JP7391904B2

JP7391904B2 - 切削用インサート及び刃先交換式回転切削工具

Info

Publication number: JP7391904B2
Application number: JP2021033148A
Authority: JP
Inventors: 裕規田原
Original assignee: ダイジ▲ェ▼ット工業株式会社
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2023-12-05
Anticipated expiration: 2041-03-03
Also published as: JP2022134181A

Description

本発明は、各種の切削加工に使用される切削用インサート及び切削用インサートを用いた刃先交換式回転切削工具に関するものである。特に、金属部品や金型等の様々な被削材に対して様々な加工を行うにあたり、切削加工能率を向上させると共に、加工面精度を向上させることができ、例えば、被削材に幅の狭い溝の立壁面等を効率よく切削して、加工面精度のよい切削加工が行えるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、金属部品・金型等の被削材に切削加工を行うにあたり、回転する工具本体の先端部に各種の切削用インサートを着脱可能に装着させた刃先交換式回転切削工具が使用されている。

そして、このような刃先交換式回転切削工具としては、例えば、特許文献１等に示される刃先交換式ボールエンドミル等が広く利用されている。

しかし、従来の刃先交換式ボールエンドミルの場合、被削材を切削させて立壁面加工や底面加工等を行う際に、加工面精度を維持しながら切削加工能率を向上させることが困難であった。

すなわち、従来の刃先交換式ボールエンドミルの場合、工具径に対して使用される刃先曲率半径は（工具径／２）となることが基本であり、通常、ピッチに対するカスプハイトが大きくなり、カスプハイトを小さくするには、ピッチを小さく設定する必要があり切削加工能率が悪く、また被削材の底面と立壁面の接続部に形成される凹状の隅部の加工を行う際には、前記の刃先交換式ボールエンドミルを、工具径が小さく曲率半径以下の小径の刃先交換式ボールエンドミルに交換して加工を行う必要があり、加工面精度を維持するためには、切削加工能率が大幅に低下した。

また、従来においては、特許文献２に示されるように、中心軸回りに回転させられる工具本体の先端部に板状の切削用インサートを着脱可能に装着させる刃先交換式回転切削工具において、前記の切削用インサートの切れ刃として、前記の中心軸方向の先端に位置して凸円弧状をなす底切れ刃と、前記の底切れ刃の径方向外端に連なり、底切れ刃よりも曲率半径の大きな凸円弧状をなす外周切れ刃とを有し、前記の底切れ刃と前記の外周切れ刃との境界点における接線と、前記中心軸との間に形成される角度が４５度未満であり、前記底切れ刃の曲率半径Ｒ１が０．３～１０ｍｍであり、前記外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の前記底切れ刃の曲率半径Ｒ１に対する比（Ｒ２／Ｒ１）が３．６～３３３になった切削用インサート、また前記の外周切れ刃と連なるようにして外周切れ刃よりも曲率半径の小さな凸円弧状をなす接続刃を介して、中心軸に平行に延びる直線刃を設けた切削用インサートを用いるようにしたものが提案されている。

しかし、特許文献２に示されるような切削用インサートを工具本体に装着させた刃先交換式回転切削工具を用いて、例えば、被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工するにあたり、図１（Ａ）に示すように、前記の曲率半径の大きな凸円弧状になった外周切れ刃を用いて前記の溝の立壁面を切削する場合、切削用インサートにおける前記の外周切れ刃が立壁面に沿うように、この刃先交換式回転切削工具における工具本体の中心軸を立壁面に対して大きく傾けて切削加工を行うことが必要になり、切削している立壁面と反対側における被削材の角部分に工具本体があたってしまい、幅の狭い溝の立壁面を深い位置まで切削加工することができないという問題があった。

また、図１（Ｂ）に示すように、前記の工具本体の中心軸を垂直にして前記の溝の立壁面を切削する場合、切削用インサートにおける前記の外周切れ刃等が立壁面と接触する部分が短く、この刃先交換式回転切削工具を垂直方向に送る送りピッチを大きくして切削することができず、幅の狭い溝の立壁面を短時間で効率よく切削加工することができないという問題があった。

