JP3889439B2 - 工具と切削インサート - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は切り粉出し工作に要する工具と切削インサート、好ましくは溝切りやスロット・ミリング用の工具と切削インサートに関する。この工具はホルダと切削インサートを含んで成る。ホルダは少なくとも切削インサート・ポケットとして、上面と下面とを有する斯ゝる切削インサート・ポケットを含んで成る。切削インサートは上面と下面とを含んで成る。切削インサート・ポケットの上面と切削インサートの上面は第１フランク角を規定する第１作用接触面を含んで成る。切削インサート・ポケットの下面と切削インサートの下面は少なくとも第２フランク角を規定する第２作用接触面を含んで成る。
先行技術
ＵＳ−Ａ−５，１１２，１６４には、上述のタイプの工具が簡潔に説明されている。切削インサートとホルダは溝付き作用面として、第１と第２のフランク角が等しい斯ゝる溝付き作用面を有している。この既知工具を用いると、切削インサートの挿置が不正確となる、即ち切削インサートをその座（シート）に挿置できるが、切削インサートはその横方向において不正確に位置付けられるという危険がある。それに加えて、既知の解決策では溝付き部品の製作需要を大きくする。
数多くの特許を通じて、作用溝を切削インサートとホルダの間において工具に具備せしめることは既知である。これらの公知工具にとって共通の問題とは、切削インサートが正確に位置付けることが出来ないことである。
発明の目的
本発明の目的は肉薄ホルダと切削インサートにとって好ましい剛性工具を提供することにある。
本発明の別の目的は工具と切削インサートとして、当該切削インサートを不正確には位置付け得ない斯ゝる工具と切削インサートを提供することにある。
本発明の更に別の目的は工具と切削インサートとして、溝による利益が比較的簡単な製作法で得られる斯ゝ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工具と切削インサートとして、溝付き作用面の１方が磨滅されたとしても当該切削インサートを傾斜状に位置付け得ない斯ゝる工具と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工具と切削インサートとして、締結力が切削インサートの割れる危険がない程に大きな面域に亘って分布される斯ゝる工具と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工具と切削インサートとして、工作の際に切削インサートの捩れが回避される斯ゝる工具と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工具と切削インサートとして、ホルダから切削インサートの引き出しに対し大きな抵抗を呈する斯ゝる工具と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工具と切削インサートとして、ホルダと切削インサートの間の相対動が無視できる斯ゝる工具と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工具と切削インサートとして、切削インサートが取付けの際に切削インサート・ポッケットに一層容易に案内される斯ゝる工具と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図面を参照して添付の請求項に規定された通りの工具と切削インサートによって達成された。
図面の説明
図１は本発明に係る工具を側面視で示す。
図２はこの工具を頂面視で示す。
図３は図１の線III−IIIに係る断面を示す。
図４、５はホルダを２種の斜視で示す。
図６、７は図３の支持底面の拡大断面を示す。
図８は下からの斜視で本発明に係る工具の別に採り得る実施例を示す。
図９は分解斜視で本発明に係る工具の別に採り得る実施例を示す。
図１０、１１は前面視で本発明に係る工具の別に採り得る実施例を示す。
発明の要旨
