JP2020104243A - 切削インサート及び切削工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサートを提供する。【解決手段】切削インサート1は、上面10と、上面10との間で交差稜線11を形成する正面12と、正面12に連続し、上面10との間で交差稜線13を形成する側面14と、上面10と正面12との間の交差稜線11に設けられた正面切れ刃20と、上面10と側面14との間の交差稜線13に設けられた横切れ刃21と、を備えている。上面10は、第1上面部30と、第1上面部30の横方向Xの両側に設けられ、正面切れ刃20から離れる方向に向かって山部と谷部が連続する波形上面部50と、を有する。波形上面部50は、側面視で横切れ刃21が正面切れ刃20から連続する波形形状を有するように構成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、切削インサート及び切削工具に関する。
溝入れ加工と横送り加工を行う切削インサートがある(特許文献1参照)。この切削インサートは、略直方体の本体を有し、チップブレーカーのある上面(すくい面)と、上面との間で交差稜線を形成する正面と、正面の両側に連続し、上面との間で交差稜線を形成する側面を備え、さらに上面と正面との間の交差稜線に設けられた溝入れ加工用の正面切れ刃と、上面と側面との間の交差稜線に設けられた横送り加工用の横切れ刃を備えている。
そして、切削加工時には、回転する被削材に対し、被削材の回転軸に直交する方向に正面切れ刃を正対させ、切削インサートを被削材側に送り、正面切れ刃により溝入れ加工を行う。続いて、切削インサートが被削材に入り込んで溝入れ加工を行った状態から、切削インサートを回転軸方向に送り、横切れ刃により横送り加工を行う。
特開平9−174308号
しかしながら、上述のような切削インサートは、溝入れ加工の際には、チップブレーカーにより切り屑処理がコントロールされるが、溝入れ加工に続く横送り加工の際には、切り屑の形状等が十分にコントロールされておらず、切り屑処理性が低い。切り屑処理性が低いと、例えば切り屑が切削インサートと被削材との間に詰まり、加工精度や作業効率に影響を与えることがあり、好ましくない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサート及び切削工具を提供することをその目的の一つとする。
本発明の一態様に係る切削インサートは、上面と、上面との間で交差稜線を形成する正面と、正面に連続し、上面との間で交差稜線を形成する側面と、上面と正面との間の交差稜線に設けられた正面切れ刃と、上面と側面との間の交差稜線に設けられた横切れ刃と、を備え、上面は、突起状又は溝状の第1上面部と、第1上面部の横方向の少なくとも片側に設けられ、正面切れ刃から離れる方向に向かって山部と谷部が連続する波形上面部と、を有し、波形上面部は、側面視で横切れ刃が正面切れ刃から連続する波形形状を有するように構成されている。
この態様によれば、切削インサートの上面が、正面切れ刃から離れる方向に向かって山部と谷部が連続する波形上面部を有し、波形上面部が、横切れ刃が正面切れ刃から連続する波形形状を有するように構成されている。これにより、溝入れ加工の際の切り屑の形状が第1上面部によりコントロールされるとともに、横送り加工の際の切り屑の形状が波形上面部によりコントロールされる。この結果、第1上面部が溝入れ加工の切り屑処理性を向上しつつ、波形上面部が横送り加工の切り屑処理性を向上することができる。よって溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサートを実現することができる。
上記態様において、波形上面部は、その波形の少なくとも一部の山部と谷部が、横切れ刃から第1上面部に向かうにつれて次第に正面切れ刃から離れる方向に移動するように構成されていてもよい。
上記態様において、波形上面部は、波形の少なくとも一部が第1上面部の側面部に接続されるように構成されていてもよい。
上記態様において、波形が、正面切れ刃を始点として正面切れ刃から離れる方向に、第1の山部、第1の谷部、第2の山部及び第2の谷部をこの順で少なくとも備え、第1の山部は、正面切れ刃に沿って形成され、第2の山部は、第1上面部の正面側の正面部よりも正面切れ刃から離れる方向にある側面部に接続されていてもよい。
上記態様において、波形上面部は、側面視で横切れ刃の波形が正面切れ刃を始点として当該正面切れ刃から下がる谷部を有するように構成されていてもよい。
上記態様において、側面視で横切れ刃の始点から谷部の最下部までの距離が3mm以下であってもよい。
上記態様において、波形上面部は、横切れ刃の波形の振幅が正面切れ刃から離れるにつれて大きくなるように構成されていてもよい。
上記態様において、側面視で前記横切れ刃の波形の湾曲部の曲率半径が8mm以下であってもよい。
