JP5779831B2 - 縦型刃先交換式切削インサートとフライスカッタ - Google Patents

Description

この発明は、フライス加工用の刃先交換式切削インサート、特に、側面をすくい面として使用するいわゆる縦型の刃先交換式切削インサートとそれを用いたフライスカッタに関する。

フライス加工用の縦型刃先交換式切削インサート（以下では単に切削インサートと言う）として、例えば、下記特許文献１〜３に開示されたものが知られている。

特許文献１に記載された切削インサートや特許文献２の図１、図２の切削インサートは、１８０°の回転で使用済み切れ刃と未使用刃を入れ替えられるようにしたものであって、すくい面となす側面の短辺部に、短辺を２等分した長さで、なおかつ、主切れ刃となす側面の対向位置の長辺に対してそれぞれが同一角度で傾く副切れ刃を左右対称に設けている。

また、主切れ刃と副切れ刃との間に形成される主切れ刃先端のノーズＲと主切れ刃後端のノーズＲを同サイズにしている。

一方、特許文献３の切削インサートは、短辺の全域を副切れ刃として使用できるようにしている（実質は主切れ刃側の一部が副切れ刃として使用される）。また、特許文献１，２の切削インサートと同様に、主切れ刃と副切れ刃との間に形成される主切れ刃先端のノーズＲと主切れ刃後端のノーズＲを同サイズにしている。

特表２００５−５２８２３０号公報 特許第４４９１４０４号公報 特表２００７−５２０３６０号公報

特許文献１，２の切削インサートは、側面の短辺の半分を副切れ刃として使用するので、副切れ刃の長さが制限される。また、２等分した短辺を相反する向きに同一角度傾斜させているので、主切れ刃とのなす角度も制限され、工具の送りが一定値を超えるなど、一定の条件を越えて使用したときに加工面の面粗さが著しく劣化する問題があった。

また、特許文献３の切削インサートは、短辺の全長をサラエ加工用の副切れ刃として利用できるが、副切れ刃のフェース角を小さくして加工面の面粗さを向上させると、主切れ刃と副切れ刃に加工される面の直角度を確保できず、その直角度を維持すると加工面の面粗さが低下すると言う問題があり、直角度の確保の観点から面粗さの向上は実質的に不可能であった。

また、主切れ刃先端のノーズＲの大きさは、加工されるワークのサイズや形状に依存し、ユーザのニーズによって決まる。このために、従来の切削インサートは、主切れ刃後端のノーズＲも主切れ刃先端のノーズＲに制約を受けて曲げ半径の大きなノーズＲとなる。

これにより、隅削りフライスカッタで掘り込み加工などを行ったときに主切れ刃に加工された面の刃形の継ぎ目の段差（いわゆる送りマークの波の高さ）が大きくなる不具合もあった。

さらに、切削に関与しない側の端面は、カッタボディに対する軸方向の位置決めに利用されるが、その端面のカッタボディに形成された座溝の座側面に支えられる部分の面積が副切れ刃の長さの変動に伴って増減することから、カッタボディによるインサートの支持が不十分になる懸念もあった。

特に、副切れ刃の損傷が大きいと、副切れ刃の逃げ面もダメージを受けるため、切れ刃のローテーション（使用済みの刃と未使用刃の入れ替え）を行ったとときにダメージを受けている端面が軸方向の位置決めに利用されることになって支持安定性が損なわれることがあり、これ等のことも、加工面の面粗さを低下させる原因になっていた。

この発明は、フライス加工用の縦型の切削インサートを、工具送りなどの使用条件が高められたり、副切れ刃の逃げ面がダメージを受けたりしても良好な面粗さを維持できるものにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、縦長の側面をすくい面、側面の長辺を主切れ刃、上下面を主切れ刃の逃げ面、側面の短辺を副切れ刃（サラエ刃）、端面の一
部を副切れ刃の逃げ面として使用する縦型刃先交換式切削インサートを、
前記側面の短辺の一部が前記副切れ刃として構成され、その副切れ刃が、インサートの側面視において短辺の残りの一部よりも主切れ刃の長さ方向に突出して主切れ刃の先端に曲げ半径Ｒ１のノーズＲ部を介して連なり、
平行配置の２側面間に位置する前記端面の中央部が前記副切れ刃よりも低い位置にあって平坦な第１の面で構成されたものにした。

