JP5648738B2 - 刃先交換式切削工具 - Google Patents
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Description
さらに、特許文献4に記載の刃先交換式切削工具においては、刃先強度を含むインサートの強度を低下させないために、円形インサートの厚さをhとしたときに、回動防止面の上端がインサートの底面から(2/3)hの位置より下方にあり、回動防止面の下端がインサートの底面から(1/10)hの位置より上方になるようにすることが開示されている。
前記インサートはその前記外周面に、少なくとも一つの回動防止面を備え、
前記インサートの厚さをh1、前記底面から前記回動防止面の上端までの高さをh2、前記底面から前記回動防止面の下端までの高さをh3としたとき、前記h2は下記の式(1)を、前記h3は下記の式(2)を満足し、
前記工具本体の前記インサート固定部は、
前記インサートの前記底面が着座する着座面と、
前記着座面の端部から立設され、前記着座面に着座した前記インサートの前記外周面を拘束する2つの円弧形状をなす受け面と、
前記2つの受け面の間であって前記着座面から立設され、前記着座面に着座して取付けられた前記インサートの前記回動防止面に当接する回動防止部と、
を備え、
前記工具本体の前記着座面に取付ける前記インサートの前記切れ刃の軸方向すくい角の正負に対応させて、前記インサートを前記着座面に取付けるための前記ねじ部材を右ねじ又は左ねじとしていることを特徴とする。
(1/2)h1≦h2≦(2/3)h1 ・・・・・・・式(1)
(1/10)h1≦h3≦(1/3)h1 ・・・・・・式(2)
(1)工具本体に取付ける円形のインサートについて、その外周面に回動防止面を設け、インサートの厚さをh1、インサートの底面から回動防止面の上端までの高さをh2、インサートの底面から回動防止面の下端までの高さをh3としたとき、h2は予め設定した式(1)を、h3は予め設定した式(2)を満足するようにこの回動防止面を配置している。さらに、着座面に取付けたインサートに対して、その回動防止面に当接させる回動防止部を着座面の周辺部から立設させた構成にしている。
本発明の刃先交換式切削工具は、このような構成とした円形インサートの回動防止手段を備えていることにより、着座面に取付けたインサートの回動を防止することができると共に、円形のインサートを、その刃先強度を低下させることなく、かつ、工具本体の着座面や受け面等の精度劣化を回避し、確実に精度良く取付けることのできる刃先交換式切削工具を提供することがでる。特に、本発明の刃先交換式切削工具は、円形インサートの内接円寸法が12mm以下の比較的小径で、厚さが5mm以下の薄いインサートを、工具本体に着脱自在に取付ける方式とした刃先交換式切削工具に有効であり、被削材に対して高能率加工を実施することができるようになる。
なお、図2(図3)に示すように、インサート(3)の外周面(7)が備えている回動防止面(8)は、外周面(7)に対して窪んだ状態になっており、超硬合金粉末によるインサート(3)の成形時に回動防止面(8)を形成するようにする。
また、図2のCにおける断面図を示す図6においては、この断面が回動防止面(8)を横切っていないために、円形の外周面(7)とねじ挿通孔(9)のみが示されている。
すなわち、前記したように、インサート(3)の厚さをh1とし、インサート(3)の底面(5)から回動防止面(8)の上端までの高さをh2としたとき、h2は、
(1/2)h1≦h2≦(2/3)h1・・・・・・・・式(1)
を満足するように、回動防止面(8)の上端位置を外周面(7)に配置していることに第1の特徴がある。
(1/10)h1≦h3≦(1/3)h1・・・・・・・式(2)
を満足するように、回動防止面(8)の下端位置を外周面(7)に配置していることに第2の特徴がある。
