JP3832597B2 - フライス用の切削インサート - Google Patents

Description

本発明の分野
本発明は切り屑除去機構に対する回転式切削工具アセンブリー、特に例えば立削り操作に使用されるような側面および正面フライスの組み合わせアセンブリーに関し、またそれに使用する交換可能な切削インサート（ｃｕｔｔｉｎｇ ｉｎｓｅｒｔ）に関する。
本発明の背景
立削り操作に使用されるフライス・アセンブリーは通常多数の切れ刃をもった円板状の工具保持器を含み、これらの切れ刃は工具保持器の中につくられたインサート収納ポケットの中に取り外し得るように取り付けられ、工具保持器の周囲の周りに互いに角度を置いて配置され、一対の動作を行う周辺および正面の切れ刃を提供している。切削インサートは殆どの場合正方形の形をしており、最大数の割り出し可能な切れ刃をもち得るようになっている。
特定の用途および所望の切削幅に依存して、このようなフライス・アセンブリーは異なった設計をもつことができる。即ち例えば幅が狭く深い溝穴を加工する時のように狭い切削幅が必要な場合には、インサート収納ポケットが左側および右側に配置され、切削インサートの周辺の作動する切れ刃がずらされた状態で傾けられている一体となった円板状のボデーの形をした工具保持器をもつ全側面および正面フライスが通常使用される。しかし広い切削幅が必要な場合には、切削工具アセンブリーは、該工具のスピンドルのアーバに交互の組をなした配置で積み重ねられた複数の半側面および正面のモジュール状になった右側およ左側のフライスから構成されている。この場合にはフライスの動作範囲は同時に動作する周辺の切れ刃の全長を増加させることにより実質的に増加させることができる。
本発明が特に適用されるような操作においては、各切削インサートはその周囲の切れ刃および正面の切れ刃を用いて切削を行うから、従って半径方向および軸方向の切削力を受け、工具保持器の中に作られたインサート収納ポケットは半径方向および軸方向においてインサートを適切に支持しなければならない。さらにこのような支持部の配置は通常工具の半径方向および軸方向の移動が最小になるようにインサート収納ポケットの中に切削インサートを必要な精度で正確に位置させるように設計されている。このことは通常工具保持器のインサート収納ポケットに二つの互いに直交したポケットの側壁を取り付けることによって達成される。
図１は通常の全側面および正面フライスを示し、この場合インサート収納ポケットは半径方向および軸方向の側壁ＳｒおよびＳａをもっている。図１では加工材ＷＰが加工される間、フライスによって与えることができる最低の切削幅Ｗは、軸方向に支持を行う側壁Ｓａによって厳しい制限が課されている様子が示されている。図示のように、必要な支持を行うための強度および剛性を得るためには、側壁Ｓａは軸方向においてかなり大きな空間を占めている。従って切削幅Ｗはインサート１’および１”の切れ刃の長さだけではなく、側壁Ｓａの大きさによっても規定され、そのため切れ刃を重ね合わせる必要が生じる。即ち例えば最低の切削幅Ｗｍｉｎを得るためには、切削インサート１’および１”は最大の重なり合いＥｍａｘをもって工具の中に位置させなければならない。これによって明らかにフライスによって得ることができる切削幅の範囲に制限が課される。
本発明の目的は上記の欠点が克服されているか、或いは少なくとも低減されている新規切削インサートおよび該切削インサートを使用した新規切削工具アセンブリーを提供することである。
本発明の総括
本発明に従えば、上面、底面および側面を有し、該上面と側面との交叉部分に切れ刃をもった実質的に角柱状のボデーから成る、回転軸をもった回転式切削工具に使用する切削インサートにおいて、
該インサートは、該工具に取り付けた場合、作動しないようにされる少なくとも一つの側面を有し、該側面は該側面の長手方向の中心に関して対称的に作られた少なくとも一つの凹部を有し、該凹部の上部は該上面の実質的近傍に配置されており、
該凹部は該側面と実質的に同じ方向を向いた底壁、および該側面に対し実質的に横方向を向いた一対の側壁を有し、該凹部は、該インサートが該工具に取り付けられた場合、該凹部の少なくとも一つの壁が切削インサートの軸方向の支持部を構成するように設計されていることを特徴とする切削インサートが提供される。
