JP2015186827A - 切削インサートおよびその切削インサートを用いた刃先交換式切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】平置きと縦置きとで使用可能で、なおかつ従来のように平置き用切れ刃の長さが短くなっていない切削インサートと、この切削インサートを用いた刃先交換式切削工具とを提供すること。【解決手段】多角形の切削インサート（１００）であって、上面（１０）と側面（３０）との交差稜線部に平置き用切れ刃（１１）が形成され、下面（２０）と側面（３０）との交差稜線部および側面（３０）の屈曲部分の一部に縦置き用の切れ刃が形成され、上面（１０）に形成される平置き用コーナ（１１ｂ）および縦置き用さらい刃（３２）を上面側から観察すると、縦置き用さらい刃（３２）が平置き用コーナ（１１ｂ）よりも外方に突出している切削インサート（１００）。【選択図】 図１

Description

本発明は切削加工に用いられる切削インサートおよび刃先交換式切削工具に関する。

直角肩削りが可能な刃先交換式転削工具が特許文献１に開示されている。この刃先交換式転削工具では、切削インサートが平置きおよび縦置きで配置されることにより、使用可能なコーナの数が８個になっている。なお、ここでいう平置きとは「板状の切削インサートの上下面を、工具本体に形成されたインサート取付座に当接させて切削インサートを取り付ける方式」のことである。また縦置きとは「板状の切削インサートの側面を、工具本体に形成されたインサート取付座に当接させて切削インサートを取り付ける方式」のことである。特許文献１を例にすれば、ｆｉｇ８で示される取付方式が平置きで、ｆｉｇ９で示される取付方式が縦置きである。

国際公開第２０１２／０６７３９２号

特許文献１で開示されている切削インサートは、使用可能なコーナ数は多いものの、主切れ刃として機能する切れ刃（１００）および切れ刃（２００）の長さが、この切削インサートの辺稜部全体に対して約半分になっており、切込み深さが充分ではないという問題を抱えている。そのため、単位時間当たりの切りくず排出量を重視する高能率加工が必要とされる加工現場では、この切削インサートでは十分に対応することが難しい。
本発明は従来よりも切込み深さが大きい切削インサートおよびこの切削インサートを用いる刃先交換式切削工具を提供することを目的とする。

本発明にかかる切削インサートは、多角形の第１端面と、該第１端面と向かいあう多角形の第２端面と、前記第１端面および前記第２端面に接続する側面と、前記第１端面と前記側面との交差稜線部全体に形成される平置き用切れ刃と、前記第２端面と前記側面との交差稜線部に形成される縦置き用主切れ刃と、前記側面の一部同士の交差稜線部に形成される縦置き用さらい刃及び縦置き用コーナと、を備え、前記平置き用切れ刃は平置き用コーナを備え、前記第１端面はその中心を回転軸線とする回転対称な外形形状であり、前記第２端面はその中心を回転軸線とする回転対称な外形形状であり、前記側面はつなぎ曲面を有し、該つなぎ曲面は前記平置き用コーナおよび前記縦置き用さらい刃に接続し、前記第１端面に対向する方向から見たとき、前記縦置き用さらい刃が前記コーナよりも外方に突出している切削インサートである。なお、本発明における「コーナ」とはＪＩＳで定義されたものに準拠している。つまり「コーナ」の概要としては、延長方向が異なる二つの切れ刃同士をつなぐ比較的小さい湾曲した切れ刃をいう。

本発明にかかる刃先交換式切削工具は、工具本体と、本発明の切削インサートとを備え、工具本体は前記切削インサートの第１端面がすくい面になるように該切削インサートを取り付けるための平置き用取付座と、前記切削インサートの側面がすくい面になるように該切削インサートを取り付けるための縦置き用取付座と、の２種類のインサート取付座を備える刃先交換式切削工具である。

本発明の切削インサートにおいては、上面と側面との交差稜線部全体が切れ刃であり、その中間には従来の切削インサートとは異なり切れ刃を分断して一部を使用不能にするようなものは形成されていない。したがって、本発明の切削インサートは従来よりも大きな切込み量で切削することが可能になり、高能率な加工を行える。

