JP2011110664A - スローアウェイ式切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】スローアウェイ式切削工具のチップ座の加工を容易化し、ボディ剛性の低下抑制、ボディ径の増加も可能にして小径工具でもスローアウェイ化を図れるようにすることを課題としている。
【解決手段】工具ボディ３の外周に形成するチップ座６の座底面６ａに、座底面に対して垂直な壁面７ａ_−１〜７ａ_−３を有する凹部７を形成し、切れ刃チップ１０の底部に凹部７に適合させた凹部深さよりも突出量の小さい凸部１８を設け、その凸部１８を凹部７に挿入して凸部１８の外周を凹部の壁面７ａ_−１〜７ａ_−３で拘束し、凸部１８の周囲のチップの底面をチップ座の座底面６ａで支持するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、工具ボディに切れ刃チップを装着して構成されるスローアウェイ式切削工具、詳しくは、工具ボディに設けるチップ座の加工の容易化やボディ剛性の低下抑制などを図って従来に勝る小径化を実現したスローアウェイ式切削工具に関する。

首記のスローアウェイ式切削工具の従来例として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。同文献に開示された工具は、エンドミルであり、工具ボディの先端外周に設けたチップ座（インサートポケット）に切れ刃チップ（インサート）を着脱自在に装着している。

前記チップ座は、切屑ポケットの溝面を掘り下げて形成されており、座底面と座側面（側壁面）と座後面（後壁面）を備え、それらの面でチップの底面と側面と端面の３面を拘束するものになっている。

切れ刃チップ（以下では単にチップとも言う）は、側面が傾斜したポジティブ型のチップが用いられている。チップ座の座側面と座後面は、チップの側面に対応させて傾斜させている。その座側面と座後面を座底面に直接交わらせる構造では、コーナ部に対する応力集中が起こって座側面と座底面、座後面と座底面の境界部にクラックが生じやすくなるなどの問題がある。そのために、特許文献１は、上記境界部に断面が曲面のぬすみ部（溝）を設けている。また、ボディ径を大きくするために、工具ボディの外周面と座底面が交わる部分のエッジを底面に対して垂直な平カット部を形成して除去している。

特開平８−７１８３０号公報

上記特許文献１のエンドミルは、チップ座の座底面とそれぞれが傾斜した座側面及び座後面との間に曲面のぬすみ部を設けているのでチップ座の形状が複雑になってその座の加工が煩雑化し、座の精度を確保するのも容易でない。

また、チップ座のコーナ部に設けるぬすみ部を比較的大きくとる必要があるため、ボディ剛性の低下が著しく、小径工具では必要剛性の確保が難しくなる。

さらに、前記平カット部の設置によるボディ径増加の効果に限界があり、小径工具ではチップを固定するクランプねじのねじ込み代の確保も難しくなる。

例えば、直径がφ８ｍｍ以上の工具については、何とか実用に供し得る製品を作ることができるが、直径がそれ以下の工具は、チップ座の加工規制を受け、ボディ剛性の確保、クランプねじのねじ込み量確保も困難になってスローアウェイ化が制限されているのが実情である。

この発明は、上記の問題を解決すること、即ち、チップ座の加工を容易化し、ボディ剛性の低下抑制、ボディ径の増加も可能にして小径工具でもスローアウェイ化を図れるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、工具ボディの外周にチップ座を形成し、そのチップ座に取付け孔を有する切れ刃チップをクランプねじでクランプして装着したスローアウェイ式切削工具に以下の特徴を付与した。
即ち、前記チップ座の座底面に凹部を形成し、その凹部を、前記座底面に対して垂直な壁面を有し、その壁面によって径方向の外側と内側と後部の３方又は全周が囲われたものにし、
さらに、前記切れ刃チップの底部に前記凹部に適合させた凹部深さよりも突出量の小さい凸部を設け、
前記凸部を前記凹部に挿入してその凸部の外周を前記凹部の前記壁面で拘束し、さらに、前記凸部の周囲のチップの底面を前記チップ座の座底面で支持するようにした。

