JP6508620B1 - 切削インサート及び刃先交換式転削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切りくずの排出性を改善した切削インサート及び刃先交換式転削工具を提供すること【解決手段】所定の回転軸ＡＸで回転するボデーＢを備える刃先交換式転削工具Ｅに装着される切削インサート１０である。上面１０ａと、下面１０ｂと、周側面とを備える。また、内切れ刃１０ｇと、コーナ切れ刃１０ｆを備える。また、下面１０ｂから最も距離が大きい最頂部Ｓは、コーナ切れ刃１０ｆ上に存在する。【選択図】図２

Description

本発明は、切削インサート及び刃先交換式転削工具に関する。

従来より、金型などを加工する際に、工具径が８ｍｍから２０ｍｍ程度の細いエンドミルが用いられている。鋳造品の角を丸めるために、金型の底面と壁面との間に曲面（「角Ｒ」又は「コーナＲ」などと呼ばれる）を形成する必要がある。

特許文献１には、このようなコーナＲを形成するために、曲率半径が大きなコーナ部１１を備えるインサート１が開示されている。

特開２００９−１１９５７２号公報

しかしながら、従来の切削インサートは、生成される切りくずの排出性が悪いため、切削中に、切りくずを噛みこんでしまうことがあった。

そこで本発明は、切りくずの排出性を改善した切削インサート及び刃先交換式転削工具を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る切削インサートは、所定の回転軸で回転するボデーを備える刃先交換式転削工具に装着される。そして、上面と、ボデーの座面に装着するための下面と、上面と下面とを接続し、上面との間に切れ刃が形成される周側面とを備える。

そして、切れ刃は、内切れ刃と、この内切れ刃に接続し、上面に対向する方向からみた平面視において、所定の曲率を有し、回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの幅の４０％以上５０％以下の幅を有し、内切れ刃と比較して回転軸から遠い位置に形成されるコーナ切れ刃とを備え、下面と切れ刃との距離のうち、下面からの距離が最大の最頂部は、コーナ切れ刃上であって、上面に対向する方向からみた平面視において、回転軸に垂直な方向における切削インサートの回転軸から遠い方の端部から切削インサートの幅の２０％以下の領域に形成される。

また、本開示の他の側面に係る切削インサートは、所定の回転軸で回転するボデーを備える刃先交換式転削工具に装着される。そして、上面と、ボデーの座面に装着するための下面と、上面と下面とを接続し、上面との間に切れ刃が形成される周側面とを備える。そして、切れ刃は、内切れ刃と、この内切れ刃に接続し、上面に対向する方向からみた平面視において、所定の曲率を有し、内切れ刃と比較して回転軸から遠い位置に形成されるコーナ切れ刃とを備える。

さらに、下面に接続し、下面と垂直な面を周側面として備える垂直部と、この垂直部に接続し、垂直な面と第１の傾斜角をなす面を周側面として備える接続部と、この接続部に接続し、垂直な面と、第１の傾斜角より小さい第２の傾斜角をなす面を周側面として備える傾斜部とを備える。

また、本開示の他の側面に係る刃先交換式転削工具は、所定の回転軸で回転する直径が１５ｍｍ以下のボデーと、このボデーに形成された少なくとも２つの座面にそれぞれ装着された切削インサートを備える。

切削インサート１０の斜視図 切削インサート１０の正面図、左側面図及び下面図 二つの切削インサート１０が装着されたエンドミルＥ 切削インサート１０をボデーＢに取り付けたときの切れ刃に垂直な断面図 切削インサート１０を用いた加工のシミュレーション結果

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。

［第１実施形態］
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る切削インサート１０の斜視図である。また、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、それぞれ、切削インサート１０の正面図、左側面図、下面図である。

これら図面に示されるように、切削インサート１０は、上面１０ａと、下面１０ｂと、上面１０ａと下面１０ｂを接続する周側面を備える。周側面は、ほぼ平坦な側面部１０ｄ（第１の側面部）及び１０ｄ’（第２の側面部）と、これら２つの側面部を接続する正面部１０ｅ（第１の正面部）及び１０ｅ’（第２の正面部）を備える。

