JP5661613B2 - 切屑除去工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具用の切削インサート、そのような切削インサート用の工具座部、およびそのような切削インサートを有する切削工具、特にボーリング工具に関する。

切削加工技術の分野では、工具の切刃を工具と一部片で形成することは知られておらず、工具の切刃を個別の構成要素として、刃先、交換式刃先(Wendeschneidplatte)、または切削インサートとしての切削体の形態で設計することが知られている。そのような切削体は、例えばＤＤ１５７３１４号明細書から知られている。

切削インサートは、特殊な工具、および比較的大きなロットサイズでの生産を行うための工具で使用される。切削インサートに設けられている切刃が摩耗されるとすぐに、切削インサートが工具から取り外されて、新たな切削インサートに交換される。したがって、工具を再研磨するためのダウンタイムがない。さらに、そのような切削インサートは、特別な材料、例えばカーバイド、サーメット、またはセラミックからなる切刃、およびダイヤモンドや同様の材料を備え付けられた切刃に特に適している。切削インサートは、コーティングを施されていても施されていなくてもよい。ここで、切削インサートは、通常は、製造が難しい高価な切削材料から製造されることがあり、一方、工具は、普通は、製造がより簡単なより安価な材料から製造することができる。したがって、切削インサートによって、それぞれの用途に対して特定的に非常に良く適した切刃を有する特別な工具を製造することができる。

通常は交換式刃先と呼ばれる、互いに独立して働く複数の切刃を有する切削インサートの利点は、インサートを複数の用途に適用できることである。ここで、材料利用の面が特に優れている。そのような複数枚刃切削インサートにおいては、切削インサート体の製造に使用される材料の量に対して切刃が占める割合が特に高い。

従来技術によれば、切削体を固定するために、切削体の幾何形状と相補形になるように設計された工具座部が工具に提供される。例えば、ＤＤ１４８３１４号明細書から、枢動可能なクランプ脚部によって工具座部内に四面体切削インサートを固定することが知られている。その場合の欠点は、クランプ脚部に必要な空間が大きいことである。さらに、クランプ脚部の領域には、工具の実効面、例えば主切刃または副切刃を配置することができない。本来的に省スペースの工具座部構成が、ＤＥ１１４００４５Ｂ号明細書から知られている。そこでもやはり、四面体切削体が、対応する工具座部内に取り付けられる。ねじボルトとして設計されたクランプ要素が、切削体をクランプする。ねじボルトは、工具内に形成されたねじ経路によって、工具内で締めたり緩めたりできるように取り付けられる。この場合の欠点は、ねじ経路の形成に必然的に伴って工具の強度が低下することである。さらに、一方ではねじボルトによって所要のクランプ力を加えること、他方ではねじボルトを有用に操作することをできるようにしておくためには、ねじ経路およびねじボルトのサイズを自由には縮小することができない。独国特許出願公開第２４５５６１２号明細書は同様の設計を示し、この設計でもやはり、切削インサートをクランプすることができるように、クランプ要素と、それに対応して工具にあるクランプ要素用の収容スペースとが必要である。

本発明の目的は、工具に簡単に取り付けることができ、かつ操作しやすいものとなるように切削インサートを構成することである。

請求項１に記載の特徴の組合せが、発明性のある形でこの目的を達成する。請求項１に従属する請求項は、一部には、前記発明の有利な発展形態を含み、また一部には、それ自体発明性のある前記発明の発展形態を含む。本発明は、まずは請求項１に記載の切削工具からなり、前記切削工具が、請求項２〜１１に記載の特徴の組合せによってさらに改良される。さらに、そのような切削インサートに特別に適合された本発明の工具座部が、請求項１２および１３で規定されている。最後に、本発明による切削インサートと、所望により設けてもよい本発明による工具座部とを有する本発明の切削工具、特にボーリング工具が、請求項１４または１５に記載されている。

本発明による切削インサートは、四面体の幾何形状を有する。四面体切削インサートは、安定性が高いという利点を有する。使用される材料の量に関して、本発明による切削インサートは体積が小さいので、非常に安定であり頑丈である。四面体の幾何形状により、切削体は４つの切削角部を有し、各切削角部を機械加工の目的に合わせて特別に設計することができる。

本発明による四面体切削インサートは、切削工具の工具座部内にセルフクランピング固定するのに特に適している。本発明による切削インサートの他の特徴が、工具座部内での切削インサートのセルフクランピング座りを改善するのに役立つ。四面体を形成する各三角形のベース領域の大部分は、切屑破断または切屑形成のために切刃、切削角部、または突出部を形成する目的には用いられない。そのことを利用して、発明性のある形で切削インサートのセルフクランピング挙動を改良する。三角形ベース領域内の上記目的には必要とされない区域に、工具座部内に切削インサートを固定するためのさらなるクランプ体が提供される。本発明によれば、このクランプ体は切頭四面体として構成される。

