JP2011115934A - フライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 回転工具本体に着脱可能で、平面視で多角形平板状をなすインサートである。このインサートには主切刃のすくい面にネガホーニング、ランドを設け、コーナー部にはR形状のコーナー刃を形成する。そして、回転工具本体にこのインサートを装着したときに、回転工具本体の回転軸方向に対する最下点をインサートの主切刃が有するようにするとともに、ネガホーニング、またはネガホーニングとランドの幅を、この最下点から回転工具本体の回転軸方向に対する外周側方向に向かって、漸次増加するように形成している。
【選択図】 図4
Description
このように、インサートを装着したフライス用刃先交換式回転工具を用いて、被削材に高送り加工を行うと、インサートの切刃に欠損等の不具合が発生しやすくなる。このため、高送り加工を行ってもインサートの切刃に欠損等の不具合の発生を防ぐために、インサートの形状等を改良した種々の技術が提案されている。例えば、下記の特許文献に記載の発明が提案されている。
前記切刃は、前記多角形平板状のインサートの角部に形成されたコーナー刃と、前記コーナー刃を挟むように形成された主切刃と外周刃とから構成され、
前記主切刃の稜線部は、平面視で前記インサートの外側方向に凸形状をなすとともに、前記主切刃のすくい面にはネガホーニング、ランドおよびブレーカ溝を有し、
前記インサートを前記フライス用刃先交換式回転切削工具に装着したときに、
前記主切刃上に、前記フライス用刃先交換式回転切削工具の回転軸方向に対する最下点が生じるようになされ、
前記ネガホーニングの幅は、前記主切刃の最下点から、主切刃と前記コーナー刃とを繋ぐ繋ぎ部に向かって、漸次増加するように形成されていることを特徴としている。
0.03mm≦H1≦0.10mm、 0.15≦H1/H2≦0.50、
0.03mm≦F1≦0.10mm、 0.15≦F1/F2≦0.50、
とされていることを特徴としている。
0.20mm≦RW≦0.50mm、 1.20≦RW/UW≦2.50、
UH≦0.60mm、 0.25mm≦UL≦0.80mm、
とされていることを特徴としている。
ここで、交点10とは、図3(a)に示すように、最下点8と繋ぎ部9とを結んだ線分の垂直2等分線と主切刃6との交点をいう。交点10は、前記したように主切刃6は凸形状をなしているので、最下点8と繋ぎ部9とを結んだ線分Lに対して、図3(a)に示すように平面視で回転工具本体1の工具回転軸と垂直な方向に、インサート2の外側に位置している。
また、フライス用刃先交換式回転切削工具の工具突き出し量(または工具突き出し長さ)が200mmを超えるような長い場合、または、工具径に対して4倍以上の工具突き出し量を有する工具には、切削加工中にビビリ振動が大きくなり切刃の欠損が発生し易い状態となり、被削材の加工面粗さの劣化も生じる。一方、ネガホーニング15は、その幅が小さいと切削抵抗は小さくなるが切刃強度の強化が不十分となり切刃が欠損し易くなる。従って、ネガホーニング15の幅の設定は、被削材の剛性が弱く、切削中にビビリ振動などが発生し易くなる工具突き出し量が200mmを超えるような長い場合、又は、工具径に対して4倍以上の工具突き出し量を有する工具には、ネガホーニング15の幅を小さく設定し、強断続切削になって切刃の欠損が発生し易いときには逆に大きく設定する。また、ネガホーニング15の角度α(度)は、5≦α≦30に設定することが好ましく、α値は最下点8から繋ぎ部9の間で変化させても良い。
ネガホーニング15と同様に、ランド16の幅が広いと耐欠損性は向上する反面、切削抵抗が増大して切削に使用する工作機械への負荷が大きくなり、高能率な高送り加工ができなくなる。一方、ランド16の幅が小さいと切削抵抗は小さくなるが切刃強度の強化が不十分となり切刃が欠損し易くなる。従って、ランド16の幅の設定は、被削材の剛性が弱く、切削中にビビリ振動などが発生し易くなる場合、又は、工具径に対して4倍以上の工具突き出し量を有するフライス用刃先交換式回転切削工具には、ランド16の幅を小さく設定し、強断続切削になって切刃の欠損が発生し易いときには逆に大きく設定することが好ましい。さらに、すくい面にブレーカ溝17を設けることで、切削抵抗の低減化が可能となる。ブレーカ溝17のすくい角β(度)は、β≦20、より好ましくは10≦β≦20にすることが好ましい。
なお、上記した「漸次増加させる」とは、最下点8から繋ぎ部9に向かって連続的に増加させる場合と、連続的に増加させるのではなく部分的に増加させないで一定幅とした部分を含んでいる場合のいずれかを示すものである。
