JP4959395B2 - スローアウェイインサート、これを装着した転削工具および切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、正面フライスやエンドミル等の転削工具に用いられるスローアウェイインサートに関する。

従来より、正面フライスやエンドミル等の転削工具が広く用いられている。例えば特許文献１には、エンドミル本体のチップポケット壁面に、スローアウェイインサートの先端切刃に向けた流体噴射口を設けるとともに、スローアウェイインサートの逃げ面近傍のエンドミル本体外周面に、先端加工面に対して傾斜させた溝を設けたスローアウェイ式エンドミルが開示されている。このエンドミルでは、噴射口から噴射した流体が、スローアウェイインサートのすくい面上を流れて先端切刃の近傍に衝突した後、後方に反転する。そして、反転した流体が、エンドミル本体外周面の傾斜溝を通過して後方に排出される。
特開２００１−２３９４２０号公報

ところが、特許文献１に開示されている冷却機構では、流体を先端切刃に衝突させた後、反転させてスローアウェイインサートの逃げ面側を冷却しようとするものであるため、ホルダ後端側のスローアウェイインサートの逃げ面側を冷却することは困難である。また、エンドミル本体が高速で回転しているので、噴射口から排出された流体の流れが不規則になることがある。このような不規則な流れの流体は目標とする部分に正確に当たりにくいので、逃げ面を冷却する効果が十分に得られないことがある。

本発明のスローアウェイインサートは、上面にすくい面を、側面に逃げ面を、下面に着座面を備え、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、前記逃げ面には前記すくい面から着座面まで達する逃げ面溝部が形成され、前記着座面には流体を前記逃げ面溝部に案内するための経路が形成されていることを特徴とする。

本発明のスローアウェイインサートによれば、逃げ面にはすくい面から着座面まで達する逃げ面溝部が形成され、着座面には流体を逃げ面溝部に案内するための経路が形成されているので、この経路に流体を供給することにより、その流体が経路に沿って逃げ面溝部に案内される。これにより、流体が逃げ面溝部に確実に供給されるので、逃げ面の所望の位置を効果的に冷却することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかるスローアウェイインサートおよびそれを装着した転削工具について図面を参照し詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかるスローアウェイインサート（以下、インサートと略す）１を示す斜視図であり、図２はインサート１の平面図であり、図３はインサート１の長辺側側面図であり、図４はインサート１の底面図である。

図１〜４に示すように、本実施形態にかかるインサート１は略多角形板状をなしている。インサート１は、その上面にすくい面２を、側面に逃げ面４を、下面に着座面３を備えている。すくい面２と逃げ面４との交差稜線部には主切刃５が形成されている。インサート１の中央部には、インサート１を固定するねじを挿通するための貫通孔７が、下面に垂直な方向に形成されている。

主切刃５は、貫通孔７の中心線を対称軸（２回軸）とする回転対称の位置にそれぞれ形成されている。これらの一対の主切刃５は、逃げ面４に形成された、すくい面２から着座面３まで達する溝状の逃げ面溝部６を３つずつ備えている。インサート１は、逃げ面溝部６（６ａ〜６ｃ）によってすくい面２から着座面３まで連通している。これらの逃げ面溝部６によって主切刃５は４つの分割切刃５ａ〜５ｄに分断されている。

このような分割切刃を有するインサート１は、切削抵抗が小さく、また被削材への食いつき性が良い。このため、特に被削材が大きくて多量の切屑が排出されるような重切削加工において、加工中のびびり振動を抑制するという効果を奏する。

図４に示すように、着座面３には、一対の主切刃５にそれぞれ対応する２つの経路２１，２１が回転対称の位置に形成されている。経路２１，２１は、流体を各逃げ面溝部６に案内するためのものである。流体は、冷却媒体として用いられるものであり、例えば空気、窒素などの気体や水、油などの液体が挙げられ、特に圧縮空気を用いるのが好ましい。

