JP6374884B2 - 片面で割出し可能な角形の切削インサートおよび切削工具 - Google Patents

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Description

発明の分野
本発明は、金属切削工程で使用するための、特に旋削作業用の切削工具および正方形切削インサートに関する。
発明の背景
旋削作業で使用される切削工具の分野において、工具ホルダのインサート受入れポケットに取外し可能に固定される切削インサートの多くの例がある。いくつかの例ではこれら切削工具は、切削インサートおよびインサート受入れポケットの協働面が、突起と窪みによって形成されるように構成される。他の例ではこれら切削工具は、切削インサートおよびインサート受入れポケットの協働面が、雄型および雌型嵌合要素によって形成されるように構成される。
米国特許第7,201,545号は、ホルダ、シムおよび割出し可能な切削インサートを有する切削工具を開示している。シムは、実質的に平行な上側および下側を備えた多角形状を有し、ホルダのポケットに取り付けられる。この発明の代替実施形態では、切削インサートは、シムと同様に正方形基本形状を有し、4つの割出し位置でシムに取り付け可能であり、それにより切削インサートの下側の8つの突起のうち3つがシムの上側の2つの支持面と「能動的」に当接し、シムの上側の2つの窪みが他の5つの「受動的」な突起に間隙を提供する。
米国特許第7,387,474号は、インサート座部を備えたホルダと、その中に取り付けられる菱形基本形状を有する割出し可能な切削インサートと有する切削工具を開示している。インサート座部は、互いに90°で配向されかつT字構造を形成する細長い隆起部の形態の2つの雄型係合部分を含む。切削インサートの底側は2組の雌型係合部分を含み、各組は互いに90°で配向された2つの細長い溝を有する。切削インサートの両割出し位置において、1つの組が2つの細長い隆起部と能動的に係合し、他の組は非活動状態である。
米国特許第7,387,474号に由来する代替の正方形割出し可能切削インサートは、4組の雌型係合部分と4つの割出し位置を有し、受入れ不可能な短い細長い溝と効果のない係合をもたらし得ることが予想される。
改良された切削工具を提供することが本発明の目的である。
同じく、高いレベルの締付け安定性と横切削力抵抗性とを有する工具ホルダに取外し可能に固定された割出し可能な切削インサートを有する改良された切削工具を提供することが、本発明の目的である。
4つの割出し位置で工具ホルダに取外し可能に固定される割出し可能な切削インサートを有する改良された切削工具を提供することが、本発明のさらなる目的である。
本質的に剛性であり且つ正確に割り出し可能な切削インサートを提供することが、本発明のなおもさらなる目的である。
発明の概要
本発明によれば、片面割出し可能な切削インサートであって、
反対側にある四角形の上面および下面と、それらの間に延びる周囲側面であって、4つの逃げ面と交互に存在する4つのコーナー面を有する周囲側面と、
上面および下面を通過する中心軸であって、その中心軸の周りで切削インサートが割出し可能である中心軸と、
上面と4つのコーナー面のそれぞれとの交差部分に形成されたコーナー切れ刃と
を含み、
下面が
ベース表面、および
ベース表面から突出するちょうど4つの係合隆起部であって、各係合隆起部が4つのコーナー面の1つと交差し且つそこから中心軸の方に延在し、それによりベース表面を少なくとも4つのベースサブ表面に分割し、各係合隆起部が、V字形断面を形成する一対の平行に延在する隆起部側面を含む係合隆起部、
を含む、片面割出し可能な切削インサートが提供される。
同じく本発明によれば、切削工具であって、
その前端部にインサート受入れポケットが形成された主要本体を有する工具ホルダと、インサート受入れポケットに取外し可能に固定された上に記載した種類の切削インサートと
を含む切削工具が提供される。
さらに本発明によれば、その前端部にインサート受入れポケットが形成された主要本体を有する工具ホルダと、インサート受入れポケットに取外し可能に固定された片面で割出し可能な角形の切削インサートとを含む切削工具であって、
インサート受入れポケットが、
単一の係合溝が形成された床面と、床面から突出する2つの分離された支持パッドとを有する座面を含み、