また本発明に従えば、回転軸をもち、少なくとも一つのインサート収納ポケットがつくられ、クランプ装置によって取り外し得るように該ポケットの中に取り付けられた少なくとも一つの交換可能な切削インサートを有する回転式切削工具アセンブリーであって、且つ、
該切削インサートは該インサートの上面、底面および側面を有する実質的に角柱状のボデーをもち、該上面および側面はその間において切れ刃を規定しており、
該インサート収納ポケットはポケットの底面および側面から成り、ポケットの底面がインサートの底面を支え、インサートおよびポケットの側面は互いに突き当たって接触しており、これによって該回転軸と実質的に同じ向きをもった位置においては切削インサートの半径方向の支持が行われ、該回転軸に対し実質的に横方向を向いた位置においてはインサートの軸方向の支持が行われ、
該軸方向の支持部に関与するインサートの側面には該インサートの側面と実質的に同じ方向をもつ底壁とそれに対し実質的に横方向をもつ側壁が作られている回転式切削工具アセンブリーにおいて、
インサートの該軸方向の支持に関与するポケットの側面には、該少なくとも一つの凹部に合致する少なくとも一つの突起が作られており、該突起は正面および側面の壁を有し、該凹部の少なくとも一つの壁が該突起の個々の壁に突き当たって支え、該工具の中においてインサートの軸方向の支持が達成されるように該突起が該凹部の内部に入り込むようになっていることを特徴とする回転式切削工具アセンブリーが提供される。
さらに本発明に従えば、回転軸をもち、半径方向および軸方向にインサートを支持するように底面および側面を有する切削インサートを取り外し得るように収納するようになっている少なくとも一つのインサート収納ポケットが作られており、軸方向に支持されたインサートの少なくとも一つの側面には少なくとも一つの凹部が作られている回転式切削工具用の工具保持器において、
該ポケットはインサートの底面を支持するようになった一つの底面および、インサートを軸方向に支持するための少なくとも一つの側面を有し、
ポケットの該側面には少なくとも一つの凹部と合致した少なくとも一つの突起がつくられ、この突起は正面および側面の壁を有し、該正面の壁および側面の壁の少なくとも一つは該回転軸に対し実質的に横方向を向いており、
該突起は、該軸に対し実質的に横方向を向いた該突起の該壁が凹部の対応する壁に突き当たって軸方向において該インサートを支持するように該凹部の内部に入るようになっていることを特徴とす工具保持器が提供される。
本発明の好適具体化例においては、回転式切削工具はスライス、特に全側面および正面フライスであり、工具保持器は円板状の形をし一体となったまたは縦並びのボデーをもっている。
本発明の一好適具体化例に従えば、インサート収納ポケットは工具の回転軸と実質的に同じ向きをもつ単一のポケットの側面を有し、該軸方向の支持はインサートの凹部の少なくとも一つの側壁がポケットの突起の対応する側壁に突き当たることにより達成され、半径方向の支持は該インサートの側壁のそれぞれの突出していない部分がポケットの側面のそれぞれの突出していない部分の上に突き当たることにより達成されている。
本発明の他の具体化例に従えば、インサート収納ポケットは２個のポケットの側面をもち、その一つは該工具の回転軸と実質的に同じ向きで配置されて半径方向においてインサートを支持しており、他方ポケットの他の側面は工具の回転軸に対し実質的に横方向に配置されていて該突起を含んでおり、該突起はその正面壁が該凹部の底に突き当たり軸方向におけるインサートの支持を行うような寸法をもっている。
即ち本発明によって設計された回転式切削工具、特にその工具保持器を用いると、インサートの動作していない側面の凹部で行われる切れ刃の軸方向の支持には、余分な空間は全く必要ないか、或いはその空間は実質的に減少しており、該工具によって与えられる最低の切削幅を、インサートの切れ刃の長さとほぼまたは全く等しい値にまで減少させることができる。また本発明の設計を用いれば、モジュール化した工具ユニットを並べて組み合わせることができ、これによってこのような切削工具の切削幅の範囲を効果的に広げることができる。
インサートの軸方向の支持はその上面の実質的近傍において行われ、それによって工具のインサート収納ポケットの中でインサートを一層安定に位置させ得るようにすることが好ましい。