本発明は切り粉出し工作、溝切り工作用の工具及び切削インサートに関する。工具はホルダと切削インサートを含んで成る。ホルダは上、下面を有する少なくとも１つの切削インサート・ポケットを含む。切削インサートは上、下面として、切削インサート・ポケットの上面と切削インサートの上面が第１フランク角を規定した第１作用接触面を含んで成り、切削インサート・ポケットの下面と切削インサートの下面が第２フランク角を規定した第２作用接触面を含んで成る斯ゝる構成の上、下面を含んで成る。第１フランク角は切削インサートとホルダの夫々の支持上面の間の角度を規定したものであって、これは切削インサートとホルダの夫々の支持下面の間の角度を規定した第２フランク角より大きい。切削インサート・ポケットの下面と切削インサートの下面は突起と凹所（２６、２６’）を含んで成り、当該突起と凹所が第２作用接触面を形成している。切削インサートは側面を有している。エッジ面と上面の間の交差線が切刃を構成するか、或いは側面と上面の間の２本の交差線が２本の切刃を構成する。切削インサートは切削インサート・ポケットにその上、下面の間で固く締結されるように提供される。突起は、切削インサートの長手方向の全長に沿って延在するうねの形態で以て形成され、凹所は切削インサート・ポケットの長手方向の全長に沿って延在する溝の形態で以て形成される。これらの部分のみが断面から分かるように作用する。第１フランク角は１２０°〜１６０°の範囲にあり、第２フランク角は４０°〜８０°、好ましくは５５°〜６０°の範囲にある。うねの峰（クレスト）と溝の底との間に隙間が設けられ、うねは実質的にサインカーブを描き、溝は実質的に台形断面の経路を描く。切削インサートの底面は切削インサートの長手（縦）方向に幾分凹状になっている。うねの高さは溝の深さの５０％〜９５％であり、作用する溝とうねの数は等しく、２から１０本の範囲である。
本発明は切り粉出し工作、好ましくは溝切りやスロット・ミリング工作に用いる切削インサートとして、上面、下面、並びに両面に接続する側面を含み、エッジ面と上面の間の交差線が切刃を構成し、或いは側面と上面の間の２本の交差線が２本の切刃を構成している斯ゝる切削インサートに関する。この切削インサートは上、下面間の切削インサート・ポケットの中で固く締結されるように提供される。切削インサートの長手方向の断面において切削インサートの上面が第１フランク角を規定する第１面部を有し、切削インサートの下面が第２フランク角を規定する第２面部を有している。第１フランク角は第２フランク角より大きく、そして切削インサートの下面は突起として、その山側面が切削インサートの支持下面を構成する斯ゝる突起を含んで成る。この突起は切削インサートの長手方向の全長に沿って延在しているうね（リッジ）の形態に形成されている。第１フランク角は１２０°〜１６０°の範囲にあり、第２フランク角は４０°〜８０°、好ましくは５５°〜６０°の範囲にある。
発明の詳細な説明
図１−８を参照していえば、ホルダ１１と切削インサート１２を含む工具１０が図示されている。ホルダ１１はアーム１３がインサート・ポケット１４の上面１２を構成する斯ゝる形式のものである。当該アームは切削インサート・ポケットで終端になるように設けられているスロット１６によって可動にされている。このスロットはアームに影響を与えるネジ１７を越えて適宜の距離だけ切削インサートの長手（縦）方向に延在している。当接面３４はスロット１６の下位境界線に接続するよう配設されていて、当該当接面３４が切削インサートの縦方向におけるストッパ（停止手段）を構成している。上面１５は慣用の外形のものである、即ち切削インサートの方へ収斂する側面部（フランク）１５Ａ、１５Ｂを備えた概してＶ字形を有している。当該両側面部は互いに対し、１２０°〜１６０°の範囲に入る鈍内角を成している。両側面部の間には切削インサートとの中央接触を回避するために逃げ面が配設されている。アームは切削インサート・ポケットの下面１９に対して切削インサートを締付けるように企図されている。当該下面は実質的に断面台形を描く多数の等しい個別の溝２６で以て形成されている。当該溝は長尺のものであって、例えば溝の底２７と一致するラインＲの方向へ下面１９の全長に亘って延在している。ラインＲは、工具を分断（突切り）工具として使用するときの送り方向となる方向Ｆと実質的に一致する。