JP5483872B2 - 切削インサートおよび切削工具ならびにそれらを用いた切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具ならびにそれらを用いた切削方法に関する。

金属材料などのワークの切削加工においては、円柱状をなす工具本体の外周に複数の溝が備えられ、これらの溝内に多数の切刃（切削インサート）を装着した切削工具が用いられる。

特に近年では、切削時の切削抵抗が大きな重切削加工に使用される切削インサートとして、主切刃が溝部によって分断された分割主切刃を有する切削インサートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような切削インサートは、溝部によって排出される切りくずが小さく分断されるため、切削時の切削抵抗を低減し、加工中におけるびびり振動を低減することができる。

他方、分割主切刃を有する切削インサートは、溝部では切削が行われないため、ワークに削り残しが生じる。そのため、このような切削インサートを用いた切削工具の場合、回転軌跡上に装着される他の切削インサートで削り残しを削り取る必要がある。例えば、特許文献１では、削り残しを低減する目的で、溝部の数および配置の異なる２種の切削インサートを、ホルダの同一円周上に形成された複数の座部に交互に装着することが開示されている。
国際公開第０８／１２３３７５号パンフレット

しかしながら、特許文献１のように、１つの切削工具に２種の切削インサートを用いる場合、装着やその管理に注意を要する。また、切削工具に装着される切削インサートにおいては、さらなる強度（耐久性）の向上が要求されている。

本発明の目的は、切削時の切削抵抗を低減し、加工中におけるびびり振動を低減するとともに、切削工具の装着に必要な切削インサート種を少なくして、製造および管理を簡略化することが可能な切削インサートを提供することにある。本発明の目的はまた、上記切削インサートを装着した耐久性に優れた切削工具、およびそれを用いた切削方法を提供することにある。

本発明の切削インサートは、上面視で略多角形をなし、上面と側面との交差稜線部および下面と側面との交差稜線部に切刃を有する本体部を備え、前記側面に、前記上面から前記下面に達する複数の溝部が形成される切削インサートであって、前記切刃は、前記溝部によって分割された切刃部からなる直線状の主切刃と、該主切刃に連続して形成される丸みを帯びたコーナー切刃と、該コーナー切刃に連続して形成され、前記本体部の角部に位置する直線状の副切刃と、からなり、前記溝部は、上面視において、前記溝部が形成された側面の対角線の交点を通り、かつ前記側面に垂直な線を軸に反転させる場合に、前記切刃部と重なるように配置され、前記主切刃と前記副切刃とで凸部を形成するように、前記主切刃および前記副切刃が鉛直方向に垂直な面に対してそれぞれ傾斜している。

ある実施態様においては、前記溝部は、上面視において、前記溝部が形成された側面の対角線の交点を通り、かつ前記側面に垂直な線を軸に反転させる場合に、投影される溝部に対して交互に配置されている。

ある実施態様においては、前記溝部は、鉛直方向に延びる前記本体部の中心線に関して回転対称となるように各側面に配置される。

ある実施態様においては、前記溝部が、各側面に同数配置されている。

ある実施態様においては、側面視において、前記主切刃と、前記副切刃とのなす角が、 １００〜１７０°である。

ある実施態様においては、前記上面と前記下面との色が異なる。

ある実施態様においては、前記溝部の幅は、端部が最も小さくなるように形成される。
本発明の切削工具は、上記切削インサートと、前記切削インサートが複数装着されるホルダとを備える。

本発明の被削材の切削方法は、上記切削工具を回転させる工程と、被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、を包含する。

本発明の切削インサートによれば、一の切刃を分断する溝部が、この溝部が形成される側面の対角線の交点を通り、かつ側面に垂直な線を軸に上面および下面を反転させた場合に切刃部と重なるように配置されているため、特に切削工具の同一円周上に沿って、切削インサートおよび上記のように反転した切削インサートを交互に配置することによって、それぞれの削り残しを補完しあい、１種類の切削インサートのみで削り残しのない切削を行うことができる。さらに、切刃を構成する主切刃と副切刃とで凸部を形成するように、主切刃および副切刃が鉛直方向に垂直な面に対してそれぞれ傾斜している。したがって、切削時の切り込みに際し、被削材に対して凸部が点当たりで接触でき、スムーズに切削できることから、切削時の切削抵抗を低減し、加工中におけるびびり振動を低減するとともに、切削工具の装着に必要な切削インサート種を少なくすることができる。

