JP6035683B2 - 切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、切削工具へ着脱自在に装着される切削インサートに関する。

従来の切削インサートには、特許文献１に示すようなものがある。すなわち、切削工具へ着脱自在に装着される切削インサートであり、２つの端面と、その２つの端面の間をつなぐ側面とを有する。２つの端面（上面および下面）は平行でない。一方の端面に凹部がある。凹部の底面は、他方の端面と平行な平坦面とされる。

特許文献１の切削インサートは、軽合金などを非常に高い切削速度でフライス加工するときに、遠心力による飛散防止のために、２つの端面を平行でなく、くさび状に形成したものである。また、一方の端面に設けられた凹部は、切れ刃の逃げ面（側面）を研削するときに、研削盤へのクランプを安定させるためのものである。また、特許文献２にも、特許文献１と類似の切削インサートが開示されている。ただし、特許文献２の切削インサートは、すくい面となる上面側に、着座面と平行な部分を設けることを特徴としている。

特開平１０−１５１５１４号公報 特開平１０−１０９２１２号公報

しかしながら、特許文献１の切削インサートのように、一方の端面に凹部を設け、その凹部の底面を他方の端面と平行な平坦面とすることは、容易ではなかった。例えば、完全に平行な平坦面を得ようとすると、研削加工などが必要となり、製造コストが上昇する問題点があった。研削加工などを行わず、粉末加圧成形および焼結のみで特許文献１のような切削インサートの凹部を製造すると、凹部の底面と他方の端面との完全な平行を得ることが難しかった。凹部の底面と他方の端面とが平行でないと、凹部の底面と研削盤のクランプ部（アンビルなど）との接触、または他方の端面と研削盤のクランプ部との接触、が不安定になる。このため、切れ刃の逃げ面の研削中に切削インサートがずれ動き、切れ刃の形状異常や、チッピングなどの不具合が発生しやすかった。なお、切れ刃の形状異常は、例え研削中に切削インサートがずれ動かなくても、研削盤にクランプしたときに、切削インサートが、他方の端面を基準にクランプされず、凹部の底面を基準にクランプされてしまった場合などにも発生していた。

また特許文献２の切削インサートのように、上面側に着座面と平行な部分を設けるときも、特許文献１の切削インサートと同様の問題があった。すなわち上面側に凹部を設けると、その凹部の底面を他方の端面と平行な平坦面とすることは、容易ではなかった。ただし、特許文献２の切削インサートは、例えば、着座面と平行な部分が突出するように設けることができる。その場合には、平行部を研削加工することは容易である。しかし逆に、平行な部分が突出する場合は、切れ刃付近の上面を研削加工することが困難となり、切れ刃形状の精度を向上することが困難になる。

本発明は、切削インサートの切れ刃を研削加工するときに必要とされる、切削インサートをクランプするための凹部の底面に関し、その底面の研削加工を必要としない。なおかつ、切れ刃の研削加工のときに他方の端面を基準に研削盤へ安定してクランプされる切削インサートを提供する。

本発明の切削インサートは、２つの端面と、その２つの端面の間をつなぐ側面とを有する切削インサートであり、２つの端面は平行でない。一方の端面に凹部がある。他方の端面に平行であり、なおかつ凹部の表面に接する仮想平面を仮想平面Ａとすると、凹部の表面は、仮想平面Ａに向かってふくらむ凸面を少なくとも１つ含む。

本発明の切削インサートは、切れ刃の逃げ面などを研削加工するときに研削盤へのクランプが安定しているため、切れ刃の形状の加工精度が向上し、またチッピングなどの不具合も発生しない。

図１は、第１の実施形態における切削インサートの斜視図である。 図２は、図１の切削インサートが装着された、第１の実施形態における切削工具の斜視図である。 図３は、図１の切削インサートの平面図である。 図４は、図１の切削インサートの下面図である。 図５は、図４のＤ−Ｄ部の断面図である。 図６は、図５のＤ−Ｄ断面を誇張して説明する模式図である。 図７は、図１の切削インサートの正面図である。 図８は、図１の切削インサートの右側面図である。 図９は、第２の実施形態における切削インサートの斜視図である。 図１０は、第３の実施形態における切削インサートの下面図である。

