JP5595163B2 - 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被削材の切削方法 - 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被削材の切削方法に関する。

切削インサート、特に突切り加工用や溝入れ加工用の切削インサートについては、被削材の加工面に切屑が触れて加工面を傷付けないような構造が検討されている。例えば、特許文献１には、切削上すくい面を構成する上面と逃げ面を構成する起立面との交叉によって、所定巾を有する主切刃稜が形成され、しかも、その上面には、主切刃稜の巾よりも小さい巾を有する切屑処理のためのチップブレーカ溝がランドを介して凹設され、上面の巾方向の両端側には、突起部分がそれぞれ凸設された溝入れ加工用切削インサートが開示されている。この突起部分によって、切屑に大きな部分歪を付与して切屑変形を大きくし、切屑処理を円滑にしている。

実公平１−１８２４５号公報

しかし、このような切削インサートでは、例えば、切刃の端部側のみを使って加工を行う肩溝加工時には、生成される切屑のブレーカーとなる部位がなく、切屑が分断されない場合がある。また、切屑の排出方向も安定せず、切屑が被削材加工面を傷付けたり工具ホルダに絡みついたりする場合もある。したがって、結果として切屑排出性が悪くなるおそれがある。

本発明の目的は、突切り加工および溝入れ加工、溝入れ加工の中でも特に肩溝加工に適した切削インサートを提供することである。

本発明の切削インサートは、上面、下面および側面ならびに前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃を有する本体部を備え、前記上面には、前記切刃に連続し、前記交線部を含む水平面に対して、前記切刃から離れるに従って前記下面から離れるように位置しているすくい面と、該すくい面に連続して前記切刃に垂直な方向に延びる凹溝と、該凹溝の両側に沿ってそれぞれ延びる畝とが設けられており、前記畝の前記切刃側端部に沿って前記凹溝の側縁部の前記すくい面側の端部に、前記切刃に垂直な仮想線に交差するような切欠部が設けられており、前記切欠部は、前記切刃よりも前記下面からの高さが高い。

本発明の切削工具は、本発明の切削インサートと、該切削インサートを先端に装着するホルダとを備える。

本発明の被削材の切削方法は、該被削材を回転させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具を近接させる工程と、回転している前記被削材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、切削した前記被削材から前記切削工具を離間させる工程とを有する。

本発明の切削インサートによれば、凹溝の側縁部のすくい面側端部に、切刃に垂直な仮想線に交差するような切欠部が設けられている。そのため、突切り加工に適するのみでなく、肩溝加工において、この切欠部によって切屑がカールし分断されて切屑の排出方向が定まりやすくなり、切屑の排出性が良好となる。

（ａ）は、本発明の切削インサートの実施の形態の例を示す斜視図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は平面図であり、（ｄ）は側面図である。 図１に示す切削インサートの切削部Ｉおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した斜視図である。 図１に示す切削インサートの切削部Ｉおよびクランプ部IIの一部を部分拡大した平面図である。 図３に示す切削インサートのＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図３に示す切削インサートのＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示す切削インサートを部分拡大した図である。 図３に示す切削インサートのＣ−Ｃ線における断面図である。 本発明の切削工具の一例を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の被削材の切削方法の一例を示す概略図である。

＜切削インサート＞
以下、本発明の切削インサートの実施の形態の例について、図１〜６を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、切削インサート１（以下、単にインサート１ということがある）は、略角柱状であり、両端部に切削部Ｉと、切削部Ｉの間に位置し、ホルダのクランプ部材で固定される際に、ホルダと接するクランプ面を有するクランプ部IIとを備えている。このインサート１は、主として突切り加工、溝入れ加工などに使用される。

切削インサート１の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物がある。

切削インサート１の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）およびアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

図２に示すように、切削部Ｉは、上面２と、下面３と、上面２と下面３とに接続されている側面４とを有する。上面２はすくい面として、下面３はホルダへ載置する載置面として、そして側面４は逃げ面として機能する。また、図３に示すように、この切削部Ｉは平面視において多角形状であり、本例においては、平面視において、２つの長辺と２つの短辺とを有した長方形状をしている。また、本例においては、インサート１の長手方向の長さが２０ｍｍ、平面視において、長手方向に垂直な幅方向の長さが２〜４ｍｍである。この幅は、加工中、被削材に加工された溝の内壁面にインサートが干渉しないように、クランプ部IIに近づくにつれて小さくなっている。インサート１の下面３から上面２までの高
さは、インサート１の幅方向の長さに応じて４〜６ｍｍに設定されている。