＜インサート＞
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態である切削インサート１について説明する。

図１は、本実施形態の切削インサート（以下、インサートと略す。）１の全体斜視図であり、図２は、図１に示すインサート１の（ａ）上面図、（ｂ）左側側面図、および（ｃ）右側側面図であり、図３は、本実施形態のインサート１を用いた切削工具の全体斜視図であり、そして、図４は、切削工具１１に装着されたインサート１の配置を説明する部分展開図である。

図１において、インサート１は、本体部上面にすくい面２を、下面に着座面３を、そして側面に逃げ面４を具備している。インサート１は、上面および下面の両方をすくい面として使用するために、上面と側面との交差稜線部および下面と側面との交差稜線部にそれぞれ切刃５が形成されている。すなわちインサート１はネガティブ形のインサートである。また、逃げ面（側面）４には、すくい面（上面）２から着座面（下面）３に達するとともに、切刃５を分断するような溝部６が複数形成されている。

インサート１の本体部は、略多角形板状である。多角形の形状は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などの当業者が通常インサートに使用する形状であればよく、特に制限されない。図１および図２においては、略四角形の形状が用いられている。全ての辺を切刃として使用する観点から、各辺の長さが等しいこと（例えば、略正方形、略正五角形）が好ましい。

すくい面２および着座面３を形成する本体部上面および下面のいずれか一方を、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）により被覆することが好ましい。このように、上面および下面のいずれか一方を被覆することによって、例えば、ＴｉＮで被覆した面と被覆していない面とが異なる色となるため、それぞれの面を明確に区別できるようになり、インサートを装着する際の誤認を抑制することができる。また、上面および下面のいずれかの被覆対象面は、その全面を被覆する必要はなく、例えば被覆対象面の一部（例えば切刃以外の部分）にＴｉＮを付着させることによっても同様の効果を得ることができる。

切刃５は、主切刃５１と、主切刃５１に連続して形成される副切刃５２とからなる。主切刃５１は、切込みを入れる際に主となる刃であり、逃げ面４に並設された複数の溝部６により分断されてなる分割切刃５１ａ〜５１ｄにより構成される。他方、副切刃５２は、被削材の仕上げ面粗度向上の目的で形成される。副切刃５２は、本体部の角部に形成され、通常、図１および図２に示すように、直線状である。主切刃５１と副切刃５２との間には丸みを帯びたコーナー切刃を有する場合がある。上面および下面に形成される主切刃５１は、側面視において平行であってもよい。また、上面および下面に形成される副切刃５２も同様に、側面視において平行であってもよい。本明細書において、側面視とは、主切刃に隣接する逃げ面を側面として見ることをいう。

主切刃５１と、副切刃５２とは、両者で凸部を形成するように、主切刃５１および副切刃５２が鉛直方向に垂直な面に対してそれぞれ傾斜している。このような凸部は、切削時の切り込みに際して有利である。被削材（ワーク）に対して、上記凸部の接触が良好で（点当りで）接触でき、スムーズに切削できる観点から、側面視において、主切刃５１と副切刃５２とのなす角を１００〜１７０°の範囲に設定することが好ましい。

溝部６は、上述のように、切刃５、具体的には、主切刃５１を分断するように形成されている。このような溝部６を設けることによって、主切刃５１に切削された切りくずが小さく分断されるため、切削時の切削抵抗を低減させることができる。その結果、加工中におけるびびり振動および切刃の欠損を低減し、優れた仕上げ面精度を得ることがきるとともに、工具寿命を長くすることができる。このような分割切刃を有するインサートは、重切削加工する場合に特に好適である。

溝部６の数は、使用する被削材の種類に応じて適宜設定すればよい。溝部６の数が多いほど、切削抵抗およびびびり振動は低減されるが、切削面積は小さくなる。溝部６は、切削インサートの強度を低下させず、かつ切削抵抗を低減する点から、一つの逃げ面に対して、通常２〜６個程度、好ましくは２個〜４個の範囲で形成される。なお、溝部６は、切削時の各切刃の摩耗量を均一にする観点から、各逃げ面に対して同数形成されることが好ましい。

