JP2013198978A - 切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップ - Google Patents

Abstract

【課題】切削チップ１の工具基準面を起点として垂直に延びる切削方向１０と、切れ刃６であって、切れ刃６によりすくい面１４が画成されていて、すくい面は、工具基準面８に対して０°以下のすくい角γを有して形成されている、切れ刃と、を備える、回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップを改良して、切りくず生成が改善されたものを提供する。
【解決手段】すくい面１４に続く切りくず案内面１８が、切れ刃６から離れる方向に、すくい面１４よりも急な角度で工具基準面８に対して傾けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載された、回転する工作物を切削によりハード加工（工作物が硬化したあとの切削加工）するためのセラミックの切削チップに関する。

旋盤における工作物の加工は、工具ホルダに緊締された切削工具により行われる。このような加工において、切削工具は、切削チップまたはスローアウェイチップとして構成されている。切削時もしくは旋削時に生成する被加工材料の切りくずには、一方では容易に廃棄することができ極端に大きな長さを有さない、という要求が存在し、他方では機械だけでなく作業員も危険にさらさない、という要求が存在する。このような要求に基づいて、特に流れ型切りくず又は連続的に巻かれた切りくず生成は避けなければならない。この場合、好適な切りくず形状は、円筒状であるか、又は螺旋形状を有する。短い切りくずも好適である。

このために、旋削時の工作物のソフト加工（工作物が硬化するまえの切削加工）において、切削チップの工具基準面に対してへこんだ凹部を有する切削チップが知られている。凹部は、切れ刃（刃先）の傍に配置されていて、切りくずを切れ刃から離れるように案内する。凹部は、一方では切りくずを分断することができ、他方では切りくず形状に有利に働くことができる。しかし、切削チップのこのような幾何学形状の欠点は、切削チップがソフト加工及び仕上げ加工にしか適していないことにある。なぜならば、切削チップは、へこんだ凹部の切欠効果に基づいて、２ｍｍ〜８ｍｍの比較的大きな切りくず厚さでのハード加工又は粗削り加工の際に破損しがちである、ということによる。

高い耐熱性及び硬さに基づいて、ハード加工のために、特にセラミック又は混合セラミックの切削チップが用いられる。硬いが比較的脆いセラミックの切削チップによるハード加工を実現するために、切削チップの切れ刃は、破損に対して保護する必要がある。旋削技術では、このために、逃げ角がなく０°のすくい角を有し、切れ刃に直接に続くすくい面フェイスを有する切削チップが用いられる。

セラミックの切削チップ用のいわゆるＴ型フェイスの幾何学形状は、ハード加工及び粗削り加工のための必要な切れ刃保護を提供するが、このような切削チップ幾何学形状の切りくず生成はいまもって不都合である。依然としてとして旋盤の運転パラメータに応じて一部で連続的に巻かれた切りくず及び／又は流れ型切りくずが生じる。

米国特許公開第７８３７４１７号明細書

したがって本発明の課題は、回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップを改良して、切りくず生成が改善されたものを提供することである。

この課題を解決するために、本発明によれば、切削チップの工具基準面を起点として垂直に延びる切削方向と、切れ刃であって、切れ刃によりすくい面が画成されていて、すくい面は、工具基準面に対して０°以下のすくい角を有して形成されている、切れ刃と、を備える、回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップであって、すくい面に続く切りくず案内面が、切れ刃から離れる方向に、すくい面よりも急な角度で工具基準面に対して傾けられている。

好適には、切りくず案内面は、工具基準面に対して０°より小さく−９０°以上（０°＞δ≧−９０°）の切りくず案内角度（δ）で傾けられている。

好適には、すくい角は、０°以下−２５°以上（０°〜−２５°）である。

好適には、すくい面は、切れ刃に隣接するすくい面フェイスを有する。

好適には、切りくず案内面は、すくい面を画成する凹状の移行面を有する。

好適には、切りくず導出方向における移行面の移行半径は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

好適には、切削チップは、スローアウェイチップとして構成されている。

好適には、すくい面及び／又は切りくず案内面は、切削チップの周に沿って形成されている。

好適には、切れ刃の半径は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

好適には、工具基準面上で、切れ刃に対して垂直方向で測定された切りくず案内面深さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

特に回転中心点を中心に回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミック又は混合セラミックを有する切削チップは、切削チップの工具基準面を起点として垂直に延びる、ＤＩＮ６８５１に基づく仮想の切削方向を有する。さらに切削チップは、切れ刃を有し、切れ刃により、すくい面が画成されており、すくい面は、工具基準面に対して０°以下のすくい角を成して傾けられている。本発明によれば、切削チップは、すくい面に続く切りくず案内面を有し、切りくず案内面は、切れ刃から離れる方向ですくい面よりも急な角度で工具基準面に対して傾けられている。