上面２と側面４との交線部には、切刃５が設けられている。切刃５は、例えば、切削部Ｉの長手方向および幅方向の交線部に沿って設けられている。本例においては、加工された溝の底面を仕上げる「横引き加工」にも適用できるように、切削部Ｉの幅方向の交線部に沿って第１切刃５が、切削部Ｉの長手方向の交線部に沿って第２切刃５ｂが設けられている。切刃５の形状としては、直線状、円弧状など、特に制限はされない。本例においては、加工した溝の底部を平坦にすることを目的としているため、切刃５は直線状に設けられている。また、切刃５はランド部５１を備えていてもよい。ここで、ランド部５１とは、切刃５に沿って設けられた一定幅の細い帯状の面のことをいう。ランド部５１は、切刃５の欠損を抑制することを目的に設けられる。

上面２には、図３に示すように、切刃５の内側にすくい面２１が設けられている。すくい面２１は、切屑が擦過する面のことである。本例においては、第１切刃５ａに連続するすくい面を第１すくい面２１ａとし、第２切刃５ｂに連続するすくい面を第２すくい面２１ｂとする。第１すくい面２１ａは、第１切刃５ａに連続し、交線部（第１切刃５ａ）を含む水平面に対して、第１切刃５ａから離れるに従って下面３から離れるように位置している。なお、「内側」とは、上面視において、切刃５を基準として、本体部の中央側のことをいう。この構成によって、刃先の強度が高まり、送り量が大きい場合においても、切刃が欠損しにくくなる。

第１すくい面２１ａは、具体的には、図４に示すように、交線部（第１切刃５ａ）の少なくとも一部を含む水平面を水平面Ｌとし、第１すくい面２１ａの仮想延長線Ｐと水平面Ｌとのなす角度をすくい角αとし、側面視において、仮想延長線Ｐが水平面Ｌより上方にある場合のすくい角を正、下方にある場合のすくい角を負とすれば、α≦０°となるように設けられている。なお、図４は側面図であるため、水平面Ｌは直線で表現されている。

なお、すくい角αは刃先強度の観点から−１０°〜−２０°が好ましい。本例においては、すくい角αが−１０°である。

また、上面２には、第１すくい面２１ａに連続し、第１切刃５ａに垂直な方向に延びる凹溝２２が設けられている。この構成によって、切刃から生成された切屑が凹溝２２によって変形され、切屑の断面は中央部において凹状に変形する。したがって、切屑は第１切刃５ａの幅すなわち切削部Ｉの一辺の幅より狭くなるため、周囲の被削材の加工面を傷付けることが低減される。さらに、上記の構成によって、切屑の進行方向を第１切刃５ａからクランプ面へ向かう方向へと定めやすくする。本例においては、この凹溝２２は、第１切刃５ａの垂直二等分線（図示せず）上に重なるように設けられており、この垂直二等分線を対称軸として対称となるように設けられている。

さらには、図３に示すように、上面２には、凹溝２２の両側に沿ってそれぞれ延びる畝２４が設けられている。この構成によって、第２切刃５ｂで切削する加工（以下、「横送り加工」という。）の場合に、畝２４はブレーカの役割をし、生成される切屑のカールの径を良好に制御し、切屑を分断して排出することができる。

また、図３に示すように、畝２４の第１切刃５ａ側の端部２４ａは、第１切刃５ａに近づくにつれて、上面視で切削部Ｉの外周側へ近づいている。この構成によって、第２切刃５ｂによって生成される切屑のカール径がより小さくなり、切屑の硬度が増すため、より分断しやすくなる。また、切屑の排出の方向も安定しやすくなる。

さらに、図３に示すように、第２切刃５ｂと畝２４とは第２すくい面２１ｂを介して連
続している。第２すくい面２１ｂは、第２切刃５ｂから離れるにつれて、下面３に近づくように位置している。第２すくい面２１ｂの形状によって、第２切刃５ｂが被削材に切り込む直前の、第２切刃５ｂと被削材とが接触する際に、第２切刃５ｂと被削材との接触面積を抑えることができるため、第２切刃５ｂの切削抵抗の低減が図れる。

