JP2016047584A - フライス工具およびこれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化した場合であっても耐久性が高く、かつ、取り付け精度の良好なフライス工具が求められていた。【解決手段】一態様のフライス工具は、回転軸の周りに回転する棒形状のホルダと、先端部に設けられた複数の切刃および外周面に設けられた複数の切屑ポケットを有し、ホルダの先端側に装着された切削インサートとを備え、切削インサートは、回転軸上に位置して後側面から後方に向かって突出する第１の凸部と、後側面に設けられ、第１の凸部から外周面における複数の切屑ポケットの間に位置する領域に向かってそれぞれ延びる複数の第１の凹部とを有し、ホルダは、第１の凸部に嵌合する第２の凹部と、複数の第１の凹部にそれぞれ嵌合する複数の第２の凸部とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、フライス工具およびこれを用いた切削加工物の製造方法に関する。

金属などの被削材のフライス加工に用いられるフライス工具として、特許文献１または２に開示された工具が知られている。特許文献１に開示された工具は、第１の構成要素と、この第１の構成要素の先端側に設けられ、第１の構成要素と同軸に連結された第２の構成要素とを有している。第１及び第２の構成要素は、それぞれフライス削り工具が取り付けられている。第１の構成要素は、第２の構成要素と連結される部分に、中心側から外周側に向かって延びる凹形状の連結要素を備えており、第２の構成要素は、上記の連結要素と組み合う凸形状の連結要素を備えている。

特許文献１に開示された工具においては、第１及び第２の構成要素がそれぞれ切削インサートを備えた構成となっている。しかしながら、近年、小径のフライス工具が求められており、工具の小径化に対応すべく、特許文献２に開示されたフライス工具のように、先端側の要素の全体を切削インサートとする工具が提案されている。

特許文献２に開示されたフライス工具は、長手軸を備えたシャフト状のホルダと、ホルダの前面に取り付けられた切削プレート（切削インサート）とを有している。ホルダの前面には長手軸と同軸のねじ穴から外周面に向かって延びる溝が設けられており、また、切削プレートの後側の端面には、中心に位置する中央穴から外周面に向かって延びるリブが設けられている。溝とリブとが嵌合することによってトルクの伝達または軸の回転方向での位置決めが行われる。

特表平７−５０６３００号公報 特表２００５−５３０６２２号公報

特許文献１に開示された工具においては、第１の構成要素が凹形状の連結要素を有している。しかしながら、工具が小径化した場合においては、第１の構成要素における連結要素から外周までの厚みが薄くなる。そのため、第１の構成要素の耐久性が不十分となる可能性がある。また、特許文献２に開示されたフライス工具においては、ホルダの溝と切削プレートのリブとのみが嵌合していることから、切削インサートをホルダに取り付ける際に芯出しが不十分となる可能性がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐久性が高く、かつ、取り付け精度の良好なフライス工具を提供するものである。

本発明の一態様に基づくフライス工具は、回転軸の周りに回転する棒形状のホルダと、先端部に設けられた複数の切刃、および該複数の切刃から後側面に向かってそれぞれ外周面に設けられた複数の切屑ポケットを有し、前記ホルダの先端側に装着された切削インサートとを備えている。前記切削インサートは、前記回転軸上に位置して後側面から後方に向かって突出する第１の凸部と、前記後側面に設けられ、前記第１の凸部から前記外周面
における前記複数の切屑ポケットの間に位置する領域に向かってそれぞれ延びる複数の第１の凹部とを有している。また、前記ホルダは、前記第１の凸部に嵌合する第２の凹部と、前記複数の第１の凹部にそれぞれ嵌合する複数の第２の凸部とを有している。

上記態様の切削インサートにおいては、第１の凸部と第２の凹部とが嵌合していることから芯出しを良好に行うことができ、また第２の凸部と第１の凹部とが嵌合していることから回転軸の回転方向での位置決めを良好に行うことができる。また、第２の凸部がホルダに設けられ、第１の凹部が切削インサートに設けられていることから、ホルダに過度に肉薄となる部分が形成されることを防ぐことができる。そのため、フライス工具の耐久性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態のフライス工具を示す側面図である。 図１に示すフライス工具における切削インサートの斜視図である。 図２に示す切削インサートの上面図である。 図３に示す切削インサートのＡ１方向からの側面図である。 図３に示す切削インサートのＡ２方向からの側面図である。 図１に示すフライス工具におけるホルダの先端部分を拡大した斜視図である。 本発明の第２の実施形態のフライス工具における切削インサートの斜視図である。 図７に示す切削インサートの上面図である。 図８に示す切削インサートのＡ３方向からの側面図である。 図８に示す切削インサートのＡ４方向からの側面図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、本発明の各実施形態のフライス工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のフライス工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態のフライス工具１０１について図面を用いて詳細に説明する。

