JP7828609B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本開示は、被削物に対して所定の加工送り量で相対移動させて被削物を旋削する切削工具に関する。

従来、切削工具として、刃稜線部からすくい面に流出する切りくずを案内するための円弧状の案内溝が設けられたスローアウェイチップが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２１２７０４号公報

ところで、特許文献１に記載の切削工具は、案内溝の溝深さが案内溝の溝幅の１／５以下となる浅溝形状になっている。このように、案内溝が浅溝形状になっていると、被削物の削り始めの切りくずの厚みが薄く、切りくずの流出方向が安定しない。切りくずの流出方向が不安定となることは、被削物に切りくずの残留や設備内に堆積する切りくずの量の増加を招く要因となることから好ましくない。

本開示は、切りくずの流出方向を安定させることが可能な切削工具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、
被削物（Ｗ）に対して所定の加工送り量で相対移動させて被削物を旋削する切削工具であって、
ホルダ部（２０）と
ホルダ部に固定されるチップ部（３０）と、を備え、
チップ部は、
一面に設けられるすくい面（３１）と、
すくい面に連なる逃げ面（３２）と、
すくい面と逃げ面の間に位置する刃稜線部（３３）と、
刃稜線部からすくい面に流出する切りくずを案内する案内溝（３４）と、を含み、
案内溝の溝深さが、案内溝の溝幅の半分以上であり、
すくい面は、切りくずに案内溝の形状に対応する凸部が形成されるとともに、切りくずがすくい面の形状に対応して湾曲するように、案内溝の延在方向と直交する方向において案内溝に近づくに伴って上方に突き出る凸面になっている。

このように、案内溝が深溝形状になっていれば、切りくずの剛性を確保できる。加えて、すくい面が案内溝の延在方向と直交する方向に湾曲していれば、切りくずの断面形状がすくい面の形状に合わせて湾曲した形状となる。これらによると、切りくずの剛性が向上し、切りくずのカールが抑制されるので、切りくずの流出方向を安定させることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る切削工具および被削物の模式図である。 切削工具の模式的な側面図である。 案内溝を説明するための説明図である。 切りくずの曲がり難さを説明するための説明図である。 案内溝の溝深さ、溝幅、切りくずの最小カール径との関係を説明するための説明図である。 案内溝なしの切削工具による切りくずの断面二次モーメントを説明するための説明図である。 案内溝ありの切削工具による切りくずの断面二次モーメントを説明するための説明図である。 案内溝を設けたことによって生ずる被削物の削り残しを説明するための説明図である。 第２実施形態に係る切削工具の模式的な斜視図である。 第２実施形態の切削工具による切りくずを説明するための説明図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図８を参照しつつ説明する。図１に示す切削工具１０は、被削物Ｗに対して所定の加工送り量で相対移動させて被削物Ｗを旋削する工具である。図１では、略円柱形状の物体を被削物Ｗとし、被削物Ｗの外周を切削工具１０によって旋削するものを例示している。なお、図１では、突っ切り加工によって被削物Ｗの外周に溝を形成するものを例示しているが、加工形態は、別のものであってもよい。また、被削物Ｗは、略円柱形状の物体に限定されず、略円柱形状以外のものであってもよい。

図示しないが、切削工具１０は、加工装置の工具台に取り付けられる。加工装置は、被削物Ｗを保持した状態で回転する主軸と、互いに直交する２軸方向に移動可能な工具台、工具台を主軸の軸方向に所定の加工送り量で移動させる送り機構等を備える。

図２に示すように、切削工具１０は、工具台に固定されるホルダ部２０、ホルダ部２０に固定されるチップ部３０と、を備える。切削工具１０は、ホルダ部２０とチップ部３０とが完成バイトとして一体に構成されていてもよいし、チップ部３０が交換可能に別体で構成されていてもよい。

チップ部３０は、一面に設けられるすくい面３１、すくい面３１に連なる逃げ面３２と、すくい面３１と逃げ面３２との間に位置する刃稜線部３３と、刃稜線部３３からすくい面３１に流出する切りくずＣＨを案内する案内溝３４とを備える。

チップ部３０は、刃稜線部３３に刃先３３１が設けられている。刃先３３１は、その全体が丸く湾曲している。換言すれば、刃先３３１は、Ｒ形状になっている。なお、チップ部３０は、１つの刃先３３１を有しているものに限らず、複数の刃先３３１を有するものであってもよい。

チップ部３０のすくい面３１は、平坦面となっている。このすくい面３１には、案内溝３４が１つ形成されている。案内溝３４は、刃先３３１における頂となる先端部３３１ａから刃稜線部３３から離れる方向に線状に延びている。案内溝３４は、すくい面３１から案内溝３４の底部３４１までの距離である溝深さＧｄが略一定となっている。この場合の溝深さＧｄは、最大値、最小値、平均値のいずれで解釈してもよい。なお、案内溝３４は、先端部３３１ａから離れるにともなって次第に案内溝３４の底部３４１までの距離が小さくなってすくい面３１に至る形状になっていてもよい。この場合の溝深さＧｄは、切りくずＣＨに影響を与える部分でのすくい面３１から案内溝３４の底部３４１までの距離の最大値として解釈することができる。また、案内溝３４は、すくい面３１に対して複数形成されていてもよい。

