JP2015006698A - 刃先交換式切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで且つ刃先位置のズレが小さい刃先交換式切削工具を提供すること。
【解決手段】ボデー（２）と、該ボデー（２）に着脱自在に固定される切削インサート（１）と、を備え、前記ボデー（２）は前記切削インサート（１）を固定するためのインサート固定部（２１）を備え、該インサート固定部（２１）が有する載置面には凹溝（３４）が放射状に形成され、該載置面に対向する前記切削インサート（１）の下面には、前記凹溝（３４）に嵌合する凸部（１２）が形成され、前記凹溝（３４）の両側の側壁は溝の中心に向かって傾斜する傾斜面（３４ａ）を有し、且つ該凹溝（３４）の溝幅は凹溝（３４）の収束中心から離れるに従い広くなる。
【選択図】図３

Description

本発明は刃先交換式切削工具に関し、特に切削インサートの交換に伴う刃先位置のズレを抑制する技術に関する。

刃先交換式切削工具においては切削インサートをボデーに強固に固定（クランプ）することが仕上げ面の面粗さや加工精度の向上に大きな役割を果たす。例えば特許文献１に示すクランプ方法は、切削インサートの下面に形成された凹溝と敷板に形成された凸部とを噛み合わせて切削インサートの回転を防止する、という方法である。

国際公開第2004/056514号

特許文献１の発明のように凸部と凹溝とを噛み合わせるクランプ機構の場合、これら二つの間に隙間が形成されると、切削インサートが動く余地が形成されるので、切削インサートの回転を防止する効果は低下する。
しかしながら、隙間が形成されるのを防ぐために凸部と凹溝との寸法を同一に加工することは、加工コストの面からも、組み合わせ易さを担保するという面からも難しい。このような理由から、従来技術では凸部と凹部との間にはほぼ確実に隙間が形成されるため、このクランプ機構だけでは切削インサートの移動及び回転を充分に防止できない。そのため、このクランプ機構は切削インサートをチップ座の周壁に向かって引き込む機構と併用される必要がある。すなわち、切削インサートをある一方の方向に向かって力を加えることにより、凸部と凹溝との間の隙間が埋まるので、切削インサートが完全に固定される。

しかしながら、切削インサートをチップ座の周壁に向かって引き込む機構を用いると、切削インサートの位置の基準がその壁面になるため、刃先の位置の誤差は実際の切削インサートの内接円の大きさと狙いの内接円の大きさとの差になる。したがって、従来の技術では切削インサートごとの刃先の位置を安定させることが難しかった。

本発明は上記の課題、すなわち低コストで且つ刃先位置のズレが小さい刃先交換式切削工具を提供することを目的とする。

第１の発明にかかる刃先交換式切削工具は、ボデーと、該ボデーに着脱自在に固定される切削インサートと、を備え、前記ボデーは前記切削インサートを固定するためのインサート固定部を備え、該インサート固定部が有する載置面には凹溝が放射状に形成され、該載置面に対向する前記切削インサートの下面には、前記凹溝に嵌合する凸部が形成され、前記凹溝の両側の側壁は溝の中心に向かって傾斜する傾斜面を有し、且つ該凹溝の溝幅は凹溝の収束中心から離れるに従い広くなることを特徴とする。
なお、本発明において「インサート固定部」とは、ボデーに形成される切削インサートを固定するための部分全体を指し、複数の構成要素からなる場合もある。

本発明の刃先交換式切削工具では、インサート固定部に形成される凹溝と、切削インサートに形成される凸部とが噛み合い、なおかつ凹溝の側壁と凸部の側面とが線接触または面接触する構造になっている。そのため、切削インサートをインサート固定部の周壁に向かって引き込まなくても、切削インサートがインサート固定部の上で滑ることも回転することもない。したがって、刃先の位置がずれる量は、実際の切削インサートの内接円の大きさと、狙いの内接円の大きさとの差の半分の大きさになる。このことは、本発明における切削インサートの刃先位置は、従来の切削工具よりも安定的であることを意味する。

