JP6531883B1 - 切削インサートおよび刃先交換式切削工具 - Google Patents

切削インサートおよび刃先交換式切削工具 Download PDF

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Abstract

この切削インサートでは、2つの多角形面(12)と、逃げ面(14)が形成される側面(13)と、すくい面と逃げ面(14)との交差稜線部に形成される切刃(15)とを有する多角形板状のインサート本体(11)を備え、インサート本体(11)は、インサート中心線(L)に関して回転対称形状で、多角形面(12)に関して表裏反転対称形状であり、切刃(15)は、コーナ刃(15a)と、コーナ刃(15a)の一端から延びる主切刃(15b)と、主切刃(15b)の一端から主切刃(15b)に鈍角に交差する方向に延びるワイパー刃(15c)とを備え、ワイパー刃(15c)からコーナ刃(15a)の一端側に向けて主切刃(15b)に渡る範囲に、インサート中心線(L)に沿った断面における逃げ面(14)の逃げ角がワイパー刃(15c)からコーナ刃(15a)の一端側に向かうに従い連続的に正角から0°を経て負角に漸次減少する第1の領域が設けられる。

Description

本発明は、刃先交換式のエンドミル等の刃先交換式切削工具に着脱可能に取り付けられて、特に高送り加工を行うのに好適な切削インサート、およびこのような切削インサートを着脱可能に取り付けた刃先交換式切削工具に関する。
本願は、2017年11月2日に、日本に出願された特願2017−213262号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このような高送り加工を行う切削インサートとしては、例えば特許文献1に、図12に示すようにインサート本体1が3つの角部を備えた2つの略三角形状をなす2つの三角形面2を有する三角形板状の切削インサートが記載されている。また、特許文献1には、この切削インサートの1つの三角形面2をすくい面として工具回転方向に向け、この1つの三角形面2の1つの角部に形成されたコーナ刃3を工具本体の外周側(図12において右側)に向けるとともに、この1つのコーナ刃3の一端から延びる主切刃4を工具本体の先端外周側に向け、さらにこの主切刃4の一端から延びる副切刃(ワイパー刃)5を工具本体の回転軸線に垂直な平面上に略位置させて着脱可能に取り付けられた刃先交換式切削工具も記載されている。
このような切削インサートでは、工具本体の先端側に向けられて工具本体の外周側に向かうに従い上記回転軸線に垂直な平面に対して緩やかな角度で後端側に向かうことになる主切刃4により、この主切刃4の工具本体内周側(図12において左側)や上記ワイパー刃5では厚さの薄い切屑が生成されることになる。このため、工具本体を高い送り量で送り出しても切削抵抗が増大するのを抑制することができ、金型等の加工において効率的な切削加工を行うことができる。
特許第5983901号公報
ところが、この特許文献1に記載された切削インサートにおいては、該特許文献1の図6や図10に示されるように、上記ワイパー刃5の位置における逃げ面の逃げ角が0°である。また、ワイパー刃5以外の主切刃4やコーナ刃3の逃げ面はこれら主切刃4およびコーナ刃3から離れて反対の三角形面側に向かうに従いインサート本体1の外側に突出するように凸曲していて、逃げ角は負角とされている。
ここで、図13に符号Aで示すのは、図12に示した特許文献1に記載された切削インサートにおいて、すくい面とされる三角形面2の中心を通るインサート中心線Lに沿って主切刃4とは反対側のワイパー刃5の端部を通る断面を基準の0°位置とし、この基準の断面から図12においてインサート中心線Lを中心に反時計回り方向に120°の位置にある他のワイパー刃5の端部までのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ角を5°ずつ計算して表したものである。この図13から分かるようにワイパー刃5の領域では上記逃げ角は0°であり、主切刃4の領域(断面角度が15°以上の領域)に入ると逃げ角は漸次負角側に大きくなって、コーナ刃3を越えた位置(断面角度70°の位置)で再び上記逃げ角は0°に戻っている。
このため、これらの逃げ面が被削材の加工面と干渉するのを避けるには、すくい面とされる三角形面2を工具本体の先端側に向けられるワイパー刃5や主切刃4から工具本体後端側に向かうに従い工具回転方向側に大きく傾けるようにして切削インサートを取り付けなければならない。このため、ワイパー刃5や主切刃4の軸方向すくい角は負角、あるいは負角側に大きい角度になって切れ味が鈍くなってしまうことが避けられない。従って、切屑の厚さが薄くても、切削抵抗の増大を十分に抑制することができなくなり、高送り加工において工具本体のビビリ振動や撓みによる加工精度の低下を招くおそれがある。また、切屑が無理にカールさせられることにもなるので、切屑詰まりを生じるおそれがある。
本発明は、このような背景の下になされたもので、高送り加工において切削抵抗の増大を確実に抑制することができて優れた加工精度を得ることができるとともに、切屑詰まりを防止することも可能な切削インサートを提供し、またこのような切削インサートを着脱可能に取り付けた刃先交換式切削工具を提供することを目的としている。
本発明の切削インサートは、多角形状に形成された2つの多角形面であって、一方がすくい面とされたときに他方が着座面とされる上記2つの多角形面と、これら2つの多角形面の周りに配されて該多角形面の上記すくい面と交差する逃げ面が形成される側面と、上記すくい面と上記逃げ面との交差稜線部に形成される切刃とを有する多角形板状のインサート本体を備えた切削インサートである。上記インサート本体は、上記2つの多角形面の中心を通るインサート中心線に関して回転対称形状である。これら2つの多角形面に関して表裏反転対称形状であり、上記切刃は、上記多角形面の角部に位置するコーナ刃と、このコーナ刃の一端から延びる主切刃と、この主切刃の一端から該主切刃に鈍角に交差する方向に延びるワイパー刃とを少なくとも備える。上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向けて上記主切刃に渡る範囲には第1の領域(逃げ面漸減領域)が設けられ、上記第1の領域では上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向かうに従い連続的に正角から0°を経て負角に漸次減少する。