係合溝が、V字形断面を形成する一対の平行に延在する溝側面を含み、および2つの支持パッドのそれぞれが、隆起した支持面を有し、
2つの支持面が同一平面上にあり、
切削インサートが、
反対側にある四角形の上面および下面と、それらの間に延びる周囲側面であって、4つの逃げ面と交互に存在する4つのコーナー面を有する周囲側面と、
上面および下面を通過する中心軸であって、その中心軸の周りで切削インサートが割出し可能である中心軸と、
上面と4つのコーナー面のそれぞれとの交差部分に形成されたコーナー切れ刃と
を含み、
下面がベース表面を含み、およびベース表面から突出するちょうど4つの係合隆起部を含み、
各係合隆起部が、V字形断面を形成する一対の平行に延びる隆起部側面を含み、各係合隆起部が4つのコーナー面の1つと交差し、かつコーナー面から中心軸の方に延在し、
切削インサートの下面は単に、
稼働するコーナー切れ刃に最も近接して位置付けられた係合隆起部の一対の隆起部側面が、単一の係合溝の対応する一対の溝側面と接触し、
ベース表面が、中心軸よりも稼働するコーナー切れ刃から遠くに完全に位置付けられた2つの支持領域で2つの隆起した支持面と接触すること
によって、インサート受入れポケットの座面に対して締め付けられる、
切削工具が提供される。
図面の簡単な説明
より深い理解のため、次に本発明を、添付図面を参照して単に例によって記載する。図面中、鎖線は、部材を部分的に見るために切り取られた境界線を示す。
本発明のいくつかの実施形態による切削工具の斜視図である。 図1に示される切削工具の分解斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態による切削インサートの底面図である。 図3に示される切削インサートの側面図である。 本発明のいくつかの実施形態による工具ホルダの上面図である。 線VI−VIに沿って取られた図5に示される工具ホルダの断面図である。 締付ねじが取り外された図1に示される切削工具の上面図である。 線VIII−VIIIに沿って取られた図7に示される切削工具の切断図である。 線IX−IXに沿って取られた図7に示される切削工具の切断図である。 線X−Xに沿って取られた図7に示される切削工具の切断図である。
発明の詳細な記載
本発明は、その前端部28にインサート受入れポケット26が形成された主要本体24を有する工具ホルダ22と、インサート受入れポケット26に取外し可能に固定された片面割出し可能な切削インサート30とを含む切削工具20に関する。
本発明のいくつかの実施形態では、図1および2に示されるように、切削工具20は、主要本体24の前端部28から離れる方向に延在するホルダシャンク82を有する旋削工具の形態であり得る。
また本発明のいくつかの実施形態では、工具ホルダ22は、機械加工された鋼から製造可能であり、切削インサート30は、炭化タングステンなどの超硬合金を成形プレスし、焼結することによって好ましくは製造可能であり、またコーティングされてもされなくてもよい。
本発明によれば、図3および4に示されるように、切削インサート30は、反対側にある正方形の上面および下面32、34と、それらの間に延びる周囲側面36とを有し、周囲側面36は、逃げ面42を構成する4つの側面42と交互に存在する4つのコーナー面40を有する。4つの側面42は同じ長さを有し、4つの側面42の隣接する対は互いに90°の角度を形成する。
コーナー切れ刃44は、上面32と4つのコーナー面40のそれぞれとの交差部分に形成される。
本発明のいくつかの実施形態では、4つのコーナー面40は同一形状であってもよく、また4つのコーナー切れ刃44は同一形状であってもよい。
また本発明のいくつかの実施形態では、各コーナー切れ刃44は、実質的に一定の半径を有し得、90°のコーナー角度を限定する。
さらに、本発明のいくつかの実施形態では、切削インサート30は、「正」と記載される場合があり、このとき4つの逃げ面42は上面32から離れる方向において内側に傾けられている。
なおさらに、本発明のいくつかの実施形態では、4つの逃げ面42は平坦であり得る。
本発明によれば、図3および4に示されるように、下面34はベース表面46を含み、中心軸A1が上面および下面32、34を通過し、切削インサート30は中心軸A1の周りで割出し可能である。
