JP2018034215A - 切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のインサートを備えた切削工具において、各インサートのホルダからの軸方向の突出量を変える場合には、別のホルダに取り換える必要があった。【解決手段】一態様に基づく切削工具は、回転軸に沿って第１端から第２端に掛けて延びる柱状体であり、第１端の側に位置する第１ポケットと、第１端の側であって第１ポケットに対して回転軸の周りでの回転方向の後方に位置する第２ポケットとを有するホルダと、第１ポケットに位置し、第１端の側に第１凹部を有する第１固定部材と、第２ポケットに位置し、第１端の側に第２凹部を有する第２固定部材と、第１凹部及び第２凹部にそれぞれ位置する複数のインサートとを備え、第２凹部が、第１凹部よりも第１端の側に位置している。【選択図】 図８

Description

本開示は、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。

切削加工に用いられる切削工具として、例えば、特許文献１に記載された正面フライスが知られている。特許文献１に記載された切削工具は、略円板状をなし、先端面側に複数のチップ取付座を有する工具本体（ホルダ）と、複数のチップ取付座にそれぞれ配設された複数のチップ（インサート）とを有している。

また、特許文献１記載された正面フライスは、軸方向位置決め用部材、微調整用くさび、微調整用くさび締付ねじを有しており、軸方向位置決め用部材により、チップの軸方向の位置決めを行い、微調整用くさびを微調整用くさび締付ねじによってチップを工具本体の径方向の内側に押し込むことによって、チップの突出量の調整ができることが記載されている。

特開２００４−２２３６３０号公報

特許文献１においては、軸方向位置決め用部材、微調整用くさびおよび微調整用くさび締付ねじを用いることにより、チップの突出量の調整を行うことができるものの、複数のチップが配設される正面フライスにおいては、各チップの突出量を調整する作業が煩雑となっていた。

一態様に基づく切削工具は、回転軸に沿って第１端から第２端に掛けて延びる柱状体であり、前記第１端の側に位置する第１ポケットと、前記第１端の側であって前記第１ポケットに対して前記回転軸の周りでの回転方向の後方に位置する第２ポケットとを有するホルダと、前記第１ポケットに位置し、前記第１端の側に第１凹部を有する第１固定部材と、前記第２ポケットに位置し、前記第１端の側に第２凹部を有する第２固定部材と、前記第１凹部及び前記第２凹部にそれぞれ位置する複数のインサートとを備え、前記第２凹部が、前記第１凹部よりも前記第１端の側に位置している。

上記態様の切削工具では、インサートの軸方向の突出量を調整する作業が容易となる。

一実施形態の切削工具を示す側面図である。 図１におけるＡ１方向に見た切削工具の正面図 である。 一実施形態のホルダを示す側面図である。 図３におけるＡ２方向に見たホルダの正面図である。 一実施形態の第１固定部材を示す側面図である。 図５におけるＡ３方向に見た第１固定部材の側面図である。 一実施形態の第２固定部材を示す側面図である。 図１における複数のインサートの回転軸に沿った方向での位置関係を示す概念図である。 一実施形態のインサートを示す側面図である。 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。 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。 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、一実施形態の切削工具１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、一実施形態を説明する上で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、以下に開示する切削工具１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及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

図１に示す切削工具１は、ホルダ３と、第１固定部材５と、第２固定部材７と、複数のインサート９とを備えている。なお、本実施形態の切削工具１は、８つのインサート９を備えているが、インサート９の数は８つに限定されるものではない。切削工具１が複数のインサート９を備えていればよいことから、インサート９の数は、２つ〜７つであっても、９つ以上であってもよい。

ホルダ３は、図３に示すように、回転軸Ｘ１を有しており、この回転軸Ｘ１に沿って第１端から第２端にかけて延びる柱状体である。被削加工物を製造するための被削材の切削加工時において、ホルダ３は回転軸Ｘ１を中心に回転軸Ｘ１の周りで回転方向Ｘ２に回転する。図３に示す例においてホルダ３は円柱状体であり、この円柱状体の一部が切り欠かれた第１ポケット１１、第２ポケット１３を有している。本実施形態においては、柱状体であるホルダ３の中心軸と、ホルダ３の回転軸Ｘ１とが一致している。

