JP6122341B2 - 切削工具および切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具、およびそれを用いた切削加工物の製造方法に関する。

従来、被削材の旋削加工に用いられる切削工具として、切削油剤を吐出する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１，２に記載の切削工具は、切削インサートのすくい面側から切削油剤を吐出して、切削油剤によって切刃が高温になるのを抑制するものである。なお、特許文献１，２に記載された切削工具は、切削油剤が吐出する吐出口が、切削インサートの上面と重ならない箇所に設けられており、吐出口と切刃との距離が切削インサートの切刃の長さ以上に離れている。

また、吐出口と切刃との距離を短くした切削工具としては、切削インサートの上面と重なる箇所に吐出口を設けた技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。吐出口と切刃との距離を短くすることで、切刃を効率よく冷却することができる。

特開平６−２５４７０５号公報 特開平１０−９４９０４号公報 特表２０１０−５１６４８２号公報

特許文献３に記載されている切削工具は、すくい面よりも高所に吐出口が設けられているため、切削油剤が空中を飛んで切刃に当たる。そのため、切削油剤を切刃に効率よく当てるためには、切削油剤の圧力を上げたり、吐出口の孔加工の精度を切刃に正確に届くように調整したりする必要がある。切削油剤の圧力を上げると、その分、切削油剤の量も多くなってしまう。また、孔加工の精度を上げようとすると、孔加工の精度調整を別途行わなければならない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、切削油剤を適切に適量にて切刃に当てることが可能な切削工具および切削加工物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に基づく切削工具は、内部に切削油剤が流れる第１流路を有する工具本体と、前記工具本体の先端部に設けられ、多角形状の上面、２辺の切刃およびコーナ切刃を有する切削インサートと、前記工具本体に前記切削インサートの上面の一部と重なって設けられ、前記第１流路とつながる第２流路と、前記第２流路とつながる一対の吐出口とを有するノズル部品とを備え、前記第２流路は、前記工具本体の表面上から前記切削インサートの上面上にかけて、かつ前記切刃に沿って形成されており、前記一対の吐出口はそれぞれ前記２辺の切刃のそれぞれに対応して配置され、かつ前記コーナ切刃に向いており、前記一対の吐出口は、一方と他方で大きさが異なることを特徴とする。

本発明の一態様に基づく切削加工物の製造方法は、被削材を回転させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具の前記切刃を接触させつつ、切削油剤を前記一対の吐出口から前記切削インサートの上面に沿って流して前記切刃に吐出する工程と、前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えている。

本発明は、切削油剤を適切に適量にて切刃に当てることが可能な切削工具および切削加工物の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図１に示す切削工具の内部を示した透過斜視図である。 図１に示す切削工具の上面図である。 図１に示す切削工具の側面図である。 図４に示す切削工具の一部を拡大して内部を示した透過側面図である。 図４に示す切削工具の一部を拡大して内部を示した透過側面図である。 図３に示す切削工具の吐出口から切削油剤が吐出されている様子を示す上面図である。 図７に示す切削工具が被削材に接触しつつ、切削油剤が吐出している様子を示す上面図である。 図８の一部Ａを拡大した切削工具の上面図である。 図９に示した切削工具の一変形例に係る上面図である。 図９に示した切削工具の一変形例に係る上面図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態の切削工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、実施形態の構成部材のうち、主要部材を示したものである。従って、本発明の切削工具は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。図１は、切削工具の先端部分を示した外観斜視図である。図２は、図１の切削工具の外観斜視図であって、内部の流路を点線で示している。図３は、切削工具の先端部分の平面図であって、内部の流路および外部から視認できない切削インサートの一部を点線で示している。図４は、切削工具の先端部分の側面図であって、内部の流路を点線で示している。図５は、図４に示した部品ノズルの側面図であって、一点鎖線で第１流路の一部および一方の第２流路を示している。図６は、図４に示した部品ノズルの側面図であって、一点鎖線で第１流路の一部および他方の第２流路を示している。図７は、切削インサートの一部および部品ノズルの上面図であって、流路を点線で示すとともに、白抜き矢印で切削油剤の吐出方向を示している。図８は、図７の切削インサートが被削材を切削して、切りくずが発生している状態を示した上面図であり、流路を点線で示すとともに、白抜き矢印が切削油剤の吐出方向を示している。図９は、図８のＡ部分を拡大した上面図であって、流路を点線で示すとともに、白抜き矢印が切削油剤の吐出方向を示している。図８，９の斜線入り矢印が被削材と接触する主切刃を指している。

