JP2011073104A - 切削工具用ホルダおよび切削工具ならびにこれらを用いる被削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性に優れる切削工具用ホルダを提供する。
【解決手段】 本発明の切削工具ホルダは、外周部に、切削インサートを装着するためのインサートポケットが配設される本体部を備え、前記インサートポケットは、前記切削インサートの一の面を支持する支持面と、前記支持面と交差する側面と、前記支持面と前記側面との間に位置する交差部と、を有する切削工具用ホルダであって、前記側面は、前記切削インサートが当接される当接部位と、前記当接部位と前記交差部との間に位置する前記切削インサートが当接されない非当接部位とを有するとともに、前記非当接部位には、凹部が設けられることを特徴とする。

【選択図】 図１

Description

本発明は、切削工具用ホルダおよび切削工具ならびにこれらを用いる被削加工物の製造方法に関する。

従来、経済性の観点から、切削インサートを、インサートポケット内に装着するスローアウェイ式の切削工具が用いられている。しかし、スローアウェイ式の切削工具は、切削インサートが当接するインサートポケットの当接面が複数ある場合には、これらの当接面の交差部分に応力が集中しやすいという欠点を有している。

このような応力を緩和するために、例えば、特許文献１では、インサートポケットの２つの拘束面の交差部の全長にわたって凹溝が形成されている。しかし、このように凹溝を設けた場合であっても、応力が大きくなると、十分な応力緩和効果が得られず、場合によっては上記交差部にクラックが生じる場合がある。特に、高負荷切削の場合には、交差部に集中した応力が破断強度に達して、ホルダが破壊されるおそれがある。

特開２００４−１７４６８４号公報

本発明の目的は、高負荷切削を行う場合にもクラックが生じにくい、耐久性に優れる切削工具用ホルダおよび切削工具を提供することにある。

本発明の切削工具用ホルダは、外周部に、切削インサートを装着するためのインサートポケットが配設される本体部を備える。前記インサートポケットは、前記切削インサートの一の面を支持する支持面と、前記支持面と交差する側面と、前記支持面と前記側面との間に位置する交差部と、を有する切削工具用ホルダである。前記側面は、前記切削インサートが当接される当接部位と、前記当接部位と前記交差部との間に位置する前記切削インサートが当接されない非当接部位とを有し、かつ、前記非当接部位には、凹部が設けられることを特徴とする。

本発明の切削工具は、切削インサートと、前記切削工具用ホルダと、を備える。

本発明の被削加工物の製造方法は、上記切削工具を回転させて被削材に近づける工程と、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、を包含することを特徴とする。

本発明の切削工具用ホルダおよび切削工具によれば、第１の側面の非当接部位に凹部が配置されているため、この凹部により、切削時に生じる、インサートポケットにおける支持面と第１の側面との交差部への応力が分散される。その結果、切削工具用ホルダの破壊が抑制される。

（ａ）は、本実施形態の切削工具用ホルダ１の一例を示す全体斜視図であり、（ｂ）は、図１(ａ)に示すインサートポケット２に切削インサートを装着した部分拡大図である。 （ａ）は、図１（ａ）に示す切削工具ホルダ１の部分拡大図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の上面視図であり、（ｃ）は、図２（ｂ）のＸ−Ｘ線における断面図である。 図２（ｃ）のインサートポケット２に切削インサート１０を装着した形態を示す断面図である。 図１（ａ）に示す切削工具用ホルダ１の先端視図である。 （ａ）は、本実施形態の切削工具用ホルダ１におけるインサートポケット２の別の実施形態を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）のインサートポケットで切削インサート１０を装着した部分拡大断面図である。 本実施形態の切削工具３０の一例を示す全体斜視図である。 図６に示す切削工具３０の部分拡大断面図である。 図６の切削工具３０による被削加工物の製造方法を説明するための工程図である。 図２（ｃ）に示すインサートポケットの２次元モデルを示す模式図である。

＜切削工具用ホルダ＞
以下、本実施形態の切削工具用ホルダ１について、図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）に示すように、本実施形態の切削工具用ホルダ１は、軸線Ｏを中心にＴ方向に回転する略円盤状の本体部を備えており、この本体部の外周部には、切削インサートを装着するためのインサートポケット２が配設されている。切削工具用ホルダ１は、例えば、被削材を平面加工するフライスカッタ用のホルダとして使用される。

