JP5693142B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、インサートをホルダに装着して用いる切削工具に関する。

従来、内径の溝入れ加工やねじ切り加工に用いられる切削工具として、両端に切刃を有する略棒状のインサート（以下、単にインサートという）をホルダの孔内に挿入し、ボルトで締め込み固定したものが知られている。

例えば、特許文献１には、両端に切刃を有する略棒状のインサートの一端をホルダの孔内に挿入してなる切削工具であって、インサートの一端側の逃げ面をホルダ内の位置決め部材に当接してインサートの軸方向の位置決めを行うことが開示されている。

しかし、このようなインサートは、軸方向の位置決めは比較的精度よく行われるものの、インサートの芯高さについては繰り返し精度が劣る。すなわち、芯高さの位置決めにおいては、インサート上方の外周面において、芯高さ方向に対して垂直な平面（上面側平面部）が設けられ、例えば、上面側平面部をねじ止めにより押圧して固定する。そのため、ねじ止め押圧時にインサートがわずかに回転する場合があり、繰り返し固定する時に芯高さを一定にするには熟練を要する。その結果、繰り返し取付け精度のばらつきが大きくなる。また、上面側平面部を設けるため、インサートの断面積が小さくなり、剛性が低減するといった問題も生じる。

特開２００１−７１２０４号公報

本発明の目的は、位置決め精度が良好で、かつ十分な剛性を有するインサート、該インサート用のホルダ、および該インサートと該ホルダとを備える切削工具を提供することにある。

本発明の切削工具は、棒状をなし、シャンクと、前記シャンクの少なくとも先端に形成される切刃と、該切刃が形成された先端とは反対の後端側の前記シャンクに形成され、前記後端側に折れ曲がるとともに、横断面視で直線部を備えた段差を有するインサートを、ホルダの先端に形成された挿入孔内に前記インサートの後端側から挿入して、ホルダに設けられた位置決め部材に前記段差の角部を線当たりで当接した状態で固定するものである。

ここで、前記シャンクの両端に切刃が形成されていてもよい。

また、前記段差の角部は、前記シャンクの両端に形成された前記切刃のうちの後端側の切刃に続いて設けられた切屑ポケットおよび立ち上がり面の終端に形成されていてもよく、前記段差の角部は、前記立ち上がり面と、該立ち上がり面に隣接して先端側に設けられた段差面との間に形成されていてもよい。

また、前記段差の角部は、他端側の前記切刃に続く切屑ポケットおよび前記立ち上がり
面の終端であってもよく、または、前記段差の角部は、他端側の前記立ち上がり面と、該立ち上がり面に隣接して先端側に設けられた段差面との間に形成されていてもよい。

さらに、外周面から前記挿入孔に貫通する位置決め部材取付孔を設けるとともに、該位置決め部材取付孔に棒状の前記位置決め部材を挿通した構成からなっていてもよい。

このとき、前記位置決め部材よりも先端側に前記外周面から前記挿入孔に貫通するネジ孔を形成して、該ネジ孔にネジ部材を螺合して、該ネジ部材の先端で前記インサートのシャンクの外周面を押圧固定してもよい。

さらに、前記位置決め部材よりも先端側に位置して前記外周面から前記挿入孔に貫通し、前記インサートを前記挿入孔内に挿入する際に、該挿入孔内に挿入される側の前記切刃が前記位置決め部材に接触することを予防する装着補助部材を前記挿入孔に配設してもよい。

また、外周面から前記挿入孔に貫通する貫通孔を設けるとともに、該貫通孔に棒状の前記装着補助部材を挿通した構成からなってもよい。

本発明切削工具によれば、切刃が形成された先端とは反対の後端側のシャンクにあって、後端側に折れ曲がるとともに断面視で直線部を備えた段差が、芯高さ方向および長さ方向を拘束するための面として機能し、かつ固定時におけるインサートの回転も抑制でき、芯高さの位置決めにおける繰り返し精度も良好である。また、シャンクの上面側に平面部を設けるような従来の形状に対して、断面積を大きく確保することができるので十分な剛性を有する。

