JP5196077B2 - 切削用インサートおよび刃先交換式転削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削用インサートおよびその切削用インサートが取り付けられる刃先交換式転削工具に関する。

従来、金型の製造等で行われるポケット加工においては、穴あけ加工可能な転削工具が用いられることがある。ポケット加工においては、生成された切りくずを加工された凹み（ポケット）から定常的に排出し続けることが能率的な加工を行うための条件の一つであり、そのためにエアブローが用いられる。この排出方法は、加工された凹みに向かって高圧のエアーを噴射し、その風圧で切りくずを穴の外へと吹き飛ばすものである。

エアブローが使用される場合であっても、どのような大きさの切りくずでも吹き飛ばせるほどの高圧なエアーの噴射が可能なわけではないので、できるだけ細分化された切りくずを生成することがポケット加工を行う転削工具には求められる。切りくずの細分化を実現する方法の一つとして、特許文献１は、逃げ面に複数本のニックを形成して、切れ刃を断続させた切削用インサートを開示している。

特開２００７−２８３４８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたようなニック付き切削用インサートは、単体で使用されるとニックが形成された部分が切削されない。このため、一つのニック付き切削用インサートでは切削されない部分を補って切削するための、別の形状の切削用インサートがさらに必要となる。そのため、ニック付き切削用インサートを使用する場合には、常に複数種類のインサート用意する必要があり、保管コストの増大を招いている。また、別の形状のインサートといえども、その違いは微小であるため、本来取り付けるべき種類以外のインサートを取り付けてしまう取り付け間違いなどが発生する可能性もあった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、１種類のインサートで切りくずの細分化が可能な切削用インサートおよびその切削用インサートを装着できる転削工具を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の切削用インサートは、転削工具の工具本体に着脱自在に装着され、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部分に形成される切れ刃と、を備える切削用インサートであって、前記切れ刃のうち、主切れ刃は、少なくとも２つの分割された小切れ刃を含み、隣り合う当該少なくとも２つの小切れ刃は、すくい面と逃げ面との交差稜線部に形成される分割部にそれぞれ接続され、すくい面の正面から見たときに、前記分割部を挟んで送り方向後方側にある一方の小切れ刃と前記分割部との接続部は、その分割部を挟んで送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃を、前記送り方向後方側にある一方の小切れ刃方向へ延長した仮想直線よりも切削用インサートの中心側に形成されていることを特徴とする。

また好適には、一の分割部を挟んで隣り合う２つの小切れ刃のうち、送り方向後方側にある小切れ刃の切込み角が送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃の切込み角よりも小さい切削用インサートである。

また好適には、一の小切れ刃の切込み角が５°以上２０°以下に設定されたときに、他の全ての小切れ刃の切込み角も５°以上２０°以下になる切削用インサートである。

また好適には、前記分割部が直線状である切削用インサートである。

本発明の刃先交換式転削工具は、上述したいずれかの本発明の切削用インサートを着脱自在に装着できる。

本発明の切削用インサートの切れ刃は、主切れ刃が複数に分割されているが、それらの切削領域が互いに一部重複しているため、細分化された切りくずを生成できて、なおかつ１種類の切削インサートで加工ができる。そのため、本発明の切削用インサートの管理に伴うコストや手間は、従来に比べて非常に小さくなる。

また、本発明の切削用インサートを取り付ける際には、どのインサートを工具本体のどの場所に取り付けるのか、ということを考慮する必要がないので、非常にスムースな交換・取り付け作業が可能になる。

本発明の切削用インサートの主切れ刃には、主切れ刃に沿う方向で該主切れ刃の途中に、二つに分割された小切れ刃同士をつなぐ、切削には関与しない分割部が少なくとも１つ設けられる。互いに分離した各小切れ刃から生成される切りくずは、主切れ刃に沿う方向の長さが短く、容積の小さいものとなり、ポケット加工において、このようなコンパクトで軽量な切りくずは、エアブローによって前記ポケットから容易に排出され、切りくず噛み込みによる切れ刃の欠損や加工面の損傷が抑制される。

本発明に係る刃先交換式転削工具では、本発明の切削用インサートが用いられるため、インサート取付座ごとに異なる種類のインサートを取り付けるような手間は要しない。そのため、機械的な作業が容易になり、交換作業時間が従来よりも短縮される。

また、本発明に係る刃先交換式転削工具が生成する切りくずは細分化され、且つ厚さも薄いため、ポケット加工で本発明の刃先交換式転削工具が用いられた場合には、切りくずの噛み込み等の切りくずが加工穴から排出されないことによって生じる種々の問題が生じにくくなる。

