JP2012528731A - 切削工具及び切削工具用の切削インサート - Google Patents

Abstract

本発明は、加工量が相対的に多い大型被削材などを加工するための切削工具及びこの切削工具に用いられる切削インサートに関するものである。切削工具は、切削インサートと、切削インサートをクランピングするためのウェッジとを備える。切削インサートは、多角形状の上部面を有し、上部面は、上部面の中心に向かい傾斜した複数の表面を有する凹部を備える。凹部の外郭線は、上部面の外郭線に対して所定の角度に捩れている。ウェッジは、傾斜面と接触して切削インサートの２つの側面がインサートシートの半径方向内側面及び側方支持面により支持されるように切削インサートを加圧する突出部を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、加工量が相対的に多い大型被削材などを加工するための切削工具及びこの切削工具に用いられる切削インサートに関するものである。

金属部品などを加工する切削工具の切削部は、加工時に摩擦によって容易に摩耗する。従って、切削部が摩耗した時には、摩耗した切削部のみを交換することが切削工程において絶対的に有利である。このような理由で切削工程には交換可能な切削インサートを切削工具の本体に脱着可能に装着する方式が主に用いられる。

切削インサートを工具本体に締結する方法としては、代表的にスクリュを用いる締結方式と、ウェッジを用いる締結方式を挙げることができる。スクリュを用いる締結方式は、切削インサート及びインサートシートに同心のスクリュホールを形成し、両スクリュホールにスクリュを締結することによって切削インサートを切削工具に固定する最も簡単な締結方法である。しかし、スクリュを用いて切削インサートを締結する方式は、船舶の部品のように大型被削材を加工する時にはそれほど効果的でない。なぜならば、摩耗した切削インサートを切削工具から分離する時、スクリュを解除する道具の接近の困難性により切削工具本体を加工装備から分離しなければならないが、大型被削材を加工する切削工具本体は、一般に大型であるため、切削工具を加工装備から分離したり加工装備に装着するのに煩わしさがあるためである。

従って、大型被削材の加工には、摩耗した切削インサートを交換する時、工具本体を装備から分離する必要がないウェッジ締結方式が好まれる。ウェッジを用いて切削インサートを締結する構造が大韓民国公開特許第１９９６−７０３６９７号に開示されている。図１及び図２にはこのような従来技術の切削工具が示されている。ミリングカッター１１０は、円筒状カッター本体１１１の外周面に等間隔で配列される複数のスロット１３０を備える。スロット１３０の一側壁１３３にはアダプタシート１４０が窪んで形成される。スロット１３０にはウェッジ１５０が収容され、アダプタシート１４０にはアダプタ１６０が収容される。アダプタ１６０の上部面には、切削インサート１２０が安着して固定される。切削インサートが安着したアダプタ１６０がアダプタシート１４０に装着される時、切削インサートの上部面がウェッジ１５０の一側面と接触する。スクリュ１７０は、ウェッジ１５０のスクリュホール１７１を通してスロット１３０の ホール１７２に締結され、スクリュ１７０がスロット１３０のスクリュホールに前進することによってウェッジ１５０もスロット１３０のスクリュホールに向かい押される。ウェッジ１５０は、内側にテーパされた形状を有しているので、ウェッジ１５０がスロット１３０のスクリュホールに向かい前進することによってウェッジ１５０により切削インサート１２０がアダプタ１６０内にクランプされる。

このような従来技術では、切削インサートとウェッジとの間の接触部分が図２に示すように平らなために、ウェッジの締結力が切削インサートの上部面に垂直な方向にのみ切削インサートに伝達され、切削工具の中心に向かう半径方向には伝達されない。従って、切削インサートがウェッジにより締結される時、切削インサートの半径方向内側面１２１がアダプタ１６０の側面により強固に支持されず、切削インサートが切削力による反力によりアダプタの上で回転し、切削工具に堅固に装着されることができる。

本発明の目的は、先に言及した短所を解決する切削インサート及びこのような切削インサートを用いる切削工具を提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明は、１つ以上の切削部を備える切削工具を提供する。１つ以上の切削部のそれぞれは、切削インサートと、切削インサートをクランピングするためのウェッジと、切削工具の本体に形成されウェッジを収容するスロットと、スロットの側面に窪んで形成され切削インサートを収容するインサートシートとを備える。インサートシートは、半径方向内側面と、切削インサートが安着する下部支持面と、半径方向内側面及び下部支持面から外向きに延びる側方支持面とを備える。切削インサートは、多角形状の上部面と、インサートシートの下部支持面により支持される下部面と、上部面と下部面とを連結する複数の側面とを備える。切削インサートの上部面は、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した複数の表面を有する凹部を備え、凹部の外郭線は、切削インサートの上部面の外郭線に対して捩れ角αに捩れている。ウェッジは、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した表面と接触して切削インサートの２つの側面がインサートシートの半径方向内側面及び側方支持面により支持されるように切削インサートを加圧する突出部を備える。

