JP2012516244A - ドリリング加工及び旋削加工が可能な切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はドリリング加工と内外径旋削加工がいずれも可能な切削工具に関するものである。
【解決手段】切削工具は、全体的に三角形である切削インサートと工具ホルダとを備える。三角形切削インサートは各辺に主切削刃と主切削刃より短い副切削刃を形成する。隣り合う２つの主切削刃はその間に６０°の角を形成し、切削インサートの三角形のコーナーを介して隣接する主切削刃と副切削刃とは、その間に８０°〜８９°の角を形成する。切削インサートの１つの主切削刃が工具ホルダの軸方向前方に突出し、突出した主切削刃と隣り合う辺の副切削刃が工具ホルダの外径方向に突出するように切削インサートがポケットに装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は切削工具に関するものであり、さらに具体的にはドリリング加工と内外径旋削加工がいずれも可能な切削工具に関するものである。

ドリリング加工と内外径旋削加工をいずれも行うことができる切削工具は、必要な加工によって工具を交換しなくてもよいので、作業時間を短縮し、生産性を向上させることができる利点がある。

米国特許第６，８７７，９３５号はドリリング加工と旋削加工をいずれも行うことができる切削工具を開示する。図８を参照すると、米国特許第６，８７７，９３５号の切削工具は、同一の長さの６つの切削刃７１が形成された六角形の切削インサート７を備える。切削インサート７の最長幅（Ｂ）は工具ホルダの直径（Ｄ）とほぼ同一に形成され、切削刃７１が工具ホルダ６の前方全体に渡り延長する。

しかし、米国特許第６，８７７，９３５号の切削工具では、切削インサート７の幅（Ｂ）が工具ホルダの直径（Ｄ）とほぼ同一であり、切削インサート７を収容するポケットが工具ホルダ６の先端部で大きな面積を占めるようになる。従って、補強部６１が十分に確保され得ず、工具ホルダ６の剛性が低下し、工具ホルダ６を捩れさせる。これは加工中に激しい振動を誘発させ、切削性能を顕著に低下させる。

ドリリング加工中、工作物から分離された切削チップは切削インサート７の表面を経て、工具ホルダ６の壁面６２と衝突して分節された後、工具ホルダ６のチップ排出溝６３内に排出される。米国特許第６，８７７，９３５号の切削工具では、切削工具で切削インサート７の大きさが大きく、工具ホルダの壁面６２が工具ホルダの側面に配置されるため、チップが遅く分節されて長いチップ（ｌｏｎｇ ｃｈｉｐ）が発生し得る。長いチップは切削油の供給を妨害し、工作物及びインサートチップを損傷させることがあるだけでなく、チップのもつれにより、チップ排出性能を悪化させる。

また、切削インサート７の側面を示している図９に示した通り、切削刃７１のすくい角（ｒａｋｅ ａｎｇｌｅ）がポジティブからネガティブに変わるため、切削抵抗が増加して振動が発生する問題がある。

ドリリング加工及び旋削加工が可能な他の工具として、工具ホルダの軸方向での切削加工（ドリリング加工）を担当する２つの切削刃と、それと垂直な方向での切削加工（旋削加工）を担当する２つの切削刃とを備え、全体的に四角形である切削インサートが工具ホルダの中心から一方に偏って装着される切削工具が提案されたことがある。このような切削工具では、切削加工時の切削抵抗が工具ホルダの中心に対して非対称的に伝達されるので、工具ホルダの捩れが発生する可能性が高いため、切削インサートを工具ホルダに、より堅固に装着して工具ホルダ自体の剛性も高める必要がある。一方、このような切削工具では切削加工時に発生する切削チップが、切削インサートが装着されない側の工具ホルダ先端部を損傷させて工具ホルダの寿命を短縮させる。