図２（ａ）に示されるように、上面１０ａと側面部１０ｄとの接続部の一部は、直線状である。同様に、上面１０ａと側面部１０ｄ’との接続部の一部は、これと平行な直線状である。図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、この直線状をなす部分の間隔を、切削インサート１０の幅Ｗと定義する。本実施形態に係る切削インサート１０の幅Ｗは、たとえば、４〜４．５ｍｍである。

また、切削インサート１０の下面１０ｂは、平面で構成される。さらに、切削インサート１０の中央部には、上面１０ａ及び下面１０ｂを貫通する貫通孔Ｈが形成される。この貫通孔Ｈを貫通するクランプねじを、刃先交換式転削工具のボデーの座面に設けられためねじと螺合することによって、切削インサート１０はボデーに固定される。このとき、切削インサート１０は、側面部１０ｄ側がボデーの回転軸に近く、側面部１０ｄ’側がボデーの回転軸と遠くなるようにボデーに固定される。

図２（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、この切削インサート１０は、下面１０ｂに接続し、下面１０ｂと垂直な周側面を備える垂直部１０ｈと、垂直部１０ｈに接続し、下面１０ｂから離れるほど断面の面積が増加するように広がる接続部１０ｊと、接続部１０ｊに接続し、下面１０ｂから離れるほど断面の面積が増加するように広がる傾斜部１０ｋを備える。図に示されるとおり、接続部１０ｊの周側面は、垂直部１０ｈの周側面に対して大きな傾斜角（第１の傾斜角）を有し、従って、断面積の増加率も大きい。一方で傾斜部１０ｋの周側面は、垂直部１０ｈの周側面に対して小さな傾斜角（第２の傾斜角）を有し、従って、断面積の増加率も小さい。

また、下面１０ｂと垂直な方向の高さは、垂直部１０ｈ、接続部１０ｊ、傾斜部１０ｋの順番に大きくなる。そして、垂直部１０ｈの高さと接続部１０ｊの高さの和よりも、傾斜部１０ｋの高さの方が大きい。

換言すると、切削インサート１０は、上面１０ａから下面１０ｂにわたってくびれた形状を有しており、傾斜部１０ｋにおいて、上面１０ａから下面１０ｂに向かって緩やかに断面積が減少するように収縮した後、接続部１０ｊにおいて、下面１０ｂに向かって大きく断面積が減少するように収縮し、垂直部１０ｈにおいて、断面積を一定に維持したまま下面１０ｂに接続する構造を有している。なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）において、傾斜部１０ｋの傾斜角が異なることが示されているように、接続部１０ｊ及び傾斜部１０ｋの各傾斜角は一定である必要はない。ただし、接続部１０ｊの傾斜角の平均値と、傾斜部１０ｋの傾斜角の平均値又は代表値は、大小関係を有している。

上面１０ａと正面部１０ｅの接続部には、切れ刃が形成されている。切れ刃は、コーナ刃１０ｆと内切れ刃１０ｇを備えている。

コーナ刃１０ｆは、切削インサート１０のコーナ部に設けられ、上面１０ａに対向する方向からみた場合に、所定の曲率を有するように形成されている。このコーナ刃１０ｆの曲率は、加工対象の角Ｒの仕様にあわせて選択される。たとえば、角Ｒの仕様が２ｍｍの場合は、コーナ刃の回転軌跡を考慮した加工後の角Ｒが２ｍｍとなるように、コーナ刃１０ｆが所定の曲率半径（たとえば、２ｍｍ弱）を有する切削インサート１０が用いられる。本実施形態では、図２（ａ）に示されるように、通常よりも曲率が大きく、かつ、巨大なコーナ刃１０ｆが形成されており、上面１０ａに対向する方向から見たときに、側面部１０ｄ’から、幅Ｗの方向（側面部１０ｄと側面部１０ｄ’を結ぶ方向）で４０〜５０％の位置までコーナ刃１０ｆが形成され、かつ、その曲率半径も、たとえば、幅Ｗの５０％以下である。

