JP5334497B2 - 切削インサートおよび切削工具並びにそれを用いた切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具並びにそれを用いた切削方法に関する。

金属等の被削材を加工する切削工具は、ホルダと該ホルダのインサートポケットに装着された切削インサートとを備えている。切削インサートは、コーナー部を構成する２つの側面と、上面と、下面と、上面と側面との交差部のうちコーナー部に位置する部分に形成された切刃と、を有している。

切削インサートは、下面を着座面としてインサートポケットに当接させて、ホルダに装着される。そのため、切削加工時には、下面の縁部に大きな負荷がかかり、損傷しやすい。そこで、下面の縁部の損傷を抑制するため、特許文献１に記載されているように、下面の縁部の全周に渡って面取りを施した切削インサートが一般的に使用されている。

このような切削インサートでは、下面の縁部の全周に渡って一様に面取りが施されている。そのため、着座面となる下面の領域が、全体として一様に縮小する。

しかしながら、下面の縁部のうち、コーナー部近傍には、切削時に特に大きな負荷がかかるため、上記の切削インサートでは、下面の縁部のうちコーナー部近傍の安定性が悪くなるという問題があった。その結果、加工精度が低下したり、切削時にビビリが生じて切刃が欠損したりするといった問題があった。
特開２００２−２１０６０３号公報

本発明の課題は、切削時に大きな負荷がかかるコーナー部近傍のすわりを安定させ、優れた加工精度を有し、切刃が欠損しにくい切削インサートを提供することである。

本発明に係る切削インサートは、コーナー部を構成する２つの側面と、上面と、下面と、前記側面と前記上面との交差部のうち前記コーナー部に位置する部分に形成された切刃部と、を備えた切削インサートにおいて、前記側面と前記下面との間に、前記下面に向かうにつれて内方に位置するよう傾斜した傾斜面を有しており、前記下面は、下面視で、前記下面の中央側に位置し、縁部が前記側面と前記上面との前記交差部と平行である中央領域と、少なくとも一部の縁部が前記中央領域の縁部より前記上面の縁部側に近接するように張り出すとともに前記コーナー部にむかって延びる張出領域とからなることを特徴とする。

さらに、本発明に係る切削工具は、先端にインサートポケットを有したホルダと、前記インサートポケットに装着された前述の切削インサートと、を備えている。

また、本発明に係る被削材の切削方法は、被削材を切削する方法であって、前記被削材を回転させ、請求項９に記載の切削工具の前記切刃を前記被削材に近接させる工程と、前記切刃を前記被削材の表面に接触させて前記被削材を切削する工程と、前記切刃を前記被削材から離間させる工程と、を備えている。

本発明に係る切削インサートおよび切削工具によれば、下面のコーナー部近傍におけるすわりの安定性を向上させることができ、切刃が欠損することを抑制するとともに、加工精度の向上が図れる。

また、本発明に係る被削材の切削方法によれば、加工精度の高い切削加工が可能となり、仕上げ面精度の高い加工物を得ることができる。

＜切削インサート＞
図１および図２を用いて、本発明に係る第１の実施形態における切削インサート１（以下、インサート１と略す。）について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態のインサート１の（ａ）上面図、（ｂ）下面図、（ｃ）側面図である。そして、図２は、インサート１の下面側斜視図である、さらに、図３は、図１（ｂ）の要部拡大図であり、図４は、（ａ）図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）図３のＣ−Ｃ断面図である。

インサート１は、コーナー部２を構成する２つの側面３，３と、上面４と、下面５と、切刃部６と、を備えている。切刃部６は、側面３と上面４との交差部のうち、コーナー部２に対応する部分に形成されている。

本実施形態においては、上面４および下面５は、略菱形形状である。したがって、上面４および下面５は、２つの鋭角角部と、２つの鈍角角部と、を有している。本実施形態においては、略菱形形状の鋭角角部が、切刃部６が形成されているコーナー部２となる。したがって、インサート１は、２つの鋭角角部に各々切刃部６が設けられている。すなわち、インサート１は、上面側において、いわゆる２コーナー使いのインサートである。

図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、側面３，３よりも下面５側に、下面５に向かうにつれて内方に位置するよう傾斜した傾斜面７を有している。