本発明を適用した切削インサートの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態における切削インサートの斜視図である。図２は、図１の切削インサートが装着された、第１の実施形態における切削工具の斜視図である。図３は、図１の切削インサートの平面図である。図４は、図１の切削インサートの下面図である。図５は、図４のＤ−Ｄ部の断面図である。図６は、図５のＤ−Ｄ断面を誇張して説明する模式図である。図７は、図１の切削インサートの正面図である。図８は、図１の切削インサートの右側面図である。図９は、第２の実施形態における切削インサートの斜視図である。図１０は、第３の実施形態における切削インサートの下面図である。

図１から図４と図７および図８に示すように、第１の実施形態における切削インサート１は、２つの端面となる上面２および下面３を有する。上面２と下面３との間は、側面４によってつながれている。上面２と側面４との交差稜線の一部に、切れ刃５が形成される。切れ刃５の側面４は、一般に逃げ面と呼ばれる。この実施形態では、切れ刃５の逃げ面は、研削加工により、高精度な切れ刃形状が形成される。上面２は、略平坦面とされる。上面２と下面３とは平行でない。このように上面２と下面３とによってくさび形状が形成されることにより、例えば、高速回転する切削工具１０に切削インサート１が装着されたとき、遠心力に対抗して飛散しないように作用する。

下面３には、凹部６が設けられている。この実施形態では、凹部６は下面３に設けられたが、凹部６は上面２に設けられてもよい。どちらか一方の端面に凹部６が設けられればよい。なお、凹部６が設けられない他方の端面は、端面全体などの広い範囲が平坦面とされることが望ましい。もちろん、一部のみが平坦面とされ、いわゆるボス面が形成されても構わない。

凹部６は、切れ刃５の逃げ面を研削加工するときに、研削盤のクランプ装置によってクランプされるために設ける。クランプ装置のクランプ部は、アンビルなどと呼ばれる。上面と下面とが平行でない切削インサートに、もしも凹部６がないと、切削インサートを研削盤にクランプするとき、クランプ力がクランプ面に対して斜め方向に向かって加わるため、クランプ装置の中心軸線から切削インサートをずれ動かそうとする力がはたらく。そのような凹部６のない切削インサートは、研削中にずれ動きやすく、切れ刃の形状異常やチッピングなどの不具合が発生しやすい。

凹部６は、切れ刃５が形成される端面、すなわち、この実施形態においては上面２の中央部に対応する位置に設けられると、容易に設けることができる。この実施形態のように上面２が正多角形でない場合は、上面２の重心Ｂを基準に考えるとよい。上面２の重心Ｂをとおり、上面２と垂直な仮想軸線を軸線Ｃとすると、切れ刃５の逃げ面を研削加工するときに、クランプ装置のクランプ中心軸線と、この軸線Ｃとを合わせるようにクランプするとよい。したがって凹部６は、軸線Ｃの周囲に設けられるとよい。この実施形態の凹部６は、その一部がかけた略円形とされ、直径が約８ｍｍとされた。しかし、これに限定されない。切削工具に装着するための着座面を考慮して、切削インサート１の下面３の着座面の広さを確保しながら、研削盤のクランプ装置でクランプできる形状および大きさであれば、どのような形状や大きさとされても構わない。なお例えば、切削インサートの側面の全周は研削加工されず、研削加工される切れ刃５が一部分にかたよっているときなどは、必ずしも上面２の重心Ｂを基準とする必要がない。むしろ、切れ刃のできる限り近くをクランプした方がよい場合がある。そのような例は、後述する第３の実施形態にて説明する。

図５および図６に示すように、凹部６の中に、凸部７が設けられている。ここで図６に模式的に示すように、上面２に平行で、なおかつ凹部６の表面に接する仮想平面を、仮想平面Ａとする。もしも上面２の一部のみが平坦面（ボス面）とされた場合には、その平坦面に平行な仮想平面とするとよい。凸部７は、仮想平面Ａに向かってふくらむ。凸部７は、仮想平面Ａに接している。なお前述のとおり、この実施形態の凹部６は、その一部がかけた略円形とされた。例えば、底面が研削される従来技術の場合などは、かける部分が少ない方が好ましかった。しかし、この実施形態のように、凸部７が設けられることにより、かける部分の面積が、もとの円の面積の４０％以下の場合には、一部がかけた略円形とされても、クランプに不具合が生じなかった。すなわち、凸部７のもっとも突出している部分の付近が凹部６の中におさまっていれば、クランプに不具合が生じなかった。