本発明の実施形態に係る切削用インサートの正面図である。 図１に示す切削用インサートの右側面図である。 図１に示す切削用インサートの平面図である。 図１におけるＸ矢視図である。 図１の切削用インサートの主切れ刃の拡大図である。 本発明の実施形態に係るエンドミルの正面図である。 図６に示すエンドミルの要部の右側面図である。 図６に示すエンドミルの要部の平面図である。

以下、本発明の実施形態に係るエンドミルについて、図を参照しながら説明する。図１は、当該エンドミルに用いられる切削用インサートの正面図である。図２および図３は夫々、図１に示す切削用インサートの右側面図および平面図である。図４は、図１におけるＸ矢視図である。図５は図１の切削用インサートの主切れ刃の拡大図である。図６は、当該エンドミルを軸線方向からみた正面図である。図７および図８は夫々、図５に示すエンドミルの要部の右側面図および平面図である。

本実施形態に係る切削用インサート１０は、図１に示すように略平行四辺形の板状をなし、対向する上下面のうち上面にすくい面１４が形成され、下面に着座面１９が形成され、対向する上下面間で延びる側面に逃げ面１５が形成され、すくい面１４と、逃げ面１５との交差稜線部に切れ刃が形成される。対向する上下面の中央には、当該上下面を貫通する取付穴２０が形成されている。

切削用インサート１０は、各逃げ面１５が切れ刃から下面に近づくにしたがって内側に向かって傾斜する、いわゆるポジチップとされ、少なくとも切れ刃が超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超高圧焼結体、または上記のいずれかの材質にＴｉやアルミナ等を含む金属化合物によるコーティングが施された材質からなる。

すくい面１４の一対の短辺に形成された切れ刃は、鋭角コーナ１６と、鋭角コーナ１６につながるさらい刃１８と、さらい刃１８につながる主切れ刃１１と、主切れ刃１１につながる鈍角コーナ１７と、を備え、さらい刃１８はＨ軸とほぼ平行な方向に直線状に延びている。なお、Ｈ軸とは本実施形態においては送りの方向に平行な軸線で、図１の右方が送りの方向となる。そして、さらい刃１８の長さは切削用インサート１０を装着する切削工具において想定される最大の送り量と等しいか、それよりもやや大きくなるように形成される。なお、さらい刃１８は円弧状であってもよい。

主切れ刃１１は、すくい面１４と逃げ面１５との交差稜線部に形成されている。この主切れ刃１１は、当該主切れ刃１１と同様に、すくい面１４と逃げ面１５との交差稜線部に形成される分割部１２によって、二つの短い小切れ刃に分割されている。そして、以下の説明では分割部１２を挟んで送り方向後方側の小切れ刃を第１切れ刃１１ａと呼称し、分割部１２を挟んで送り方向前方側の小切れ刃を第２切れ刃１１ｂと呼称する。

すくい面１４の、一対の長辺の夫々には外周切れ刃１３が形成され、切削用インサート１０は外周切れ刃１３が転削工具本体に対してその中心軸線と平行となるように、若しくはバックテーパが作られるように取り付けられる。

切削用インサート１０の下面に形成された着座面１９、外周切れ刃１３から延びる側面（逃げ面１５）およびさらい刃１８から延びる側面（逃げ面１５ａ）は、転削工具本体に設けられたチップ座の座面および周壁に当接する当接面として機能する。

図１に図示するように、すくい面１５を正面に見たとき、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂは直線状をなしている。ただし、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂは円弧状に湾曲していてもよい。第１切れ刃１１ａの切込み角κ１は、５°以上２０°以下の範囲となるように設定され、第２切れ刃１１ｂの切込み角κ２も５°以上２０°以下の範囲となるように設定される。別の言い方をすれば、切削用インサート１０が第１切れ刃１１ａの切込み角κ１が５°以上２０°以下となるように転削工具本体に装着されたときに、第２切れ刃１１ｂの切込み角κ２も同時に５°以上２０°以下の範囲となるように第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂは設計される。切込み角が上述の範囲内で設定されると、切りくずの切取り厚さが薄くなるので、送り量の大きい高送り加工を行ったときでも切込み境界部に加わる切削抵抗が小さく抑えられ、その部分のチッピングや欠損等の発生が抑制される。