切りくず案内面は、すくい面に関して連続的に傾斜しているので、両方の面にわたって切りくず案内段が形成されており、切りくず案内段は、改善された切りくず生成及び切りくず導出をもたらす。実験によれば、切削チップは、その幾何学形状に基づいて、特に混合セラミック切削チップの使用時に最適な切りくず生成をもたらし、流れ型切りくず又は連続的に巻かれた切りくずとはなりにくい傾向を示している。混合セラミックとして、特に製造者ＮＴＫ社の材料ＨＣ７が適している。このことは、特に被駆動シャフト、ピニオンシャフト又は太陽歯車シャフトに用いられる、切りくずが長い材料（例えばＣｒＮｉＮｏ１６／１８）の旋削にとって好適である。そのように形成されたすくい面及び切りくず案内面により、プロセスの確実性が高まり、機械運転時間が延長される。なぜならば、切りくずを除去するための中断がもはや不要であることによる。同様に、旋削によるハード加工のための従来の切削チップに対して、切削チップの耐用期間が延長される。運転コストの削減、品質改善並びに製造時の不良品の減少が得られる。工具基準面は、好適には工具ホルダに載設するために設けられた切削チップの載設面に対して平行に配置されている。０°のすくい角γの場合、すくい面は、工具基準面に対して平行に形成されているか、もしくは工具基準面に対して傾いていない。これにより、プラスのすくい角もしくは鋭角の刃物角を有する構成に対して、切削チップの破壊強さ及び安定性が高められている。したがって０°のすくい角γの場合、９０°までの刃物角βが実現される。刃物角は、すくい面と、切削チップの、仮想の作業面に隣り合う逃げ面とを介して設定されている。マイナスのすくい角の場合には、すくい面は、切れ刃の研削効果が得られるように工具基準面に対して傾けられており、これにより、切れ刃の安定性が更に高められる。この態様では、９０°より大きな鈍角の刃物角が実現されており、このような刃物角は、安定性を高めるために好適である。本発明に係る切削チップは、特にハード加工及び／又は粗削り加工に適していて、つまり、約２〜８ｍｍの切込深さもしくは切りくず厚さに適している。この場合、すくい角と刃物角と逃げ角α（逃げ角αは仮想の作業面と切れ刃により画成された逃げ面との間に形成されている）との合計は、９０°に設定されている。刃物角は、常にプラスで、鈍角、つまり９０°より大きな値を有してもよい。逃げ角は、常に０°以上であり、好適にはほぼ０°である。９０°の一定の角度合計を保証するために、すくい角γは、すくい面が切れ刃を起点として切りくずの導出方向で工具基準面から離れる方向に延びるかもしくは工具基準面から離れる方向に傾いて延びると直ちにマイナスの値を有するように設定されている。

確かに、例えば米国特許公開第７８３７４１７号明細書において開示されているように、フライス技術の分野においてハード加工用のセラミックの切削チップのための類似の切りくず案内段が知られている。確かに、旋削技術において、切りくず案内段を有するこのような幾何学形状は旋削には不適であるという先入観がある。その根拠は、とりわけ基本的に異なるフライスと旋削との切込の種類に見出される。本発明を困難にする別の状況は、依然として最近まで、規格化されていない切削チップ幾何学形状の使用が高い手間を掛けずには可能でないことにある。なぜならば、高い手間を掛ける場合には、工作物の回転中心点に向かって切れ刃の手動による後調整を行う必要があったからである。しかも、本発明に係る切りくず案内段は、切削チップの載設面の上方で、比較可能な規格化された切削チップよりも小さな切り刃の高さを有するので、後調節プロセスが必要となり得る。最新の３軸又は４軸旋盤によりはじめてこのような後調整が自動的に可能となっている。必要な手動の後調整は、これまでは、低くされた切れ刃もしくは切りくず案内段を有する本発明に係る切削チップを旋削時に用いることに、大きな抵抗があった。

