JP2010247322A

JP2010247322A - 刃先交換式切削工具

Info

Publication number: JP2010247322A
Application number: JP2009286910A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kiuchi; 康博木内; Isato Takahashi; 勇人高橋; Shojiro Toma; 昭次郎當麻
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP5110400B2

Abstract

【課題】円形インサートの回動を防止すると共に、円形インサートの刃先強度を落とすことなく工具本体の受け面の精度劣化を回避し、確実に精度良く取付けることができる刃先交換式切削工具を提供することである。
【解決手段】
円形インサートが工具本体とねじ部材を介して着脱自在に装着された刃先交換式切削工具において、該円形インサートの底面と平行な断面のうち、一部の断面が、上面方向より見て凹部の形状を含む断面であって、該凹部は回動防止面であり、該円形インサートの厚さをｈとしたとき、該回動防止面の上端が該底面から（２／３）ｈの位置よりも下方にあり、該回動防止面の下端が該底面から（１／１０）ｈの位置よりも上方にあることを特徴とする刃先交換式切削工具である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回動防止を施した円形インサートが工具本体に着脱可能に取付けられた刃先交換式切削工具に関する。

円形インサートを使用した刃先交換式工具は、円形インサートが切刃への切削負荷により回動するという課題があり、特許文献１、特許文献２には、回動を防止する技術が開示されている。
特許文献１は、円形インサート外周面である円錐形状面を工具本体の受け面に接触させて固定する手段と、円形インサートの底面側を多角形状に形成し、この多角形状を工具本体と当接させて回動防止する手段とを併用する技術を開示している。
特許文献２は、円形インサートを使用した刃先交換式工具において、回転防止工具ホルダーに関する技術を開示しており、回転防止ストッパは工具ホルダーに一時的に取付けられている。

特表平１１−５０８１９２号公報特表２００６−５２３５４１号公報

しかし、特許文献１、２の様な刃先交換式工具は、使用コーナ数を多くするために回動防止面数を多くすると、円形インサートの底面の面積が減少する。そのために円形インサートと工具本体の接触面積が減少して取付け状態が不安定となる。また、円形インサートの刃先強度の低下と、円錐形状面の接触する工具本体の受け面が、切削荷重によって、変形することに起因する取付け精度劣化が課題となる。
本発明の目的は、円形インサートの回動を防止すると共に、円形インサートの刃先強度を落とすことなく工具本体の受け面の精度劣化を回避し確実に精度良く取付けることのできる刃先交換式切削工具を提供することである。

本発明の刃先交換式切削工具は、円形インサートが工具本体とねじ部材を介して着脱自在に装着された刃先交換式切削工具において、該円形インサートは、上面と、該上面と対向して該上面より小径の底面と、該上面と該底面をつなぐ円錐状に形成された外周面とを有する円板形状であり、該上面がすくい面、該外周面が逃げ面であり、該すくい面と該逃げ面によって切刃稜線が形成され、該円形インサートの該底面と平行な断面のうち、一部の断面が、上面方向より見て凹部の形状を含む断面であって、該凹部は回動防止面であり、該円形インサートの厚さをｈとしたとき、該回動防止面の上端が該底面から（２／３）ｈの位置よりも下方にあり、該回動防止面の下端が該底面から（１／１０）ｈの位置よりも上方にあることを特徴とする。
上記のように構成することで、円形インサートの回動を防止すると共に、円形インサートの刃先強度を落とすことなく工具本体の受け面の精度劣化を回避し確実に精度良く取付けることのできる刃先交換式切削工具を提供することができる。

本発明の刃先交換式切削工具は、該円形インサートの該底面が該工具本体の着座面と接触し、該円形インサートの該回動防止面が該工具本体の回動防止部材と接触していることが好ましい。

本発明によれば、円形インサートの回動を防止すると共に、円形インサートの刃先強度を落とすことなく工具本体の受け面の精度劣化を回避し確実に精度良く取付けることのできる刃先交換式切削工具を提供することができた。特に、直径が１２ｍｍ以下の比較的小径で、厚さが５ｍｍ以下の薄い円形インサートの回動防止に有効であり、高能率加工を達成することができた。

