JP2015112681A - 溝入加工用の切削工具及びこの切削工具を用いた溝入加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先端切刃の強度を低下することなくバリを抑制することができるようにする。【解決手段】工具本体２の先端部上面４に設けられたすくい面１０と、すくい面１０の先端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある先端切刃１１と、先端切刃１１に連なるようにすくい面１０の両端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある側面切刃１２と、を備えている溝入加工用の切削工具において、工具本体２の幅方向両側縁であって側面切刃１２に隣接する位置に、バリ取り用の切刃が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、旋削加工における溝加工や突切り加工でのバリの発生を低減可能とする溝入加工用の切削工具及びこの切削工具を用いた溝入加工方法に関する。

従来より、旋削加工における溝入加工や突切り加工を行うと、外周部にバリが発生する。バリは大きくなると寸法精度、加工面性状の悪化や、それを防ぐためのバリ取り工程が必要となるため、バリは小さいことが望ましい。溝入加工等を行う切削工具として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
特許文献１の溝入加工用の切削工具（溝入加工用スローアウェイチップ）は、先端切刃の角部におけるすくい角が先端切刃の中央部におけるすくい角よりも小さく、先端切刃の中央部の逃げ面側に着座面に対して垂直のストレート部が形成されているとともに、先端切刃の角部においてはストレート部がないかまたは中央部におけるストレート部の長さよりも短い長さでストレート部が形成されてなり、かつ、少なくとも先端切刃は被覆層にて覆われている。また、先端切刃は、前面視において、両方の角部から中央部側へ向かうに従って低くなるように凹状となっている。

特許文献２の溝入加工用の切削工具（切削インサート）は、前切刃の刃先処理量に比べてコーナー切刃の刃先処理量が小さいとともに、前切刃よりも前記コーナー切刃の方が前記突出部の突出方向正面側に突出している。この切削インサートでは、コーナー切刃の刃先処理が小さいため加工壁面の仕上げの精度を向上させたり、バリの発生を抑制している。

特開２０１０−１２５５４２号公報 特許第４８５４３６０号公報

特許文献１では、刃先のＲや角部のＲが詳細に開示されておらず、バリがどの程度抑制できるかが明確ではない。また、すくい角が大きくなると刃先の欠けが発生する可能性がある。それゆえ、特許文献１の溝入加工用スローアウェイチップ（切削工具）を用いたとしても、刃先の欠けを防止しつつ十分にバリを抑制することができないのが実情である。
特許文献２では、コーナー切刃部の刃先処理が小さいため、刃先強度の低下が避けられず、コーナー部のチッピングや工具摩耗が増加する可能性がある。それゆえ、特許文献２の切削インサート（切削工具）を用いたとしても、特許文献１と同様に、刃先の欠けを防止しつつ十分にバリを抑制することができないのが実情である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、先端切刃の強度を低下することなくバリを抑制することができる溝入加工用の切削工具及びこの切削工具を用いた溝入加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る溝入加工用の切削工具は、工具本体の先端部上面に設けられたすくい面と、前記すくい面の先端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある先端切刃と、前記先端切刃に連なるように前記すくい面の両端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある側面切刃と、を備えている溝入加工用の切削工具において、前記工具本体の幅方向両側縁であって前記側面切刃に隣接する位置に、バリ取り用の切刃が形成されていることを特徴とする。

前記工具本体の幅方向両側縁であって側面切刃に連接するように、凹状の切り欠き部が設けられており、前記切り欠き部にバリ取り用の切刃が形成されていることを特徴とする。
前記バリ取り用の切刃は、平面視において工具本体の幅方向内側に入り込むように傾斜していることを特徴とする。

前記バリ取り用の切刃には、刃先処理が施されており、前記刃先処理の処理量が１〜１０μｍとされていることを特徴とする。
本発明に係る溝入加工方法は、溝入加工用の切削工具を用いて溝入加工を行うに際しては、円柱状の被切削材に前記切削工具を切り込むことで溝部を形成し、その後、前記溝部の内側壁と前記被切削材の外周面とが交差する部位に、切削工具のバリ取り切刃が接するように、当該切削工具を前記円筒状の被切削材の軸心方向に移動させて、前記バリ取り切刃による切削を行うことを特徴とする。

本発明によれば、先端切刃の強度を低下することなくバリを抑制することができる。

切削工具の全体の斜視図を示した図である。 （ａ）バリ取刃の角度をマイナスにした場合のすくい面の拡大平面図であり、（ｂ）バリ取刃の角度を零にした場合のすくい面の拡大平面図である。 切削工具の先端部の拡大斜視図である。 切削工具で切削する様子を示した図である。 第１の溝入加工方法における先端切刃の幅方向中心部の動きを示した図である。 第２の溝入加工方法における先端切刃の幅方向中心部の動きを示した図である。 第３の溝入加工方法における先端切刃の幅方向中心部の動きを示した図である。