本発明は、前述した従来の切削工具の問題を解決し、工具ホルダの剛性を維持して振動を減少させ、チップ排出を円滑にし、切削抵抗を減少させ、また、工具ホルダの保護を通じて寿命が延びた切削工具を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のドリリング加工及び旋削加工が可能な切削工具は、全体的に三角形である切削インサートと、切削インサートを収容するポケットとチップ排出を容易にするチップ排出溝とを備える工具ホルダとを備える。前記切削インサートは各辺に主切削刃と前記主切削刃より短い副切削刃を形成し、隣り合う２つの主切削刃は間に６０°の角を形成し、切削インサートの三角形のコーナーを介して隣接する主切削刃と副切削刃は、間に８０°〜８９°の角を形成する。前記切削インサートは１つの主切削刃が工具ホルダの軸方向前方に突出し、前記突出した主切削刃と隣り合う辺の副切削刃が工具ホルダの外径方向に突出するように前記ポケットに装着される。

本発明の一実施形態によると、前記切削インサートの一辺の長さは工具ホルダの直径の０．６５倍〜０．８５倍である。

前記主切削刃の切削インサートの下面からの高さは、切削インサートのコーナーから遠くなるほど、工具ホルダの中心を過ぎて最低点まで低くなり、副切削刃に近くなりながら再び高くなる。この時、前記主切削刃の高さが再び高くなる前記主切削刃の部分は、切削インサートのコーナーから流動した切削チップがぶつかるように切削インサートの下面に対して２０°〜７０°、好ましくは４５°に傾いている。

また、工具ホルダには、主切削刃から発生する切削チップをチップ排出溝の先端部から後方に案内するように工具ホルダの外周面まで上向延長するチップガイド面が備えられる。

本発明によれば、切削インサートが工具ホルダに堅固に支持され、工具ホルダの剛性が向上して切削加工による振動が減少する。また、本発明の切削工具の切削インサートの刃先形態及びチップガイド面によれば、チップ排出が円滑になり、切削抵抗が低くなり、工具ホルダの寿命が延びる。

本発明による切削工具の斜視図である。 本発明による切削インサートの斜視図である。 本発明による切削インサートの上面及び側面を示す。 本発明による切削工具の正投像図である。 本発明による切削工具で行うことができる加工を示す。 本発明による切削工具で行うことができる加工を示す。 本発明による切削工具で行うことができる加工を示す。 米国特許第６，８７７，９３５号に開示された従来の切削工具を示す。 米国特許第６，８７７，９３５号に開示された従来の切削インサートを示す。

本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるドリリング加工と旋削加工が可能な切削工具の斜視図である。切削工具は工具ホルダ１と切削インサート２を備える。工具ホルダ１は全体的に円筒状であり、切削インサート２を収容するポケット１１と、チップ排出を容易にするチップ排出溝１２と、切削油供給管１３と、シャンク１４とを備える。チップ排出溝１２の先端部には切削インサート２から発生した切削チップをチップ排出溝１２の先端部から後方へ案内するように、工具ホルダ１の外周面まで延長するチップガイド面１８が形成される。チップガイド面１８の後方に形成された補強部１６は工具ホルダ１の剛性を増加させる。

図２は、本発明による切削工具に装着される切削インサート２の斜視図である。切削インサート２は全体的に三角形であり、上面２１と、下面２２と、その間で延長する側面２３とから構成される。上面２１及び下面２２の中央部には切削インサート２を貫通する装着孔２５が形成されている。図１及び図２に示す通り、切削インサート２は装着孔２５にスクリュ２７が挿入されて、ポケット１１の底面に装着される。上面２１と側面２３とが接してなす稜に沿って切削刃２４が形成される。

図３（ａ）を参照すると、切削刃２４は主切削刃２４１と主切削刃２４１より短い副切削刃２４２を備える。主切削刃２４１と副切削刃２４２とは三角形の切削インサート２の各辺毎に１つずつ形成され、切削インサート２は３方向に回して用いられる。主切削刃２４１の長さと副切削刃２４２の長さとの比は３：１〜７：１、好ましくは４：１〜５：１である。副切削刃２４１が過度に短くなる場合、副切削刃２４２の剛性が脆弱になり、副切削刃２４１の長さが過度に長くなる場合、切削インサート２の全体的な大きさが大きくなる。

