JP2022062201A - 切削インサート及び刃先交換式回転切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の一態様の刃先交換式回転切削工具は、中心軸回りに回転させられる工具本体と、前記工具本体の前記中心軸方向の先端部に装着される上述の切削インサートと、を備えることを特徴とする。
以下、本発明の第1参考例に係る切削インサート5A及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Aについて、図1~図9を参照して説明する。なお、参考例の説明に用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、要部となる部分を拡大、強調、抜粋して示す場合がある。
中心軸Cに直交する方向を径方向と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Cに接近する向きを径方向の内側と呼び、中心軸Cから離れる向きを径方向の外側と呼ぶ。
中心軸C回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。周方向のうち、切削時に工具本体1が回転させられる向きを工具回転方向Rと呼び、これとは反対の回転方向を、反工具回転方向と呼ぶ。
中心軸Cに直交する方向が径方向である。径方向のうち、中心軸Cに接近する向きが径方向の内側であり、中心軸Cから離れる向きが径方向の外側である。
中心軸C回りに周回する方向が周方向である。周方向のうち、切れ刃部4の後述するすくい面19が向く方向が工具回転方向Rであり、これとは反対の回転方向が、反工具回転方向(工具回転方向Rとは反対側)である。
図5~図7に示されるように、本参考例の切削インサート5Aは、中心軸Cを対称軸として表裏反転対称(180°回転対称)に形成される。
前記切れ刃は、上述した底切れ刃11、外周切れ刃9及び接続刃13を含む。前記切れ刃は、全体として略L字状に形成される。外周切れ刃9、底切れ刃11及び接続刃13に対して、すくい面19の後述するすくい面部分10、12、14、及び、逃げ面の逃げ面部分がそれぞれ隣接配置される。
切削インサート5Aを工具本体1の取付座3に装着して、刃先交換式回転切削工具6Aを中心軸C回りに回転させると、外周切れ刃9の回転軌跡は、径方向外側へ向けて膨出するバレル形状(樽形状)をなす。
つまり、底切れ刃11の曲率半径をX、外周切れ刃9の曲率半径をYとすると、下記I及びIIのいずれかの関係が成り立つ。
〔I〕
X≧1/2D、Y>1/2D
〔II〕
X>1/2D、Y≧1/2D
X>1/2D、Y>1/2D
である。
X=Y、X=D、Y=D
である。
X>Z、Y>Z
1/2D>Z
である。
本参考例では、底切れ刃11の曲率半径及び外周切れ刃9の曲率半径に対して、接続刃13の曲率半径が、1/3以下である。つまり、
1/3X≧Z、1/3Y≧Z
である。なお本参考例では、底切れ刃11の曲率半径及び外周切れ刃9の曲率半径が工具刃径Dに等しいので、
1/3D≧Z、1/3D≧Z
である。
本参考例では、角度αが、45°よりも大きい。角度αは、例えば、45°<α≦55°である。そして底切れ刃11の刃長が、外周切れ刃9の刃長よりも長くされている。なお、角度αは、45°よりも小さくてもよい。この場合、角度αは、例えば、10°≦α<45°である。そして外周切れ刃9の刃長が、底切れ刃11の刃長よりも長くされる。
また、角度αの大きさに係わらず、接続刃13の刃長は、底切れ刃11の刃長及び外周切れ刃9の刃長よりも短くされる。
具体的に、従来のボールエンドミルにおいては、切れ刃が、工具先端から径方向外端までの刃長全域にわたって、一定の曲率半径を有する。また、切れ刃の曲率半径は、工具刃径(外径。直径)の1/2である。このため、ボールエンドミルでは、刃径の1/2(半径)の大きさに応じて、所定のカスプハイト値以下となるようにピックフィードを設定し、切削加工が行われる。また、ラジアスエンドミルの場合は、被削材の傾斜した加工面や曲面などを切削加工する際にコーナーR切れ刃が使用されるが、該コーナーR切れ刃の曲率半径は、一般にボールエンドミルの切れ刃の曲率半径よりも小さい(工具刃径が同一の場合)。このため、ラジアスエンドミルのピックフィードは、ボールエンドミルのピックフィードよりも小さくなる。