この切削工具は、例えば、以下に列挙するものが具体的形態として挙げられる。
（１）前記凹部を、径方向外側に配置される工具の軸心と平行な第１の側壁面と、径方向内側に配置される工具の軸心と平行な第２の側壁面と、それらの側壁面に両端が連なる後壁面を有し、前端が工具ボディの前面に開放した平面視長方形の凹部にしたもの。
（２）前記凹部を、径方向外側に配置される工具の軸心と平行な第１の側壁面と、径方向内側に配置される工具の軸心と平行な第２の側壁面と、それらの側壁面にそれぞれの両端が連なる後壁面及び前壁面を有し、全域がチップ座の座底面に囲われた平面視正方形又は平面視長方形の凹部にしたもの。
（３）前記凹部を、平面視円形の凹部にしたもの。
（４）前記工具ボディがシャンクの先端に一体に形成され、その工具ボディの先端外周に前記チップ座がひとつ形成され、そのチップ座に外周刃と底刃を有する切れ刃チップがクランプねじでクランプして装着され、工具の有効径がφ８ｍｍ以下のエンドミルとして構成されたもの。

この発明の切削工具は、チップ座に、チップの側面を拘束する面が存在しない。好ましくはチップ座に側面と後面を含ませるが、その側面と後面はチップを支持する座ではなく、切削時に荷重が加わらない。従って、チップ座の座底面と前記側面或いは後面とのコーナ部に曲面の応力分散用のぬすみ部を設ける必要がない。

また、チップ座の座底面に設けた凹部は垂直に掘り下げればよいので加工し易い。しかも、その凹部の底面には荷重が加わらず、そのために、凹部の壁面と底面が交わるコーナ部にも応力分散用のぬすみ部を設ける必要がなく、これにより、チップ座の加工が単純化されて容易になる。

また、工具ボディの肉を減少させる応力分散用のぬすみ部をなくしたことでボディ剛性も高まる。この発明の構造によれば、同一有効径の工具で比較したときのボディ外径を従来工具よりも大きくすることができ、このことによってもボディ剛性が高められる。

また、ボディ外径を大きくすることで、チップ座の座底面に形成するねじ孔を長くしてクランプねじのねじ込み量を増加させることも可能になる。

これにより、従来は製造できないと考えられていた有効径がφ８ｍｍ以下の小径工具についても、スローアウェイ化を図ることが可能になった。

なお、この発明の工具は、チップの底部に設けた凸部をチップ座の座底面に設けた凹部に係止させてチップに加わる径方向の力と後ろ向きの力を受け止める。従って、チップの位置保持の安定性も十分に確保される。

チップをクランプねじで固定する工具は、一般にチップの位置決めをクランプねじに依存して行なっており、クランプねじの締め付けが緩むと工具回転でチップに加わる遠心力によってチップが飛散する虞があったが、この発明の切削工具は、前記凹部と凸部が係止してチップの径方向外側への変位が阻止されるため、遠心力によるチップの飛散防止も起こり難い。

この発明の切削工具の一例を、チップを外した状態にして示す斜視図 図１の切削工具の要部を、チップを装着した状態にして示す斜視図 図１の切削工具の正面図 図１の切削工具の工具ボディに設けたチップ座の平面図 図１の切削工具に採用した切れ刃チップの平面図 図５の切れ刃チップの側面図 図５の切れ刃チップの底面図 図５の切れ刃チップの端面図 この発明の切削工具の他の例を、チップを外した状態にして示す斜視図 図９の切削工具の正面図 図９の切削工具の工具ボディに設けたチップ座の平面図 図９の切削工具に採用した切れ刃チップの側面図 図９の切削工具に採用した切れ刃チップの底面図

以下、添付図面の図１〜図１３に基づいて、この発明の切削工具の実施の形態を説明する。図１〜図８は第１形態の切削工具（図のそれはスローアウェイ式エンドミル）とそれに採用した切れ刃チップを表している。

図１〜図４に示すように、この切削工具１は、シャンク２とそのシャンクの先端に一体に形成された工具ボディ３と、切れ刃チップ１０と、その切れ刃チップを工具ボディ３に固定するクランプねじ４とで構成されている。