上記態様において、正面切れ刃は、上面視で直線形状を有していてもよい。
上記態様において、第1上面部は、正面に向かう正面方向に沿って突条に形成されていてもよい。
上記態様において、波形上面部は第1上面部の横方向の両側に設けられていてもよい。
本発明の別の態様の切削工具は、上記切削インサートを備えている。
切削インサートの斜視図である。 切削インサートの先端部の斜視図である。 切削インサートの先端部の上面図である。 切削インサートの先端部の側面図である。 切削インサートの上面図のコーナー部分の拡大図である。 切削インサートの先端部の正面図である。 波形上面部の波形の一例を示す模式図である。 波形上面部の波形の山部、谷部の位置を示す上面図である。 波形上面部の横切れ刃の波形と第1上面部の側面部の波形を仮想垂直2等分面Qに投影した波形を示す模式図である。 切削工具の説明図である。 溝入れ加工時の様子を説明するための説明図である。 横送り加工時の様子を説明するための説明図である。 肩削り加工時の様子を説明するための説明図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
図1は、本実施の形態に係る切削インサート1の斜視図であり、図2は、切削インサート1の先端部の拡大図である。図3は、切削インサート1の先端部の上面図であり、図4は、切削インサート1の先端部の側面図である。
切削インサート1は、溝入れ加工と横送り加工に適したものである。図1に示すように切削インサート1は、細長の略直方体形状に形成され、両端に先端部2を有している。図2乃至図4に示すように切削インサート1の先端部2は、略直方体状に形成されている。切削インサート1の先端部2は、例えば上面10と、上面10との間で交差稜線11を形成する正面12と、正面12に連続し、上面10との間で交差稜線13を形成する2つの側面14と、正面12に対向する下面15を備えている。2つの側面14は、互いに対向している。上面10、正面12及び側面14は、それぞれ略方形に形成されている。
なお、本明細書において、切削インサート1の先端部の上面10は、切削インサート1が図2の姿勢で上を向く面であり、溝入れ加工と横送り加工時にすくい面となる面である。正面12は、溝入れ加工時の被削材に正対し、溝入れ加工時の送り方向にある面であり、側面14は、横送り加工時の送り方向にある面である。また、正面12の交差稜線11と平行な側面14に向かう左右方向を横方向Xとし、上面視で横方向Xに直角で正面12に向かう前後方向を正面方向Yとする。また正面方向Yの正面12から離れる方向を後方とする。下面15は、切削インサート1が工具本体に固定されるときに当接する当接部を有し、さらに最下部にフラット面15a(図5に示す)を有する。本明細書では、特に言及しないかぎり、下面15のフラット面15aを水平にしたときの切削インサート1の姿勢を基準にしている。
切削インサート1は、図3の上面視で横方向Xの中心を通り正面方向Yに沿った仮想垂直2等分面Qに対し横方向Xに左右対称に形成されている。図2乃至図4に示すように上面10と正面12との間の交差稜線11には、溝入れ加工時に使用する正面切れ刃20が設けられている。上面10と側面14との間の各交差稜線13には、横送り加工時に使用する横切れ刃21が設けられている。正面切れ刃20と横切れ刃21は、上面視で外側に凸に湾曲のコーナー22で接続されている。図5に示すようにコーナー22の曲率半径r1は、例えば0.1mm〜0.3mm程度に設定されている。正面切れ刃20と横切れ刃21とは、例えば85°以上90°未満の内角α1を有するように交差している。
正面切れ刃20は、図3に示す上面視で、直線状に形成されている。正面切れ刃20は、図6に示す正面視でも直線状に形成されている。横切れ刃21は、図2及び図4に示すように波形形状を有している。
図2に示すように上面10の正面方向Yの前端部には、正面切れ刃20に接続され、その正面切れ刃20から後方側に向けて次第に低くなる傾斜面25を備えている。傾斜面25は、上面10の横方向Xの全体にわたり形成されている。上面10は、横方向Xの中央に突起状の第1上面部(チップブレーカー部)30を備えている。第1上面部30は、正面方向Yに向かって延びる突条に形成されている。第1上面部30は、正面から見て略台形に形成されている。
第1上面部30は、例えば正面部40と、側面部41と、上面部42を有している。正面部40は、正面切れ刃20から後方側に所定距離後退した位置に設けられ、後方側に向かうにつれて次第に高くなる傾斜面を有している。正面部40は、傾斜面25に接続されている。
側面部41は、上面10の側縁の横切れ刃21から横方向Xの中央側に所定距離後退した位置に設けられ、横方向Xの中央側に向かうにつれて次第に高くなる傾斜面を有している。上面部42は、上に凸の円弧状に形成され、正面側が正面部40に接続され、側面側が側面部41に接続されている。図4に示すように第1上面部30の高さは、側面視で正面切れ刃20よりも高い。第1上面部30と正面切れ刃20の高さの差hは、0.5mm以内が好ましい。なお、高さの差hが0.5mmを超えると、第1上面部30の作用が強くなりすぎるため、相対的に波形上面部50の作用が弱くなる。