図１は本発明の切削インサートの一実施形態を示す斜視図である。 図２は図１の切削インサートの平面図である。 図３は図１の切削インサートの側面図である。 図４は図１の切削インサートの斜視図である。 図５は図１の切削インサートの底面図である。 図６は図１の切削インサートを備える刃先交換式切削工具を示す全体斜視図である。 図７は図６の刃先交換式切削工具であって、切削インサートが取り外された状態を示す斜視図である。 図８は本発明の切削インサートの別の実施形態を示す図であり、（Ａ）が上面側から見た斜視図であり、（Ｂ）が下面側から見た斜視図である。 図９は図８の切削インサートであって、（Ａ）が平面図であり、（Ｂ）が右側面図であり、（Ｃ）が背面図である。 図１０は本発明の刃先交換式切削工具におけるインサー取付座の配置方法を示す先端図である。 図１１は平置きされた切削インサートの位置と縦置きされた切削インサートとの位置を示した刃先交換式切削工具の先端側から見た状態を想定した模式図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。本実施形態の切削インサートの要旨は平置きおよび縦置きで使用され、上面の周囲を囲む辺稜部全体が切れ刃として使用可能になっていることである。

次に本実施形態の切削インサートの形状について詳述する。図１〜図５に示すように、切削インサート（１００）は上面（１０）と、下面（２０）と、上面（１０）および下面（２０）に接続する側面（３０）と、を備え、上面（１０）と側面（３０）との交差稜線部全体には平置き用切れ刃（１１）が形成され、下面（２０）と側面（３０）との交差稜線部および側面（３０）の一部同士の交差稜線部には縦置き用切れ刃が形成される。具体的には、下面（２０）と側面（３０）との交差稜線部に縦置き用主切れ刃（３１）が形成され、屈曲する側面（３０）の屈曲部と下面（２０）とが交わる隅の部分に縦置き用コーナ（３３）が形成される。
上面（１０）および下面（２０）は各辺の途中に外方に向かって膨らんだ突出部が形成されてはいるが、おおよそ三角形状とみなせる形状になっている。
切削インサート（１００）には逃げ角が設けられておらず、いわゆるネガティブ型の形状になっている。
上面（１０）および下面（２０）を貫通する貫通穴（４０）が形成され、貫通穴（４０）の中心軸は上面（２０）および下面（２０）それぞれの中心軸Ｃに一致する。

上面（１０）は上面（１０）の中心軸Ｃの周りに１２０°回転対称な形状をしている。平置き用切れ刃（１１）は長い３つの平置き用主切れ刃（１１ａ）と、各平置き用主切れ刃（１１ａ）に接続する３つの平置き用コーナ（１１ｂ）と、一方端が平置き用コーナ（１１ｂ）に接続し、もう一方端が平置き用主切れ刃（１１ａ）に接続する短い３つの平置き用さらい刃（１１ｃ）とを備える。すなわち、上面（２０）は平置き用主切れ刃（１１ａ）と平置き用コーナ（１１ｂ）と平置き用さらい刃（１１ｃ）とを一組とした切れ刃群を３組備えた形状をなしている。したがって、切削インサート（１００）が平置きされた際は、３回のコーナチェンジが可能になっている。
上面視したとき、平置き用主切れ刃（１１ａ）の延長線と平置き用さらい刃（１１ｃ）の延長線とはほぼ９０°に交差するように形成され、平置き用主切れ刃（１１ａ）と平置き用さらい刃（１１ｃ）とは鈍角に交差する。これらのように切れ刃が配置されることで、切削インサート（１００）は直角肩削りに対応可能になっている。なお本実施形態において、上面視したときの平置き用主切れ刃（１１ａ）および平置き用さらい刃（１１ｃ）の設計については、通常の直角肩削り用の切削インサートにおける主切れ刃およびさらい刃の設計に倣って設計されている。つまり、加工中のワークの形状と完全に冷却されて仕上がった状態のワークとでは、加工中に加わる熱や荷重等の種々の要因から寸法的に差異が生じるので、その差異を考慮して平置き用主切れ刃（１１ａ）および平置き用さらい刃（１１ｃ）は設計される。
図３に示されるように、平置き用さらい刃（１１ｃ）は、側面視したときに、平置き用コーナ（１１ｂ）に接続する端部を基準として下面（３０）に近づく向きに傾斜して形成されている。平置き用さらい刃（１１ｃ）がこのように形成されることで、切削インサート（１００）が工具本体に取り付けられた際に、ラジアルレーキを正の角度にすることができる。
平置き用主切れ刃（１１ａ）は平置き用コーナ（１１ｂ）に接続する端部を基準として、平置き用さらい刃（１１ｃ）に接続する端部が下面（３０）に近づく向きに傾斜するように形成されている。平置き用主切れ刃（１１ａ）がこのように形成されることで、切削インサート（１００）自体が工具本体にネガティブに取り付けられても、アキシャルレーキが負の角度になることを防止できる。
上面（１０）には平置き用切れ刃（１１）に隣接して下面（２０）に近づく向きに傾斜する傾斜すくい面（２１）が形成されている。この傾斜すくい面（１２）と傾斜して形成された平置き用主切れ刃（１１ａ）とが組み合わされることにより、それぞれが単独で設けられた場合よりも切れ味が向上し、切削抵抗が低減する。また、前述したように平置き用さらい刃（１１ｃ）も傾斜しているので、さらに切削抵抗が低下する。すなわち、切削インサート（１００）は傾斜する平置き用さらい刃（１１ｃ）、傾斜する平置き用主切れ刃（１１ａ）および傾斜すくい面（１２）を同時に備えるため、従来よりも切削抵抗が小さい。