本発明のいくつかの実施形態では、図4に示されるように、ベース表面46はベース面P1を定義し得、中心軸A1はベース面P1に対して垂直であり得る。
また本発明のいくつかの実施形態では、図3に示されるように、切削インサート30は、中心軸A1の周りで4回回転対称を呈し得る。
さらに本発明のいくつかの実施形態では、図3に示されるように、切削インサート30は垂直インサート面P2の周りで鏡面対称を呈し得、垂直インサート面P2は中心軸A1を含み且つ2つの対角線上反対側のコーナー切れ刃44を二等分する。
本発明によれば、図3および4に示されるように、ちょうど4つの係合隆起部50がベース表面46から突出し、各係合隆起部50は、V字型断面を形成する一対の平行に延びる隆起部側面54を含む。
本発明のいくつかの実施形態では、図8に示されるように、各係合隆起部50の一対の隆起部側面54は、鈍角の係合角度αを形成し得る。係合角度αは、90〜150°の好ましい範囲を有する。
本発明の他の実施形態(不図示)では、各係合隆起部50の一対の隆起部側面54の2つの面構成要素は、外側に凸状であり得る。
本発明によれば、図3に示されるように、各係合隆起部50は、4つのコーナー面40の1つと交差し、そこから中心軸A1に向かって延び、それによりベース表面46を少なくとも4つの別個のベースサブ表面56に分割する。
本発明のいくつかの実施形態では、図3および4に示されるように、隆起部側面54の各対はそれぞれのコーナー面40と交差し得、従って作業時、関連するコーナー切れ刃44の適切な支持を提供する。
また本発明のいくつかの実施形態では、図3および4に示されるように、中央ボス48がベース表面46から突出し得、中央ボス48は隆起したボス端面52を有し得、および各係合隆起部50は中央ボス48と交差し得、それによりベースサブ表面56を、互いに連通しないように互いに分割する。
4つの係合隆起部50は中央ボス48と融合して単一構造部材を形成し、これにより切削インサート30の剛性が改善され、その結果、切削インサート30の焼結工程の結果生じる変形および誤差が最小限に低減されることは認識されよう。
本発明のいくつかの実施形態では、図3に示されるように、ベース表面46は、ちょうど4つの同一形状のベースサブ表面56を有し得る。
また本発明のいくつかの実施形態では、切削インサート30の底面において、図3に示されるように、中央ボス48は実質的に円の形状を有し得る。
さらに本発明のいくつかの実施形態では、図4に示されるように、中央ボス48はベース面P1から第1の距離D1だけ突出し得、4つの係合隆起部50はそれぞれベース面P1から第2の距離D2だけ突出し得、ここでD1はD2に等しい。
本記載および請求項を通した用語「V字形」の使用は、(断面で見たとき)「V」字形を形成しかつ頂点で交差する一対の側面に制限されず、一対の側面を離間する追加面も説明することを認識されたい。
本発明のいくつかの実施形態では、図3および4に示されるように、各係合隆起部50は、隆起部側面54の各対を離間する中間面58を含み得、中央ボス48のボス端面52および2つの中間面58は、同一平面でありかつ連続的であり得る。従って、用語「V字形」は、隆起部側面54の各対を離間するそのような中間面58を有する各係合隆起部50にあてはまる。
さらに、本発明のいくつかの実施形態では、図3に示されるように、各中間面58は中間幅Wを有し得、ここでWはD2の半分より大きく、D2より小さい、すなわち、0.5D2<W<D2。
第2の距離D2の半分より大きい中間幅Wは、有利にコンパクトかつ頑丈な外形を各係合隆起部50に提供することは認識されよう。
第2の距離D2未満の中間幅Wによって、隆起部側面54の各対が各コーナー面40の近接領域以内まで延ばされ、従って作業時、関連のノーズ切れ刃44に適切な支持が提供されることも同じく認識されよう。
本発明によれば、図5および6に示されるように、インサート受入れポケット26は座面60を含み、座面60は、単一の係合溝64が形成されかつ2つの分離された支持パッド66が突出する床面62を有する。
係合溝64は、V字形断面を形成する一対の平行に延びる溝側面68を含み、2つの支持パッド66のそれぞれは隆起した支持面70を有する。
図8に示されるように、一対の溝側面68のV字形断面は、稼働するコーナー切れ刃44に最も近接して位置する係合隆起部50の隆起部側面54のV字形断面と一致する。しかしながら、稼働中のコーナー切れ刃44に最も近接して位置する係合隆起部50の中間面58は、係合溝64のどの面とも当接しない。