切頭四面体に関して正三角形の幾何形状が選択され、切頭四面体の側面が、四面体切削インサートの三角形ベース領域の辺に平行に延在することが、製造の観点から有利である。切削インサートが製造後に再加工される場合、例えば、切削エッジを形成する三角形の辺の縁部と切頭四面体の側面との両方を、同じ工具を使用して１つの操作で加工することができる。さらに、この構成は、切削インサートとして正多面体を使用することが好ましいという考え方に厳格に従う。

すなわち、本発明の好ましい構成では、切削インサートが「プラトンの立体」、すなわち正四面体として構成される。正四面体は、４つの合同な正三角形からなる（「ブロックハウス−自然科学と技術（BROCKHAUS - Naturwissenschaft und Technik）」、ヴィースバーデン（Wiesbaden）、１９８３年、第４巻、１８５頁、ＩＳＢＮ ３−７６５３−０３５７−７参照）。

さらなる構成では、切頭四面体の上面に向かって先細りしている切頭四面体の切頭体側面が、工具座部内に切削インサートを固定するためのクランプ面として働く。有利には、切頭体側面は、切頭四面体の上面に向かって実効方向または実効面で１１°未満の傾斜角を有する。そのような構成は、第１に、切削インサートを交換できるように工具座部から取り外す、または工具座部に挿入することが効果的にできることを保証する。第２に、この角度寸法は、工具座部内での切削インサートの特に安定な自己係止を保証する。工具座部内での切削インサートの自己係止設置により、場所を取る切削インサート用のさらなる固定手段をなくすことができる。これは、第１に工具座部の構成を単純化し、第２に、切削インサートの挿入後にさらなる固定操作が必要ないので切削インサートの交換をより速く行えるようにする。

正四面体切削インサートでは、いずれの場合にも３つの当接する三角形の辺がなす４つの節点が、同一構成の４つの切刃角部を形成する。６つの三角形辺が、同一構成の切刃または切削エッジをそれぞれ形成する。

切刃の数が多いことにより、有利には、同一の切削インサートを複数の切削操作に使用することができる。切削インサートの体積が小さいので、切削インサートを製造するために使用される材料の量は非常に少ない。例えば、そのような切削インサートがカーバイドから製造される場合、複数枚刃切削インサートを製造するために、高価なカーバイド材料が比較的少量しか必要とされない。

その高い固有安定性により、かつ複数の切刃があることにより、単一の切削インサートを用いて比較的多数の切削操作を行うことができる。したがって、従来技術に比べて、切削インサート当たりの切削操作の数がかなり増加する。

有利な構成では、切削インサートの切刃を形成する切削エッジを安定させるために切刃面取りが提供される。また、切刃エッジまたは切刃角部の領域に丸みを付けることも好適となることがある。有利な構成では、高速の切屑除去を保証するために、切削エッジの後ろに切屑排出溝が位置する。チップブレーカ、チップフォーマ、または同様の機能効果をもつ突出部を提供することによって、切屑の流れの挙動をさらに改良することができる。そのような突出部をいずれの場合にも等間隔で配置することが特に有利である。このようにすると、突出部が、切刃の長さにわたって統計的に一様に分布される。

本発明の特に好ましい実施形態では、各切削エッジの長さの３％〜２０％に突出部が設けられる。また、切削エッジの長さの正確に５％にそれぞれ１つの突出部を設けることが非常に効果的であることが判明しており、突出部は、チップフォーマもしくはチップブレーカの機能、または切屑形成と切屑破断の二重の機能を有する。さらなる構成では、１つまたは複数の突出部を切屑破断用の段差として設計することもできる。

請求項１２および１３に記載の工具座部が、発明性のある形で本発明を補完する。本質的な考え方は、切削インサートと相補形になるように工具座部を設計することからなる。本発明において対象とする切削インサートに関して、これは、工具座部が特に単純な設計となることを意味する。これは、切削インサートでの角度関係に合わされた２つの三角形領域しか必要ないからである。これらの三角形領域は互いに、間に切削インサートの２つの三角形領域をクランプする角度で配置しなければならない。ベース領域として正三角形を有する正多面体が切削インサートに使用される場合、三角形ベース領域の内角はすべて６０°である。クランプジョーに関して、これは、クランプ座にも正三角形またはほぼ正三角形の幾何形状を有するクランプジョーが使用されることを意味する。この場合、切削インサートをクランプ座から突出させるために、三角形から一区域を切り抜くことができる。さらに、クランプジョーは、互いに６０°の角度、またはそれよりもわずかに小さい角度をなす。クランプジョーの間にはクランプスロットが設けられ、これは、クランプジョーを弾性的に離し、それにより前記クランプジョーが切削インサートに対してそれらのクランプ作用を及ぼすことができる。