なお、本参考例では、底切れ刃11の曲率半径及び外周切れ刃9の曲率半径が、工具刃径Dと等しい。したがって、従来のボールエンドミルに比べて、ピックフィードを約1.4倍近い値に設定することができる。
したがって、例えば、被削材に正面削り加工(平面加工)を施すときに、底切れ刃11で切削することにより被削材の加工面に付与される挽き目と、被削材に側面削り加工(立壁面加工)を施すときに、外周切れ刃9で切削することにより被削材の加工面に付与される挽き目とを、同じ性状に仕上げやすい。
一般のエンドミル等では、切れ刃部のすくい面のうち、底切れ刃のすくい面部分及び外周切れ刃のすくい面部分等は、互いに異なる平面や曲面により形成されている。そして、各切れ刃同士の接続点は、互いに形状の異なる2つの切れ刃が接続される部分であることから、軸方向すくい角や径方向すくい角が変化する。このため、切削加工時には、切れ刃同士の接続点近傍での切削負荷が大きくなりやすい。
これにより、接続点A、Bを挟んだ切れ刃の両側において、軸方向すくい角や径方向すくい角が大きく変化するようなことが抑えられ、接続点A、Bにおいて切れ刃が屈曲するようなことも抑えられる結果、接続点A、B近傍に大きな切削負荷が作用することが抑制される。したがって、接続刃13と底切れ刃11との接続部分、及び、接続刃13と外周切れ刃9との接続部分における刃先強度が顕著に高められ、工具寿命が延長する。
また、接続刃13を用いた切削加工時においては、該接続刃13が受ける切削抵抗の切れ刃法線方向成分が、ネジ挿通孔18の孔中心に向かうように作用する。したがって、接続刃13を用いた切削加工時においても、上述と同様の作用効果を奏する。
本参考例の切削インサート5A及び刃先交換式回転切削工具6Aによれば、5軸制御による加工機に対応可能であり、外周切れ刃(バレル切れ刃)9、底切れ刃(レンズ切れ刃)11を組み合わせて使用することによって、高能率加工、高精度加工を同時に実現することが可能となった。
例えば、工具軸を傾斜して加工することによって、外周切れ刃(バレル切れ刃)9を使用するときは、被削材の勾配を有する傾斜面において、加工ピッチを大きく設定して高能率な加工条件を設定すること、及び、高品位な仕上げ面を得ることが可能になる。
また、底切れ刃(レンズ切れ刃)11を使用するときも、外周切れ刃(バレル切れ刃)9と同様に、被削材曲面を高品位な仕上げ面とすることができる。
さらに、3軸制御の加工機で使用する場合であっても、外周切れ刃(バレル切れ刃)9を使用することで、垂直な立壁に近い勾配面を、または底切れ刃(レンズ切れ刃)11を使用することで平坦な面に近い被削材曲面を、加工ピッチを大きく設定した条件で加工することができるなどの特徴を有する。
次に、本発明の第2参考例に係る切削インサート5B及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Bについて、図10~図17を参照して説明する。
なお、第2参考例では、第1参考例における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
本参考例では、外周切れ刃9の曲率半径が、底切れ刃11の曲率半径よりも大きい。つまり、底切れ刃11の曲率半径をX、外周切れ刃9の曲率半径をYとすると、
Y>X
である。
Y>X>Z
また本参考例では、外周切れ刃9の曲率半径が、底切れ刃11の曲率半径よりも大きいので、外周切れ刃9で切削する加工面のカスプハイトと、底切れ刃11で切削する加工面のカスプハイトとを同等にするにあたって、底切れ刃11よりも外周切れ刃9においてピックフィード(加工ピッチ)を大きく設定できる。したがって、例えば被削材に主に側面削り加工(立壁面加工)を施す切削時などにおいて、加工効率を顕著に高められる。
この変形例によれば、切れ味が高められ、切削加工時に生じた切屑が効率よく工具先端から基端側へと送られて、切屑排出性がよい。切削速度を高めることができ、加工能率が向上する。
次に、本発明の第3参考例に係る切削インサート5C及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Cについて、図18~図25を参照して説明する。
なお、第3参考例では、第1、第2参考例における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