こゝで「実質的」とは、ラインＲと方向Ｆの間の角度βが０°〜＋３０°であり得ることを意味する。ラインＲは工具を縦旋削工具として使用したときの送り方向である方向Ｌと角度αを成す。角度αは９０°±１５°であり得る。溝２６は更に、尖った或いは丸められた遷移部を介して底面部２７に接続している２つの側面部（フランク）２８Ａ，２８Ｂを有している。当該側面部は互いに対して鋭角αを成す。鋭角αは４０°〜８０°、好ましくは５５°〜６０°の範囲に入る。溝２６の各側に平坦な面２９Ａ、２９Ｂが設けられている。各平坦面は好ましくは平坦であって、これに接続するべき側面部に対して鈍角度の緩やかな或いは鋭い遷移部を介して接合している。溝２６の数はインサート・エッジ２４の方向の切削インサート幅に依存しており、この数は２〜１０の個数の範囲から選定される。溝は幅ｄと最大幅ｚを有している。底面は約０．２〜０．４ｍｍの半径で以て描くことも出来る。
切削インサート１２は上面１８、下面２９、並びに両面と接続する側面２０、２１、２２、２３を含んで成り、側面２２、２３と上面１４の間の交差線が切刃２４、２５を形成している。切削インサートは好ましくは逃げを設けるために切削インサート・ポケットより幾分幅広にする。インサート・エッジ２４の長さは上、下面１８、２９の間の切削インサート高さより短い。上面は２つの側面部（フランク）１８Ａ、１８Ｂとして、上記角度δに実質的に対応する該角度で以て下面２９の方へ収斂する斯ゝる両側面部を有している。当該下面は実質的に等しい多数の個別うね（リッジ）３０によって形成されている。当該うねは図３によればその断面が平坦面２９Ａ、２９Ｂに実質的に配位するラインに関して振動する実質的なサインカーブを成す。うねは長尺のものであり、例えばうねの底３１と一致するラインｒにおいて底面２９の全長に亘って延在している。ラインｒは上述のように方向Ｆと実質的に一致する。角度αは９０°±１５°であり得る。うね３０は底面部３１に接続する上記のものとは別の２つの側面部３２Ａ、３２Ｂを有している。当該底面部は約０．２〜０．４ｍｍの半径によって描き得る。側面部は互いに対して鋭角εを成す。角度εは４０°〜８０°、好ましくは５５°〜６０°にする。峰（クレスト）、即ち湾曲面部３３Ａ、３３Ｂはうね３０の各側に配設されている。各湾曲面部は丸味遷移部を介して側面部（フランク）に接続している。うねは高さｈと最大幅ｗを有している。うね３０の数はインサート・エッジ２４の方向のインサート幅に依存していて、２〜１０の個数から選定される。
うねの高さは溝２６の深さの５０％〜９５％であり、うねの最大幅ｗは溝の最大幅ｚより大きい。これは切削インサートをホルダに取り付けたときに、峰３３Ａと底２７との間に隙間（ギャップ）ｐが生じることを意味する。当該隙間は側面部同士が係合し、底部が切削インサートを支持しないことを保証するので、傾く事態は回避される。
ホルダ１１に対する切削インサートの取り付けは以下の通り行う。先ず、ネジ１７を緩めたときに、インサート・ポケット１４がアーム１３の誘導弾性エネルギーを開放することにより広げられる。このように実行することにとり、切削インサートをホルダに対して整合させることが出来、そして連結されるべきうね３０と溝２６は互いに係合するようにホルダと接触させられる。その後に、この係合状態によって案内されながら切削インサートを、その内位エッジ面２３が当接面３４に当接するまで挿入する。その後、ネジ１７をアーム１３の側面部１５Ａ、１５Ｂが切削インサートの連結されるべき側面部１８Ａ、１８Ｂに当接するように働かせ、それによって溝にうねを固く押圧させることが出来る。緩めたとき、手順は逆になる。うねと溝の協労によって、力の相互作用が各接触面で生じ、そこで側面部（フランク）の作用が下記式に従って行われる。
Ｔ’＝ｍ×Ｐ／√３
但し、α＝６０°、δ＝１２０°であり、Ｔ’は側面部に作用する剪断力、μは摩擦係数、及びＰは結果的な力である。例えば、４ｍｍ長の切刃と６つの接触面を有する切削インサートの場合、得られる全剪断力は、Ｔ’_ｔｏｔ＝μＰとなる従来工具と比較されるべき以下のものである。
Ｔ’_ｔｏｔ＝６×μ×Ｐ／√３≒３．５μＰ