本発明の好適な態様によれば、切りくず案内面は、切りくず案内角度δを成して工具基準面に対して傾けられており、その値は、好適には−９０°以上で０°より小さく、その際、本発明によれば、切りくず案内角は、工具基準面に関して、すくい角よりも急である。すくい角の設定と同様に、切りくず案内表面がすくい面を起点として切りくず導出方向に工具基準面から離れる方向に延びるかもしくは傾けられると、直ちに切りくず案内角はマイナスの値を占める。約０．１ｍｍ／回転までの送り、特に精密加工のために、約−９０°〜−７５°の切りくず案内角δの値が好適であり、これにより、僅かな送り力の場合に切りくず案内角δを介して切りくずのために高い導出抵抗が形成され、そうして切りくずの分断および切りくずの形状に好適な影響が及ぼされる。平均的な加工には、０．１ｍｍ／回転〜０．２５ｍｍ／回転の送りの場合に約−７５°〜−６０°の切りくず案内角δが好適であり、０．２５ｍｍ／回転〜０．５ｍｍ／回転の送りを有する粗削り加工には、約−６０°〜−４５°の切りくず案内角δが好適である。特に重量切削の場合の０．５ｍｍ／回転より大きな送りには、約−４５°から０°より小さな切りくず案内角δが好適である。

好適には、すくい角γの値は０°以下−２５°以上であり、特に好適には、約０°以下−２°以上である。この場合、後者の区間が、好適には一般加工において用いられる。−２°より小さな値を有するすくい角は、重量切削に好適であり、特に工作物の半径で４ｍｍ以上もしくは工作物の周で８ｍｍ以上の切込深さａ_pにとって好適である。なぜならば、すくい角の値が小さくなるにつれ、切れ刃のより高い安定性が得られるからである。

切削チップの特に好適で有利な態様によれば、すくい面は、切れ刃に隣接するすくい面フェイスを有するので、すくい面の、切れ刃に直接に隣接する小さな領域が、残りのすくい面よりも工具基準面に対して大きく傾けられている。このような構成手段によっても、切れ刃の安定性が高められている。なぜならば切れ刃は、研削作用を有するすくい面フェイスに基づいて、破損に対して保護されているからである。この場合、すくい角は、前述のように、工具基準面に対して残りのすくい面の傾斜を介して（つまりフェイスの傾斜を介してではない）設定されている。

切りくず導出を最適化するために、本発明の好適な態様では、切りくず案内面は、凹状の、すくい面を画成する移行面を有する。移行面は、切りくず導出方向に、好適には０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の移行半径Ｒ₂を有する。移行半径Ｒ₂は、切りくず案内段の安定性を高める。なぜならば移行半径Ｒ₂を介して切欠効果が低減されているからである。このようにして、すくい面から切りくず案内面への移行部に目標破断箇所が形成される傾向が低減されている。粗削り加工のために移行半径Ｒ₂は、好適には約０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの値を有し、重切削のためには０．８ｍｍ以上の値を有する。

特に好適で有利な改良態様によれば、切削チップは、スローアウェイチップとして構成されており、切削チップは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｏ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｖ又はＷ形状を有する。

切削チップ又はスローアウェイチップの特に好適な改良態様によれば、すくい面及び／又は切りくず案内面は、切削チップもしくはスローアウェイチップの周に沿って形成されている。

本発明に係る切削チップもしくはスローアウェイチップにとって、好適には、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の値を有する切れ刃の半径Ｒ₁が適している。この場合、約０．１ｍｍの値は、好適には精密加工に適していて、０．３ｍｍまでの値は、好適には平均的な加工及び粗削り加工に適していて、０．３ｍｍ以上の値は、好適には重切削に適している。

工具基準面上で切り刃に対して垂直方向で測定される逃げ面及び切りくず案内面の深さには、以下の好適な値が適切である。切りくず案内面深さＢは、好適には１ｍｍ以上５ｍｍ以下の値を有する。逃げ面深さＬは、好適には１ｍｍ以上５ｍｍ以下の値を有する。この場合、切りくず案内面深さＢは、好適には移行半径Ｒ₂に対して調整されているか、又は移行半径Ｒ₂に依存している。

本発明に係る、前述の記載に基づく、セラミック又は混合セラミックの切削チップもしくはスローアウェイチップを製造する方法は、以下のステップ：切削チップの基本幾何学形状の焼結と、すくい面及び／又は切りくず案内面を形成するための基本幾何学形状の研削とを有する。

切削チップの第１の態様の平面図である。 図１による切削チップの縦断面図である。 切削チップの第２の態様の平面図である。 図３による切削チップの縦断面図である。

以下に、本発明に係る切削チップの２つの態様を、４つの図面に基づいて詳説する。

図１及び図２における第１の態様は、混合セラミックチップとして構成されたＳ形状（正方形）の切削チップ１を示している。この切削チップ１は、製造者ＮＴＫ社の材料ＨＣ７から成る。この材料は、高い硬さを有するので、切削チップは、特に硬い材料を旋削によりハード加工するために適している。切削チップ１の直径（一辺の長さ）２は、第１の態様では１５ｍｍである。切削チップ１のコーナ４は、１．６ｍｍのコーナ半径Ｒ₀で丸み付けされている。丸み付けされたコーナ４は、それぞれ図１の観察者に面する平面（図平面）上に、周に沿って延びる切れ刃６を有する。切削チップ１の相対的な幾何学形状の理解を深めるために、このあとに図２の説明が続く。