溝部６の形状は、上面から下面に達するように形成されていればよく、特に制限されない。例えば、図１および図２に示すように、直線状であってもよいし、あるいは溝部の一部が幅広の形状であってもよい。溝部６の幅および深さについても特に制限されない。例えば、溝部の幅および深さは、切削の際にかかる負荷を考慮して、溝部の端部の幅および深さの少なくとも一方が最も小さくなるように形成されることが好ましい。すなわち、溝部の途中の幅が最大となるように形成されることが好ましい。さらにインサートの切り込みにおける負荷の大きさを考慮して、一の逃げ面に形成される溝部のうち、被削材に最初にあたる溝部から順に幅または深さが大きくなるように形成することが好ましい。

溝部６は、上面視において、その溝部６が形成される側面の対角線の交点を通り、かつその側面に垂直な線を軸に、上面と下面とを反転させる場合に、切刃部と重なるように配置されている。すなわち、溝部６が上記のように反転した場合に溝部と重ならないように配置する。このような構成にすることによって、インサートと、上記のように反転したインサート（反転インサートという）とを同一円周上に配置することによって、インサートの溝部（切刃が分断された部分）を、反転インサートの切刃部で補完することができる。

具体的には、図２（ｂ）において、上面（すくい面２）側の切刃を分断する溝部６Ａが、軸Ｘに関して１８０°回転させた場合に、下面（着座面３）側の分割切刃部５Ａ’と重なるように配置されている。本発明においては、切刃５に溝部６を具備したインサート１を用いるため、溝部６では切削が行われず、被削材の加工壁面には帯状の削り残し部が発生する。したがって、上述のように、切削工具が回転する同一円周上に、切削インサートと反転切削インサートとを交互に配置することによって、切削時において、一方のインサートの溝部６による削り残し部を、他方の反転インサートの切刃部が補完して加工することができるため、１種類のインサートのみで削り残しを生じない加工が可能である。

さらに、溝部６は、その溝部６が形成される側面の対角線の交点を通り、かつその側面に垂直な線を軸に、上面と下面とを反転させる場合に、投影される溝部と交互になるように配置されることが好ましい。具体的には、図２（Ｃ）において、上面（すくい面２）側の切刃を分断する溝部６Ｂが、軸Ｘに関して１８０°回転させた場合に、投影される下面（着座面３）側の切刃を分断する溝部６Ｃと交互になるように配置されている。このような構成によって、切削時において、インサートの切刃にかかる負荷を均一にすることができ、インサートの長寿命化に寄与する。

溝部６は、さらに、上面視において、本体部の厚み方向に垂直に延びる中心線に関して回転対称となるように各側面に配置されることが好ましい。具体的には、各側面に形成される溝部６を、側面視において同じになるように配置される。このような構成とすることにより、インサートと、その反転インサートとの切刃の寿命のばらつきがなくなり、切削工具に用いる全てのインサートの交換のタイミングを同時期とすることができる。

＜切削工具＞
図３は、本発明の第一の実施形態によるインサート１を装着してなる切削工具１１の全体斜視図である。ここで、ホルダ１０の外周先端部に複数の切りくずポケット１３が形成されており、切りくずポケット１３内の各々外周位置にインサート１が取り付けられる。具体的には、インサート１は、回転方向にすくい面２を向けて最外周に主切刃５１が位置するように装着される。切削工具１１は、ホルダ１０を回転させることによって主切刃５１により切削が行われる。

切削工具１１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、インサートを装着した状態で、正のアキシャルレーキをもつように、ホルダ１０にインサート１が装着される。具体的には、インサートの副切刃５２がホルダ１０の中心軸に対して垂直となるように装着される。このように、一般に切削工具、特に重切削加工に用いられる切削工具においては、加工時の切削抵抗を低減させるために、切削時に複数の切刃が同時に被削材に接触して切り込んでいかないように構成される。すなわち、切刃が、ホルダ先端側部分から順次、被削材に接触し切り込んでいくように、切削工具１１の軸線方向に沿って、複数の切刃が螺旋状に配置された構成をなす。このような切削工具では、同時に切削に関与する切刃を多くすることで、切削加工時の切削力の変動を抑えて、切削加工時の切削力の変動による衝撃によって、被削材が動いたり、切削インサートが損傷し、仕上げ面精度が低下するのを抑制することができる。

切削工具１１は、ホルダ１０の同一円周上に、主切刃５１の配置が異なるインサート１を装着してなる。すなわち、ホルダ１０の同一円周上に沿って、上面を回転方向に向けた第１のインサートと、下面を回転方向に向けた第２のインサートとを交互に配置する。これによって、第１のインサートの溝部を第２のインサートの切刃部で補完するように切削するため、削り残しを生じずに加工することができる。同一円周上に配置できるインサートの数は、インサートとその反転インサートとが少なくとも1つずつあればよい。通常、２の倍数となることが好ましい。