経路２１は、着座面３に形成され流体の受入口となる凹部８と、この凹部８から逃げ面溝部６の下端までつながる着座面溝部１１とからなる。このように着座面３に凹部８および着座面溝部１１が形成されていることにより、凹部８で受け入れた流体を逃げ面溝部６まで確実に案内することができる。

着座面溝部１１は、凹部８から延設された主溝部１１ａと、この主溝部１１ａから分岐して各逃げ面溝部６につながる副溝部１１ｂ（１１ｂ_１〜１１ｂ_４）とからなる。本実施形態のように逃げ面溝部６が複数形成されている場合には、一つの凹部８から主溝部１１ａを延設し、この主溝部１１ａから副溝部１１ｂを分岐させて各逃げ面溝部６まで経路をつなげることにより、着座面３に経路を形成するのに必要な面積を小さくすることができる。同時に、後述するように、インサート１が装着されるホルダのインサート取付座に形成する流体噴射口の個数を少なくできるので、製造コストを低減できるとともに、ホルダの剛性が低下するのを抑制できる。

凹部８は、円形状の開口部を有しており、貫通孔７と短辺９とのほぼ中間に位置している。この凹部８と一方の長辺１０との間には、凹部８から主溝部１１ａが延設されている。この主溝部１１ａは、分岐部Ｂ１で２つの副溝部１１ｂ_１，１１ｂ_２に分岐している。これらのうち、副溝部１１ｂ_１は、主溝部１１ａと同じ方向に延設されて逃げ面溝部６ａにつながっており、副溝部１１ｂ_２は、主溝部１１ａの形成方向に対して約９０度傾いた方向に形成されている。副溝部１１ｂ_２は、分岐部Ｂ２でさらに２つの副溝部１１ｂ_３，１１ｂ_４に分岐している。これらのうち、副溝部１１ｂ_３は、副溝部１１ｂ_２の形成方向に対して約９０度傾いた方向に形成されて逃げ面溝部６ｂにつながっており、副溝部１１ｂ_４は、副溝部１１ｂ_２と同じ方向に延設されている。副溝部１１ｂ_４は、屈曲部Ｋ１で約９０度傾いた方向に屈曲して逃げ面溝部６ｃにつながっている。

逃げ面溝部６ａ〜６ｃにつながる部分の副溝部１１ｂ_１，１１ｂ_３，１１ｂ_４の断面積は、全て同じに設計してもよいが、例えば凹部８から逃げ面溝部６までの経路長に応じてそれぞれ調整してもよい。主溝部１１ａを通じて送られてくる流体の配分を多くしたいときには、上記断面積を大きくすればよく、流体の配分を少なくしたいときには、上記断面積を小さくすればよい。

具体的には、例えば上記経路長が最も短い、逃げ面溝部６ａにつながる部分の副溝部１１ｂ_１の断面積を最も小さくし、上記経路長が最も長い逃げ面溝部６ｃにつながる部分の副溝部１１ｂ_４の断面積を最も大きくする。経路長が長いほど、流体がインサート１から吸収する熱エネルギーが大きくなるので、上記のように断面積に差を設けることにより、逃げ面溝部６ａ〜６ｃにおける冷却効果をより均一にすることができる。

また、逃げ面溝部６ａ〜６ｃにつながる部分の副溝部１１ｂ_１，１１ｂ_３，１１ｂ_４の断面積は、切削時における逃げ面４の温度上昇特性に応じてそれぞれ調整してもよい。具体的には、例えば上記切削時において、分割切刃５ａ〜５ｄのうち、分割切刃５ｂ，５ｃの切削抵抗が高く、分割切刃５ａ，５ｄの切削抵抗が相対的に低い場合、逃げ面４は両端付近の温度よりも中央付近の温度が上昇しやすくなる。このとき、逃げ面溝部６ｂにつながる部分の副溝部１１ｂ_３の断面積を最も大きくし、逃げ面溝部６ａ，６ｃにつながる部分の副溝部１１ｂ_１，１１ｂ_４の断面積を相対的に小さくする。これにより、逃げ面溝部６ｂに相対的に多くの流体を供給することができるので、逃げ面４が局所的に温度上昇するのを抑制することができる。なお、切削時における逃げ面４の温度上昇特性は、流体を流さないで切削したときの逃げ面４の各部位の温度を測定することにより評価できる。