≪切削工具≫
本実施形態の切削工具１は、図１〜９に示すように、内部に切削油剤が流れる第１流路２１を有する工具本体２と、工具本体２の先端部２２に設けられ、多角形状の上面３１、２辺の切刃３２およびコーナ切刃３３を有する切削インサート３と、工具本体２に切削インサート３の上面の一部と重なって設けられ、第１流路２１とつながる第２流路４１と、第２流路４１とつながる一対の吐出口４２とを有するノズル部品４とを備えている。また
、切削工具１は、第２流路４１は、工具本体２の表面上から切削インサート３の上面上にかけて、かつ切刃３２に沿って形成されており、一対の吐出口４２はそれぞれ２辺の切刃３２のそれぞれに対応して配置され、かつコーナ切刃３３に向いている。

切削工具１は、金属加工に用いられ、対象の被削材を所定形状に削るのに用いるものである。切削工具１は、工具本体２と、工具本体２に取り付けられる切削インサート３と、切削油剤を吐出する吐出口４２を有するノズル部品４とを備えている。なお、切削インサート３およびノズル部品４は、工具本体２から取り外し可能である。

工具本体２は、細長く伸びた棒形状であって、切削インサート３およびノズル部品４を取り付けるものである。工具本体２の内部には、クーラントとして機能する切削油剤が供給され、切削油剤が工具本体２内をとおってノズル部品４を介して外部に吐出される。なお、工具本体２は、鋼または鋳鉄などを用いることができる。

切削油剤は潤滑機能を有し、切削工具１が高温・高圧下で、切削インサート３と被削材の表面に油膜を形成し、それらの摩擦を低減することで、切削インサート３の摩耗や切削抵抗を低減する。また、切刃３２は、切刃３２と被削材とが高速で接触するため、摩擦が生じて温度が上昇する。切削油剤は冷却機能を有し、切刃３２の温度を下げて、工具摩耗を低減し、被削材の熱膨張を抑制することで、被削材の加工精度を良好に維持する。また、切削油剤はさび止め機能を有し、切削直後の被削材の表面は活性状態で、さびやすいが、被削材の表面に被着して、表面をさびにくくする。さらに、切削油剤は洗浄機能を有し、被削材を切削したときに発生する切りくずや表面汚れが被削材に付着するのを抑制し、切りくずや表面汚れを洗い流す。なお、切削油剤は、例えば、油性形、不活性極圧形または活性極圧形などの不水溶性油剤、あるいは、エマルション、ソリューブルまたはソリューションなどの水溶性油剤からなり、被削材の材質などに合わせて適宜選択して用いられる。

工具本体２の先端部２２に切削インサート３およびシート部材５を取り付ける多角形状の切欠きが設けられている。切欠きは、切削インサート３およびシート部材５を取り付けた状態で、切削インサート３の切刃３２が工具本体２から外部に突出する大きさに設定されている。

工具本体２は、内部に第１流路２１が形成されている。工具本体２外に配置されたポンプを用いて、切削油剤をくみ上げ、工具本体２の第１流路２１をとおって、ノズル部品４の吐出口４２から切削油剤が吐出される。第１流路２１は、工具本体２内で分岐している。第１流路２１は、工具本体２に切削インサート３を取り付けた状態で、切削インサート３の上面３１側から切刃３２に向かって切削油剤を吐出するためのすくい面側流路２１１と、切削インサート３の下面３５側から切刃３２に向かって切削油剤を吐出するための逃げ面側流路２１２を有している。また、すくい面側流路２１１は、さらに、ノズル部品４の一対の吐出口４２に対応させて二股に分かれている一対の第２流路４１のそれぞれとつながっている。

工具本体２には、逃げ面側流路２１２とつながった本体吐出口２３が設けられている。本体吐出口２３は、第１流路２１（逃げ面側流路２１２）とつながっている。本体吐出口２３は、切削インサート３の逃げ面側からコーナ切刃３３に向かって切削油剤を吐出する。本体吐出口２３から吐出された切削油剤は、下方から上方に空間中に飛び出る。そして、切削油剤が、切削インサート３のコーナ切刃３３に吹き掛かる。このようにして、切削油剤が、切削インサート３の下面３５側から上面３１側にかけて吹き掛かることで、切削インサート３を下方から冷却することができる。なお、本体吐出口２３は、切削油剤の流れる方向に直交した横断面が円状であって、直径が１〜３ｍｍに設定されている。