図２は、図１における第１の態様のＡ−Ａ線（図１参照）に沿った断面図である。切削チップ１は、工具基準面８を有する。工具基準面８は、これが切削チップ１の仮想の切削方向１０（ＤＩＮ６８５１に基づく）に対して垂直に配置されているように設定されている。さらに切れ刃６の切削点（図示せず）が工具基準面８上に配置されている。切削チップ１は、工具ホルダ（図示せず）に載設するための載設面１１を有する。この場合、載設面１１は、工具基準面８に対して平行である。

切削チップ１の規定通りの使用では、工作物は、切削方向１０に対して平行で切削方向１０に対して逆向きに切削チップ１の傍を通って運動する。運動する際に、切削チップ１は、所定の切込深さ（この切込深さを介して切りくず厚さが設定されている）で工作物に係合する。切削チップ１は、逃げ面１２が切削チップ１の仮想の作業平面に対して平行となるように、構成されている。したがって、仮想の作業平面と逃げ面１２との間の逃げ角度αが０°の値を占めることになる。さらに切削チップ１は、逃げ面１２とすくい面１４との間の刃物角βが９０°の値を有するように、構成されている。これにより、すくい面１４と工具基準面８との間に形成されるすくい角γが０°の値を有することになる。逃げ面１２は、すくい面１４に対して、切れ刃６を介して画成されている。この場合、切れ刃６は、０．３ｍｍの半径Ｒ₁を有する。直角の刃物角βに基づいて、切れ刃６は、ハード加工の間良好に破損に対して保護されている。

図２において左側のすくい面１４に沿って左から右へ向けて行われる切りくず導出方向にみて、すくい面１４に、０．５ｍｍの移行半径Ｒ₂を有する移行面１６が隣接する。この移行面１６は、切りくず案内面１８の一部である。切りくず案内面１８は、すくい面１４を起点として、切りくず案内深さＢに沿って延在している。この場合、切りくず案内面１８は、−３７°の切りくず案内角δを成して工具基準面８に対して傾けられている。この場合、切りくず案内角は、前述の記載に基づいて、工具基準面８を起点として設定されている。

本発明における、すくい面１４及び工具基準面８に対する切りくず案内面１８の勾配は、工作物の旋削加工の間に意図的に改善された切りくず生成をもたらす。好適な円筒状または螺旋状の切りくずが増える。短い切りくずもより多く認められる。リボン状の連続切りくず及び／又は連続的に巻かれた切りくずの生成は、特にＴ型フェイス（面取り）切削チップの構成をした切削チップの従来慣用の幾何学形状に対して低減されている。

図３及び図４には、スローアウェイチップとして構成された本発明に係る切削チップ１０１の第２の態様を示している。材料及び幾何学的なサイズ、例えば直径、コーナ半径Ｒ₀、すくい面深さＬ、切りくず案内面深さＢ、逃げ角α、切れ刃の半径Ｒ₁、刃物角β、すくい角γ、移行半径Ｒ₂及び切りくず案内角度δに関して、図３及び図４における第２の態様は、図１及び図２における第１の態様と同一である。したがってここでは、図３及び図４の説明は、第１の態様に対して異なる構成だけにとどめる。

図３は、切削チップ１０１を、図１における第１の形態の図面と同様に平面図で示している。図３の態様では、すくい面１１４だけでなく切りくず案内面１１８も明確に切削チップ１０１の周に沿って形成されている。さらに図３に示された切削チップ１０１の上面に凹み１２０が形成されており、凹み１２０は、工具ホルダに切削チップを位置決め及び／又は固定するために適している。さらに移行面１１６も切削チップ１０１の周に沿って形成されている。