この理由を説明すると次のようになる。上記したように、最下点8付近の切屑厚みT1は約0.06mmにあるので対して、ネガホーニング15の幅が従来と同様に略0.20mmであると、(切屑厚み<ネガホーニングの幅)の関係になる。この状態では、切屑厚みはネガホーニングの幅より薄いため、切屑はネガホーニングの幅の中でカールして詰まり、切屑の排出性が低下し、その結果として被削材に対する切れ味が悪くなって大きな切削抵抗が生じることになる。これに対して、(切屑厚み>ネガホーニングの幅)の関係がなりたつようにしておくと、切れ味が良く、切削抵抗は小さくなる。
上記した最下点8または最下点8付近のことを、以下の説明において「最下点8」と記載する場合がある。従って、「最下点8」と記載した場合は最下点8または最下点8付近を示す。
また、インサート2において、繋ぎ部9のランド16の幅となるF2値(mm)は、F1値を設定の後、F1/F2値が、0.15〜0.50となるように設定することが好ましい。こうすることで、主切刃6のすくい面12における摩耗の進行を遅延させるという有利な効果を得られる。F2値が広いほど、すくい面12の特にコーナー刃5近傍の外周側における摩耗を遅延させる効果があり、耐欠損性が向上する。ただし、F2値は、切刃の耐欠損性や切削抵抗の増大に配慮して、0.10〜0.50mmの範囲内で設定することが好ましい。F2値が過度に広い場合には、切屑の排出性が損なわれて切削抵抗が増大してしまう。これは、切屑をブレーカ溝17へと誘導する流れが阻害される不都合が生じるためである。
溝18の断面形状は、U字形状、V字形状等をなす凹形状をなしておればよい。以下の説明においては、溝18のことを「U字溝18」と記載する。また、U字溝18どうしの間にはすくい面19を有するようにする。このように、複数のU字溝18とすくい面19を配置することにより、インサート2を装着したフライス用刃先交換式回転切削工具を用いて切削加工を行ったときの切屑(図示省略)が、このすくい面19に沿って通過するときに、すくい面19と切屑との接触面積が少なくなるのでその摩擦力が減少し、また摩擦によるすくい面19の温度上昇も抑制される。このことによって、切削抵抗の低抵抗化が図られ、摩耗の進行も遅延させることが可能となり好ましい効果を発揮することができる。特に、主切刃6におけるコーナー刃5近傍の外周側では、ネガホーニング15の幅H2、ランド16の幅F2を共に幅広く設定して切削抵抗は高くなる傾向にあることから、このすくい面19の部位に複数のU字状溝18を設けることは好ましい。
切刃強度の改善では、切削抵抗の低減化対策は施されなかったが、上記したU字溝18をインサート2に配置により切削抵抗の低減化対策を施すことができる。なお、図3(a)および図4においては、繋ぎ部9付近から最下点8付近まで複数のU字溝18とすくい面19とを交互に形成した例を示している。このように、インサート2の外周側のすくい面に複数のU字溝18を設けることにより、前記したように、切削抵抗の低減化を図ることができるようになる。この切削抵抗の低減化は、切屑とすくい面19との接触面積を少なくすることができるために可能になる。特に、工具突き出し量が200mmを超えるような長いフライス用刃先交換式回転切削工具に、上記した複数のU字状溝18を設けたインサート2を回転工具本体1に装着して高送り加工を行う場合に、切削抵抗の好ましい低抵抗化を図ることができるようになる。
本発明の実施形態に係るインサート2において、繋ぎ部9または繋ぎ部9付近では、上記RWと、RWとUWとの関係は、0.20≦RW≦0.50、1.20≦RW/UW≦2.50、であることが好ましい。このように、繋ぎ部9または繋ぎ部9付近のインサート2のすくい面19におけるRW値、RW値とUW値の比を上記の範囲に特定することにより、インサート2のすくい面19の摩耗の進行に悪影響を及ぼさない範囲で切削抵抗の低抵抗化を図ることができる。RW値が0.20未満、あるいはRW/UW値が1.20未満では、切屑との接触面積が減少して切削抵抗の低減化をもたらすが、その反面、すくい面19の摩耗の進行が顕著となり、切刃の耐欠損性を劣化させることになる。一方、RW値が0.50を超えて長く、あるいはRW/UW値が2.5を超えて大きいときには、すくい面19の摩耗の進行が抑制され、切刃の耐欠損性を維持することができるが、切屑との接触面積の低減化が不十分なため切削抵抗を低減することができなくなる。
なお、上記したU字溝18のUH値とは、U字溝18の長手方向の長さ(底面11に対して平行な面への投影長さ)を示す。
逆に、繋ぎ部9のUP値を比較的幅狭く設定する(UP値を回転工具最下点8から繋ぎ部9に向かって漸次増加させないようにする)と、U字溝18の存在密度が大きくなってすくい面19の面積が減少する。この場合は、切屑との接触面積がより小さくなり切削抵抗の低減化が図れるものの、すくい面19の摩耗が進行してしまい、切刃の耐欠損性を損なうことになってしまう。一方、すくい面19における回転工具本体1の最下点8のUP値を小さく設定することは、U字溝18の存在密度を大きくして、さらに切削抵抗の低減化に有効となる。回転工具本体1の最下点8では、切屑の厚さも薄く、すくい面19の摩耗の進行が遅いため、UP値を小さく設定することの方が有効である。