インサートポケット２は、切削インサートを支持する支持面と交差する側面とを有しており、これらの支持面と側面とによって、切削インサートが拘束される。図１（ａ）においては、インサートポケット２は、支持面と２つの側面とで構成されている。すなわち、インサートポケット２は、回転方向Ｔを向くように配置される支持面２１と、支持面２１と交差するように位置される第１の側面２２および第２の側面２４と、を有する。また、支持面２１と第１の側面２２との間、および支持面２１と第２の側面２４との間には、それぞれ交差部２３、２５が配設されている。本明細書においては、交差部とは、支持面と側面との間に形成される不連続面のことをいう。

本実施形態においては、具体的には、図１（ｂ）に示すように、上面１１、下面１２、および側面１３を有する板状体の切削インサート１０に対して、支持面２１が切削インサート１０の下面１２と当接され、第１の側面２２および第２の側面２４が切削インサートの２つの側面１３とそれぞれ当接される。このように、切削インサートの複数の面を、インサートポケットに当接させることによって、切削インサートを、より安定に拘束することができる。なお、上述の効果は、切削インサートの複数の面が、インサートポケットに当接されていればよく、例えば、切削インサートの側面１３が、インサートポケットの支持面２１に当接され、切削インサートの下面１２がインサートポケットの側面２４に当接されていてもよい。

支持面２１の形状は、切削インサートの当接面に応じて設定される。本実施形態においては、支持面２１は、切削インサート１０の下面（着座面）に当接するために平坦面を有している。そして支持面２１は本体部の回転方向Ｔに対して、当接される切削インサートの後方側に位置するように配設されている。

支持面２１は、切削インサートが装着される場合に、切削インサートのラジアルレーキ（径方向すくい角）が−１５°〜＋１０°となるように配設されることが好ましく、また、切削インサートのアキシャルレーキ（軸方向すくい角）が−１０°〜＋３０°となるように配設されることが好ましい。アキシャルレーキは、例えば、切削インサート１０としてポジティブ型の切削インサートを用いる場合は、切削抵抗低減の観点から正の値であることが好ましく、ネガティブ型の切削インサートを用いる場合は負の値であることが好ましい。

支持面２１には、切削インサートを固定するためのねじ孔が設けられている。このねじ孔の開口部には、ねじ孔への応力を緩和する観点から、面取りが施されている。この面取り部の幅は、ねじ孔の大きさに応じて適宜設定される。

第１の側面２２は、図２に示すように、支持面２１と交差部２３を介して接続されており、例えば、切削インサートの側面１２に当接するように配設されている。

第１の側面２２は、さらに、切削インサートが当接し切削力を直接的に受ける当接部位２２１と、この当接部位２２１と交差部２３との間に形成されるとともに、切削インサートが当接せず切削力を直接的に受けない非当接部位２２２と、を有している。そして非当接部位２２２には、凹部２２３が形成されている。図３は、インサートポケット２に切削インサートを装着した形態を示す断面図である。図３に示すように、第１の側面２２は、当接部位２２１と、交差部２３との間に非当接部位２２２とを有し、この非当接部位２２２に凹部２２３が形成されている。切削工具用ホルダにおいては、切削時にインサートポケットの交差部２３に応力が集中し、そのため交差部２３を起点にクラックが生じ易いという傾向がある。本実施形態においては、非当接部位２２２に形成される凹部２２３が、切削時にかかる交差部２３への応力を緩和するため、交差部２３を起点とするクラックの発生を抑制することができる。

当接部位２２１は、第１の側面２２において、交差部２３に対向する端部（すなわち、交差部２３と接する端部を下方端部とした場合の上方端部）を含むことが好ましい。このような構成によって、切削インサートをより安定に拘束することができる。当接部位２２１は、切削インサートの形状に応じて形成される。例えば、切削インサートの逃げ面に面接触するように形成されてもよいし、図３に示すように、線接触するように形成されていてもよい。

非当接部位２２２は、凹部２２３が形成される大きさを有していればよい。この非当接部位２２２は、例えば、図２(ｃ)に示すように、支持面２１と第１の側面２２とのなす角γを小さくすることによって、大きくすることができる。

凹部２２３の形状は特に制限されない。例えば、凹部２２３の内面が、断面視において曲線状である場合、深さの浅い略円弧状でもよいし、深さの深いＵ字型の略円弧状であってもよい。また、凹部２２３の数も特に制限されず、単独および複数のいずれであってもよい。例えば、非当接部位２２２を横断するように溝状に単独で形成されていてもよいし、小さい半球状の凹部が複数形成されていてもよい。交差部２３の応力をより緩和する観点から、凹部２２３は、交差部２３に略平行な溝状であることが好ましい。具体的には、溝状の凹部２２３は交差部２３に対して±５°程度傾斜していることが好ましい。凹部２２３は、交差部２３の応力をより緩和する観点から、さらに交差部２３と離間していることが好ましい。