工具ボディ３の先端外周には、ボディの一部を切り欠いて生じさせた切屑ポケット５と、この発明を特徴づけるチップ座６が形成され、そのチップ座６に切れ刃チップ１０がクランプねじ４でクランプして取り付けられる。

チップ座６は、座底面６ａと、その座底面から立ち上がる側面６ｂと後面６ｃを有する。また、座底面６ａの一部を掘り下げて形成された凹部７を有する。

側面６ｂと後面６ｃは、切れ刃チップ１０をチップ座６に装着した状態でそのチップの側面１３、１４から離反する位置に形成される。従って、切れ刃チップを支持する座として働く面ではない。この側面６ｂ及び後面６ｃは、チップの支持を行なわないため必須ではないが、これらの面は、工具ボディ３の減肉量を少なくする目的で工具ボディ３の切屑ポケット５に対面する部分を掘り下げてチップ座６を形成したときに不可避に生じる。

凹部７は、座底面６ａに対して垂直な壁面を有している。第１形態の切削工具に設けられるその壁面は、径方向外側に配置される工具の軸心と平行な第１の側壁面７ａ_−１と、その第１の側壁面７ａ_−１に対向させて径方向内側に配置される工具の軸心と平行な第２の側壁面７ａ_−２と、一端が第１の側壁面７ａ_−１に、他端が第２の側壁面７ａ_−２にそれぞれ連なる工具の軸心Ｃと直角な後壁面７ａ_−３の３面からなる。

その構造では、凹部７が平面視長方形をなし、その凹部７の前端が工具ボディ３の前面に開放する。８は、凹部７の底面に加工されたねじ孔であり、ここにクランプねじ４がねじ込まれる。

次に、切れ刃チップ１０は、湾曲した上面１１と、平坦な底面（着座面）１２と、上面１１に対して鋭角に、底面１２に対して鈍角にそれぞれ交わる左右一対の側面１３、１３と、同じく上面１１に対して鋭角に、底面１２に対して鈍角にそれぞれ交わる前後一対の側面１４、１４を有する。

また、上面１１と側面１３との交差稜で構成される外周刃１５と、上面１１と側面１４との交差稜で構成される底刃１６と、上面１１の中央にあけられた取付け孔１７を有し、さらに、底部の取付け孔１７の出口を囲う位置に下向きに突出した凸部１８を有する。上面１１の切れ刃に沿った部分は、正のすくい角を有するすくい面となっている。

凸部１８は、凹部７に対応させたもので、凹部７の各壁面７ａ_−１〜７ａ_−３に対してそれぞれ対向する面を外周に有し、凹部７に適合して挿入される大きさになっている。その凸部１８のチップの底面１２からの突出量は凹部７の深さよりも小さい。

なお、凸部１８のチップ底面からの突出量（図６のｔ１）は、チップの切削に関与する側の強度と凸部１８自身の強度の兼ね合いから、チップの全体厚みｔの１／２〜１／５程度が適当と考えられる。

また、凸部１８の周囲に残される底面１２の凸部１８から外端までの幅ｗ，ｗ１（図７参照）は、チップの着座安定性の面から最低で０．３ｍｍ程度確保するのがよい。

このように構成された切れ刃チップ１０を、工具ボディ３に形成された凹部７に凸部１８を挿入してチップ座６に装着する。上述したように、凸部１８は、チップの底面からの突出量を凹部７の深さよりも小さくしているので、チップの底面１２がチップ座の座底面６ａに接する位置まで凸部１８を凹部７に入り込ませたときに凸部１８は凹部７の底から浮き上がり、底面１２の座底面６ａによる支持が安定してなされる。

このとき、切削に関与しない側のチップの側面、即ち、工具の径方向内側に配置される側面１３と工具の後側に配置される側面１４は、チップ座の側面６ｂに接触せず、チップの工具径方向の位置決めと工具後方へのシフト防止は、凸部１８と凹部７によってなされる。

凹部７の壁面７ａ_−１〜７ａ_−３によって凸部１８の外周が拘束され、切削時のチップの位置決めがクランプねじ４に依存せずに行なわれる。そのために、チップの位置が安定し、工具を高速回転させたときの遠心力によるチップの飛散も確実に防止されるようになる。