特開平１０－３１５０３１号公報特許第６２７８１７０号公報

本発明は、各種の切削加工に使用される切削用インサート及び切削用インサートを用いた刃先交換式回転切削工具における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明は、前記のような切削用インサート及び切削用インサートを用いた刃先交換式回転切削工具において、金属部品や金型等の様々な被削材に対して様々な加工を行うにあたり、切削加工能率を向上させると共に、加工面精度を向上させることができ、例えば、被削材に幅の狭い溝の立壁面等を効率よく切削して、加工面精度のよい切削加工が行えるようにすることを課題とするものである。

本発明における切削用インサートにおいては、前記のような課題を解決するため、中心軸を中心にして回転する工具本体の先端部に着脱可能に装着される切削用インサートにおいて、被削材の切削を行う切れ刃として、先端側の中心部に凸円弧状の円弧状底切れ刃と、前記の円弧状底切れ刃の端部と正接するようにして円弧状底切れ刃よりも曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃と、前記の円弧状外周切れ刃の端部と正接するようにして直線状外周切れ刃とが連続して設けられ、前記の直線状外周切れ刃が、工具本体の中心軸を中心にして回転している状態で中心軸に平行な直線状になるようにし、前記の工具本体の中心軸と前記の円弧状底切れ刃と円弧状外周切れ刃とが正接する接点における接線との角度θが８°以上３７°以下であると共に、工具本体の中心軸を中心にして回転する直線状外周切れ刃の回転直径Ｄｘに対する円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５～０．４、円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５～２．５であるようにした。

本発明の切削用インサートのように、被削材の切削を行う切れ刃として、先端側の中心部に凸円弧状の円弧状底切れ刃と、前記の円弧状底切れ刃の端部と正接するようにして円弧状底切れ刃よりも曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃と、前記の円弧状外周切れ刃の端部と正接するようにして直線状外周切れ刃とを連続して設け、前記の直線状外周切れ刃が、工具本体の中心軸を中心にして回転している状態で中心軸に平行な直線状になるようにすると、この切削用インサートを装着させた刃先交換式回転切削工具を用いて、前記のように被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工するにあたり、前記の直線状外周切れ刃と正接する曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃を溝の立壁面に沿わせるようにした場合に、前記の工具本体の中心軸を立壁面に対して傾ける角度を小さくすることができ、立壁面を切削している反対側における被削材の角部分に工具本体があたるのが防止され、幅の狭い溝の立壁面を深い位置まで切削加工することができるようになる。

また、この刃先交換式回転切削工具における工具本体の中心軸を垂直にして、前記の溝の立壁面を切削する場合には、直線状外周切れ刃とこの直線状外周切れ刃に正接する曲率半径の大きな円弧状外周切れ刃とによって溝の立壁面が切削されるようになり、この刃先交換式回転切削工具を垂直方向に送る送りピッチを大きくしても、加工面精度が低下するのが防止されるようになる。

ここで、本発明の切削用インサートにおいては、前記の円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１に対する円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が３．７５～１０の範囲にすることが好ましい。これは、前記の（Ｒ２／Ｒ１）が３．７５未満になると、この切削用インサートを取り付けた刃先交換式回転切削工具がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、（Ｒ２／Ｒ１）が１０を超えると、切削用インサートの長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具の製造や使用が困難になるためである。

また、本発明の切削用インサートにおいては、前記の工具本体の中心軸と前記の円弧状底切れ刃と円弧状外周切れ刃とが正接する接点における接線との角度θを８°以上３７°以下にしている。これは、前記の角度θが３７°を超えると、この切削用インサートを取り付けた刃先交換式回転切削工具がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、前記の角度θが８°未満になると、切削用インサートの長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具の製造や使用が困難になるためである。なお、切削用インサートがより適切に長さになるように調整するためには、前記の角度θを１７°以上にすることがより好ましい。

