JP4378307B2

JP4378307B2 - 軸方向送り刃先交換式工具

Info

Publication number: JP4378307B2
Application number: JP2005083059A
Authority: JP
Inventors: 昌孝加藤; 光一郎 ▲保▼坂; 照秋長谷川
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006263841A

Description

本願発明は、軸方向に切削送りを作用させる刃先交換式工具に関し、特に高送り加工に好適な刃先交換式工具に関する。

金型等を切削加工する場合であって、特に大型の金型等の壁面や深い穴などの立面荒加工を行なう工具としては、軸方向に切削送りを作用させる刃先交換式工具が用いられている。この様な工具はバーチカルカッターと呼ばれ、使用されるインサートは、菱形又は平行四辺形板状で、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１は、平面視した形状が略正方形の板状体が開示されている。このインサートの切れ刃は直線状であるため、側面切削の際に、切れ刃全体が被削材加工面と接触し、切れ刃全体が被削材に接触して切削抵抗が増大し、ビビリ振動が発生しやすいといった課題を有する。このため、送り速度が制約され高送りで加工することはできない。また、切れ刃が欠損する恐れもあり無人加工など信頼性を必要とする加工に用いることができない。更に、被削材の加工面について、面粗さの改善についての対策は開示されていない。

特開２００２−６６８１１号公報

本願発明は、軸方向送り用の高送り加工に適する切れ刃の耐欠損性を改善することにより、加工信頼性が高く、加工面粗さの小さい加工をすることができる軸方向送り用の刃先交換式工具を提供することを目的とする。

本願発明における第１の発明は、インサートが着脱自在な刃先交換式工具において、該インサートは、すくい面側から見た形状が略４角形状を呈し、各辺は外側に略凸円弧状であり、該インサートを刃先交換式工具として取り付けた時、該略凸円弧状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となって、該主切れ刃の切込み角度をκ度とした時に、該κを、該刃先交換式工具の最外周点Ｑとインサートの互いに隣り合う主切れ刃の交わる点Ｐ１とを結ぶ線分Ｍ１の工具回転軸に対する角度で、１０≦κ≦３０とし、該刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３００〜１０００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具である。
第２の発明は、インサートが着脱自在な刃先交換式工具において、該インサートは、すくい面側から見た形状が略３角形状を呈し、各辺は外側に凸円弧状であり、該インサートを刃先交換式工具として取り付けた時、該略凸円弧状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となって、該主切れ刃の切込み角度をκ度とした時に、該κを、該刃先交換式工具の最外周点Ｑとインサートの互いに隣り合う主切れ刃の交わる点Ｐ１とを結ぶ線分Ｍ１の工具回転軸に対する角度で、１０≦κ≦３０とし、該刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３００〜１０００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具である。
本構成を採用することにより、軸方向送りが高送りであっても切れ刃の耐欠損性の改善により加工信頼性が高く、更に、加工面粗さの小さい加工をすることができる軸方向送り刃先交換式工具を実現することができる。ここで、軸方向送りの高送り加工とは、切削条件における１刃当たりの送り量が０．５ｍｍ／刃を超えるような切削と定義する。

本願発明のインサートが着脱自在な刃先交換式工具において、該インサートの凸円弧状をなす稜線からなる主切れ刃の円弧半径をＲ（ｍｍ）とした時、１０≦Ｒ≦２０であること、インサートの主切れ刃の最外周点は、凸円弧状の中心よりも上側になるように取り付けることが好ましい。インサートの主切れ刃の半径方向すくい角度をθ１度とした時、−１０≦θ１≦０となるように、また軸方向すくい角度をθ２度とした時、５≦θ２≦１０となるように取り付けることが好ましい。更に、該軸方向送り刃先交換式工具を第１段目に設け、更に、軸方向に間隔をあけて第２段目を配置させた軸方向送り刃先交換式工具であって、該第１段目の刃径Ｄ１と、該第２段目の刃径Ｄ２との差が、０＜（Ｄ２−Ｄ１）≦４、であり、該第２段目のインサートは、すくい面側から見た形状が略４角形状又は略３角形状を呈し、各辺は外側に略凸円弧状又は直線状であり、該第２段目に該インサートを取り付けた時、該外側に略凸円弧状又は直線状の稜線が外周刃をなし、該２段目の軸方向送り刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３５〜３００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具であることが好ましい。