このように、切れ刃チップの位置決めをチップ座の座底面に設けた凹部７とチップの底部に設けた凸部１８によって行なうので、チップ座の座底面６ａとその座の側面６ｂ、後面６ｃとのコーナ部に対する応力の集中が起こらない。従って、そのコーナ部に応力分散用のぬすみ部を形成する必要がなく、チップ座の形状が単純化されてそのチップ座の加工が容易になり、小径工具でも加工規制が緩和される。

また、応力分散用のぬすみ部がないので工具ボディの肉の減少が少なくなってボディ剛性の低下が抑制される。

また、チップの底部に凸部１８を設け、その凸部１８を工具径方向外側からも拘束する構造となしたことで、工具ボディの外径を従来よりも大きくすることが可能になり、ボディ径の増加によるボディ剛性の向上も図れるようになる。

ボディ外径を大きくすることでねじ孔８の長さを長く取れるようになるので、クランプねじ４のねじ込み量を大きくしてクランプねじによるチップ固定の安定性を高めることも可能になる。

ボディ径の増加について、図３を参照してさらに詳しく説明する。今、底部に凸部を設けていないチップ（従来品）と凸部１８を設けたチップ（発明品）の全体厚みが同一であると考える。このとき、従来品は、底面と側面の交差したコーナｂが図３の鎖線位置に配置されることになるので、工具ボディ３の外径を同図に示すＤに設定せざるを得ない。

これに対し、この発明の工具では、チップの底面１２と側面１３が交わるコーナａが従来品よりも径方向外側に置かれるので、工具ボディ３の外径を図３のＤ１まで増大させることができ、それによりボディ剛性が高まる。

図９〜図１３は、第２形態の切削工具（これもスローアウェイ式エンドミル）とそれに採用した切れ刃チップを表している。

この第２形態の切削工具１Ａは、チップ座６の座底面に形成する凹部７を、４つの壁面を有する凹部とした点が第１形態の切削工具１と異なる。

第２形態の切削工具１Ａに設けた凹部７は、径方向外側と径方向内側にそれぞれ配置される各々が工具の軸心と平行な第１の側壁面７ａ_−１と第２の側壁面７ａ_−２、両側壁面に連なる工具の軸心Ｃと直角な後壁面７ａ_−３のほかに、後壁面７ａ_−３と平行な前壁面７ａ_−４を有し、平面視長方形で四方が壁面に囲われた形状になっている。

これに合わせて、切れ刃チップ１０の底部に設ける凸部１８も、図１２,図１３に示すように、凹部の４つの壁面７ａ_−１〜７ａ_−４にそれぞれ係合する面を外周に備えるものにしている。

その他の構成は、第１形態の切削工具と同じである。同一構成部の説明は省く。凸部１８の強度を不足なく確保できる場合には、この第２形態の構成も有効である。

なお、第１形態の切削工具は、第２形態に比べて凹部７とチップの底部に設ける凸部１８のサイズを大きくすることができ、凹部７の加工もし易い。また、第２形態の切削工具は、凹部７が工具ボディの先端に開放しないため、第１形態に比べてボディ剛性の低下を小さく抑えることができる。

第２形態の切削工具１Ａは、凹部７を平面視円形の凹部にし、そこにチップの底部に形成した円柱状の凸部を挿入するものも考えられ、これは、凹部径と同径の穴あけ工具（例えばスクエアエンドミル）で凹部を簡単に加工することができる。

図１〜図４に示した第１形態の切削工具１を製造した。その工具は、図５の平面視における長辺の長さＬ≒７ｍｍ、短辺の長さのＬ１≒４ｍｍの刃先交換式チップを用いたもので、図３に示す有効径Ｄ１＝φ７ｍｍである。
かかる仕様の切削工具を試作した結果、チップ座の加工規制を受けることなく製造することができた。

次に、試作工具を用いて、下記の条件で切削を行なった。
切削条件
工具回転数：４，５００ｒ．ｐ．ｍ
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：縦１．０ｍｍ、横３．０ｍｍ
送り：０．１ｍｍ／刃
被削材：Ｓ５０Ｃ