また、たとえば、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、コーナ刃１０ｆに続いて内切れ刃１０ｇが形成される。内切れ刃１０ｇは、コーナ刃１０ｆと接続する接続部と、上面１０ａに対向する方向からみたときに、ほぼ直線的に形成される主内切れ刃１０ｇ’と、側面部１０ｄと接続する接続部を備える。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、下面１０ｂから切れ刃までの距離が最も大きくなる最頂部Ｓは、コーナ刃１０ｆ内に存在する。最頂部Ｓが幅Ｗの方向で側面部１０ｄ’から４０％以内、更に好ましくは、２０％以内の領域に存在するようにコーナ刃１０ｆを設けることが望ましい。本実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、最頂部Ｓが幅Ｗの方向で側面部１０ｄ’から２０％以内の領域に存在する。さらに、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、最頂部Ｓは、コーナ刃１０ｆ状に設けられているから、下面図からも左側面図からも確認することができる。

図２（ｂ）に示されるとおり、最頂部Ｓから内切れ刃１０ｇとの接続部に近づくにつれて、コーナ刃１０ｆと下面１０ｂとの距離は単調に減少する。さらに、続く内切れ刃１０ｇと下面１０ｂとの距離も単調に減少し続ける。その後、側面部１０ｄと接続する接続部において、内切れ刃１０ｇと下面１０ｂとの距離は大きく増加する。

また、切削インサート１０は、貫通孔Ｈの回転軸に対して軸対称な構造をしている。従って、正面部１０ｅ’と上面１０ａの接続部には、コーナ刃１０ｆ及び内切れ刃１０ｇと同一の切れ刃が形成されている。

図３（ａ）は、二つの切削インサート１０が装着されたエンドミルＥ（刃先交換式転削工具）の斜視図であり、図３（ｂ）は、このエンドミルＥを回転軸ＡＸ方向からみた図である。また、図３（ｃ）は、このエンドミルＥを回転軸ＡＸに垂直な方向からみた図である。このエンドミルＥは、工具径が８ｍｍ〜２０ｍｍの細径のエンドミルＥであり、たとえば金型を加工するために用いることができる。

これら図面に示されるように、エンドミルＥの先端部である円筒状のボデーＢには、切削インサート１０を装着するための２つの座面Ｆ及びＦ’が形成されている。座面Ｆ及びＦ’には、それぞれめねじが形成されている。切削インサート１０の貫通孔Ｈを貫通するクランプねじＣＳがこのめねじと螺合することにより、切削インサート１０の下面１０ｂが座面Ｆ及びＦ’に押し付けられ、各切削インサート１０は、ボデーＢに固定される。このとき、正面部１０ｅは回転軸ＡＸと同じ方向を向く。また、側面部１０ｄが回転軸ＡＸに近く、側面部１０ｄ’が回転軸ＡＸから遠くなるように、切削インサート１０は、ボデーＢに装着される。このため、側面部１０ｄ’側に存在する最頂部Ｓから回転軸ＡＸの方向へ、コーナ刃１０ｆ及び内切れ刃１０ｇが存在する。

