JP4142892B2

JP4142892B2 - 刃先交換式回転工具

Info

Publication number: JP4142892B2
Application number: JP2002140850A
Authority: JP
Inventors: 由光長島
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003275917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、刃先交換式回転工具及びそれに用いるスローアウェイインサートに関し、詳細には高送り加工において顕著な効果を発揮する刃先交換式回転工具及びそれに用いるスローアウェイインサートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
刃先交換式回転工具として、特に、高送りに適した刃先交換式回転工具として特開２０００−１２６９２０号公報に、円形スローアウェイインサートを用い、これを２軸方向に傾けて装着することにより円弧半径の大きな切刃を生じさせ高送り切削時の衝撃力を緩和した正面フライス工具が記載されている。高能率な刃先交換式回転工具の例としては、特開２０００−５９２１号公報に記載された工具が切削変動（断続）の少ない鋼切削において１刃当りの送り量ｆｚ＝２ｍｍ／刃の条件で安定切削可能な事例が記載されている。上記特開２０００−５９２１号公報では、刃先交換式回転工具は、主切刃が円弧をしており、被削物に接触して初期に生成する切屑の厚さは薄く、工具の回転に従って徐々に厚い切屑を生成するため、工具が受ける衝撃力を緩和でき切削変動の少ない鋼切削においては高送り切削が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の高送りに適した正面フライス工具は円形スローアウェイインサートを採用しているためインサートの拘束面はインサート底面及び側面となるが、側面は曲面であるため正確な位置決めが難しく、そのため刃先位置調整ねじを必要とする。更に、円形インサートを２軸方向に傾けて装着しているため切削中にインサートが回転し刃先位置がずれる可能性も皆無ではない。またこの工具は切込み深さが０．１〜１ｍｍより少ない加工に適したものであり、それより深く切込むために工具を大きく設計すれば切削に関与する切刃長さが長くなりすぎ切削抵抗が増大するため現実的ではない。よって切込み深さが１〜６ｍｍ程度の加工には前記一般的な正面フライスを用いるより他なく、高送り加工は不可能であった。しかし、穴の多い加工物や調質されたプリハードン鋼などの断続が有り切削変動の激しい切削においてはインサートが欠損しやすく、著しく寿命が低下するため、送り量を下げなければならず、高送り切削は不可能という欠点があった。
【０００４】
以上に鑑み本願発明では、切込み深さが１〜６ｍｍ程度の加工においても、高精度を維持したまま従来の一般的な刃先交換式回転工具に比較し、１刃の送り量ｆｚが１０倍程度の高送りが可能な刃先交換式回転工具及びそれに用いるスローアウェイインサートを提供すること、及び穴の多い加工物や調質されたプリハードン鋼などの断続切削においても安定切削可能であり、耐欠損性を向上させた長寿命な高送り高能率切削フライス工具を提供することを課題とした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の要旨は、インサートが着脱可能な刃先交換式回転工具において、該インサートは、掬い面側から見た形状が略四角形状をなすポジタイプのスローアウェイインサートで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に凸円弧状で、逃げ面略中央に平坦部を設け、該インサートを刃先交換式回転工具としてセットした時、前記凸円弧状の稜線が主切刃をなし、該主切刃は、最下点から外周側に向かう円弧で、該最下点は、凸円弧状の中心よりも内側に取り付け、半径方向掬い角が負となるように取り付けたことを特徴とする刃先交換式回転工具である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明の刃先交換式回転工具に用いるスローアウェイインサートの該平坦部は切刃稜線から後退した位置よりインサート底面側まで設けられ、且つ、該平坦部と掬い面とのなす角度は、掬い面と逃げ面のなす角度よりも３゜〜１０゜小さくしたインサートである。