この切削インサートは、少なくとも端面の中央部の前記第１の面を座溝の座側面に支えられる被支持面となしてカッタボディに対する軸方向の位置決めを行う。

前記端面の、副切れ刃の逃げ面として利用されない部分は、前記第１の面と同一高さレベルの平面にすることで座溝の前記被支持面の一部として使用することができる。

前記副切れ刃の刃幅ｔは、インサート厚みＴの１／３〜２／３程度、主切れ刃と副切れ刃との間に形成されるコーナ部のコーナ角θは、８５°〜１４０°（８５°≦θ≦１４０°）の範囲が適当である。

副切れ刃は、直線刃、円弧刃のどちらであってもよく、円弧刃の場合の円弧の半径は、２００〜１０００ｍｍ程度が適当である。

また、側面の短辺の主切れ刃に連なる側とは反対側の端部を、ローテーション（１８０°の回転）によって刃先の位置交換がなされる側の主切れ刃の後端に、Ｒ１＜Ｒ２の条件を満たす曲げ半径Ｒ２のノーズＲ部を介して連ならせるとよい。

主切れ刃の先端と副切れ刃との間に形成されるノーズＲ部の曲げの半径Ｒ１は、ユーザのニーズによって変動するが、０．４〜６．０ｍｍが一般的である。短辺の反対側のノーズＲ部の曲げの半径Ｒ２は、そのＲ１の５〜１００倍くらいが望ましい。

この切削インサートは、カッタボディの外周に形成された座溝に、片方の側面がすくい面、上面（又は下面）とすくい面との交差部の稜線が主切れ刃、上面（又は下面）が主切れ刃の逃げ面、側面の片方の短辺の主切れ刃長手方向に突出した部分が最先端に位置して副切れ刃（サラエ刃）、端面の副切れ刃用の稜線を生じさせる部分が副切れ刃の逃げ面となる向きに装着する。

上面を主切れ刃の逃げ面となす場合には、下面をカッタボディの座溝の座底面に着座させ、切削に関与しない側の側面と、切削に関与しない側の端面に設けられた２側面間の中央部の平面（又は、その平面と端面の副切れ刃の逃げ面として利用されない部分）とを前記座溝の座側面で受け支える。この発明は、このように構成されたフライスカッタも併せて提供する。

この発明の切削インサートは、側面の短辺を左右非対称にしてその短辺の主切れ刃側を副切れ刃にしている。従って、副切れ刃の幅を好ましい数値範囲内で自由に変化させることができ、その幅を特許文献１，２の切削インサート（厚みが同一のインサート）よりも広くするなどして加工の条件変動に対する対応の自由度を拡げることができる。

それによって、送りなどが一定の条件を超えて高められたときにも加工面の良好な面粗さを維持することが可能になる。

また、少なくとも端面の、２側面間の中央部に配置された平坦な第１の面を被支持面にして座溝の座側面で支えるようにしたので、副切れ刃の長さの変動があっても前記被支持面の面積が変動しない。

これに加えて、副切れ刃を主切れ刃長手方向に突出させたために、副切れ刃が大きく損傷しても副切れ刃に対して段落ちした部分の端面には損傷の影響が及ばず、従って、段落ちした部分の端面を被支持面の一部として使用する場合にも被支持面の面積変動が起こらず、カッタボディによる支持が不安定なことによる加工面の面粗さの低下も防止される。

この発明の切削インサートの第１形態を示す斜視図 図１の切削インサートの平面図 図１の切削インサートの側面図 図１の切削インサートの端面図 図１の切削インサートを使用したフライスカッタの斜視図 図５のフライスカッタの側面図 図５のフライスカッタの正面図 図１の切削インサート支持状態を示す断面図 この発明の切削インサートの第２形態を示す斜視図 図９の切削インサートの側面図 この発明の切削インサートの第３形態を示す斜視図 図１１の切削インサートの平面図 図１１の切削インサートの側面図 図１１の切削インサートの端面図 この発明の切削インサートの第４形態を示す斜視図 図１５の切削インサートの平面図 図１５の切削インサートの側面図 図１５の切削インサートの端面図 この発明の切削インサートの第５形態を示す斜視図 図１９の切削インサートの側面図 この発明の切削インサートの第６形態を示す斜視図 図２１の切削インサートの平面図 図２１の切削インサートの側面図 図２１の切削インサートの端面図 図２１の切削インサートを使用したフライスカッタの斜視図 図２５のフライスカッタの側面図 図２５のフライスカッタの正面図