本発明の一実施態様であるインサートの全体斜視図である。 図１に示すインサートの（ａ）上面図、（ｂ）側面図、および（ｃ）先端視図である。 本発明の他の実施態様であるインサートの（ａ）全体斜視図、（ｂ）側面図、および（ｃ）先端視図である。 図１に示すインサートを用いた本発明の一実施態様である切削工具の全体斜視図である。 図４に示す切削工具の（ａ）上面図、（ｂ）側面図、および（ｃ）先端視図である。 図５（ａ）に示す切削工具のＮ−Ｎ線における断面図である。 図２に示すインサートの変形例を示す上面図である。 図１に示すインサートを用いた本発明の他の一実施態様である切削工具の要部拡大図である。 本発明の切削工具に取り付けられる装着補助部材の構造を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施態様であるインサートの（ａ）全体斜視図、（ｂ）側面図である。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施態様であるインサート１をホルダ１０に装着して使用する内径加工用の切削工具Ｔについて説明する。図１はインサート１の概略斜視図、図２は図１のインサート１を（ａ）Ｘ方向（上面方向）から見た上面図、（ｂ）Ｙ方向（側面方向）から見た側面図、（ｃ）Ｚ方向（先端方向）から見た先端視図、図３は
本発明の他の実施態様であるインサートの（ａ）全体斜視図、（ｂ）側面図、および（ｃ）先端視図である。また、図４は、インサート１をホルダ１０に装着した切削工具Ｔの概略斜視図、図５は図４の切削工具Ｔを（ａ）Ｘ方向（上面方向）から見た上面図、（ｂ）Ｙ方向（側面方向）から見た側面図、（ｃ）Ｚ方向（先端方向）から見た先端視図、図６は図５（ｂ）のＮ−Ｎ断面図である。

図１、２において、インサート１は棒状体からなり、両端それぞれに位置する切刃２（２Ａ、２Ｂ）と、これらの切刃２間に位置するシャンク３とを有している。この棒状体とは、略円柱状、略多角柱状、あるいはこれらを組合せた形状を基本形状とする形状を指す。なお、本実施態様において、シャンク３は、図２（ｃ）に示すように、長手方向の中央部におけるＭ−Ｍ断面にて略円形となっている。

インサート１は、切刃を２つ有する２コーナー使いのインサートバーである。本実施態様においては、図２（ａ）に示すように、切刃２Ａおよび２Ｂはいずれも、インサート１の被削材の内径内に挿入可能な部分（図２（ａ）では切屑ポケット８および立ち上がり面６）に対して側方に突出するように形成されている。立ち上がり面６は、切刃２からシャンク３に離れるにつれて、シャンク３の外周面４に近づくように隆起している。

この切刃２とシャンク３との間には、それぞれ段差９（９Ａ、９Ｂ）が形成されている。この段差９は、切刃２（２Ａ）が形成された先端Ａとは反対の後端Ｂ側のシャンク３に形成され、後端Ｂ側に折れ曲がるとともに、横断面視で直線部を備えた構成からなる。そして、段差９Ａに対して反対端側の先端にある切刃２Ｂを使用する場合、すなわち切刃２Ａをホルダ１０の挿入孔１１に挿入する場合に、ホルダ１０の挿入孔１１内に形成された位置決め部材１２に当接されてインサート１の芯高さ方向および長さ方向が拘束される拘束部として機能する。また、芯高さの位置決めにおける繰り返し精度も良好である。さらに、シャンクの上面側に平面部を設けるような従来の形状に対して、断面積を大きく確保することができるので十分な剛性を有する。

ここで、図３のように、段差９（９Ａ’、９Ｂ’）の角部が、他端側の切刃２（２Ａ、２Ｂ）に続く切屑ポケット８（８Ａ、８Ｂ）および立ち上がり面６（６Ａ、６Ｂ）の終端であると余分な加工が不要となるが、ホルダ１０の位置決め部材１２と線当たりする直線部を長く確保するために、図３の構成よりも図１、２の構成のように、段差９（９Ａ、９Ｂ）は他端側の立ち上がり面６Ａに隣接して先端側に別途設けられた段差面１６Ａと立ち上がり面６Ａとの間に設けられていることが望ましい。

段差９の形状は特に制限されない。インサート１の長手方向に垂直な横断面視は直線部を有するが、段差９の角部には微少なＣ面またはＲ面の面取りが形成されていてもよく、これによれば、繰り返し使用における角部の変形を抑制して切刃２の位置決め精度を高めることが可能である。

本実施態様において、図２（ｂ）に示すように、立ち上がり面６と切刃２との間には切屑ポケット８が形成されており、切刃２で発生した切屑を切屑ポケット８にて一旦溜めておき、被削材の内壁面とインサート１との隙間から徐々に切屑が排出されるので、一時的に多量の切屑が発生した場合でも切刃２付近に切屑が詰まって切削できなくなることを抑制する。