換言すれば、本発明によれば、切削インサートがこれを切削インサート・ポケットから引き出すときの抵抗力として、従来の切削インサートの抵抗力の約３．５倍より大きい斯ゝる抵抗力を有するように出来る。更に、本発明に係る工具は捩じりに対する安定性に関し、作用するＶ字形のプロフィールを有する従来工具の安定性に比べ良好な安定性を与える。これは、捩じれの生じる前にアーム１３の比較的長い寿命を要するところの本発明で使用され得る急峻なフランク角に起因する。１例では、本発明に係る切削インサートによれば、捩じれは２／３に減じられた。本発明に係る切削インサートによれば、従来の切削インサートに比べて有利な力の相互作用によってアームの許容欠陥や傾きが回避される。全体的高さは、同じ切削インサート強さを同じ量のセメンテッドカーバイドでもって維持しながら、減じることが出来る。アーム１３の締結力が相対的に広い面に広がっているという事実のお陰で、インサート下面２９の割れる危険は減じられる。
更に、切削インサートの縦方向で幾分窪んでいるインサート下面２９を設けることは、切削インサートの両端の前、後面での当接を保証するために有益であると証明された。
図９には本発明に係る工具１０’の別の採り得る実施例が示されていて、こゝではホルダ１１’が図示省略ブロックに固定確保されるように企図されたプレートを具備している。切削インサート１２’は、こゝで本文に組み込まれるＵＳ−Ａ−４，５８８，３３３に説明されている仕方で、当該プレートと一体成形のアームによって締めつけられる。切削インサートの下面２９’と切削インサート・ポケットの下面１９’は上述のような作用するうね３０’と溝２６’を含んで成る。
図１０、１１には本発明に係る工具１０’’、１０’’’の別に採り得る実施例が示されており、こゝでは上面がＶ字形よりむしろＷ字形（１０図）やＭ字形（１１図）を有している。これらの形状は、図１０に係る第１例においてホルダの２本の長尺突起とこれに対応する切削インサート１２’’の凹所を与えるために、そして図１１に係る第２例においてホルダの２本の長尺凹所とこれに対応する切削インサート１２’’’の突起を与えるために展開されている。ここでは、切削インサートが間違った態様で以てホルダに挿入出来ないように、即ち夫々の仕切りが切削インサートをホルダに挿入する唯一の可能性となる結果をもたらすように、凹所と突起を接触下面における凹所と突起に対して相対的に位置付けることが重要である。図１０、１１に係るＷ字形やＭ字形は夫々、側面部（フランク）１５’’Ａ、１５’’Ｂ；１５’’’ａ、１５’’’ｂが切削インサートの方へ収斂して、その各々が互いに対して鈍内角度を成し、当該角度が１２０°〜１６０°の範囲に入ることを意味している。支持下面は図示並びに上述のように設計される。
作用するうねと溝の外形（ジオメトリ）は本発明の範囲から逸脱することなく、当該範囲内で変化させることが出来ると理解される。その結果、当該外形は殆どネジに近い断面（しかし、一部重複が最大９５％である）にする、例えば両作用面に台形の断面を与えることが出来る。切削インサートに横方向に見て概して凹状や凸状の下面を形成するために、ｌ以上の中央クレスト(峰)３３Ａを周りのクレストに対し高さ方向へ変位させることさえ、ホルダにそれに対する補完形状を与えることを前提に、可能である。本発明はスロットミル用にも適用することが出来る。下面２９、２９’を含む切削インサートは好ましくは、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＴｉＮ及び／或いはＴｉＣＮの層で被覆される。

Claims (10)

1. 切り粉出し工作用の溝切りまたはスロットミリングの工具であって、これがホルダ（１１；１１’）と切削インサート（１２；１２’）を含み、当該ホルダが上面（１５）と下面（１９；１９’）を有する少なくとも１つの切削インサート・ポケット（１４）を含んで成り、当該切削インサートが上面（１８）と下面（２９；２９’）を含み、該ポケット上面と該インサート上面が第１フランク角（δ）を規定する第１作用接触面（１５Ａ、１８Ａ；１５Ｂ、１８Ｂ）を含んで成り、そして該ポケット下面と該インサート下面が少なくとも１つの第２フランク角（α、ε）を規定する第２作用接触面（２８Ａ、３２Ａ；２８Ｂ、３２Ｂ）を含んで成る斯ゝる構成の工具において、