図2乃至図4に示すように上面10は、第1上面部30の横方向Xの両側に波形上面部50を備えている。波形上面部50は、正面切れ刃20側から後方に向けて山部と谷部が連続する波形Pを有している。波形上面部50における横切れ刃21には、側面視で波形Pの縁部である波形Peが形成されている。なお「波形」とは、連続する山と谷を少なくとも1つ以上有する形状のことである。
波形上面部50の波形P(横切れ刃21の波形Pe)は、図4に示すように正面切れ刃20を始点とし、その正面切れ刃20から正面方向Yの後方側に向かって形成されている。例えば波形上面部50の波形Pは、3つの波を有し、正面切れ刃20側の始点から後方側に向けて、第1の山部P1、第1の谷部P2、第2の山部P3、第2の谷部P4、第3の山部P5、第3の谷部P6をこの順で有している。横切れ刃21の波形Peの第1の谷部P2は、側面視で、横切れ刃21の始点から下がるものであり、正面切れ刃20から第1の谷部P2の最下部までの距離L1は、3mm以下に設定されている。
例えば図7に示すように波形P(波形Pe)の3つの波の振幅a1、a2、a3は、正面切れ刃20から離れるにつれて次第に大きくなっている。横切れ刃21の波形Peの山部、谷部の湾曲部の曲率半径r2は、例えば8mm以下に設定されている。
波形上面部50の波形P(波形Pe)は、側面視で、正面切れ刃20から離れるにつれて、山部と谷部の位置が次第に下がっている。隣り合う山部P1と山部P3を結んだ基準線B1及び隣り合う山部P3と山部P5を結んだ基準線B2は、例えば下面15のフラット面(平坦面)Cに対して1〜10°程度、例えば3°程度の傾斜角α2を有している。
図2及び図3及び図8に示すように波形上面部50は、波形Pの一部の山部と谷部が、横切れ刃21から横方向Xの中央側に向かうにつれて次第に正面切れ刃20の後方(斜め方向)に移動し、第1上面部30の側面部41に接続されるように形成されている。なお、図8には、波形Pの各山部、谷部の稜線の例を点線で示す。例えば波形Pの第1の谷部P2、第2の山部P3、第2の谷部P4及び第3の山部P5(第1の山部P1及び第3の谷部P6以外の部分)が、横切れ刃21から第1上面部30に向けて斜めに延びている。例えば図3に示す上面視で正面切れ刃20の横方向Xの中心を通り正面方向Yに沿った仮想垂直2等分面Qに、図9に示すように側面視で横切れ刃21の波形Peの第1の谷部P2、第2の山部P3、第2の谷部P4及び第3の山部P5(第1の山部P1及び第3の谷部P6以外の部分)を投影し、さらに側面視で第1上面部30に接続された波形Pe’の第1の谷部P2、第2の山部P3、第2の谷部P4及び第3の山部P5(第1の山部P1及び第3の谷部P6以外の部分)を投影したときに、波形Pe’は、波形Peを正面切れ刃20から離れる方向に所定距離、例えば0.3mm以上平行移動したものになる。
図8に示すように波形上面部50の波形Pの第2の山部P3は、第1上面部30の正面部40よりも後方側の側面部41に接続されている。第1の山部P1は、横方向Xの正面切れ刃20に沿って延伸し、頂点が正面切れ刃20となっている。
図4に示すように正面12は、側面視で、溝入れ加工時の逃げ角、すなわち下面15の垂直方向に対し、正面12の下面15側が正面方向Yの後方側に後退する逃げ角α3を有している。逃げ角α3は、例えば0°より大きく、例えば7°程度に設定されている。
図6に示すように側面14は、正面視で、横送り加工時の逃げ角、すなわち下面15の垂直方向に対し、側面14の下面15側が横方向Xの中央側に後退する逃げ角α4を有している。逃げ角α4は、例えば0°より大きく、例えば7°程度に設定されている。
図5に示したように側面14は、上面視で、正面12に対して例えば0°より大きく、例えば5°以下の逃げ角α5(バックテーパ)を有している。
次に、上記切削インサート1を有する切削工具80について説明する。図10に示す切削工具80は、刃先交換式の旋削加工用の工具である。切削工具80は、工具本体90と、切削インサート1とを備えている。工具本体90は、例えば長い略直方体状に形成されている。工具本体90は、その先端部に、切削インサート1を把持して固定するための固定部100を備えている。固定部100には、切削インサート1を上下から把持する把持部101と、把持部101を締め付ける固定ネジ102が設けられている。例えば切削インサート1を把持部101に把持させ、固定ネジ102で把持部101を締め付けることにより、切削インサート1を工具本体90に固定することができる。切削インサート1は、正面12を切削工具80の先端側に向けて装着される。