2つの支持面70は同一平面上にあり、係合溝64の後方に完全に位置付けられる。
本記載および請求項を通した用語「後方」および「後方に」の使用は、工具ホルダの前端部28から工具ホルダの主要本体24に向かう方向のことを指していることは認識されよう。この方向は図5および7では右に向かっている。
2つ以上の係合溝または隆起部を備えた代替構造と対照的に、単一の係合溝64および2つの同一平面上の支持面70を備えて構成された座面60によって、インサート受入れポケット26をより効率的に製造することが可能になることも同じく認識されよう。
本発明のいくつかの実施形態では、図5に示されるように、ポケット二等分面P3が係合溝64を長手方向において二等分し得、座面60はポケット二等分面P3の周りで鏡面対称を呈し得る。
また、本発明のいくつかの実施形態では、図5に示されるように、一対の溝側面68は、2つの支持面70が位置付けられるよりもポケット二等分面P3に近接して完全に位置付けられ得る。
本発明によれば、図7〜10に示されるように、切削インサート30の下面34は単に、
稼働するコーナー切れ刃44に最も近接して位置付けられた係合隆起部50の一対の隆起部側面54が、単一の係合溝64の一対の溝側面68と接触し、
ベース表面46が、中心軸A1よりも稼働するコーナー切れ刃44から離れて完全に位置付けられた2つの支持領域72で2つの隆起した支持面70と接触すること
によって、インサート受入れポケット26の座面60に対して締め付けられる。
本発明のいくつかの実施形態では、切削インサート30の下面34は、4つの割出し位置のうちの1つでインサート受入れポケット26の座面60に締め付けられ得る。
また本発明のいくつかの実施形態では、図2に示されるように、2つの支持領域72は、2つのベースサブ表面56上に位置付けられ得る。
さらに、本発明のいくつかの実施形態では、図5および6に示されるように、床面62は中央凹部74と、それから延びる3つの間隙溝38とを含み得る。
図9および10に示されるように、中央凹部74は、中央ボス48とインサート受入れポケット26との間に間隙を提供し得、および3つの間隙溝38は、非稼働係合隆起部50とインサート受入れポケット26との間に間隙を提供し得る。
また、本発明のいくつかの実施形態では、図2および10に示されるように、切削インサート30の2つの支持領域72のそれぞれは、稼働コーナー切れ刃44から最も遠くに位置付けられた2つの逃げ面42の異なる1つによって境界を定められ得る。
切削インサート30の下面34は仮想三角形の3つのコーナー地点でインサート受入れポケット26の座面60に対して効果的に締め付けられ、そこで中心軸A1は、高い締付安定性レベルを達成するために、締付力を適用できる最適地点を定める実質的中心箇所で仮想三角形と交差することは認識されよう。いくつかの実施形態では、仮想三角形は、二等辺三角形であり、その隆起した支持面72はポケット二等分面P3の周りで対称的に配置され、また溝側面68が切削インサート30の隆起側面54を支持する場所から等距離にある。いくつかの実施形態では、仮想三角形は等辺三角形でさえあり得る。
また、4つの係合隆起部50に関連する隆起部側面54と、V字形断面を有する単一係合溝64に関連する溝側面68とによって、切削インサート30は各割出し位置において、高いレベルの横切削力抵抗性を有する。
本発明のいくつかの実施形態では、図3および4に示されるように、通し穴76が中心軸A1と同軸に延在し、かつ切削インサート30の上面32およびボス端面52の両方に開口し得る。
また、本発明のいくつかの実施形態では、図1および2に示されるように、締付ねじ78が通し穴76に位置付けられ、かつ締付力を適用するために座面60のねじ穴80にねじ係合され得る。
本発明の他の実施形態(不図示)では、通し穴76は上面32だけに開口し得、代替締付部材が通し穴76と係合して締付力を適用し得る。
上に記載した利点に加えて、単一の構造部材によって提供される切削インサート30の改良された剛性が、締付および切削作業の間、切削インサート30の破壊性または変形性も有利に低減することは認識されよう。