好ましくは本発明の切削インサートは割り出し可能なインサートであり、特に一般的に正方形の形をし、インサートの各側面には少なくとも１個の該凹部が作られている。
ここで凹部をもった側面を有する割り出し可能なインサート自身は公知であることを述べておかなければならないであろう。しかしこれらの切削インサートにおいて、凹部は本発明のものと異なっており、また異なった目的で作られている。
即ち例えば米国特許第５，４４１，３７０号記載の切削インサートにおいては、インサートの側壁は後研磨を必要とする側面の区域を限定するように僅かに凹部がつくられている。従ってこの目的は本発明の目的と共通する点は何もない。米国特許第４，０５０，１２７号においては、工具のクランプ装置につくられた突起を受けるようになった凹んだ側面をもつ割り出し可能な切削インサートを含む切削工具が記載されている。この切削工具は回転式工具ではなく、本発明が特に目的としているような操作よりも、むしろ習い旋盤操作のために設計されたものであり、凹部と突起とを噛み合わせる目的は、インサートの位置決めの精度を増加させるためであって、本発明におけるように、工具の中で最小の空間を占めるようにして、軸方向においてインサートを支持するためではない。
【図面の簡単な説明】
本発明を良く理解し、本発明がいかにして実施できるかを示すために、次に添付図面を参照して説明を行う。添付図面においては、
図１は通常の全側面および正面フライスにおいて、インサートの軸方向の支持部の配置により切削寸法の範囲が制限される様子を示し、
図２ａおよび図２ｂはそれぞれ本発明の切削インサートの見取り図および底面図であり、
図３ａおよび図３ｂは異なった種類のフライスの切れ刃保持器の中につくられ、図２ａおよび図２ｂに示した種類の切削インサートを受けるようになっている本発明のインサート収納ポケットの２種類の設計を示す。
図４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄは図３ａに示した本発明の具体化例による全側面および正面フライスに使用されるインサート支持部の配置を示す他の設計の一部の模式的断面図である。
図５は図３ａと同様に設計されたインサート収納ポケットを有する全側面および正面フライスの見取り図である。
図６は図５に示した種類のフライスの部分的な模式的断面図であり、切削インサートは互いに重ね合わされて示されている。
図７ａは図３ｂに示した本発明の具体化例によるインサート支持部の配置をもつ全側面および正面フライスの中において右側に来るように取り付けられた１個の切削インサートを示す部分的な模式的断面図である。
図７ｂは図７ａと同様な全側面および正面フライスの部分的な模式的断面図であるが、右側および左側の切削インサートが重ね合わされて示されている。
図８は図７の切削工具のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの線に沿った断面図である。
図９ａは図３ａにおけるようなインサート支持部の配置を有する縦並びの設計をもった全側面および平面フライスを示し、切削インサートはその中に重ね合わされて取り付けられている。
図９ｂは図３ｂにおけるようなインサート支持部の配置を有する一体となった設計をもったフライスを示し、切削インサートはその中に重ね合わされることなく取り付けられ、加工材にフォークのような輪郭を与えてている。
図１０ａおよび図１０ｂは図３ａおよび図４ａに示した本発明のインサート支持部の配置を延長溝削りエンドミルに使用した場合を示す。
図１０ｃは通常の延長溝削りエンドミルの部分的な側面図である。
図１１は本発明の切削インサートの他の具体化例の底面図である。
好適具体化例の詳細な説明
図１は本発明を適用し得る種類の通常の全側面および平面フライスを示す。この図から判るように、フライスは長さＤの切削インサート１’および１”を含み、これらのインサートは回転軸Ｘを有するフライスの円板状の工具保持器２の中にずらされて配置された適当なインサート収納ポケットの中に取り外し得るように取り付けられている。上記に詳細に説明したように、図１は特に、軸方向において必要な強度と剛性を保証するのに十分な幅をもったポケットの側壁Ｓａが最低の切削幅を制限し、従ってフライスによって得られる切削幅の範囲を限定している様子を示している。
