JP5218708B1 - ネガティブ型の切削インサート、及びかかる切削インサートを用いた刃先交換式回転切削工具、刃先交換式回転切削工具システム及び切削加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
各環状切れ刃は荒加工用の4つの長辺切れ刃部と仕上げ加工用の4つの短辺切れ刃部とが全周にわたって交互に連結してなり、
各長辺切れ刃部は点Pを介して連結する長辺主切れ刃部と長辺副切れ刃部とからなり、
各短辺切れ刃部は点Qを介して連結する短辺主切れ刃部と短辺副切れ刃部とからなり、前記短辺主切れ刃部は点Rを介して前記長辺副切れ刃部に連結し、
前記長辺主切れ刃部は前記辺部に位置し、前記長辺副切れ刃部、前記短辺主切れ刃部及び前記短辺副切れ刃部は前記コーナー部に位置しており、
前記長辺主切れ刃部の長さL1及び前記短辺主切れ刃部の長さL3はL1>L3の条件を満たす
ことを特徴する。
複数のインサート取付座を有する荒加工用工具本体と、
複数のインサート取付座を有する仕上げ加工用工具本体と、
上記切削インサートとを具備し、
前記荒加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着すると荒加工を行うことができ、その際前記切削インサートのいずれかの連結点Pは前記荒加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Pが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置し、
前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着すると仕上げ加工を行うことができ、その際前記切削インサートのいずれかの連結点Qは前記仕上げ加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Qが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置することを特徴とする。
複数のインサート取付座を有する荒加工用工具本体と、複数のインサート取付座を有する仕上げ加工用工具本体と、上記切削インサートとを準備し、
前記切削インサートのいずれかの連結点Pが前記荒加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Pが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置するように、前記荒加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着することにより、前記被削材に荒加工を行い、
前記切削インサートのいずれかの連結点Qが前記仕上げ加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Qが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置するように、前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着することにより、前記被削材に仕上げ加工を行い、
その際、荒加工に用いた切削インサートを前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に再装着して仕上げ加工を行うか、仕上げ加工に用いた切削インサートを前記荒加工用工具本体のインサート取付座に再装着して荒加工を行うか、両方を行うことを特徴とする。
(A) 全体形状
図1は本発明の切削インサート1の一例を示す斜視図であり、図2は図1に示す切削インサートの平面図であり、図3は図1に示す切削インサートの側面図である。例えば超硬合金からなる本発明の切削インサート1は平面形状が多角形状の平板状である。図1〜図3に示すように、切削インサート1は、多角形状の上面2と、上面2と対向する多角形状の下面3と、上面2の縁と下面3の縁との間に延在す側面4とを有する。
図2に示すように、長辺切れ刃部7を構成する長辺主切れ刃部7aの長さをL1、長辺副切れ刃部7bの長さをL2、短辺主切れ刃部8aの長さをL3、短辺副切れ刃部8bの長さをL4とすると、L1>L3で、かつL2、L3及びL4は実質的に同じである。「実質的に同じ」とは、L2、L3及びL4が完全に同じである必要がなく、数%の誤差が許容されることを意味する。さらに、L1とL3は3≦L1/L3≦10の条件を満たすのが好ましい。