以下、第１端を先端というとともに第２端を後端という。また、回転軸Ｘ１に近い側を内側といい、回転軸Ｘ１から遠い側を外周側という。また、ホルダ３の後端から先端に向かう方向を先端方向といい、ホルダ３の先端から後端に向かう方向を後端方向という。

本実施形態におけるホルダ３は、図３及び図４に示すように、第１ポケット１１及び第２ポケット１３を有している。第１ポケット１１及び第２ポケット１３は、それぞれホルダ３における先端側に位置している。第２ポケット１３は、第１ポケット１１に対して回転軸Ｘ１の周りでの回転方向Ｘ２の後方に位置している。第１ポケット１１及び第２ポケット１３は、ホルダ３を構成する柱状体における先端側を部分的に切り欠いたような形状となっており、先端側及び外周側に開口する凹形状となっている。

図１及び２に示すように、第１ポケット１１には第１固定部材５が、第２ポケット１３には第２固定部材７が、それぞれ位置している。本実施形態における第１固定部材５は、第１ポケット１１にネジ止め固定されている。第２固定部材７は、第２ポケット１３に第１固定部材５と同様にネジ止め固定されている。第１固定部材５及び第２固定部材７は、それぞれインサート９をホルダ３に固定するために用いられる部材である。

本実施形態では、切削工具１が８つのインサート９を備えていることから、ホルダ３は第１ポケット１１及び第２ポケット１３に加えて第３〜第８ポケットを備えている。また、第３〜第８ポケットには、それぞれ第３〜第８固定部材が位置している。第１〜第８ポケットは、回転軸Ｘ１の周りでの回転方向Ｘ２の逆周りで順に並んでいる。従って、第１〜第８固定部材もまた、回転軸Ｘ１の周りでの回転方向Ｘ２の逆周りで順に並んでいる。

図５及び図６に示す第１固定部材５、図７に示す第２固定部材７は、それぞれ概ね四角
柱状体であり、先端側にあたる図示における左側に凹部１５を有している。凹部１５は、インサート９が取り付けられる領域であり、先端側及び外周側にそれぞれ開口している。以下、第１固定部材５における凹部１５を第１凹部１５ａ、第２固定部材７における凹部１５を第２凹部１５ｂとする。また、第１凹部１５ａに位置するインサート９を第１インサート９ａ、第２凹部１５ｂに位置するインサート９を第２インサート９ｂとする。

第１固定部材５及び第２固定部材７は、同一形状ではなく、第１凹部１５ａ及び第２凹部１５ｂの位置が異なっている。具体的には、第１ポケット１１に位置している状態での第１固定部材５における第１凹部１５ａの軸方向の位置が、第２ポケット１３に位置している状態での第２固定部材７における第２凹部１５ｂの軸方向の位置と異なっている。

例えば、図５に示すように、第１ポケット１１内に第１固定部材５をネジ止め固定するための孔から第１凹部１５ａまでの軸方向の長さをδ１、図７に示すように、第２ポケット１３内に第２固定部材７をネジ止め固定するための孔から第２凹部１５ｂまでの軸方向の長さをδ２としたとき、δ２がδ１よりも大きな値となっている。

本実施形態においては、第２凹部１５ｂが第１凹部１５ａよりも先端側に位置している。そのため、回転方向Ｘ２の前後に位置する２つのインサート９（第１インサート９ａ及び第２インサート９ｂ）における軸方向の突出量は変わることとなる。

このように、ポケット内に固定部材をネジ止め固定するための孔から凹部までの軸方向の長さの異なる固定部材を用いることにより、煩雑な作業を伴うことなく、容易にインサート９の軸方向の突出量を調整することができる。

なお、図８において、第１インサート９ａ及び第２インサート９ｂを含む複数のインサートを仮想的に並べて、複数のインサート９の回転軸に沿った方向での位置関係を示すことによって、これら複数のインサートにおける軸方向の相対的な突出量を図示している。図８においては、左側が先端側であり、右側が後端側となっている。