クランプジョーに収容ポケットを形成することが特に有利であり、前記収容ポケットの中空形状は、三角形ベース領域上に配置されたクランプ体の中実形状と相補形に対応している。ここでもまた、正三角形の外形を有する収容ポケットが特に好ましく、前記正三角形は、１１°の角度で、またはそれよりもわずかに小さい角度でクランプジョー内部の方向へ先細りしている。

切削インサートが工具内に取り付けられているとき、切刃の後ろに位置する切屑用溝または切屑破断用の段差は二重の機能をもつ。すなわち、それらがクランプジョーに対して当接し、工具座部内にある切削インサートのための追加の支持縁部を形成する。

請求項１４および１５は、本発明による切削インサートと、有利には本発明による工具座部とを有する切削工具、特にボーリング工具に関する。使用される切削インサートと工具座部の組合せは、非常に省スペースのものである。これにより、工具切刃の領域内の区域を、別の用途で使用することができる。例えば、従来技術に比べて大きい断面積の冷却路を切削工具に形成することができる。このようにすると、切削工具の冷却効果または冷却／潤滑効果を大幅に改善することができる。特に、ボーリング工具の場合、これによりボーリング操作をかなり速めることができる。

本発明を、例示的実施形態を参照しながらより詳細に説明する。

図の左側に示された四面体切削インサートと、図の右側に示された工具座部との概観図である。 工具座部内に収まった状態で半分に割った形で示された切削インサートを備えた工具座部の詳細図である。 切削インサートの実効面を通る断面図である。 ３つの異なる構成の切刃を有する本発明による切削インサートの、実効面を形成する三角形ベース領域の平面図である。 図４に示される切削インサートの斜視図である。 本発明によるボーリング工具のボーリング先端の平面図である。

以下、様々な構成において同じ部品には常に同じ参照番号が付されている。

図１の左側に示される切削インサート１は、プラトンの立体として構成されている。その立体の各ベース領域２は、６０°の内角を有する正三角形の幾何形状を有する。正四面体は、正三角形の幾何形状を有する４つの合同なベース領域２を有する。三角形の辺３の縁部が、切削インサート１の切削エッジ４を形成し、これらの切削エッジ４は切刃としての機能効果をもつ。いずれの場合にも３つの当接する三角形の辺３の節点が、いずれの場合にも１つの切刃角部５を形成する。切削インサート１は、４つのそのような切刃角部５を有する。これらの切刃角部５は、それぞれの機械加工の目的に合わせて構成することができる。例えば、角部丸み付けまたは面取りを提供することができる。切削エッジ４の領域には、切刃を安定させるために切刃面取り６が提供される。さらに、切削エッジ４は、鋭利な縁部にすることができ、または縁部に丸みを付けることもできる。

切削インサート１の各ベース領域２上に、切頭四面体７が形成される。この切頭四面体７の上部は、その上面８によって画定される。切頭四面体７の側面９は、ベース領域２から上面８に向けて先細りしている。図３には実効角度３２が示されており、この例示的実施形態では実効角度３２は１１°未満である。この実効角度３２は、図４に示される実効領域において、実効方向３３で実働切刃角部５の後ろに位置する切頭体側面９の領域に形成される。

切刃面取り６によって安定した切削エッジ４の領域には、切削インサート１の本体に切屑用溝１０が形成される。切屑用溝１０の領域に、例えば図４の例示的実施形態では切屑破断用の突起１１として構成されている突出部が設けられる。図４において隣接する他の切屑用溝１０には、切屑破断用の隆起ストリップ１２の形態での突出部が形成される。

工具座部２０は、実質的には２つのクランプジョー２１によって形成される。クランプジョー２１はそれぞれ正三角形の形状を有する。この例示的実施形態では、クランプジョー２１は互いに６０°の角度をなす。工具座部２０内で、クランプジョー２１の間にクランプスロット２２が形成される。各クランプジョー２１に収容ポケット２３が形成される。収容ポケット２３は、中空の切頭四面体形状を有する。収容ポケット２３の側壁２４は、収容ポケット２３の底面２５に向かって、実効面内で１１°未満の角度で延在する。

さらに、図１の概観図、および図２から、工具座部２０の収容ポケット２３の中空幾何形状が、切削インサート１にある切頭四面体７の中実幾何形状と相補形になるように設計されていることが分かる。最終的な取付け位置で、すなわち工具座部２０内に切削インサート２１がクランプされるとき、それぞれ１つの切頭四面体７が、工具座部２０における前記切頭四面体７に割り当てられたクランプジョー２１の収容ポケット２３に収まる。この場合、切頭四面体７の上面８と収容ポケット２３の底面２５は互いにほぼ平面平行に向かい合い、切頭体側面９は、クランプして面一の状態でポケット側壁２４に作用する。したがって、切削インサート１は、切頭四面体７によって、いずれの場合にもクランプジョー２１内に固定される。切頭体側面９とポケット側壁２４が互いに作用するとき、クランプジョー２１と、クランプジョー２１にそれぞれ割り当てられたベース領域２、または収容ポケット２３内に位置する切頭四面体７との間での安定なこのクランプ座によって、工具座部２０での切削インサート１の安定な自己係止が保証される。切削インサート１を工具座部２０内に保持するために、追加のデバイスは必要ない。