本発明の刃先交換式切削工具の実施形態の一例に係わる図を示す。図１のインサートの側面図を示す。図１のインサートの底面図を示す。図２のＡ位置の断面図を示す。図２のＢ位置の断面図を示す。図２のＢ位置の断面図を示す。図２のＣ位置の断面図を示す。本発明に係るインサートが回動防止部材と接触した状態を示す。本発明に係るインサートが回動防止部材と接触した状態を示す。本発明に係るインサートが回動防止部材と接触した状態を示す。

図１は、本発明に係る刃先交換式切削工具の一例について、概略の構成を示す図である。刃先交換式切削工具１は、工具本体２にインサート３を止めねじ１０によって、固定する構成である。工具本体２には、円形のインサート３を着脱可能に取付けるためのインサート固定部１１が形成される。インサート固定部１１には、インサート３の外周面を受ける受け面１２と、インサート３の底面を受ける着座面１３が設けられ、止めねじ１０を挿入するための止めねじ挿入孔１４が形成されると共に、２箇所の受け面１２の略中央部に円形のインサート３の回動を防止する回動防止部材１５が組み込まれ、固定部材１６によって、工具本体２に固定されている。
図２は、図１に示すインサート３の側面図である。図３は、図１に示すインサート３の底面図を示している。インサート３には、円板形状で中央部に工具本体へ固定するための止めねじ１０を挿入する取付け孔９が設けられている。また、工具本体２に装着した際にすくい面となる円形インサート上面４と、上面４と対向する底面５は、上面４よりも小径の円形を有し、上面４と底面５をつなぐ円錐状の外周面７は工具本体２に固定するための第１の固定面となる。上面４と外周面７の交わる稜線部は切刃６であり、外周面７には凹状の回動防止面８が形成されている。
図４から図７には、図２に示したＡ、Ｂ、Ｃの位置における底面５と平行な断面図を示す。図４と図７は外周に凹部等の無い円形状であるが、第１の例として、図２のＢ位置の断面図を示す図５は、外周の複数個所に円形状に対して凹部を有する形状を呈している。図５では６箇所の凹部を有する。また、第２の例として、図２のＢ位置の断面図における他の形態を示す図６では、回動防止面は凹部形状を有している。この形状であれば、回動防止部材を円盤形状とする組み合わせで当接させる場合には、両者の接触面積を大きくすることが可能となり、優れた回動防止効果を得ることができる。このように、本発明に係るインサートは、円錐状の外周面に少なくとも１つの凹部を有するものであるために、外周面領域における底面と平行な断面のうち、必ず一部の断面は、上面方向より見て凹部形状を含むような断面形状を有している。また、本発明においては、例えば、図５、図６のように、凹部形状を含む断面において回動防止面を構成する凹部形状が互いに交わることなく、かつ円錐状の外周面を構成する円弧状部分を介して隣り合うように形成される。そのため、インサートを取付けるための第１の固定面である外周面が、上面から底面に至るまで連続している部分が必ず存在するため、強固な取付けができる。

本発明は図２に示すように、インサート３の厚さをｈとしたとき、回動防止面８である凹部形状の上端は底面５から（２／３）ｈの位置よりも下方となる底面側に設ける。このように構成することにより、インサート上面４から凹部に至るまでの外周面厚さを（１／３）ｈ以上確保でき、刃先強度を維持することができる。一方、凹部の下端は、底面５より（１／１０）ｈの位置よりも上方となる上側に設ける。このように構成することで、インサート底面から（１／１０）ｈ以上の外周面厚さが確保でき、インサートの第２の固定面である円形状の底面の強度と固定面積を維持、確保することができる。本発明の回転防止面８は、底面より（１／１０）ｈから（２／３）ｈの位置の範囲内に設けることが必要である。更に、回動防止面８が底面５より（１／１０）ｈから（２／３）ｈの位置の範囲内に設けられていても、回動防止面８の円周方向の幅Ｌは、厚さ方向の長さが変化するに従って変化する。従って、回転防止面８は、回動防止効果が得られるＬ値を確保できる範囲に適宜設けなければならない。