なお、回動防止面(8)を設ける数は、4〜6個程度設けることが望ましい。インサート(3)は、例えば、切削加工の累計時間が所定の時間値に達すると、止めねじ(10)を緩めてこのインサート(3)を着座面(13)に対して所定の角度ほど回転させて、再度、止めねじ(10)によりインサート(3)を着座面(13)に再固定し、未使用の切れ刃(6)部分を切削加工に使用する。このとき、回動防止部(15)の拘束面(15)aは、他の回動防止面(8)に当接することになる。
このように、回動防止面(8)の形状を図7に示すような凹部形状とした場合には、後述する工具本体(2)に設けた回動防止部(15)の拘束面(15a)を、例えば凸円弧面として、インサート(3)の凹部形状をなす回動防止面(8)に当接させることにより、両者の接触面積を大きくすることが可能になる。これにより、インサート固定部(11)の着座面(13)に固定したインサート(3)に対して、切削加工中において優れた回動防止効果を得ることができるようになる。
図8(a)、(b)に示すように、平面視で幅Wを有する回動防止部(15)の拘束面(15a)は、受け面(12a)、(12b)に対して工具本体(2)の外周(止めねじ挿入孔(14))方向に突出させている。また、回動防止面(8)に当接する回動防止部(15)の拘束面(15a)の形状は、図8(a)に示すように平坦面、あるいは図8(b)に示すように凸円弧面とする。なお、着座面(13)には、止めねじ(10)を挿入してねじ締結するためにねじ山を刻設した止めねじ挿入孔(14)が形成されている。
(4/10)h1≦T1≦(6/10)h1 ・・・・・・・式(3)
(3/10)h1≦T1−T2 ・・・・・・・・・・・・・式(4)
(T1−T2)が、上記した式(4)を満たすことが望ましい理由は、(T1−T2)が(3/10)h1未満では、回転防止部(15)が切削加工時の衝撃に耐えられる十分な強度を得ることが出来ないからである。
(1/20)h1≦T2 ・・・・・・・・・・・・・・・・式(5)
T2が上記した式(5)を満たすことが望ましい理由は、T2が(1/20)h1未満では、着座面(13)から立設する回動防止部(15)の基部となる前記した垂直壁面が切削加工時の負荷により摩耗あるいは変形し易くなる。この摩耗又は変形が生じると、インサート(3)を工具本体(2)のインサート固定部(11)に装着する際に、インサート(3)の取付け誤差が生じて取付け精度の低下が発生するからである。
(1/2)L≦W≦2L ・・・・・・・・・・・・・・・・式(6)
(θ1−1)≦θ2≦(θ1+1) ・・・・・・・・・・式(7)
図10、図11に示す状態においては、インサート(3)は止めねじ(10)による締付け力により着座面(13)に固定されると共に、工具本体(2)に設けた回動防止部(15)の拘束面(15a)とインサート(3)に設けた回動防止面(8)とが当接して密に接触した状態になること、及び、インサート固定部(11)に設けた円弧状をなす受け面(12a)及び(12b)がインサート(3)の外周面(7)に接触している。これにより、切削加工中においてインサート(3)に作用する加工切削負荷に対して、インサート(3)の回動を強固に防止することが可能になる。
さらに、被削材や切削加工の条件及び用途等に応じて、インサート(3)と工具本体(2)との最適な構成等の組み合せにより、円形のインサート(3)の回動を防止することができる信頼性の高い刃先交換式切削工具を提供することができ、その結果として、被削材に対して高能率加工を達成することが可能になる。
なお、工具本体に取付けるインサートは超硬合金製とし、その内接円寸法が8mm、10mm、12mmの3種とし、この3種のいずれかを取付けることができる工具本体を試作した。
さらに、工具本体のインサート固定部である着座面、受け面や回動防止部は、マシニングセンターにてフライス加工により形成し、その硬度は全てHRC45とした。なお、試作した工具本体の着座面と回動防止部等には硬質皮膜の被覆は実施しなかった。また、工具本体に取付けたインサートの軸方向すくい角はいずれも正角の「+4度」とし、着座面にインサートを固定するための止めねじは右ねじとし、締付け時のトルクを3.0(Nm)の条件で締付けてインサートを工具本体の着座面に取付けた。