本実施形態の切削工具１においては、回転方向の前後に位置する２つのインサート９における突出量の差が、図８に示すように、それぞれΔに設定されている。このように突出量の差を一定の値とすることで複数のインサート９に加わる切削負荷のばらつきを小さくできる。

本実施形態の切削工具１では、ポケット内に固定部材をネジ止め固定するための孔から凹部までの軸方向の長さの異なる固定部材を用いて、第２凹部１５ｂが第１凹部１５ａよりも先端側に位置させることによって、回転方向Ｘ２の前後に位置する２つのインサート９における軸方向の突出量を調整することが可能となっているが、第２凹部１５ｂが第１凹部１５ａよりも外周側に位置していることによって、回転方向Ｘ２の前後に位置する２つのインサート９における軸方向に直交する方向、すなわち径方向での突出量を調整することも可能である。

例えば、第２凹部１５ｂが、第１凹部１５ａよりも先端側に位置しているとともに、第１凹部１５ａが、第２凹部１５ｂよりも外周側に位置している場合には、被削材の切削加工時において第１インサート９ａに加わる切削抵抗と第２インサート９ｂに加わる切削抵抗とのばらつきを小さくすることができる。

既に示した通り、本実施形態におけるホルダ３は、第１ポケット１１及び第２ポケット１３に加えてこれらのポケットに対して回転方向Ｘ２の後方に位置する第３ポケット１７を備えており、第３ポケット１７には、第３固定部材１９が位置している。第３固定部材
１９は、第２固定部材７における第２凹部１５ｂと同様に、第３凹部１５ｃを有している。

このとき、第３凹部１５ｃが、第２凹部１５ｂよりも先端側に位置している。そのため、第１インサート９ａ及び第２インサート９ｂだけでなく、第３凹部１５ｃに位置する第３インサート９ｃを加えた複数のインサート９において軸方向の突出量を調整することが可能となる。

第１〜第３ポケット１１，１３，１７を含む複数のポケットは、回転軸Ｘ１の周りに回転対称となるように等間隔で設けられていても不等間隔で設けられていてもよい。各ポケットに取り付けられるインサート９に加わる切削負荷のばらつきを抑えるためには、複数のポケットは、等間隔、すなわち互いに隣り合うポケットの間隔が一定であることが有効である。

一方、切削工具１のびびり振動を抑えるためには、互いに隣り合うポケットの間隔を一定としないことが有効である。例えば、本実施形態においては、先端側からの端面視において、第１ポケット１１に位置する第１凹部１５ａと第２ポケット１３に位置する第２凹部１５ｂとの間隔が、この第２凹部１５ｂと第３ポケット１７に位置する第３凹部１５ｃとの間隔と若干異なっている。

第１ポケット１１及び第２ポケット１３を含む複数のポケットが、回転軸Ｘ１の周りで回転させた際に互いに重なり合って一致する形状となっている、すなわち、第１ポケット１１及び第２ポケット１３を含む複数のポケットが回転軸Ｘ１の周りで回転対称となっている場合には、各インサート９の軸方向の突出量を所定の値に容易に設定できる。

これは、例えば、第１固定部材５を第２ポケット１３に誤装着した場合のように、仮に第１固定部材５及び第２固定部材７を含む複数の固定部材を誤ったポケットに装着した場合であっても、インサート９の軸方向の突出量が変わってしまうことが避けられるからである。

ホルダ３の材質としては、鋳鉄、アルミ合金及び強度の高い鋼が一例として挙げられる。ホルダ３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Ｘ１に沿った方向の長さは、３０〜９０ｍｍ程度に設定される。また、回転軸Ｘ１に直交する方向の幅（直径）は、２０〜５００ｍｍ程度に設定される。第１固定部材５及び第２固定部材７を含む複数の固定部材の材質としては、ホルダ３と同様に、鋳鉄、アルミ合金及び鋼が一例として挙げられる。

