｌに対して傾斜して設けられた形態を例示したが、これに限らず、スリット４は、ホルダ１の軸線Ｌに略平行となる形態であってもよい。

また、本実施形態においては、スリット４の厚みが一定である形態を例示したが、これに限らず、先端から後端に向かうにつれて、スリット４の厚みが小さくなる形態であってもよい。

また、本実施形態においては、インサート１０を螺子部材９によって固定する形態を例示したが、これに限らず、種々のクランプ機構を用いた形態であってもよい。

また、本実施形態においては、シャンク部２が略円柱状をなす形態を例示したが、これに限らず、シャンク部２は、略棒状であればよく、溝入れ加工用のホルダとして用いることができる形状をなしていればよい。例えば、外形加工用のホルダ１のシャンク部２としては、略角柱状をなすものであってもよい。

＜切削工具＞
次に、本発明に係る切削工具１１の一実施例について、図７および図８を用いて説明する。図７は、切削工具７の全体斜視図、図８は、切削工具１１の先端図である。

切削工具１１は、上述したホルダ１と、インサート１０とを備えている。インサート１０は、インサート装着部３に装着されている。

インサート１は、先端に切刃１２を有している。本実施形態においては、インサート１０は、図７および図８に示すように、切刃１２がホルダ１の軸線Ｌに沿うよう、そして、切刃１２が側方に突出するよう、インサート装着部３に配置されている。

インサート１０は、インサート１０の下面は、支持部６の上面６１と当接し、インサート１０の上面は、クランプ部５の下面５１と当接するよう、スリット４内に配置される。このとき、切刃１２の背面側に位置するインサート１０の側面は、支持部６の一部６ａ（拘束面６ａ）に当接している。すなわち、前記支持部６の一部６ａは、インサート１０の内方側の拘束面として機能している。

本実施形態においては、上述したように、スリット４の少なくとも一部に補助部材７が挿入されている。具体的には、補助部材７は、上述したように、対応する２つの主面７１ａ、７１ｂを有している。そして、補助部材７は、２つの主面７１ａ、７１ｂの間に位置する側面を複数有している。補助部材７は、図８に示すように、先端視した際に、一の側面７１ｃがインサート装着部３の外周面３Ａに連続するよう、スリット４内に嵌合されている。そして、補助部材７の他の側面７１ｄは、前記拘束面６ａよりも内方に位置している。すなわち、補助部材７の他の側面７１ｄと、前記拘束面６ａの仮想延長面との間には空間が生じている。これにより、切刃１２の背面側にも第２の切刃１２’を備えたインサート１０であっても、第２の切刃１２’が補助部材７と接触し、欠損してしまうことを抑制することができる。

このように、本実施形態の切削工具１１においては、スリット４に上述した補助部材７が嵌合されているため、生成された切屑が、スリット４内に入り込むことを抑制することができる。そのため、切屑がホルダ１の外方にスムーズに排出され、切屑がホルダ１に絡み付いたり、被削材の加工表面を傷つけたりすることを抑制することができる。その結果、工具寿命および加工精度の向上が図れる。

＜被削材の切削方法＞
最後に、本発明に係る被削材の切削方法の一実施例について、図９を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる切削方法を示す工程図である。

本実施形態に係る被削材の切削方法は、以下の（I）〜（IＶ）の工程を有している。

・ 被削材を回転させる工程、
・ 上述した本実施形態の切削工具１１を被削材に近接させる工程
・ 切削工具１１の切刃１２を被削材の表面に接触させて被削材を切削する工程
（IＶ） 被削材から切削工具１１を離間させる工程
このような本実施形態の切削方法は、上述した優れた切屑排出性を有した切削工具１１を用いて加工されるため、切屑のホルダ１２への絡み付きを抑制することができる。そのため、加工精度の向上を図ることができる。その結果、仕上げ面精度の高い切削加工を、長期に渡って安定して行うことができる。