図１の構成によれば、一端の切刃２Ａのすくい面７（７Ａ）と他端の段差９Ｂとが、シャンク３の中心軸に対して同じ側を向くように配置されており、段差９Ａおよび９Ｂも回転軸に対して同じ方向に配置されている。このような構成によって、切削加工時に切刃２Ａが被削材に押されてインサート１の他端が浮き上がるような力がかかっても、他端の段
差９Ｂがインサートの浮き上がりを押えるように働いて強固に固定できるので、切削中のインサート１のびびりを抑制できる。また、段差９Ｂを位置決め部材１２に直接当接させて位置決めするので、シャンクの外周面に平面部を設けてこれをホルダの外周からネジ部材を当接させてネジ止めする方法に比べて、切刃２の取付け精度が高くかつネジが緩むこともない。

また、図２（ｃ）によれば、シャンク３の外周に、長手方向に垂直な方向の横断面視で、立ち上がり面６とは反対側に平坦部５が形成されている。この平坦部５は後述する装着補助部材１９を形成した場合に、インサート１がホルダ１０の挿入孔１１に挿入できるように装着補助部材１９を避ける切欠として形成されており、この構成によって、インサート１の切刃２が切削加工前に誤って欠損することなく、安心して確実にインサート１を装着できるという機能を有している。図２の構成によれば、立ち上がり面６Ａおよび６Ｂが略同一方向を向いているので、一つの平坦部５で両方の切刃２Ａ，２Ｂの取付けを補助することができるため、その分、シャンク３の断面積を大きく確保することができ、シャンク３は十分な剛性を有する。

一方、ホルダ１０については、図４に示されるように、ホルダ１０の先端部にはインサート１を差し込む挿入孔１１が設けられ、該挿入孔１１内には、インサート１の段差９に当接される位置決め部材１２が設けられている。図４においては、ホルダ１０の側面には、棒状の位置決め部材１２を挿入するための位置決め部材取付孔１３が多数個設けられている。そして、これら位置決め部材取付孔１３のうちの１つの位置決め部材取付孔１３内に棒状の位置決め部材１２が挿通されている。なお、位置決め部材取付孔１３が多数個設けられている理由はインサート１の突き出し量を適宜調整することができる構成とするためである。

位置決め部材１２は、例えば、ピンやねじ材といったインサート１の段差９と当接するものであればよく、棒状をなしており、円柱、三角柱等の多角柱等のいずれの形状であってもよく特に制限されない。ピンであれば容易に抜き差しできるので、インサート１の突き出し量を容易に変更することが可能であり、本実施態様においては、位置決め部材１２としてピンが用いられている。位置決め部材１２はまた、挿入孔１１の長手方向に対して、位置決め部材１２の軸線が垂直となるように設けられている。

また、位置決め部材１２の固定方法は、円柱状のピンの両端をネジで挟み込んで固定する方法、円柱状のピンの片側端部にネジ切りをつけてこのネジ切り部分をホルダ１０にも設けたネジ切り部分に螺合する方法、円柱状のピンの片端を拡径したテーパ状としてこのテーパ部を位置決め部材取付孔１３の所定位置に当接して固定する方法、円柱状のピンを接着剤で固定する方法、円柱状のピンの側面からネジ部材を締めこんで固定する方法が挙げられる。なお、後述の実施態様例である図９では、円柱状のピンの側面からネジ部材を締めこんで固定する方法を採用している。

位置決め部材１２の挿入孔内の位置は、インサート１の立ち上がり面の挿入角度に応じて適宜調整されればよい。インサート１の段差９と位置決め部材１２とが線当たりになるように当接されることが望ましく、例えば、位置決め部材１２が円筒状のピンである場合には、インサート１をホルダ１０に装着する際に、段差９の長手方向に垂直な方向と、位置決め部材１２の外周面のホルダ１０の長手方向に垂直な方向と、が平行になるように構成される。これによって、安定して強固な拘束が可能である。なお、図２のように、段差９（９Ａ、９Ｂ）はインサート１の長手方向（軸線Ｌ）に対する垂直な方向に対して平行な形状であってもよいし、図７に示すように、段差９（９Ａ’’、９Ｂ’’）が長手方向と垂直な方向に並行ではなく、立ち上がり面６（６Ａ’、６Ｂ’）および段差面１６（１６Ａ’、１６Ｂ’）を斜めに形成して、段差９（９Ａ’’、９Ｂ’’）が長手方向と垂直
な方向に対して上面から見て斜めに傾いた形状であってもよい。なお、位置決め部材１２が多角柱等の角部を有する形状からなる場合には、インサート１の段差９は位置決め部材１２の角部ではない平坦部に当接されることが安定な拘束状態を維持する点で望ましい。