切削工具80は、例えば旋盤に取り付けられて使用される。図11に示すように回転軸F周りに回転させた被削材110に対し、切削インサート1の正面12を正対させ、切削インサート1を被削材110に向けて、例えば回転軸Fの直角方向の溝入れ方向K1に移動させて、溝入れ加工する。このとき、図11の矢印に示すように、正面切れ刃20により被削材110から出る切り屑Nは、上面10の正面方向Yの後方向に出て、第1上面部30に乗り上げて切断される。
次に、図12に示すように切削インサート1を被削材110の回転軸Fに沿った横送り方向K2に移動させて、横送り加工する。このとき、図12の矢印に示すように、横切れ刃21により被削材110から出る切り屑Nは、上面10の横方向Xから正面方向Yの後方側に所定角度傾いた斜め方向に出て、波形上面部50で形状が規制される。すなわち、横送り加工時の切り屑は、波形上面部50の波形Pにあたり、波形Pの影響を受けて安定した形状で形成される。
本実施の形態によれば、切削インサート1の上面10が、正面切れ刃20から離れる方向に向かって山部と谷部が連続する波形上面部50を有し、波形上面部50が、横切れ刃21が正面切れ刃20から連続する波形形状を有するように構成されている。これにより、溝入れ加工の際の切り屑の形状が第1上面部30によりコントロールされるとともに、横送り加工の際の切り屑の形状が波形上面部50によりコントロールされる。この結果、第1上面部30が溝入れ加工の切り屑処理性を向上しつつ、波形上面部50が横送り加工の切り屑処理性を向上することができる。よって溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサート1を実現することができる。また横切れ刃21の波形Pは横送り加工時の切削抵抗を減らすこともできる。また、溝入れ加工時と横送り加工時に波形上面部50と第1上面部30が協働し、その相乗効果により切り屑処理性能をさらに向上することができる。
波形上面部50は、その波形Pの一部の山部と谷部が、横切れ刃21から横方向Xの第1上面部30に向かうにつれて次第に正面切れ刃20から離れる方向に移動するように構成されている。これにより、横送り加工時の切り屑が、波形上面部50の波形Pの山部と谷部に確実にあたるようになるため、横送り加工時の切り屑の形状をさらにコントロールしやすくなる。この結果、溝入れ加工時の切り屑処理性をさらに向上することができる。また、横送り加工時の切り屑が、被削材110の溝の底から離れる方向に力を受けるため、溝の底に衝突して傷をつけることを防止することができる。
波形上面部50は、その波形Pの一部が第1上面部30の側面部41につながるように構成されている。これにより、横送り加工時の切り屑の形状をコントロールする領域を十分に確保することができる。また、横送り加工時の切り屑を第1上面部30で切断することもでき、このように横送り加工時に波形上面部50と第1上面部30が協働し、その相乗効果により切り屑処理性能をさらに向上することができる。
波形Pが、正面切れ刃20を始点として正面切れ刃20から離れる方向に、第1の山部P1、第1の谷部P2、第2の山部P3及び第2の谷部P4をこの順で備え、第1の山部P1は、正面切れ刃20に沿って形成され、第2の山部P3は、第1上面部30の正面部40よりも後方の側面部41に接続されている。これにより、波形上面部50の波形Pが溝入れ加工時の第1上面部30の作用をさらに向上することができる。
波形上面部50は、側面視で横切れ刃21の波形Peが正面切れ刃20を始点として当該正面切れ刃20から下がる第1の谷部P2を有するように構成されている。これにより、横送り加工時にできる最初の切り屑が、波形上面部50の山谷の波形Pに確実にあたり、切り屑の形状をさらに安定させることができる。
側面視で横切れ刃21の始点から第1の谷部P2の最下部までの距離が3mm以下である。これにより、横送り加工時にできる最初の切り屑が、直ちに波形上面部50の波形Pにあたり、切り屑の形状をさらに安定させることができる。
波形上面部50は、横切れ刃21の波形Peの振幅が正面切れ刃20から離れるにつれて大きくなるように構成されている。これにより、より切削抵抗が大きくなる正面切れ刃20側の横切れ刃21の強度を相対的に上げることができる。この結果、切削抵抗に応じた横切れ刃21の過不足の少ない強度を確保しつつ、波形Pにより切り屑の形状の安定性を十分に確保することができる。
側面視で横切れ刃21の波形Peの湾曲部の曲率半径r2が8mm以下であるので、波形Pの山谷が短い周期で形成され、横送り加工時の切り屑の形状の安定性を十分に確保することができる。
正面切れ刃20は、上面視で直線形状を有するので、溝入れ加工の被削材110に底が平坦な溝を形成することができる。また、正面切れ刃20は、正面視でも直線形状を有するので、被削材110の溝の底をさらに平坦に形成することができる。