図6及び図8(a) は本発明の切削インサート1を装着すべき荒加工用工具本体14の一例を示し、図7及び図8(b) は本発明の切削インサート1を装着すべき仕上げ加工用工具本体15の一例を示す。荒加工用工具本体14及び仕上げ加工用工具本体15のいずれも、刃先交換式回転切削工具用のボアタイプの工具本体であって、ネジで切削インサート1を着脱可能に装着するための複数(例えば3〜6個)のインサート取付座を外周に沿って有する。勿論、これらの工具本体はボアタイプに限らず、シャンクタイプでも良い。工具本体14,15の後端部は切削加工機に装着される部分である。工具本体14,15は合金工具鋼(例えばSKD61等)により製作することができる。
図6及び図8(a) に示すように、本発明の荒加工用刃先交換式回転切削工具の工具本体14に設けられた複数のインサート取付座14aの各々は、拘束壁面14bと、拘束壁面14bの半径方向外方に位置する平面状のインサート着座面14cと、インサート着座面14cのほぼ中央部に設けられたネジ穴18とを備えている。インサート着座面14cに対して所定の高さに延在する拘束壁面14bは、外側の一対の平面状拘束壁面部14b1,14b2と、内側の一対の自由壁面部14d1,14d2とを有する。隣接する自由壁面部14d1及び14d2の間に大きな溝部14f1が設けられており、隣接する拘束壁面部14b1と自由壁面部14d1との間、及び隣接する自由壁面部14d2と拘束壁面部14b2との間にはそれぞれ小さな溝部14f2が設けられている。
本発明の仕上げ加工用刃先交換式回転切削工具の工具本体15の各インサート取付座15aには、短辺切れ刃部8(連結点Qを介して隣接する短辺主切れ刃部8a及び短辺副切れ刃部8bからなる)が切削加工に使用されるように、切削インサート1が装着される。
本発明の切削加工方法は、荒加工用工具本体14又は仕上げ加工用工具本体15に装着すれば荒加工又は仕上げ加工を行うことができる構造とした1つの切削インサート1で加工及び仕上げ加工の両方を行い、もって切削インサート1の1個当たりの使用コストを低減させることを特徴とする。このために、切れ刃全周を荒加工に用いる切れ刃部(長辺主切れ刃部7a及び長辺副切れ刃部7b)と、仕上げ加工に用いる切れ刃部(短辺主切れ刃部8a及び短辺副切れ刃部8b)とに分けている。
まず、本発明の切削インサート1を荒加工用工具本体14に装着した荒加工用の刃先交換式回転切削工具と、本発明の切削インサート1を仕上げ加工用工具本体15に装着した仕上げ加工用の刃先交換式回転切削工具とを準備する。
荒加工用の刃先交換式回転切削工具を、NC制御による3軸又は5軸のマシニングセンタ等の切削加工機に装着して、被削材に荒加工を行う。
切削インサート1の荒加工時間が所定の時間に達すると切れ刃部が摩耗したと判断し、他の未使用の長辺切れ刃部7a(第一及び第二の切れ刃部7a1,7a2)を使用するために切削インサート1の向きを変え、未使用の長辺主切れ刃部7aと長辺副切れ刃部7bの連結点Pが荒加工用刃先交換式回転切削工具の最下点になるように、インサート取付座14aに再装着する(荒加工用切れ刃変更の第一の再装着)。荒加工用切れ刃変更の第一の再装着は、インサート取付座14aに装着された全ての切削インサート1について行う。上面2の全ての荒加工用長辺切れ刃部7を使用し終えたら、インサート取付座14aに装着されている全ての切削インサート1を裏返して再装着する(荒加工用切れ刃変更の第二の再装着)。
仕上げ加工用の刃先交換式回転切削工具を切削加工機に装着し、工程2で荒加工を実施した被削材に対して仕上げ加工を行う。仕上げ加工で使用する切削加工機は荒加工と別のものでも良い。切削インサート1の仕上げ加工時間が所定の時間に達したら切れ刃部が摩耗したと判断し、他の未使用の短辺切れ刃部8(短辺主切れ刃部8a及び短辺副切れ刃部8b)を使用するために切削インサート1の向きを変え、未使用の短辺主切れ刃部8aと短辺副切れ刃部8bとの連結点Qが仕上げ加工用刃先交換式回転切削工具の最下点になるように、インサート取付座15aに再装着する(仕上げ加工用切れ刃変更の第一の再装着)。仕上げ加工用切れ刃変更の第一の再装着は、インサート取付座15aに装着された全ての切削インサート1について行う。上面2の全ての仕上げ加工用短辺切れ刃部8を使用し終えたら、インサート取付座15aに装着されている全ての切削インサート1を裏返して再装着する(仕上げ加工用切れ刃変更の第二の再装着)。