また、本発明の刃先交換式工具は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成されたインサート取付座に、このような切削インサートが着脱可能に取り付けられ、上記切削インサートは、上記2つの多角形面のうちの一方の多角形面をすくい面として工具回転方向に向け、この一方の多角形面の1つの上記コーナ刃を上記工具本体の外周側に向けるとともに、この1つの上記コーナ刃の一端から延びる1つの上記主切刃を上記工具本体の先端側に向け、さらにこの1つの上記主切刃の一端から延びる1つのワイパー刃を上記軸線に垂直な平面に対してすかし角が2°以下となるように配置されている。
上記切削インサートおよび刃先交換式切削工具においては、切削インサートのワイパー刃からコーナ刃の一端側に向けて主切刃に渡る範囲に、インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角がワイパー刃からコーナ刃の一端側に向かうに従い連続的に正角から0°を経て負角に至る第1の領域が設けられている。すなわちワイパー刃からコーナ刃の一端側に向けて上記逃げ角が0°になるまでは、ワイパー刃および主切刃のインサート中心線に沿った断面における逃げ角は正角である。
従って、上記刃先交換式切削工具において、工具本体の先端側に向けられるワイパー刃と主切刃の工具本体内周側の部分から工具本体後端側に向けてすくい面とされる一方の多角形面を、工具回転方向側に大きく傾けなくても、これらワイパー刃および主切刃の工具本体内周側の逃げ面が被削材の加工面と干渉するのを避けることができる。このため、これらワイパー刃および主切刃の工具本体内周側の部分に鋭い切れ味を確保することができて切削抵抗の増大を確実に抑えることができ、高送り加工における工具本体のビビリ振動や撓みを防いで優れた加工精度を得ることができる。また、切屑が無理にカールさせられることもなくなるので、切屑詰まりを防止することもできる。
その一方で、工具本体の外周側に向けられる主切刃のコーナ刃側では、内周側とは逆に厚さの厚い切屑が生成されることになって、切刃への切削負荷が大きくなる。これに対し、上記構成の切削インサートおよび刃先交換式切削工具では、この主切刃のコーナ刃側ではインサート中心線に沿った断面における逃げ面の逃げ角は0°から負角側に漸減してゆく。従って、これに伴い、主切刃の刃物角はコーナ刃側に向けて漸次増大してゆくことになるので、このような大きな切削負荷に対して十分な切刃強度を確保することができ、切刃にチッピングや欠損等が生じるような事態を防止することが可能となる。
上記第1の領域においては、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が+8°〜−6°の範囲内で漸減していることが望ましい。上記ワイパー刃の刃長を二等分する位置においては、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が、+0.5°〜+8°の範囲であることが望ましい。これら第1の領域の上記逃げ角やワイパー刃の刃長を二等分する位置における逃げ角が上記範囲を上回ると、切刃の刃物角が小さくなって厚さの薄い切屑が生成される場合でもチッピングや欠損を生じ易くなるおそれがある。その一方、これらの上記逃げ角が上記範囲を下回ると、インサート本体を大きく傾けなければ逃げ面と被削材との干渉を防ぐことができなくなって、切削抵抗の増大を招くおそれが生じる。上記第1の領域においては、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が+7°〜−5°の範囲内で漸減していることがさらに望ましく、+6°〜−4°の範囲内で漸減していることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。同じく、上記ワイパー刃の刃長を二等分する位置においては、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が、+0.5°〜+7°の範囲であることがさらに望ましく、+0.5°〜+6°の範囲であることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。
ところで、このような切削インサートを取り付けた刃先交換式切削工具は、工具本体を軸線回りに回転しつつ該軸線に垂直な方向に送り出して高送り加工を行うほかに、工具本体を軸線方向先端側にも送り出して被削材に彫り込みを行うランピング加工あるいは傾斜加工に用いられることもある。そして、この場合には、ワイパー刃の工具本体内周側に隣接する部分、すなわち図12において上側のコーナ刃3に関しては断面位置の角度が85°付近から120°までの範囲の部分も切削に使用されることになる。ところが、特許文献1に記載された切削インサートでは、図13に示したようにこの部分における逃げ面のインサート中心線に沿った断面にける逃げ角も0°であるので、やはり切削インサートを大きく傾けなければ逃げ面と被削材の加工面との干渉を避けることができず、切削抵抗の増大を招くことになる。
このような場合に、上記構成の切削インサートでは、上記切刃に、上記コーナ刃の他端から、該コーナ刃の他端側に隣接する他の切刃の上記ワイパー刃に鈍角に交差する方向に延びる副切刃をさらに備え、この副切刃のうち、上記コーナ刃の他端から延びる範囲には第2の領域(逃げ角漸増領域)を設け、この第2の領域では該コーナ刃の他端から離れるに従い上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角を正角側に漸次増大させるとともに、この第2の領域から上記他の切刃側に向かう範囲には第3の領域(逃げ角安定領域)を設け、この第3の領域では上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が正角で、上記インサート中心線を挟む単位挟角ごとの逃げ角の増減率が上記第1の領域および上記第2の領域よりも小さくすることが望ましい。
このように構成することにより、切削に使用されるワイパー刃の工具本体内周側に位置することになる副切刃は、この工具本体内周側に位置するコーナ刃の他端から離れて切削に使用されるワイパー刃側に向かうに従い、まず第2の領域においてインサート中心線に沿った断面における逃げ面に逃げ角が正角側に漸増する。次いで、第3の領域において上記逃げ角が正角側のまま、単位挟角ごとの逃げ角の増減率が第1の領域および第2の領域よりも小さい範囲で安定する。従って、ランピング加工の際にワイパー刃の工具本体内周側に隣接することとなる副切刃部分では、この第3の領域において上記逃げ角が正角で安定しているので、切削インサートを大きく傾ける必要が無くなり、切削抵抗の増大を招くこともない。