図８は、本発明の実施形態における刃先交換式切削工具であり、工具本体へ組み込んだ回動防止部材１５と同動防止面８が接触している様子を示す第１の実施形態の図である。工具本体に設けた回動防止部材１５と回動防止面８はインサートを工具本体に固定することによって接触し、インサートの回動を確実に防止することができる。
図９、図１０は、本発明の他の実施形態における刃先交換式切削工具であり、工具本体へ組み込んだ回動防止部材１７と回動防止面８が接触している様子を示す第２、第３の実施形態の図である。工具本体に設けた回動防止部材１７と回動防止面８はインサートを工具本体に固定することによって接触し、インサートの回動を確実に防止することができる。図９は、回動防止部材１７と回動防止面８が１つの面で接触しているのに対し、図１０の第３の実施形態では、回動防止部材１７を２つ設けて、２つの回動防止面で接触している例である。第３の実施形態によれば、回動防止部材１７は複数箇所に設けることが可能となる。特に、インサートの直径が１２ｍｍを超えて大きい場合には、回動防止部材の複数化によりインサートの回動をより確実に防止することができ、好ましい。
また、円錐状の外周面は、凹部が存在しているにもかかわらず、上面側から底面側に至るまで連続して存在しているため、インサートを強固に固定することができる。このように本発明の刃先交換式切削工具は、インサート底面からの外周面厚さが確保でき、インサートの第２の固定面である円形状底面の強度と固定面積を維持できるとともに、インサート上面から凹部に至るまでの外周面厚さも十分確保できる。本発明に係る円形インサートは、サイズを小さくした場合においても刃先強度の低下が少なく、また回動防止面８を有すると共に円錐形状の外周面を上面側だけでなく底面側へも形成できるので、工具本体の円形インサート固定部である受け面の摩滅や変形を軽減でき工具本体の耐久性が向上する。その結果、円形インサートを繰り返し精度良く取付けることができる。更に、本発明に係る円形インサートと工具本体との組合せにより、円形インサートの回動を防止できる信頼性の高い刃先交換式切削工具が提供できる。その結果、高能率加工を達成することができる。

以下、本発明の刃先交換式切削工具を下記の実施例により詳細に説明するが、それにより本発明が限定されるものではない。

工具本体は、刃先径が５０ｍｍ、インロー部の穴径が２２．２２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、３枚刃を有するボア形状である。工具本体の基材は、ＳＣＭ４４０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ＨＲＣ４０から４３に調質した後、アーバとの取付け面およびインロー部を研磨加工により仕上げた。また、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。回動防止部材は、ＳＫＤ１１材を旋盤加工により外観形状を整えて表面硬度ＨＲＣ５８から６０に調質した後、外径部を研磨加工し直径２．５ｍｍに仕上げた。固定部材は、市販の六角穴付き止めねじＭ３を用意した。回動防止部材を工具本体へ挿入した後、固定部材を締め付けて回動防止部材を固定した。

本発明例１の円形インサートは超硬合金製であり、内接円寸法が１２ｍｍ、厚さ寸法が４．７６ｍｍ、上面に対する外周面の逃げ角を１５度に設定した。また、回動防止面は円形インサートの底面より（２／３）ｈ〜（１／１０）ｈの範囲に形成するとともに、外周面の周面方向に４面設けた。その中の１面を回動防止部材（ＳＫＤ１１製）を当接させて、円形インサートを、止めねじを用いて工具本体に固定した。また、本発明例２は、回動防止部材を超硬合金で製作した以外は、本発明例１と同形状で同材質の工具本体に、本発明例１と同形状で同材質のインサートを取付けた。本発明例３、４は、回動防止面数を夫々６面、８面とした。本発明例５から７は内接円寸法が１０ｍｍであり回動防止面数が夫々異なる場合、本発明例８から１０は内接円寸法が８ｍｍであり回動防止面数が夫々異なる場合を示す。本発明例１から１０の円形インサートの底面はいずれも円形であった。

比較例１１は、円形インサートの回動防止面を円形インサートの底面より（２／３）ｈ〜（８／１００）ｈの範囲に形成した。比較例１２は、円形インサートの回動防止面を円形インサートの底面より（２／３）ｈ〜（５／１００）ｈの範囲に形成した。即ち、比較例１１と比較例１２の回動防止面の下端は、インサートの底面に接近した状態になった。従来例１３から２１は、回動防止面をインサートの底面より（２／３）ｈ〜０ｈの範囲に形成した。即ち、従来例１３から２１の回動防止面の下端は、インサートの底面にまで達した。従って、従来例１３から２１のインサートの底面は、いずれも円形とはならず、接触面積が減少した。このことは、後述のとおり、円形インサートの底面の面積を示す表１中のＰ値と、多角形状のインサートの底面の面積を示す表２中のＱ値との比較から明らかである。