図５は、本発明の一実施形態にかかる転削工具の先端付近を示す斜視図であり、インサート１が装着されたホルダを示している。図６は図５におけるＡ−Ａ断面図であり、切削時の状態を示している。図５，６に示すように、インサート１はホルダ１２に装着して使用される。ホルダ１２は、その外周側に周方向に沿って複数の切屑ポケット１３が形成されている。これらの切屑ポケット１３内には、ホルダ１２の回転方向に面したインサート取付座１４が形成されている。このインサート取付座１４の底面１５にインサート１の着座面３を当接させ、主切刃５を外周側に位置させた状態でインサート１をホルダ１２に取り付けている。これにより、インサート１のすくい面２はホルダ１２の回転方向に向き、最外周に主切刃５が位置し、主切刃５がホルダ１２とともに回転することによって切削が行われる。

切削方法を具体的に説明すると次のようになる。図５に示すように、転削工具のホルダ１２にインサート１を取り付ける。そして、転削工具を回転させて、図６に示すように、転削工具の切刃５を被削材１７に近づける。次いで、図６に示すように、切刃５を被削材１７に接触させて被削材１７を切削する。その後、被削材１７から転削工具の切刃５を離間させる。なお、切削加工を継続する場合は、転削工具を回転させた状態を保持して、被削材１７の異なる箇所に転削工具の切刃５を接触させる工程を繰り返す。

本実施形態では、図６に示すように、インサート取付座１４には底面１５に開口する流体噴射口１６が形成されている。この流体噴射口１６の開口部に対向する位置にインサート１の凹部８が配置されている。本実施形態では、凹部８の開口径が流体噴射口１６の開口径よりも大きい。これにより、流体噴射口１６の開口部を凹部８で覆うことができるので、流体噴射口１６から供給される流体を経路がより確実に受け入れることができる。凹部８で受け入れた流体は、主溝部１１ａおよび副溝部１１ｂを通って逃げ面４の下端に達する。下端に達した流体の一部は、各逃げ面溝部６と被削材１７との間の空間に送られ、各逃げ面溝部６のすくい面２側の開口部（切屑が生成される主切刃５の近傍）から排出される。残りの流体は、インサート取付座１４と被削材１７との間の空間やインサート１と被削材１７との間の空間に排出される。

このように、本実施形態の転削工具では、切削時に流体がインサート１の逃げ面４に形成された逃げ面溝部６と被削材１７との間を通過するので、インサート１の逃げ面４が確実に冷却される。その結果、インサート１の発熱を抑制することができ、インサート１の熱衝撃によるクラックや、高温摩耗の発生を低減することができる。

また、流体がインサート１の逃げ面４からすくい面２にかけて流れるので、切屑が逃げ面溝部６に詰まるのを抑制することができる。

さらに、切刃長が長く、多数の切刃を取付けて使用する形式の転削工具の場合であっても、流体噴射口１６とインサート１の凹部８とを適宜配置することにより、ホルダ１２の先端から後端までの全体にわたって上述の作用効果が得られる。

（他の実施形態）
次に本発明の他の実施形態にかかるインサートについて説明する。図７は本発明の他の実施形態にかかるインサートを示す底面図である。なお、図１〜６で示した上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７に示すように、インサート３１は、その着座面３に経路２３が形成されている。経路２３は、流体の受入口となる凹部８と、この凹部８から逃げ面溝部６の下端までつながる着座面溝部１１とからなる。