交差部２３は、切削時に応力が集中し易い部分である。この交差部２３の内面の形状は特に制限されないが、応力を緩和し、クラックが生じることを抑制する観点から、断面視において、曲線状であることが好ましい。すなわち、フィレット状、あるいは交差部２３を凹状に窪ませた曲面状の凹状溝を設けることが好ましい。本明細書において、「フィレット状」とは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面視において支持面２１と第１の側面２２との交差角部を円弧で丸くした形状をいう。本実施形態のような非当接部位２２２に設けられる凹部２２３は、特にフィレット状の交差部に対して特に大きな応力緩和効果を発揮し得る。このフィレット状は、交差部２３の全長にわたって形成されることが好ましい。

交差部２３の内面および凹部２２３の内面が断面視において曲線状である場合、交差部２３の内面の曲率半径は、凹部の内面の曲率半径より小さくなることが好ましい。なお、本明細書において、「交差部２３の内面および凹部２２３の内面の曲率半径」とは、その曲線が有する曲率半径のうち最大のものを指す。このような構成によって、切削時に生じる交差部２３の応力をさらに緩和することが可能である。特に交差部２３がフィレット状であるとより大きな応力緩和効果が得られる。

また、第１の側面２２は、支持面２１に対して、鋭角となるように傾斜していることが好ましい。このことは、特に、高送りなどの高負荷切削条件下において効果的である。本明細書において、「高送り」とは、被削材（テーブル)の送り量が大きいことをいう。高負荷切削条件下では、切削インサートは回転方向に強い衝撃を受け、場合によっては切削インサートが脱離する可能性がある。上記のように、第１の側面２２を、支持面２１に対して、鋭角となるように傾斜させることによって、切削インサート１０の脱離を抑制し、安定した切削加工が可能となる。

第２の側面２４は、図２（ａ）に示すように、切削インサートをより安定に拘束するために設けられる。第２の側面２４は、支持面２１および第１の側面２２のそれぞれと交差している。この第２の側面２４は、第１の側面２２と同様に、切削インサートの側面と当接されており、当接部位２４１と非当接部位２４２とを有している。第２の側面２４の非当接部位２４２に凹部２４３を配置してもよい。

上記第２の側面２４が配置される場合、第１の側面２２と第２の側面２４とは、切削インサートを装着した場合に、使用される切刃（主切刃）の垂直二等分線に対して、左右対称となるように配置されることが好ましい。このような構成によって、主切刃の送り量が変化した場合であっても、第１の側面２２および第２の側面２４のいずれかによって、切削インサートの側面が拘束されることとなり、安定な拘束が可能となる。なお、本実施形態においては、第１の側面２２と第２の側面２４との間（交差部）には、応力を緩和する観点から、溝部が形成されている。

上記のようなインサートポケット２の配設数については特に制限されない。装着される切削インサートの１枚あたりの負荷が少なくなる点で、ホルダの剛性やホルダのサイズが許す限り、インサートポケットの配設数が多いほど好ましい。また、隣り合うインサートポケット間のピッチ角についても特に制限されない。本実施形態においては、インサートポケット２が７個配設されており、６つのピッチ角が形成されている。切削時に発生する振動を抑制することを目的として、隣り合うピッチ角が異なることが好ましい。具体的には、図４に示すように、支持面２１Ａの外周側端部と中心軸Ｏとを結ぶ直線を直線Ａとし、支持面２１Ｂの外周側端部と中心軸Ｏとを結ぶ直線を直線Ｂとし、そして直線Ｂと、支持面２１Ｃの外周側端部と中心軸Ｏとを結ぶ直線を直線Ｃとする場合、直線Ａと直線Ｂとのなす角（ピッチ角α）と、直線Ｂと直線Ｃとのなす角（ピッチ角β）とが異なることが好ましい。ピッチ角αとピッチ角βとの角度の差は３°以下であることがより好ましい。