本参考例では、底切れ刃11の曲率半径が、外周切れ刃9の曲率半径よりも大きい。つまり、底切れ刃11の曲率半径をX、外周切れ刃9の曲率半径をYとすると、
X>Y
である。
X>Y>Z
また本参考例では、底切れ刃11の曲率半径が、外周切れ刃9の曲率半径よりも大きいので、底切れ刃11で切削する加工面のカスプハイトと、外周切れ刃9で切削する加工面のカスプハイトとを同等にするにあたって、外周切れ刃9よりも底切れ刃11においてピックフィード(加工ピッチ)を大きく設定できる。したがって、例えば被削材に主に正面削り加工(平面加工)を施す切削時などにおいて、加工効率を顕著に高められる。
この変形例によれば、切れ味が高められ、切削加工時に生じた切屑が効率よく工具先端から基端側へと送られて、切屑排出性がよい。切削速度を高めることができ、加工能率が向上する。
次に、本発明の第1実施形態に係る切削インサート5D及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Dについて、図26及び図27を参照して説明する。
なお、第1実施形態では、第1~第3参考例における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
図27において本実施形態では、接続刃13が、直線状の部分13bを有する。本実施形態の例では、直線状の部分13bが、接続刃13の刃長全域にわたって形成される。底切れ刃11の径方向の外端(接続点A)と外周切れ刃9の中心軸C方向の先端(接続点B)とは、接続刃13を構成する1つの直線状の部分13bを介して接続する。接続刃13は、直線形状の切れ刃である。
また本実施形態では、接続刃13が、直線状の部分13bを有する。したがって、この接続刃13を用いて、例えば、従来のボールエンドミル等では高精度な加工が難しかった被削材の平面フライス加工(仕上げ加工)を行うことができる。つまり、接続刃13が、挽き目をなくすための仕上げ刃としての機能を有する。このため本実施形態によれば、様々な切削加工への対応が可能となる。
次に、本発明の第2実施形態に係る切削インサート5E及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Eについて、図28及び図29を参照して説明する。
なお、第2実施形態では、第1~第3参考例及び第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
図29において本実施形態では、接続刃13が、直線状の部分13bを複数有する。底切れ刃11の径方向の外端(接続点A)と外周切れ刃9の中心軸C方向の先端(接続点B)とは、接続刃13を構成する複数の直線状の部分13bを介して接続する。具体的には、底切れ刃11の径方向の外端と、外周切れ刃9の中心軸C方向の先端とが、2つの直線状の部分13bを介して繋がる。
複数の直線状の部分13bのうち、底切れ刃11に接続する直線状の部分(第1の直線状の部分)13bは、接続点Aから径方向の外側へ向かうにしたがい中心軸C方向の基端側へ向けて傾斜して延びている。複数の直線状の部分13bのうち、外周切れ刃9に接続する直線状の部分(第2の直線状の部分)13bは、接続点Bから先端側へ向かうにしたがい径方向内側へ向けて傾斜して延びている。
第2の直線状の部分13bにおける径方向の単位長さあたりの中心軸C方向へ向けた変位量は、前記仮想線分の前記変位量よりも大きい。
第1の直線状の部分13bにおける径方向の単位長さあたりの中心軸C方向へ向けた変位量は、第2の直線状の部分13bの前記変位量よりも小さい。
接続刃13のすくい面部分14は、1つの平面により形成されている。つまり、複数の直線状の部分13bの各すくい面部分は、同一平面上に形成される。
また本実施形態では、接続刃13が、直線状の部分13bを複数有するので、それぞれの直線状の部分13bを用いることにより、様々な仕上げ加工等に対応可能である。
次に、本発明の第3実施形態に係る切削インサート5F及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Fについて、図30及び図31を参照して説明する。
なお、第3実施形態では、第1~第3参考例及び第1、第2実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