表１に、本発明例１から１０、比較例１１、１２のインサートの外径、厚さｈ、逃げ角、取付穴径、回転防止面の数などを特定した場合における、円形インサートの底面の面積をＰ値として示した。例えば、本発明例１から４は、インサートの内接円寸法が１２ｍｍであり、底面が円形の場合であって、Ｐ値は５０．９ｍｍ^２であることを示す。同様に本発明例５から７の様に、内接円寸法が１０ｍｍの場合、Ｐ値は３２．６ｍｍ^２であり、本発明例８から１０の様に、内接円寸法が８ｍｍの場合、Ｐ値は２５．７ｍｍ^２である。
表２に、従来例１３から２１のインサートの外径、厚さｈ、逃げ角、取付穴径、回転防止面の数などを特定した場合における、多角形インサートの底面の面積をＱ値として示した。例えば、従来例１３の様に底面の形状が８角形の場合には、Ｑ値は４２．９ｍｍ^２となり、本発明例１から４のＰ値である５０．９ｍｍ^２よりも小さくなった。同様に、従来例１４の様に６角形の場合には、Ｑ値は３８．６ｍｍ^２となり、従来例１５の様に４角形の場合には、Ｑ値は２６．１ｍｍ^２と、更に小さくなった。

表１、２から明らかなように、従来例１３から２１は、回動防止面の数によって底面積が減少する。これに対し、円形インサートの底面積を最大限に確保した本発明の構成によれば、回動防止面数を多くした場合においても底面積（Ｐ値）の減少はなく、すべての場合において従来例１３から２１に対して底面の面積が大きい。特に、直径φ８ｍｍのような小径の円形インサートについては、回転防止面数が４面の場合には、本発明例８のＰ値である２５．７ｍｍ^２と、従来例２１のＱ値である１３．１ｍｍ^２とを比較すると、本発明例８の方が１．９６倍となる。回転防止面数が８面の場合でも、本発明例１０のＰ値である２５．７ｍｍ^２と、従来例１９のＱ値である２０．９ｍｍ^２とを比較すると、本発明例１０の方が１．２３倍の底面の面積を確保できるため、確実にインサートを固定可能であることがわかる。

作製した刃先交換式切削工具を用いて、切削評価を行なった。表１および表２に示す各例の円形インサートまたは多角形インサートをそれぞれ取付けた刃先交換式切削工具を、工具保持具であるアーバへ取付けた後、フライス盤の主軸に装着した。下記の切削条件１を用いてポケット形状を等高線加工した。その後、工具本体の受け面の精度劣化はマスターインサートを用いて評価した。評価方法は、加工開始前の刃先位置を基準値の零とし、加工終了後における刃先位置との差を比較することとした。なお、マスターインサートでの刃先位置の差測定に当たっては、刃先交換式切削工具の切刃先端部とした。
（切削条件１）
被削材：ＳＣＭ４４０相当材、硬さＨＲＣ３０
切削速度：２００ｍ／分
主軸の回転数：１２７３回転／分
切込み量：２ｍｍ
径方向切込み幅：２５ｍｍ
１刃の送り：０．８ｍｍ
テーブル送り：３０５５ｍｍ／分
加工方法：乾式、等高線加工

マスターインサートによる精度劣化測定結果から、本発明例１から１０においては刃先位置の変化量は無く、工具本体の受け面や着座面の摩滅や変形は観察されず良好であるのがわかった。一方、比較例１１は、刃先位置の変化量が、使用前後で２μｍの差が発生し、比較例１２は、４μｍの差が発生した。また、従来例１３から２１は、７μｍから１０μｍの差が発生し、更に工具本体の受け面と着座面に褐色を帯びた接触痕が観察された。これは工具本体の受け面に変形が生じ円形インサートを高精度に取付けることが出来なくなったことを示すものである。

工具本体は、刃先径が６３ｍｍ、インロー部の穴径が２２．２２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、３枚刃を有するボア形状である。工具本体の基材は、実施例１と同じ材質を用い、同様な旋盤加工、表面硬度の調質後、研磨加工により仕上げた。また、インサート固定部はフライス加工により形成した。回動防止部材も、本発明例１と同じ材質を用い、旋盤加工と研磨加工により円盤形状に仕上げた。固定部材は、市販の六角穴付き止めねじを用意した。回動防止部材を工具本体へ組み込んだ後、固定部材を締め付けて回動防止部材を固定した。