本発明の一実施形態によれば、捩れ角αは、１０゜〜３０゜である。

本発明の一実施形態によれば、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した表面は、切削インサートの下部面と３゜〜１０゜の角度をなす。

本発明の一実施形態によれば、１つ以上の切削部は、切削インサートとインサートシートとの間に収容されるシムをさらに備える。

本発明によれば、切削インサートの上部面の凹部とウェッジの側面の突出部が結合することによって、ウェッジの締結力が切削インサートの上部面に垂直な方向に伝達されることができるだけでなく、切削工具の中心に向かう半径方向(またはインサートシートの半径方向内側面に垂直な方向)にも伝達されることができる。切削工具の中心に向かう半径方向に伝達されるウェッジの締結力は、切削インサートの一方の側面がインサートシートの半径方向内側面により支持されることができるようにする。従って、切削力の反力により切削インサートがインサートシートの上で回転することが防止され、切削インサートが切削工具内に、より堅固に装着されることができる。

また、本発明によれば、切削インサートの上部面の凹部の外郭線が上部面の外郭線に対して所定角度で捩れるように形成されることによって、切削工具の中心に向かう半径方向へのウェッジ締結力がインサートシートの半径方向内側面に垂直な方向の力と、インサートシートの側方支持面に垂直な方向の力とに分かれる。インサートシートの半径方向内側面に垂直な方向の力は、切削インサートの一方の側面がインサートシートの半径方向内側面により支持されるようにして、インサートシートの側方支持面に垂直な方向の力は、切削インサートの他方の側面がインサートシートの側方支持面により支持されるようにする。即ち、切削インサートの２つの側面がインサートシートの２つの側面と接触し、切削インサートは、より堅固に切削工具内に締結されることができる。

従来技術による切削工具の斜視図である。 従来技術による切削工具の断面図である。 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がウェッジにより締結された状態の切削工具を示す。 本発明によるウェッジが装着されるスロットと切削インサートが安着するインサートシートとを有する切削工具を示す。 本発明による切削インサートに作用するウェッジ締結力を示す。 図４のＡ−Ａ線による断面図である。 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平面図である。 本発明による切削インサートの側面図である。 図９のＢ−Ｂ線による断面図である。 本発明によるシムの斜視図である。 本発明によるウェッジの斜視図である。 本発明によるウェッジの平面図である。 本発明によるウェッジの正面図である。 本発明によるウェッジの底面図である。 本発明によるウェッジの側面図である。

以下、添附した図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図３〜図６は、本発明による切削工具の斜視図であり、図７は、図４のＡ−Ａ線による断面図である。切削工具１０は、円筒状カッター本体１１の外周面に等間隔で配列された複数のスロット３０を備える。スロット３０の側面３３にはインサートシート４０が窪んで形成される。インサートシート４０は、スロット３０の側面３３から延びる半径方向内側面４２と、切削インサート２０またはシム（ｓｈｉｍ）が安着する下部支持面４１と、半径方向内側面４２及び下部支持面４１から外向きに延びる側方支持面４３とを備える。インサートシート４０は、インサートシート４０上に装着された切削インサート２０が軸方向及び半径方向に切削を行うことができるように、軸方向及び半径方向に開放された形状を有する。本明細書において切削工具の「軸方向」は、図３においてＸで示す軸方向を意味し、「半径方向」は、カッター本体の中心からその外周縁に向かう方向を意味する。

図４に示すように、スロット３０にはウェッジ５０が収容され、インサートシート４０には切削インサートが収容される。切削インサートとインサートシートとの間には、図１２に示すようにシム６０が収容されることができる 。切削インサートが安着したシム６０がインサートシート４０に装着される時、切削インサートの上部面２１がウェッジ５０の側面５１の一部と接触する。スクリュ７０は、ウェッジ５０のスクリュホール７１を通してスロット３０のスクリュホール７２に締結され、スクリュ７０がスロット３０のスクリュホールに前進することによってウェッジ５０もスロット３０のスクリュホールに向かい押される。ウェッジ５０は、内部にテーパされた形状を有しているため、ウェッジ５０がスロット３０のスクリュホールに向かい前進することによってウェッジ５０により切削インサート２０がシム６０またはインサートシート４０上でクランプされる。