図５に示すように、下面（２０）は略三角形状で、中心軸Ｃを中心として１２０°回転対称な形状をなしている。下面（２０）の隅の部分と側面（３０）とは湾曲する曲面（３４）を介して接続している。
側面（３０）は上面（１０）に接続する上部側面（３０ａ）と下面（２０）に接続する下部側面（３０ｂ）とを備える。下部側面（３０ｂ）は切削インサート（１０）が縦置きされたときに、すくい面として機能する。また、下部側面（３０ｂ）と下面（２０）との交差稜線部に縦置き用主切れ刃（３１）が形成される。
図５に描かれているように、下面（２０）に対向する方向から見るとき、縦置き用主切れ刃（３１）の稜線と平置き用主切れ刃（１１ａ）の稜線とは平行ではなく且つ縦置き用主切れ刃（３１）の稜線の方が平置き用主切れ刃（１１ａ）の稜線よりも内側に位置している。別の定性的な表現で言い換えると、上部側面（３０ａ）を位置の基準にしたとき、下部側面（３０ｂ）は切削インサート（１００）の中心軸Ｃに向かって近づくように傾斜している。このように傾斜する下部側面（３０ｂ）が形成されることで、切削インサート（１００）が縦置きされたときに、すくい角を正にすることができる。
隣接する下部側面（３０ｂ）同士は直接接続し、その交差稜線部には縦置き用さらい刃（３２）が形成される。切削インサート（１００）はネガティブタイプなので、縦置き用さらい刃（３２）の延長線と縦置き用主切れ刃（３１）の延長線とは９０°で交差する。このため、切削インサート（１００）は縦置きされた場合でも、直角肩削りに対応可能になっている。
平置き用主切れ刃（１１ａ）に接続する上部側面（３０ａ１）と平置き用さらい刃（１１ｃ）に接続する上部側面（３０ａ２）とは、平置き用コーナ（１１ｂ）に接続するつなぎ曲面（３０ａ３）を介して接続している。側面（３０）同士の接続態様について別の言葉で説明すると、隣接する側面（３０）同士は、一部は直接接続し、残りの一部は上面に接続するつなぎ曲面（３０ａ３）を介して接続している。
図２の破線で囲んだ箇所に示すように、切削インサート（１００）を上面視したとき、縦置き用さらい刃（３２）は平置き用コーナ（１１ｂ）よりも外方に形成されている。この事を別の図面を用いて説明すると、図３の破線で囲んだ箇所に示されているように、切削インサート（１００）の中心からの距離を縦置き用さらい刃（３２）と平置き用コーナ（１１ｂ）の稜線とで比較した場合、縦置き用さらい刃（３２）の方が平置き用コーナ（１１ｂ）よりも中心から遠い場所に位置している。これら二つの間に形成された隙間は、切削加工時に必要な逃げとして機能する。

切削インサート（１００）においては、従来の切削インサートとは異なり、上面（１０）の周囲を囲む稜線全体が平置き用切れ刃（１１）として機能する。上述した特許文献１の切削インサートにおいては、縦置き用の切れ刃と正の角度を有する縦置き用のすくい面とを同時に形成するために、上面と側面との交差稜線部の一部が傾斜する平面で削られている。そのため、平置き用の切れ刃が稜線全体よりも短い長さになっている。
一方、切削インサート（１００）の場合、縦置き用主切れ刃（３１）が下面（２０）と側面（３０）との交差稜線部だけに形成される形状であるので、上面（１０）と側面（３０）との交差稜線部全体が平置き用主切れ刃（１１）として使用可能になっている。そのため、切削インサート（１００）と従来の切削インサートとを同じ大きさで比較したとき、切削インサート（１００）の方が切込み量が大きく、高能率加工に適している。
また従来は平置き用切れ刃のコーナチェンジを行う場合には、切削インサートを表裏をひっくり返さなくてはならなかったが、切削インサート（１００）においては、平置き用切れ刃（１１）が上面（１０）と側面（３０）との交差稜線部にのみ形成されているので、貫通穴（４０）に挿通されるネジ等の締結具を中心に切削インサート（１００）をインサート取付座上で回転させるだけでコーナチェンジができる。同様に、縦置き用主切れ刃（３１）が下面（２０）と側面（３０）との交差稜線部のみに形成されているので、貫通穴（４０）に挿通されるネジ等の締結具を中心に切削インサート（１００）をインサート取付座上で回転させるだけでコーナチェンジができる。すなわち、切削インサート（１００）の方が、従来の切削インサートよりもコーナチェンジに要する手間が少ない。