図31において本実施形態では、接続刃13が、直線状の部分13bを3つ有する。底切れ刃11の径方向の外端(接続点A)と外周切れ刃9の中心軸C方向の先端(接続点B)とは、3つの直線状の部分13bを介して接続する。
また本実施形態では、第1の直線状の部分13bの刃長と、第2の直線状の部分13bの刃長と、第3の直線状の部分13bの刃長とが互いに同一であるので、第1の直線状の部分13bを用いた仕上げ加工と、第2の直線状の部分13bを用いた仕上げ加工と、第3の直線状の部分13bを用いた仕上げ加工とで挽き目を揃えることができる。
次に、本発明の第4参考例に係る切削インサート5G及びこれを備えた刃先交換式回転切削工具6Gについて、図32及び図33を参照して説明する。
なお、第4参考例では、第1~第3参考例及び第1~第3実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、主として異なる点について説明する。
底切れ刃11の径方向の外端と、外周切れ刃9の中心軸C方向の先端とが接続する角部は、工具の先端外周側へ向けて凸となる鈍角をなすように形成される。
また本参考例では、底切れ刃11と外周切れ刃9とが、直接接続される。このため、底切れ刃11の刃長及び外周切れ刃9の刃長を長く(最長に)設定することが可能になる。このため、カスプハイトを小さく抑えつつ、ピックフィードの加工ピッチを増大できる。したがって、加工面精度を良好に維持しつつ、加工効率を高められる。
また、切削インサート5A~5Gのインサート本体15がネジ挿通孔18を有しているとしたが、ネジ挿通孔18を有していなくてもよい。この場合、切削インサート5A~5Gは、工具本体1の取付座3に対して、例えばクランプ機構等により装着される。
また、接続刃13が、円弧状の部分13aと、直線状の部分13bとを有していてもよい。接続刃13は、円弧状の部分13a及び直線状の部分13b以外の切れ刃形状の部分を有していてもよい。
また、前述の実施形態及び参考例では、接続刃13が切れ刃の機能(切削機能)を有するが、これに限定されない。接続刃13は、切削機能を有さないみせかけの刃であってもよい。
また、工具本体1は、例えば、SKD61等の合金工具鋼で製造する場合の他、SKD61等の合金工具鋼と超硬合金とを接合し形成したものを用いることも可能である。
2 先端部
4 切れ刃部
5A~5G 切削インサート
6A~6G 刃先交換式回転切削工具
9 外周切れ刃
11 底切れ刃
13 接続刃
13a 円弧状の部分
13b 直線状の部分
15 インサート本体
C 中心軸
D 切れ刃部の刃径
X 底切れ刃の曲率半径
Y 外周切れ刃の曲率半径
β 角度(軸方向すくい角)
Claims (2)
- 板状のインサート本体と、
前記インサート本体に形成された切れ刃部と、を備え、
前記切れ刃部は、
すくい面と、
前記インサート本体の中心軸方向の先端部に配置され、前記中心軸に直交する径方向に沿うように延び、前記中心軸方向の先端側へ向けて凸となる円弧状に形成された底切れ刃と、
前記インサート本体の前記径方向の外端部に配置され、前記中心軸方向に沿うように延び、前記径方向の外側へ向けて凸となる円弧状に形成された外周切れ刃と、
前記底切れ刃と前記外周切れ刃とを接続する接続刃と、を有し、
前記すくい面のうち、前記底切れ刃の前記中心軸方向の基端側に隣接する部分は、前記底切れ刃のすくい面部分であり、前記底切れ刃のすくい面部分は平面状であり、
前記すくい面のうち、前記外周切れ刃の径方向内側に隣接する部分は、前記外周切れ刃のすくい面部分であり、前記外周切れ刃のすくい面部分は平面状であり、
前記底切れ刃のすくい面部分と前記外周切れ刃のすくい面部分は、同一平面上に形成され、
前記底切れ刃の曲率半径及び前記外周切れ刃の曲率半径が、前記切れ刃部の刃径の1/2以上であり、かつ、前記底切れ刃の曲率半径及び前記外周切れ刃の曲率半径の少なくともいずれかが、前記刃径の1/2よりも大きく、
前記底切れ刃の前記中心軸回りの回転軌跡は、前記中心軸方向の先端側へ向けて膨出する凸レンズ形状をなし、前記外周切れ刃の前記中心軸回りの回転軌跡は、径方向外側へ向けて膨出するバレル形状をなし、
前記接続刃は、直線状の部分を有する、切削インサート。 - 中心軸回りに回転させられる工具本体と、
前記工具本体の前記中心軸方向の先端部に装着される請求項1に記載の切削インサートと、を備える、刃先交換式回転切削工具。
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