以上のように、本実施形態の切削工具用ホルダ１は、第１の側面２２において、切削インサート（例えば、ポジティブ型の切削インサート）を装着した場合に形成される非当接部位２２２に、凹部２２３を設けることによって、切削時に生じる交差部２３の応力を緩和することができる。そのため、特に高負荷切削条件下においても、交差部２３にクラックが生じ難く、耐久性に優れている。なお、支持面２１に非当接部位が形成される場合、この非当接部位に凹部を設ける場合であっても、上記のような応力緩和効果が得られることはいうまでもない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図５（ａ）に示すように、交差部２３が凹溝である態様である。交差部２３に凹溝を形成することによって、断面視において、交差部が垂直な角部を形成し、略Ｌ字型をした場合に比べて、切削時に生じる応力が緩和され、交差部にクラックが生じ難くなる。第１の側面２２の非当接部位２２２に設けられる凹部２２３の応力緩和効果は、この凹溝が特に曲面状の凹溝の場合に、より高い効果を発揮する。

なお、この第２の実施形態において、ネガティブ型の切削インサートを用いた場合の態様を図５（ｂ）に示す。この場合、交差部２３の凹溝は、切削インサートの未使用の切刃と支持面２１および第１の側面２２とが接触することを抑制する切刃保護部としても機能する。

＜切削工具＞
本実施形態の切削工具３０は、図６に示すように、上記切削工具用ホルダ１と、上記切削ホルダ１のインサートポケット２に装着される切削インサート１０′とを備える。

上記切削インサートとしては、例えば、略多角形板状体のものが用いられる。図６に示すような上面および下面の両面をそれぞれすくい面として使用可能なネガティブ型の切削インサートであってもよいし、あるいは図１（ｂ）に示すような側面に逃げ角が付与された、いわゆるポジティブ型の切削インサートであってもよい。本実施形態に使用される切削インサート１０′は、５つの長辺を有する略五角形のネガティブ型の切削インサートである。この切削インサート１０′は、すくい面として機能する上面と、着座面として機能する下面と、逃げ面として機能し、かつ上面および下面に垂直な側面とで構成されている。そして上面または下面と、側面との交差稜線部にそれぞれ切刃１４が形成されている。このように、切削インサート１０′は、１０コーナ仕様の切削インサートである。なお、切削インサート１０′の上面の略中央部には、下面に貫通する孔が形成されている。この貫通孔は、切削インサート１０′をインサートポケット２に固定する目的で形成されている。貫通孔に取付ねじを挿入してインサートポケット２のねじ孔（具体的には支持面２１のねじ孔）にねじ込むことによって切削インサート１０′をインサートポケット２に固定することができる。例えば、図５（ｂ）に示すように、この貫通孔の中心軸Ｐは、取付ねじを挿入して固定する際に、切削インサート１０′がホルダ１の回転中心軸Ｏ側に引き込まれるように、インサートポケット２のねじ孔の中心軸Ｑに対して偏心していてもよい。

図６および図７において、切削工具用ホルダ１の支持面２１と、切削インサート１０′の下面との間に、シート部材２０が配置されている。このシート部材２０は、切削工具用ホルダ１の保護の目的で配置されており、切削インサート１０′の破損に伴うホルダの破損を抑制する効果を有する。また、高負荷切削条件下においては、支持面２１の変形を抑制し得る。なお、シート部材２０は、非当接部位２２３に対して当接してもよいし、当接しなくてもよい。

シート部材を配置する場合、シート部材の高さは、例えば図７に示すように、切削インサート１０′の未使用の切刃が、支持面２２１と第１の側面２２２との間に設けられる凹部２２３の位置となるように調整されることが好ましい。このような構成によって、切削インサート１０′の未使用の切刃が拘束面に接触することにより生じ得る欠損を抑制することができる。なお、図７においては、ネガティブ型の切削インサートを用いることから、切削インサートの逃げ面と被削材との距離をより大きく取るために、切削インサートのアキシャルレーキが負の値を有するように装着されている。

＜被削加工物の製造方法＞
本発明に係る被削加工物の製造方法は、上記切削工具（転削工具）を回転させて被削材に近づける工程と、被削材の表面に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、を包含する。具体的な工程を以下に説明する。

まず、切削工具用ホルダ１に切削インサート１０′を装着する。このとき、切削工具用ホルダ１の本体部の回転方向に沿って、切削インサート１０′を、切削工具用ホルダ１のインサートポケット２に取り付ける。取り付け方法は、例えば、切削インサート１０′のすくい面である上面１１から下面１２にかけて形成される中央部の貫通孔に、取付ねじを挿入することによって行われる。