図１及び図２における第１の態様に対する別の差異は、図４から看取される。図４には、図３に規定されたＢ−Ｂ線に沿った断面図が示されている。切削チップ１０１は、図４において一点鎖線で示された分割線１２２の下側に第２の切削形状を有する。この第２の形状は、工具基準面１０８を有する。工具基準面１０８を起点として、切りくず案内面２１８が、工具基準面１０８に対して切りくず案内角δ’を成して傾けられている。この場合、切りくず案内角δ’は、切削チップ１０１の上側もしくは図１及び図２における第１の態様の切りくず案内角δよりも大きい値を有する。同様に、すくい面２１４と切りくず案内面２１８とにより形成される、工具基準面１０８の上側の切りくず案内段の高さＨ’は、分割線１２２の上側の、すくい面１１４と切りくず案内面１１８とにより形成される切りくず案内段の高さＨよりも小さい。更なる差異として、すくい面深さＬ’及び切りくず案内面深さＢ’がすくい面深さＬ及び切りくず案内面深さＢとは異なることが良好に看取される。切削チップ１０１の上側に対して、すくい面深さＬ’はより大きく、切りくず案内面深さＢ’はより小さく形成されている。図４において下側の切削チップ１０１は、その上側の切削方向１０とは反対向きに方向付けされた切削方向１１０を有する。

切削チップ１０１の下側の逃げ角α、刃物角β及びすくい角γの値は、上側もしくは図２に基づく第１の態様の値に一致する。

本発明に係る切削チップは、フライス加工にも適している。

すくい面から移行面へ、及び移行面から切りくず案内面への面移行部は、切欠効果を低減するために、好適には、接線の傾きが変わらない（つまり円弧と直線の交点における円弧の接線の傾きと直線の傾きとが一致する）形状に形成されているが、それとは異なり接線の傾きが変わる（つまり円弧と直線の交点における円弧の接線の傾きと直線の傾きとが一致しない）形状に形成してもよい（折れ曲がり）。

０°以下のすくい角γを有する、回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミック又は混合セラミックの切削チップが開示されており、この場合、すくい面に続く切りくず案内面は、切削チップの切れ刃から離れる方向で、工具基準面に対してすくい面よりも急に傾けられている。

１；１０１ 切削チップ、 ２ 直径、 ４ コーナ、 ６ 切れ刃、 ８；１０８ 工具基準面、 １０；１１０ 切削方向、 １１ 載設面、 １２ 逃げ面、 １４；１１４；２１４ すくい面、 １６；１１６；２１６ 移行面、 １８；１１８；２１８ 切りくず案内面、 １２０ 凹み、 １２２ 分割線、 Ｌ；Ｌ’ すくい面深さ、 Ｂ；Ｂ’ 切りくず案内深さ、 α 逃げ角、 β 刃物角、 γ すくい角、 δ；δ’ 切りくず案内角

Claims (10)

1. 切削チップ（１；１０１）の工具基準面（８；１０８）を起点として垂直に延びる切削方向（１０；１１０）と、
   切れ刃（６）であって、該切れ刃（６）によりすくい面（１４；１１４；２１４）が画成されていて、該すくい面（１４；１１４；２１４）は、前記工具基準面（８；１０８）に対して０°以下のすくい角（γ）を有して形成されている、切れ刃（６）と、
   を備える、回転する工作物を切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップであって、
   前記すくい面（１４；１１４；２１４）に続く切りくず案内面（１８；１１８；２１８）が、前記切れ刃（６）から離れる方向に、前記すくい面（１４；１１４；２１４）よりも急な角度で工具基準面（８；１０８）に対して傾けられていることを特徴とする、切削によりハード加工するためのセラミックの切削チップ。
2. 前記切りくず案内面（１８；１１８；２１８）は、前記工具基準面（８；１０８）に対して０°より小さく−９０°以上の切りくず案内角度（δ）で傾けられている、請求項１記載の切削チップ。
3. 前記すくい角（γ）は、０°以下−２５°以上である、請求項１または２記載の切削チップ。
4. 前記すくい面は、前記切れ刃に隣接するすくい面フェイスを有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の切削チップ。
5. 前記切りくず案内面（１８；１１８；２１８）は、前記すくい面（１４；１１４；２１４）を画成する凹状の移行面（１６；１１６；２１６）を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の切削チップ。
6. 切りくず導出方向における前記移行面（１６；１１６；２１６）の移行半径（Ｒ₂）は、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項５記載の切削チップ。
7. 前記切削チップは、スローアウェイチップ（１０１）として構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の切削チップ。
8. 前記すくい面（１１４，２１４）及び／又は前記切りくず案内面（１１８，２１８）は、前記切削チップ（１０１）の周に沿って形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の切削チップ。
9. 前記切れ刃（６）の半径（Ｒ₁）は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１から８までのいずれか１項記載の切削チップ。
10. 前記工具基準面（８；１０８）上で、前記切れ刃（６）に対して垂直方向で測定された切りくず案内面深さ（Ｂ；Ｂ’）は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項１から９までのいずれか１項記載の切削チップ。

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