本実施形態におけるインサート９は、図９に示すように、切刃２１を有する板状体である。具体的には、四角形状の上面２３と、四角形状の下面２５と、上面２３及び下面２５の間に位置する側面２７とを具備した四角板状体である。なお、図９においては、複数のインサート９の一例として、第１インサート９ａを図示している。

インサート９をホルダ３に取り付けた際には、上面２３が回転方向Ｘ２の前方に位置し、下面２５が回転方向Ｘ２の後方に位置する。側面２７は、四角形状の上面２３及び下面２５の各辺部に対応して４つの面領域によって構成されている。

インサート９は、上面２３と側面２７とが交わる部分の少なくとも一部に位置する切刃２１を有している。本実施形態におけるインサート９では、上面２３と側面２７とが交わる部分のほぼ全体に切刃２１が位置している。

インサート９をホルダ３に装着した状態において、切刃２１の一部は、ホルダ３の先端よりも突出するように位置しており、また、切刃２１の別の一部は、ホルダ３の外周よりも突出するように位置している。切刃２１におけるホルダ３の先端よりも突出するように位置している部分を、いわゆる底刃として機能させることが可能である。また、切刃２１におけるホルダ３の外周よりも突出するように位置している部分を、いわゆる外周刃として機能させることが可能である。

本実施形態の切削工具１は、ホルダ３が回転軸Ｘ１の周りで回転しつつ、回転軸Ｘ１に概ね直交する方向に移動することによって被削材を切削する、いわゆるフライス加工に用いることが可能である。そのため、被削材を主に切削する「主切刃」として外周刃を機能させるとともに、被削材の加工面の凹凸を少なくする「さらい刃」として底刃を機能させてもよい。

上面２３が回転方向Ｘ２の前方に位置しており、切刃２１が上面２３の外周縁に位置していることから、上面２３を、切削加工を行う際に切屑が流れる「すくい面」として機能させることが可能である。また、側面２７を、切削加工を行う際に「逃げ面」として機能させることが可能である。

インサート９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、ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−ＣｏおよびＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）は硬質粒子であり、Ｃｏ（コバルト）は結合相である。

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る。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣまたはＴｉＮ（窒化チタン）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート９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、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）およびＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などが挙げられる。また、切刃２１部分の強度を高めるために、インサート９は、上記の材質によって構成された基体に、例えばダイヤモンド焼結体又はｃＢＮ焼結体をロウ付けした構成であってもよい。

インサート９は、互いに反対側に位置する面において開口する貫通孔（不図示）を有している。本実施形態における貫通孔は、下面２５と交差しており、下面２５から上面２３にかけて位置している。そのため、本実施形態において、貫通孔は側面２７に開口していない。ただし、貫通孔の構成としてはこれに限定されず、側面２７における互いに反対側に位置する領域のそれぞれに開口する構成であってもよい。

貫通孔は、インサート９を第１固定部材５及び第２固定部材７を含む複数の固定部材にそれぞれネジ止めするための部位である。すなわち、インサート９の貫通孔にネジ３１を挿通し、このネジ３１の先端を固定部材に形成されたネジ孔（不図示）に挿入して、ネジ３１をネジ孔に固定させることによって、インサート９が固定部材に固定される。例えば、第１インサート９ａは、第１固定部材５に固定され、第２インサート９ｂは、第２固定部材７に固定される。

第１インサート９ａ及び第２インサート９ｂを含む複数のインサート９は、互いに異なる形状であってもよく、また、同じ形状であってもよい。複数のインサート９が同じ形状である場合には、例えば、第１インサート９ａを第２固定部材７に誤装着した場合のように、仮に第１インサート９ａ及び第２インサート９ｂを含む複数のインサート９を誤った
固定部材に装着した場合であっても、インサート９の軸方向の突出量が変わってしまうことが避けられる。また、複数のインサート９が同じ形状である場合には、異なる種類のインサート９を準備する必要がないため、在庫管理の面でもメリットがある。

インサート９の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、上面２３の１辺の長さが５〜２０ｍｍ程度に設定される。また、貫通孔の中心軸に沿った方向での上面２３から下面２５までの厚みの最大値は２〜１０ｍｍである。

