JP5904346B2 - 切削工具用ボデーおよび該ボデーを適用した切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートを着脱自在に装着して金属材料などの切削加工に用いる切削工具および該工具用のボデーに関する。

切削インサートを装着する切削工具のチップ座の形状に関して、チップ座の底面と壁面との間に曲面部を設けた構造とすることは、従来から行われている。かかる構造を採用した従来の切削工具の一例として、特許文献１に示すものがある。特許文献１の切削工具は、切削インサートを着脱自在に装着する切削工具であり、チップ座の底面と壁面との交差部に断面円弧状の切欠溝すなわち曲面部が設けられている。この曲面部を設ける目的は、底面と壁面との交差部分における応力を緩和して割れを防止することである。従って特許文献１では、曲面部は割れの発生しやすいチップ座の外端部から交差部分に沿って延在するように配設され、外端部に近い部位ほど深く、奥へ向かうほどその深さが漸次減少する形状とされている。

実開平５−７０８２０号公報

このように、特許文献１の切削工具は、専らチップ座の底面と壁面との交差部分における割れを防止することを目的として構成されたものであり、その目的に即して曲面部の深さを変化させること以外は、曲面部の好ましい形状および各部の寸法に関して何ら具体的な指針を開示していない。

本発明は、応力集中に起因した割れを防止する構造を採用しつつも、チップ座に対して切削インサートが安定して着座し、且つ強固に装着されるようにする構成を提供することを目的とする。

そのために、本発明は、切削インサート（２）を着脱自在に装着するチップ座（３）が設けられた切削工具（１００）用のボデー（１）であって、
前記チップ座（３）は、装着時に前記切削インサート（２）が当接する、互いに交差する方向に広がる第１面（４）および第２面（５）を有し、
前記チップ座（３）には、前記第１面（４）および第２面（５）との交差部に沿って凹面状の曲面部（７）が延在し、
前記第１面（４）に垂直な断面でみて、前記曲面部（７）の断面形状は、０．５ｍｍ以上かつ１．２ｍｍ以下の範囲の曲率半径（Ｒ）の円弧を含んでおり、
前記第２面（５）と前記曲面部（７）との接続部までの前記第１面（４）からの高さ（Ｈ）は、０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に設定され、
前記チップ座（３）の前記曲面部（７）と前記第１面（４）との接続部は、前記第１面（４）に対向する方向からみた場合に、前記第２面（５）のうち前記切削インサート（２）に当接する当接面（６）と前記曲面部（７）との接続部を近似する直線（Ｌ１）に接近している部分（７ｂ）を有しているボデー（１）を提供する。

また、本発明は、上記ボデー（１）と、前記チップ座（３）に装着された切削インサート（２）と、を備えた切削工具（１００）を提供する。

本発明では、第１面（底面４）に垂直な断面でみた場合に、曲面部（７）の断面形状は、曲率半径（Ｒ）が０．５ｍｍ以上かつ１．２ｍｍ以下の範囲の円弧を含み、第２面（壁面５）と曲面部（７）との接続部までの第１面（４）からの高さ（Ｈ）は、０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に設定される。このようにすることで、チップ座（３）の第２面（５）、ひいては切削インサート（２）に実際に当接する当接面（６）を高さ方向で第１面（４）に近づけることができるとともに、第１面（４）に対向する方向からみた場合の、チップ座（３）の第１面（４）と当接面（６）との距離（Ｗ）を小さく保つことができる。
また、本発明では、チップ座（３）の曲面部（７）と第１面（４）との接続部が、第１面（４）に対向する方向からみた場合に、第２面（５）のうち切削インサート（２）に当接する当接面（６）と曲面部（７）との接続部を近似する直線（Ｌ１）に接近している部分（７ｂ）を有している。このようにすることで、チップ座（３）の壁面（５）に沿った第１面（４）の広さを確保することができる。
以上より、切削インサートの着座性が安定し、強固に固定することが可能となる。

図１は本発明の一実施形態に係る切削工具の斜視図である。 図２は図１の切削工具における切削インサート周辺の拡大斜視図である。 図３は図１の切削工具におけるチップ座の拡大斜視図である。 図４は図３のチップ座の拡大平面図である。 図５は図３のチップ座の拡大正面図である。 図６は図３のチップ座の拡大右側面図である。

本発明を適用した実施形態の切削工具１００について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る切削工具の斜視図である。図２は図１の切削工具における切削インサート周辺の拡大斜視図である。図３は図１の切削工具におけるチップ座の拡大斜視図である。