工程3において荒加工用の刃先交換式回転切削工具に装着した切削インサート1の全ての荒加工用切れ刃部が摩耗したと判断された場合、新しい切削インサート1に交換する。新しい切削インサート1として、工程4で仕上げ加工用切れ刃部が摩耗したと判断された切削インサート1を優先的に装着すると、各切削インサート1の全ての切れ刃を無駄なく使用することができる。
工程4において仕上げ加工用の刃先交換式回転切削工具に装着した切削インサート1の全ての仕上げ加工用の切れ刃部が摩耗したと判断された場合、新しい切削インサート1に交換する。新しい切削インサート1として、工程3で荒加工用切れ刃部が摩耗したと判断された切削インサート1を優先的に装着すると、各切削インサート1の全ての切れ刃部を無駄なく使用することができる。
表1に示す仕様の本発明の切削インサート1を超硬合金により製造した。表1は、長辺主切れ刃部7aの長さL1、長辺副切れ刃部7bの長さL2、短辺主切れ刃部8aの長さL3、短辺副切れ刃部8bの長さL4、隣接する第二切れ刃部7a2と長辺副切れ刃部7bとがなす角度λ1、隣接する長辺副切れ刃部7bと短辺主切れ刃部8aとがなす角度λ2、隣接する短辺主切れ刃部8aと短辺副切れ刃部8bとがなす角度λ3、隣接する短辺副切れ刃部8bと第一切れ刃部7a1とがなす角度λ4、環状傾斜面9の傾斜角α1,α2、及び長辺主切れ刃部7aを構成する第一切れ刃部7a1と第二切れ刃部7a2の交差角βを示す。表1から明らかなように、L1及びL3はL1>L3及びL1/L3=5.0の条件を満たす。
切削形態: 正面フライス切削
被削材: 炭素鋼S50C
切削速度(Vc): 200 m/min
1刃当たりの送り量(fz):0.1 mm/刃
軸方向切込み量(ap): 0.1 mm
半径方向切込み量(ae):37.8 mm
切削方法: 乾式切削
切削形態: 正面フライス切削
被削材: 炭素鋼S50C
切削速度(Vc): 163 m/min
1刃当たりの送り量(fz): 2.2 mm/刃
軸方向切込み量(ap): 2.0 mm
半径方向切込み量(ae): 45.0 mm
切削方法: 乾式切削
本発明の切削インサート1を荒加工用工具本体14に装着してなる荒加工用刃先交換式回転切削工具を用いて、FCD400(球状黒鉛鋳鉄)からなる被削材に延べ130分間の荒加工の彫り込み切削を行い、荒切削加工時間ごとに長辺切れ刃部7(荒加工に用いた切れ刃部)の逃げ面の摩耗幅(VBmax)を測定した。また、荒加工に使用していない長辺切れ刃部7と、仕上げ加工用の短辺主切れ刃部8a及び短辺副切れ刃部7bに対する荒加工の影響を光学顕微鏡(倍率:60倍)で観察した。荒加工に用いた刃先交換式回転切削工具及びマシニングセンタは実施例1と同じであった。実施例2の荒切削加工条件は下記の通りである。
被削材: FCD400
切削速度(Vc): 184 m/min
1刃当りの送り量(fz): 1.5 mm/刃
軸方向切込み量(ap): 1.0 mm
半径方向切込み量(ae):40 mm
加工方法: 乾式切削(エアブロー)
2:上面
3:下面
4:側面
5:コーナー部
6:環状切れ刃
7:長辺切れ刃部
7a:長辺主切れ刃部、 7a1:第一切れ刃部、 7a2:第二切れ刃部
7b:長辺副切れ刃部、
8:短辺切れ刃部
8a:短辺主切れ刃部、8b:短辺副切れ刃部
9:環状傾斜面
9a:第一傾斜面(傾斜したすくい面)
9b:第二傾斜面
10:側面の辺部
11:保持面
12:インサート取付け穴
13:マーク
14:荒加工用工具本体
14a:インサート取付座、 14b:拘束壁面、 14b1,14b2:拘束壁面部、
14c:インサート着座面、 14d1,14d2:自由壁面部、
14e:段差部、 14f1:大きな溝部、 14f2:小さな溝部
15:仕上げ加工用工具本体
15a:インサート取付座、 15b:拘束壁面、 15b1,15b2:拘束壁面部、
15c:インサート着座面、 15d1,15d2:自由壁面部、
15e:段差部、 15f1:大きな溝部、 15f2:小さな溝部