本願発明によって、軸方向送りの高送りであっても切れ刃の耐欠損性の改善により加工信頼性が高く、加工面粗さの小さい加工をすることができる軸方向送り用の刃先交換式工具を提供することができた。本願発明によれば、切削動力が小さく、ビビリ振動や切れ刃欠損が少なく加工信頼性の高い切削が可能となった。軸方向送りの高送りの条件であっても、駆動動力を増やすことなく加工面粗さの小さい切削を実現することができた。

本願発明の実施形態を図１、図２に示す。図１は、刃先交換式工具で、図２は、本願第１発明の正方形のインサートを用いた例である。図２に示す様に、凸円弧状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となって、該主切れ刃の切込み角度をκ度とした時に、１０≦κ≦３０となるように取り付けることによって、切削動力の影響と加工能率とのバランスにとって好都合である。κが１０度未満の時は、切屑厚さが薄くなり滑らかな被削面が得られるが、小さすぎると切込み量Ｈｄも小さなり、高送りはできても加工能率が低下してしまうといった不都合がある。また、κが３０度を超えて大きい時は、切屑厚さが厚くなり切削動力が大きくなるために送り速度を上げることができなくなるため不都合である。従って、本願発明ではκを１０≦κ≦３０に規定する。より好ましくは、１５≦κ≦２０に設定するとよい。ここで、κを定義する。インサートのお互いに隣り合う２つの切れ刃稜線の交わる点をＰ１とし、主切れ刃の最外周点をＱとした時、点Ｐ１と点Ｑとを結んだ線を線Ｍ１とする。一方、点Ｑを通り、軸と平行な線を線Ｎとする。この線Ｍ１と線Ｎとのなす角度がκとなる。但し、Ｐ１は軸方向であって工具切削方向の点である。

本願発明のインサートにおける主切れ刃は、円弧半径Ｒが１０≦Ｒ≦２０であることが好ましい。Ｒが１０≦Ｒ≦２０であることによって、主切れ刃の耐欠損性への効果と切削動力の低減とのバランスがとれることによって好都合である。Ｒが１０未満の場合、耐欠損性が劣るといった不都合がある。また、Ｒが２０度を超えて大きい時は、主切れ刃が長くなり過ぎるために切削動力が大きくなるので不都合である。従って、本願発明は１０≦Ｒ≦２０であることが好ましい。主切れ刃の長さは３〜７ｍｍ程度になるようにすると良い。インサート取り付け座のスペース的な制約もあり、工具切削外径Ｄが３２ｍｍ以下のものではＲが１０≦Ｒ≦１５、それ以上の大径品では１５≦Ｒ≦２０にすることが好ましい。主切れ刃の稜線は、全長が円弧で形成される以外にも、直線と円弧とを組み合わせた稜線や、折れ線状の稜線として略円弧形状となっていれば、若干寿命は劣るものの略同様な性能を示すことができる。本願発明のインサートにおける点Ｑと凸円弧状の稜線上の中点との位置関係は、点Ｑが該中点よりも軸方向であって工具切削方向の後側になるように取り付けることが好ましい。