＜被削材の切削方法＞
本発明に係る被削材の切削方法は、上記切削工具を回転させる工程と、被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、を包含する。

このような切削方法は、上述のように、溝部を有する切刃を備えた切削工具１１を用いて加工されるため、切削時の切削抵抗を低減し、加工中におけるびびり振動を低減することができる。さらに１種類のみのインサートで切り残し部が生じずに加工することができる。また、本発明の切削方法に用いられるインサートの切刃は、一の切刃と、その一の切刃に対する反転切刃の２つに特定されるため、１種類のチップのみを使用すればよく、複数種のインサートを用意する必要がない。

具体的には、まず、ホルダ１０にインサート１を装着する。このとき、ホルダ１０の同一円周上に沿って、上面を回転方向に向けたインサート１と、下面を回転方向に向けたインサート２とを交互に配置して取り付ける。取り付け方法は、例えば、インサート１のすくい面２に形成される中央部のねじ穴に、ねじを挿入することによって行われる。

次いで、ホルダ１０にインサート１を取り付けた後、ホルダ１０の軸心を中心に回転させ、切削工具１１の切刃５を被削材に近づけ、接触させることによって、被削材を切削する。なお、切削工具および被削材については、いずれかを回転させればよい。また、切刃５と被削材とは相対的に近づけばよく、例えば被削材を切削工具１１に近づけてもよい。

その後、被削材から切削工具１１を離間させる。なお、被削材と切削工具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、切削工具を回転させた状態を保持して、被削材の異なる箇所を切削工具１１の切刃５に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。

本実施形態の切削インサート１の全体斜視図である。 図１に示す切削インサート１の（ａ）上面図、（ｂ）左側側面図、および（ｃ）右側側面図である。 本実施形態の切削インサート１を用いた切削工具の全体斜視図である。 ホルダ１０に装着された切削インサート１の配置を説明する部分展開図である。

符号の説明

１ 切削インサート
２ すくい面
３ 着座面
４ 逃げ面
５ 切刃
５１ 主切刃
５２ 副切刃
６ 溝部
１０ ホルダ
１１ 切削工具

Claims (10)

1. 上面視で略多角形をなし、上面と側面との交差稜線部および下面と側面との交差稜線部に切刃を有する本体部を備え、
   前記側面に、前記上面から前記下面に達する複数の溝部が形成される切削インサートであって、
   前記切刃は、前記溝部によって分割された切刃部からなる直線状の主切刃と、該主切刃に連続して形成される丸みを帯びたコーナー切刃と、該コーナー切刃に連続して形成され、前記本体部の角部に位置する直線状の副切刃と、からなり、
   前記溝部は、上面視において、前記溝部が形成された側面の対角線の交点を通り、かつ前記側面に垂直な線を軸に反転させる場合に、前記切刃部と重なるように配置され、
   前記主切刃と前記副切刃とで凸部を形成するように、前記主切刃および前記副切刃が鉛直方向に垂直な面に対してそれぞれ傾斜している、切削インサート。
2. 前記溝部は、上面視において、前記溝部が形成された側面の対角線の交点を通り、かつ前記側面に垂直な線を軸に反転させる場合に、投影される溝部に対して交互に配置されている、請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記溝部は、鉛直方向に延びる前記本体部の中心線に関して回転対称となるように各側面に配置される、請求項１または２に記載の切削インサート。
4. 前記溝部が、各側面に同数配置されている、請求項１から３のいずれかの項に記載の切削インサート。
5. 側面視において、前記主切刃と、前記副切刃とのなす角が、１００〜１７０°である、請求項１から４のいずれかの項に記載の切削インサート。
6. 前記上面と前記下面との色が異なる、請求項１から５のいずれかの項に記載の切削インサート。
7. 前記溝部の幅は、端部が最も小さくなるように形成される、請求項１から６のいずれかの項に記載の切削インサート。
8. 前記溝部の幅は、前記端部と比較して中央が最も大きくなるように形成される、請求項７に記載の切削インサート。
9. 請求項１から８のいずれかの項に記載の切削インサートと、前記該切削インサートが複数装着されるホルダとを備える、切削工具。
10. 請求項９に記載の切削工具を回転させる工程と、
    被削材の表面に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、
    前記被削材から前記切削工具を離間させる工程と、
    を包含する、被削材の切削方法。

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