図１においては、本実施形態の切削用インサート１０が上述したようにＨ軸方向に送られ、且つＨ軸に垂直なＶ軸方向に切り込まれるように使用されると仮定した場合で、各切込み角κ１、κ２を図示する。この場合、切込み角κ１は第１切れ刃１１ａとＨ軸に平行な軸線とがなす角で規定され、切込み角κ２は第２切れ刃１１ｂとＨ軸に平行な軸線とがなす角で規定される。各切込み角κ１、κ２は一方の切込み角の設定値に影響されることなく別個独立に設定される。従って、切込み角κ１と切込み角κ２とが相違する場合もあり得るし、また、これら二つの値が同じ大きさになる場合もあり得る。ただし、切込み角κ２の大きさが、切込み角κ１の大きさよりも大きければ、インサート全体で考えた場合の切込み可能な深さの最大値が増加し、効率的な加工が可能になる。なお、第１切れ刃１１ａまたは第２切れ刃１１ｂが円弧状の場合には、切込み角の最大値が５°以上２０°以下の範囲となるように、各小切れ刃は設計される。

本実施形態の直線状の第１切れ刃１１ａは、分割部１２と第１切れ刃１１ａとの接続部分（Ｐａ）からＨ軸までの距離（Ｌａ）よりも、分割部１２と第２切れ刃１１ｂとの接続部分（Ｐｂ）からＨ軸までの距離（Ｌｂ）が、長くなるように形成される。別の言い方をすれば、第１切れ刃１１ａと分割部１２との接続部は、第２切れ刃１１ｂを第１切れ刃１１ａ側に延ばした仮想直線よりも、切削用インサート１０の中心側に形成される。

このため、分割部１２は第２切れ刃１１ｂとの接続部分Ｐｂを通りＨ軸に平行な軸線よりもＶ軸方向後方側に形成され、第２切れ刃１１ｂが切削を行っているときでも被削材と一切接触せず、切削に関与しない。また、このような分割部１２が形成されると、第１切れ刃１１ａの切削可能領域と、第２切れ刃１１ｂの切削可能領域との間に、同時に切削可能な重複した切削可能領域が発生する。これにより、本実施形態の切削インサート１０単体で、若しくは、本実施形態の切削インサート１０だけを複数個用いることで被削材に切削されない部分が形成されない。本実施形態の切削用インサート１０はポジチップであるので、分割部１２から下面に延びる側面も、下面に向かうにつれて切削用インサート１０の内方へ傾斜する傾斜面で形成される。

本実施形態の切削用インサート１０は、上述したように加工面に切削されない部分を作らない。そのため、本実施形態の切削用インサート１０単体での切削が可能であり、保管コストが従来よりも低減する。また、複数の切削用インサートを用いる転削工具に本実施形態の切削用インサート１０が用いられる場合には、取り付け箇所毎に切削用インサートの種類を考慮するという手間が不要なので、能率的な刃先交換が行える。

分割部１２、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂは、上述した実施形態の態様に限定されない。すなわち、本発明の切削用インサート１０の主たる技術思想は、主切れ刃の途中に切削に関与しない部分を設けることで主切れ刃を２つ以上の短い小切れ刃に分割し、尚且つ分割した各小切れ刃の切削可能領域を一部重複させることであるので、それが実現された形状の主切れ刃を有する切削用インサートは本発明の技術の範囲である。

そのため、例えば、分割部は上述した実施形態のように直線状ではなく、曲線状でもよい。その場合も、分割部を挟んで送り方向後方側にある小切れ刃と分割部との接続部が、送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃を送り方向後方側にある小切れ刃側に延ばした仮想延長線よりも切削用インサートの中心側に形成されれば、分割部が切削に関与しなくなる切込み角の設定が可能になり、尚且つ２つの小切れ刃の切削可能領域が一部重複する。なお、分割部が曲線の場合、切削用インサートの中心側に向かって凹状に湾曲する曲線でもよいし、切削用インサートの外方に向かって凸状に湾曲する曲線でもよい。

送り方向前方側にある小切れ刃の仮想延長線よりも切削インサートの外方に、送り方向後方側の小切れ刃と分割部との接続部が位置すると、どのような切込み角を設定しようとも、分割部も切削に関与するようになる。なお、「送り方向の前方側」とは、ある位置を基準にしたときに、その位置よりも送りの方向と同じ側にある場所を指し、「送り方向の後方側」とは、ある位置を基準にしたときに、その位置よりも送りの方向と逆方向側にある場所を指す。

また本発明の切削用インサートの別の形態として、本実施形態では第１切れ刃１１ａと分割部１２とが鈍角に交差していたが、それとは逆に、鋭角に交差するようにしてもよい。同様に、分割部１２と第２切れ刃１１ｂも鋭角に交差してもよいし、鈍角に交差してもよい。