以下、添付図面の図１〜図２７に基づいて、この発明の切削インサートとそれを用いたフライスカッタの実施の形態を説明する。図１〜図４は、この発明の切削インサートの第１形態（ブレーカ溝無し）を示している。

この切削インサート１は、四角形を基本形としたものであって、縦長に形成された側面４の左右の長辺が主切れ刃６として使用され、側面４の両短辺の一部が副切れ刃７（サラエ刃）として使用される。

側面４の長辺は、上面２及び下面３との交差部に形成される稜線である。また、側面４の短辺は、端面５との交差部に形成される稜線である。

下面３側は上面２側と同一構成である。また、対向した２つの側面４、４の構成や対向した２つの端面５，５の構成も同一である。従って、ここでの説明は、上面側の構成と、片方の側面、端面の構成のみについて行う。

側面４の短辺は、図３に示すように、左右非対称の辺にしている。その短辺の一端側は、半径Ｒ１のノーズＲ部８を介して主切れ刃６の先端に連なり、他端側よりも主切れ刃６の長手方向に突出している。その突出した一端側が副切れ刃７として使用される。

また、側面４の短辺の他端側は、ローテーション（１８０°の回転）によって位置の入れ替えがなされる側の主切れ刃６の後端に、半径Ｒ２のノーズＲ部９を介して連なっている。

端面５は、平行配置の２側面４，４間の中央部に設ける第１の面５ａと、対角位置にそれぞれ設ける第２の面５ｂと、その第２の面と隣り合う位置に設ける第３の面５ｃとで構成されている。

第１の面５ａは、副切れ刃７よりも低い位置に配置し、端面をインサート厚み方向に横断する平坦な面にしている。また、第２の面５ｂは、第１の面５ａに対して傾いて側面４に鋭角に交わる面にしており、第１の面５ａとの間に段差を生じたこの第２の面５ｂを副切れ刃７の逃げ面となし、この第２の面５ｂと側面４との間に副切れ刃７となる稜線を生じさせている。

第３の面５ｃは、側面４との間に切削に関与しない稜線を生じさせる。例示の切削インサートの場合、この第３の面５ｃは、第１の面５ａを延長した平面で構成されて第１の面５ａと同一高さレベルに配置されており、第１の面５ａとこの第３の面５ｃが被支持面として用いられてカッタボディに対する切削インサートの軸方向位置決めと、フライス加工において切削インサート１に加わる軸方向の荷重の受け止めに利用される。

図３に示した副切れ刃７の刃幅ｔは、インサート厚みＴの１／３〜２／３程度に設定される。その刃幅ｔが１／３Ｔ以下では、前掲の特許文献１，２が開示している切削インサートと比較して加工の条件変動に対する対応の自由度などの面であまり優位差のないものになる。

また、その刃幅ｔが２／３Ｔを超えると、副切れ刃の切削負担が増して切削トルクが過大になる。

副切れ刃７と主切れ刃６の間に形成されるコーナ部のコーナ角θは、８５°〜１４０°（８５°≦θ≦１４０°）の範囲が適当である。この範囲を外れると、加工面のコーナの直角度を好ましいと考えられる範囲に維持するのが難しくなる。

なお、図示の切削インサートは副切れ刃７を直線の刃にしたが、これは、凸円弧の刃であってもよく、その円弧刃の場合、円弧の半径は、２００〜１０００ｍｍ程度が適当である。その範囲の円弧半径であれば、一般的に要求される加工面粗さを確保することができる。

ノーズＲ部８，９の曲げの半径Ｒ１，Ｒ２は、Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たすものにしている。

主切れ刃６の先端と副切れ刃７との間に形成されるノーズＲ部８の曲げの半径Ｒ１は、一般的に要求される０．４〜６．０ｍｍ程度でよい。主切れ刃の後端側のノーズＲ部９の曲げの半径Ｒ２は、Ｒ１の５〜１００倍程度にするとよい。