第１の実施形態のフライス工具１０１は、図１に示すように、ホルダ１と、切削インサート３（以下、単にインサート３とも言う）とを備えている。ホルダ１は、回転軸（回転中心軸）Ｘを有しており、この回転軸Ｘに沿って延びた棒状の構成となっている。ホルダ１は切削加工時において回転軸Ｘを中心に回転軸Ｘの周りで矢印Ｙの方向に回転する。

ホルダ１としては、鋼、鋳鉄、アルミ合金などを用いることができる。本実施形態のフライス工具１０１においては、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いている。ホルダ１の大きさは、被削材の大きさに応じて適宜設定される。例えば、回転軸Ｘに沿った方向の
長さは、６０〜１５０ｍｍ程度に設定される。また、回転軸Ｘに直交する方向の幅は、６〜５０ｍｍ程度に設定される。

インサート３は、図２〜５に示すように、回転軸Ｘに沿って延びた円板形状であり、ホルダ１の先端に装着されている。インサート３は、フライス工具１の先端側に位置する前側面９に設けられた複数の切刃５と、複数の切刃５から後側面１１に向かってそれぞれ外周面１３に設けられた複数の切屑ポケット７とを有している。インサート３の回転軸Ｘに沿った方向の長さは、例えば、６〜１５ｍｍ程度に設定される。また、回転軸Ｘに直交する方向の幅は、６〜３２ｍｍ程度に設定される。

複数の切刃５は、それぞれインサート３の前側面９の側に位置して前側面９の中心側から外周側に向かって延びる前切刃５ａと、前切刃５ａに連続するとともに、それぞれインサート３の外周側に位置して前側面９の側から後側面１１の側に向かって延びる外周切刃５ｂとを有している。

切屑ポケット７は、複数の切刃５からインサート３の後側面１１に向かってそれぞれ外周面１３に設けられている。具体的には、切刃５が前切刃５ａおよび外周切刃５ｂを有していることから、インサート３における前側面９および後側面１１に開口するように外周面１３の一部を切り欠いた構成となっている。なお、切屑ポケット７は、前側面９および後側面１１に開口するように外周面１３に設けられれば良いので、必ずしもインサート３の製造時に外周面１３を切り欠くことによって形成される必要はない。

切屑ポケット７は、切削加工時において切刃５で生じた切屑をすくい取り、切屑をホルダ１側へ送り出す役割を有している。そのため、切屑ポケット７における切刃５に沿って切刃５の内側に位置する内壁面の領域は、切屑のすくい面として機能している。また、本実施形態において切屑ポケット７は、インサート３の前側面９の側から後側面１１の側に向かうにしたがって、回転軸Ｘの回転方向の後方に向かって傾斜した構成となっている。

本実施形態におけるインサート３は、前側面９から後側面１１にかけて貫通する貫通孔１５を有している。貫通孔１５は、インサート３をホルダ１にネジ止め固定する際にネジ（不図示）を挿入するために設けられている。インサート３の貫通孔１５にネジを挿入し、このネジの先端をホルダ１に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート３がホルダ１に固定される。

インサート３の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート３の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

本実施形態におけるインサート３は、１つの第１の凸部１７と複数の第１の凹部１９とを有している。第１の凸部１７は、回転軸Ｘの上に位置して後側面１１から後方に向かって突出している。本実施形態におけるインサート３は、前側面９から後側面１１にかけて
貫通孔１５を有していることから、第１の凸部１７は貫通孔１５を囲むように位置している。

インサート３における複数の第１の凹部１９は、それぞれ後側面１１に設けられ、第１の凸部１７から外周面１３に向かって延びている。そのため、第１の凹部１９における回転軸Ｘの側の端部は第１の凸部１７に対して連続している。また、第１の凹部１９における外周側の端部は外周面１３には達しておらず、第１の凹部１９は外周面１３から離れている。