次に、該凸円弧状の一部を直線としたり、円弧と直線が２つ以上の複数の直線又は複数の円弧で設けたり、更には、該凸円弧状で形成される主切刃に沿ってブレーカー状のすくい溝を設けたインサートである。更には、該インサートの凸の円弧状の円弧の曲率半径を該インサートの内接円直径の０．６〜１．６倍等のスローアウェイインサートである。また、刃先交換式回転工具として、該主切刃の切込み角を３５°以下とした回転工具である。次に、該半径方向すくい角が−５°から−４５°の角度とし、該主切刃の半径方向すくい角が外周側に向かうに従い連続的又は断続的に変化する回転工具であり、更には、該主切刃の真のすくい角を＋３°〜＋１５°とした事を特徴とした刃先交換式回転工具である。
【０００７】
図１に本願発明に係るスローアウェイインサートの正面図を示す。図１は、その中心から外側に凸の円弧状をなす切刃稜線１を４つ備え、略四角形状をなす。切刃稜線と切刃稜線との繋ぎ部分は適当なアールや直線を用いてもよい。図２に該スローアウェイインサートの側面図、図３にＡ方向からの図を示す。逃げ面の略中央に平坦部２を切刃から後退した位置よりインサート底面まで設ける。この平坦部は工具本体へ取り付ける際の当接面となるが、平坦にしたことにより正確な位置決めが可能となる。この平坦部と掬い面とのなす角度αは掬い面と逃げ面のなす角度βよりも３゜〜１０゜小さくする。この差が３°より小さいと充分な当接面積が得られず、１０°よりも大きいと刃先強度の低下を招く。円弧状の切刃稜線１の曲率半径はインサート内接円直径Ｄの０．６〜１．６倍とする。０．６倍よりも小さいと丸インサートと略同形状になり、切込み深さが大きくなる用途では切込み角が大きくなり、高送りが不可能となる。また、切込み角をそのままで切込み深さを大きくするには内接円を大きくしなければならない。１．６倍よりも大きいと直線切刃と略同形状になりＲ切刃の特徴を見出せない。ここにＲ切刃の特徴とは切削時の接触切刃長さが長いため寿命が長い、断続に強い、圧縮の力が働くためヒートクラックが発生しても破壊にいたるまでが長寿命、などである。
【０００８】
図４、図５は、本願発明に係る刃先交換式回転工具の底面視、断面を示す。上記のスローアウェイインサートを図４に示す如く工具本体に取り付ける。尚、インサートの取り付機構は公知の取り付機構を適宜採用すればよい。図４に示すようにインサート座を有するインサート支持部材３を介してくさび４で締め付けて取り付ける方法の他、インサート中央にクランプ孔を設けてクランプする機構を採用することもできる。
【０００９】
図６〜図８は、図５のインサートの拡大図を示す。図６〜図８より、切刃の最下点Ｂが切刃の中央よりも工具の内側に来るように切り込み角を設定することにより、切削に関与する切刃長さを長くできるとともに、刃先強度がもっとも弱い切刃中央部が最初に被削材と接触し衝撃を受けることを避けることができる。切り込み角は３５°以下とするのが好ましい。半径方向掬い角は、負の値に設定することにより、図６に示すよう被削物に接触して初期に生成する切屑８の厚さは薄く、工具の回転に従って徐々に厚い切屑９を生成するため、工具が受ける衝撃力を緩和でき高送りが可能となる。更に好ましくは、半径方向すくい角は−５°から−４５°と負の値に設定する。
【００１０】