図１は第１の実施形態に係る刃先交換式切削工具の斜視図である。 図２は第１の実施形態に係る刃先交換式切削工具の先端図である。 図３は第１の実施形態に係る刃先交換式切削工具の拡大先端図である。 図４は第１の実施形態に係る刃先交換式切削工具の拡大組立て図である。 図５は第１の実施形態に係る敷板の斜視図である。 図６は第１の実施形態に係る敷板の正面図である。 図７は第１の実施形態に係る敷板の側面図である。 図８は図６のＶＩＩI−ＶＩＩI断面図である。 図９は第１の実施形態に係る切削インサートの斜視図である。 図１０は第１の実施形態に係る切削インサートの側面図である。 図１１は第１の実施形態に係る切削インサートの背面図である。 図１２は図１１のＸＩI−ＸＩI断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明では便宜的に、図面上での位置関係を用いて物体どうしの位置関係を説明する。すなわち、２つの物体Ａと物体Ｂとの位置関係を説明するとき、物体Ａがより図面の上側にあれば、「物体Ａは物体Ｂよりも上側に位置する」と表現する。なお、このことは左右の位置関係についても同様である。
図１から図４に示すように、本実施形態の刃先交換式切削工具（Ａ）は切削インサート（１）と、ボデー（２）と、押圧固定部材（４）と、ネジ（５）とを備える。ボデー（２）の先端部には切削インサート（１）が固定される場所であるインサート固定部（２１）が形成されている。インサート固定部（２１）は敷板（３）を備えている。敷板（３）はボデー（２）の損傷を防止するもので、その外形形状はインサート固定部（２１）の底面とほぼ同じ形状になっている。すなわち、インサート固定部（２１）の底面は敷板（３）によって全面覆われている。
敷板（３）の一方の端面には雄ネジ部（３１）が形成されている。敷板（３）のもう一方の端面は切削インサート（１）が載置される載置面となり、切削インサート（１）の下面に対向する。切削インサート（１）はその下面と、敷板（３）の上面との間に隙間が形成された状態で載置されている。
切削インサート（１）は切削インサート（１）に形成された貫通孔（１１）に挿通されたネジ（５）によって、インサート固定部（２１）にクランプ（固定）される。さらに、押圧固定部材（４）が切削インサート（１）を押さえつけることでクランプ力を高めている。
インサート固定部（２１）は第１周壁（２３）と、第２周壁（２４）とを有する。第１周壁（２３）は敷板（３）の外形に沿った湾曲した壁で、敷板（３）と当接する。第１周壁（２３）の上端部の位置は敷板（３）の上面の位置とほぼ同じ位置若しくは若干高くなっている。すなわち、敷板（３）が置かれている面を基準にしたとき、第１周壁（２３）の上端部の方が載置面からより離間している。
第２周壁（２４）は第１周壁（２３）よりもボデー（２）の内側（中心軸線側）に形成されている。第２周壁（２４）の下端部、すなわち第２周壁（２４）の付け根の位置は第１周壁（２３）の上端部の位置よりも低い位置にある。言い換えると、敷板（３）が置かれている面を基準にしたとき、第２周壁（２４）の付け根の位置の方がより近い位置にある。
切削インサート（１）と第２周壁（２４）とは接触しておらず、2つの間には隙間が形成されている。
敷板（３）の雄ネジ部（３２）の回転中心軸線から敷板（３）の外周面までの距離は、雌ネジ部（２２）の回転中心軸線からインサート固定部（２１）の周壁までの距離よりも短い。
インサート固定部（２１）の周壁と載置面とがなす角度は内角で鋭角に形成されている。