以下、本発明の実施形態を図を基に説明する。
図１に示すように、本発明の切削工具１は、溝入加工に用いられるチップであって、略直方体形状の工具本体２を備えている。説明の便宜上、工具本体２の延設方向を前後方向、工具本体２の幅方向を左右方向として説明を続ける。
工具本体の構成について詳しく説明する。

工具本体２の先端部は、左右一対の側面（先端部側面という）３と、この先端部側面３の上端を連結する上面（先端部上面という）４と、先端部側面３の下端を連結する下面（先端部下面という）５と、先端部側面３、先端部上面４及び先端部下面５を連結する前面（先端部前面）６とで構成されている。
工具本体２の先端部上面４には、平面視で矩形状のすくい面１０が形成されている。すくい面１０の先端縁、即ち、先端部上面４と先端部前面６とが交差する部分には、刃先処理が施された先端切刃１１が形成されている。

また、すくい面１０の両端縁、即ち、先端部上面４と先端部側面３とが交差する部分には、刃先処理が施してある側面切刃１２が形成されている。この側面切刃１２は、先端切刃１１から連なっていて、即ち、先端切刃１１の刃の部分と側面切刃１２の刃の部分は連続して形成されている。
さて、図２に示すように、本発明の溝入加工用の切削工具１では、工具本体２の幅方向両側縁であって側面切刃１２に隣接する位置に、バリ取り用の切刃（バリ取刃という）１３が形成されている。バリ取刃１３は、側面切刃１２の後端部側であって当該側面切刃１２から幅方向内側に位置していて、側面切刃１２からはみ出さない構成となっている。

詳しくは、図２及び図３に示すように、側面切刃１２の後部側には、幅方向に凹状となる切り欠き部１４が形成されていて、この切り欠き部１４にバリ取刃１３が形成されている。
工具本体２（すくい面１０）を平面視したとき、バリ取刃１３は、工具本体２の幅方向内側に入り込むように傾斜していて、側面切刃１２に沿う第１稜線Ｌ１とバリ取刃１３に沿う第２稜線Ｌ２とのなす角（バリ取刃角度）θは、マイナス側にしている。即ち、工具本体２を平面視したとき、第１稜線Ｌ１よりも幅方向外側をプラス側、第１稜線Ｌ１よりも幅方向内側をマイナス側としたうえで、バリ取刃１３を形状を変化させて、３Ｄ−ＦＥＭ切削シミュレーションを用いて検討した結果、バリ取刃角度θは、負の角度にする方が、バリが小さくなることが知見された。なお、通常の横逃げ角のように、角度が正（プラス側）になると、バリが大きくなる。

また、バリ取刃１３には、刃先処理が施されている。この刃先処理の処理量は１〜１０μｍとしている。バリ取刃１３の刃先処理における処理量を１０μｍ以下とすることによって、小さな刃先で効率よくバリ取りを行うことができる。しかしながら、バリ取刃１３の刃先処理における処理量が１μｍ未満であると、刃先のチッピングが発生するため、処理量は１μｍ以上としている。

図４は、溝入加工用の切削工具による溝入加工の様子を例示したものである。
図４に示すように、切削工具を用いて溝入加工を行うに際しては、まず、旋盤などの切削機に被切削材（例えば、円形状のワーク材料）１５をセットすると共に、切削工具１をセットする。そして、被切削材１５を回転させながら、工具本体２の先端部を被切削材１５に近づけ、先端切刃１１及び側面切刃１２で被切削材１５を切削することにより、被切削材１５に溝部１６を形成する。溝入加工を行った際には、被切削材１５の溝部１６の外側コーナ部１７、即ち、溝部１６の内側壁と被切削材１５の外周面とが交差する部位に、バリが発生するため、バリ取刃１３によって外側コーナ部１７に形成されたバリを削る。

次に、図５〜図７を用いて溝入加工方法について説明する。
図５〜図７は、溝入加工において、先端切刃１１の左右方向中心部（幅方向中心部）Ａの軌跡（動き）を表したもので、実線は現在の動きを示し、点線は１回前の動きを示している。図５は第１方法、図６は第２方法、図７は第３方法を示したもので、各方法の説明において、切削工具の動きは、当該切削工具の向きで説明することとする。

図５に示す第１方法では、まず、先端切刃１１の幅方向中心部（切削工具１）Ａを、スタート位置Ｓから前方向（ワーク部材から見れば径方向）に移動させ、溝部１６の切り込みを行う［図５（ａ）］。そして、溝部１６の外側コーナ部１７と、切削工具のバリ取刃１３とが幅方向にオーバラップする位置まで、切削工具を後方向に退避させる［図５（ｂ）］。