なお、上記した「漸次増加」とは、UP値を回転工具本体1の最下点8から繋ぎ部9に向かって連続的に増加させる場合と、連続的に増加させるのではなくて部分的に増加させない一定値とした部分を含んでいる場合のいずれかを示すものである。
続いて、本発明のインサートについて、その切削抵抗の低減と耐欠損性の効果を確認するための切削試験(以下、「切削試験例1」と記載する)を行った結果について説明する。
なお、試料番号1a〜23aは、上記した本発明に係るインサートの構成、すなわち、ネガホーニング、ランドに関する構成等を備えたものである。ただし、試料番号1a〜6aは、U字溝18を設けていないインサートを作製した。また、比較例となる試料番号24a〜28aは、上記した本発明に係るインサードにおいてその特徴となる、ネガホーニング、ランド等に関する構成と、U字溝を設けていないインサートを作製した。また、従来例となる試料番号29aは、ネガホーニングを設けたがランドは設けなく、さらに、U字溝を設けていないインサートを作製した。なお、以下の説明において試料番号1a〜23aを、本発明例と記載する場合がある。
また、この試料番号1aのインサートは金型を用いたプレス機で作製し、ネガホーニングの付与もこの金型成形により形成した。なお、ランドは、その表面形状が平坦なフラットランドとした。さらに、試料番号2a〜23a、比較例となる試料番号24a〜28aのインサート、および従来例となる試料番号29aのインサートについては、成形用金型の形状設定の変更によってネガホーニングの幅、ランドの幅やすくい面に設けるU字溝の形状を変化させ、それ以外は試料番号1aと同様な方法で作製し、また、サイズも試料番号1aと同様にした。なお、試料番号4a〜6aの前記した主切刃6の凸形状は、直線と曲線との組み合わせから構成された形状とし、他の試料番号は円弧状の凸形状とした。
また、作製したいずれのインサートも、ネガホーニングの角度α(度)は20度、ブレーカ溝のすくい角β(度)は12度、U字溝を設けた場合にはその深さd値は1mm以下とした。また、従来例のインサートとなる試料番号29aは、主切刃全体にわたってネガホーニングの幅が0.20mmで一定幅のものを作製した。
切削試験で測定した切削抵抗値は、測定数値が比較的安定している部分での取得データを平均化し3分力(主分力、背分力、送り分力)の合力を算出した値とした。切削抵抗値を測定した測定装置は、日本キスラー社製の測定装置を使用した。
(切削試験例1の切削加工条件)
加工方法 : 平面切削加工、乾式切削加工
切削速度Vc : 120m/分
回転数n : 606min−1
1刃当たりの送り量fz :1.5mm/刃
軸方向切込み量ap :1.5mm
径方向切込み量ae :40mm
工具突き出し量 :250mm
この従来例のインサートである試料番号29aの切削抵抗値(3777N)を基準にして、10%以上の切削抵抗の低減化の有効性について、試料番号1aから28aを評価した。この結果は、表1の評価結果の切削抵抗(N)欄、および切削抵抗低減率(%)欄に示しているように、試料番号1aから26aは、目標である10%以上の切削抵抗の低減化を達成した。また、本発明例である試料番号1aから23aは、工具突き出し量(長さ)が250mmと長い条件であるにも拘わらず、ビビリ振動の発生もなく加工を行うことができた。このように本発明例は、従来例と比較して切削抵抗が10%以上低減できたことにより工作機械への負担が軽減され、切削送り量をさらに上げて加工することが可能であると判断された。特に、H1値は、前記したように、回転工具本体の最下点8付近の切屑厚み以下にすることが好ましいと判断される。
本発明例である試料番号7a、19aから21aの4種について、図6に示す主切刃6の稜線部からU字溝18における主切刃の稜線部側の端部までの長さUL値と切削抵抗の低減率とを比較したところ、4種とも、同一の切削抵抗の低減率を示したが、試料番号19aから試料番号7a、20a、21aへとUL値の小さい順に、より大きなすくい面の摩耗進行が観察された。
本発明例である試料番号7a、22a、23aの3種について、H1値、H1/H2値を同じ条件として、F1値、F1/F2値を変化させたときの切削抵抗を比較したところ、ランド16の幅が広くなるに従って切削抵抗は増大した。特に、試料番号7a、23aとの差は45Nであった。
一方、比較例である試料番号27a、28aは、夫々H1/H2値が0.60、0.75、F1/F2値が0.60、0.75と大きく、回転工具本体の最下点8または最下点8付近ではネガホーニングの幅の中で切削加工している範囲が長いため、目標とした切削抵抗10%の低減は達成できなかった。さらに、試料番号27a、28aは、切削中にビビリ振動が発生した。特に、工具突き出し量が250mmと長い条件の場合にはビビリ振動の発生が顕著となり、主切刃に欠損を誘発した。このため、工作機械の主軸を傷めてしまうため、切削試験に使用した主軸出力が15KWのBT50主軸の工作機械では、高能率な高送り加工ができなかった。