また、本発明の切削用インサートにおいては、前記の工具本体の中心軸を中心にして回転する直線状外周切れ刃の回転直径Ｄｘに対する円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５～０．４、円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５～２．５になるようにしている。これは、前記の（Ｒ１／Ｄｘ）が０．４を超え、また（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５未満になると、この切削用インサートを取り付けた刃先交換式回転切削工具がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、前記の（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５未満、また（Ｒ２／Ｄｘ）が２．５を超えるようになると、切削用インサートの長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具の製造や使用が困難になるためである。

本発明は、中心軸を中心にして回転する工具本体の先端部に着脱可能に装着される切削用インサートにおいて、被削材の切削を行う切れ刃として、先端側の中心部に凸円弧状の円弧状底切れ刃と、前記の円弧状底切れ刃の端部と正接するようにして円弧状底切れ刃よりも曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃と、前記の円弧状外周切れ刃の端部と正接するようにして直線状外周切れ刃とを連続して設け、前記の直線状外周切れ刃が、工具本体の中心軸を中心にして回転している状態で中心軸に平行な直線状になるようにし、前記の工具本体の中心軸と前記の円弧状底切れ刃と円弧状外周切れ刃とが正接する接点における接線との角度θが８°以上３７°以下であると共に、工具本体の中心軸を中心にして回転する直線状外周切れ刃の回転直径Ｄｘに対する円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５～０．４、円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５～２．５であるようにしたため、被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工するにあたり、前記の直線状外周切れ刃と正接する曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃を溝の立壁面に沿わせるようにした場合、刃先交換式回転切削工具における工具本体の中心軸を立壁面に対して傾ける角度を小さくでき、立壁面を切削している反対側の部分に工具本体があたるのを防止して、幅の狭い溝の立壁面を深い位置まで切削加工することができるようになる。

また、この刃先交換式回転切削工具における工具本体の中心軸を垂直にして前記の溝の立壁面を切削加工する場合には、直線状外周切れ刃とこの直線状外周切れ刃に正接する曲率半径の大きな円弧状外周切れ刃とによって溝の立壁面が切削されるようになり、刃先交換式回転切削工具を垂直方向に送る送りピッチを大きくしても加工面精度が低下するのを防止されるようになる。

この結果、本発明における切削用インサートを用いた刃先交換式回転切削工具においては、金属部品や金型等の様々な被削材に対して様々な加工を行うにあたり、切削加工能率を向上させると共に、加工面精度を向上させることができるようになり、例えば、被削材に幅の狭い溝の立壁面等を効率よく切削して、加工面精度のよい切削加工が行えるようになる。

従来の切削用インサートを工具本体の先端部に取り付けた刃先交換式回転切削工具を使用して被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工する状態を示し、（Ａ）は曲率半径の大きな凸円弧状をなす外周切れ刃を用いて前記の溝の立壁面を切削する状態を示した概略説明図、（Ｂ）は回転切削工具の中心軸を垂直に近い状態にして前記の溝の立壁面を切削する状態を示した概略説明図である。本発明の実施形態における刃先交換式回転切削工具において、工具本体の先端部に、切削用インサートを取り付けた状態を示した概略正面図である。前記の実施形態における刃先交換式回転切削工具において、工具本体の先端部に取り付ける切削用インサートを示した概略正面図である。前記の実施形態における刃先交換式回転切削工具において、前記の切削用インサートを工具本体の中心軸を中心にして回転させた場合における切削用インサートの切れ刃の状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る刃先交換式回転切削工具において、被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工するにあたり、切削用インサートにおける曲率半径が大きな円弧状外周切れ刃を前記の溝の立壁面に沿わせて切削加工する状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係る刃先交換式回転切削工具において、被削材における幅の狭い溝の立壁面を切削加工するにあたり、工具本体の中心軸を垂直にして、切削用インサートにおける直線状外周切れ刃とこの直線状外周切れ刃に正接する曲率半径が大きな円弧状外周切れ刃とにより、前記の溝の立壁面を切削加工する状態を示した概略説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る切削用インサート及び切削用インサートを用いた刃先交換式回転切削工具を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明における切削用インサート及び刃先交換式回転切削工具は、特に下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における刃先交換式回転切削工具１においては、図２に示すように、中心軸Ｙを中心にして回転する工具本体１０の先端部の取付部１１に切削用インサート２０を着脱可能に取り付けるようにしている。