図２ａおよび図２ｂは本発明のフライスに使用するための割り出し可能な切削インサートを示している。この図から判るように、切削インサートは角柱状の一体となったボデーであり、正方形の上面５および底面６、並びに側面７ａ、７ｂ、８ａおよび８ｂをもっている。これらの側面はインサートの底面６から上面５へ向かって上方に且つ外側へと延びている。インサート１には、これをクランプ装置（図示せず）により工具保持器に取り付けるための中央に配置されたクランプ用の孔９が作られている。
切削インサート１は例えば参考のために添付した米国特許第５，３８３，７５０号、および同時出願したイスラエル特許願第１１ ２２号に記載されているような、２対の実質的に同一な切れ刃１０ａおよび１０ｂ、および１１ａおよび１１ｂをもっている。切れ刃は上面５の隣接した傾斜面５’が個々の側面７ａ、７ｂ、８ａおよび８ｂのそれぞれの持ち上がった逃げ面１２ａ、１２ｂ、１３ａおよび１３ｂ（１２ａと１３ａしか示されていない）と交叉する所に作られている。切れ刃１０ａおよび１０ｂは、切れ刃１１ａおよび１１ｂに対し実質的に横方向を向いている。切れ刃１の表面７ａ、７ｂ、８ａおよび８ｂは同じ設計をもっているから、以後面７ａについてだけ説明を行う。
図から判るように、側面７ａには、切れ刃１の底面６から切れ刃１０ａに隣接した持ち上がった逃げ面１２ａの所まで延びた凹部１４がつくられ、この凹部は側面７ａの長手方向に関し中央に位置している。該凹部１４は側壁７ａと実質的に平行な底壁１５を有し、側壁１６および１７は側壁７ａに対し実質的に横方向を向いており、側壁７ａのそれぞれの横方向の部分１８および１９と融合している。一般に凹部１４の底壁１５は、機械加工を行う場合、底面６に関して該貝がプレス法によって容易に製作し打ち抜くことが出来るようにするためのものである。
図３ａおよび図３ｂは、インサートの切れ刃の長さに関し異なった切削幅をもつ溝フライスに使用するための上記に記載したような切削インサート１の、該フライスに取り付けられたインサート収納ポケットの２種の設計を示している。
即ち図３ａは、インサートの切れ刃の長さに等しいかまたは僅かに大きい切削幅をもつ全側面および正面フライス２２に使用するように設計されている。図から判るように、ポケット２３はフライス２２の両側面において開いており、インサート１の底面６を支持するようになったポケットの底面２４と単一のポケットの側面２５とを有している。ポケットの側面２５はこの工具の回転軸Ｘと実質的に同じ向きをもち、半径方向および軸方向の両方においてインサートを支持するようになっている。
この目的のために、ポケットの側壁２５には、断面がインサート１の凹部１４の断面と一般的に一致する突起２６がつくられている。この突起２６は突起の正面２７および突起の側面２８（一つだけが示されている）を有し、後者は該工具の回転軸Ｘに関し実質的に横方向の向きをもち、ポケットの側面２５の横方向の部分２９および３０と融合している。突起の側壁２８の半径方向の高さはインサートの凹部１４の深さより小さく、突起の正面の壁２７の幅は凹部１４の側壁１６と１７との間隔に実質的に等しく、インサートの側面７ａの長さの約半分であることが好適である。好ましくは突起２６は可撓性をもち、突起２６とインサートの凹部１４とを実質的にしっかりと接触させるように設計される。これによって所望の許容度をもったインサートの製作が可能になる。このことは、図３ａに、またさらにはっきりと図４ｂに示されているように、正面の壁２７の中央部に適当な幅をもった溝３１をもつ突起２６をつくるか、または他の適当な方法によって達成することができる。
図３ｂは半側面および全側面および正面フライスの両方に使用できる大きな切削幅が得られるように設計されたフライス３２のインサート収納ポケット３３を示す。このインサート収納ポケット３３は、このポケット３３が二つのポケットの側面３４および３５をもっている点で図３ａに示したインサート収納ポケット２３と異なっている。ポケットの側面３４は工具の回転軸Ｘと実質的に同じ向きで配置されて半径方向にインサートを支持し、ポケットの側面３５は回転軸Ｘと実質的に垂直に配置されインサートを軸方向に支持するように設計されている。