着座面溝部１１は、凹部８から延設された主溝部１１ａと、この主溝部１１ａから分岐して各逃げ面溝部６につながる副溝部１１ｂとからなる。主溝部１１ａは、分岐部Ｂ３で２つの副溝部１１ｂ_５，１１ｂ_６に分岐している。これらのうち、副溝部１１ｂ_６は、主溝部１１ａと同じ方向に延設されている。副溝部１１ｂ_５は、分岐部ｂ３における主溝部１１ａの形成方向に対して角度θａ傾いた方向に形成されて逃げ面溝部６ａにつながっている。副溝部１１ｂ_６は、分岐部Ｂ４でさらに２つの副溝部１１ｂ_７，１１ｂ_８に分岐している。これらのうち、副溝部１１ｂ_７は、副溝部１１ｂ_６の形成方向（主溝部１１ａの形成方向）に対して角度θｂ傾いた方向に形成されて逃げ面溝部６ｂにつながっている。副溝部１１ｂ_８は、副溝部１１ｂ_６と同じ方向に延設されている。副溝部１１ｂ_８は、屈曲部Ｋ２で角度θｃ傾いた方向に屈曲して逃げ面溝部６ｃにつながっている。

本実施形態では、角度θａ，θｂ，θｃは、凹部８から逃げ面溝部６ａ〜６ｃまでの経路長に応じてそれぞれ決められている。具体的には、例えば上記経路長が最も短い凹部８から逃げ面溝部６ａまで経路に分岐する分岐部Ｂ３における角度θａを最も大きくし、上記経路長が最も長い凹部８から逃げ面溝部６ｃまでの経路の屈曲部Ｋ２における角度θｃを最も小さくする。経路長が長いほど、流体がインサート１から吸収する熱エネルギーが大きくなる。上記のように角度θａ，θｂ，θｃに差を設けることにより、逃げ面溝部６ａ〜６ｃにおける冷却効果をより均一にすることができる。なぜなら、角度θａ，θｂ，θｃが大きいほど、流体が逃げ面溝部に流れ込みにくくなり、角度θａ，θｂ，θｃが小さいほど流体が逃げ面溝部に流れ込みやすくなるからである。この傾向は、流体を送る圧力が小さいときに特に顕著になる。流体を送る圧力が大きいときには逃げ面溝部への流れ込みやすさに大きな差は生じない。

また、角度θａ，θｂ，θｃは、切削時における逃げ面４の温度上昇特性に応じてそれぞれ調整してもよい。具体的には、例えば上記切削時において、分割切刃５ａ〜５ｄのうち、分割切刃５ｃ，５ｄの切削抵抗が高く、分割切刃５ａ，５ｂの切削抵抗が相対的に低い場合、逃げ面４は分割切刃５ａ，５ｂ付近の温度よりも分割切刃５ｃ，５ｄ付近の温度が上昇しやすくなる。このとき、角度θａを最も大きくして逃げ面溝部６ｃに流体の配分量が相対的に多くなるようにし、角度θｃを最も小さくして逃げ面溝部６ａに流体の配分量が相対的に少なくなるようにする。これにより、逃げ面４が局所的に温度上昇するのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、逃げ面４に３つの逃げ面溝部６が形成されている形態を例に挙げて説明したが、逃げ面溝部６の個数は特に限定されるものではなく、インサート１の大きさ、ホルダへの装着個数、被削材の種類等に応じて適宜調整すればよい。また、上記実施形態では、着座面に形成される経路が凹部と溝部とからなる場合を例に挙げて説明したが、経路としては流体を逃げ面溝部に案内できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば着座面に凸状の一対の案内壁を平行に設けることによって流体の経路としてもよい。