凹溝２２の側縁部２２１の第１すくい面２１ａ側の端部に、第１切刃５ａに垂直な仮想線に交差するような切欠部２３が設けられている。この構成によって、特に、加工した溝の溝幅を拡げるため、第１切刃５ａの端部側のみを用いて切削を行う加工（以下、「肩溝加工」という。）に用いられる場合において、切屑が切欠部２３に誘導され、カールし分断されるために切屑排出性が向上する。また、切欠部２３が第１切刃５ａに垂直な仮想線に交差するように設けられることによって、その底部が切屑の進行方向をガイドする役割を果たすため、切屑の進行方向が一方向に定まりやすくなるので、被削材の加工面を傷付けにくくすることができる。

具体的には、本例においては、図３に示すように、切欠部２３は、第１すくい面２１ａと凹溝２２の側縁部２２１とが接触する領域に設けられ、第１切刃５ａに垂直な仮想線をＱとすれば、切欠部２３は仮想線Ｑと交差して設けられている。

また、図５に示すように、切欠部２３の底部のうち、第１切刃５ａから離れるにつれて低くなる底部を部分底部２３１ａとし、第１切刃５ａから離れるにつれて高くなる底部を部分底部２３１ｂとする。第１すくい面２１ａを進行した切屑は、部分底部２３１ａによって切欠部２３に引き込まれた後、部分底部２３１ｂによってゼンマイ状にカールし、適度な大きさになると分断され排出される。

また、本例においては、切欠部２３は凹溝２２に連通している。これによって、切屑が部分底部２３１ｂを乗り越えてしまった場合に、凹溝２２へと進行させて排出することができるため、切屑排出方向は良好となる。

切欠部２３の底部２３１は一つの面で構成されていても、Ｖ字状などの複数の面で構成されていてもよい。インサートの強度を維持でき、かつ切屑のカール径を良好に制御する観点からは、底部２３１は湾曲した曲面で構成されるのがよい。

切欠部２３の底部２３１は、下面３からの高さが一定であるものや、一部が他の部分よりも高くあるいは低くなっているものなどが考えられるが、本例においては、図６に示すように、凹溝２２の内側へ向かうにつれて、下面３に近づくように傾斜している。なお、図６は切欠部２３の長手方向で、かつ上面２に垂直な断面における断面図である。

切欠部２３の幅は、例えば、上面視において、一定であったり、一部が大きくなっているようなものなどが例として挙げられる。切屑が、凹溝２２へ進入するのを容易とすること、および切欠部２３に詰まるのを抑制するという観点から、本例においては、図３に示すように、切欠部２３の幅は、上面視において、凹溝２２の内側へ向かうにつれて広くなっている。

本例においては、図３に示すように、切欠部２３は、畝２４の第１切刃５ａ側の端部２４ａに沿って設けられている。この構成によって、切欠部２３の部分底部２３ｂの下面３からの高さをより高く確保できるので、肩溝加工の場合に、第１切刃５ａによって生成される切屑のカールの径の制御がより良好になり、切屑の分断もしやすくなる。

上面２においては、凹溝２２の内側には、図４に示すように、切刃５ａから離れるに従って下面３から離れるように位置している傾斜面２２２を有している。傾斜部２２２は、
第１切刃５ａによって生成された切屑をゼンマイ状にカールさせ、分断して排出するために設けられる。本例においては、傾斜部２２２の頂部の高さは、図４に示すように、クランプ部IIのインサート１をホルダに固定する際にホルダと当接するクランプ面２５と同じ高さであるのがよい。この構成によって、傾斜部２２２を乗り越えた切屑がホルダに衝突することによってホルダが摩耗することを抑制することが可能である。傾斜部２２２の傾斜角度は、切削条件により適宜設定されるが、通常、２０°〜４０°程度の範囲に設定される。

＜切削工具＞
インサート１は、内径の溝入れ加工用、外径の溝入れ加工用、突切り加工用のいずれにも適用することができる。次に、インサート１を装着した切削工具、およびそれを用いた被削材の切削方法について、インサート１を溝入れ加工用に適用する場合を例に挙げ、図７を参照して詳細に説明する。

図７に示すように、本例の切削工具１０は、インサート１と、インサート１を先端に挟持する挟持部材１２と、挟持部材１２を装着する略角柱状のホルダ１１とを備えている。インサート１は切刃５が挟持部材１２の先端から突出するように挟持されるとともに、挟持部材１２は切刃５がホルダ１１の先端から突出するようにホルダ１１に装着されることによって、インサート１がホルダ１１の先端に装着される。なお、ホルダ１１と挟持部材１２とが一体形成された、インサート１がホルダ１１の先端に直接装着されるものでもよい。本例では、ホルダ１１の先端に設けられたネジ１３で拘束力を調節し、インサート１を上から押さえ込んで拘束する「クランプオン方式」を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、インサート１に上面２から下面３に向かって本体部を貫くような穴を開け、略Ｌ字型をしたレバーのてこの作用で、インサート１に開けられた穴の内壁から拘束する「レバーロック方式」や、軸部に対して頭部が偏心したピンを使い、インサートに開けられた穴を利用して拘束する「カムロック方式」などがある。

