JP3819428B2 - 切削インサート、切削工具及び方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は切り粉出し機械加工、好ましくはフライス加工用の切削工具であって、これがホルダと切削インサートを含んで成り、当該切削インサートが基本的には概して円形の形状を有し且つ切削インサートの上面と縁面の間の遷移個所によって生成された少なくとも１つの切刃を含み、該上面がすくい面であり、該縁面が逃げ面であり、該ホルダと切削インサートの両者が中心軸線周りのインサートの回動を阻止する第１手段を有している切削工具に関する。本発明は、更に、切削インサート及び切削インサートの回動を阻止する方法に関する。
硬質且つ摩耗抵抗性の材料の割付け可能（インデキシャブル）切削インサートを有する金属切削用の工具では、切刃は摩耗を被り、そして時には全切刃のある部分が潰れることがある。小さなインサートが破砕する場合には、工具本体が損傷を被る危険を伴わずに切刃のみが潰れる。大きなインサートが破砕する場合は、工具本体が損傷する危険は無視出来ない度合にまで高まる。切削インサートがジムを有していないならば、インサートの破砕（フラクチュア）がしばしば工具本体の損傷をもたらす。この種の損傷を回避するために、切削インサートを超硬合金のシムに載せるのは普通のあり方である。通常の組合せは約５mmの肉厚を有する切削インサートと３〜５mmの肉厚を有するシムから成る。この結果は切削インサートとシムの全厚が８〜10mmとなる。
US-A-5 147 158は、破砕領域を提供するように一体成形シムを有する多角形切削インサートを開示している。
US-A-5,346,336は逃げ面に５つの等距離の平坦切子面（ファセット）を備えた円形の金属切削インサートを示している。切子面は切削インサートを割付けるときに特定された位置を構成するように配設される。各切子面は切削インサートの中心軸線に対して鋭角を成す。保留ネジがインサートをホルダのインサート座に固定確保する。公知の工具では、摩擦はインサートの望ましくない回動に抵抗する主要な寄与因子ではない。インサートの設置面は座におけるインサートの位置が使用中に急激に不正確になるように摩耗させられる。更に、公知のインサートはインサート破損が座或いはシムにまで及ぶ事態を阻止するための破砕領域を欠いている。
発明の目的
本発明の目的は上述の不利益を克服する切削インサートを提供することにある。
本発明の別の目的はインサートの回動に抗する二重保留を果たすことに適応した手段を含む切削インサート、切削工具及び方法を提供することにある。
更に別の本発明の目的は３つの異なる機能、即ち破砕、回動及び割付けの制御を実行する一体成形シムを有する切削インサートを提供することにある。
これらの目的とその他の目的は、添付の請求項の特徴事項によって与えられる切削インサートによって実現される。
【図面の簡単な説明】
本発明に係る切削インサートの実施例は添付の図面を参照して以下に為されるが、当該図面において：
図１は本発明に係る切削インサートの底面を示す；
図２は図１のII−IIに沿った断面を示す；
図３は本発明に係るカッタ本体の頂面視におけるインサート個所を示す；
図４は図３のIV−IVに沿った切断面を示す；
図５は図３のＶ−Ｖに沿った切断面を示す；
図６は本発明に係るフライスカッタを側面視で示す；
図７は図６のカッタの切断面図である。
発明の好適例の詳細な説明
図１、２における切削インサート１０は基本的に概略円形を有し、上面１１、下面１２及び上、下面１１、１２を概ね接続する縁面（エッジ面）１３を含む。切削インサート１０は正の外形（ジオメトリ）を有している、即ち側面１３が上面１１と鋭角度をなす。上面１１はすくい面であり、縁面１３は逃げ面である。上面１１は切削インサート１０の周辺に配位する円形の切屑転覆作用面（チップ・アップセッティング面）１４を含む。更に、上面１１は円形の切屑転覆作用面１４から下側内方へ傾斜した切屑面（チップ面）１５を含む。択一的には、上面は平坦形等の他の形状を有し得る。面１４、１５は上面１１の最周辺を構成する。切屑転覆作用面１４と縁面１３の交差線は円形切刃１６を形成する。縁面１３は仮想円錐体（コーン）Ｃの一部分と一致する。当該円錐体の頂点は切削インサート１０の中心線２０と下面１２の下方で交差する。