前述のとおり、切削インサート１の切れ刃５の逃げ面を研削加工するときに、基本的には、研削盤のクランプ装置の中心軸線を、軸線Ｃに合わせると、容易に凹部６を設けることができる。その場合、凸部７と仮想平面Ａとの接点は、この軸線Ｃ上にあることが好ましい。具体的には、凸部７と仮想平面Ａとの接点は、軸線Ｃからの距離が１ｍｍ以下であることが望ましい。この距離が１ｍｍ以下であれば、切削インサート１を研削盤に安定してクランプすることができる。そして切削インサート１は、下面３側から、凸部７により１点で押されることにより、切削インサート１の上面２側の広い面積が、研削盤のクランプ装置へ強く押し付けられる。このため、切削インサート１の上面２側が基準となり、切削インサート１の上面２は、クランプ装置のクランプ中心軸線と垂直に、正確な位置に位置決めされる。正確に強くクランプされることにより、切れ刃５の逃げ面を研削加工するときに、加工精度や加工の繰り返し精度が大幅に向上する。また、位置決め不良や、研削加工中に切削インサートがずれ動くことなどに起因するチッピングなどの不具合が発生しない。

凸部７の断面の曲率半径Ｒは、大きい方が好ましい。しかし、凸部７は平面や凹面とされることは好ましくない。したがって、曲率半径Ｒは、１０ｍｍ以上、かつ１０００ｍｍ以下が好ましい。曲率半径Ｒは、１００ｍｍ以上、かつ５００ｍｍ以下がより好ましい。曲率半径Ｒは、３００ｍｍ以上、かつ４００ｍｍ以下がさらに好ましい。この実施形態で曲率半径Ｒは、３５０ｍｍとされた。凸部７が、このような曲率半径Ｒにされると、研削盤のクランプ装置が繰り返し使用されたときに、クランプ装置の損傷が少なく、長期間にわたって安定したクランプ状態を保つことができる。

仮想平面Ａに対する凸部７の高低差は、小さい方が好ましい。この場合、仮想平面Ａに対する凸部７の高低差とは、仮想平面Ａと、凸部７を除く凹部６の底部との距離と言うこともできる。凸部７の高低差は、０．００５ｍｍ以上、かつ０．１００ｍｍ以下が好ましい。凸部７の高低差は、０．００５ｍｍ以上、かつ０．０５０ｍｍ以下がより好ましい。この実施形態で凸部７の高低差は、約０．０１０ｍｍとされた。凸部７が、このような高低差にされることで、必要以上に凹部６が深くなることが防止され、切削インサート１の折損などに対抗する強度が保たれる。

第２の実施形態における切削インサート１を図９に示す。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。この実施形態における切削インサート１は、凸部７を３つ備える。３つの凸部７は、それぞれ同じ形状とされ、軸線Ｃのまわりに１２０°回転対称に配置された。このような実施形態は、切削インサート１が粉末加圧成形および焼結後の状態で、凹部６の底面と上面２との平行がおおむね確保され、ただ表面の凹凸状態（表面のあらさ）のみが原因で研削盤へのクランプが不安定になっている場合などに有効である。つまり、凹部６の表面の不規則なあらさのため、凹部６とクランプ装置との接触箇所が切削インサートの個体ごとにばらつき、接触状態が安定しない場合に有効である。このような構成とされると、凹部６側の接触点を意図的に３点接触させることにより、凹部６側でのクランプの安定性向上と、上面２を基準としてクランプするという特徴とを両立できる。