本発明の切削用インサートの別の形態として、分割部を挟んで一方の小切れ刃が直線状であって、他方の小切れ刃が円弧状であるような形状も可能である（図示しない）。また別の形態として、主切れ刃が２個以上の分割部を有し、且つ３つ以上の小切れ刃を有するような形状も可能である（図示しない）。この場合、任意の分割部とその両端に接続する小切れ刃との関係は、上述したように、分割部を挟んで送り方向後方側にある小切れ刃と分割部との接続部が、送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃を送り方向後方側にある小切れ刃側に延ばした仮想延長線よりも切削用インサートの中心側に形成される必要がある。また本発明の切削用インサートの別の形態として、三角形、五角形等の多角形板状のもの、ネガチップに置き換えも可能である。

次に本発明の転削工具をその一実施形態であるエンドミルで説明する。図６〜図８に図示するように上記実施形態の切削用インサート１０は、取付穴２０に挿通したクランプねじ３０によって、略丸棒状をなす工具本体１の先端外周部に設けたチップ座４に着脱自在に装着される。チップ座４の工具回転方向Ｋの前方側には、チップ座４に隣接し、かつ、工具本体の外周面２を切り欠いて形成された切りくずポケット５が設けられ、前記チップ座４に装着した切削用インサート１０のすくい面１４の前方には切りくずを収容するための十分な空間が形成される。

切削用インサート１０は、図７および図８からわかるように、鈍角コーナ１７と、第２切れ刃１１ｂと、第１切れ刃１１ａとが、工具本体１の先端面３から突出するように、また、外周切れ刃１３が工具本体１の外周面２から突出するように工具本体１に装着される。ここで、切削用インサート１０は、工具本体１の基端側に位置する側の端部を若干工具本体１の中心側に傾けるように装着される。これによって、切込み角κ１、κ２は５°以上２０°以下の範囲となり、なおかつ外周切れ刃１３が工具本体１の中心軸線と平行に、若しくはバックテーパを有するようになる。

このエンドミルにおいては、図７、図８に示すように、分割部１２の各端部に接続される第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂの端部は、工具本体１の径方向において離間し、かつ、分割部１２より鈍角コーナ１７側にある第２切れ刃１１ｂは、分割部１２より鋭角コーナ１６側にある第１切れ刃１１ａの延長線ＥＬ１よりも工具本体１の先端側に位置し、延長線ＥＬ２に略平行となっている。さらに、分割部１２と第２切れ刃１１ｂ部分との接続部（図１のＰｂに相当）は、分割部１２と第１切れ刃１１ａとの接続部（図１のＰａに相当）よりも工具本体１の先端側に位置している。

分割部１２と第２切れ刃１１ｂとの接続部が、分割部１２と第１切れ刃１１ａとの接続部よりも工具本体１の先端側に突出することで、分割部１２の全部は第２切れ刃１１ｂよりも工具本体１の後端側に引っ込んで形成される。このため、分割部１２は、加工の際に、被削材と一切接触しない切削に関与しない部分となる。そして当然のことながら、分割部１２から下面へ延びる側面も被削材に接触しないように、下面に向かうにつれて、この切削用インサートの内方へ傾斜する傾斜面で形成されている。

本実施形態の切削用インサートおよびエンドミルによれば、主切れ刃１１の途中に切削に関与しない分割部１２が１つ形成され、それにより主切れ刃１１が第１切れ刃１１ａと第２切れ刃１１ｂとの二つの部分に分断されることで、各切れ刃がそれぞれの刃長に応じた幅を有する、短く容積の小さい切りくずを生成する。金型のポケット加工において、このようにコンパクトで軽量な切りくずは、エアブローによってポケットから容易に排出されるので、切りくずの噛み込みによる主切れ刃１１や外周切れ刃１３等の欠損が抑制される。

第１切れ刃１１ａの切込み角κ１および第２切れ刃１１ｂの切込み角κ２が共に５°以上２０°以下という比較的小さな値の範囲内に設定にされることで、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂの実質切り取り厚さが小さくなり、切れ刃全体に加わる切削中の負荷が低減する。これにより第１切れ刃１１ａまたは第２切れ刃１１ｂの損傷、特に切込み境界部の損傷が抑制され、切れ刃全体の寿命が向上する。