また、複数の第１の凹部１９は、インサート３の外周面１３における複数の切屑ポケット７の間に位置する領域に向かってそれぞれ延びている。そのため、回転軸Ｘに直交する方向での第１の凹部１９の長さを長く確保することができる。また、インサート３の外周により近い位置にまで第１の凹部１９を位置させることができるので、ホルダ１によって安定してインサート３を保持することができる。

複数の第１の凹部１９は、それぞれ切屑ポケット７から離れて位置している。そのため、インサート３の耐久性を高めることができる。また、切屑が第１の凹部１９に入り込む可能性を小さくできる。

本実施形態におけるホルダ１は、図６に示すように、複数の第２の凸部２１と１つの第２の凹部２３とを有している。第２の凹部２３は、第１の凸部１７に嵌合する部位である。そのため、第２の凹部２３は、ホルダ１の先端面に設けられ、先端側から後端側に向かって窪んだ構成となっている。また、第１の凸部１７が貫通孔１５を囲むように位置していることから、第２の凹部２３の底部には、前述のインサート３をホルダ１に固定するネジが挿入されるネジ孔（不図示）が設けられている。

ホルダ１における複数の第２の凸部２１は、それぞれ第１の凹部１９に嵌合する部位である。そのため、複数の第２の凸部２１は、それぞれホルダ１の先端面に設けられ、第２の凹部２３から外周に向かって延びている。本実施形態において、第２の凸部２１における回転軸Ｘの側の端部は第２の凹部２３に対して連続している。また、第２の凸部２１における外周側の端部はホルダ１の外周には達しておらず、第２の凸部２１はホルダ１の外周から離れている。

ホルダ１の外周には、インサート３における複数の切屑ポケット７に連続する溝部２５が複数設けられている。溝部２５は、ホルダ１の先端面から後端側に向かって回転軸Ｘの周りに螺旋状に延びており、切刃５で生じた切屑を外部に排出する役割を有している。

本実施形態のフライス工具１０１は、上記した第１の凸部１７、第１の凹部１９、第２の凸部２１及び第２の凹部２３をそれぞれ有していることから、耐久性が高く、かつ、取り付け精度の良好なものとなっている。

具体的には、第１の凸部１７と第２の凹部２３とが嵌合していることから芯出しを良好に行うことができ、また第２の凸部２１と第１の凹部１９とが嵌合していることから回転軸Ｘの回転方向での位置決めを良好に行うことができる。

このとき、インサート３とホルダ１とが嵌合する部分に、単に凹凸が形成されているのではなく、インサート３が第１の凸部１７と第１の凹部１９とを有しており、ホルダ１が第２の凸部２１と第２の凹部２３とを有している。

そのため、インサート３を小型化した場合であっても、回転軸Ｘに沿った方向の長さを
確保し易いインサート３の第１の凸部１７とホルダ１の第２の凹部２３とが嵌合しているため、芯出しを良好に行うことができる。また、第２の凸部２１がホルダ１に設けられ、第２の凹部２３がインサート３に設けられていることから、ホルダ１に過度に肉薄となる部分が形成されることを防ぐことができる。そのため、フライス工具１０１の耐久性を高めることができる。

インサート３における第１の凸部１７は、回転軸Ｘに直交する断面における外周が回転軸Ｘを中心とする円形状である。このように回転軸Ｘを中心としていることから、芯出しを良好に行うことができる。また、第１の凸部１７に嵌合するホルダ１の第２の凹部２３の内周面は、第１の凸部１７の外周の形状に対応するように円筒形状である。上記する第１の凸部１７の外周は、多角形状であっても良いが、ホルダ１における外周面と第２の凹部２３の内周面との間の厚みに過度に薄くなる部分が形成されることを抑制するため、円形状であることが好ましい。

一方、上記する第１の凸部１７の外周が多角形状である場合には、第１の凸部１７と第２の凹部２３とが平坦な面で接触することになるので、ホルダ１からインサート３へのトルクの伝達を良好なものにできる。第１の凸部１７の外周は、正四角形、正六角形または正八角形のような正多角形状であることが好ましい。このとき、ホルダ１における外周面と第２の凹部２３の内周面との間の厚みのバラつきを抑えるため、正多角形の中心が回転軸Ｘ上に位置していることが好ましい。