本願発明では、従来不可能と考えられていたインサートに生じる切削時の衝撃発生メカニズムを、▲１▼被削材への喰いつき時（切削始め）と▲２▼喰いついてから被削材から離れるまでの２つに分け、衝撃緩和させることに着目し、前者は円弧又は円弧と直線などからなる円弧状タイプの主切刃により、その主切刃先端部最下点６を切削開始点７とし被削材に薄く喰いつかせる。後者は半径方向の負のすくい角により、工具の回転に伴い徐々に厚くなる切屑を生成し、境界部８で最も厚くし、切屑生成形態の位相差に最適値を見出し、衝撃を緩和させ断続に強く、長寿命となった。更に、加工した面の表面性状の向上を目的とし、図７に示すように副切刃１０を設けた例、図８に示すように内周切刃６を設けた例、図９、１０に示すようにコーナー部１１に径方向掬い角と略同等以上の大きさθの角度で面取りを設けた例、図１１に図１０の例に更に副切刃１０を加えた例を示す。以下、実施例に基づき本願発明を詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
本発明に係るスローアウェイインサートとして図１〜図３に示すスローアウェイインサートで、内接円直径Ｄを１５．８７５ｍｍ、円弧状切刃の曲率半径Ｒを１５ｍｍ、掬い面と平坦部２のなす角度αを７０゜、掬い面と逃げ面のなす角度βを７５゜、インサートの厚さを４．７６ｍｍに設定した。平坦部２は切刃稜線から逃げ面に沿って０．５ｍｍ後退した位置からインサート底面まで設けた。このインサートを図４に示す刃先交換式回転工具本体へ取り付けた。半径方向掬い角は−４゜、軸方向掬い角は９゜、切刃稜線の最下点が切刃稜線の中心よりも内側になるように切れ込み角は１５゜に設定し、本発明例１とした。比較のため、図１２、図１３に示すような従来例２、３の刃先交換式回転工具を用意した。従来例２は切込み角９０°、従来例３は切込み角３０°〜４５°の例である。
【００１２】
これらの工具を用い、以下の切削諸元で可能な最大の送り速度を試験した。工具刃径はφ２００（１０枚刃フルセット）、被削材はＳ５０Ｃ、切込み深さＡｄ＝２ｍｍ、切込み幅Ｒｄ＝１８０ｍｍで能率を表す最大の送り速度：Ｆｍａｘと単位時間当りの切屑排出量：Ｑを比較した。本発明例１は、切削速度を低く抑えＶ＝１００ｍ／ｍｉｎとした。しかし、インサート強度が高く１刃の送り量ｆｚを大きくできることからｆｚ＝２．５ｍｍ／刃、Ｆ＝４０００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝１４４０ｃｍ^３／ｍｉｎまで機械馬力３０ＫＷの限界まで安定して加工可能であった。従来例２は、切削速度Ｖ＝１８０ｍ／ｍｉｎ時、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．２５ｍｍ／刃より大きいとインサートが欠損するため、Ｆ＝８００ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝２８８ｃｍ^３／ｍｉｎであった。従来例３は、切削速度Ｖ＝１８０ｍ／ｍｉｎ時、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．４ｍｍ／刃がインサート強度限界で、Ｆ＝１２８０ｍｍ／ｍｉｎ、Ｑ＝４６０．８ｃｍ^３／ｍｉｎであった。
【００１３】
本発明例１と従来例２、３とでは、３倍から５倍の単位時間当りのテーブル送り速度、切屑排出量を示し、大幅な能率改善が図れた。本発明例１は、主切刃が円弧状をしているため、切削開始点：インサートの最下点から薄く食いつくため衝撃が少なく、Ｓ５０Ｃのような鋼切削においても１刃当たりの送り量ｆｚを約１．０〜３．５ｍｍ／刃に上げられる。更に、半径方向の掬い角を大きな負の角度、具体的には真の掬い角が大きく負にならない０°〜−４０°位までにする事により、その先端部最下点から境界までの位相差がうまれるため、断続にも強くなり、且つ切刃長さも長くなることから長寿命となる。これに対し従来例２、３は、切屑生成時、１刃当たりの送り量又は実質の送り量分、先端から境界まで均一の切屑厚みである。切込み角を小さくしても、実質の切屑厚みは角度分、薄くなるだけである。このためＳ５０Ｃのような鋼切削における１刃当たりの送り量ｆｚは約０．２ｍｍ／刃〜０．４ｍｍ／刃が一般的な条件であった。