ここで、図４、５によれば、インサート１の脱落やがたつきを抑制するために、位置決め部材１２以外に、位置決め部材１２よりもホルダ１０の先端側で、ホルダ１０の外周面から挿入孔１１に貫通するネジ孔１４を形成して、ネジ孔１４にネジ部材１５を螺合して、ネジ部材１５の先端でインサート１のシャンク３の外周面を押圧固定している。このとき、ネジ部材１５に当接されるシャンク３の外周面は曲面であることが望ましい。すなわち、シャンク３がネジ部材１５に平面で当接されると、製造バラツキの影響でインサート１が回転して取付いてしまい取り付け位置が狂ってしまうおそれがある。

また、ネジ孔１４およびネジ部材１５の位置関係は、図８の他の実施態様に示すように、ネジ部材１５の先端がインサート１のシャンク３の外周面４に当接されるとともに、この当接部１８がネジ部材１５の回転に伴ってインサート１を挿入孔１１の後方に引き込むようにシャンク３の頂面に対してネジ部材１５の回転中心軸Ｏからずれて配設されるようにネジ孔１４’を形成する構成であってもよい。なお、図８の点Ｐ、Ｑのいずれにおいてもインサート１をホルダ１０の後端方向へ引き込む力Ｘ１が発生していることを示している。

さらに、図５（ｃ）や図９に示すように、インサート１の挿入時に際してインサート１の挿入方向が誤った場合（例えばインサート１の挿入方向に対して軸線を軸に１８０°回転して挿入した場合）に切刃２Ｂが欠損してしまうことを抑制するために、例えば、挿入孔１１内に装着補助部材１９を配設することが望ましい。かかる装着補助部材１９は、インサート１を誤った方向で挿入孔１１に挿入した場合に、切刃２Ｂ以外の部分が装着補助部材１９に接触してインサート１の挿入を阻害する構成となっており、インサート１の切刃２がホルダ１０の装着時に誤って欠けてしまうことを防止する。

また、装着補助部材１９の具体的な構成としては、例えば、インサート１の切刃２から離れた位置に形成された平坦部５が装着補助部材１９の横を通過するように、インサート１が挿入孔１１内に差し込まれる形態が挙げられる。なお、装着補助部材１９はホルダ１０の挿入孔１１の内壁から内側に突出しているが、切刃２の衝突を防止するために、挿入孔１１を先端側から見たときの切刃２の装着位置よりも外側（挿入孔１１の中心から切刃２までの距離が、挿入孔１１の中心から装着補助部材１９の突出部までの距離よりも短い）構成となっている。

さらに、図４、図５（ｃ）によれば、装着補助部材１９は挿入孔１１の先端側から挿入孔１１の開口部付近に設けられた略円柱状の切欠き内に円柱状（棒状）の装着補助部材１９をその側面がわずかに挿入孔１１内に突出するような位置に先端または下面から差し込んだ構成でもよく、または、図９に示すように、位置決め部材１２よりもホルダ１０の先端側に位置して、ホルダ１０の外周面から挿入孔１１に貫通する貫通孔２０を設けて、この貫通孔２０に円柱状（棒状）の装着補助部材１９’を挿通した構成であってもよい。

インサートの誤装着または事故による切刃の欠けを防止する他の方法としては、図５（ｃ）に記載されるように、ホルダ１０の挿入孔１１の内壁面に断面円弧形状の切欠溝２１を設けて、挿入孔１１の開口部を切刃２が通過するときに切刃２が挿入孔１１の周囲に衝突することを予防する方法も考えられる。他にも、挿入孔１１に挿入される未使用の切刃２の表面を保護シートで覆って保護する方法や、シャンク３の外周面の所定の位置とホルダ１０の挿入孔１１の開口部付近に位置合わせの目印をマーキングしておく方法も有効である。

また、図９では、位置決め部材１２を固定する方法として、円柱状の位置決め部材１２を嵌め込む位置決め部材取付孔１３に対して垂直な方向から連通するネジ孔２２を設けて、ネジ孔２２内にネジ部材２３を螺合する構成が採用されている。

そして、上記インサート１をホルダ１０に装着した本発明の切削工具Ｔは、図４〜６に示すように、インサート１をホルダ１０の挿入孔１１内に挿入して、挿入孔１１内に設けられた位置決め部材１２に立ち上がり面６を当接した状態で固定したものである。このような構成によって、インサート１の長手方向および芯高さ方向の位置決めにおいて良好な繰り返し精度が得られるとともに、切削時におけるインサートの回転も抑制される。