この実施形態の切削工具１００は、ボデー１のチップ座３に切削インサート２を着脱自在に装着して用いるエンドミルである。なお、本実施形態においては、切削インサート２は略多角形状の一対の対向面とそれらを繋ぐ側面とを有し、対向面の少なくとも一方と少なくとも一部の側面との交差稜部に切れ刃が設けられるとともに、他方の対向面および側面の一部がボデー１のチップ座３に当接して装着されるものとする。そして、本実施形態においては、チップ座の第１面は上記他方の対向面に当接する「底面」として、チップ座の第２面は切削インサート２の一部の側面が当接する部位を含む「壁面」として説明されるが、これは便宜上のものであって、空間内の絶対的な向きや位置関係を規定することを企図したものではない。これは、以下に現れる「高さ」という表現についても同様である。

切削インサート２の切れ刃は、その回転軌跡が円筒面を形成するように、切削インサート２上では複雑な３次元曲線に形成されている。このような切削インサート２を装着するためのボデー１のチップ座３においては、切削インサート２の切れ刃形状に対応した複雑な形状に壁面を形成することが難しく、また製造コストも増大する。そこで、切削インサート２の逃げ面のうち切れ刃から離れた部分を平面状に形成し、その平面がチップ座３の壁面５との当接面となるような構成が採用される場合がある。この実施形態は、そのような構成に対応したボデー１を提供し、ひいては切削インサート２を安定して固定した切削工具１００を提供するものである。かかる切削工具１００に適用されるボデー１では、切削インサート２が実際に当接するチップ座３の底面４に対してチップ座３の壁面５の当接面が近くに配置される。

一方で、ボデー１のチップ座３の底面４と壁面５との交差部分には、切削工具１００の回転中心軸Ｏないしは底面４に垂直な方向に沿った断面形状において所定の曲率半径を有する凹面状の曲面部７を設けている。この曲面部７を設ける理由は、チップ座３の底面４と壁面５との交差部で生じる応力集中の緩和や、チップ座３を形成するのに用いるエンドミルなどの切削工具の加工能率向上および工具の長寿命化などを図るためである。また、別の理由としては、所定の曲率半径を有する凹面により、切削インサート２の底面縁部とチップ座３との干渉を避ける逃がしとして機能させることが挙げられる。このため、曲面部７は、逃がしまたはぬすみなどとも称される。

具体的には、底面４に垂直な断面でみて、曲面部７は、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以上かつ１．２ｍｍ以下の範囲の円弧を含む断面形状を呈するように形成される。このように曲率半径Ｒを設定することにより、応力緩和などの効果を得るという要望と、チップ座３の底面４とチップ座３の壁面５とを互いに近づけて配置することにより、切削インサート２を安定して固定する効果を得るという要望との両立が可能となる。

同時に当該要望に沿いつつも、切削インサート２に対する壁面５の当接面自体の広さは十分に確保することが強く望ましいため、壁面５の下端部、すなわち壁面５と曲面部７との接続部は十分に低くしなければならない。

図４および図５を参照し、各部について好ましく設定される寸法と曲面部７の形状とについて説明する。

壁面５と曲面部７との接続部の底面４からの高さＨは、０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲とされる。このような寸法および形状の曲面部７を設けることで、複雑な３次元曲線形状の切れ刃を有する切削インサート２を強固に固定し、なおかつチップ座３の加工が容易な切削工具を得ることができる。この高さＨは、壁面５の高さに対する比率で表すと、壁面５の高さの５０％以下であり、壁面５と曲面部７との接続部は壁面５内の最低位置とされる。特に、この実施形態では、高さＨは壁面５の高さの２０％以下とされており、相当程度低い位置とされる。なお、壁面５と曲面部７との接続部の底面４からの高さＨは、必ずしも曲面部７の延在方向に沿って一定の高さにされる必要はない。例えば傾斜や段差を設けることで、高さが変化するようにされていてもよい。そのような場合の高さＨは、曲面部７の延在方向、すなわち、切削インサート２に対する壁面５の実質的な当接面６に接続する曲面部７の全体にわたって、どの位置でも０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に設定されていればよい。

チップ座３の壁面５と曲面部７との接続部の高さＨを低くする一方、曲面部７の曲率半径Ｒを応力緩和などに関してより高い効果を得ることができる程度まで大きくする場合には、チップ座３の壁面５内のみでは曲面部７を形成することができなくなることがある。そのため、チップ座３の底面４にも跨るように曲面部７を設けることができる。しかしこの場合、チップ座３の底面４がチップ座３の壁面５から離れ、チップ座３の底面４の幅が狭くなり、その分面積が小さくなるため、切削インサート２の着座安定性が損なわれてしまう恐れがある。つまり、チップ座３の壁面５の当接面６の高さＨを低くしつつも曲面部７の曲率半径Ｒを大きくすることと、チップ座３の底面４を壁面５に近づけることで底面４に十分な面積を確保することとは、相反する課題となるのである。