図４（ａ）は、切削インサート１０をボデーＢに取り付けたときの切れ刃に垂直な断面図であり、図４（ｂ）は比較例における同断面図である。

図４（ａ）に示されるように、切削インサート１０の上面１０ａは、すくい面１０ｐと、すくい面１０ｐと正面部１０ｅに接続するランド１０ｑを備えている。この図に示されるように、すくい面１０ｐは、アキシャルレーキ（Ｐ_p面（主分力の方向と、切り込み方向で規定される面）が、基準面及びすくい面とそれぞれ交わって得られる２つの交線がなす角のことをいい、軸方向すくい角と呼ばれる場合もある）が正であり、すなわち、コーナ刃１０ｆ（及び内切れ刃１０ｇ）から離れるほど回転方向の後方に向かうように後傾している。一方で、ランド１０ｑは、アキシャルレーキが負であり、すなわち、コーナ刃１０ｆ（及び内切れ刃１０ｇ）から離れるほど回転方向の前方に向かうように前傾している。なお、逃げ面として機能する正面部１０ｅの逃げ角は、１７°と大きめに設定されているから、逃げ面摩耗を抑制することができる。コーナ刃１０ｆの全域にわたり、アキシャルレーキは正を維持している。ただし、内切れ刃１０ｇに近づくほど、アキシャルレーキが小さくなるようにコーナ刃１０ｆは、設けられている。

図４（ｂ）に示されるように、比較例の切削インサートＩの場合は、ランド及びすくい面とも、アキシャルレーキが負である。

図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る切削インサート１０を用いて、角Ｒを形成しながらワークの底面を加工する際の正面部１０ｅ’に対向する方向から見たときのシミュレーション結果を示している。ただし、図５（ａ）の場合は、図５（ｂ）の場合よりも、ラジアルレーキ（Ｐ_f面（主分力の方向と、工具の送り方向で規定される面）が、基準面及びすくい面とそれぞれ交わって得られる２つの交線がなす角のことをいい、径方向すくい角と呼ばれる場合もある）が小さくなるように切削インサート１０がボデーＢに装着されている。

図５（ｃ）及び（ｄ）は、比較例に係る切削インサートＩ及びＩ’を用いてワークを加工した際のシミュレーション結果を示している。

図５（ａ）の場合は、最頂部Ｓの位置を切削インサート１０の側面部１０ｄ’側に寄せている。このため、最頂部Ｓから内切れ刃１０ｇへと向かうラジアルレーキを小さな負の値にしてワークを加工することができる。このため、回転軸ＡＸを中心として回転するにつれて成長する切りくずＤを適切にカールさせることができる。また、図４（ａ）に示されるようにアキシャルレーキが正であるから、図４（ｂ）に示されるアキシャルレーキが負の場合と比較して、切りくずＤがボデーＢの根本方向（紙面上方向）に移動するのを妨げず、切りくずＤの処理性が向上する。

一方で図５（ｃ）及び（ｄ）の場合は、最頂部Ｓの位置が切削インサートＩ及びＩ’の中央付近に存在する。このため、ラジアルレーキを大きな負の値にしてワークが加工される。また、アキシャルレーキが負であるから、切りくずＤを加工面方向に押さえつける力が作用する。このため、切りくずＤの排出を妨げ、切りくずＤが外径方向に移動しやすくなる。

結果として、回転するにつれて成長する切りくずＤが径方向外側に延びていってしまい、削り終わり（２００°付近）に切りくずＤをワークの壁面との間で噛みこんでしまう場合がある。

図５（ｂ）の場合も、最頂部Ｓの位置を切削インサート１０の側面部１０ｄ’側に寄せている。このため、最頂部Ｓから内切れ刃１０ｇへと向かうラジアルレーキを、図５（ｃ）や図５（ｄ）の場合よりも、小さな負の値にしてワークを加工することができる。このため、回転軸ＡＸを中心として回転するにつれて成長する切りくずＤを適切にカールさせることができる。また、図４（ａ）に示されるようにアキシャルレーキが正であるから、負の場合と比較して、切りくずＤがボデーＢの根本方向に移動するのを妨げず、切りくずＤの処理性が向上する。

また、本実施形態に係る切削インサート１０は、ボデーＢの剛性を高めることに寄与する。本実施形態に係る切削インサート１０の幅Ｗは、４〜４．５ｍｍと非常に薄いため、このような切削インサート１０が装着されるボデーＢも細くなる。従って、ボデーＢの体積が減少すると、ボデーＢの剛性が大きく損なわれる。

一方で、切削インサートをボデーに装着する際に、切削インサートの側面とボデーのチップ座の壁面を確実に当接させるために、チップ座の座面と壁面を接続する隅部をえぐってぬすみを形成する。