図３に示す様に、本願発明のインサートにおける主切れ刃の半径方向すくい角度をθ１は、−１０≦θ１≦０となることが好ましい。θ１が−１０≦θ１≦０であることによって、ビビリ振動を防止しながら切れ味を維持することに好都合である。θ１が−１０度未満の場合、切削動力が高くなり切れ味が悪くなるため不都合である。また、θ１が０度を超えて大きい時も同様に、切削動力が高くなり切れ味が悪くなるため不都合である。従って、本願発明では−１０≦θ１≦０であることが好ましい。更により好ましくは、−１０≦θ１≦−４である。
図４に示す様に、本願発明のインサートにおける主切れ刃の軸方向すくい角度をθ２は、５≦θ２≦１０となることが好ましい。θ２が５≦θ２≦１０であることによって、ビビリ振動を防止しながら切れ味を維持することにとって好都合である。θ２が５度未満の場合、切削動力が高くなり切れ味が悪くなるため不都合である。θ２が１０度を超えて大きい時は、切れ味は良くなるが、刃先強度が低下し欠損等が発生しやすくなるため不都合である。従って、本願発明では５≦θ２≦１０であることが好ましい。更により好ましくは、６≦θ２≦９である。

図５に示す様に、本願発明の軸方向送り刃先交換式工具を複数段、装着した時に、第１段目の刃径Ｄ１と、軸方向に間隔をあけて配置させた第２段目の刃径Ｄ２との差が、０＜（Ｄ２−Ｄ１）≦４、であることが好ましい。その理由は、加工面粗さの小さい平滑な加工面を得ることに有効だからである。例えば、軸方向に第１段目、第２段目と配置した軸方向送り刃先交換式工具とした場合、第１段目のインサートで粗加工を行ない、第２段目に配置されたインサートは第１段目のインサートより少ない切込みで仕上げ加工を行なうことができる。例えば、第１段目の刃径Ｄ１と、軸方向に間隔Ｋをあけて配置させた第２段目の刃径Ｄ２との差、Ｄ２−Ｄ１は、０＜（Ｄ２−Ｄ１）≦４の範囲が、有効である。
第２段目を設けた軸方向送り刃先交換式工具は、高送りでありながら加工面粗さを小さくすることができ、同一の工具を用いて中仕上げから最終仕上げ加工までを行なうことができる。最終仕上げ加工で要求される面粗さの程度に合わせ、各段に同じ形状のインサートをほとんど同じ姿勢で配置することや、各段に異なる形状のインサートを、個数や主切れ刃の取り付け角度を変えたりして配置することも可能である。この時、インサートの外周切れ刃は、工具の軸に対してすかし角度αを有していても良い。更に、本願発明の刃先交換式工具は、被削材の内周加工、外周加工にも用いることができる。

図１は、本願発明の実施形態の１例である刃先交換式工具を示す図である。本願発明の刃先交換式工具１は、略円柱状をなした工具本体２の軸に対して先端外周周りに、３０個のインサート３が着脱自在に取り付けられている。工具本体２の先端外周周りにはインサートの取り付け座４が形成され、インサート３が固定用ネジ５によって工具本体２に固定されている。インサートの固定をより確実にするため、クランプ駒やくさび（図示せず）による固定方法を併用することも可能である。インサート配置の位置決めは、工具本体１形成された取り付け座４の基準面、或いはサポータ（図示せず）と呼ばれる部品の基準面によって行ない、調節することができる。
図２〜図４に、インサート３を工具本体２に位置決めした状態を示す。図２は、インサート３の主切れ刃の切込み角がκ度をなして取り付け座４に固定用ネジ５によって工具本体１に装着されている状態を示す。また、すかし角度α度を有している。点Ｑに対して軸方向であって工具切削方向と反対側にありインサートのお互いに隣り合う２つの切れ刃稜線の交わる点をＰ２とした時、点Ｐ２と点Ｑとを結んだ線を線Ｍ２とする。ここで、線Ｍ２と線Ｎとのなす角度がαである。ここで角度αの有無は、インサートの配置仕様によって決まる。図３は、インサートの主切れ刃の半径方向すくい角度をθ１として装着されている状態を示す。図４は軸方向すくい角度をθ２として装着されている状態を示す。図６、７は、インサートの各逃げ面の略中央部に平面部を形成し、この平面部が工具本体との当接面となって位置決めされている状態を示す。これにより、インサートの拘束が強化され回転等による主切れ刃の振動を回避して、高送り加工が可能となるため、好ましい形態である。本願発明の工具について、加工信頼性の指標である切れ刃の耐欠損性と加工面粗さを評価するために、性能評価試験を行った。評価は、耐欠損性と加工面粗さを測定した。切削条件を以下に示す。また、評価結果を表１に示す。