開示例においては、切削インサート１０はこれを工具ホルダに固定確保する締結ネジ（図示省略）を受容するように企図された貫通孔１７を備えている。
縁面１３は段差部（ステップ）１８を備えている。当該段差部１８の上方に配位している縁面１３の第１部分１３ａは工具の必要な逃げ角を与えるために正の外形（ジオメトリ）を有しており、縁面１３の第２部分１３ｂは負の外形を有している、即ち当該第２部分１３ｂは下面１２に対して直角であり、０°の逃げ角を有している。縁面１３の第２部分１３ｂは半径方向において上記仮想円錐体に達しない。即ち、逃げ面が研削されれば、縁面は研削の必要がなく、それによってエネルギを節約する。更に、この場合、段差部は半径方向に十分に大きく、加工の際の亀裂（クラック）の発生を好ましいように制御できる。
段差部１８は、切刃を破壊し得るようにすることにより当該破壊を制御し、切削インサートの下部を無傷のままに残す破砕指示部（indication of fracture）を構成する鋭い内位コーナを与える。第２部分或いは下部１３ｂは工具本体を保護する。
図２に示す対策手段に関して、以下のことが言える。高さｈ₁は高さｈの１５〜６０％、好ましくは約２５％である。これは、「シム」が切削インサート１０の一体成形部分を構成するので、可能となる。即ち、高さｈ₁は一体成形シムの高さに対応している。切削インサート１０の良好な機能を達成するためには、高さｈ₁が高さｈのあまり大きな部分を構成しないことが必要である。これは、大きくなり過ぎた場合には切刃の強度が小さくなるからである。強度が小さくなれば、小さな負荷で切刃が破損する結果となる。段差部１８から下面１２の平面における円錐体（コーン）Ｃまでの半径方向距離ｅは逃げ角に依存する。切断面II−IIにおける距離ｅは0.2〜2.5mmの範囲、好ましくは0.2〜1.5mmの範囲にある。ｅの好適な値は0.5mmの規模である。図１の線Ａ−Ａに係る別の切断面の距離ｅは0.1〜1.5mmの範囲、好ましくは0.2〜1.0mmの範囲にある。しかしながら、段差部はインサート全周に亘って破壊を制御するために、全ての領域において仮想円錐体Ｃから離間している。
第２部分１３ｂは、更に、インサートが以下に詳しく述べているホルダのポケットに容易に入れるように傾斜部分（ベベル部分）２１に接続している。数多くの第２部分１３ｂがシム２２の周辺に形成される。シムに５〜１２個、好ましくは７〜９個の部分があり得る。好適な値は８個の部分である。後者の場合、直径線上で対向する２つの第２部分１３ｂは図１から分かるように平行である。隣接する２つの部分１３ｂはコーナ２３で鈍角、約１３５°で会合する。インサートをホルダに装着したとき、コーナ２３はインサートの望まない回動を阻止する。したがって、コーナ２３が第２部分１３ｂのその残部（他の個所）に対して半径方向へ相対的に突出していることが重要である。第２部分１３ｂの残部はインサートの適正位置を表示するが、切削力が摩擦力を越えたときにのみインサートの回動を阻止することに関与する。下部の周辺はインサートの中心軸線からの距離が増加、減少する経路を描いている。第２部分はコーナが第２部分の残部に対し半径方向に相対的に突出している限り、例えば星形の形状或いはそれに類する形状の１部であり得る。
図３、４、５に目を向ければ、工具ホルダ３０が示されている。このホルダ３０は切削インサートを受容する多数のポケット３１を有するフライス（ミリング）用のカッタ本体である。各ポケットは実質的に平坦な基面３２と直立肩部３３、３４を含んで成る。各肩部はインサートの第１部分１３ａに当接するように設けられた上位凹面３５と、アンダーカット部分３６とを規定している。凹面３５は既述の円錐体Ｃと合致するように設けられる。少なくとも１つの肩部３５はシム２２のコーナ２３に当接するように設けた下位部分３７を有している。ねじ付き穴３８は基面３２の中心ではないが、その近くに配設され、固定ネジが公知のようにしてインサートを肩部と基面の方へ押す。このネジ穴３８は基面３２に実質的に直角な中心軸線３９を有する。下位部分３７は基面に平行な平面上においては真直ぐであり、図４に見られるように基面から上向き方向の中心軸線３９と鋭角αを成す。これはコーナ２３と下位部分３７との間の接触点又は線のための明確な位置を確保することになる。肩部３３、３４はスロット４０によって遮られている。このスロットの機能は肩部の凹面３５をその製作の際の公差欠陥に対して相対的に鈍感にすることにある。