本発明の一実施形態にかかるスローアウェイインサートを示す斜視図である。 図１に示すスローアウェイインサートの平面図である。 図１に示すスローアウェイインサートの長辺側の側面図である。 図１に示すスローアウェイインサートの底面図である。 本発明の一実施形態にかかる転削工具の先端付近を示す斜視図であり、インサート１が装着されたホルダを示している。 図５におけるＡ−Ａ断面図であり、切削時の状態を示している。 本発明の他の実施形態にかかるスローアウェイインサートを示す底面図である。

符号の説明

１ スローアウェイインサート（インサート）
２ すくい面
３ 着座面
４ 逃げ面
５ 主切刃
５ａ〜５ｄ 分割切刃
６ 逃げ面溝部
６ａ〜６ｃ 逃げ面溝部
７ 貫通孔
８ 凹部
１１ 着座面溝部
１１ａ 主溝部
１１ｂ 副溝部
１２ ホルダ
１３ 切屑ポケット
１４ インサート取付座
１５ 底面
１６ 流体噴射口
１７ 被削材
１８ 切りくず
２１，２３ 経路
３１ スローアウェイインサート

Claims (10)

1. 上面にすくい面を、側面に逃げ面を、下面に着座面を備え、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、前記逃げ面には前記すくい面から着座面まで達する逃げ面溝部が形成され、前記着座面には流体を前記逃げ面溝部に案内するための経路が形成されていることを特徴とするスローアウェイインサート。
2. 前記経路は、前記流体の受入口となる凹部と、この凹部から前記逃げ面溝部の下端までつながる着座面溝部とを備えている請求項１に記載のスローアウェイインサート。
3. 前記逃げ面には複数の前記逃げ面溝部が形成され、前記着座面溝部は、前記凹部から延設された主溝部と、この主溝部から分岐して各逃げ面溝部につながる副溝部とを備えている請求項２に記載のスローアウェイインサート。
4. 前記逃げ面溝部につながる部分の前記着座面溝部の断面積が、前記凹部から前記逃げ面溝部までの経路長に応じてそれぞれ決められている請求項３に記載のスローアウェイインサート。
5. 前記逃げ面溝部につながる部分の前記着座面溝部の断面積が、切削時における前記逃げ面の温度上昇特性に応じてそれぞれ決められている請求項３に記載のスローアウェイインサート。
6. 前記副溝部は、前記主溝部との分岐部または前記流体の流れる方向が変化する屈曲部を有し、前記分岐部における前記主溝部の形成方向と前記副溝部の形成方向とのなす角度、または前記屈曲部の前後の副溝部の形成方向同士がなす角度が、前記凹部から前記逃げ面溝部までの経路長に応じてそれぞれ決められている請求項３に記載のスローアウェイインサート。
7. 前記副溝部は、前記主溝部との分岐部または前記流体の流れる方向が変化する屈曲部を有し、前記分岐部における前記主溝部の形成方向と前記副溝部の形成方向とのなす角度、または前記屈曲部の前後の副溝部の形成方向同士がなす角度が、切削時における前記逃げ面の温度上昇特性に応じてそれぞれ決められている請求項３に記載のスローアウェイインサート。
8. 複数の前記切刃が、前記着座面に垂直な中心線を対称軸とする回転対称の位置にそれぞ
   れ形成され、前記着座面には前記複数の切刃にそれぞれ対応する複数の前記経路が回転対称の位置に形成されている請求項１に記載のスローアウェイインサート。
9. 請求項２に記載のスローアウェイインサートと、前記スローアウェイインサートが装着されたインサート取付座を有するホルダとを備え、前記インサート取付座における前記凹部に対向する位置に流体噴射口が形成された転削工具。
10. 請求項９に記載の転削工具を用いて被削材を切削する切削方法であって、
    前記被削材に前記転削工具を相対的に近づける近接工程と、
    前記転削工具を回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、被削材の表面を切削する切削工程と、
    前記被削材と前記転削工具とを相対的に遠ざける離間工程とを、備えることを特徴とする切削方法。
    

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