取付けるインサートの内接円寸法(上面(4)の直径)が12mmの場合、回転防止部の幅Wを3.00mm、着座面から回動防止部上端までの高さT1を2.80mm、着座面から回動防止部下端までの高さT2を0.50mm、回動防止部の傾斜角度θ2を1度に設定した。
同様に、インサートの内接円寸法が10mmの場合、回転防止部の幅Wを2.50mm、着座面から回動防止部上端までの高さT1を2.40mm、着座面から回動防止部下端までの高さT2を0.50mm、回動防止部の傾斜角度θ2を1度とした。
同様に、インサートの内接円寸法が8mmの場合、回転防止部の幅Wを2.00mm、着座面から回動防止部上端までの高さT1を1.50mm、着座面から回動防止部下端までの高さT2を0.30mm、回動防止部の傾斜角度θ2を1度とした。
同様に、工具本体については、着座面から回動防止部の上端までの高さT1、着座面から回動防止部の下端までの高さT2、回転防止部の傾斜角度θ2、θ1−θ2、回動防止部の幅W、等の仕様を示している。
本発明例となる試料番号1の円形インサートは超硬合金製であり、内接円寸法が12mm、厚さ寸法h1が4.76mm、インサート外周面の傾斜角度θ3を15度に設定した。また、回動防止面は回動防止面の上端からインサート底面までの高さh2を3.00mm、回動防止面の下端からインサート底面までの高さh3を0.50mmとし、回動防止面の円周方向の幅Lを4.0mmとし、インサート回動防止面の傾斜角度θ1を1度とし、回動防止面数を4面とした。本発明例となる試料番号2は、回動防止面数を6面とした。
また、本発明例となる試料番号1〜6については、工具本体(2)の回転防止部(15)における拘束面(15a)の形状は平坦面とし、この拘束面(15a)とインサート(3)の回動防止面(8)とが、線接触或いは面接触をするようにインサート(3)を着座面(13)に取付けた。
このように、比較例となる試料番号7と8は、h2>(2/3)h1であって前記した式(1)を満足しない仕様、すなわち、回動防止面の上端が、インサートの上面に形成した切れ刃に接近した状態になっている。
回動防止面の円周方向の幅Lは、試料番号9と10では4.0mm、試料番号11と12では3.3m、試料番号13と14では2.7mmとした。インサートの外周面に設けた回動防止面数は、試料番号10と12と14では4面、試料番号9と11と13では6面とした。
(切削条件1)
・被削材 :SCM440相当材、硬さHRC30
・切削速度 :200m/分
・主軸の回転数 :1273回転/分
・切込み量 :2mm
・径方向切込み幅 :25mm
・1刃の送り :0.8mm
・テーブル送り :3055mm/
・加工方法 :乾式、等高線加工
(1)本発明例となる試料番号1〜6の刃先交換式切削工具においては、刃先位置の変化量はいずれも認められなく(変化量が「0」)、インサート固定部(11)に取付けた円形のインサート(3)は回動していないことが確認された。また、インサート固定部(11)の受け面(12a)、(12b)や着座面(13)等の摩滅、変形も観察されず、インサート固定部(11)の状態は良好であった。
また、試料番号7、8は回動防止面の円周方向の幅Lを4.0mmと大きくしたので、隣接する回動防止面どうしの間隔が狭くなって、インサートの側面に相当する円錐形の外周面(7)の表面積が減少して、工具本体の受け面(12a)、(12b)とインサートの外周面(7)との接触面積が減少している。これにより、インサートの取付け精度が低下して切れ刃に欠損が発生したことも考えられる。
従って、インサートの底面は円形にしてその表面積を大きくすること、及びインサートの外周面(7)には、インサートの底面から回動防止面の下端までは、前記した式(3)を満足するように、高さh3の外周面(7)を介在させることが極めて重要であることが分かった。