この目的のために、ポケットの側面３５には正面の壁３７と側壁３８（１個のみが示されている）をもつ突起３６にが作られており、該突起の断面は一般的にインサートの凹部１４の断面と一致するようになっている。突起３６の軸方向の高さは凹部１４の深さより大きく、突起３６の半径方向の幅は凹部１４の長さより小さく、該突起は凹部１４の内部に自由に収納されることができる。
図４ａ〜４ｄは本発明の切削インサート１が取り付けられた図３ａに示した種類のインサート収納ポケットの他の具体化例を示す。
即ち図４ａに模式的に示され、さらに明瞭に図４ｂから判るように、ポケット２３の側面２５の突起２６はインサート１の凹部１４の内部に収納され、突起２６の正面壁２７と凹部１４の底壁１５との間に間隙Ｇが残されている。従ってインサートの側面７ａの凹部の側壁１６および１７は突起の側壁２８と突き当たり、インサートをポケットの中で軸方向に支えており、他方同じインサートの側面７ａの横方向の部分１８および１９はポケットの側面２５の横方向の面２９および３０に突き当たり、ポケットの中でインサートを半径方向に支持している。図４ｂは突起が可撓性をもっている場合を示している。
図４ａおよび４ｂで示されている支持部の配置を用いると、切削インサート１は３個の切れ刃が動作できる完全に対称的な方法でポケットの中に取り付けられるから、このような全側面および正面フライスの切削幅はインサートの切れ刃の長さだけで決定される。しかし僅かに幅が広い切削が必要な場合には、図４ｃおよび図４ｄに示された方法で左側または右側にずらした切削インサートの取り付けを用いることができる。これらの配置は精度が低い。このような全側面および正面フライスの例を図５および６に示す。
従って図４ａ〜４ｄに示される具体化例においては、フライス中におけるインサートの軸方向の支持は半径方向の支持と同じインサートの側面によって与えられ、工具の中で余分の空間を使わず、インサートの三つの動作側面が用いられ、そのため立削り操作の効率が改善され、この場合にはこの改善は十分に効果的となる。
図７ａは本発明の切削インサート１を、図３ｂに示した種類のインサート収納ポケットに取り付けた場合を示す。図７ａに示されているように、この具体化例においては、切削工具中におけるインサートの半径方向の支持はインサートの側面８ａの横方向の部分がインサート収納ポケットの側面３４に突き当たることによって行われる。インサートを軸方向において支持するためには、突起の正面壁３７が凹部の底壁１５に突き当たるように、ポケットの側面３５の突起３６がインサートの側面７ａの凹部１４の内部に自由に入り込むようにする。即ちインサートの軸方向の支持部が強度および剛性の要求を満たすのに十分な幅をもっている場合には、軸方向の支持部に要求される空間は実質的に減少し、フライスによって与えられる最低の切削幅は凹部の深さの最高２倍の値抱け減少させることができる。他方所望の切削幅が予め決定されていれば、軸方向の支持部の幅を効果的に増加させ、その強度および剛性を改善することができる。さらにこの具体化例においては、インサートの側面は互いに実質的に離れた三つの区域においてポケットのの側面に接触しているから、切削工具中におけるインサートの正確な位置決めを効果的に行うことができる。しかしこの具体化例は図７ｂに示すような右側または左側にずらして切削インサートを取り付けるフライスにだけしか適していない。
切削工具の中に本発明のインサートを十分安定に位置させるために、インサートの切れ刃１０ａの実質的に近傍においてインサートの軸方向の支持が行われるように設計されている様子を図８に示す。特に突起および凹部１４は、インサート収納ポケット２３、３３の底部２４から突起−凹部の接触部の最高の区域４０までの距離ｈが、少なくともインサートの高さＨより短く、好ましくはその半分よりも大きくなるような寸法をもっている。図８は図７ａに示したフライスの具体化だけを示しているが、上記の本発明のすべての具体化例は同様な設計をもっていることがことが好ましい。