ここで、前記の切削用インサート２０においては、被削材Ｗの切削を行う切れ刃として、図３に示すように、前記の工具本体１０の中心軸Ｙの先端側の中心部から両側にそれぞれ、凸円弧状になった円弧状底切れ刃２１と、前記の円弧状底切れ刃２１の端部と正接するようにして円弧状底切れ刃２１よりも曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃２２と、前記の円弧状外周切れ刃２２の端部と正接するようにして直線状外周切れ刃２３とを設け、またこの切削用インサート２０の平坦になった中央部に、この切削用インサート２０を前記の工具本体１０先端部の取付部１１に取り付けるための取付穴２４を設けている。

そして、この実施形態における刃先交換式回転切削工具１においては、図２に示すように、前記の切削用インサート２０を、中心軸Ｙを中心にして回転する工具本体１０の先端部における取付部１１に挟み込むように装着させ、前記の取付部１１から取付ネジ１２を切削用インサート２０に設けた取付穴２４に挿入させるようにして、切削用インサート２０を工具本体１０の先端部における取付部１１に挟み込むように固定させている。

ここで、前記のように切削用インサート２０を工具本体１０の先端部に取り付けた状態で、工具本体１０の中心軸Ｙを中心にして刃先交換式回転切削工具１を回転させた場合には、図４に示すように、切削用インサート２０における前記の直線状外周切れ刃２３は工具本体１０の中心軸Ｙに平行な直線状になっている。なお、図３に示す切削用インサート２０においては、前記の直線状外周切れ刃２３が、工具本体１０の中心軸Ｙに対して平行な直線から僅かに傾斜しているように見えるが、これは切削用インサート２０における円弧状底切れ刃２１と円弧状外周切れ刃２２と直線状外周切れ刃２３とが、切削用インサート２０の平面に対して傾斜して捩じれるように形成されているためである。

また、この実施形態においては、前記の円弧状底切れ刃２１の曲率半径Ｒ１に対する円弧状外周切れ刃２２の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が３．７５～１０の範囲になるようにしている。これは、前記のように（Ｒ２／Ｒ１）が３．７５未満になると、この切削用インサート２０を取り付けた刃先交換式回転切削工具１がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、（Ｒ２／Ｒ１）が１０を超えると、切削用インサート２０の長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具１の製造や使用が困難になるためである。

また、この実施形態においては、前記の工具本体１０の中心軸Ｙと前記の円弧状底切れ刃２１と円弧状外周切れ刃２２とが正接する接点Ｐにおける接線Ｌとの角度θが８°以上３７°以下になるようにしている。これは、前記のようにこの角度θが３７°を超えると、この切削用インサート２０を取り付けた刃先交換式回転切削工具１がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、角度θが８°未満になると、切削用インサート２０の長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具１の製造や使用が困難になるためである。

また、この実施形態においては、前記の工具本体１０の中心軸Ｙを中心にして回転する切削用インサート２０における直線状外周切れ刃２３の回転直径Ｄｘに対する円弧状底切れ刃２１の曲率半径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５～０．４、円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５～２．５になるようにしている。これは、前記のように（Ｒ１／Ｄｘ）が０．４を超え、また（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５未満になると、この切削用インサート２０を取り付けた刃先交換式回転切削工具１がボールエンドミルに近づいて、立壁面等を切削させる際にカスプハイトが生じやすくなる一方、前記の（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５未満、また（Ｒ２／Ｄｘ）が２．５を超えると、切削用インサート２０の長さが長くなりすぎて刃先交換式回転切削工具１の製造や使用が困難になるためである。