本発明のいくつかの実施形態では、図5および6に示されるように、インサート受入れポケット26は、2つの支持面70より係合溝64から離れて完全に位置付けられたちょうど2つの当接壁86を有する当接ショルダ部分84を座面60の後方に含み得る。図5に示されるように、工具ホルダ22の上面図において、2つの当接壁86は前方方向に広がり得る。
本記載および請求項を通した用語「前方」の使用は、後方方向と反対の方向を指していることは認識されよう。前方方向は図5および7では左に向かっている。
また、本発明のいくつかの実施形態では、通し穴76およびねじ穴80は互いに偏心した関係にあってもよく、その結果、締付力の成分を後方へ導くことができる。
図1、2および7に示されるように、切削インサート30の下面34がインサート受入れポケット26の座面60に対して締め付けられる間、切削インサート30の周囲側面36は単に、
稼働コーナー切れ刃44から最も離れて位置付けられた2つの逃げ面42のそれぞれが、2つの当接壁86の異なる1つと接触すること
によって、インサート受入れポケット26の当接ショルダ部分84に対して同時に締め付けられ得る。
さらに本発明のいくつかの実施形態では、図7に示されるように、垂直インサート面P2およびポケット二等分面P3は同一面上にあり得る。

Claims (8)

  1. 前端部(28)にインサート受入れポケット(26)が形成された主要本体(24)を有する工具ホルダ(22)と、前記インサート受入れポケット(26)に取外し可能に固定される、片面で割出し可能な角形の切削インサート(30)と、を備える切削工具(20)であって、
    前記インサート受入れポケット(26)が、単一の係合溝(64)が形成された床面(62)と、前記床面(62)から突出する2つの分離された支持パッド(66)と、を有する座面(60)を備え、
    前記係合溝(64)が、V字形断面を形成する一対の平行に延在する溝側面(68)を有し、
    前記2つの支持パッド(66)のそれぞれが、隆起した支持面(70)を有し、
    前記2つの支持面(70)が同一平面上にあり、
    前記切削インサート(30)が、
    反対側にある四角形の上面(32)および下面(34)と、それらの間に延在する周囲側面(36)であって、4つの逃げ面(42)と交互に存在する4つのコーナー面(40)を有する、周囲側面(36)と、
    前記上面(32)および前記下面(34)を通過する中心軸(A1)であって、その中心軸の周りで前記切削インサート(30)が割出し可能である、中心軸(A1)と、
    前記上面(32)と前記4つのコーナー面(40)のそれぞれとの交差部分に形成されたコーナー切れ刃(44)と、を備え、
    前記下面(34)が、
    ベース表面(46)と、
    前記ベース表面(46)から突出する4つの係合隆起部(50)であって、各係合隆起部(50)が前記4つのコーナー面(40)の1つと交差し且つ前記コーナー面(40)から前記中心軸(A1)の方に延在し、それにより前記ベース表面(46)を少なくとも4つのベースサブ表面(56)に分割し、各係合隆起部(50)が、V字形断面を形成する一対の平行に延在する隆起部側面(54)を含む、係合隆起部(50)と、を有し、
    前記切削インサート(30)の前記下面(34)が単に、
    稼働するコーナー切れ刃(44)に最も近接して位置付けられた前記係合隆起部(50)の前記一対の隆起部側面(54)が、前記単一の係合溝(64)の対応する一対の溝側面(68)と接触し、
    前記ベース表面(46)が、前記中心軸(A1)よりも前記稼働するコーナー切れ刃(44)から遠くに位置付けられた2つの支持領域(72)で前記2つの隆起した支持面(70)と接触する、
    ことによって、前記インサート受入れポケット(26)の前記座面(60)に対して締め付けられる、切削工具(20)。
  2. 前記インサート受入れポケット(26)が、2つの当接壁(86)を有する当接ショルダ部分(84)を前記座面(60)の後方に含み、
    前記切削インサート(30)の前記周囲側面(36)が単に、
    前記稼働コーナー切れ刃(44)から最も遠くに位置付けられた前記2つの逃げ面(42)のそれぞれが、前記2つの当接壁(86)の異なる1つと接触する
    ことによって、前記インサート受入れポケット(26)の前記当接ショルダ部分(84)に対して締め付けられる、請求項に記載の切削工具(20)。