16:インサート取付けネジ
17:被削材
18:インサート着座面14cに設けられたネジ穴
19:インサート着座面15cに設けられたネジ穴
M:長辺主切れ刃部の中間点(第一切れ刃部と第二切れ刃部の交差点)
O:回転中心軸線
P、Q、R、S:連結点
α1:第一環状傾斜面が切削インサートの厚さ方向と直交する平面に対してなす傾斜角
α2:第二環状傾斜面が切削インサートの厚さ方向と直交する平面に対してなす傾斜角
β:第一切れ刃部と第二切れ刃部の交差角
λ1:隣接する第二切れ刃部と長辺副切れ刃部とがなす角度
λ2:隣接する長辺副切れ刃部と短辺主切れ刃部とがなす角度
λ3:隣接する短辺主切れ刃部と短辺副切れ刃部とがなす角度
λ4:隣接する短辺副切れ刃部と第一切れ刃部とがなす角度
κ1:第二切れ刃部の切込み角度(回転中心軸線と直交する平面に対する第二切れ刃部の傾斜角)
κ2:第一切れ刃部の切込み角度(回転中心軸線と直交する平面に対する第一切れ刃部の傾斜角)
κ3:短辺主切れ刃部の切込み角度(回転中心軸線と直交する平面に対する短辺主切れ刃部の傾斜角)
Claims (11)
- 上面及び下面と、前記上面の縁部と前記下面の縁部との間に延在する側面とを有する多角平板状で、前記上面及び前記下面の各々は4つの辺部及び4つのコーナー部を有するとともに、縁部の全周にわたって形成された環状切れ刃と、前記環状切れ刃から内方に傾斜した環状傾斜面と、前記環状傾斜面の内側に延在する保持面とを有し、前記保持面は前記上面から前記下面まで貫通するネジ穴を有するネガティブタイプの切削インサートであって、
各環状切れ刃は荒加工用の4つの長辺切れ刃部と仕上げ加工用の4つの短辺切れ刃部とが全周にわたって交互に連結してなり、
各長辺切れ刃部は点Pを介して連結する長辺主切れ刃部と長辺副切れ刃部とからなり、
各短辺切れ刃部は点Qを介して連結する短辺主切れ刃部と短辺副切れ刃部とからなり、前記短辺主切れ刃部は点Rを介して前記長辺副切れ刃部に連結し、
前記長辺主切れ刃部は前記辺部に位置し、前記長辺副切れ刃部、前記短辺主切れ刃部及び前記短辺副切れ刃部は前記コーナー部に位置しており、
前記長辺主切れ刃部の長さL1及び前記短辺主切れ刃部の長さL3はL1>L3の条件を満たす
ことを特徴する切削インサート。 - 請求項1に記載の切削インサートにおいて、前記長辺主切れ刃部の長さL1と前記短辺主切れ刃部の長さL3とが3≦L1/L3≦10の条件を満たすことを特徴とする切削インサート。
- 請求項1又は2に記載の切削インサートにおいて、前記長辺主切れ刃部はその長さ方向中央部で交差する第一切れ刃部及び第二切れ刃部からなり、前記第二切れ刃部は点Pを介して前記長辺副切れ刃部に連結しており、前記第一切れ刃部と前記第二切れ刃部の交差角βは鈍角であることを特徴とする切削インサート。
- 請求項3に記載の切削インサートにおいて、前記交差角βが150°≦β≦170°の条件を満たすことを特徴とする切削インサート。
- 請求項3又は4に記載の切削インサートにおいて、隣接する前記第二切れ刃部と前記長辺副切れ刃部とがなす角度λ1が7°≦λ1≦20°の条件を満たすことを特徴とする切削インサート。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の切削インサートにおいて、隣接する前記短辺主切れ刃部と前記短辺副切れ刃部とがなす角度λ3が12°≦λ3≦30°の条件を満たすことを特徴とする切削インサート。
- 複数のインサート取付座を有する荒加工用工具本体と、前記インサート取付座の各々に着脱自在に装着された請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサートとを具備する荒加工用の刃先交換式回転切削工具であって、前記切削インサートのいずれかの連結点Pが前記工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Pが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置することを特徴とする荒加工用の刃先交換式回転切削工具。