この実施形態における切削インサート１は、３つの凸部７の頂点を、それぞれ軸線Ｃから同じ距離に配置することが望ましい。この実施形態では、３つの凸部７の頂点は、等間隔、すなわち前述のとおり１２０°回転対称に配置された。しかし、それに限定されない。前述のとおり、軸線Ｃからの距離を一定にすることが重要であり、配置角度は適切に離れていれば、不均等に配置されても構わない。なお、第１の実施形態における切削インサート１と比較して、この実施形態の切削インサート１は、上面２を基準にクランプするという効果は若干薄れる。しかし、凹部６の底面が平面である従来例と比較すれば、上面２を確実に基準にしてクランプできる。そして、凹部６側での、クランプ装置との接触が３点接触となるため、第１の実施形態における切削インサート１と比較して、凹部６側のクランプ装置の摩耗が抑制され、安定したクランプ状態を長期間にわたって保つことができる。なお凸部７の数は、２つや、４つ以上とすることも排除しない。しかし凸部７の数は、３つとすることで、意図的な３点接触を実現し、もっとも安定性が向上する。

第３の実施形態における切削インサート１を図１０に示す。第１および第２の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。この実施形態における切削インサート１は、切れ刃５が一部分にかたよっているので、必ずしも上面２の重心をクランプする必要がない。したがって、切れ刃５のできるだけ近くをクランプできるように、凹部６が切れ刃５に近づく側にかたよって形成される。すなわち、切れ刃近傍の逃げ面を延長した仮想平面を仮想平面Ｄとすると、凹部６は仮想平面Ｄのすぐ近くの下面３に設けられる。凹部６の凸部７の頂点と仮想平面Ｄとの距離は、０．１ｍｍ以上、なおかつ５．０ｍｍ以下とされることが好ましい。このように、凸部７の頂点が、切れ刃５に近づく側にかたよって形成されると、切れ刃５の近傍をクランプすることが可能となり、切れ刃５の逃げ面を研削加工するときに、より安定したクランプ剛性を得られる。

これらの切削インサートは、様々な切削工具に適用されて、その切削工具が工作機械に装着されることにより、鋼材などの切削加工に利用できる。旋盤用のバイトや回転切削工具などに適用され、適用切削工具への制約がほとんどない。実施形態には超高圧焼結体を切れ刃とする回転切削工具だけを記載したが、旋盤用の工具などにも適用可能である。また、専用の工具ボデーや切削工具を必要とせず、従来技術の工具ボデーや切削工具に対しても、切削インサートを交換するだけで適用可能である。

この発明の切削インサートは、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及び追加が可能である。例えば、凸部の断面形状が一定の曲率半径とされる必要はなく、楕円形状や放物線形状の断面形状など、どのような凸曲線形状とされても構わない。

１ 切削インサート
２ 上面
３ 下面
４ 側面
５ 切れ刃
６ 凹部
７ 凸部
１０ 切削工具
Ａ 仮想平面Ａ
Ｂ 上面の重心
Ｃ 上面の重心をとおり、上面と垂直な軸線

Claims (6)

1. ２つの端面と、その２つの端面の間をつなぐ側面とを有する切削インサートであり、
   前記２つの端面は平行でなく、
   一方の該端面に凹部があり、
   他方の前記端面に平行であり、かつ前記凹部の表面に接する仮想平面を仮想平面Ａとすると、前記凹部の表面は、該仮想平面Ａに向かってふくらむ凸面を少なくとも１つ含む切削インサート。
2. 前記凸面の断面の曲率半径は、１０ｍｍ以上、かつ１０００ｍｍ以下の範囲の曲率半径である請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記凸面の前記仮想平面Ａに対する高低差は、０．００５ｍｍ以上、かつ０．１００ｍｍ以下の範囲である請求項１または２に記載の切削インサート。
4. 前記凸面の頂点は、該切削インサートの他方の前記端面の重心をとおり該端面と垂直な軸線からの距離が１ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート。
5. 前記凸面を少なくとも３つ有し、該３つの凸面の頂点は、該切削インサートの他方の前記端面の重心をとおり該端面と垂直な軸線からの距離がそれぞれ同じである請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート。
6. 前記凹部が切れ刃近傍の逃げ面を延長した仮想平面Ｄの近くに設けられ、前記凸部の頂点と該仮想平面Ｄとの距離が０．１ｍｍ以上、かつ５．０ｍｍ以下の範囲である請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート。
   

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