隣り合う２つの主切削刃２４１はその間に６０°の角（α）を形成し、三角形のコーナー２４４を介して隣接する主切削刃２４１と副切削刃２４２は、その間に８０°〜８９°、より好ましくは８５°〜８９°の鋭角（β）を形成する。角（β）を９０°未満の鋭角とすることによって、切削工具は干渉なしにドリリング加工と旋削加工を行うことができる。角（β）があまりにも小さくなれば、コーナー２４４部分の強度が低下して振動が発生し、加工面の粗度が高くなる。

図３（ｂ）は、切削インサート２の側面２３を示す。主切削刃２４１の切削インサート２の下面２２からの高さは、切削インサート２のコーナーから遠くなるほど、工具ホルダ１の中心１５を過ぎて最低点まで低くなり、副切削刃２４２に近くなりながら再び高くなる。これにより、切削刃２の主切削刃２４１はドリリング加工に関与する部分２４５全体でポジティブすくい角を形成し、切削抵抗を減少させる効果が得られる。主切削刃２４１で高さが再び高くなる部分２４３は、切削インサート２の下面２２に対し２０°〜７０°、好ましくは４５°に傾斜するように形成される。これにより、ドリリング加工時に発生した切削チップは主切削刃２４１上に沿って移動中に傾斜面２４３と衝突するようになり、これにより排出チップのカールサイズ（ｃｕｒｌ ｓｉｚｅ）が小さくなり、チップの流動が切削インサートの本体内部に誘導されてチップ排出性能が改善される。また、傾斜面２４３でチップが分節されて長いチップの発生を減少させることができ、これは長いチップによる工作物及びインサートチップの損傷、チップのもつれ、加工中の振動などを防止できる。切削インサート２の傾斜面２４３との接触により分節または上方屈折したチップは、チップ排出溝１２の先端部に形成されたチップガイド面１８で再び屈折してチップ排出溝１２へ誘導される（図１参照）。即ち、傾斜面２４３とチップガイド面１８は一定間隔（副切削刃２４２の長さ程度の間隔）をおいて配置され、チップ排出性能を顕著に向上させる。

また、切削時に発生するチップはチップガイド面１８に衝突する前に予め傾斜面２４３に衝突するため、チップによりチップガイド面１８に加えられる衝撃の強度が減り、これにより工具ホルダ１の損傷及び摩耗が減少して工具ホルダ１の寿命が延びる。

切削インサート２の上面２１と下面２２との間で延長する側面２３の幅は、下面に向かって行くほど狭くなり、ポジティブ逃げ角（ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｇｌｅ）が形成される。ポジティブ逃げ角により切削インサート２はより小さい切削抵抗で切削加工が可能である。

図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ切削インサート２が工具ホルダ１に装着された状態を上面、側面、前面から見た図面である。

切削インサート２は１つの主切削刃２４１が工具ホルダ１の軸方向前方に突出し、突出した主切削刃と隣り合う辺の副切削刃２４２が工具ホルダ１の外径方向に突出するように工具ホルダ１のポケット１１に装着される。これにより、切削インサート２の突出した主切削刃２４１と副切削刃２４２とは、ドリリング加工と旋削加工を行えるようになる。前述した米国特許第６，８７７，９３５号では、６つの切削刃７１が主切削刃と副切削刃とに区分されない。従って、旋削加工により摩耗した切削刃がドリリング加工に一部参与したり、反対に、ドリリング加工に用いられた切削刃が旋削加工に参与して、切削刃の不均一な摩耗によって加工面が不均一に形成され得る。これに対して、本発明は主切削刃２４１と副切削刃２４２とが別途に形成されているため、このような問題が発生しない。