続いて、前記した本発明例となる試料番号1と、試料番号15〜21の刃先交換式切削工具を試作して切削加工を行い、工具本体の劣化現象を観察するための試験を行った。なお、試料番号15〜20は本発明例となる刃先交換式切削工具、試料番号21は比較例となる刃先交換式切削工具である。実施例2−1に用いた刃先交換式切削工具に関する仕様を、試料番号別に表2と表3に示している。
比較例となる試料番号21については、インサートの構成は試料番号1と同じ構成としたが、工具本体には回動防止部を設けない構成とした。
(切削条件2)
・被削材 :SCM440相当材、硬さHRC30
・切削速度 :200m/分
・主軸の回転数 :1273回転/分
・切込み量 :2mm
・径方向切込み幅:25mm
・1刃の送り :0.8mm
・テーブル送り :3055mm/分
・切削時間 :10時間(インサートは30分毎に交換)
・加工方法 :乾式、等高線加工、単一刃切削
本発明例となる試料番号15は回転防止部のT1値を1.90mmと小さく、試料番号17は回転防止部のW値を1.00mmと小さく設定したために、回動防止部の強度が足りずに回動防止部の摩滅幅が大きくなったと推測される。
本発明例となる試料番号18は、回動防止部の摩滅は少なかったが、回動防止部の傾斜角度θ2を3度と大きく設定したために、回動防止部と回動防止面との接触が不十分となってインサートの着座面に対する固定精度が低下したために、インサートの平均摩耗量が大きくなったと推測できる。
また、本発明例となる試料番号19は、回動防止部の硬度をHRC40と低目に設定したので、回動防止部の摩滅幅が大きくなっていた。
上記した実施例2−1で実施した切削加工試験においては、切削加工時間が30分に達した毎に、インサートを固定している止めねじを取り外す操作を行うときに、この止めねじの取り外し時のトルク値を測定して、試料番号ごとにその平均値を求め、10時間の切削加工試験が終了したときの着座面の状態と併せて評価した。以下、この実施例2−2による測定結果を示す表4に基づいて説明する。
(1)本発明例となる試料番号1と試料番号15〜20は、何れも右ねじを使用し、軸方向すくい角の設定を正の値「+4度」としたが、止めねじ取付け時の締め付けトルク値(a)と、取外し(緩め)時のトルク(b)の平均値との差は、0.2(Nm)の負の値、すなわち、締付け時のトルクである3.0Nmと比較して緩くなった。しかし、この差の値は、取付け時の締め付けトルク値である3.0(Nm)の10%以下の値であることから、許容範囲内であると判断できる。また、切削加工の試験後の着座面の状態を目視により観察した結果は、中程度の接触痕(接触痕中)が見られたものの、さらなる連続使用が可能な状態であって許容範囲内であった。
本発明例となる試料番号23と24とを比較すると、上記とは反対に、切れ刃の軸方向すくい角を正の値「+4度」とした試料番号23は、止めねじとして左ねじを選択することによって、取り外し時のトルク値が増大し、締り勝手となってより好都合であることが分かった。
また、試料番号25と26との比較、試料番号27と28との比較においても、前述の試料番号1と22との結果と同様に、軸方向すくい角が負の値「−4度」の場合は、右ねじを選択することによって、締り勝手となり好都合であった。
試作した試料番号29〜34に係る刃先交換式切削工具の仕様を図15(a)に、さらに切削加工を行った結果とその評価を、試料番号別に図15(b)に示している。
また、工具本体の回動防止部のT1値(2.80mm)に対してh2値(2.30mm)が小さいために、回動防止面と回動防止部とが良好に接触しないため回動防止効果を得ることができず、図15(b)に示すように、インサートが回動して回動防止面に変形が生じた。
さらに、h3値を(1/3)h1値を超えて大きく設定したことによって、回動防止面のインサート半径方向への奥行量が小さくなって工具本体の回動防止部が回動防止面へ侵入する長さが短くなってしまった。これにより、回動防止効果を得ることができず、インサートが回動したと推測される。
(1)h2値が、前記した式(1)を満足することによって、切刃(6)の刃先強度を十分に維持することができ、また、着座面(13)にインサート(3)を取付けた際に、工具本体(2)に設けた回動防止部(15)をインサート(3)の回動防止面(8)に当接させると、インサート(3)の回動防止効果を得ることに好都合であることが明らかとなった。