また、特にこの場合には、上記第3の領域の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角よりも、上記ワイパー刃の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角を負角側に小さくすることにより、ワイパー刃の刃物角を確保して切刃強度を維持することができる。なお、この第3の領域においても、副切刃の刃物角の確保と切削抵抗の低減を両立するには、上記副切刃の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角は+6°〜+15°の範囲内であることが望ましい。特に、この逃げ角が+15°を上回るとワイパー刃と鈍角に交叉する副切刃に応力集中が生じるおそれがあって好ましくない。この逃げ角は+7°〜+14°の範囲内であることがさらに望ましく、+8°〜+13°の範囲内であることが一層望ましい。ただし、これに限定されない。
さらに、こうして第3の領域を設けた場合には、上記多角形面に、上記インサート中心線に垂直な平面部と、この平面部から上記コーナ刃側に向かうに従い上記インサート中心線方向に突出するように傾斜する傾斜部とを形成し、上記切刃のうち、上記コーナ刃と、上記主切刃と、上記副切刃のうちの上記第2の領域に位置する部分とは、上記傾斜部と上記逃げ面との交差稜線部に形成する一方、上記副切刃のうちの上記第3の領域に位置する部分は、上記平面部と上記逃げ面との交差稜線部に形成することが望ましい。
これにより、逃げ角が負角となるコーナ刃と、主切刃および副切刃のうちコーナ刃側に向けて逃げ角が負角側に大きくなる部分とでは、工具本体に取り付けたときにインサート本体を大きく傾けなくても軸方向すくい角を正角側に大きくすることができる。このため、一層鋭い切れ味を確保することができるとともに、切屑が無理にカールさせられるのも確実に防いで切屑詰まりを防止することができる。その一方で、逃げ角が正角である第3の領域では、切刃の刃物角をより大きく確保することができ、切刃強度を確実に維持することが可能となる。
さらにまた、上記インサート本体の側面には、上記2つの多角形面側の上記逃げ面の間に、上記インサート中心線に沿った断面において該インサート中心線方向に延びる複数のインサート拘束面を形成し、これら複数のインサート拘束面を上記インサート中心線方向から見て互いに交差する方向に形成することにより、このインサート拘束面をインサート取付座の壁面に当接させてインサート本体のインサート中心線回りの回転を拘束することができ、一層安定した切削加工を行うことができる。
一方、特許文献1に記載の切削インサートと同様に、上記インサート本体が、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である場合には、上記第1の領域は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向けて負角側に漸減し始める位置から正角側に増加し始める位置までの上記インサート中心線を挟む挟角の範囲が、50°〜65°の範囲内とされていることが望ましい。
また、同じく上記インサート本体が、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である場合に、上記第1の領域のうち上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が負角となる範囲は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記ワイパー刃の刃長を二等分する位置から上記コーナ刃の一端側に向けて上記インサート中心線を挟む挟角が、20°〜70°の範囲内とされていることが望ましい。
さらに、同じく上記インサート本体が、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である場合に、上記第1の領域のうち上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が負角となる範囲は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記インサート中心線を挟む挟角の範囲が、25°〜55°の範囲内とされていることが望ましい。
これらの挟角がそれぞれ上記範囲内よりも小さいと、第1の領域において逃げ角が漸減する割合が大きくなりすぎて逃げ面が大きく捩れるようになり、切刃に応力集中が発生して欠損やチッピングが生じ易くなるおそれがある。また、これらの挟角が上記範囲よりも大きいと、逆に漸減した逃げ角が再び増加する領域における挟角の範囲が小さくなって、この領域における切刃に応力の集中が生じ易くなるおそれがある。なお、このうち、インサート本体が、2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である場合に、上記第1の領域のうち上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が負角となる範囲は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見たときの上記インサート中心線を挟む挟角の範囲として、27°〜55°の範囲内とされていることがさらに望ましく、30°〜55°の範囲内とされていることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。
以上説明したように、本発明によれば、工具本体の内周側に位置するワイパー刃および主切刃に鋭い切れ味を確保することができて切削抵抗の増大を確実に抑え、高送り加工において優れた加工精度を得ることができるとともに、切屑詰まりを防止することもできる。その一方で、工具本体の外周側に向けられる主切刃のコーナ刃側では、十分な切刃強度を確保することができ、切刃にチッピングや欠損等が生じるのを防止することが可能となる。
本発明の切削インサートの一実施形態を示す斜視図である。 図1に示す実施形態をインサート中心線方向から見た平面図である。 図2における矢線X方向視の側面図である。 図2における矢線Y方向視の側面図である。 図2におけるAL断面図である。 図2におけるBL断面図である。 図2におけるCL断面図である。 図2におけるDL断面図である。 図2におけるEL断面図である。 図1に示す実施形態の切削インサートが着脱可能に取り付けられる刃先交換式切削工具の工具本体の斜視図である。 図1に示す実施形態の切削インサートが図10に示す工具本体に着脱可能に取り付けられた刃先交換式切削工具の斜視図である。 特許文献1に記載された切削インサートの平面図である。 図1に示す実施形態の切削インサートと図12に示す切削インサートのインサート中心線に沿った断面における逃げ角を示す図である。