また、インサート３における第１の凸部１７は、インサート３の後側面１１から離れるにしたがって回転軸Ｘに直交する方向の径が小さくなる形状である。また、ホルダ１における第２の凹部２３は、ホルダ１の先端面から後端側に向かうにしたがって回転軸Ｘに直交する方向の径が小さくなる形状である。これにより、インサート３をホルダ１に取り付ける際に、芯出しを容易に行うことができる。

インサート３における複数の第１の凹部１９は、底面と回転軸Ｘの回転方向の前方側および後方側に位置する側面とを有している。このとき、回転軸Ｘの回転方向の前方側の側面の少なくとも一部が平坦な面形状となっている。切削加工を行う際に、被削材から切刃５に伝わる切削抵抗は、第１の凹部１９における回転軸Ｘの回転方向の前方側の側面を介してホルダ１へと伝わりやすい。そのため、上記の側面の少なくとも一部が、平坦な面形状であることによって、安定してインサート３をホルダ１で保持することができる。これにより、高い精度での切削加工が可能になる。

なお、複数の第１の凹部１９は上記の構成であることが好ましいが、このような構成に限定されるものではない。例えば、回転軸Ｘの回転方向に沿った断面において、第１の凹部１９が側面および底面を有しておらず、円弧形状であっても良い。

また、複数の第１の凹部１９は、インサート３の外周面１３における複数の切屑ポケット７の間に位置する領域に向かってそれぞれ延びているが、このとき、複数の第１の凹部１９は、回転軸Ｘの回転方向の後方側において隣り合う切屑ポケット７よりも回転軸Ｘの回転方向の前方側において隣り合う切屑ポケット７から離れている。すなわち、図３に示すように、第１の凹部１９と、この第１の凹部１９に対して回転軸Ｘの回転方向の前方側において隣り合う切屑ポケット７との間の距離Ｌ１が、第１の凹部１９と、この第１の凹部１９に対して回転軸Ｘの回転方向の後方側において隣り合う切屑ポケット７との間の距離Ｌ２よりも長い。

複数の第１の凹部１９へは、回転軸Ｘの回転方向の前方側において隣り合う切屑ポケット７に位置する切刃５で生じた切削抵抗が伝わり易い。複数の第１の凹部１９が、それぞ
れ上記の位置に設けられていることによって、回転軸Ｘの回転方向の前方側において隣り合う切屑ポケット７と第１の凹部１９との間でのインサート３の肉厚を大きく確保することができる。そのため、インサート３の耐久性をさらに良好なものにできる。

複数の第１の凹部１９は、回転軸Ｘに沿った方向から平面視した場合において、回転軸Ｘを中心として回転対称となる位置に設けられている。インサート３が上記の構成である場合には、複数の第１の凹部１９のそれぞれに加わる切削抵抗のバラつき小さく抑えることができる。

また、第１の凸部１７におけるインサート３の後側面１１から突出する長さは、第１の凹部１９におけるインサート３の後側面１１からの深さよりも大きい。これにより、インサート３をホルダ１に取り付ける際に、高い精度で芯出しを行うことができる。第１の凸部１７におけるインサート３の後側面１１から突出する長さとしては、例えば、３〜１５ｍｍ程度に設定することができる。また、第１の凹部１９におけるインサート３の後側面１１からの深さとしては、例えば、２〜７ｍｍ程度に設定することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態のフライス工具１０１について図面を用いて詳細に説明する。

第２の実施形態のフライス工具１０１は、第１の実施形態のフライス工具１０１と同様に、ホルダ１とインサート３とを備えている。本実施形態のフライス工具１０１は、第１の実施形態のフライス工具１０１と比較して、インサート３が有する第１の凹部１９およびホルダ１が有する第２の凸部２１の構成が相違する。本実施形態のフライス工具１０１におけるこれらの構成以外は、第１の実施形態のフライス工具１０１と同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。

第１の実施形態のフライス工具１０１においては、インサート３の第１の凹部１９がインサート３の外周面１３から離れており、また、ホルダ１の第２の凸部２１がホルダ１の外周から離れている。しかしながら、本実施形態のフライス工具１０１においては、図７〜１０に示すように、インサート３の第１の凹部１９における外周側の端部がインサート３の外周面１３に達しており、第１の凹部１９が外周面１３に開口している。また、ホルダ１の第２の凸部２１における外周側の端部がホルダ１の外周に達している。