本実施形態においては、傾斜面７の下面側には、下面５との間に凸状のつなぎ面が設けられている。一方、傾斜面７の上面側には、側面３の上面側部分との間に凹状のつなぎ面が設けられている。

そして、下面５は、図１（ｂ）に示すように、下面視で、下面５の中央に位置する中央領域９と、コーナー部２に向かって延びる張出領域８と、を有している。

下面視で、張出領域８の少なくとも一部の縁部８１は、中央領域９の縁部９１よりも、上面４の縁部４１に近接するよう、コーナー部２に向かって張り出している。

このように、側面３の下面５側に傾斜面７を設け、且つ、下面５にはコーナー部２に向かって延びる張出領域８を設けることで、切削時に大きな負荷がかかるコーナー部２近傍のインサート１のすわりを安定させることができる。

すなわち、下面５の縁部５１の全周のうちコーナー部２の近傍に位置する部分が、インサート１のより外周側に位置することになる。そのため、下面５のコーナー部２近傍のすわりの安定性が増す。そのため、切削時にびびりが生じることを抑制でき、加工精度が向上するとともに、切刃部６の欠損を抑制することができる。その結果、工具寿命を長くすることができる。

特に、コーナー部２の角度が小さい形状、いわゆる、Ｄ型、Ｖ型のインサートにおいては、下面の縁部５１の全周に一様に面取りを施した従来の形状をなすインサートに対して、工具寿命が著しく向上する。

なお、本実施形態のように、張出領域８は、下面５のうち、下面５の縁部５１が上面４の縁部４１と略平行である中央領域９に対して、下面５の縁部５１が上面４の縁部４１に近接している領域である。すなわち、図３に示すように、下面５のうち、上面４の縁部に略平行な中央領域９１の縁部をコーナー部２側に延ばした仮想延直線（点線）より外側に位置する領域が、張出領域８となる。

本実施形態においては、下面視で、中央領域９の縁部９１と上面４の縁部４１との距離ｄ９は、中央領域９の全周に渡って一定である。一方、下面視で、張出領域８の縁部８１と上面４の縁部４１との距離ｄ８は、コーナー部２に近づくにつれて徐々に小さくなっている。なお、上述したように、ｄ９＞ｄ８を満たす。

ここでいうｄ８は、図１（ｂ）に示すように、下面視で、上面４の縁部４１に対して略垂直な方向における、張出領域８の縁部８１と上面４の縁部４１との距離をいう。また、同様に、ｄ９は、下面視で、上面４の縁部４１に対して略垂直な方向における、中央領域９の縁部９１と上面４の縁部４１との距離をいう。

さらに、張出領域８に対応する傾斜面７８の下面５に対する傾斜角度θ７８は、中央領域９に対応する傾斜面７９の下面５に対する傾斜角度θ７９よりも大きい。このような構成により、張出領域８をコーナー部２側により近づけることができる。その結果、インサート１のコーナー部２側におけるすわりがさらに安定する。

なお、ここでいう傾斜角度θ７８は、傾斜面７８を含み、上面４の縁部４１に略垂直で且つ下面５に略垂直な断面における、傾斜面７８の傾斜角度をいう（図４（ａ）、（ｂ）参照）。具体的には、傾斜角度θ７８（後述のα、β）は、前記断面において、下面５に対する傾斜面７８の傾斜角度をいう。すなわち、図４（ａ）（ｂ）に示すように、前記断面において、下面５をコーナー部２側に延ばした仮想延直線と傾斜面７８とのなす角度が、傾斜角度θ７８となる。傾斜角度θ７９も、傾斜角度θ７８と同様にして定義できる（図４（ｃ）参照）。

さらに、本実施形態においては、張出領域８に対応する傾斜面７８の傾斜角度は、コーナー部２に近づくにつれて大きくなる。このような構成により、張出領域８をコーナー部２側に張り出させて、すわりの安定性を向上させる効果が高まる。