（切削条件）
工具径：φ５００ｍｍ
被削材：ＳＣＭ４４０、ＨＲＣ２５
工具回転数：６４回転／分
切込み量：可変
１刃当り送り量：６ｍｍ／刃、但し、第１段目の切れ刃
加工方法：乾式切削
表１に示す通り、本発明例１から８の軸方向送り用の刃先交換式工具は、高送りの加工条件において、加工信頼性が高く、加工面粗さの小さい加工をすることができることを確認した。本発明例２のκが１５度の場合と、比較例１２のκが４５度の場合とを比較すると、比較例１２の切削動力は本発明例２の場合の２．８倍という高い値を示した。これにより、切れ刃の欠損の発生により短寿命となってしまい高い加工信頼性が得られなかった。比較例１３の様に、κが８度の場合は、切削動力は小さくなるものの、加工時間が長くなることにより加工能率が低減するため、好ましくない。

次に、図５に示す様に、第１段目と第２段目を、軸方向に間隔をあけて配置した。ここで、第１段目と第２段目との軸方向における間隔Ｋを表２に示すように２５〜３０ｍｍとした。
本発明例１５は、全切込み量Ｈａを３ｍｍ、第１段目、第２段目の切れ刃が、切込み量Ｈ１＝２ｍｍ、Ｈ２＝１ｍｍで共に粗加工用として機能するため、切削効率の向上が可能となる。本発明例１６から１８は、第１段目の切れ刃が高送りによる通常の粗加工を行ない、第２段目の切れ刃が仕上げ加工を行なう様に設定したものである。本発明例１６は全切込み量Ｈａを３ｍｍとし、第１段目、第２段目の切込み量Ｈ１＝２ｍｍ、Ｈ２＝１ｍｍで、第１段目と第２段目とのインサートを、第１段目によって加工面の凸部のピッチが決まるので、該凸部が第２段目のインサートによって除去されるように、第２段目のインサートの取り付け位置に工夫を施した。その結果、本発明例１４の加工面の面粗さＲｙ３００μｍから、７５μｍへ低減した。本発明例１７は全切込み量Ｈａを３ｍｍとし、第１段目、第２段目の切込み量Ｈ１＝２ｍｍ、Ｈ２＝１ｍｍで、第２段目のインサート数を４５と、第１段目のインサート数３０より増やして、１刃当りの送り量を小さくした。これにより、第１段目のインサートによる加工面の凸部を第２段目のインサートによって除去した。その結果、本発明例１４の加工面の面粗さＲｙ３００μｍから１３４μｍへ低減した。本発明例１８は全切込み量Ｈａを２ｍｍとし、第１段目、第２段目の切込み量Ｈ１＝１．９ｍｍ、Ｈ２＝０．１ｍｍで、第２段目のインサート数を第１段目のインサート数よりも少なくして加工した場合を示す。また、第２段目のインサートの主切れ刃形状は、１部が直線状の切れ刃形状した領域を有し、この直線状切れ刃によって平滑面を形成するものである。この時、直線状切れ刃は、工具軸に平行か僅かに傾いた姿勢で配置した。これにより、第１段目による加工面の凸部を、直線状切れ刃で平滑に除去するのである。その結果、本発明例１４の加工面の面粗さＲｙ３００μｍから３５μｍへ低減した。第２段目のインサート数は、第１段目のインサート数よりも少なくして切削動力を増加させない様に配慮することが好ましい。上記の様に、本願発明を適用する事によって、高送りでも面粗さの小さな加工が可能となった。