  3. 前記2つの支持領域(72)がそれぞれ、前記稼働コーナー切れ刃(44)から最も遠くに位置付けられた2つの逃げ面(42)の異なる1つによって境界を定められる、請求項1又は2に記載の切削工具(20)。
  4. 隆起したボス端面(52)を有する中央ボス(48)が前記ベース表面(46)から突出し、各係合隆起部(50)が前記中央ボス(48)と交差し、それにより前記サブ表面(56)を互いに分離し、
    前記2つの支持領域(72)が、少なくとも4つのベースサブ表面(56)の2つに位置付けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の切削工具(20)。
  5. 前記ベース表面(46)がベース面(P1)を定め、
    前記中央ボス(48)が前記ベース面(P1)から第1の距離D1だけ突出し、前記4つの係合隆起部(50)がそれぞれ、前記ベース面(P1)から第2の距離D2だけ突出し、
    D1はD2に等しい、請求項に記載の切削工具(20)。
  6. 各係合隆起部(50)が、隆起部側面(54)の各対を離間する中間面(58)を含み、
    前記ボス端面(52)および4つの中間面(58)が同一平面上にあり、且つ連続しており、
    前記稼働するコーナー切れ刃(44)に最も近接して位置付けられた前記係合隆起部(50)の前記中間面(58)が、前記係合溝(64)のどの面とも当接しない、請求項4又は5に記載の切削工具(20)。
  7. 通し穴(76)が前記中心軸(A1)と同軸に延在し、且つ前記上面(32)および前記ボス端面(52)の両方に開口し、
    前記通し穴(76)に位置付けられた締付ねじ(78)が、前記座面(60)のねじ穴(80)にねじ係合される、請求項4〜6のいずれか一項に記載の切削工具(20)。
  8. 前端部(28)にインサート受入れポケット(26)が形成された主要本体(24)を有する工具ホルダ(22)と、前記インサート受入れポケット(26)に取外し可能に固定された片面で割出し可能な角形の切削インサート(30)と、を備える切削工具(20)であって、
    前記インサート受入れポケット(26)が、単一の係合溝(64)が形成された床面(62)と、前記床面(62)から突出する2つの分離された支持パッド(66)と、を有する座面(60)を備え、
    前記係合溝(64)が、V字形断面を形成する一対の平行に延在する溝側面(68)を有し、
    前記2つの支持パッド(66)のそれぞれが、隆起した支持面(70)を有し、
    前記2つの支持面(70)が同一平面上にあり、
    前記切削インサート(30)が、
    反対側にある四角形の上面(32)および下面(34)と、それらの間に延在する周囲側面(36)であって、4つの逃げ面(42)と交互に存在する4つのコーナー面(40)を有する、周囲側面(36)と、
    前記上面(32)および前記下面(34)を通過する中心軸(A1)であって、その中心軸(A1)の周りで前記切削インサート(30)が割出し可能である、中心軸(A1)と、
    前記上面(32)と前記4つのコーナー面(40)のそれぞれとの交差部分に形成されたコーナー切れ刃(44)と、を有し、
    前記下面(34)がベース表面(46)と、前記ベース表面(46)から突出する4つの係合隆起部(50)と、を有し、
    各係合隆起部(50)が、V字形断面を形成する一対の平行に延びる隆起部側面(54)を有し、
    各係合隆起部(50)が前記4つのコーナー面(40)の1つと交差し、且つ前記コーナー面(40)から前記中心軸(A1)の方に延在し、
    前記切削インサート(30)の前記下面(34)は単に、
    稼働するコーナー切れ刃(44)に最も近接して位置付けられた前記係合隆起部(50)の前記一対の隆起部側面(54)が、前記単一の係合溝(64)の対応する一対の溝側面(68)と接触し、
    前記ベース表面(46)が、前記中心軸(A1)よりも前記稼働するコーナー切れ刃(44)から遠くに位置付けられた2つの支持領域(72)で前記2つの隆起した支持面(70)と接触する、
    ことによって、前記インサート受入れポケット(26)の前記座面(60)に対して締め付けられる、切削工具(20)。
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