この第１形態の切削インサート１を使用したフライスカッタの第１形態を図５〜図８に示す。図示のフライスカッタ２０は、隅削り用であって、カッタボディ２１の外周に座溝２２と切屑ポケット２３を、回転方向に所定の間隔をあけて複数設けている。

そして、各座溝２２に切削インサート１を挿入し、その切削インサート１を取付けねじ２４で座溝の座底面２２ａ上に固定している。

切削インサート１は、座溝２２に、片方の側面４がすくい面、上面２（又は、下面３）とすくい面との交差部の稜線が主切れ刃６、上面２（又は、下面３）が主切れ刃の逃げ面、側面の片方の短辺の主切れ刃先端に連なる側が副切れ刃７、最先端に置かれる片方の端面５の第２の面５ｂが副切れ刃７の逃げ面となる向きに装着されている。

なお、切削に関与しない側の側面４は、座溝２２の座側面２２ｂによって支持され、その座側面２２ｂによる支持部によって切削インサートのカッタ回転方向の位置決めがなされる。

また、切削に関与しない側の端面５の第１の面５ａと第３の面５ｃは、座溝２２の座側面２２ｃによって支持され、その座側面２２ｃによる支持部によって切削インサート１のカッタ軸方向の位置決めがなされる。

切削インサート１のカッタ径方向の位置決めは、座底面２２ａによる支持部によってなされる。

図９、図１０は、この発明の切削インサートの第２形態を示している。この第２形態の基本構成は第１形態と同じである。この第２形態は、主切れ刃６と副切れ刃７に沿ってすくい面となす側面４に切屑を処理するブレーカ溝１０を設けており、この部分が第１形態と異なる。その他の構成は第１形態と同じであるので説明を省く。

図１１〜図１４は、この発明の切削インサートの第３形態を示している。この第３形態も基本構成は第２形態と同じである。この第３形態は、主切れ刃６と副切れ刃７に沿って側面４にブレーカ溝１０を設けている。

また、副切れ刃７の位置を最も高くし、主切れ刃６を副切れ刃７に連なる先端側から後端側に行くに従って位置が下がる方向に傾斜させている。

第３形態のその他の構成は、第２形態と同じである。従って、第２形態と同一箇所については説明を省く。

図１５〜図１８は、この発明の切削インサートの第４形態である。この第４形態は、アプローチ角を有するフライスカッタ用として構成したものであって、副切れ刃７を、主切れ刃６との間のコーナ角θが１２０°〜１４０°程度となるように傾斜させている。その他の構成は第１形態とほぼ同じであるので説明を省く。

図１９、図２０は、この発明の切削インサートの第５形態である。この第５形態もアプローチ角を有するフライスカッタ用として構成したものであって、副切れ刃７を、主切れ刃６との間のコーナ角θが１２０°〜１４０°程度となるように傾斜させ、さらに、すくい面となる側面４にブレーカ溝１０を設けている。その他の構成は第２形態とほぼ同じであるので説明を省く。

図２１〜図２４は、この発明の切削インサートの第６形態である。この第６形態もアプローチ角を有するフライスカッタ用として構成したものであって、副切れ刃７を、主切れ刃６とのなす角θが１２０°〜１４０°程度となるように傾斜させている。

また、すくい面となる側面４にブレーカ溝１０を設け、さらに、副切れ刃７の位置を最も高くして主切れ刃６を副切れ刃７に連なる先端側から後端側に行くに従って位置が下がる方向に傾斜させている。その他の構成は第３形態とほぼ同じであるので説明を省く。

第６形態の切削インサート１を使用したフライスカッタの一例を図２５〜図２７に示す。図示のフライスカッタ２０は、アプローチ角４５°の正面フライスカッタであって、カッタボディ２１の外周に座溝２２と切屑ポケット２３を、回転方向に所定の間隔をあけて複数設けている。

そして、各座溝２２に切削インサート１を挿入し、その切削インサート１を取付けねじ２４で座溝の座底面２２ａ上に固定している。

切削インサート１は、片方の側面４がすくい面、上面２とすくい面との交差部の稜線が４５°のアプローチ角を有する主切れ刃６、上面２（又は下面３）が主切れ刃の逃げ面、側面の片方の短辺の主切れ刃先端に連なる側が副切れ刃７、最先端に置かれる片方の端面５の第２の面５ｂが副切れ刃７の逃げ面となる向きに装着されている。