ボーリング工具３０のボーリング先端が図６に示される。図６から、切削インサート１がそれぞれ非常に小さく、したがって冷却路３１を比較的大きな断面積にすることができることが分かる。

図６に示されるボーリング工具３０は、２部分の主切刃を有するボーリング先端を示し、主切刃の各部分が、本発明による切削インサート１をそれぞれ１つ含む。この場合、図６の右側に示される右側切削インサート１は、コアボーリング装置またはコアカッターとして設計され、図６の左側に示される切削インサート１は、右側に示される切削インサート１に追従し、ボーリングに適している。

Claims (15)

1. 正四面体の幾何形状を有する切削工具用の切削インサート（１）であって、支持工具の工具座部（２０）内に前記切削インサート（１）を固定するためのクランプ体としての切頭四面体（７）が、前記切削インサート（１）の三角形ベース領域（２）のそれぞれから突出する切削インサート（１）。
2. 前記切頭四面体（７）の側面が、前記ベース領域（２）の三角形の辺（３）に平行に延在していることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１）。
3. 前記三角形ベース領域（２）から前記切頭四面体（７）の上面（８）まで先細りになって延在する前記切頭四面体の側面（９）が、工具座部（２０）内に前記切削インサート（１）を固定するためのクランプ面を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の切削インサート（１）。
4. 前記切頭四面体の側面（９）が、前記三角形ベース領域（２）から前記上面（８）へ実効方向で１１°未満の角度で先細りしていることを特徴とする請求項３に記載の切削インサート（１）。
5. ４つの合同な正三角形が、前記四面体のベース領域を形成すること、
   それぞれ１つのベース領域（２）を形成する異なる三角形の３つの当接する三角形の辺（３）の節点が、いずれの場合にも１つの切刃角部（５）を形成すること、および
   前記ベース領域（２）を形成する前記三角形の辺（３）が、切削エッジ（４）として形成されること
   を特徴とする請求項１に記載の切削インサート（１）。
6. 前記切削エッジ（４）の逃げ面をなす切刃面取り（６）を特徴とする請求項５に記載の切削インサート（１）。
7. 前記切削エッジ（４）の後ろに位置する切屑排出溝（１０）を特徴とする請求項５または６に記載の切削インサート（１）。
8. チップブレーカまたはチップフォーマとしての機能効果をもつ突出部が、前記切削エッジ（４）の前記切屑排出溝（１０）の領域に等間隔に配置されることを特徴とする請求項７に記載の切削インサート（１）。
9. 各切削エッジ（４）の長さの３％〜２０％に突出部が設けられることを特徴とする請求項８に記載の切削インサート（１）。
10. 各切削エッジ（４）の長さの５％に突出部が設けられることを特徴とする請求項９に記載の切削インサート（１）。
11. 前記突出部が、切屑破断用の段差として設計されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の切削インサート（１）。
12. 正四面体の幾何形状を有する切削工具用の切削インサート（１）であって、支持工具の工具座部（２０）内に前記切削インサート（１）を固定するためのクランプ体としての切頭四面体（７）が、前記切削インサート（１）の三角形ベース領域（２）のそれぞれから突出する切削インサート（１）のための工具座部（２０）であって、
    前記切削インサート（１）の２つの隣接する三角形ベース領域（２）の角度に合わされたクランプ角度で互いに配設され、且つ対応する前記切削インサート（１）のクランプ体と相補形になるように設計された収容ポケット（２３）をそれぞれ有し、間に構成されたクランプスロット（２２）によって分離されているクランプジョー（２１）を有する
    工具座部（２０）。
13. 前記クランプジョー（２１）が、それぞれ正三角形の外形を有すること、および
    前記クランプジョー（２１）に形成された前記収容ポケット（２３）が正三角形の外形を有し、ポケット側壁（２４）が、前記クランプジョーの内部、すなわち前記ポケット底面（２５）の方向に実効方向で１１°未満の角度で先細りしていること
    を特徴とする請求項１２に記載の工具座部（２０）。
14. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの切削インサート（１）と、請求項１２または１３に記載の工具座部（２０）とを有する切削工具。
15. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の切削インサート（１）をそれぞれ１つ収容するために各主切刃に請求項１２または１３に記載の工具座部（２０）を有するボーリング工具（３０）。

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