切削インサート３は、多角形状であって中央部に貫通孔３４が形成されている。切削インサート３は、上面３１および下面３５の最大幅は５〜２０ｍｍである。また、下面３５から上面３１までの高さは２〜８ｍｍである。ここで、上面３の最大幅とは、上面視した場合における上面３１の幅の最大値を意味している。同様に、下面３５の最大幅とは、底面視した場合における下面３５の幅の最大値を意味している。同様に、下面３５から上面３１までの高さとは、上面３１の上端と下面３５の下端との間における貫通孔３４の貫通方向に平行な方向での幅を意味している。なお、貫通孔３４は螺子孔として機能し、螺子を用いて切削インサート３を工具本体２に固定する。なお、多角形状とは、四角形、五角形または八角形等や、菱形形状のものをいう。

切削インサート３の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

切削インサート３の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

切削インサート３は、シート部材５を介して工具本体２に取り付けられる。シート部材５は、多角形状であって中央部に貫通孔が形成されている。シート部材５の貫通孔は、切削インサート３の貫通孔３４と同様の形状および大きさであって、切削インサート３を固定する螺子を用いて、切削インサート３およびシート部材５の両方を工具本体２に固定することができる。シート部材５は、例えば、超硬合金、炭素鋼または合金鋼からなり、被削材の加工時に、切削インサート３が破損して、切削インサート３の破損した破片等によって工具本体２が破壊されるのを防止するものである。

切刃３２は、工具本体２から外部に向かって飛び出ている２辺のそれぞれに対応する箇所に設けられている。ここで、切刃３２は、被削材と直接接して、被削材を削っている刃を主切刃といい、他方の切刃を副切刃という。また、２辺の切刃の交差する刃のうち、工具本体２から外部に向かって飛び出ている角の刃をコーナ切刃３３という。なお、切刃３２が形成される２辺に対応する。上面３１と側面３６との交線部が鋭角に尖っていると、切刃３２の耐久性が低下する。そのため、上面３１と側面３６とが交わる部分がわずかに曲面形状となっている、いわゆるホーニング加工が施されていても良い。

ノズル部品４は、工具本体２に切削インサート３の上面３１の一部と重なって設けられている。ノズル部品４は、工具本体２内から供給される切削油剤を外部に向かって方向決めして、所望する箇所に切削油剤を吐出するものである。ノズル部品４は、第１流路２１とつながる第２流路４１と、第２流路４１とつながる一対の吐出口４２とを備えている。ノズル部品４は、上下方向に貫通螺子孔４３が空いている。そして、貫通螺子孔４３に螺子を差し込んで、ノズル部品４を工具本体２に固定することができる。ノズル部品４は、工具本体２上に切削インサート３を取り付けた状態で、切削インサート３を上方から下方に向かって押し付けて固定し続けるサポート機能を有している。

第２流路４１は、図５または図６に示すように、第１流路２１の上部において二股に分
かれた一方４１１が、一対の吐出口４２の一方４２１とのみつながっている。また、第２流路４１は、第１流路２１の上部において二股に分かれた他方４１２が、一対の吐出口４２の他方４２２とのみつながっている。

第２流路４１は、切削インサート３上にノズル部品４を取り付けた状態で、コーナ切刃３３の角を基点とした、コーナ二等分線に対して、一方の第２流路４１１と他方の第２流路４１２が左右対称に形成されている。第２流路４１は、ノズル部品４の下面に溝をほって形成されている。第２流路４１は、切刃３２に沿って、切削インサート３の上面３１とノズル部品４とが重なる箇所に形成されている。そして、第２流路４１が、工具本体２の上面および切削インサート３の上面に沿って連続して形成されている。なお、第２流路４１は、切削油剤の流れる方向に直交した横断面が半円状であって、半径が１〜５ｍｍに設定されている。