その後、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、例えば、０．２ｍｍ、右側に移動し、バリ取刃１３で外側コーナ部１７の付近にあるバリを取る［図５（ｃ）］。バリ取り後は、切削工具を軸方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の右側壁をなめた後［図５（ｄ）］、切削工具をセンター部に向けて移動して、先端切刃１１の幅方向中心部Ａをセンター部Ｃに一致させる［図５（ｅ）］。

先端切刃１１の幅方向中心部をセンター部Ｃに一致させた後は、溝部１６の外側コーナ部１７と切削工具のバリ取刃１３とが幅方向にオーバラップする位置まで、再び、切削工具を軸方向に退避させる［図５（ｆ）］。その後、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、図５（ｃ）とは反対側に０．２ｍｍ、左側に移動し、バリ取刃１３で外側コーナ部１７付近のバリを取る［図５（ｇ）］。

そして、切削工具を軸方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の左側壁をなめた後［図５（ｈ）］、切削工具をセンター部Ｃに向けて移動して、先端切刃１１の幅方向中心部をセンター部Ｃに一致させる［図５（ｉ）］。先端切刃１１の幅方向中心部をセンター部Ｃに一致させた後は、当該先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図５（ｊ）］。

一方、図６に示す第２方法では、まず、切削工具をスタート位置Ｓから前方向に移動させ、溝部１６の切り込みを行う［図６（ａ）］。そして、溝部１６の外側コーナ部１７と、切削工具のバリ取刃１３とが幅方向にオーバラップする位置まで、切削工具を後方向に退避させる［図６（ｂ）］。
その後、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、右側に移動し、バリ取刃１３で外側コーナ部１７の付近にあるバリを取り［図６（ｃ）］、さらに、切削工具を左側に０．４ｍｍ移動してバリ取刃１３でコーナ部付近のバリを取る［図６（ｄ）］。

バリ取刃１３でコーナ部付近のバリを取った後は、先端切刃１１の幅方向中心部をセンター部Ｃに移動させ［図６（ｅ）］、先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図６（ｆ）］。
そして、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、右側に移動して側面切刃１２を溝部１６の右側壁に接触させ［図６（ｇ）］、当該切削工具を前方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の右側壁をなめた後［図６（ｈ）］、再び、切削工具を後方向に退避させて、先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図６（ｉ）］。
そして、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、左側に移動して側面切刃１２を溝部１６の左側壁に接触させ［図６（ｊ）］、当該切削工具を前方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の左側壁をなめた後［図６（ｋ）］、再び、切削工具を後方向に退避させて、先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図６（ｌ）］。

図７に示す第３方法では、切削工具をスタート位置Ｓから前方向に移動させ、溝部１６の切り込みを行う［図７（ａ）］。なお、図７（ａ）に示すように、溝部１６の切り込みは、溝部１６の外側コーナ部１７と、切削工具のバリ取刃１３とが幅方向にオーバラップする位置で停止する。
そして、切削工具を溝部１６の外側コーナ部１７に近づくように、右側に移動し、バリ取刃１３で外側コーナ部１７の付近にあるバリを取り［図７（ｂ）］、その後、切削工具を左側に移動してバリ取刃１３でコーナ部付近のバリを取る［図７（ｃ）］。

バリ取刃１３でコーナ部付近のバリを取った後は、先端切刃１１の幅方向中心部をセンター部Ｃに移動させ［図７（ｄ）］、その後、切削工具を再び後方向に移動させて、さらに深く、溝部１６の切り込みを行う［図７（ｅ）］
溝部１６の切り込みの完了後、切削工具をスタート位置に戻し［図７（ｆ）］、その後、右側に移動して側面切刃１２を溝部１６の右側壁に接触させ［図７（ｇ）］、当該切削工具を前方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の右側壁をなめた後［図７（ｈ）］、、再び、切削工具を後方向に退避させて、先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図７（ｉ）］。

そして、溝部１６の右側壁をなめた後は、左側に移動して側面切刃１２を溝部１６の左側壁に接触させ［図７（ｊ）］、当該切削工具を前方向に移動させて側面切刃１２で溝部１６の左側壁をなめた後［図７（ｋ）］、再び、切削工具を後方向に退避させて、先端切刃１１の幅方向中心部をスタート位置Ｓまで戻す［図７（ｌ）］。
以上、上述した溝入加工方法をまとめると、被切削材１５に切削工具を切り込むことで溝部１６を形成し、その後、溝部１６の内側壁と前記被切削材１５の外周面とが交差する部位（コーナ部）に、切削工具のバリ取り切刃が接するように、当該切削工具を被切削材１５に向けて移動させて、バリ取刃１３による切削を行っている。