なお、座溝２２の座底面で受ける下面３（又は上面２）と、切削に関与しない側の側面４と、切削に関与しない側の端面５の座溝２２による支持は、第１形態のフライスカッタと同様になされる。

このように、第４〜第６形態の切削インサートは、側面４の短辺の副切れ刃７となす領域を主切れ刃に対して鈍角をなすように傾けたので、アプローチ角のあるフライスカッタ、例えば、アプローチ角２５°、或いは４５°の正面フライスカッタに採用することが可能になる。

１ 切削インサート
２ 上面
３ 下面
４ 側面
５ 端面
５ａ 第１の面
５ｂ 第２の面
５ｃ 第３の面
６ 主切れ刃
７ 副切れ刃
８ 主切れ刃先端のノーズＲ部
９ 主切れ刃後端のノーズＲ部
１０ ブレーカ溝
２０ 隅削りフライスカッタ
２１ カッタボディ
２２ 座溝
２２ａ 座底面
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 座側面
２３ 切屑ポケット
２４ 取付けねじ
Ｒ１ 主切れ刃先端のノーズＲ部の曲げ半径
Ｒ２ 主切れ刃後端のノーズＲ部の曲げ半径
θ コーナ角
ｔ 副切れ刃の刃幅
Ｔ インサート厚み

Claims (8)

1. 縦長の側面（４）をすくい面、側面の長辺を主切れ刃（６）、上面（２）又は下面（３）を主切れ刃の逃げ面、側面（４）の短辺を副切れ刃（７）、端面（５）の一部を副切れ刃の逃げ面として使用する縦型刃先交換式切削インサートを、
   前記側面（４）の短辺の一部が前記副切れ刃（７）として構成され、その副切れ刃（７）が、インサートの側面視において短辺の残りの一部よりも主切れ刃の長さ方向に突出して主切れ刃（６）の先端に曲げ半径Ｒ１のノーズＲ部（８）を介して連なり、
   前記端面（５）の平行配置の２側面（４，４）間の中央部が前記副切れ刃（７）よりも低い位置にあって平坦な第１の面（５ａ）として構成されたものにした縦型刃先交換式切削インサート。
2. 前記副切れ刃（７）は、インサートの側面視において前記第１の面（５ａ）から突出する四角形状、又は三角形状の突起の一辺である請求項１に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
3. 前記端面（５）の、副切れ刃の逃げ面として利用されない部分を、前記第１の面（５ａ）と同一高さレベルの平面の第３の面（５ｃ）となした請求項１又は請求項２に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
4. 前記副切れ刃（７）の刃幅ｔを、インサート厚みＴの１／３〜２／３に設定した請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
5. 前記主切れ刃（６）と前記副切れ刃（７）との間に形成されるコーナ部のコーナ角θを、８５°≦θ≦１４０°の条件を満たすように設定した請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
6. 前記副切れ刃（７）を、半径が２００〜１０００ｍｍの円弧をなす円弧刃にした請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
7. 前記側面（４）の短辺の主切れ刃に連なる側とは反対側の端部を、ローテーションによって位置交換がなされる側の主切れ刃の後端に、Ｒ１＜Ｒ２の条件を満たす曲げ半径Ｒ２のノーズＲ部（９）を介して連ならせた請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の縦型刃先交換式切削インサート。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の切削インサート（１）を、カッタボディ（２１）の外周に形成された座溝（２２）に、片方の側面（４）がすくい面、上面（２）又は下面（３）とすくい面との交差部の稜線が主切れ刃（６）、上面（２）又は下面（３）が主切れ刃の逃げ面、側面（４）の片方の短辺が最先端に位置して副切れ刃（７）、片方の端面の前記第１の面（５ａ）が副切れ刃（７）の逃げ面となる向きに装着し、上面（２）と下面（３）の切削に関与しない側を前記座溝の座底面（２２ａ）で、切削に関与しない側の側面（４）を前記座溝の座側面（２２ｂ）で、切削に関与しない側の端面の前記第１の面（５ａ）もしくはその第１の面（５ａ）と第３の面（５ｃ）を前記座溝の座側面（２２ｃ）で各々支持して構成される隅削りフライスカッタ。

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