第２流路４１から吐出された切削油剤は、図７に示すように、２辺の切刃３２のそれぞれに沿って上面３１上に沿って流れる。そして、吐出口４２から吐出された切削油剤が、図８，９に示すように、コーナ切刃３３に向かって進行し、切りくず１０に到達する。ここで、２辺の切刃３２のうち、図８，９に示すように、斜線入り矢印で指された切刃３２が主切刃３２ａである。また、２辺の切刃３２のうち、もう一方の切刃３２が副切刃３２ｂである。さらに、一対の吐出口４２のうち、主切刃３２ａに切削油剤を流す吐出口４２を第１吐出口４２１とし、副切刃３２ｂに切削油剤を流す吐出口４２を第２吐出口４２２とする。

第１吐出口４２１から吐出された切削油剤は、切りくず１０を直接切り出す主切刃３２ａ上に流れ、被削材と接する主切刃３２ａが高温になるのを抑制することができる。さらに、切削インサート３のすくい面と切りくず１０の裏面との間に流れ込むことができ、切りくず１０が切削インサート３に付着するのを抑制することができる。また、第２吐出口４２２から吐出された切削油剤は、図８，９に示すように、副切刃３２ｂ上に流れ、切りくず１０に目掛けて吐出される。そして、切りくず１０を切削油剤の液体圧力によって飛ばして、切りくず１０が工具本体２に絡まるのを抑制することができる。

本実施形態に係る切削工具１は、工具本体２上に設けたノズル部品４の下面に溝をほって第２流路４１を形成されている。かかる第２流路４１は、工具本体２の表面上と切削インサート３の上面が面一になっており、工具本体２の表面上から切削インサート３の上面上にかけて、かつ切刃３２に沿って形成されている。そして、一対の吐出口４２がそれぞれ２辺の切刃３２のそれぞれに対応して配置され、かつコーナ切刃３３に向いていることで、吐出口４２から吐出された切削油剤が、工具本体２の上面から切削インサート３の上面にかけて、両上面に沿って流れるように進行する。すくい面上において、切削油剤がすくい面に沿って流れるため、切削油剤が空中に吐出されにくく、無駄になる切削油剤を低減することができる。その結果、切削油剤を適切に適量にて切刃３２に当てることができ、切刃３２の摩耗を効果的に抑制することができる。さらには、切削工具１を用いた切削工程において、製造工程におけるトータルコストを削減することができる。

なお、本発明は上述の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において種々の変更、改良等が可能である。図１０，１１は、一変形例に係る切削工具１の一部を示した図面であるが、上述した実施形態の切削工具１と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。例えば、図１０に示すように、一対の吐出口４２が、一方４２１ａと他方４２２ｂとで大きさが異なるようにしてもよい。特に、副切刃３２ｂ上に切削油剤を吐出する第２吐出口４２２ｂが、主切刃３２ａ上に切削油剤を吐出する第１吐出口４２１ａよりも大きく設定されていることが好ましい。第２吐出口４２２ｂからは、副切刃３２ｂ上に沿って大量の切削油剤を流して、切りくず１０を効果的に飛
ばす量の切削油剤を吐出することができる。さらに、第２吐出口４２２ｂから大量の切削油剤を流すことで、切りくず１０を裏面から持ち上げて、切りくず１０とすくい面との間の隙間を大きくする。そうすることで、第１吐出口４２１ａからは、少量の切削油剤であっても、切りくず１０とすくい面との間の隙間に切削油剤を効果的に浸透させることができる。なお、第１吐出口４２１ａは、切削油剤の流れる方向に直交した横断面が半円状であって、半径が１〜２ｍｍに設定されている。第２吐出口４２２ｂは、切削油剤の流れる方向に直交した横断面が半円状であって、半径が２〜３ｍｍに設定されている。第１吐出口４２１ａの横断面の半径は、第２吐出口４２２ｂの横断面の半径よりも、例えば１〜２ｍｍ以上小さく設定されている。

また、図１１に示すように、工具本体２の表面および切削インサート３の上面には、第２流路４１と重なる箇所に沿って連続した溝３７を設けてもよい。工具本体２の表面およいび切削インサート３の上面３１は面一であって、工具本体２の表面および切削インサート３の上面にかけて第２流路４１２と重なる箇所から切刃３２に沿って連続した溝３７が形成されている。工具本体２の上面およびすくい面に連続した溝３７を設けることで、切削油剤を溝３７に沿って効率良く流すことができ、切刃３２を効果的に切削油剤の無駄を削減して冷却することができる。