図６、７においては、切削工具は組立られた状態にあり、特に図７から切削インサート１０とホルダ３０の共同する具合が明らかになる。インサートはその第２部分１３ｂの１つが下位部分３７に対面した状態で以ってポケット３１に載置される。そのとき、下面１２は基面３２に当接する。ネジ４１をインサートの孔１７に挿入し、ホルダのねじ穴３８と螺結するインサートの軸線２０がねじ穴３８の軸線３９に対して肩部３３、３４から離れる方向の特定距離だけ半径方向へ偏位しているので、ネジはインサートを肩部の方へ且つ基面の方へ変位させる。ネジが締め付けられたとき、インサートの逃げ面１３ａは上位凹面３５に対して圧力を作用させる。それによって生じた摩擦がフライス加工の際にインサートを回動しないように固定確保する。インサートの回動を阻止する第１手段３７、１３ｂは少なくとも２つの位置をとることができ、その第１の位置ではインサートの下位部分１３ｂと第１壁３７との間の隙間（ギャップ）ｐが０mmであり、第２の位置では当該隙間ｐが大きく約0.1〜0.3mmとなる。しかしながら、切削力が摩擦力を越えると、インサートはコーナ２３が肩部３３の下位部分３７に当接するまで回動する。その時点でインサートは更なる回動を阻止される。インサートを新品インサートに代えるときには、上述の手順を逆にする。
インサートを割付けるときには、下面１２を下位部分３７の上方へ持上げ得るまでネジ４１を部分的に螺結解除し、そしてインサートをシムに８個の位置がある場合には３５°に対応している段階（ステップ）だけ回動させる。その時点で、ネジを再度螺結する。
本発明の説明した実施例はフライスカッタに関するものであるが、本発明は丸形員を用いた旋削工具にも適用することが出来る。
本発明は上述の実施例に何ら限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内で自由に変更することが出来る。

Claims (7)

1. ホルダと、切削インサートとを含み、該切削インサート（１０）が概略円形の基本形状を有し且つ該切削インサート（１０）の上面（１１）と縁面（１３）との間の遷移部によって形成された少なくとも１つの切刃（１６）を含み、該上面（１１）がすくい面であり、該縁面（１３）が前記切削インサートの下面に向かって収束していく概略円錐状の逃げ面であり、前記ホルダ及び前記切削インサートが中心軸線周りの前記切削インサートの回転を防止するための第１の手段（３７，１３ｂ）を有している切屑出し加工用の切削工具において、
   前記ホルダは下側に位置する第１の壁（３７）及び上側に位置する円錐状の第２の壁（３５）を備えたインサート設置部を有し、該第１の壁及び該第２の壁が前記切削インサートの中心軸線の軸線方向に離間しており、前記切削インサートは下側部分（１３ｂ）を有し、該下側部分（１３ｂ）の外周は、前記切削インサートを回転させたときに、前記切削インサートの中心軸線から当該外周までの距離が増減する経路を描くようになっており、前記回転を防止するための第１の手段（３７，１３ｂ）は、前記第１の壁（３７）と該第１の壁に当接するコーナを有した前記下側部分（１３ｂ）とによって構成されており、前記第１の手段の前記下側部分（１３ｂ）は、前記円錐状逃げ面の半径方向内側に、破砕しやすくなった破砕指示部を形成するように、前記上面よりも前記下面の近くに位置する前記切削インサートの部分の外側において前記逃げ面（１３ａ）よりも下方かつ半径方向内側に設けられており、前記ホルダ及び前記切削インサートは該切削インサートの回転を防止するための第２の手段（３５，１３ａ）を備え、該第２の手段（３５，１３ａ）が互いに接触する前記第２の壁（３５）及び前記逃げ面（１３ａ）によって構成されており、前記切削インサートの回転を防止するための第１の手段は前記切削インサート（１０）の下側部分（１３ｂ）と前記ホルダの前記第１の壁（３７）との間の協働部からなり、前記切削インサートの回転を防止するための第２の手段は前記切削インサートの前記円錐状逃げ面（１３ａ）と前記ホルダ（３０）の前記第２の壁（３５）との間の協働部からなり、前記切削インサートの回転を防止するための第１の手段及び第２の手段は前記切削インサートの中心軸線（２０）に対して軸方向及び半径方向に離間して位置していることを特徴とする切削工具。