＜被削材の切削方法＞
切削工具１０を用いて行なう本例の被削材の切削方法は、以下の（ｉ）〜（iv）の工程を有する。
（ｉ）図８（ａ）に示すように、被削材１００を矢印Ｄ方向に回転させる工程。
（ii）切削工具１０を矢印Ｅ方向に動かし、回転している被削材１００に切削工具１０を近接させる工程。
（iii）図８（ｂ）に示すように、回転している被削材１００に切削工具１０の切刃５を接触させて被削材１００を切削する工程。
（iv）図８（ｃ）に示すように、切削工具１０を矢印Ｆ方向に動かし、切削した被削材１００から切削工具１０を離間させる工程。

なお、前記（ｉ）の工程では、被削材１００と切削工具１０とは相対的に近づけばよく、例えば被削材１００を切削工具１０に近づけてもよい。これと同様に、前記（iv）の工程では、被削材１００と切削工具１０とは相対的に遠ざかればよく、例えば被削材１００を切削工具１０から遠ざけてもよい。また、前記（iii）の工程においては、溝入れ加工の際には、溝を形成する縦送り加工が行なわれるとともに、溝の底面を平坦にする横送り加工が行なわれる。切削加工を継続する場合には、被削材１００を回転させた状態を保持したまま、被削材１００の異なる箇所に切削工具１０の切刃５を接触させる工程を繰り返せばよい。突切り加工の際には、被削材が分断されるまで、縦送り加工を繰り返せばよい。

本例のインサート１は、２コーナ仕様である。したがって、使用している一方の切刃５が摩耗した際には、未使用の他方の切刃５を用いればよい。

さらに、被削材の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレスが挙げられる。

１ 切削インサート
２ 上面
２１ すくい面
２１ａ 第１すくい面
２１ｂ 第２すくい面
２２ 凹溝
２２１ 側縁部
２２２ 傾斜部
２３ 切欠部
２３１ 底部
２３１ａ 第１部分底部
２３１ｂ 第２部分底部
２４ 畝
２４ａ 第１切刃側の端部
２５ クランプ面
３ 下面
４ 側面
５ 切刃
５ａ 第１切刃
５ｂ 第２切刃
５１ ランド部
１０ 切削工具
１１ ホルダ
１２ 挟持部材
１３ ねじ
１００ 被削材

Claims (8)

1. 上面、下面および側面ならびに前記上面と前記側面との交線部に設けられる切刃を有する本体部を備え、
   前記上面には、前記切刃に連続し、前記交線部を含む水平面に対して、前記切刃から離れるに従って前記下面から離れるように位置しているすくい面と、該すくい面に連続して前記切刃に垂直な方向に延びる凹溝と、該凹溝の両側に沿ってそれぞれ延びる畝とが設けられており、
   前記畝の前記切刃側端部に沿って前記凹溝の側縁部の前記すくい面側の端部に、前記切刃に垂直な仮想線に交差するような切欠部が設けられており、
   前記切欠部は、前記切刃よりも前記下面からの高さが高い切削インサート。
2. 前記切欠部の幅は、上面視において、前記凹溝の内側へ向かうにつれて広くなっている請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記切欠部の底部は湾曲している請求項１または２に記載の切削インサート。
4. 前記切欠部の底部は、前記凹溝の内側に向かうにつれて、前記下面に近づくように傾斜している請求項１から３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 前記切欠部の底部は、前記切刃から離れるにつれて前記下面から離れるように位置している請求項１から４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記切欠部と前記すくい面との稜線は、前記凹溝の内側へ向かうにつれて前記切刃に近づくように位置している請求項１から５のいずれかに記載の切削インサート。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の切削インサートと、該切削インサートを先端に装着するホルダとを備える切削工具。
8. 請求項７に記載の切削工具を用いて被削材を切削する方法であって、
   該被削材を回転させる工程と、
   回転している前記被削材に前記切削工具を近接させる工程と、
   回転している前記被削材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、
   切削した前記被削材から前記切削工具を離間させる工程とを有する被削材の切削方法。

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