   該切削インサート（１２；１２’）と該ホルダ（１１；１１’）の夫々の支持上面の間の角度を規定している該第１フランク角（δ）は該切削インサートと該ホルダの夫々の支持下面の間の角度を規定している該第２フランク角（α、ε）より大きく；
   該ポケット下面（１９；１９’）と該インサート下面（２９；２９’）は突起（３０；３０’）と凹所（２６；２６’）を含んで成り、当該突起と凹所が夫々第２作用接触面を形成し；且つ
   該第２フランク角（α、ε）は４０°〜８０°の範囲にあることを特徴とする工具。
2. 該切削インサートが側面（２０、２１、２２、２４）を有し、エッジ面と該上面の間の交差線が切刃（２４’）を形成するか、或いは該側面（２２、２４）と該上面の間の２本の交差線が２つの切刃（２４、２５）を形成し、該切削インサートが該切削インサート・ポケットの該上、下面（１５、１９；１９’）の間で固く締めつけられるように与えられることを特徴とする請求項１に係る工具。
3. 該突起は該切削インサートの長手方向の全長に亘って延在するうね（３０；３０’）の形態に形成されており；該凹所は該切削インサート・ポケットの長手方向の全長に亘って延在する溝（２６；２６’）の形態に形成され；且つ該うねと該溝との長手方向に垂直な断面において、該うね及び該溝が部分的にのみ作用することを特徴とする請求項２に係る工具。
4. 該第１フランク角（δ）は１２０°〜１６０°の範囲にあり、該第２フランク角（α、ε）は４０°〜８０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に係る工具。
5. 該うねの峰（３３Ａ）と該溝の底（２７）の間に間隙（ｐ）が与えられ；該うねと該溝との長手方向に垂直な断面において、該うねが実質的にサインカーブを描くのに対し、該溝が実質的に台形を描き；そして該インサート下面（２９；２９’）が該切削インサートの長手方向で幾分窪んでいることを特徴とする請求項３に係る工具。
6. 該うねの高さ（ｈ）が該溝の深さ（ｄ）の５０％〜９５％であり、且つ作用する溝とうねの数が同じであり且つ２〜１０個の範囲であることを特徴とする請求項３或いは５に係る工具。
7. 切り粉出し工作用の溝切りまたはスロットミリングの切削インサートであって、これが上面（１８）、下面（２９；２９’）並びに両面に接続する側面（２０、２１、２２、２４）を含んで成り、エッジ面と当該上面の間の交差線が切刃（２４’）を形成するか、或いは該側面（２２、２４）と上面（１８）の間の２本の交差線が２つの切刃（２４，２５）を形成し、該切削インサートが切削インサート・ポケット（１４）の上、下面（１５、１９；１９’）の間で固く締めつけられるように与えられ、該切削インサートの長手方向に垂直な断面において該インサート上面が第１フランク角（δ）を規定している第１面部（１８Ａ、１８Ｂ）を有し、そして該インサート下面が第２フランク角（ε）を規定している第２面部（３２Ａ、３２Ｂ）を有している斯ゝる切削インサートにおいて、
   該第１フランク角（δ）が該第２フランク角（ε）より大きく、そして該インサート下面（２９；２９’）が突起（３０；３０’）を含んで成り、当該突起の側面部（３２Ａ、３２Ｂ）が該切削インサートの支持下面を構成し；且つ
   該第２フランク角（ε）は４０°〜８０°の範囲にあることを特徴とする切削インサート。
8. 該突起が該切削インサートの長手方向の全長に亘って延在するうねの形態に形成されていることを特徴とする請求項７に係る切削インサート。
9. 該第１フランク角（δ）が１２０°〜１６０°の範囲にあり、そして該第２フランク角（ε）が４０°〜８０°の範囲にあることを特徴とする請求項７に係る切削インサート。
10. 該インサート上面（１５）が２つの長尺凹所或いは複数の長尺凹所を具備していることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に係る切削インサート。

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