図５から図8は本実施形態に係る敷板を示す図である。これらの図に示すように、敷板（３）は平板部（３１）と平板部（３１）の下部に設けられた雄ネジ部（３２）とからなる。
雄ネジ部（３２）がインサート固定部（２１）に形成された雌ネジ部（２２）と螺合することで、敷板（３）は固定される。
平板部（３１）の中央にはネジ孔（３３）が形成されており、ここにネジ（５）が挿通される。
平板部（３１）にはその中央から放射状に且つ等間隔に凹溝（３４）が形成されている。本実施形態では８本の凹溝（３４）が４５°間隔で形成されている。
凹溝（３４）の側壁は溝の中心に向かって傾斜する傾斜面（３４ａ）を有している。図５の正面図に示すように、凹溝（３４）の幅ｄは平板部（３１）の中央から離れるにしたがって広くなるように形成されている。すなわち、図５に示された場所Ａにおける溝幅ｄ１は場所Ｂよりも外周側に位置しているので、場所Ｂの溝幅ｄ２よりも長くなっている。別の表現を用いて凹溝（３４）の形状を説明すると、凹溝（３４）の横断面を見ると、２つの傾斜面（３４ａ）がなす角度は平板部（３１）の中央から離れた位置ほど大きくなっている。
図８の断面図に示すとおり、凹溝（３４）の深さ、すなわち凹溝（３４）の底部から平板部（３１）の上面までの長さＬが、平板部（３１）の中央から離れた場所ほど長くなるように形成されている。したがって、場所Ｃは場所Ｄよりも外周側に位置しているため、場所Ｃにおける長さＬ１は場所Ｄにおける長さＬ２よりも長くなっている。
凹溝（３４）の底部には細溝（３４ｂ）が形成されている。細溝（３４ｂ）の側壁は平板部（３１）の上面に対してほぼ直角で、傾斜面（３４ａ）と連続している。
細溝（３４ｂ）はその中心が凹溝（３４）の中心と一致するように形成されている。

図９から図１２は本実施形態に係る切削インサートを示す図である。これらの図に示すように、切削インサート（１）の上面は略円形で、側面には逃げ角が付与されている。
下面は凹溝（３４）と係合するための凸部（１２）を、凹溝（３４）と同数の８個備えている。
凸部（１２）の傾斜側面（１２ａ）は傾斜面（３４ａ）と面接触もしくは線接触可能なように傾斜面（３４ａ）と同じ角度もしくは若干大きい角度で傾斜している。
凸部（１２）はその頂部（１２ｂ）が細溝（３４ｂ）の内側に入る程度の高さに形成されている。さらに、頂部（１２ｂ）が細溝（３４ｂ）に入り込む量が一定になるように、図１２に示す通り、頂部（１２ｂ）は切削インサート（１）の外周側に向かうほど高くなるように形成されている。

刃先交換式切削工具（Ａ）においては、切削インサート（１）はその下面に形成された凸部（１２）と敷板（３）に形成された凹溝（３４）とが噛み合った状態でインサート固定部（２１）に固定される。そのとき、凸部（１２）の傾斜側面（１２ａ）と、凹溝（３４）の傾斜面（３４ａ）とは線接触または面接触した状態になる。
このことにより、切削インサート（１）は敷板（３）に対して完全に固定され、敷板（３）の上で滑ることも回転することもない。したがって、切削インサート（１）の位置は敷板（３）に形成されたネジ孔（３３）の中心を基準にして決定される。このことにより、刃先位置がずれる量は実際の切削インサートの内接円の半径と、狙いの内接円半径との差の半分になる。この大きさは、従来のようなインサート固定部の周壁を基準にして切削インサートの位置を決めるクランプ機構を用いたときのずれの量の半分である。
以上の説明をまとめると、刃先交換式切削工具（Ａ）においては、従来とは異なり、切削インサート（１）の凸部（１２）と敷板（３）の傾斜側面（１２ａ）とが全て接触した状態になっている。そのため、切削インサート（１）は敷板（３）の上で動くことができなくなり、切削インサート（１）をインサート固定部（２）の周壁に押し当てる必要がなくなる。その結果、切削インサート（１）の刃先位置がずれる度合いは従来の半分になる。