そして、このように工具本体１０の先端部に前記の切削用インサート２０を取り付けた刃先交換式回転切削工具１を用い、金属部品・金型等の被削材Ｗにおける幅の狭い溝Ｗｘの立壁面Ｗａを切削加工するにあたって、図５に示すように、前記の切削用インサート２０における直線状外周切れ刃２３と正接する曲率半径Ｒ２の大きい円弧状外周切れ刃２２を前記の立壁面Ｗａに沿わせるようにした場合、工具本体１０の中心軸Ｙを垂直方向に対して傾斜させる角度を小さくすることができ、立壁面Ｗａを切削している反対側の被削材Ｗの部分に工具本体１０が衝突しないようにして、幅の狭い溝Ｗｘの立壁面Ｗａを深い位置まで切削加工することができるようになる。

また、このように工具本体１０の先端部に前記の切削用インサート２０を取り付けた刃先交換式回転切削工具１を用い、金属部品・金型等の被削材Ｗにおける幅の狭い溝Ｗｘの立壁面Ｗａを切削加工するにあたって、図６に示すように、この刃先交換式回転切削工具１における工具本体１０の中心軸Ｙを垂直にして前記の溝Ｗｘの立壁面Ｗａを切削加工する場合には、切削用インサート２０における前記の直線状外周切れ刃２３とこの直線状外周切れ刃２３に正接する曲率半径Ｒ２が大きな円弧状外周切れ刃２２とによって溝Ｗｘの立壁面Ｗａが切削されるようになり、刃先交換式回転切削工具１を垂直方向に送る送りピッチを大きくしても、溝Ｗｘの立壁面Ｗａの加工面精度が低下するのを防止できるようになる。

１：刃先交換式回転切削工具
１０：工具本体
１１：取付部
１２：取付ネジ
２０：切削用インサート
２１：円弧状底切れ刃
２２：円弧状外周切れ刃
２３：直線状外周切れ刃
２４：取付穴
Ｄｘ：直線状外周切れ刃の回転直径
Ｌ：接点Ｐの接線
Ｐ：円弧状底切れ刃と円弧状外周切れ刃との接点
Ｒ１：円弧状底切れ刃の曲率半径
Ｒ２：円弧状外周切れ刃の曲率半径
Ｗ：被削材
Ｗａ：立壁面
Ｗｘ：溝
Ｙ：工具本体の中心軸
θ ：中心軸Ｙと接線Ｌとの角度

Claims

中心軸を中心にして回転する工具本体の先端部に着脱可能に装着される切削用インサートにおいて、被削材の切削を行う切れ刃として、先端側の中心部に凸円弧状の円弧状底切れ刃と、前記の円弧状底切れ刃の端部と正接するようにして円弧状底切れ刃よりも曲率半径の大きな凸円弧状になった円弧状外周切れ刃と、前記の円弧状外周切れ刃の端部と正接するようにして直線状外周切れ刃とが連続して設けられ、前記の直線状外周切れ刃が、工具本体の中心軸を中心にして回転している状態で中心軸に平行な直線状になるようにし、前記の工具本体の中心軸と前記の円弧状底切れ刃と円弧状外周切れ刃とが正接する接点における接線との角度θが８°以上３７°以下であると共に、工具本体の中心軸を中心にして回転する直線状外周切れ刃の回転直径Ｄｘに対する円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１の比（Ｒ１／Ｄｘ）が０．２５～０．４、円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｄｘ）が１．５～２．５であることを特徴とする切削用インサート。
請求項１に記載の切削用インサートにおいて、前記の円弧状底切れ刃の曲率半径Ｒ１に対する円弧状外周切れ刃の曲率半径Ｒ２の比（Ｒ２／Ｒ１）が３．７５～１０の範囲であることを特徴とする切削用インサート。
中心軸を中心にして回転する工具本体の先端部に、請求項１又は請求項２に記載の切削用インサートを着脱可能に装着させたことを特徴とする刃先交換式回転切削工具。