図1〜図10は、本発明の切削インサートの一実施形態を示すものであり、図10は、この実施形態の切削インサートが着脱可能に取り付けられる刃先交換式切削工具の工具本体を示すものであり、図11は、この工具本体に上記実施形態の切削インサートが着脱可能に取り付けられた本発明の刃先交換式切削工具の一実施形態を示すものである。本実施形態の切削インサートは、超硬合金等の硬質材料により形成された多角形板状のインサート本体11を備えている。このインサート本体11は、2つの多角形面12がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状であって、これら2つの多角形面12の中心を通るインサート中心線Lに関して回転対称形状であるとともに、2つの多角形面12に関して表裏反転対称形状である。
これら2つの多角形面12は、図11に示すように刃先交換式切削工具の工具本体21に取り付けられたときに、一方の多角形面12がすくい面とされるとともに、他方の多角形面12は工具本体21に形成されたインサート取付座22への着座面とされる。これら2つの多角形面12の周りに配されるインサート本体11の側面13には、2つの多角形面12のすくい面と交差する逃げ面14が形成され、これらのすくい面(多角形面12)と逃げ面14との交差稜線部に切刃15が形成される。なお、2つの多角形面12の中央部には、インサート本体11をインサート取付座22に取り付けるためのインサート中心線Lを中心とした断面円形の取付孔16が、インサート本体11を上記インサート中心線L方向に貫通して開口している。
切刃15は、インサート中心線L方向から見て、多角形面12の3つの角部に配置される円弧等の凸曲線状をなすコーナ刃15aと、このコーナ刃15aの一端(図2においてインサート中心線Lを中心として時計回り方向側の端部)からコーナ刃15aに接して延びる主切刃15bと、この主切刃15bの一端において主切刃15bと鈍角に交差する方向に延びるワイパー刃15cを備えている。インサート中心線L方向から見て、主切刃15bは直線状またはコーナ刃15aがなす凸曲線よりも曲率半径が大きい凸曲線状であり、ワイパー刃15cは直線状または主切刃15bがなす凸曲線よりも曲率半径が大きい凸曲線状である。また、切刃15はさらに、インサート中心線L方向から見て直線状で、コーナ刃15aの他端からコーナ刃15aに接して延びる副切刃15dを備えており、この副切刃15dは1つの切刃15の他端側(図2において反時計回り方向側)に隣接する他の切刃15のワイパー刃15cと鈍角に交差する方向に延びている。
逃げ面14は、インサート本体11の側面13のうち、2つの多角形面12側の縁部に形成されており、これらの逃げ面14の間には、インサート中心線Lに沿った断面においてインサート中心線L方向に延びる複数のインサート拘束面17が、インサート中心線L方向から見て互いに交差する方向に形成されている。これらのインサート拘束面17は、本実施形態ではインサート中心線Lに平行な平面状であって、主切刃15bと副切刃15dのインサート中心線L方向の内側に形成されており、隣接するインサート拘束面17の間においてコーナ刃15aのインサート中心線L方向内側に位置する部分は凸曲面で繋げられている。
また、すくい面とされる上記多角形面12には、上記取付孔16の開口部の周りにインサート中心線Lに垂直な平面部12aが形成されるとともに、コーナ刃15a側には、この平面部12aからコーナ刃15a側に向かうに従いインサート中心線L方向に突出するように傾斜する傾斜部12bが形成されている。本実施形態では、切刃15のうち、コーナ刃15aおよび主切刃15bの全長と、ワイパー刃15cの主切刃15bと交差する側の一部と、副切刃15dのコーナ刃15aに接する側の一部とが傾斜部12bと逃げ面14との交差稜線部に形成され、ワイパー刃15cと副切刃15dの残りの部分は平面部12aと逃げ面14との交差稜線部に形成されている。従って、切刃15は、コーナ刃15aがインサート中心線L方向に最も突出し、主切刃15bおよびワイパー刃15cと副切刃15dに沿ってコーナ刃15aから離れるに従いインサート中心線L方向に漸次後退して、ワイパー刃15cを略二等分する位置から副切刃15dの途中にかけてインサート中心線L方向に最も後退する。
そして、上記逃げ面14は、ワイパー刃15cからコーナ刃15aの一端側に向けて主切刃15bに渡る範囲に、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが連続的に正角から0°を経て負角に至る第1の領域14Aを備えている。この第1の領域14Aにおいては、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが+8°〜−6°の範囲内で漸減していることが望ましい。
ここで、上述した図13に符号Bで示すのは、本実施形態の切削インサートにおいてインサート中心線Lに沿ってワイパー刃15cの刃長を二等分する位置を通る断面を基準の0°位置とし、この基準の断面から図2においてインサート中心線Lを中心に反時計回り方向に120°の位置にある上記他の切刃15のワイパー刃15cの刃長を二等分する位置までのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ角を5°ずつ計算して表したものである。これによると、本実施形態では断面位置の角度が5°〜55°の範囲が逃げ角漸減領域14Aとなる。
また、本実施形態では、上記副切刃15dのうち、コーナ刃15aの他端から延びる範囲には、このコーナ刃15aの他端から離れるに従いインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θBが正角側に漸次増大する第2の領域14Bが設けられている。さらに、この第2の領域14Bから上記他の切刃15側に向かう範囲には、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCが正角で、インサート中心線Lを挟む単位挟角ごとの逃げ角θCの増減率が第1の領域14Aおよび第2の領域14Bよりも小さい第3の領域14Cが設けられている。
従って、図13によれば、本実施形態では断面位置の角度が55°〜80°または85°程度までの範囲が第2の領域14Bとされ、断面位置の角度が80°または85°〜110°までの範囲が第3の領域14Cとされる。そして、本実施形態では、副切刃15dのうちの第2の領域14Bに位置する部分が、多角形面12のうち上記傾斜部12bと逃げ面14との交差稜線部に形成される一方、副切刃15dのうちの第3の領域14Cに位置する部分が、多角形面12の上記平面部12aと逃げ面14との交差稜線部に形成される。