図８は、本発明による切削インサートの斜視図であり、図９及び図１０は、それぞれ本発明による切削インサートの平面図及び側面図であり、図１１は、図９のＢ−Ｂ線による断面図である。切削インサート２０は、ウェッジの一側面と接触する上部面２１と、シム６０の上部面６１と接触する下部面２２と、上部面２１と下部面２２とを連結する複数の側面２３とを備える。切削インサートの複数の側面２３のうちの一部は、半径方向内側面４２及び側方支持面４３と接触する。切削インサートの上部面２１は、多角形状であり、本実施形態では正方形状を有する。切削インサートの上部面２１には図９に示すように正方形の凹部２５が形成される。凹部２５は、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した三角形状の表面２６で構成される。前記三角形状の表面は、切削インサートの上部面２１の辺の数と同一の数となっている。本実施形態では、凹部２５は、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した４つの表面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを備える。中心線Ｅに沿って貫通開口が形成されることができる。図１１に示すように、切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した４つの表面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、下部面２２に対して傾斜角βで形成されている。傾斜角βは、望ましくは３゜〜１０゜である。上部面の中心に向かい傾斜した表面２６は、切削インサートがインサートシート上に装着される時、ウェッジ５０の側面と接触する。

図９に示すように、凹部２５は、切削インサートの上部面２１に対して捩れた状態で形成される。即ち、凹部を左右対称に二等分する線Ｄは、上部面２１を左右対称に二等分する線Ｃに対し捩れ角αだけ回転している。捩れ角αは、望ましくは１０゜〜３０゜である。切削インサートの上部面２１は、複数の主切削刃２４と、複数の副切削刃２８を有する。凹部２５とレイク部２７との間には、遷移部２９が形成される。

図１３は、本発明によるウェッジの斜視図であり、図１４〜図１７は、それぞれ本発明によるウェッジの平面図、正面図、底面図及び側面図である。ウェッジ５０は、切削工具の半径方向に露出される上部面５３と、切削インサートの上部面２１の凹部２５と接触する突出部５５を有する第１側面５１と、第１側面２１に対向して切削工具への装着時にスロット３０の側面３２と接触する第２側面５２とを備える。ウェッジ５０の中心部には中空部５７が形成され、中空部５７は、ウェッジの上部面５３に形成された上部開口７２と、第１側面５１に形成された側面開口５６と連通される。また、下部面５８には、図７に示すようにスクリュ７０が締結されるスクリュホール７１が形成される。ウェッジの第１側面５１の突出部５５は、概ね切削インサートの上部面２１の凹部２５の傾斜面２６と対応する形状に構成される。

以下では、本発明の切削工具及び切削インサートの締結構造について詳細に説明する。

図７に示すように、インサートシート４０にはシム６０が安着し、シム６０はシムスクリュ７３とシムスクリュホール７４とのネジ結合によりインサートシート４０に固定される。シム６０の上部面６１には切削インサート２０が安着し、切削インサートの２つの側面２３は、インサートシート４０の半径方向内側面４２及び側方支持面４３と接触する。スロット３０にはウェッジ５０が挿入され、ウェッジスクリュ７０は、ウェッジの下部面のスクリュホール７１を通してスロット３０の下部面３１に形成されたスクリュホール７２とネジ結合する。ウェッジスクリュ７０は、ヘッド部と、ネック部と、ネジ部とで構成され、ウェッジスクリュのヘッド部は、ウェッジ５０の中空部５７内に位置し、ネック部は、スクリュホール７１に位置する。ウェッジスクリュ７０がスクリュホール７２に向かい前進することによって、ウェッジの第１側面５１の突出部５５が切削インサートの上部面２１の凹部２５の傾斜面２６と接触し、切削インサート２０を外周縁方向に加圧するようになる。これにより、切削インサート２０は、切削工具１０内に堅固に装着される。

図１３〜図１６に示すように、ウェッジの突出部５５は、切削インサートの凹部２５の傾斜面２６と対応する形状を有するために、ウェッジの突出部と切削インサートの傾斜面との結合で切削工具内の切削インサートの装着位置を正確に設定できる。即ち、ウェッジの突出部と切削インサートの傾斜面との結合は、切削インサートの装着位置を案内する役割をする。従来は、ウェッジと切削インサートとの接触面がいずれも平たかったため、ウェッジと切削インサートとの結合位置を設定するのに困難があった。従って、従来の切削インサートは、切削工具内に若干捩れた状態で装着され、被削材を正確に切削できない場合もあった。本発明では、ウェッジの突出部と切削インサートの凹部の間の結合が切削インサートの装着位置を案内するようにすることによって、切削工具内に切削インサートを簡単かつ正確に位置させることができる。

また、切削インサートの傾斜面２６は、下部面２２に対して傾斜角βに傾斜しているために、ウェッジが切削インサートをクランピングする時、ウェッジの突出部５５は、切削インサート２０に外周縁方向で外周縁方向の力Ｆｃを加えるだけでなく、半径方向にも半径方向の力Ｆｒを加えるようになる。ウェッジの半径方向の力Ｆｒにより、切削インサートの側面２３は、インサートシートの半径方向内側面４２によってより堅固に支持されることができる。これにより、切削インサート２０は、切削工具内でより堅固に装着可能である。傾斜角βは、望ましくは３゜〜１０゜である。傾斜角βが３゜より小さい場合には、ウェッジが切削インサートを半径方向に十分に加圧できず、１０゜より大きい場合には、ウェッジを着脱するのに困難がある。