本出願の発明者らは、ぬすみを形成するためにチップ座の隅部をえぐることが、ボデーの剛性に影響を与える点に着目した。

本実施形態に係る切削インサート１０は、傾斜部１０ｋ及び接続部１０ｊを設けているため、通常の切削インサートと比較して、下面１０ｂのエッジが下面１０ｂの中央側に存在することになる。このため、図３（ｂ）に示されるように、切削インサート１０が装着されるボデーＢのチップ座の隅部Ｃ及びＣ’に形成されるぬすみを小さくすることが可能になる。したがって、ボデーＢの剛性を高めることが可能になる。

また、切削インサート１０の幅Ｗは、４〜４．５ｍｍと非常に狭いため、チップ座の座面Ｆ及び座面Ｆ’との接触面積も限られる。接触面積が小さすぎると、切削インサートを安定的にボデーＢに装着することができなくなる。

切削インサート１０は、傾斜部１０ｋに続いて垂直部１０ｈを設けたことで、垂直部１０ｈがない場合と比較して下面１０ｂの面積を大きくすることが可能となる。このため、チップ座の座面Ｆ及び座面Ｆ’との接触面積を維持することができる。

また、比較的に傾斜角が小さい傾斜部１０ｋの周側面をチップ座の壁面と当接させることができるから、傾斜角が大きい周側面をチップ座の壁面と当接させる場合よりも、安定して切削インサート１０を支持することが可能になる。

従って、本実施形態に係る切削インサート１０は、ボデーＢの剛性を高めることと、安定的に装着されることの両立を図ることが可能になる。

また、切削インサート１０をボデーＢに装着した際に、アキシャルレーキを正にすることができるから、切りくずＤがボデーＢの根本の方向に延びていくことを阻害しない。そのため、切りくずＤの処理性が向上する。

また、アキシャルレーキが大きいままだと切れ刃が損傷する場合があった。このため、内切れ刃１０ｇに近づくにつれて、コーナ刃１０ｆのアキシャルレーキを、正を維持したまま次第に小さくするようにした。このようにすることで、コーナ刃１０ｆの損傷を抑制することができる。

また、ランド１０ｑを設けたので、切れ刃の強度を向上することができる。ただし、アルミ加工用の切削インサートなど、加工対象によっては、ランド１０ｑを設けないように切削インサートを構成してもよい。

また、最頂部Ｓが回転軸ＡＸから遠い方の切れ刃の端部に位置するようにしたから、そうでない場合よりも、絶対値が小さな負のラジアルレーキとすることが可能になる。

また、内切れ刃１０ｇを設けたから、ランピング加工が可能になる。

本実施形態で示された切削インサート１０は、エンドミルＥ用のものであるが、フライス用の切削インサートや、その他の切削インサートに広く適用することができる。

また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に組み合わせることもできる。

１０…切削インサート、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１０ｄ…側面部、１０ｅ…正面部、１０ｆ…コーナ刃、１０ｇ…内切れ刃、１０ｈ…垂直部、１０ｊ…接続部、１０ｋ…傾斜部、１０ｐ…すくい面、１０ｑ…ランド、ＡＸ…回転軸、Ｂ…ボデー、Ｃ…隅部、Ｅ…エンドミル、Ｆ…座面、Ｈ…貫通孔、Ｓ…最頂部、Ｗ…幅

Claims (9)