なお、上記実施態様においては、切刃２Ａ、２Ｂがシャンク３の中心軸に対して同じ側を向くように配置されており、段差９Ａ、９Ｂも回転軸に対して同じ方向に配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０のように、切刃２Ａ、２Ｂがシャンク３の中心軸に対して反対側を向くように配置されていてもよい。また、上記実施態様では、シャンク３の両端に切刃２を有するインサート１の形状について例示したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、シャンクの一端のみに切刃が形成されたものであってもよい。

１ インサート
２（２Ａ、２Ｂ） 切刃
３ シャンク
４ 外周面
５ 平坦部
６（６Ａ、６Ｂ、６Ａ’、６Ｂ’） 立ち上がり面
７（７Ａ、７Ｂ） すくい面
８（８Ａ、８Ｂ） 切屑ポケット
９（９Ａ、９Ｂ、９Ａ’、９Ｂ’、９Ａ’’、９Ｂ’’） 段差
１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ａ’、１６Ｂ’） 段差面
１０ ホルダ
１１ 挿入孔
１２ 位置決め部材
１３ 位置決め部材取付孔
１４、１４’ ネジ孔
１５ ネジ部材
１８ 当接部
１９、１９’ 装着補助部材
２０ 貫通孔
２１ 切欠溝
Ｔ 切削工具

Claims (7)

1. 棒状をなし、シャンクと、前記シャンクの少なくとも先端に形成される切刃と、該切刃が形成された先端とは反対の後端側の前記シャンクに形成され、前記後端側に折れ曲がるとともに、横断面視で直線部を備えた段差を有するインサートを、
   ホルダの先端に形成された挿入孔内に前記インサートの後端側から挿入して、ホルダに設けられた位置決め部材に前記段差の角部を線当たりで当接した状態で固定するとともに、前記シャンクの両端に切刃が形成されており、前記段差の角部は、前記シャンクの両端に形成された前記切刃のうちの後端側の切刃に続いて設けられた切屑ポケットおよび立ち上がり面の終端に形成されており、前記段差の角部は、前記立ち上がり面と、該立ち上がり面に隣接して先端側に設けられた段差面との間に形成されている切削工具。
2. 棒状をなし、シャンクと、前記シャンクの少なくとも先端に形成される切刃と、該切刃が形成された先端とは反対の後端側の前記シャンクに形成され、前記後端側に折れ曲がるとともに、横断面視で直線部を備えた段差を有するインサートを、
   ホルダの先端に形成された挿入孔内に前記インサートの後端側から挿入して、ホルダに設けられた位置決め部材に前記段差の角部を線当たりで当接した状態で固定するとともに、前記ホルダにおいて、前記挿入孔に貫通する位置決め部材取付孔を設けるとともに、該位置決め部材取付孔に棒状の前記位置決め部材を挿通した構成からなる切削工具。
3. 棒状をなし、シャンクと、前記シャンクの少なくとも先端に形成される切刃と、該切刃が形成された先端とは反対の後端側の前記シャンクに形成され、前記後端側に折れ曲がるとともに、横断面視で直線部を備えた段差を有するインサートを、
   ホルダの先端に形成された挿入孔内に前記インサートの後端側から挿入して、ホルダに設けられた位置決め部材に前記段差の角部を線当たりで当接した状態で固定するとともに、前記ホルダにおいて、前記位置決め部材よりも先端側に前記挿入孔に貫通するネジ孔を形成して、該ネジ孔にネジ部材を螺合して、該ネジ部材の先端で前記インサートのシャンクの外周面を押圧固定する切削工具。
4. 前記シャンクの両端に切刃が形成されている請求項２または３記載の切削工具。
5. 前記段差の角部は、前記シャンクの両端に形成された前記切刃のうちの後端側の切刃に続いて設けられた切屑ポケットおよび立ち上がり面の終端に形成されている請求項４記載の切削工具。
6. 前記ホルダにおいて、前記位置決め部材よりも先端側に位置して前記挿入孔に貫通し、前記インサートを前記挿入孔内に挿入する際に、該挿入孔内に挿入される側の前記切刃が前記位置決め部材に接触することを予防する装着補助部材を前記挿入孔に配設した請求項１乃至５のいずれか記載の切削工具。
7. 前記挿入孔に貫通する貫通孔を設けるとともに、該貫通孔に棒状の前記装着補助部材を挿通した構成からなる請求項６記載の切削工具。

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