なお上記の説明では下部側面（３０ｂ）同士が直接接続すると述べたが、これは下部側面（３０ｂ）同士の接続部が微小な曲面になることを排除するものではなく、刃先強化のための丸ホーニング等の各種ホーニングがこの接続部に施されても良い。すなわち、つなぎ曲面（３０ａ３）がホーニングの程度を越えた明らかな曲面で形成されるのに対して、下部側面（３０ｂ）同士の接続部は切削性能を確保するための小さな曲面等で形成される場合もある、ということである。

図６および図７は上述した切削インサート（１００）を備える刃先交換式切削工具を示す。これらの図に示すように、円筒状の工具本体（２００）の周囲には、平置き用取付座（２１０）と縦置き用取付座（２２０）とが交互に形成されている。平置き用取付座（２１０）に取り付けられる切削インサート（１００）は下面（２０）が平置き用取付座の底面（２１１）に当接して、上面（１０）がすくい面として機能するように配置される。縦置き用取付座（２２０）に取り付けられる切削インサート（１００）は、縦置き用取付座（２２０）を構成する壁面のうち工具本体（２００）の外周側を向く壁面（２２１）と上面（１０）とが当接し、縦置き用取付座（２２０）を構成する壁面のうち工具本体（２００）の先端側を向く壁面（２２２）および後端側を向く壁面（２２３）と側面（３０）とが当接するように配置される。このとき、平置き用さらい刃（１１ｃ）および縦置き用さらい刃（３２）は工具本体（２００）の回転軸線に垂直な平面に平行になっている。

本発明の切削インサートおよび刃先交換式切削工具は上述したものに限られない。例えば、切削インサートの形状は図８および図９に示すように四角形とすることも可能である。この実施形態においても、平置き用主切れ刃（１１ａ）の延長線と、平置き用さらい刃（１１ｃ）の延長線とがほぼ９０°に交差するので、肩削りが可能になっている。さらに、直角肩削りを行うことを特に想定しなければ、上下面の形状をこれ以外の多角形にすることも可能である。
図１０は平置き用取付座および縦置き用取付座の配置方法を示す模式図であって、Ｒは平置き用取付座の位置を示し、Ｔは縦置き用取付座の位置を示す。図１０に示すように、この実施形態においては、二つの平置き用取付座（Ｒ）で構成される一組の平置き用取付座群が二つ形成され、二つの縦置き用取付座（Ｔ）で構成される一組の縦置き用取付座群が二つ形成されている。このように、平置き用取付座（Ｒ）と縦置き用取付座（Ｔ）とをそれぞれ二つずつ連続させることで、平置きされた切削インサート同士の間隔を一定にならないようにすることができ、そのことによって刃先交換式切削工具のびびりが抑制される。一つの取付座群に属するインサート取付座の数や取付座群の数は適宜設定することが可能である。例えば、平置き用取付座群が三つの平置き用取付座で構成され、縦置き用取付座群が二つの縦置き用取付座で構成され、この平置き用取付座群を二つ備え、この縦置き用取付座群を三つ備えるような刃先交換式切削工具も可能である。
図１１は平置きされた切削インサートの位置と縦置きされた切削インサートとの位置を示した刃先交換式切削工具の先端側から見た状態を想定した模式図である。図１１において、（Ｒ）は平置きされた切削インサートを示し、（Ｔ）は縦置きされた切削インサートを示す。図１１に示すように、平置きされた切削インサート（Ｒ）と縦置き用された切削インサート（Ｔ）との間隔が不等であることによっても、びびり抑制効果が同様に生じる。また、図１０のように取付座群が構成された刃先交換式切削工具の場合、一つの取付座群の中で切削インサート同士の間隔を変化させ、さらに取付座群同士の間でも間隔を変化させることも更に有効である。このことはつまり、例えばある平置き用取付座群Ａに属する三つの平置き用取付座同士の間隔が３０°と２５°であって、別の平置き用取付座群Ｂに属する三つの平置き用取付座同士の間隔が２７°と２０°であるような場合を示している。