1. 所定の回転軸で回転するボデーを備える刃先交換式転削工具に装着される切削インサートであって、
   上面と、前記ボデーの座面に装着するための下面と、前記上面と前記下面とを接続し、前記上面との間に切れ刃が形成される周側面とを備え、
   前記切れ刃は、
   内切れ刃と、
   この内切れ刃に接続し、前記上面に対向する方向からみた平面視において、所定の曲率を有し、前記回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの幅の４０％以上５０％以下の幅を有し、前記内切れ刃と比較して前記回転軸から遠い位置に形成されるコーナ切れ刃と、を備え、
   前記下面と前記切れ刃との距離のうち、前記下面からの距離が最大の最頂部は、前記コーナ切れ刃上であって、前記上面に対向する方向からみた平面視において、前記回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの前記回転軸から遠い方の端部から前記切削インサートの幅の２０％以下の領域であって、かつ、前記コーナ切れ刃の両端のうち前記回転軸から遠い方の端部から前記最頂部までの前記コーナ切れ刃の長さより、前記回転軸から近い方の端部から前記最頂部までの前記コーナ切れ刃の長さの方が大きくなるように形成される切削インサート。
2. 前記切削インサートの幅は、５ｍｍ以下である請求項１記載の切削インサート。
3. 前記下面に接続し、前記下面と垂直な面を前記周側面として備える垂直部と、
   この垂直部に接続し、前記垂直な面と第１の傾斜角をなす面を前記周側面として備える接続部と、
   この接続部に接続し、前記垂直な面と、前記第１の傾斜角より小さい第２の傾斜角をなす面を前記周側面として備える傾斜部とを備える請求項１又は２に記載の切削インサート。
4. 前記コーナ切れ刃は、前記最頂部から、前記内切れ刃との接続部にわたり、前記下面との距離が単調減少するように設けられる請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート。
5. 前記内切れ刃は、前記コーナ切れ刃との接続部から、前記下面との距離が単調減少する部分を備える請求項４に記載の切削インサート。
6. 前記切削インサートには、この切削インサートを前記ボデーに装着するねじを貫通させるための貫通孔が前記上面及び前記下面に連通するように形成され、
   前記切れ刃と同一の第２の切れ刃が、前記貫通孔の回転軸対称に設けられる請求項１から５のいずれか一項に記載の切削インサート。
7. 所定の回転軸で回転するボデーを備える刃先交換式転削工具に装着される切削インサートであって、
   上面と、前記ボデーの座面に装着するための下面と、前記上面と前記下面とを接続し、
   前記上面との間に切れ刃が形成される周側面とを備え、
   前記切れ刃は、
   内切れ刃と、
   この内切れ刃に接続し、前記上面に対向する方向からみた平面視において、所定の曲率を有し、前記回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの幅の４０％以上５０％以下の幅を有し、前記内切れ刃と比較して前記回転軸から遠い位置に形成されるコーナ切れ刃と、を備え、
   前記切削インサートの幅は、４ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であり、
   前記下面と前記切れ刃との距離のうち、前記下面からの距離が最大の最頂部は、前記コーナ切れ刃上であって、前記上面に対向する方向からみた平面視において、前記回転軸に垂直な方向における前記切削インサートの端部から前記切削インサートの幅の２０％以下の領域であって、かつ、前記コーナ切れ刃の両端のうち前記回転軸から遠い方の端部から前記最頂部までの前記コーナ切れ刃の長さより、前記回転軸から近い方の端部から前記最頂部までの前記コーナ切れ刃の長さの方が大きくなるように形成され、かつ、
   前記下面に接続し、前記下面と垂直な面を前記周側面として備える垂直部と、
   この垂直部に接続し、前記垂直な面と第１の傾斜角をなす面を前記周側面として備える第１傾斜部と、
   この第１傾斜部に接続し、前記垂直な面と、前記第１の傾斜角より小さい第２の傾斜角をなす面を前記周側面として備える第２傾斜部とを備える切削インサート。
8. 所定の回転軸で回転するボデーと、このボデーに形成された少なくとも２つの座面にそれぞれ装着された請求項１から７のいずれか一項に記載の切削インサートと、を備え、
   前記切削インサートの前記上面は、
   アキシャルレーキが正となるすくい面と、
   このすくい面と前記コーナ切れ刃とを接続し、アキシャルレーキが負となるランドを備える刃先交換式転削工具。
9. 前記切削インサートの前記すくい面との正のアキシャルレーキは、前記最頂部から前記内切れ刃との接続部に向かって角度が小さくなる請求項８に記載の刃先交換式転削工具。