なお、図13に示すように、この副切刃15dの第3の領域14Cから他の切刃15のワイパー刃15cに向けては逃げ角が急激に減少し、ワイパー刃15cの領域14Dで逃げ角θDは正角の範囲で再び安定してから他の切刃15の第1の領域14Aに至る。従って、上記第3の領域14Cのインサート中心線Lに沿った断面における副切刃15dの逃げ面14の逃げ角θCは、インサート中心線Lに沿った断面におけるワイパー刃15cの領域14Dの逃げ面14の逃げ角θDよりも正角側に大きい。
ここで、この第3の領域14Cにおいて、副切刃15dのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCは+6°〜+15°の範囲内であることが望ましい。また、ワイパー刃15cの刃長を二等分する位置(断面位置の角度が基準の0°の位置)において、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θDは+0.5°〜+8°の範囲内であるのが望ましく、副切刃15dのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCよりも負角側に大きいことが望ましい。
なお、インサート本体11が上記2つの多角形面12にそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である本実施形態の切削インサートにおいては、図13に示すように上記第1の領域14Aは、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見たとき、ワイパー刃15cからコーナ刃15aの一端側に向けて、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが負角側に漸減し始める位置から正角側に増加し始める位置までのインサート中心線Lを挟む挟角αの範囲が、50°〜65°の範囲内とされるのが望ましい。
また、同じくインサート本体11が上記2つの多角形面12にそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である本実施形態の切削インサートにおいては、上記第1の領域14Aのうちインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θBが負角となる範囲は、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見て、ワイパー刃15cの刃長を二等分する位置からコーナ刃15aの一端側に向けてインサート中心線Lを挟む挟角βが、20°〜70°の範囲内とされていることが望ましい。
さらに、同じくインサート本体11が上記2つの多角形面12にそれぞれ3つの角部を有する三角形板状である本実施形態の切削インサートにおいては、上記第1の領域14Aのうちインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが負角となる範囲は、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見たときのインサート中心線Lを挟む挟角γの範囲が、25°〜55°の範囲内とされていることが望ましい。
ここで、このような超硬合金等の硬質材料により形成された切削インサートのインサート本体11は、粉末冶金技術の基本的な工程に沿って製造される。すなわち、インサート本体11が超硬合金製の場合は、炭化タングステン粉末とコバルト粉末を主成分とし、必要に応じてクロムやタンタル等を副成分とする顆粒状の造粒粉末を用いて、金型を用いた粉末プレス成形を行う。こうして得られたプレス成形体は、適切な雰囲気と温度に制御された焼結炉内で所定の時間焼結することにより、インサート本体11となる焼結体を製造することができる。切削インサートの基本的形状は上記金型の設計により反映され、切削インサートの詳細形状は金型成形によって得られる。さらに切削インサートの刃先形状の高精度化を図るために、必要に応じて研削砥石を用いた研削加工や、硬質砥粒を内包したブラシによる刃先処理であったり、遊離砥粒法を用いたウェットブラストによる刃先処理を施したりすることもある。
このような本実施形態の切削インサートは、図10に示すような刃先交換式切削工具の工具本体21の先端部外周に形成された上記インサート取付座22に着脱可能に取り付けられ、図11に示すような本発明の一実施形態の刃先交換式切削工具を構成する。この工具本体21は軸線Oを中心とした概略円筒状をなしており、切削加工時にはその後端部が工作機械の主軸に把持されて軸線O回りに工具回転方向Tに回転され、上記切削インサートによって被削材に切削加工を施す。
なお、本実施形態においては、軸線Oが延びる方向のうち、工具本体21においてインサート取付座22に接近する方向(図10および図11において右上から左下に向かう方向)を先端側といい、工具本体21においてインサート取付座22から離間する方向(図10および図11において左下から右上に向かう方向)を後端側という。また、軸線Oに直交する方向を径方向という。さらに、径方向のうち軸線Oに接近する方向を内周側といい、軸線Oから離間する方向を外周側という。
工具本体21の先端部外周には複数(本実施形態では5つ)のチップポケット23が形成されていて、インサート取付座22は、これらのチップポケット23の工具回転方向Tを向く壁面の先端部外周に形成されている。インサート取付座22は、工具回転方向T側を向く平面状の底面22aと、この底面22aから工具回転方向T側に間隔をあけて配置されてインサート本体11の上記インサート拘束面17に当接可能な複数の平面状の壁面22bとを備えている。底面22aには、上記取付孔16に挿通されたクランプネジ24がねじ込まれるネジ孔22cが形成されている。
このようなインサート取付座22に、本実施形態の切削インサートは、インサート本体11の一方の多角形面12をすくい面として工具回転方向T側に向けるとともに、他方の多角形面12の平面部12aをインサート取付座22の底面22aに密着させて着座させられる。さらに、インサート本体11は、上記一方の多角形面12の1つの角部に位置するコーナ刃15aを工具本体21の外周側に突出させるとともに、このコーナ刃15aの一端から延びる主切刃15bを工具本体21の先端側に向け、またこの主切刃15bの一端から延びるワイパー刃15cを軸線Oに垂直な平面に対してすかし角が2°以下となるように配置して、取付孔16に挿通したクランプネジ24をネジ孔22cにねじ込むことにより固定される。すなわち、ワイパー刃15cは、軸線Oに垂直な平面に沿って配置されるか、またはこの平面に対して2°以下の角度で工具本体21の内周側に向かうに従い後端側に向かうように傾斜して配置される。このとき、切削に使用されない切刃15に連なる側面13のインサート拘束面17はインサート取付座22の壁面22bに当接させられて、インサート中心線L回りのインサート本体11の回転が拘束される。