複数のインサート９は、第１固定部材５及び第２固定部材７を含む複数の固定部材に対してそれぞれ交換可能である。そのため、被削材の切削加工を行っている際に摩耗或いは破損した場合には、新しいインサート９と取り換えることができる。

以上、一実施形態の切削工具１について図面を用いて詳細に説明したが、本発明の切削工具は上記の実施形態の構成に限定されるものではない。

次に、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１０１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切削工具１を回転軸Ｘ１の周りで回転させる工程と、
（２）回転している切削工具１を被削材１０１に接触させる工程と、
（３）切削工具１を被削材１０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図１０に示すように、切削工具１を回転軸Ｘ１の周りで回転させるとともにＹ１方向に移動させることによって、切削工具１を被削材１０１に相対的に近付ける。次に、図１１に示すように、切削工具１における切刃２１を被削材１０１に接触させて、被削材１０１を切削する。そして、図１２に示すように、切削工具１をＹ２方向に移動させることによって、切削工具１を被削材１０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、被削材１０１を固定するとともに回転軸Ｘ１の周りで切削工具１を回転させた状態で被削材１０１に近づけている。また、図１１においては、回転しているインサートの切刃２１を被削材１０１に接触させることによって被削材１０１を切削している。また、図１２においては、切削工具１を回転させた状態で被削材１０１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、切削工具１を動かすことによって、切削工具１を被削材１０１に接触させる、或いは、切削工具１を被削材１０１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１０１を切削工具１に近づけてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材１０１を切削工具１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、切削工具１を回転させた状態を維持して、被削材１０１の異なる箇所にインサートにおける切刃２１を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材１０１の材質の代表例としては、アルミ、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、又は非鉄金属などが挙げられる。

１・・・切削工具
３・・・ホルダ
５・・・第１固定部材
７・・・第２固定部材
９・・・インサート
９ａ・・・第１インサート
９ｂ・・・第２インサート
Ｘ１・・・回転軸
Ｘ２・・・回転方向
１１・・・第１ポケット
１３・・・第２ポケット
１５・・・凹部
１５ａ・・・第１凹部
１５ｂ・・・第２凹部
１５ｃ・・・第３凹部
１７・・・第３ポケット
１９・・・第３固定部材
２１・・・切刃
２３・・・上面
２５・・・下面
２７・・・側面
３１・・・ネジ
１０１・・・被削材

Claims (6)

1. 回転軸に沿って第１端から第２端に掛けて延びる柱状体であり、前記第１端の側に位置する第１ポケットと、前記第１端の側であって前記第１ポケットに対して前記回転軸の周りでの回転方向の後方に位置する第２ポケットとを有するホルダと、
   前記第１ポケットに位置し、前記第１端の側に第１凹部を有する第１固定部材と、
   前記第２ポケットに位置し、前記第１端の側に第２凹部を有する第２固定部材と、
   前記第１凹部及び前記第２凹部にそれぞれ位置する複数のインサートとを備え、
   前記第２凹部が、前記第１凹部よりも前記第１端の側に位置している切削工具。
2. 前記第１凹部が、前記第２凹部よりも外周側に位置している、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記ホルダは、前記第１端の側であって、前記第２ポケットに対して前記回転軸の回転方向の後方に位置する第３ポケットをさらに有し、
   前記第３ポケットに位置し、前記第１端の側に第３凹部を有する第３固定部材をさらに備え、
   前記第３凹部が、前記第２凹部よりも前記第１端の側に位置している、請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 前記第１端の側からの端面視において、前記第１凹部と前記第２凹部との間隔が、前記第２凹部と前記第３凹部との間隔と異なる、請求項３に記載の切削工具。
5. 前記第１ポケットは、前記回転軸の周りで回転させた場合に前記第２ポケットと重なり合う、請求項１〜４のいずれか１つに記載の切削工具。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の切削工具を回転させる工程と、
   回転している前記切削工具を被削材に接触させる工程と、
   前記切削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。

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