次いで、切削工具用ホルダ１に切削インサート１０′を取り付けた後、図８（ａ）に示すように、切削工具用ホルダ１の軸心Ｓを中心に矢印Ａ方向に回転させ、次いで、切削工具３０を矢印Ｂ方向に動かし、切刃１４を被削材１００に近づける。さらに、図８（ｂ）に示すように、切削インサート１０′の切刃１４を被削材１００の表面に接触させ、切削工具３０を矢印Ｃ方向に動かし、被削材１００の表面を切削する。例えば、切削工具３０は、被削材１００の表面を略平行に切削することが可能である。

その後、図８（ｃ）に示すように、切削工具３０を矢印Ｄ方向に動かし、被削材１００から切削工具３０を離間させる。切削加工を継続する場合には、切削工具３０を回転させた状態を保持して、被削材１００の異なる箇所に切削工具３０の切刃１４を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、使用している切刃１４が摩耗した際には、インサート１０′を貫通孔の中心軸Ｐに対して回転させ、未使用の切刃を用いればよい。

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。

＜実施例＞
（実施例１）
図１に示す切削工具用ホルダ１のインサートポケット部分を２次元モデル化したもの（図９参照）を用いて、応力緩和シミュレーション試験を以下のように行った。すなわち、図９に示すように、支持面２１に対して矢印Ｘの部位、および第１の側面２２に対して矢印Ｙの部位にそれぞれ１０００Ｎの力を加えて、有限要素法を用いて、交差部２３に発生する応力を解析した。図９に示す矢印Ｘおよび矢印Ｙは、交差部２３から等距離の位置にある。なお、インサートポケットの支持面２１は動かないものと仮定する。結果を表１に示す。

（実施例２）
交差部２３がフィレット状である代わりに凹溝であること以外は、実施例１と同様の構成を有するモデルを用いて、実施例１と同様に操作して応力緩和シミュレーション試験を行った。結果を表１に併せて示す。

（比較例１および２）
非当接部位２２２に凹部が形成されていないこと以外は、実施例１と同様の構成を有するモデルを用いて、実施例１と同様に操作して応力緩和シミュレーション試験を行った。結果を表１に併せて示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１および２の非当接部位２２２に凹部２２３を備える場合は、比較例１および２の凹部を備えていない場合に比べて、交差部に生じる応力が小さいことがわかる。このことは、非当接部位２２２に凹部２２３を設けることによって、切削時に生じる交差部の応力を緩和することができることを示す。特に実施例１の交差部がフィレット状である場合に、交差部に生じる応力の緩和効果が顕著であることがわかる。

１ 切削工具用ホルダ
２ インサートポケット
２１ 支持面
２２ 第１の側面
２２１ 当接部位
２２２ 非当接部位
２２３ 凹部
２３ 交差部
１０ 切削インサート
２０ シート部材
３０ 切削工具
１００ 被削材

Claims (10)

1. 外周部に、切削インサートを装着するためのインサートポケットが配設される本体部を備え、
   前記インサートポケットは、
   前記切削インサートの一の面を支持する支持面と、
   前記支持面と交差する側面と、
   前記支持面と前記側面との間に位置する交差部と、を有する切削工具用ホルダであって、
   前記側面は、前記切削インサートが当接される当接部位と、前記当接部位と前記交差部との間に位置する前記切削インサートが当接されない非当接部位とを有するとともに、
   前記非当接部位には、凹部が設けられることを特徴とする、切削工具用ホルダ。
2. 前記凹部は、前記交差部に沿って延びることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具用ホルダ。
3. 前記凹部は、前記交差部と離間して配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の切削工具用ホルダ。
4. 前記交差部および前記凹部の内面は、断面視において、曲線状であり、
   前記交差部の内面の曲率半径が、前記凹部の内面の曲率半径より小さいことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の切削工具用ホルダ。
5. 前記交差部は、断面視において、フィレット状であることを特徴とする、請求項４に記載の切削工具用ホルダ。
6. 前記側面は複数存在する、請求項１から５のいずれかに記載の切削工具用ホルダ。
7. 前記支持面が、前記本体部の回転方向に向くように配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の切削工具用ホルダ。
8. 切削インサートと、請求項１から７のいずれかに記載の切削工具用ホルダと、を備える、切削工具。
9. 前記切削インサートは、上面と、下面と、前記上面および前記下面に垂直な側面と、を備えることを特徴とする、請求項８に記載の切削工具。
10. 請求項８または９に記載の切削工具を回転させて被削材に近づける工程と、
    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、
    を包含する、被削加工物の製造方法。

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