【００１４】
（実施例２）
実施例１で使用したインサートを用いて、工具本体は、軸方向すくい角９゜、切刃稜線の最下点６が切刃稜線の中心よりも内側になるように切込み角κは１５゜に設定した。半径方向すくい角は、本発明例４として−１０°（図１４）、本発明例５として−１５°（図１５）、本発明例６として−２０°（図１６）と変化させたものを製作した。尚、比較のため、比較例７として−４゜、従来例２、３も併せて試験した。
【００１５】
上記、本発明例４〜６、従来例２、３及び比較例７の工具を用い、図１７に示すφ８穴の多くある欠損の生じやすい形状をした被削材で、能率を表す１刃当たりの送り量ｆｚをインサートが初期欠損に至るまでのの限界値を試験した。切削諸元は、工具刃径：φ１２５（１枚刃）、被削材：プリハードン鋼、ＳＣＭ４４０（ＨＳ４０）、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み深さＡｄ＝１ｍｍ、切込み幅Ｒｄ＝９０ｍｍとした。この結果を図１８に示す。図１８より、本発明例４〜６及び従来例２は、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１ｍｍ／刃から０．２ｍｍ／刃と上げていき、ｆｚ＝０．８ｍｍ／刃でも欠損を生じなかった。従来例３は、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１ｍｍ／刃→０．２ｍｍ／刃と上げていきｆｚ＝０．２５ｍｍ／刃でインサートが欠損。比較例７は、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．３ｍｍ／刃までは良好だが、ｆｚ＝０．４ｍｍ／刃でインサートが欠損した。
【００１６】
次に、１刃当たりの送り量ｆｚをアップし、ｆｚ＝１．５ｍｍ／刃の常識を超えた過酷な条件で寿命比較を行った。この結果を図１８に示す。図１８より、従来例２は寿命３分、本発明例４は寿命３３分、本発明例５は４０分、本発明例６は１７分、であり、半径方向すくい角を負に大きくしていくと長寿命が計れ、超断続切削条件下でも長寿命を得られる。更に、上記本発明例１〜３は、真のすくい角で表わすと、本発明例４＝６．１度、本発明例５＝４．８度、本発明例６＝３．４度及び比較例７＝７．７度であり上記試験では３度以上で良い結果が得られた。
【００１７】
（実施例３）
本発明例８〜１０として図２０に示すよう、最下点６から外周に向かい円弧と直線の主切刃としても、更には、図２１に示すよう最下点付近から外周に向かい切込み角３５°以下の２つ以上からなる複数の直線からなる主切刃としても、図２２に示すよう円弧状主切刃との組み合わせで負の半径方向すくい角を断続的に変化させた例、円弧状主切刃との組み合わせでインサート底面側から上面方向に凸円弧状として半径方向すくい角を滑らかに連続的に変化させた例でも、同様な効果が得られ、本願発明の要旨範囲である。また、この効果は切削工具の刃径に関係なく、小径から大径まで幅広く適用可能であり、インサート形状は、略４角形に限らず２コーナー仕様や３角形、５角形以上の多角形でも適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、穴の多い加工物や調質されたプリハードン鋼などの断続切削において安定した切削が出来、耐欠損性を向上させた長寿命な高送り高能率切削フライス工具を提供出来、従来常識を大幅に変えた飛躍的な高能率・長寿命の工具を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例のインサートの正面図を示す。
【図２】図２は、図１のＡの矢視方向の側面図を示す。
【図３】図３は、図１のＢ矢視方向の側面図を示す。
【図４】図４は、本発明例の刃先交換式回転工具の底面視を示す。