このように切削インサートが取り付けられた刃先交換式切削工具は、通常の切削時には軸線O回りに回転されつつ該軸線Oに垂直な方向に送り出されて、専ら工具本体21の外周側に突出したコーナ刃15aと、このコーナ刃15aの一端に連なる主切刃15bおよびワイパー刃15cによって被削材を切削する。主切刃15bは直線状またはコーナ刃15aよりも曲率半径の大きな凸曲線状をなしているので、ワイパー刃15cも含めて工具本体21の内周側部分によって生成される切屑の厚さが薄く、工具本体21を高い送り量で送り出しても切削抵抗が増大するのを抑えることができる。
そして、さらに上記構成の切削インサートおよび刃先交換式切削工具においては、切削インサートのワイパー刃15cからコーナ刃15aの一端側に向けて主切刃15bに渡る範囲に、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが連続的に正角から0°を経て負角に至る第1の領域14Aが設けられている。従って、この第1の領域14Aにおいて逃げ角θAが0°になるまでは、ワイパー刃15cおよび主切刃15bのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ角θAは正角であり、すなわち図5に示すように同断面において逃げ面14は切刃15を通るインサート中心線Lに平行な直線に対して切刃15から離れるに従い漸次後退するように傾斜している。
従って、逃げ面14と被削材の加工面との干渉を防ぐために、これらの主切刃15bおよびワイパー刃15cから工具本体21の後端側に向かうに従いインサート本体11のすくい面とされる一方の多角形面12を工具回転方向T側に傾ける場合でも、この一方の多角形面12を大きく傾けることなく干渉を防止することができる。このため、これら主切刃15bおよびワイパー刃15cに鋭い切れ味を確保することができて、確実に切削抵抗の増加を防ぐことができるとともに、切屑が無理にカールさせられることもなくなるので、切屑詰まりが生じるのも防ぐことができる。しかも、本実施形態では、これら主切刃15bとワイパー刃15cの主切刃15b側の部分が、多角形面12の傾斜部12bに形成されているので、さらに切削抵抗の低減を図ることができる。
その一方で、主切刃15bの工具本体21外周側からコーナ刃15aにかけては、厚さの厚い切屑が生成されて切刃15に大きな切削負荷が作用するが、これに対して上記構成の切削インサートおよび刃先交換式切削工具では、主切刃15bのコーナ刃15a側およびコーナ刃15aの周辺では逃げ面14の逃げ角θAが負角である。すなわち、図6や図7に示すようにインサート中心線Lに沿った断面において切刃15を通るインサート中心線Lに平行な直線に対して逃げ面14は切刃15から離れるに従い漸次突出するように傾斜している。このため、切刃15の刃物角、すなわちすくい面と逃げ面14とがなす交差角を大きく確保することができて、上述のような大きな切削負荷に対する十分な切刃強度を維持することができ、切刃15にチッピングや欠損等が生じるのを防止することが可能となる。
なお、この第1の領域14Aにおいては、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが+8°〜−6°の範囲内で漸減していることが望ましい。また、ワイパー刃15cの刃長を二等分する位置においては、同じくインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θDは+0.5°〜+8°の範囲であることが望ましい。これら第1の領域14Aにおける切刃15の逃げ角θAやワイパー刃15cの逃げ角θDが上記範囲よりも正角側に大きいと、切刃15の刃物角が小さくなってチッピングや欠損を生じ易くなるおそれがある。一方、逆に第1の領域14Aにおける切刃15の逃げ角θAやワイパー刃15cの逃げ角θDが上記範囲よりも負角側に大きいと、インサート本体11を大きく傾けなければ逃げ面14と被削材との干渉を防ぐことができなくなるおそれが生じる。なお、第1の領域14Aにおいて、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAは、+7°〜−5°の範囲内で漸減していることがさらに望ましく、+6°〜−4°の範囲内で漸減していることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。同じく、ワイパー刃15cの刃長を二等分する位置においては、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θDが、+0.5°〜+7°の範囲であることがさらに望ましく、+0.5°〜+6°の範囲であることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。
また、このような切削インサートを取り付けた刃先交換式切削工具は、上述のように工具本体21を軸線Oに垂直な方向に送り出して切削加工を行うほかに、工具本体21を軸線O方向先端側にも送り出して被削材を彫り込みつつ切削を行うランピング加工あるいは傾斜加工に用いられることもある。そして、このような場合には、工具本体21の先端側に向けられたワイパー刃15cよりもさらに工具本体21の内周側の副切刃15d部分も切削に使用されることになる。
これに対して、本実施形態の切削インサートおよび刃先交換式切削工具では、切刃15が、コーナ刃15aの他端から、該コーナ刃15aの他端側に隣接する他の切刃15のワイパー刃15cに鈍角に交差する方向に延びる副切刃15dをさらに備えている。そして、この副切刃15dのうち、コーナ刃15aの他端から延びる範囲には、コーナ刃15aの他端から離れるに従いインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θBが正角側に漸次増大する第2の領域14Bが設けられるとともに、この第2の領域14Bから他の切刃15側に向かう範囲には、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCが正角で、インサート中心線Lを挟む単位挟角ごとの逃げ角θCの増減率が第1の領域14Aおよび第2の領域14Bよりも小さい第3の領域14Cが設けられている。
このため、工具本体21の先端側に向けられたワイパー刃15cの内周側に隣接してランピング加工の際に用いられる副切刃15dは、上記第3の領域14Cにおいて逃げ角θCが正角で、増減率も小さく抑えられて安定しているので、このようなランピング加工に用いられる場合でもインサート本体11を大きく傾けて工具本体21に取り付ける必要が無くなり、切削抵抗を低減することが可能となるとともに切屑詰まりを防止することができる。