一方、本実施形態においては、上述したように、中央領域９の縁部９１と上面４の縁部４１との距離は、中央領域９の全周に渡って一定である。また、本実施形態においては、下面４と上面５は略平行であり、側面３の下端も、下面４と略平行である。したがって、中央領域９に対応する傾斜面７９の傾斜角度θ７９は、傾斜面７９の全周に渡って一定である。

またさらに、張出領域８に対する傾斜面７８の傾斜角度θ７８は、３０度〜６０度であることが好ましい。これにより、金型成形でインサート１を加工する場合、加工が容易であるとともに、張出領域８によるすわりの安定性を向上させる効果を得ることができる。

なお、傾斜面７の傾斜角度θ（θ７８、θ７９）は、側面３よりも大きい。このような構成により、下面５の縁部にかかる応力の緩和が図れる。

また、図３に示すように、張出領域８の縁部８１は、コーナー部２側に位置する円弧部分８１１と、円弧部分の両端側に位置する直線部分８１２と、を有している。これにより、座面に加わる応力の集中を緩和することができる。また、インサート１の下面５側の形状が単純な形状となるため、金型形状が単純な形状となる。そのため、インサート１の加工コストの低減が図れる。

さらに、張出領域８に対応する傾斜面７８は、円弧部分８１１に対応する第１傾斜面７１と、直線部分８１２に対応する第２傾斜面７２，７２と、を有している。そして、第１傾斜面７１の下面５に対する傾斜角度をαとし、第２傾斜面７２の下面５に対する傾斜角度をβとする。このとき、α＞βであることが好ましい。これにより、張出領域をよりコーナー部まで突出させるとともに、該インサート１を金型成形する場合に使用する金型の強度を大きくすることができる。

傾斜角度αは、図４（ａ）に示すように、コーナー部２の二等分線を含み、下面５に略垂直な断面における第１傾斜面７１の傾斜角度である。また、傾斜角度βは、図４（ｂ）に示すように、直線部分８１２に略垂直で且つ下面５に略垂直な断面における第２傾斜面７２の傾斜角度である。より具体的には、前記α、βは、いずれも、上述したθ７８と同様に定義できる。

また、図３に示すように、張出領域８の縁部８１のうちコーナー部２側の部分８１１は、下面視で、円弧状をなす。これにより、張出領域８のコーナー部２側にかかる応力の集中を緩和することができる。そのため、切削時に下面４のコーナー部２側が欠損することを抑制することができる。そのため、コーナー部２側のすわりの安定性をより向上させることができる。

加えて、張出領域８の縁部の８１１は、切刃部６で生成されカールされた切屑が衝突する場合がある。本実施形態のように、縁部８１１が、円弧状をなすことで、生成された切屑が衝突した場合にも、張出領域８が欠損することを抑制することができる。その結果からも、インサート１のコーナー部２側のすわりを安定化させることができる。

さらに、張出領域８のコーナー部２側と傾斜面７との間に、下面５に略平行な平坦面１０が設けられている。そして、平坦面１０と傾斜面７との交差部は、下面視で、円弧状である。これにより、張出領域８そのものの強度を向上させるとともに、コーナー部２側のすわりの安定性も向上させることができる。

そして、張出領域８のコーナー部２側の縁部８１の円弧の曲率半径をＲ１とする。また、切刃部６の曲率半径をＲ２とする。

このとき、Ｒ１≦Ｒ２であることが好ましい。これにより、張出領域８をよりコーナー部２側に突出させることができる。すなわち、張出領域８を、切削時に大きな負荷がかかる部分により近接した位置に配置させることができる。これにより、コーナー部２側のすわりの安定性が更に向上する。その結果、切刃部６の欠損の抑制および加工精度の向上がより一層図れる。

なお、平坦面１０と傾斜面７との交差部の円弧の曲率半径をＲ３とする。このとき、Ｒ１≧Ｒ３であることが好ましい。これにより、傾斜面７の傾斜角度が大きくなり過ぎることなく、インサート１のより外周側に張出領域８を配置させることができる。そのため、すわりの安定性がより一層向上する。また、インサート１を金型成形で加工する場合、成形体を容易に金型から抜き出すことができる。

以上、本実施形態においては、張出領域８のコーナー部２側は、円弧状をなす形態を例示したがこれに限らない。例えば、曲線状をなすもの、角状をなすものであっても、コーナー部２に向かって延びる形状であれば良い。