図１は、本願発明の実施形態の１例を示す刃先交換式工具。図２は、図１のインサート取り付け状態を示す。図３は、図１のインサート取り付け状態を示す。図４は、図１のインサート取り付け状態を示す。図５は、本願発明の他の実施形態の１例を示す刃先交換式工具。図６は、本願発明の他の実施形態のインサートを示す図７は、図５のインサート取り付け状態を示す。

符号の説明

１：刃先交換式工具
２：工具本体
３：インサート
４：インサートの取り付け座
５：固定用ネジ
６：インサートの主切れ刃
７：平坦部
κ：主切れ刃の切込み角
α：すかし角
Ｐ１：インサート３の互いに隣り合う切れ刃稜線の交わる点
Ｐ２：インサート３の互いに隣り合う切れ刃稜線の交わる点
Ｑ：最外周点
Ｍ１：点Ｐ１と点Ｑとを結んだ線
Ｍ２：点Ｐ２と点Ｑとを結んだ線
Ｎ：点Ｑを通り軸と平行な線
θ１：半径方向すくい角
θ２：軸方向すくい角
Ｄ１：刃先交換式工具の第１段目の刃径
Ｄ２：刃先交換式工具の第２段目の刃径
Ｈｄ：切込み量
Ｈａ：全切込み量
Ｈ１：第１段目の切込み量
Ｈ２：第２段目の切込み量

Claims

インサートが着脱自在な刃先交換式工具において、該インサートは、すくい面側から見た形状が略４角形状を呈し、各辺は外側に略凸円弧状であり、該インサートを刃先交換式工具として取り付けた時、該略凸円弧状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となって、該主切れ刃の切込み角度をκ度とした時に、該κを、該刃先交換式工具の最外周点Ｑとインサートの互いに隣り合う主切れ刃の交わる点Ｐ１とを結ぶ線分Ｍ１の工具回転軸に対する角度で、１０≦κ≦３０とし、該刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３００〜１０００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具。
インサートが着脱自在な刃先交換式工具において、該インサートは、すくい面側から見た形状が略３角形状を呈し、各辺は外側に凸円弧状であり、該インサートを刃先交換式工具として取り付けた時、該略凸円弧状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となって、該主切れ刃の切込み角度をκ度とした時に、該κを、該刃先交換式工具の最外周点Ｑとインサートの互いに隣り合う主切れ刃の交わる点Ｐ１とを結ぶ線分Ｍ１の工具回転軸に対する角度で、１０≦κ≦３０とし、該刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３００〜１０００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具。
請求項１又は２記載の軸方向送り刃先交換式工具において、該主切れ刃の円弧半径をＲ（ｍｍ）とした時、１０≦Ｒ≦２０であることを特徴とする軸方向送り刃先交換式回転工具。
請求項１乃至３いずれかに記載の軸方向送り刃先交換式工具において、該主切れ刃の半径方向すくい角度をθ１度とした時、−１０≦θ１≦０であることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具。
請求項１乃至４いずれかに記載の軸方向送り刃先交換式工具において、該主切れ刃の軸方向すくい角度をθ２度とした時、５≦θ２≦１０であることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具。
請求項１乃至５いずれかに記載の軸方向送り刃先交換式工具において、該軸方向送り刃先交換式工具を第１段目に設け、更に、軸方向に間隔をあけて第２段目を配置させた軸方向送り刃先交換式工具であって、該第１段目の刃径Ｄ１と、該第２段目の刃径Ｄ２との差が、０＜（Ｄ２−Ｄ１）≦４、であり、該第２段目のインサートは、すくい面側から見た形状が略４角形状又は略３角形状を呈し、各辺は外側に略凸円弧状又は直線状であり、該第２段目に該インサートを取り付けた時、該外側に略凸円弧状又は直線状の稜線が外周刃をなし、該外周刃が主切れ刃となり、該２段目の軸方向送り刃先交換式工具を用いた加工面の粗さが、Ｒｙで、３５〜３００μｍであることを特徴とする軸方向送り刃先交換式工具。