また、このように第3の領域14Cを設けた場合に、本実施形態では第3の領域14Cにおけるインサート中心線Lに沿った断面における副切刃15dの逃げ面14の逃げ角θCよりも、ワイパー刃15cのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θDを負角側に大きくすることにより、ワイパー刃15cにも十分な刃物角を確保してチッピングや欠損を防止することができる。なお、副切刃15dのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCは+6°〜+15°の範囲内であることが望ましい。特に、この逃げ角θCが+15°を上回るとワイパー刃15cと鈍角に交差する部分に応力集中が生じてチッピングや欠損を生じ易くなるので、好ましくない。この副切刃15dのインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θCは、+7°〜+14°の範囲内であることがさらに望ましく、+8°〜+13°の範囲内であることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。
さらに、本実施形態では、副切刃15dのうちワイパー刃15cと交差する部分は、逃げ面14の第3の領域14Cと多角形面12のうちインサート中心線Lに垂直な平面部12aとの交差稜線部に形成されている。従って、逃げ角θCが正角側に最も大きくなる第3の領域14Cにおいても副切刃15dの刃物角は大きく確保することができ、切刃強度を確実に維持してチッピングや欠損の発生を防止することが可能となる。
また、本実施形態の切削インサートでは、インサート本体11の側面13において2つの多角形面12側の逃げ面14の間に、インサート中心線Lに沿った断面においてこのインサート中心線L方向に延びる複数のインサート拘束面17が、インサート中心線L方向から見て互いに交差する方向に形成されている。従って、上述のようにこれらのインサート拘束面17をインサート取付座22の壁面22bに当接させることにより、インサート本体11のインサート中心線L回りの回転を拘束することができ、一層安定した切削加工を行うことが可能となる。
さらに、本実施形態の切削インサートは、インサート本体11が三角形板状であるのに対し、上記第1の領域14Aは、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見て、インサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAがワイパー刃15cからコーナ刃15aの一端側に向けて、負角側に漸減し始める位置から正角側に増加し始める位置までのインサート中心線Lを挟む挟角αの範囲が、50°〜65°の範囲内とされている。このため、第1の領域14Aにおいて逃げ角θaが急激に変化して逃げ面14が大きく捩れることがなくなり、これにより切刃15に応力集中が発生してチッピングや欠損が生じ易くなるのを防ぐことができる。
また、同じく三角形板状のインサート本体11を有する本実施形態の切削インサートでは、第1の領域14Aのうちインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが負角となる範囲は、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見て、ワイパー刃15cの刃長を二等分する位置からコーナ刃15aの一端側に向けてインサート中心線Lを挟む挟角βが、20°〜70°の範囲内とされている。従って、これによっても逃げ面14が大きく捩れるのを防いで、切刃15の応力集中を緩和することが可能となる。
さらにまた、本実施形態では、第1の領域14Aのうちインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが負角となる範囲は、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見たときのインサート中心線Lを挟む挟角γの範囲が、25°〜55°の範囲内とされており、これによっても切刃15の応力集中を防ぐことが可能となる。なお、これらの挟角α、β、γが上記範囲よりも大きいと、第2の領域14Bの範囲が小さくなって副切刃15dの逃げ面14が大きく捩れてしまうおそれがある。このうち、第1の領域14Aのうちインサート中心線Lに沿った断面における逃げ面14の逃げ角θAが負角となる範囲は、インサート中心線L方向に多角形面12に対向する方向から見たときのインサート中心線Lを挟む挟角γの範囲が、27°〜55°の範囲内であることがさらに望ましく、30°〜55°の範囲内であることが一層望ましい。ただし、これには限定されない。
本発明によれば、工具本体の内周側に位置するワイパー刃および主切刃に鋭い切れ味を確保することができて切削抵抗の増大を確実に抑え、高送り加工において優れた加工精度を得ることができるとともに、切屑詰まりを防止することもできる。その一方で、工具本体の外周側に向けられる主切刃のコーナ刃側では、十分な切刃強度を確保することができ、切刃にチッピングや欠損等が生じるのを防止することが可能となる。
11 インサート本体
12 多角形面
12a 平面部
12b 傾斜部
13 側面
14 逃げ面
14A 第1の領域(逃げ角漸減領域)
14B 第2の領域(逃げ角漸増領域)
14C 第3の領域(逃げ角安定領域)
14D ワイパー刃15cの領域
15 切刃
15a コーナ刃
15b 主切刃
15c ワイパー刃
15d 副切刃
16 取付孔
17 インサート拘束面
21 工具本体
22 インサート取付座
23 チップポケット
24 クランプネジ
L インサート中心線
θA 第1の領域14Aにおける逃げ角
θB 第2の領域14Bにおける逃げ角
θC 第3の領域14Cにおける逃げ角
θD ワイパー刃15cの領域における逃げ角
O 工具本体21の軸線
T 工具回転方向

Claims (12)

  1. 多角形状に形成された2つの多角形面であって、一方がすくい面とされたときに他方が着座面とされる上記2つの多角形面と、これら2つの多角形面の周りに配されて該多角形面の上記すくい面と交差する逃げ面が形成される側面と、上記すくい面と上記逃げ面との交差稜線部に形成される切刃とを有する多角形板状のインサート本体を備えた切削インサートであって、
    上記インサート本体は、上記2つの多角形面の中心を通るインサート中心線に関して回転対称形状であるとともに、これら2つの多角形面に関して表裏反転対称形状であり、
    上記切刃は、上記多角形面の角部に位置するコーナ刃と、このコーナ刃の一端から延びる主切刃と、この主切刃の一端から該主切刃に鈍角に交差する方向に延びるワイパー刃とを少なくとも備え、