本発明例２２から２４の円形インサートは超硬合金製であり、内接円寸法が１６ｍｍ、厚さ寸法が４．７６ｍｍ、上面に対する外周面の逃げ角を１５度に設定した。また、回動防止面は円形インサートの底面より（２／３）ｈ〜（１／１０）ｈの範囲に形成した。本発明例２２の回動防止面は、外周面の周面方向に４面設けた。その中の１面を回動防止部材１７と当接させて、円形インサートを、止めねじを用いて工具本体に固定した。また、本発明例２３、２４は、回動防止面数を夫々６面、８面とした。そのうちの２面を回動防止部材１７と当接させて、円形インサートを、止めねじを用いて工具本体に固定した。本発明例２２から２４の円形インサートの底面はいずれも円形であった。

作製した刃先交換式切削工具を用いて、切削評価を行なった。表３に示す円形インサートを取付けた刃先交換式切削工具を、工具保持具であるアーバへ取付けた後、フライス盤の主軸に装着した。下記に示す切削条件２を用いてポケット形状を等高線加工した。その後、工具本体の受け面の精度劣化を、実施例１と同様な評価方法を用いて評価した。評価結果を表３に示す。
（切削条件２）
被削材：ＳＣＭ４４０相当材、硬さＨＲＣ３０
切削速度：２００ｍ／分
主軸の回転数：１０１１回転／分
切込み量：２ｍｍ
径方向切込み幅：２５ｍｍ
１刃の送り：０．８ｍｍ
テーブル送り：３０５５ｍｍ／分
加工方法：乾式、等高線加工

表３に示すマスターインサートによる精度劣化測定結果から、本発明例２２から２４においては刃先位置の変化量は無く、満足のいく結果が得られた。実施例１と同様に目視観察においても工具本体の受け面や着座面の摩滅や変形は無く、良好であるのがわかった。更に、実体顕微鏡を用いて３０倍に拡大したときの詳細な観察を行なった所、本発明例２２の工具本体の受け面と着座面にほんの僅かな褐色を帯びた接触痕が観察された。一方、本発明例２３、２４の工具本体の受け面と着座面は良好であった。このことから、インサートの直径が１６ｍｍと大きい場合には、回動防止部材の複数化により、インサートの回動をより確実に防止することができ、好ましいことがわかった。

本発明の刃先交換式切削工具は、比較的小径であり、薄い円形インサートを使用する場合において、工具本体に装着した円形インサートの回動を回動防止面と回動防止部材の当接によって防止できると共に、円形インサートの底面および外周面をより広く設計できる。そのため、切削負荷による工具本体の受け面の摩滅や変形を抑えることができるから、高精度、高能率加工を行なう刃先交換式切削工具にとって、産業上の利用可能性が向上する。

１刃先交換式切削工具
２工具本体
３インサート
４上面
５底面
６切刃
７外周面
８回動防止面
９取付け孔
１０止めねじ
１１インサート固定部
１２受け面
１３着座面
１４止めねじ挿入孔
１５回動防止部材
１６固定部材
１７回動防止部材
Ａインサート厚さ方向の位置
Ｂインサート厚さ方向の位置
Ｃインサート厚さ方向の位置
Ｌ回動防止面の円周方向の幅

Claims

円形インサートが工具本体とねじ部材を介して着脱自在に装着された刃先交換式切削工具において、該円形インサートは、上面と、該上面と対向して該上面より小径の底面と、該上面と該底面をつなぐ円錐状に形成された外周面とを有する円板形状であり、該上面がすくい面、該外周面が逃げ面であり、該すくい面と該逃げ面によって切刃稜線が形成され、該円形インサートの該底面と平行な断面のうち、一部の断面が、上面方向より見て凹部の形状を含む断面であって、該凹部は回動防止面であり、該円形インサートの厚さをｈとしたとき、該回動防止面の上端が該底面から（２／３）ｈの位置よりも下方にあり、該回動防止面の下端が該底面から（１／１０）ｈの位置よりも上方にあることを特徴とする刃先交換式切削工具。
請求項１に記載の刃先交換式切削工具において、該円形インサートの該底面が該工具本体の着座面と接触し、該円形インサートの該回動防止面が該工具本体の回動防止部材と接触していることを特徴とする刃先交換式切削工具。