そこで本発明は、この相反する課題を解決し、チップ座３の壁面５と曲面部７との接続部の高さＨを低くしつつ、曲面部７の所定の曲率半径Ｒを確保し、なおかつチップ座３の底面４を壁面５の方向に広げて切削インサート２の着座安定性を高めることができるようにする。具体的には、図４に示すように、チップ座３の底面４に対向する方向からみた場合に、チップ座３の壁面５のうち切削インサート２との当接面６と曲面部７との接続部を近似する直線を近似直線Ｌ１とするとき、近似直線Ｌ１と、チップ座３の曲面部７と底面４との接続部との距離Ｗを、０．１ｍｍ以上かつ０．７ｍｍ以下の範囲にまで小さく設定できるようにする。距離Ｗがこのような数値範囲とされると、十分な広さの底面４が確保され、切削インサート２の着座安定性が高くなる。すなわち、距離Ｗとは、底面４に対向する方向からみたときの当接面６と底面４との距離を表しており、底面４の広さに関連する距離である。この距離Ｗが短いほど、底面４の広さ、すなわち幅が広くなり、切削インサート２を幅広く支えることができるのである。

より具体的に言えば、図３および図４にみられるように、本実施形態においては、曲面部７を直線状に延在させるのではなく、延在範囲の途中に、壁面５をえぐる部分７ｂが備えられるように屈曲する屈曲部を設けている。これにより、曲面部７の所定の曲率半径Ｒを確保するために壁面５と曲面部７との接続部の高さＨを低くする部分７ａと、切削インサート２の着座安定性を高めるために壁面５をえぐって底面４を広げるための部分７ｂとを曲面部７が備えることになる。図４に示すように、チップ座３の底面４を広げるための部分７ｂは、壁面５の内側に食い込んでいる。つまり、この部分７ｂの周辺の壁面５は後退しているため、この部分７ｂの周辺では当接面６が形成されない。この実施形態では、曲面部７の延在方向において、底面４を広げる部分７ｂの両側に壁面５の下端部を低くする部分７ａが現れるように、曲面部７を２箇所以上で屈曲させて形成している。この結果、当接面６は、チップ座３の軸方向先端側と後端側との両端に２つに分割されて形成される。当接面６がこのような態様で２つに分割されていれば、切削インサート２の壁面５に対する着座安定性が損なわれることはなく、むしろ高まることになる。すなわち、部分７ｂによって当接面６の一部が失われることには問題がなく、チップ座３の軸方向先端側と後端側との両端において切削インサート２を当接させることは、がたつきが発生する恐れをなくして着座安定性を高める上で却って利点となるのである。

この実施形態のボデー１は、チップ座３の壁面５に沿った底面４の広さを確保するため、チップ座３の曲面部７と底面４との接続部は、底面４に対向する方向からみて、近似直線Ｌ１（本実施形態では、曲面部７の延在方向の両側にある、部分７ａと壁面５との接続部同士を結ぶ直線）に接近する部分７ｂを有している。ここで、底面４を壁面５側に向って徐々に広げるために、チップ座３の曲面部７と底面４との接続部が近似直線Ｌ１に対して徐々に接近するよう部分７ａと７ｂとを繋ぐ部分７ｃを曲面部７に設けることができる。

さらに、図４に示すように、チップ座３の当接面６を、チップ座３の底面４の垂線に対して傾斜するように設けることができる。切削インサート２の逃げ面が単純な平面形状である場合は、一般に、底面４の垂線に対するチップ座３の当接面６の傾斜角度αは、切削インサート２の逃げ角に対応した角度とされる。この実施形態の切削工具１００のように、切削インサート２の逃げ面が複雑な面形状である場合には、底面４の垂線に対するチップ座３の当接面６の傾斜角度αは任意の角度に設定できる。傾斜角度αは、１°以上かつ１５°以下の範囲とされると、通常のポジティブタイプの切削インサート用のチップ座と同様の角度となり、チップ座３が加工しやすい形状となるが、これに限定されるものではなく、底面４の垂線に対するチップ座３の当接面６の傾斜角度αは０°とされていてもよい。また、当接面６の上部側が底面４の上方にオーバーハングするような逆向きの傾斜とされていてもよく、その傾斜角度−αを１°以上かつ１５°以下の範囲とされていてもよい。そのように逆向きの傾斜とされた場合は、チップ座３の壁面５が切削インサート２の底面４からの浮き上がりを抑制するので、切削インサート２の着座安定性がさらに向上する。