図９ａは、切削工具のアーバの上に一群をなす配置で積み重ねられた２個の半側面、および正面の右側および左側のモジュールから成り、切れ刃の長さの約２倍の切削幅をもつ全側面および正面フライスを構成している溝フライスに、本発明の切削インサートを使用する場合を示している。図から判るように、インサートＲ’およびＬ’は図４ａに示された方法で図３ａに示した種類のポケットに取り付けられている。図９ｂは図３ｂに示す種類のインサート収納ポケットを用いてつくられた一体となった工具保持器を有する他のフライス・アセンブリーを示す。この場合インサートは図７ａに示された方法で取り付けられているが、重ね合わされておらず、このフライスはフォークに似た形の輪郭を与える。
本発明による軸方向の支持部の配置および切削インサートの設計によって、本発明の利点を上記実施例に示された溝フライスばかりでなく、他の型のフライスにも適用することができる。この場合幾つかの理由によってインサートの軸方向の支持部が占める空間を減少させることが望ましい。
即ち図１０ａおよび１０ｂは例えば正面切削インサートに本発明を適用し、これを延長溝削りエンドミルの前進端５１に取り付けた例を示す。図１０ｃから判るように、このような正面切削インサートは軸方向の支持部を必要とするが、通常の設計をもった支持部の配置５３によってこれを取り付けると、エンドミルの製作が極めて複雑となり、工具の強度を劣化させ、切削操作を行う際の切り屑除去の上で問題が生じる。しかし切削インサート５０の支持部が本発明に従って設計されていれば、上記の問題を除去することができる。
本発明の切削インサートおよびフライスは添付図面に示した好適具体化例とは異なった特徴をもつこともできることを述べて置かなければならない。即ちインサート収納ポケットは工具の軸方向に順次配列された２個またはそれ以上の切削インサートを収納することができ、このポケットの側壁にはそれぞれの数だけの突起がつくられ、それが切削インサートの側面において対応する凹部と噛み合うようにすることができる。また切削工具は工具の回転軸から異なった距離に順次配列された多数のポケットを有し、工具の半径方向における切削寸法を増加させるようにすることもできる。
予め定められた区域においてインサートの軸方向の支持部を取り付けるようにするために、インサートの側面にある凹部の底面および側面に特殊な形の区域をつくることができる。図１１に示されているように、切削インサートの側面には１個の中央に配置された凹部ではなく２個の横の部分に配置された凹部が作られている。一つフライスで広い範囲の切削幅を得るためには、各インサートを上記のものと同様なインサート収納ポケットを有する適当なカートリッジの中に取り付けることができる。このカートリッジは、所望の溝幅を与えるように軸方向の位置を調節できる可能性をもったネジまたは楔を用い、切削工具の工具保持器の中に作られた適当な形の凹部の中に固定される。

Claims (1)

1. 回転軸をもち、少なくとも一つのインサート収納ポケットがつくられ、クランプ装置によって取り外し得るように該ポケットの中に取り付けられた少なくとも一つの交換可能な切削インサートを有する回転式切削工具アセンブリーであって、
   該切削インサートは該インサートの上面、底面および側面を有する角柱状のボデーをもち、該上面および側面はその間において切れ刃を規定しており、
   該インサート収納ポケットはポケットの底面および側面から成り、ポケットの底面がインサートの底面を支え、インサートおよびポケットの側面は互いに突き当たって接触しており、これによって該回転軸と同じ向きをもった位置においては切削インサートの半径方向の支持が行われ、該回転軸に対し横方向を向いた位置においてはインサートの軸方向の支持が行われ、
   該軸方向の支持部に関与するインサートの側面には該インサートの側面と同じ方向をもつ底壁とそれに対し横方向をもつ側壁が作られている回転式切削工具アセンブリーにおいて、
   インサートの該軸方向の支持に関与するポケットの側面には、該少なくとも一つの凹部に合致する少なくとも一つの突起が作られており、該突起は正面および側面の壁を有し、該凹部の少なくとも一つの壁が該突起の個々の壁に突き当たり該工具の中においてインサートの軸方向の支持が達成されるように該突起が該凹部の内部に入り込むようになっており、
   該突起は可撓性をもった設計がなされていること
   を特徴とする回転式切削工具アセンブリー。

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