第１の実施形態のフライス工具１０１においては、回転軸Ｘの回転方向に沿った方向でのインサート３における切屑ポケット７間の厚みを厚く確保することができるため、インサート３の耐久性をより高めることができる。一方、本実施形態のフライス工具１０１においては、回転軸Ｘに直交する方向での第１の凹部１９及び第２の凸部２１の長さを長く確保することができる。そのため、ホルダ１からインサート３へのトルクの伝達をより良好なものにできる。また、インサート３の外周にまで第１の凹部１９を位置させることができるので、ホルダ１によって安定してインサート３を保持することができる。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図面を用いて説明する。

切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）上記実施形態に代表されるフライス工具１を回転させる工程と、
（２）回転しているフライス工具１における切刃を被削材２０１に接触させる工程と、
（３）フライス工具１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図１１に示すように、フライス工具１を回転軸Ｘの周りで回転させるとともに、フライス工具１をＺ１方向に動かして、被削材２０１に相対的に近付ける。次に、図１２に示すように、フライス工具１における切刃５を被削材２０１に接触させるとともに、フライス工具１をＺ２方向に動かして被削材２０１を切削する。そして、図１３に示すように、フライス工具１をＺ３方向に動かして、被削材２０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、被削材２０１を固定するとともに回転軸Ｘの周りで固定されたフライス工具１を回転させた状態で被削材２０１に近づけている。また、図１２においては、回転しているインサートにおける切刃５を被削材２０１に接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図１３においては、フライス工具１を回転させた状態で被削材２０１から遠ざけている。

なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、フライス工具１を動かすことによって、フライス工具１を被削材２０１に接触させる、あるいは、フライス工具１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材２０１をフライス工具１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材２０１をフライス工具１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、フライス工具１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所にインサート３における切刃５を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。

１０１・・・フライス工具
１・・・ホルダ
３・・・切削インサート（インサート）
５・・・切刃
５ａ・・・前切刃
５ｂ・・・外周切刃
７・・・切屑ポケット
９・・・前側面
１１・・・後側面
１３・・・外周面
１５・・・貫通孔
１７・・・第１の凸部
１９・・・第１の凹部
２１・・・第２の凸部
２３・・・第２の凹部
２５・・・溝部
２０１・・・被削材

Claims (8)

1. 回転軸の周りに回転する棒形状のホルダと、
   先端側に設けられた複数の切刃、および該複数の切刃から後側面に向かってそれぞれ外周面に設けられた複数の切屑ポケットを有し、前記ホルダの先端側に装着された切削インサートとを備えたフライス工具であって、
   前記切削インサートは、前記回転軸上に位置して後側面から後方に向かって突出する第１の凸部と、前記後側面に設けられ、前記第１の凸部から前記外周面における前記複数の切屑ポケットの間に位置する領域に向かってそれぞれ延びる複数の第１の凹部とを有し、
   前記ホルダは、前記第１の凸部に嵌合する第２の凹部と、前記複数の第１の凹部にそれぞれ嵌合する複数の第２の凸部とを有していることを特徴とするフライス工具。
2. 前記第１の凸部は、前記後側面から離れるにしたがって前記回転軸に直交する方向の径が小さくなる形状であることを特徴とする請求項１に記載のフライス工具。
3. 前記複数の第１の凹部は、前記回転軸の回転方向の後方側において隣り合う前記切屑ポケットよりも前記回転軸の回転方向の前方側において隣り合う前記切屑ポケットから離れていることを特徴とする請求項１または２に記載のフライス工具。
4. 前記複数の第１の凹部は、前記回転軸に沿った方向から平面視した場合において、前記回転軸を中心として回転対称となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のフライス工具。
5. 前記第１の凸部の前記後側面から突出する長さは、前記第１の凹部の前記後側面からの深さよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフライス工具。
6. 前記ホルダは、前記切削インサートにおける複数の切屑ポケットに連続し、先端から後端側に向かってそれぞれ前記回転軸の周りに螺旋状に延びている複数の溝部を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のフライス工具。
7. 前記切削インサートは、前記先端側から前記第１の凸部にかけて貫通する貫通孔をさらに有し、
   該貫通孔に挿入されたネジによって前記切削インサートが前記ホルダに固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフライス工具。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載のフライス工具を回転軸の周りで回転させる工程と、
   回転している前記フライス工具における前記切刃を被削材に接触させる工程と、
   前記フライス工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。