主切れ刃の切込み角が小さい切削工具では、一般に主切れ刃と被削材との接触長が長く、切りくずの幅が大きくなる。しかしながら、本実施形態の切削用インサートおよびエンドミルでは、主切れ刃１１が第１切れ刃１１ａと、第２切れ刃１１ｂとに分割されているため、それぞれの切刃から生成される切りくずの幅は、主切れ刃１１の長さよりも短いものとなる。また一方で、第１切れ刃１１ａの切込み角κ１および第２切れ刃１１ｂの切込み角κ２はそれぞれ小さな値に設定されているので、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂから生成される切りくずは、その厚さも薄くなる。以上のことから判るように、主切れ刃１１に分割部１２が形成されることにより、本実施形態の切削用インサート１０およびエンドミルは、幅が狭く薄い切りくずを生成することができる。幅が狭く薄い切りくずは、コンパクトで軽量かつ弾性変形しやすいスプリング状になり、容易に排出される。そのため、切りくずの噛み込みによる切れ刃の欠損を抑制する効果がきわめて高くなる。

第１切れ刃１１ａの接続部Ｐａを通るＨ軸に平行な線と、第２切れ刃１１ｂの接続部Ｐｂを通るＨ軸に平行な線との間の領域に、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂのそれぞれの一部が入っているので（図５参照）、第１切れ刃１１ａの切削可能域と第２切れ刃１１ｂの切削可能域とが途切れることなく連続する。そのため、被削材の切り残しが発生しない。

本実施形態に係る切削用インサート１０のすくい面１４は、鈍角コーナ１７の先端が切削用インサート１０の厚さ方向で最も高位になっており、鈍角コーナ１７から離間するにつれて、切削用インサート１０の厚さ方向で漸次低位となっている。このようなすくい面１４に形成された傾斜面１４ａは、すくい面１４に対向する方向からみて鈍角コーナ１７を一つの頂点とする略三角形状を呈し、この傾斜面１４ａに連なる第１切れ刃１１ａ、第２切れ刃１１ｂおよび外周切れ刃１３のすくい角を増加させる。

すくい角が増加した切削用インサート１０を装着したエンドミルにおいては、主に切削を担う第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂの径方向すくい角βが増加する。径方向すくい角βが増加することで切削抵抗が低減し、ポケット加工において、工具びびりの少ない安定した加工が可能となる。そして、径方向すくい角βは負の値よりは正の値となることが好ましい。径方向すくい角βが正となると、切削抵抗が減少すると共に切削抵抗の方向が工具本体１の中心側に向く。その結果、切れ刃の欠損が防止される。径方向すくい角βが正となると、第１切れ刃１１ａおよび第２切れ刃１１ｂから生成される切りくずの流出方向も工具本体１の中心側に向く。そうなると、工具本体１の外周側に壁面を残して切削する壁面加工、特にポケット加工における壁面加工において、切りくずが前記壁面と工具本体の外周面２との隙間に噛み込まれることが抑制される。これにより前記壁面への切りくず凝着が抑えられ、前記壁面の外観の品位が向上する。

本実施形態のエンドミルのように、外周切れ刃１３が工具本体１の中心軸線に平行に配置されることで、被削材の壁面が高精度に仕上がる。ただし、外周切れ刃１３と前記壁面との接触長が大きくなると、切削抵抗の増加によって工具のびびりを招くおそれがあるので、これを防止するために、切削用インサート１０のすくい面１４の長辺をその途中から鋭角コーナ１６にかけて外周切れ刃より内側に傾斜させるか、凹ませることによって、任意にバックテーパが設けられるようにしてもよい。

前述した実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、上記の説明では、転削工具の一実施形態としてエンドミルを用いたが、本発明の転削工具は正面フライスやサイドカッタ等のエンドミル以外の転削工具にも適用できる。本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。

Claims (5)

1. 転削工具の工具本体に着脱自在に装着され、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部分に形成される切れ刃と、を備える切削用インサートであって、
   前記切れ刃のうち、主切れ刃は、少なくとも２つの分割された小切れ刃を含み、隣り合う当該少なくとも２つの小切れ刃は、すくい面と逃げ面との交差稜線部に形成される分割部にそれぞれ接続され、すくい面の正面から見たときに、前記分割部を挟んで送り方向後方側にある一方の小切れ刃と前記分割部との接続部は、その分割部を挟んで送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃を、前記送り方向後方側にある一方の小切れ刃方向へ延長した仮想直線よりも切削用インサートの中心側に形成されていることを特徴とする切削用インサート。
2. 一の分割部を挟んで隣り合う２つの小切れ刃のうち、送り方向後方側にある小切れ刃の切込み角が送り方向前方側にあるもう一方の小切れ刃の切込み角よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の切削用インサート。
3. 一の小切れ刃の切込み角が５°以上２０°以下に設定されたときに、他の全ての小切れ刃の切込み角も５°以上２０°以下になることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の切削用インサート。
4. 前記分割部が直線状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の切削用インサート。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の切削用インサートを着脱自在に装着できる刃先交換式転削工具。

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