第1上面部30は、正面方向Yに沿った突条に形成されているので、溝入れ加工の切り屑処理性と横送り加工の切り屑処理性の両方を好適に実現することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
上記実施の形態で記載した切削インサート1は、図13に示すように正面切れ刃20の全体を使用せず、左右方向の端のみを使用して溝を繰り広げる、いわゆる肩削り加工に用いてもよい。かかる場合、いわゆる肩削り加工の際の切削抵抗を波形上面部50の波形Pにより大幅に減少させることができる。
切削インサート1の全体形状等は上記実施の形態のものに限られない。第1上面部30は、突条のものであったが、他の形状であってもよい。例えば第1上面部30は、溝状のものであってもよい。波形上面部50は、第1上面部30の両側に設けられていたが、片側であってもよい。波形上面部50の波形Pの形状は、必ずしも正弦波である必要はなく、山谷を繰り返す波形状のものであれば他の形状のものであってもよい。例えば波形Pの形状は、半円の円弧が連続しているものであってもよい。また波形Pの波の数、周期や振幅も上記実施の形態のものに限られない。
本発明は、溝入れ加工と横送り加工の両方の切り屑処理性が高い切削インサート及び切削工具を提供する際に有用である。
1 切削インサート
10 上面
11 交差稜線
12 正面
13 交差稜線
14 側面
15 下面
20 正面切れ刃
21 横切れ刃
30 第1上面部
50 波形上面部

Claims (12)

  1. 切削インサートであって、
    上面と、
    前記上面との間で交差稜線を形成する正面と、
    前記正面に連続し、前記上面との間で交差稜線を形成する側面と、
    前記上面と前記正面との間の交差稜線に設けられた正面切れ刃と、
    前記上面と前記側面との間の交差稜線に設けられた横切れ刃と、を備え、
    前記上面は、
    突起状又は溝状の第1上面部と、
    前記第1上面部の横方向の少なくとも片側に設けられ、前記正面切れ刃から離れる方向に向かって山部と谷部が連続する波形上面部と、を有し、
    前記波形上面部は、側面視で前記横切れ刃が前記正面切れ刃から連続する波形形状を有するように構成されている、切削インサート。
  2. 前記波形上面部は、その波形の少なくとも一部の山部と谷部が、前記横切れ刃から第1上面部に向かうにつれて次第に前記正面切れ刃から離れる方向に移動するように構成されている、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記波形上面部は、前記波形の少なくとも一部が前記第1上面部の側面部に接続されるように構成されている、請求項2に記載の切削インサート。
  4. 前記波形が、前記正面切れ刃を始点として前記正面切れ刃から離れる方向に、第1の山部、第1の谷部、第2の山部及び第2の谷部をこの順で少なくとも備え、
    前記第1の山部は、前記正面切れ刃に沿って形成され、
    前記第2の山部は、前記第1上面部の前記正面側の正面部よりも前記正面切れ刃から離れる方向にある側面部に接続されている、請求項3に記載の切削インサート。
  5. 前記波形上面部は、側面視で前記横切れ刃の波形が前記正面切れ刃を始点として当該正面切れ刃から下がる谷部を有するように構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の切削インサート。
  6. 側面視で前記横切れ刃の始点から前記谷部の最下部までの距離が3mm以下である、請求項5に記載の切削インサート。
  7. 前記波形上面部は、前記横切れ刃の波形の振幅が前記正面切れ刃から離れるにつれて大きくなるように構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の切削インサート。
  8. 側面視で前記横切れ刃の波形の湾曲部の曲率半径が8mm以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の切削インサート。
  9. 前記正面切れ刃は、上面視で直線形状を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の切削インサート。
  10. 前記第1上面部は、正面に向かう正面方向に沿って突条に形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の切削インサート。
  11. 前記波形上面部は、前記第1上面部の横方向の両側に設けられている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の切削インサート。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の切削インサートを備えた、切削工具。
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