敷板（３）の凹溝（３４）の幅が、敷板（３）の中央から外周側に向かうにつれて漸次広くなっているため、敷板（３）による切削インサート（１）の固定力が従来の溝付きの敷板よりも増大する。これは切削インサート（１）の傾斜側面（１２ａ）と傾斜面（３４ａ）との密着力が上がるからである。そして、この密着力は傾斜側面（１２ａ）の開き角度が傾斜面（３４ａ）の開き角度よりも大きいときに、より増大する。

また、凹溝（３４）の深さが敷板（３）の中央から外周側に向かうに連れて漸次深くなっているため、切削インサート（１）を拘束する効果が高まり、さらに切削インサート（１）が切削抵抗を受けて浮き上ろうとすることを抑制する効果が高まる。これは、切削インサート（１）の凸部（１２）と敷板（３）の凹溝との接触線が同一平面状に存在し得ないため、切削抵抗の方向、大きさが変化するミーリング加工において、あらゆる方向からの切削抵抗に対応できる構造となっているためである。
また、この構造によって切削インサート（１）と敷板（３）との中心が一致し易くなる。すなわち、切削インサート（１）の中心軸線と敷板（３）の中心軸線とがずれた状態で噛み合っていたとしても、そのときは一部の凸部（１２）が凹溝（３４）の底から大きく浮いた状態であるため、ネジ留めの際に切削インサート（１）がネジによって押され、凸部（１２）と凹溝（３４）との間の距離が適切になるように是正される。

切削インサート（１）の下面と敷板（３）の上面との間に隙間が形成されるように設計することで、切削インサート（１）をネジ（５）で押さえつけたときに、隙間が無い場合よりも切削インサート（１）が大きく弾性変形する。弾性変形が大きくなることに伴って、切削インサート（１）の敷板（３）との密着力も増大する。

細溝（３４ｂ）が凸部（１２）の頂部（１２ｂ）を収容することで、細溝（３４ｂ）の側壁も切削インサート（１）の回転を防止する効果を発揮し、回り止め効果が増大する。

敷板（３）の雄ネジ部（３２）の回転中心軸線から敷板（３）の外周面までの距離が、雌ネジ部（２２）の回転中心軸線からインサート固定部（２１）の周壁までの距離よりも短いことで、敷板（３）がより強固に固定される。すなわち、このような構造になることで、ネジ（５）が弾性変形し、その復元力で敷板（３）をインサート固定部（２１）の周壁に押し付けられるので、敷板（３）はインサート固定部（２１）に強固に固定される。

第２周壁（２４）の下端部の位置が第１周壁（２３）上端部よりも低い位置に形成されることで、第１周壁（２３）の一部がボデー（２）によって支持されず、その部分が弾性変形可能になる。このような形状にすることで、敷板（３）のネジ孔（３３）の中心軸線の位置と雌ネジ部（２２）の中心軸線の位置とを一致させやすくなる。すなわち、敷板（３）の大きさが狙いの大きさから多少ずれていたとしても、第１周壁（２３）の一部が敷板（３）の外周方向に弾性変形することで、２つの中心軸線を一致させることができる。定性的な表現を用いると、本実施形態の第１周壁（２３）の構造は敷板（３）の製造誤差を吸収することができる。

インサート固定部（２１）の周壁と載置面とがなす角度が鋭角に形成されることで、切削インサート（１）が切削抵抗を受けて端部が持ち上がろうとした際に、周壁が切削インサート（１）を下向きに押さえつけて抑制する効果が発揮される。