そのため、バリ取刃１３は、溝入れ、突切り等の加工では切削に関与させない状態で溝入れ等を行うことができる。そして、溝入れ後に、被切削材１５の溝部１６のコーナ部にバリ取刃１３に当たるように切削工具の軸方向の位置を調節して、当該切削工具を幅方向に送りをかけることにより、バリ取刃１３でバリを除去することができる。

本願発明者らは、本発明の溝入加工用の切削工具を用いた切削実験、及び切削実験を模した切削シミュレーションを実施した。以下、説明する。
表１は、切削実験の条件を示したもので、表２は、切削シミュレーションの解析条件を示したものである。

表１及び表２に示すように、被切削材１５はＳＵＭ２２とした。切削速度及び送り速度は、切削実験及び切削シミュレーション共に、１９０ｍ／ｍｉｎ、０．０６ｍｍ／ｒｅｖとした。切削実験では、ウエットで切削して、切削シミュレーションではドライで切削した。表３は、使用した切削工具と、溝部１６の形成時における最大バリの高さとの関係を示したものである。

切削工具のコーナ−Ｒ（先端切刃１１と側面切刃１２とが交差する部位）は、０．４ｍｍ又は０．３ｍｍとした。先端切刃１１の丸みは、５０μｍ又は１０μｍとした。この場合、切削実験では、溝形成時における最大のバリの高さは、５０．６μｍ、３０．７μｍとなった。また、切削シミュレーションの場合、溝形成時における最大のバリの高さは、６１．６μｍ、３４．５μｍとなった。このように、実際の切削とシミュレーションとにおいてバリの高さが略一致する知見を得られたので、上記した切削シミュレーションは、実際の切削状況を正確に反映していると判断することができる。

さて、溝部１６の形成時においてバリの高さが表３に示す値の状況下で、本発明の切削工具及び方法により、バリがどの程度低減できたか、切削シミュレーションを用いて検証を行った。
表４は、バリ取刃角度θ及び先端切刃１１の刃先丸みと、バリ取刃１３の切削によるバリ高さとのシミュレーション結果をまとめたものである。

表４に示すように、先端切刃１１の刃先丸みが３μｍ〜５０μｍである場合において、バリ取刃角度θを小さくする（マイナス）にすることにより、即ち、バリ取刃１３を工具本体２の幅方向内側に入り込むように傾斜させることにより、バリ取り高さμｍを小さくすることができ、バリを抑制することができる。また、切れ刃丸みが小さい方がバリ高さも抑えられることも知見できた。

詳しくは、表３に示すように、バリ取刃を使用しない場合のバリ高さが５０μｍ〜６０μｍとなっているに対し、表４に示すように、先端切刃１１の刃先丸みが５μｍ、バリ取刃角度θが−４５°の工具を使用した場合、バリの高さを８．１μｍに低減することができた。
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 切削工具
２ 工具本体
３ 先端部側面
４ 先端部上面
５ 先端部下面
６ 先端部前面
１０ すくい面
１１ 先端切刃
１２ 側面切刃
１３ バリ取刃
１４ 切り欠き部
１５ 被切削材
１６ 溝部
１７ 外側コーナ部
Ａ 先端切刃の幅方向中心部
Ｃ センター部

Claims (5)

1. 工具本体の先端部上面に設けられたすくい面と、前記すくい面の先端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある先端切刃と、前記先端切刃に連なるように前記すくい面の両端縁に設けられ且つ刃先処理が施してある側面切刃と、を備えている溝入加工用の切削工具において、
   前記工具本体の幅方向両側縁であって前記側面切刃に隣接する位置に、バリ取り用の切刃が形成されていることを特徴とする溝入加工用の切削工具。
2. 前記工具本体の幅方向両側縁であって側面切刃に連接するように、凹状の切り欠き部が設けられており、前記切り欠き部にバリ取り用の切刃が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溝入加工用の切削工具。
3. 前記バリ取り用の切刃は、平面視において工具本体の幅方向内側に入り込むように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の溝入加工用の切削工具。
4. 前記バリ取り用の切刃には、刃先処理が施されており、前記刃先処理の処理量が１〜１０μｍとされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溝入加工用の切削工具。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の溝入加工用の切削工具を用いて、溝入加工を行うに際しては、
   被切削材に前記切削工具を切り込むことで溝部を形成し、
   その後、前記溝部の内側壁と前記被切削材の外周面とが交差する部位に、切削工具のバリ取り切刃が接するように、当該切削工具を前記被切削材に向けて移動させて、前記バリ取り切刃による切削を行うことを特徴とする溝入加工方法。

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