≪切削加工物の製造方法≫
次に、本発明の一実施形態の被削材１００を切削することによる切削加工物の製造方法について図１２〜１４を用いて説明する。なお、図１２〜１４は、ノズル部品４を示していない。

本実施形態の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）図１２に示すように、被削材１００を回転させた状態で上記実施形態に代表される切削工具１を被削材１００に相対的に近付ける工程と、
（２）図１３に示すように、回転している被削材１００に切削工具１の切刃３２を接触させつつ、切削油剤を一対の吐出口４２から切削インサート３の上面３１に沿って流して切刃３２に吐出する工程と、
（３）図１４に示すように、切削工具１を被削材１００から離す工程と、
を備えている。

図１２においては、回転軸Ｙを固定した状態で被削材１００を回転させるとともに、切削工具１を近付けている。また、図１３においては、被削材１００を回転させた状態で、切削工具１を被削材１００に接触させて、図示していないノズル部品４から切削油剤を吐出して切刃３２に当てながら切削加工を行っている。また、図１４においては、回転軸Ｙを固定した状態で被削材１００を回転させるとともに、切削工具１を遠ざけている。なお、本実施形態の切削方法においては、それぞれの工程において、回転軸Ｙを固定した状態で被削材１００を回転させるとともに切削工具１を動かしているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材１００を切削工具１に近付けてもよい。また、（３）の工程において、被削材１００を切削工具１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材１００を回転させた状態を保持して、被削材１００の異なる箇所に切削インサート３の切刃３２を接触させる工程を繰り返せばよい。使用している切刃３２が摩耗した際には、切削インサート３を貫通孔３４の中心軸に対して１８０度回転させる、あるいは上下反転させて、未使用の切刃３２を用いることができる。

なお、被削材１００の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。

１ 切削工具
２ 工具本体
２１ 第１流路
２１１ すくい面側流路
２１２ 逃げ面側流路
２２ 先端部
２３ 本体吐出口
３ 切削インサート
３１ 上面
３２ 切刃
３３ コーナ切刃
３４ 貫通孔
３５ 下面
３６ 側面
３７ 溝
４ ノズル部品
４１ 第２流路
４２ 吐出口
４３ 貫通螺子孔
５ 緩衝部材
１０ 切りくず
１００ 被削材

Claims (3)

1. 内部に切削油剤が流れる第１流路を有する工具本体と、
   前記工具本体の先端部に設けられ、多角形状の上面、２辺の切刃およびコーナ切刃を有する切削インサートと、
   前記工具本体に前記切削インサートの上面の一部と重なって設けられ、前記第１流路とつながる第２流路と、前記第２流路とつながる一対の吐出口とを有するノズル部品とを備え、
   前記第２流路は、前記工具本体の表面上から前記切削インサートの上面上にかけて、かつ前記切刃に沿って形成されており、前記一対の吐出口はそれぞれ前記２辺の切刃のそれぞれに対応して配置され、かつ前記コーナ切刃に向いており、前記一対の吐出口は、一方と他方で大きさが異なることを特徴とする切削工具。
2. 内部に切削油剤が流れる第１流路を有する工具本体と、
   前記工具本体の先端部に設けられ、多角形状の上面、２辺の切刃およびコーナ切刃を有する切削インサートと、
   前記工具本体に前記切削インサートの上面の一部と重なって設けられ、前記第１流路とつながる第２流路と、前記第２流路とつながる一対の吐出口とを有するノズル部品とを備え、
   前記第２流路は、前記工具本体の表面上から前記切削インサートの上面上にかけて、かつ前記切刃に沿って形成されており、前記一対の吐出口はそれぞれ前記２辺の切刃のそれぞれに対応して配置され、かつ前記コーナ切刃に向いており、
   前記工具本体の表面および前記切削インサートの上面は面一であって、前記工具本体の表面および前記切削インサートの上面にかけて前記第２流路と重なる箇所から前記切刃に沿って連続した溝が形成されていることを特徴とする切削工具。
3. 被削材を回転させる工程と、
   回転している前記被削材に請求項１または２に記載の切削工具の前記切刃を接触させつつ、切削油剤を前記一対の吐出口から前記切削インサートの上面に沿って流して前記切刃に吐出する工程と、
   前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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