    上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向けて上記主切刃に渡る範囲には第1の領域が設けられ、上記第1の領域では上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向かうに従い連続的に正角から0°を経て負角に漸次減少することを特徴とする切削インサート。
  2. 上記切刃は、上記コーナ刃の他端から、該コーナ刃の他端側に隣接する他の切刃の上記ワイパー刃に鈍角に交差する方向に延びる副切刃をさらに備え、
    この副切刃のうち、上記コーナ刃の他端から延びる範囲には第2の領域が設けられ、この第2の領域では該コーナ刃の他端から離れるに従い上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が正角側に漸次増大するとともに、
    この第2の領域から上記他の切刃側に向かう範囲には第3の領域が設けられ、この第3の領域では上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が正角であるとともに、上記インサート中心線を挟む単位挟角ごとの逃げ角の増減率が上記第1の領域および上記第2の領域よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の切削インサート。
  3. 上記第3の領域の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角は、上記ワイパー刃の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角よりも正角側に大きいことを特徴とする請求項2に記載の切削インサート。
  4. 上記多角形面には、上記インサート中心線に垂直な平面部と、この平面部から上記コーナ刃側に向かうに従い上記インサート中心線方向に突出するように傾斜する傾斜部とが形成されており、
    上記切刃のうち、上記コーナ刃と、上記主切刃と、上記副切刃のうちの上記第2の領域に位置する部分とは、上記傾斜部と上記逃げ面との交差稜線部に形成される一方、
    上記副切刃のうちの上記第3の領域に位置する部分は、上記平面部と上記逃げ面との交差稜線部に形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の切削インサート。
  5. 上記第3の領域において、上記副切刃の上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が+6°〜+15°の範囲内であることを特徴とする請求項2から請求項4のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  6. 上記インサート本体の側面には、上記2つの多角形面側の上記逃げ面の間に、上記インサート中心線に沿った断面において該インサート中心線方向に延びる複数のインサート拘束面が形成され、これら複数のインサート拘束面は上記インサート中心線方向から見て互いに交差する方向に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  7. 上記第1の領域においては、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が+8°〜−6°の範囲内で漸減していることを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  8. 上記ワイパー刃の刃長を二等分する位置において、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が、+0.5°〜+8°の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  9. 上記インサート本体は、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状であり、
    上記第1の領域は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が上記ワイパー刃から上記コーナ刃の一端側に向けて負角側に漸減し始める位置から正角側に増加し始める位置までの上記インサート中心線を挟む挟角の範囲が、50°〜65°の範囲内とされていることを特徴とする請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  10. 上記インサート本体は、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状であり、
    上記第1の領域のうち上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が負角となる範囲は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記ワイパー刃の刃長を二等分する位置から上記コーナ刃の一端側に向けて上記インサート中心線を挟む挟角が、20°〜70°の範囲内とされていることを特徴とする請求項1から請求項9のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  11. 上記インサート本体は、上記2つの多角形面がそれぞれ3つの角部を有する三角形板状であり、
    上記第1の領域のうち上記インサート中心線に沿った断面における上記逃げ面の逃げ角が負角となる範囲は、上記インサート中心線方向に上記多角形面に対向する方向から見て、上記インサート中心線を挟む挟角の範囲が、25°〜55°の範囲内とされていることを特徴とする請求項1から請求項10のうちいずれか一項に記載の切削インサート。
  12. 軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に形成されたインサート取付座に、請求項1から請求項11のうちいずれか一項に記載に記載の切削インサートが着脱可能に取り付けられ、
    上記切削インサートは、
    上記2つの多角形面のうちの一方の多角形面をすくい面として工具回転方向に向け、
    この一方の多角形面の1つの上記コーナ刃を上記工具本体の外周側に向けるとともに、
    この1つの上記コーナ刃の一端から延びる1つの上記主切刃を上記工具本体の先端側に向け、
    さらにこの1つの上記主切刃の一端から延びる1つのワイパー刃を上記軸線に垂直な平面に対してすかし角が2°以下となるように配置されていることを特徴とする刃先交換式切削工具。
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