表1に示すように、試料番号1aから23aと、27a、28aは、60分間の耐欠損性に関する切削加工の試験で5個中全てが欠損すること無く加工をすることが可能であったため、表1に示す評価結果の耐欠損性欄に○印を示している。しかし、試料番号24aは、インサート5個中の5個全てが60分間加工できずに折損が発生した。このとき、折損が発生するまでの各インサートの切削時間は、37分、40分、50分、43分、49分であった。同様に、試料番号25aは5個中4個が、また比較例26aは5個中2個が60分間加工できずに欠損が発生した。この主切刃の耐欠損性の評価結果について、5個中1個でも欠損が発生したものは、表1の評価結果を示す耐欠損性欄に×印を示している。
2、2a:インサート(2コーナー型)
2b:インサート(3コーナー型)
2c:インサート(4コーナー型)
5:コーナー刃
6:主切刃
7:外周刃
8:最下点
9:繋ぎ部
10:交点
11:底面
12:すくい面
13:逃げ面
15:ネガホーニング
16:ランド
17:ブレーカ溝
18:溝(U字溝)
19:すくい面
Claims (8)
- フライス用刃先交換式回転切削工具に着脱可能に装着され、平面視で多角形平板状をなし、その上面がすくい面とされ、前記すくい面に交差する側面が逃げ面とされ、前記すくい面と逃げ面とが交差する稜線部に切刃を有するインサートであって、
前記切刃は、前記多角形平板状のインサートの角部に形成されたコーナー刃と、前記コーナー刃を挟むように形成された主切刃と外周刃とから構成され、
前記主切刃は、平面視で前記インサートの外側方向に凸形状をなすとともに、前記主切刃のすくい面にはネガホーニング、ランドおよびブレーカ溝を有し、
前記インサートを前記フライス用刃先交換式回転切削工具に装着したときに、前記主切刃上に、前記フライス用刃先交換式回転切削工具の回転軸方向に対する最下点が生じるようになされ、
前記ネガホーニングの幅は、前記最下点から、主切刃と前記コーナー刃を繋ぐ繋ぎ部に向かって、漸次増加するように形成されていることを特徴とするフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。 - 前記ランドの幅は、前記最下点から前記繋ぎ部に向かって漸次増加するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。
- 前記最下点における前記ネガホーニングの幅をH1、前記ランドの幅をF1とし、前記繋ぎ部における前記ネガホーニングの幅をH2、前記ランドの幅をF2としたときに、
0.03mm≦H1≦0.10mm、 0.15≦H1/H2≦0.50、
0.03mm≦F1≦0.10mm、 0.15≦F1/F2≦0.50、
とされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。 - 前記インサートの上面であって前記主切刃の近傍には、前記凸形状をなす主切刃の接線に対して略直交する方向に縦長に形成された複数の溝を有し、前記溝どうしの間はすくい面となされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。
- 前記繋ぎ部における前記溝どうしの間の前記すくい面の幅をRW、前記溝の横幅をUWとし、同じく前記溝の縦方向長さをUHとし、前記主切刃の稜線部から前記溝端までの長さをULとしたときに、
0.20mm≦RW≦0.50mm、 1.2≦RW/UW≦2.5、
UH≦0.60mm、 0.25mm≦UL≦0.80mm、
とされていることを特徴とする請求項4に記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。 - 前記インサートは平面視で略4角形状をなし、前記コーナー刃と主切刃と外周刃とから構成される切刃を、前記インサートに形成された取付け孔に対して対称となる位置に、2組の前記切刃を有する2コーナー型のインサートであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。
- 前記インサートは平面視で略3角形状をなし、前記コーナー刃と主切刃と外周刃とから構成される切刃を、前記インサートに形成された取付け孔に対して対称となる位置に、3組の前記切刃を有する3コーナー型のインサートであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。
- 前記インサートは平面視で略4角形状をなし、前記コーナー刃と主切刃と外周刃とから構成される切刃を、前記インサートに形成された取付け孔に対して対称となる位置に、4組の前記切刃を有する4コーナー型のインサートであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のフライス用刃先交換式回転工具に用いるインサート。
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