具体的には、まず、ホルダ１のスリット４内に補助部材７を挿入する。このとき、上面視において、上述した補助部材７の第２貫通穴７２の開口部が、ホルダ１のインサート装着部３の第１貫通穴３１の開口部と重なるようにする。そして、螺子部材９を第１貫通穴３１および第２貫通穴７２に挿通させ、ホルダ１にインサート１０を螺子止めして取り付ける。ホルダ１にインサート１０を取り付けた後、図９（ａ）に示すように、被削材１２０を該被削材１２０の軸心１２１を中心に回転させ、切削工具１１の切刃１２を被削材１２０に近づける（図９（ａ）中の矢印Ａ方向）。なお、切刃１２と被削材１２０とは相対的に近づけばよく、例えば被削材１２０を切削工具１１に近づけてもよい。

ついで、図９（ｂ）に示すように、切刃６を被削材１２０に接触させて切削工具１１を矢印Ｂ方向に移動させながら該被削材１２０を切削する。このとき、切削工具１１に装着されたインサート１０は、前記した通り、ホルダ１のスリット４の少なくとも一部に補助部材７が挿入されている。したがって、生成された切屑がスリット４内に入り込むことを抑制して切屑がホルダ１に絡み付くことを抑制することができる。特に、内径溝入れ加工などの外方空間が閉ざされた加工形態においても、ホルダ１への絡み付きを抑制して、生成された切屑をスムーズに排出することができる。したがって、加工精度が早期に悪化することを抑制することができる。その結果、長期に渡って、加工精度の高い切削加工を行うことができる。

その後、図９（ｃ）に示すように、被削材１２０から切削工具１１を矢印Ｃ方向に離間させる。なお、被削材１２０と切削工具１１とは相対的に遠ざければよく、例えば被削材１２０を切削工具１１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材１２０を回転させた状態を保持して、被削材１２０の異なる箇所に切削工具１１の切刃１２を接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明にかかるいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

本発明に係る第１の実施形態によるホルダ１の全体斜視図である。 図１の（ａ）上面図、（ｂ）一の側面図、（ｃ）他の側面図である。 ホルダ１の先端図である。 図２（ｃ）の要部拡大図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る他の実施形態によるホルダ１’の断面図である。 本発明に係る一実施形態による切削工具１１の全体斜視図である。 切削工具１１の先端図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる切削方法を示す工程図である。

符号の説明

１ ホルダ
２ シャンク部
２１ 把持面
３ インサート装着部
３1 第１貫通穴
４ スリット
５ クランプ部
５１ 下面
６ 支持部
６１ 上面
６ａ 拘束面
７ 補助部材
７１ａ 一方の主面
７１ｂ 他方の主面
７１ｃ 一の側面
７１ｄ 他の側面
７２ 第２貫通穴
９ 螺子部材
８ 後端部
１０ 切削インサート
１１ 切削工具
１２ 切刃

Claims (9)

1. 先端側に設けられるとともに切削インサートが装着されるインサート装着部と、該インサート装着部の後方に位置するシャンク部と、を備え、
   前記インサート装着部は、先端に、前記切削インサートを支持する支持部と、スリットを介して前記支持部に対向して配置されるとともに前記切削インサートをクランプするクランプ部と、を有し、
   前記スリットの少なくとも一部に、補助部材が挿入されているホルダ。
2. 前記補助部材は、前記スリットの少なくとも外縁領域に配置されている請求項１に記載のホルダ。
3. 前記スリットから露出した前記補助部材の外面は、前記インサート装着部の外周面と連続している請求項１または２に記載のホルダ。
4. 前記補助部材は、対応する２つの主面を有した板状をなすとともに、前記スリットに把持され、一方の主面が前記支持部に、他方の主面が前記クランプ部に押圧されるよう、前記スリット内に配置されている請求項１乃至３のいずれかに記載のホルダ。
5. 前記補助部材の厚みは、前記スリットの厚みよりも小さい請求項４に記載のホルダ。
6. 前記補助部材は、弾性部材である請求項１乃至５のいずれかに記載のホルダ。
7. 前記インサート装着部は、前記切削インサートを固定する螺子部材が挿通される第１貫通穴を有しており、
   前記補助部材は、前記第１貫通穴に対応する位置に前記補助部材を貫通するよう設けられた第２貫通穴を有している請求項１乃至６のいずれかに記載のホルダ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のホルダと、該ホルダに装着された切削インサートと、を備えた切削工具。
9. 被削材を回転させる工程と、
   前記被削材に請求項８に記載の切削工具を近接させる工程と、
   前記被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、
   前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、を有する被削材の切削方法。

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