本発明は上記の実施形態に限られず、本発明の技術思想に則った範囲内であれば、様々な実施形態を採用することができる。本発明の具体的な技術思想とは（１）インサート固定部に凹溝が形成され、切削インサートにはその凹溝に対応する凸部が形成される、（２）凹溝は放射状に形成される、（３）凹溝の側壁は傾斜面を備える、（４）２つ以上の凸部が凹溝の傾斜面と線接触または面接触する、という４つの構成を同時に備えることである。
したがって、例えばインサート固定部が敷板を備えず、載置面に直接凹溝が形成されるような実施形態も採用可能である。
別の実施形態として、切削インサートの形状も円形だけではなく、三角形や矩形等の多角形も採用可能である。
別の実施形態として、旋削工具や穴あけ工具等のフライス工具とは別の種類の切削工具も採用可能である。
また、凹溝の数にも制限はない。凸部に関しても、最大限を凹溝の数と同数として、それ以下の個数ならば幾つであっても構わない。
上記実施形態では切れ刃を交代させるコーナチェンジを想定しているため、凹溝は所定の角度で回転対称に形成されていたが、コーナチェンジを想定しなければ、凹溝はどのような位置に形成されてもよい。しかしながら、凹溝が等角度で形成されると、より効果的に切削インサートの回転を防止することができる。

１…切削インサート
１１…貫通孔
１２…凸部
１２ａ…傾斜側面
１２ｂ…頂部
２…ボデー
２１…インサート固定部
２２…雌ネジ部
２３…第１周壁
２４…第２周壁
３…敷板
３１…平板部
３２…雄ネジ部
３３…ネジ孔
３４…凹溝
３４ａ…傾斜面
３４ｂ…細溝
４…押圧固定部材
５…ネジ
Ａ…刃先交換式切削工具

Claims (9)

1. ボデー（２）と、該ボデー（２）に着脱自在に固定される切削インサート（１）と、を備え、
   前記ボデー（２）は前記切削インサート（１）を固定するためのインサート固定部（２１）を備え、
   該インサート固定部（２１）が有する載置面には凹溝（３４）が放射状に形成され、
   該載置面に対向する前記切削インサート（１）の下面は、前記凹溝（３４）に嵌合する凸部（１２）を有し、
   前記凹溝（３４）の両側の側壁は溝の中心に向かって傾斜する傾斜面（３４ａ）を有し、且つ該凹溝（３４）の溝幅は凹溝の収束中心から離れるにしたがって広くなり、
   前記凸部（１２）は前記凹溝（３４）の傾斜面（３４ａ）に当接する傾斜側面（１２ａ）を備え、
   前記下面と前記載置面との間には隙間が形成されることを特徴とする刃先交換式切削工具。
2. 前記載置面から前記凹溝（３４）の底までの深さが、前記凹溝（３４）の収束中心から離れるにしたがい深くなり、
   前記凸部（１２）は前記切削インサート（１）の中心から離れるに従って高さが高くなることを特徴とする請求項１記載の刃先交換式切削工具。
3. 隣接する任意の前記凹溝（３４）どうしがなす角度が全て等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の刃先交換式切削工具。
4. 前記凸部（１２）は前記凹溝（３４）の本数と同数であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。
5. 前記切削インサート（１）の上面および下面の形状が略円形であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。
6. 前記インサート固定部（２１）は敷板（３）を備え、該敷板（３）が載置面を備え、該載置面に前記切削インサート（１）が載置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。
7. 前記敷板（３）の端面のうち、前記凹溝（３４）が形成されている側の端面とは反対側の端面に雄ネジ部（３２）が形成され、
   前記ボデー（２）は前記雄ネジ部（３２）と螺合する雌ネジ部（２２）を備えることを特徴とする請求項６記載の刃先交換式切削工具。
8. 前記雄ネジ部（３２）の回転中心軸から前記敷板（３）の外周壁までの距離は、前記雌ネジ部（２２）の回転中心軸から前記インサート固定部（２１）が備える周壁までの距離よりも短いことを特徴とする請求項７記載の刃先交換式切削工具。
9. 前記インサート固定部（２１）が備える周壁と前記載置面とがなす角度が内角で鋭角であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。

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