切削インサート２の一辺の長さ（Ｌ）は工具ホルダ１の半径よりは大きくて工具ホルダ１の直径よりは小さく、長さ（Ｌ）は略直径の０．６５倍〜０．８５倍、好ましくは直径の０．７５倍の長さを有する。このような大きさを有する切削インサート２が全体的に三角形に形成されて工具ホルダ１の先端部一側に配置されるので、先端部の他側のチップガイド面１８の後方に形成された補強部１６には十分な量の材料が配置され得る。従って、工具ホルダ１の剛性が増加して、工具ホルダの捩れ及び振動が減る。

切削インサート２はその下面２２と２つの側面２３がそれぞれポケット１１の底面と２つの側壁に密着固定される。切削インサートは全体的に正三角形状であり、ポケットの前記２つの側壁はその間に略６０°の角をなす。ポケット１１の２つの側壁がその間に鋭角をなすことによって、加工中に切削インサートは堅固に固定され得る。これは加工中の振動防止効果、加工品質の向上効果につながって、切削インサートの寿命延長をもたらす。

一方、ドリル孔の中心線では切削速度が０になり、その部分の切削刃が破損することがある。このような現象を防止するために主切削刃２４１は図４（ｂ）に示す通り、工具ホルダの中心線１５より若干低い高さに形成される。

図５〜図７を参照して、本発明の切削工具を用いて行うことができる加工を説明する。図５は、本発明の切削工具を用いて行われるドリリング加工を示す。工具ホルダの直径と孔の直径を同一にする場合には、工具ホルダ１の中心線１５は孔の中心線と一致させるか、あるいは孔の直径を大きくする目的で工具ホルダの中心線１５を孔の中心線から偏心させ得る。図６及び図７はそれぞれ本発明の切削工具を用いた内径旋削加工及び外径旋削加工を示す。このように本発明が単一の工具により、ドリリング加工及び内外径旋削加工をいずれも行うことができるのは、切削インサート２の主切削刃２４１が工具ホルダ１の軸方向前方に突出し、突出した主切削刃２４１と隣り合う辺の副切削刃２４２が工具ホルダ１の外径方向に突出するようになっており、三角形のコーナー２４４を介して隣接する主切削刃２４１と副切削刃２４２とがその間に９０°より小さい鋭角を形成するために可能である。

上記において、本発明による切削インサートと切削工具について図面を参照して詳細に説明したが、これは本発明を理解しやすいように一実施形態を挙げて説明しただけで、本発明の範囲を限定するためのものでない。本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当業者に自明な修正、代替、変更はいくらでも可能である。

Claims (5)

1. 全体的に三角形である切削インサートと、
   前記切削インサートを収容するポケットとチップ排出を容易にするチップ排出溝とを備える工具ホルダと、
   を備え、
   前記切削インサートは各辺に主切削刃と前記主切削刃より短い副切削刃を形成し、隣り合う２つの主切削刃は間に６０°の角を形成し、三角形のコーナーを介して隣接する主切削刃と副切削刃は間に８０°〜８９°の角を形成し、
   前記切削インサートは１つの主切削刃が工具ホルダの軸方向前方に突出して、前記突出した主切削刃と隣り合う辺の副切削刃が工具ホルダの外径方向に突出するように前記ポケットに装着される、
   ドリリング加工及び旋削加工が可能な切削工具。
2. 前記切削インサートの一辺の長さは工具ホルダの直径の０．６５倍〜０．８５倍である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記主切削刃から発生する切削チップをチップ排出溝の先端部から後方に案内するように工具ホルダの外周面まで上向延長するチップガイド面をさらに備える、請求項１に記載の切削工具。
4. 前記主切削刃の切削インサートの下面からの高さは、切削インサートのコーナーから遠くなるほど工具ホルダの中心を過ぎて最低点まで低くなり、前記高さは副切削刃に近くなりながら再び高くなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記主切削刃の高さが再び高くなる前記主切削刃の部分が切削インサートの下面に対して２０°〜７０°の角に傾いている、請求項４に記載の切削工具。

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