【図５】図５は、図４のＣ−Ｃ線の断面図を示す。
【図６】図４は、図５の主切刃部の詳細を示す。
【図７】図７は、本発明例のインサートの実施の態様を示す。
【図８】図８は、本発明例のインサートの他の実施の態様を示す。
【図９】図９は、本発明例のインサートの他の実施の態様を示す。
【図１０】図１０は、本発明例のインサートの他の実施の態様を示す。
【図１１】図１１は、本発明例のインサートの他の実施の態様を示す。
【図１２】図１２は、従来例２を示す。
【図１３】図１３は、従来例３を示す。
【図１４】図１４は、本発明例４の半径方向すくい角を示す。
【図１５】図１５は、本発明例５の半径方向すくい角を示す。
【図１６】図１６は、本発明例６の半径方向すくい角を示す。
【図１７】図１７は、被削材の形状、穴の状況を示す。
【図１８】図１８は、本発明例、従来例、比較例の送り限界の試験結果を示す。
【図１９】図１９は、寿命試験の結果を示す。
【図２０】図２０は、本発明の他の実施例を示す。
【図２１】図２１は、本発明の他の実施例を示す。
【図２２】図２２は、本発明の他の実施例を示す。
【符号の説明】
１切刃稜線
２２番逃げ面
３平坦部
４インサート支持部材
５くさび
６主切刃稜線の最下点
７切屑の薄い切削開始点
８切屑の厚い境界部
Ｄ内接円
Ｒ円弧状切刃の曲率半径
Ｒｒ半径方向すくい角
Ａｒ軸方向すくい角
Ｔ真のすくい角
α 平坦部３とすくい面とのなす角度
β すく面とにげ面５とのなす角度
κ 切込み角
ｆｚ１刃当たりの送り量
Ｆ送り方向
Ａｄ切込み深さ

Claims

インサートが着脱可能な刃先交換式回転工具において、該インサートは、掬い面側から見た形状が略四角形状をなすポジタイプのスローアウェイインサートで、切刃稜線をなす四辺は夫々外側に凸円弧状で、逃げ面略中央に平坦部を設け、該インサートを刃先交換式回転工具としてセットした時、前記凸円弧状の稜線が主切刃をなし、該主切刃は、最下点から外周側に向かう円弧で、該最下点は、凸円弧状の中心よりも内側に取り付け、半径方向掬い角が負となるように取り付けたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
請求項１記載の刃先交換式回転工具において、該平坦部は切刃稜線から後退した位置よりインサート底面側まで設けられ、且つ、該平坦部と掬い面とのなす角度は、掬い面と逃げ面のなす角度よりも３゜〜１０゜小さくしたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
請求項１又は２記載の刃先交換式回転工具において、該凸円弧状の一部を直線としたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
請求項１乃至３いずれかに記載の刃先交換式回転工具において、該主切刃を成す円弧と直線が２つ以上の複数の直線又は複数の円弧とからなることを特徴とする刃先交換式回転工具。
請求項１乃至４いずれかに記載の刃先交換式回転工具において、該主切刃に沿ってブレーカー状のすくい溝を設けた事を特徴とした刃先交換式回転工具。
請求項１記載の刃先交換式回転工具において、該インサートの凸の円弧状の円弧の曲率半径を該インサートの内接円直径の０．６〜１．６倍としたことを特徴とする刃先交換式回転工具。
請求項１記載の刃先交換式回転工具において、該主切刃の切込み角を３５°以下とした事を特徴とした刃先交換式回転工具。
請求項１記載の刃先交換式回転工具において、該半径方向すくい角が−５°から−４５°の角度とした事を特徴とした刃先交換式回転工具。
請求項１乃至８いずれかに記載の刃先交換式回転工具において、該主切刃の半径方向すくい角が外周側に向かうに従い連続的又は断続的に変化する事を特徴とした刃先交換式回転工具。
請求項１乃至９いずれかに記載の刃先交換式回転工具において、該主切刃の真のすくい角を＋３°〜＋１５°とした事を特徴とした刃先交換式回転工具。