切削インサートの凹部２５は、切削工具の上部面２１の辺の数と同一の数の傾斜面２６で構成される。即ち、切削インサートの上部面２１が本実施形態のように正方形の場合には、凹部２５が４つの傾斜面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを有する。傾斜面２６ａがウェッジの突出部５５によりクランピングされた状態で傾斜面２６ａに対向する主切削刃２４が摩耗した場合、切削インサートを分離した後、他の傾斜面がウェッジの突出部５５によりクランピングされるように切削インサートを再装着できる。

一方、凹部２５は、切削インサートの上部面２１に対して所定角度に捩れることができる。ウェッジの突出部５５が切削インサートの傾斜面２６と対応する形状を有するため、ウェッジ５０は、切削インサートの凹部２５の二等分線Ｄに平行な方向にスロット３０に装着される。図６に示すように、ウェッジの半径方向の力Ｆｒは、上部面２１の二等分線Ｃの方向の分力Ｆｒ_１と、二等分線Ｃに垂直な方向の分力Ｆｒ_２に分かれる。分力Ｆｒ_１は、切削インサートの側面２３をインサートシートの半径方向内側面４２に支持し、分力Ｆｒ_２は、切削インサートの側面２３をインサートシートの側方支持面４３に支持する。切削インサートがインサートシートの半径方向内側面４２、側方支持面４３及びシム６０または下部支持面４１と、ウェッジの突出部５５とにより支持されるため、より堅固に装着可能である。捩れ角αは、望ましくは１０゜〜３０゜である。捩れ角αが１０゜より小さい場合には、切削インサートがインサートシートの２つの側面によって十分に支持されにくく、３０゜より大きい場合には、切削インサートの上部面２１の多くの部分がウェッジと接触するため、十分なチップの排出空間を確保しにくい。

本発明の範囲を逸脱することなく、本発明において多様な変形及び変更が行われることができるのは、当業者には自明である。また、本発明は、例えば、穴加工や旋削加工のような切削インサートが使用可能な多様な機械加工に用いられる。

Claims (7)

1. 切削工具であって、
   切削インサートと、前記切削インサートをクランピングするためのウェッジと、前記切削工具の本体に形成され前記ウェッジを収容するスロットと、前記スロットの側面に窪んで形成され前記切削インサートを収容するインサートシートとを備える１つ以上の切削部を備え、
   前記インサートシートは、半径方向内側面と、前記切削インサートが安着する下部支持面と、前記半径方向内側面及び下部支持面から外向きに延びる側方支持面とを有し、
   前記切削インサートは、多角形状の上部面と、前記インサートシートの下部支持面により支持される下部面と、前記上部面と下部面とを連結する複数の側面とを有し、
   前記切削インサートの上部面は、前記切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した複数の表面を有する凹部を備え、
   前記凹部の外郭線は、前記切削インサートの上部面の外郭線に対して捩れ角αで捩れており、
   前記ウェッジは、前記切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した表面と接触して前記切削インサートの側面のうちの２つの側面が前記インサートシートの半径方向内側面及び側方支持面により支持されるように前記切削インサートを加圧する突出部を備える、
   切削工具。
2. 前記捩れ角αは、１０゜〜３０゜である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した表面は、前記切削インサートの下部面と３゜〜１０゜の角度をなす、請求項１に記載の切削工具。
4. 前記１つ以上の切削部のそれぞれは、前記切削インサートと前記インサートシートとの間に収容されるシムをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 切削工具のインサートシートに安着し、側面に突出部を有するウェッジによりクランピングされる切削インサートであり、
   多角形状の上部面と、
   前記インサートシートの下部支持面により支持される下部面と、
   前記上部面と前記下部面とを連結する複数の側面と、を備え、
   前記上部面は、前記切削インサートの上部面の中心に向かい傾斜した複数の表面を有する凹部を備え、
   前記凹部の外郭線は、前記上部面の外郭線に対して捩れ角αで捩れており、
   前記上部面の中心に向かい傾斜した複数の表面は、前記ウェッジの突出部が前記上部面の中心に向かい傾斜した表面のうちの1つと接触して加圧する時、前記切削インサートの側面のうちの２つの側面が前記インサートシートの半径方向内側面及び側方支持面により支持されるように構成される、
   切削インサート。
6. 前記捩れ角αは、１０゜〜３０゜である、請求項５に記載の切削インサート。
7. 前記上部面の中心に向かい傾斜した表面は、前記下部面と３゜〜１０゜の角度をなす、請求項５または６に記載の切削インサート。

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