- 複数のインサート取付座を有する仕上げ加工用工具本体と、前記インサート取付座の各々に着脱自在に装着された請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサートとを具備する仕上げ加工用の刃先交換式回転切削工具であって、前記切削インサートのいずれかの連結点Qが前記工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Qが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置することを特徴とする仕上げ加工用の刃先交換式回転切削工具。
- 請求項7又は8に記載の刃先交換式回転切削工具において、前記切削インサートのコーナー部の両側にある側面の一方は、前記コーナー部に隣接する第一切れ刃部を有する側面部と第二切れ刃部を有する側面部とを有し、他方は前記コーナー部に隣接する第二切れ刃部を有する側面部と第一切れ刃部を有する側面部とを有し、前記コーナー部に隣接する両側面部の少なくとも一方が前記工具本体のインサート取付座の拘束壁面部に接し、かつ前記コーナー部に隣接する両側面部にそれぞれ隣接する両側面部がともに前記工具本体のインサート取付座の拘束壁面部に接し、もって前記切削インサートのコーナー部の両側にある少なくとも3つの側面部が前記拘束壁面部により拘束されていることを特徴とする刃先交換式回転切削工具。
- 荒加工及び仕上げ加工の両方を行うことができる刃先交換式回転切削システムであって、
複数のインサート取付座を有する荒加工用工具本体と、
複数のインサート取付座を有する仕上げ加工用工具本体と、
請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサートとを具備し、
前記荒加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着すると荒加工を行うことができ、その際前記切削インサートのいずれかの連結点Pは前記荒加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Pが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置し、
前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着すると仕上げ加工を行うことができ、その際前記切削インサートのいずれかの連結点Qは前記仕上げ加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Qが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置する
ことを特徴とする刃先交換式回転切削システム。 - 被削材に荒加工及び仕上げ加工を行う方法であって、
複数のインサート取付座を有する荒加工用工具本体と、複数のインサート取付座を有する仕上げ加工用工具本体と、請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサートとを準備し、
前記切削インサートのいずれかの連結点Pが前記荒加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Pが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置するように、前記荒加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着することにより、前記被削材に荒加工を行い、
前記切削インサートのいずれかの連結点Qが前記仕上げ加工用工具本体の回転中心軸線方向の最下点に位置するとともに、全ての前記切削インサートの最下点の連結点Qが前記回転中心軸線と直交する同一平面上に位置するように、前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に前記切削インサートを着脱自在に装着することにより、前記被削材に仕上げ加工を行い、
その際、荒加工に用いた切削インサートを前記仕上げ加工用工具本体のインサート取付座に再装着して仕上げ加工を行うか、仕上げ加工に用いた切削インサートを前記荒加工用工具本体のインサート取付座に再装着して荒加工を行うか、両方を行う
ことを特徴とする切削加工方法。
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