本実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、傾斜面７の上端は、傾斜面７の全周に渡って、上面４の縁部４１および下面５の縁部５１に略平行である形態を例示したが、該形態に限らない。

例えば、張出領域８に対応する傾斜面７８の上面４側が、側面３と略同一面で構成された形態であっても良い。すなわち、傾斜面７８は、上下に並んだ複数の面で構成された形態であっても良い。なお、この傾斜面７８を構成する複数の面の傾斜角度は、いずれも傾斜面７９よりも大きくなるよう形成される。このような構成をなす形態においては、側面３の強度をより大きくすることができるとともに、よりコーナー部２側に張出領域８を配置させることができる。そのため、コーナー部２側のインサート１のすわりの安定性が高まる。

また、本実施形態においては、張出領域８は、コーナー部２に向かうにつれて幅が小さくなっている形態を例示したが、これに限らない。例えば、張出領域８は、幅が一定となる部分を有していても良い。

＜切削工具＞
次に、本発明に係る切削工具１１の一実施例について、図５を用いて説明する。図５は、切削工具１１の先端側の上面図である。

切削工具１１は、ホルダ１２と、上述のインサート１と、を備えている。ホルダ１２は、先端にインサートポケット１３を有している。インサートポケット１３は、ホルダ１２の上面と一側面と先端面とに開口している。インサート１は、切刃部６がホルダ１２の外周部から突出するようインサートポケット１３に装着される。

切削工具１１は、上述したインサート１を装着してなるため、すわりの安定性が高く、切削時にびびりが生じることを抑制することができる。したがって、加工精度が高く、切刃部の欠損を抑制することができる。その結果、工具寿命が長くなる。

＜被削材の切削方法＞
最後に、本発明に係る被削材の切削方法の一実施例について、図６を用いて説明する。図６は、（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる切削方法を示す工程図である。

本実施形態に係る被削材の切削方法は、以下の（I）〜（III）の工程を有している。

（I）被削材を回転させ、上述した本実施形態の切削工具１１の切刃部６を被削材に近接させる工程
（II）切刃部６を被削材の表面に接触させて被削材を切削する工程
（III）切刃部６を被削材から離間させる工程
このような本実施形態の切削方法は、上述した優れた切屑排出性を有した切削工具１１を用いて加工されるため、加工時のインサート１のすわり安定性が向上する。そのため、加工時にびびりが生じることを抑制できる。そのため、加工精度の向上および切刃部の欠損を抑制することができる。その結果、仕上げ面精度の高い切削加工を、長期に渡って安定して行うことができる。

具体的には、まず、ホルダ１２にインサート１を取り付ける。具体的には、インサート１の略中央部に形成された貫通穴１５に固定ネジ１６を挿通する。ついで、該固定ネジ１６の先端側をインサートポケット１３の取付座面に形成されたネジ穴に螺合する。そして、インサート１の切刃部６が一側方に向かうようにして、ホルダ１２にインサート１を取り付ける（図５）。

ホルダ１２にインサート１を取り付けた後、図６（ａ）に示すように、被削材１２０を該被削材１２０の軸心１２１を中心に回転させ、切削工具１１の切刃部６を被削材１２０に近づける（図６（ａ）中の矢印Ａ方向）。なお、切刃部６と被削材１２０とは相対的に近づけばよく、例えば被削材１２０を切削工具１１に近づけてもよい。

ついで、図６（ｂ）に示すように、切刃部６を被削材１２０に接触させて切削工具１１を矢印Ｂ方向に移動させながら該被削材１２０を切削する。このとき、切削工具１１に装着されたインサート１は、前記した通り、下面５のコーナー部２側に張出領域８を有している。したがって、インサート１のコーナー部２側におけるすわりの安定性が高い。したがって、切削加工時に、コーナー部２の上面４側に形成された切刃部６ががたつくことを抑制することができる。したがって、切刃部６が欠損するのを抑制することができる。

また、下面５のコーナー部２側の強度が向上するため、切刃部６で生成された切屑が、カール径が大きくなって、下面５側にカールされて下面５のコーナー部２側に当接するような場合に、下面５のコーナー部２側が欠損することも抑制することができる。