表１は、本発明に基づいて構成した切削工具の実施例および比較例に関する第１の実験結果を示す。これは壁面５と曲面部７との接続部の高さＨに関する実験である。曲面部７の曲率半径Ｒは、本発明の範囲に含まれる１．０ｍｍとした。切削条件は、本発明の実施形態に類似した形状の、カッタ径５０ｍｍの直角肩削り用の回転切削工具を４台用い、切削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、刃当り送り０．１ｍｍ／ｔで炭素鋼Ｓ５５Ｃを乾式切削するものとして実験した。実験の結果、高さＨが０．９ｍｍ以上になると当接面の広さが不足するため、切削インサートの着座安定性が不足し、切れ刃にチッピングが発生することが確認された。つまり、高さＨは、０．８ｍｍ以下とすることが望ましいことが確認された。

表２は、本発明に基づいて構成した切削工具の実施例および比較例に関する第２の実験結果を示す。これは距離Ｗに関する実験である。曲面部７の曲率半径Ｒは、本発明の範囲に含まれる１．０ｍｍとした。高さＨは、本発明の範囲に含まれる０．８ｍｍまたは０．６ｍｍとした。切削条件は、本発明の実施形態に類似した形状の、カッタ径５０ｍｍの直角肩削り用の回転切削工具を４台用い、その他の切削条件は第１の実験と同じにした。実験の結果、距離Ｗが０．９ｍｍ以上になると切削インサートの着座安定性が不足し、切れ刃にチッピングが発生することが確認された。つまり、距離Ｗは、０．７ｍｍ以下とすることが望ましいことが確認された。

本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更および追加が可能である。例えば、曲面部７は、図３および図４では複数の直線上部分を連続して組み合わせた形状が示されているが、これに限定されるものではなく、曲線的に変化するように屈曲するものでもよい。すなわち、部分７ａと７ｂとが滑らかに接続されるようにする部分７ｃが設けられていてもよい。

また、上述の実施形態では本発明をエンドミル形態の切削工具に適用した例について説明したが、その他の旋削加工用やドリル加工用など、本発明はその他の切削工具にも適用できることは勿論である。さらに、本発明は、工具本体すなわちボデーに切削インサートが装着されることで切削工具が構成されるものである以上、その切削工具にも適用されることは勿論である。

Claims (6)

1. 切削インサート（２）を着脱自在に装着するチップ座（３）が設けられた切削工具（１００）用のボデー（１）であって、
   前記チップ座（３）は、装着時に前記切削インサート（２）が当接する、互いに交差する方向に広がる第１面（４）および第２面（５）を有し、
   前記チップ座（３）には、前記第１面（４）および第２面（５）との交差部に沿って凹面状の曲面部（７）が延在し、
   前記第１面（４）に垂直な断面でみて、前記曲面部（７）の断面形状は、０．５ｍｍ以上かつ１．２ｍｍ以下の範囲の曲率半径（Ｒ）の円弧を含んでおり、
   前記第２面（５）と前記曲面部（７）との接続部までの前記第１面（４）からの高さ（Ｈ）は、０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に設定され、
   前記チップ座（３）の前記曲面部（７）と前記第１面（４）との接続部は、前記第１面（４）に対向する方向からみた場合に、前記第２面（５）のうち前記切削インサート（２）に当接する当接面（６）と前記曲面部（７）との接続部を近似する直線（Ｌ１）に接近している部分（７ｂ）を有しているボデー（１）。
2. 前記第１面（４）に対向する方向からみた場合、
   前記直線（Ｌ１）と、
   前記チップ座（３）の前記曲面部（７）と前記第１面（４）との接続部との間の距離Ｗが、０．１ｍｍ以上かつ０．７ｍｍ以下の範囲に設定されている請求項１に記載のボデー（１）。
3. 前記曲面部（７）は前記第２面（５）の前記当接面（６）および前記第１面（４）に跨るように形成され、前記部分（７ｂ）は前記曲面部（７）の延在範囲の途中において前記第２面をえぐるように形成されている請求項１又は２に記載のボデー（１）。
4. 前記当接面（６）は、前記第１面（４）の垂線に対して傾斜している請求項１から３のいずれか１項に記載のボデー（１）。
5. 前記当接面（６）が前記第１面（４）の垂線に対して傾斜する傾斜角度αは、１°以上かつ１５°以下の範囲に設定されている請求項４に記載のボデー（１）。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のボデー（１）と、前記チップ座（３）に装着された切削インサート（２）と、を備えた切削工具（１００）。

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