2. 前記切削インサートの回転を防止するための第１の手段（３７，１３ｂ）は、前記切削インサートの前記下側部分と前記第１の壁との間の隙間（ｐ）が０ｍｍとなる第１の位置と、前記隙間が前記第１の位置より大きくなる第２の位置とを少なくともとることができる、請求項１に記載の切削工具。
3. 概略円形の基本形状を有し且つ上面（１１）と縁面（１３）との間の遷移部によって形成された円形状切刃（１６）を含み、該上面（１１）がすくい面であり、該縁面（１３）が概略円錐状の逃げ面であり、該逃げ面が使用の際に中心軸線（２０）周りの回転を防止するための第２の手段の一部である、請求項１に記載の切屑出し加工用切削工具の一部である切削インサートにおいて、
   前記縁面（１３）は前記概略円錐状逃げ面の半径方向内側に破砕指示部を構成するように設けられた段差部（１８）を備え、該切削インサートは、前記段差部（１８）に接続されており且つ使用の際に前記切削インサートの中心軸線周りの回転を防止するための第１の手段の一部をなす下側部分（１３ｂ）を備え、前記回転を防止するための第１の手段が、前記上面（１１）よりも下面（１２）の近くに位置する前記切削インサートの部分の外側において前記逃げ面の下方かつ半径方向内側に設けられており、前記下側部分（１３ｂ）の外周は、前記切削インサートを回転させたときに、前記円形切刃（１６）から該外周までの距離が増減する経路を描き、前記段差部（１８）は、前記切削インサート（１０）の中心線（２０）と前記切削インサート（１０）の外周との間の前記中心線（２０）に垂直な方向の距離が前記段差部（１８）の上側よりも下側で小さくなるように構成されており、前記切削インサート（１０）の下面（１２）から前記段差部（１８）までの距離ｈ１は前記下面（１２）から前記切り刃（１６）までの距離ｈの１５〜６０％であることを特徴とする切屑出し加工用の切削インサート。
4. 前記逃げ面（１３ａ）は、前記切削インサートの前記下面（１２）に向けて細くなるテーパ状になっており、前記第２の手段は摩擦によって前記切削インサートの回転を防止し、前記段差部（１８）は、前記切削インサートの全周にわたって破壊を制御するために、全ての部分において前記逃げ面（１３ａ）から離間している、請求項３に記載の切削インサート。
5. 前記段差部（１８）の下方の下側部分（１３ｂ）は、前記下面（１３）に対して垂直である、請求項３又は請求項４に記載の切削インサート。
6. 前記段差部（１８）は、前記段差部（１８）の下方の下側部分（１３ｂ）と鋭いコーナー（１９）を形成する、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の切削インサート。
7. 切屑出し加工用のホルダ内において中心軸線周りの切削インサートの回転を防止するための方法において、
   前記切削インサート（１０）は、概略円形の基本形状を有し、前記切削インサート（１０）の上面（１１）と縁面（１３）との間の遷移部によって形成された円形状切刃（１６）を含み、前記上面（１１）がすくい面であり、前記縁面（１３）が逃げ面であり、前記ホルダ及び前記切削インサートが前記切削インサートの中心軸線周りの前記切削インサートの回転を防止するための第１の手段（３７，１３ｂ）を有しており、
   該方法が、
   −前記切削インサートの中心軸線の軸方向及び半径方向に離間している下側に位置する第１の壁及び上側に位置する円錐状の第２の壁を備えたインサート設置部を有するホルダを作製するステップと、
   −下側部分と円錐状逃げ面とを有し且つ切削インサートを回転させたときに前記円形状切刃（１６）から外周までの距離が増減する経路を前記下側部分の外周が描くインサートを作製するステップと、
   −前記下側部分を前記第１の壁に応じて適合させるように前記インサートを前記インサート設置部に搭載するステップと、
   −前記円錐状逃げ面を前記円錐状の第２の壁に押し付けるように、締付手段によって前記インサートを前記インサート設置部に締め付けるステップと、
   −使用の際に、前記円錐状逃げ面と前記円錐状の第２の壁との間の摩擦力よりも大きい切削力に応じて前記インサートを僅かな量だけ回転させ、前記インサートの下側部分と前記第１の壁との間の隙間（ｐ）を閉じることを可能とさせるステップと、
   を含むことを特徴とする切削インサートの回転を防止するための方法。

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