その結果、コーナー部２側のすわりの安定性および下面５のコーナー部２側の欠損の抑制によって、加工精度が早期に悪化することを抑制することができる。したがって、長期に渡って、加工精度の高い切削性能を発揮することができる。

前記カール径の大きい切り屑が生成する条件としては、例えば、径の大きな被削材を削る場合や靱性が高い被削材を削る場合等が挙げられる。

その後、図６（ｃ）に示すように、被削材１２０から切削工具１１を矢印Ｃ方向に離間させる。なお、被削材１２０と切削工具１１とは相対的に遠ざければよく、例えば被削材１２０を切削工具１１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材１２０を回転させた状態を保持して、被削材１２０の異なる箇所に切削工具１１の切刃部６を接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明にかかるいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

本発明に係る一実施形態による切削インサート１の（ａ）上面図、（ｂ）下面図、（ｃ）側面図である。 インサート１の下面側斜視図である。 図１（ｂ）の要部拡大図である。 （ａ）図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）図３のＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係る一実施形態による切削工具１の先端側の上面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる切削方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 切削インサート
２ コーナー部
３ 側面
３１ 縁部
４ 上面
４１ 縁部
５ 下面
５１ 縁部
６ 切刃部
７ 傾斜面
７１ 第１傾斜面
７２ 第２傾斜面
８ 張出領域
８１ 縁部
８１１ 円弧部分
８１２ 直線部分
９ 中央領域
９１ 縁部
１０ 平坦面

θ 下面５に対する傾斜面７の傾斜角度
α 下面５に対する第１傾斜面７１の傾斜角度
β 下面５に対する第２傾斜面７２の傾斜角度

Claims (10)

1. コーナー部を構成する２つの側面と、上面と、下面と、前記側面と前記上面との交差部のうち前記コーナー部に位置する部分に形成された切刃部と、を備えた切削インサートにおいて、
   前記側面と前記下面との間に、前記下面に向かうにつれて内方に位置するよう傾斜した傾斜面を有しており、
   前記下面は、下面視で、前記下面の中央側に位置し、縁部が前記側面と前記上面との前記交差部と平行である中央領域と、少なくとも一部の縁部が前記中央領域の縁部より前記上面の縁部側に近接するように張り出すとともに前記コーナー部にむかって延びる張出領域とからなることを特徴とする切削インサート。
2. 前記張出領域に対応する前記傾斜面の前記下面に対する傾斜角度は、前記中央領域に対応する前記傾斜面の前記下面に対する傾斜角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記張出領域に対応する前記傾斜面の前記下面に対する傾斜角度は、前記コーナー部に近づくにつれて大きくなることを特徴とする請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記張出領域に対応する前記傾斜面の前記下面に対する傾斜角度は、３０度〜６０度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 前記張出領域の縁部は、前記コーナー部側に位置する円弧部分と、該円弧部分の両端側に位置する直線部分と、を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記張出領域に対応する前記傾斜面は、前記円弧部分に対応する第１傾斜面と、前記直線部分に各々対応して前記第１傾斜面の両側に各々位置する２つの第２傾斜面と、を有してなり、
   前記第１傾斜面の前記下面に対する傾斜角度は、前記第２傾斜面の前記下面に対する傾斜角度よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の切削インサート。
7. 前記張出領域の前記コーナー部側の縁部は、下面視で、円弧状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の切削インサート。
8. 前記張出領域のコーナー部側の縁部の円弧の曲率半径Ｒ１は、前記切刃部の曲率半径Ｒ２以下であることを特徴とする請求項７に記載の切削インサート。
9. 先端にインサートポケットを有したホルダと、前記インサートポケットに装着された請求項１乃至８のいずれかに記載の切削インサートと、を備えた切削工具。
10. 被削材を切削する方法であって、
    前記被削材を回転させ、請求項９に記載の切削工具の前記切刃を前記被削材に近接させる工程と、
    前記切刃を前記被削材の表面に接触させて前記被削材を切削する工程と、
    前記切刃を前記被削材から離間させる工程と、を備えた被削材の切削方法。

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