１００…切削インサート
１０…上面
２０…下面
３０…側面
３１…縦置き用主切れ刃
４０…貫通穴
Ｃ…中心軸
１１…平置き用切れ刃
１１ａ…平置き用主切れ刃
１１ｂ…平置き用コーナ
１１ｃ…平置き用さらい刃
１２…傾斜すくい面
３０ａ…上部側面
３０ａ１…上部側面
３０ａ２…上部側面
３０ａ３…つなぎ曲面
３０ｂ…下部側面
３２…縦置き用さらい刃
３３…縦置き用コーナ
２００…工具本体
２１０…平置き用取付座
２１１…平置き用取付座の底面
２２０…縦置き用取付座
２２１…縦置き用取付座を構成する壁面のうち工具本体の外周側を向く壁面
２２２…縦置き用取付座を構成する壁面のうち工具本体の先端側を向く壁面
２２３…縦置き用取付座を構成する壁面のうち工具本体の後端側を向く壁面

Claims (12)

1. 多角形の第１端面と、該第１端面と向かいあう多角形の第２端面と、前記第１端面および前記第２端面に接続する側面と、前記第１端面と前記側面との交差稜線部全体に形成される平置き用切れ刃と、前記第２端面と前記側面との交差稜線部に形成される縦置き用主切れ刃と、前記側面の一部同士の交差稜線部に形成される縦置き用さらい刃及び縦置き用コーナと、を備え、
   前記平置き用切れ刃は平置き用コーナを備え、
   前記第１端面はその中心を回転軸線とする回転対称な外形形状であり、
   前記第２端面はその中心を回転軸線とする回転対称な外形形状であり、
   前記側面はつなぎ曲面を有し、該つなぎ曲面は前記平置き用コーナおよび前記縦置き用さらい刃に接続し、
   前記第１端面に対向する方向から見たとき、前記縦置き用さらい刃が前記コーナよりも外方に突出していることを特徴とする切削インサート。
2. 前記平置き用切れ刃は平置き用主切れ刃と平置き用さらい刃とを備え、該平置き用主切れ刃と平置き用さらい刃とは前記コーナを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第２端面に対向する方向から見るとき、前記縦置き用主切れ刃の稜線と前記平置き用主切れ刃の稜線とは平行ではなく且つ前記縦置き用主切れ刃の稜線の方が前記平置き用主切れ刃の稜線よりも内側に位置することを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記平置き用主切れ刃は一方のコーナから他方のコーナに向うにしたがって前記第２端面に近づく向きに傾斜していることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 側面視したとき、前記平置き用さらい刃が前記第２端面に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記第１端面および第２端面が１２０°回転対称な形状であ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切削インサート。
7. 前記第１端面および第２端面が９０°回転対称な形状であ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切削インサート。
8. 前記第２端面に対向する方向から見るとき、前記縦置き用主切れ刃の稜線と前記平置き用主切れ刃の稜線とは平行ではなく且つ前記縦置き用主切れ刃の稜線の方が前記平置き用主切れ刃の稜線よりも内側に位置し、
   前記平置き用切れ刃は平置き用主切れ刃と平置き用さらい刃とを備え、該平置き用主切れ刃と平置き用さらい刃とは前記コーナを介して接続し、
   前記平置き用主切れ刃は一方のコーナから他方のコーナに向うにしたがって前記第２端面に近づく向きに傾斜し、
   側面視したとき、前記平置き用さらい刃が前記第２端面に近づく方向に傾斜し、
   前記第１端面および第２端面が１２０°回転対称な形状であることを特徴とする請求項１記載の切削インサート。
9. 工具本体と、該工具本体に取り付けられる請求項１から８のいずれかの切削インサートと、を備える刃先交換式切削工具であって、
   前記工具本体は前記切削インサートの第１端面がすくい面になるように該切削インサートを取り付けるための平置き用取付座と、前記切削インサートの側面がすくい面になるように該切削インサートを取り付けるための縦置き用取付座と、の２種類のインサート取付座を備えることを特徴とする刃先交換式切削工具。
10. 前記平置き用取付座と、前記縦置き用取付座とが複数備えられ、これらインサート取付座同士が不等間隔で配置されていることを特徴とする請求項９に記載の刃先交換式切削工具。
11. 前記平置き用取付座と、前記縦置き用取付座と、が交互に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の刃先交換式切削工具。
12. 連続で配置された複数の前記平置き用取付座で構成される平置き用取付座群が複数形成され、
    連続で配置された複数の前記縦置き用取付座で構成される縦置き用取付座群が複数形成され、
    前記平置き用取付座群と前記縦置き用取付座群とが交互に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の刃先交換式切削工具。