2: 工具本体
3: インサート
4: 上面
5: 底面
6: 切れ刃
7: 外周面
8: 回動防止面
9: ねじ挿通孔
10: 止めねじ(ねじ部材)
11: インサート固定部
12a、12b:受け面
13: 着座面
14: 止めねじ挿入孔
15: 回動防止部
15a:回動防止部の拘束面
A : インサート厚さ方向の位置
B : インサート厚さ方向の位置
C : インサート厚さ方向の位置
L : インサートにおける回動防止面の円周方向の幅
h1: インサート厚さ
h2: インサートの回動防止面の上端からインサート底面までの高さ
h3: インサートの回動防止面の下端からインサート底面までの高さ
O : 回転軸線
T1: 工具本体の着座面から回動防止部上端までの高さ
T2: 工具本体の着座面から回動防止部上端までの高さ
W : 工具本体の回動防止部の幅
θ1: インサートの回動防止面の傾斜角度
θ2: 工具本体の回動防止部の傾斜角度
θ3: インサート外周面の傾斜角度
Claims (5)
- 平板状の円形をなし、すくい面となる上面と、前記上面と対向して配置されて該上面より小径の底面と、前記上面と前記底面をつなぐ円錐状をなして逃げ面となる外周面と、前記上面から前記底面を貫通するねじ挿通孔と、前記すくい面と前記逃げ面によって形成された稜線部に切れ刃を備えた円形のインサートを、前記ねじ挿通孔に挿入したねじ部材のねじ締結により工具本体のインサート固定部に着脱自在に取付ける刃先交換式切削工具において、
前記インサートはその前記外周面に、少なくとも一つの回動防止面を備え、
前記インサートの厚さをh1、前記底面から前記回動防止面の上端までの高さをh2、前記底面から前記回動防止面の下端までの高さをh3としたとき、前記h2は下記の式(1)を、前記h3は下記の式(2)を満足し、
前記工具本体の前記インサート固定部は、
前記インサートの前記底面が着座する着座面と、
前記着座面の端部から立設され、前記着座面に着座した前記インサートの前記外周面を拘束する2つの円弧形状をなす受け面と、
前記2つの受け面の間であって前記着座面から立設され、前記着座面に着座して取付けられた前記インサートの前記回動防止面に当接する回動防止部と、
を備え、
前記工具本体の前記着座面に取付ける前記インサートの前記切れ刃の軸方向すくい角の正負に対応させて、前記インサートを前記着座面に取付けるための前記ねじ部材を右ねじ又は左ねじとしていることを特徴とする刃先交換式切削工具。
(1/2)h1≦h2≦(2/3)h1 ・・・・・・・式(1)
(1/10)h1≦h3≦(1/3)h1 ・・・・・・式(2) - 前記切れ刃の軸方向すくい角が正のときには前記ねじ部材を左ねじとし、前記切れ刃の軸方向すくい角が負のときには前記ねじ部材を右ねじとすることを特徴とする請求項1に記載の刃先交換式切削工具。
- 前記工具本体の前記インサート固定部が備えている前記回動防止部であって、前記着座面に取付けられた前記インサートの前記回動防止面に当接させる箇所となる拘束面を、平坦面又は凸円弧面に形成していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の刃先交換式切削工具。
- 前記工具本体の前記着座面と受け面と回動防止部には、周期律表4a、5a、6a族金属、Al、Si、Bの元素から選択される1種以上の元素を含有する窒化物、炭窒化物、酸窒化物のいずれかからなる硬質皮膜が被覆されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。
- 前記工具本体は、硬度がHRC44〜50の合金工具鋼からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の刃先交換式切削工具。
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