この試験により、安定した切削がなされ、実用に耐える切削工具が得られることを確認した。このように、この発明によれば、従来は製造できないと考えられていた有効径がφ８ｍｍ以下の小径工具についても、スローアウェイ化を図ることが可能になる。

小径（例えば、有効径が８ｍｍ以下）の切削工具は、工具ボディ３がシャンク２の先端に一体に形成され、その工具ボディの先端外周にチップ座６がひとつ形成され、そのチップ座に切れ刃チップがクランプねじでクランプして装着された実施形態の構造にするとボディ剛性を確保しやすい。

なお、この発明は、エンドミル以外のミーリングカッタにも適用できる。また、例示の工具に採用した切れ刃チップは、複数コーナを入れ替えて使用できる刃先交換式チップであるが、使用する切れ刃チップが刃先交換式であるか否かは問わず、切れ刃チップの形状も図示の形に限定されない。

１、１Ａ 切削工具
２ シャンク
３ 工具ボディ
４ クランプねじ
５ 切屑ポケット
６ チップ座
６ａ 座底面
６ｂ 側面
６ｃ 後面
７ 凹部
７ａ_−１ 第１の側壁面
７ａ_−２ 第２の側壁面
７ａ_−３ 後壁面
７ａ_−４ 前壁面
８ ねじ孔
１０ 切れ刃チップ
１１ 上面
１２ 底面
１３,１４ 側面
１５ 外周刃
１６ 底刃
１７ 取付け孔
１８ 凸部
ａ 側面と底面が交わるコーナ
Ｃ 工具の軸心
Ｄ１ 有効径
Ｌ チップの長辺の長さ
Ｌ１ チップの短辺の長さ
ｔ１ 凸部の突出量
ｔ チップの厚み
ｗ，ｗ１ チップの底面の凸部から外端までの幅

Claims (5)

1. 工具ボディ（３）の外周にチップ座（６）を形成し、そのチップ座（６）に取付け孔（１７）を有する切れ刃チップ（１０）をクランプねじ（４）でクランプして装着したスローアウェイ式切削工具において、
   前記チップ座の座底面（６ａ）に凹部（７）を形成し、その凹部（７）を、前記座底面（６ａ）対して垂直な壁面を有し、その壁面によって径方向の外側と内側と後部の３方又は全周が囲われたものにし、
   さらに、前記切れ刃チップ（１０）の底部に前記凹部（７）に適合させた凹部深さよりも突出量（ｔ１）の小さい凸部（１８）を設け、
   前記凸部（１８）を前記凹部（７）に挿入してその凸部（１８）の外周を前記凹部の前記壁面（７ａ）で拘束し、さらに、前記凸部（１８）の周囲のチップの底面（１２）を前記チップ座（６）の座底面（６ａ）で支持するようにしたことを特徴とするスローアウェイ式切削工具。
2. 前記凹部（７）を、径方向外側に配置される工具の軸心と平行な第１の側壁面（７ａ_−１）と、径方向内側に配置される工具の軸心と平行な第２の側壁面（７ａ_−２）と、それらの側壁面に両端が連なる後壁面（７ａ_−３）を有し、前端が工具ボディの前面に開放した平面視長方形の凹部にしたことを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式切削工具。
3. 前記凹部（７）を、径方向外側に配置される工具の軸心と平行な第１の側壁面（７ａ_−１）と、径方向内側に配置される工具の軸心と平行な第２の側壁面（７ａ_−２）と、それらの側壁面にそれぞれの両端が連なる後壁面（７ａ_−３）及び前壁面（７ａ_−４）を有し、全域がチップ座の座底面（６ａ）に囲われた平面視正方形又は平面視長方形の凹部にしたことを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式切削工具。
4. 前記凹部（７）を、平面視円形の凹部にしたことを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式切削工具。
5. 前記工具ボディ（３）がシャンク（２）の先端に一体に形成され、その工具ボディ（３）の先端外周に前記チップ座（６）がひとつ形成され、そのチップ座（６）に外周刃（１５）と底刃（１６）を有する切れ刃チップ（１０）がクランプねじ（４）でクランプして装着され、有効径φ８ｍｍ以下のエンドミルとして構成された請求項１〜４のいずれかに記載のスローアウェイ式切削工具。

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