被削物Ｗの加工時に、案内溝３４は、例えば、図３に示すように、切りくずＣＨの一部を入り込ませて切りくずＣＨを案内溝３４の延在方向に案内する溝である。切りくずＣＨは、その一部が案内溝３４に入り込むことで、案内溝３４の幅方向への変形（すなわち、横カール）が抑制される。また、切りくずＣＨには、案内溝３４の形状に対応する凸部ＢＰが形成される。

案内溝３４は、案内溝３４の幅方向の寸法である溝幅Ｇｗが、切りくずＣＨの幅ＣＨｗよりも小さくなっている。案内溝３４は、その断面形状は、略円弧状の形状になっている。案内溝３４の溝幅Ｇｗは、切りくずＣＨに影響を与える部分での幅方向の寸法の最大値として解釈することができる。案内溝３４は、研削加工、放電加工、レーザ加工等によって形成される。具体的には、案内溝３４の形成方法は、チップ部３０が超硬材で構成される場合は研削加工が適しており、チップ部３０がダイヤモンド焼結体ＰＣＤ（Poly-crystalline Diamond）で構成される場合は放電加工やレーザ加工が適している。なお、案内溝３４の断面形状は、台形状や楕円形状等であってもよい。また、案内溝３４は、チップ部３０を製造するための金型に案内溝３４とは逆の形状を設け、チップ部３０の焼成時に形成されるようになっていてもよい。

ここで、図４は、切りくずＣＨの曲がり難さを説明するための説明図であって、横軸が被削物Ｗの加工を開始してからの経過時間を示し、縦軸が、案内溝３４によって一部が変形された状態（すなわち、凸部ＢＰを有する状態）の切りくずＣＨの曲がり難さを示している。本実施形態では、“切りくずＣＨの曲がり難さ”を、切りくずＣＨの断面二次モーメントを切削抵抗で除した値で定義している。

図４によれば、チップ部３０に案内溝３４が形成されている場合、チップ部３０に案内溝３４がない場合に比べて、被削物Ｗの切りくずＣＨが曲がり難くなることが判る。加えて、案内溝３４の溝深さＧｄが大きくなるにともなって、切りくずＣＨが曲がり難くなることも判る。

ところで、本発明者らの検討によると、案内溝３４が浅溝形状になっていると、被削物Ｗの削り始めの切りくずＣＨの幅が小さく、切りくずＣＨにカールが生じ易くなることで、切りくずＣＨの流出方向が不安定となることが判った。

例えば、図５の第３検討例Ｗｃの如く、案内溝３４の溝深さＧｄが溝幅Ｇｗの１／５程度となる浅溝形状になっている場合、切りくずＣＨの最小カール径が、案内溝３４のない第１検討例Ｗａよりも小さく、切りくずＣＨの流出方向が不安定となり易い。

また、図５の第４検討例Ｗｄの如く、案内溝３４の溝深さＧｄが溝幅Ｇｗの２／７程度となる浅溝形状になっている場合も、切りくずＣＨの最小カール径が、第１検討例Ｗａよりも小さく、切りくずＣＨの流出方向が不安定となり易い。

一方、図５の第２検討例Ｗｂ、第４検討例Ｗｅ、第５検討例Ｗｆの如く、案内溝３４の溝深さＧｄが溝幅Ｇｗの半分以上となっている場合、切りくずＣＨの最小カール径が、第１検討例Ｗａの２倍以上大きく、切りくずＣＨの流出方向が安定し易い。

特に、本実施形態の如く、刃先３３１が丸まっていると、削り始めの切りくずＣＨの幅が小さくなるため、案内溝３４の溝幅Ｇｗを小さく、溝深さＧｄを大きくすることで、案内溝３４によるカール抑制効果を得ることが期待できる。

これらの知見を踏まえて、本実施形態の切削工具１０は、案内溝３４の溝深さＧｄが案内溝３４の溝幅Ｇｗの半分以上の大きさとされている。案内溝３４は、例えば、溝深さＧｄが０．０４ｍｍ、溝幅Ｇｗが０．０４ｍｍとされる。

このことに加えて、本発明者らは、切りくずＣＨの断面二次モーメントを考慮して案内溝３４の溝深さＧｄの範囲を規定した。案内溝３４のない切削工具１０による切りくずＣＨの断面二次モーメントＩ_Ａは、例えば、図６に示す数式Ｆ１に基づいて求めることができる。また、案内溝３４のある切削工具１０による切りくずＣＨの断面二次モーメントＩ_Ｂは、例えば、図７に示す数式Ｆ２に基づいて求めることができる。なお、切りくずＣＨの断面二次モーメントを求めるための数式は切りくずＣＨの断面形状によって変わる。

本発明者らの知見によれば、案内溝３４のある切削工具１０による切りくずＣＨの剛性（縦向きカールに対する曲げ剛性）が、案内溝３４のない切削工具１０による切りくずＣＨの剛性の１．５倍以上において、案内溝３４によるカール抑制効果が充分に大きくなることが判っている。そして、図７の数式Ｆ２において、仮に、Ｘ_Ｂ＝４Ｙ_Ｂとすると、案内溝３４によるカール抑制効果が充分に大きくなるのはＺ＞Ｙ_Ｂ／２となる場合である。また、切りくずＣＨの厚みＹ_Ｂは、せん断角によって多少異なるが、概ね切削工具１０による被削物Ｗの切取り厚さの１～３倍である。なお、図７の数式Ｆ２におけるＺは、案内溝３４の溝深さＧｄに対応している。

これらを考慮すると、案内溝３４は、溝深さＧｄが、切削工具１０による被削物Ｗの切取り厚さの１／２～３／２となる範囲に設定することが望ましい。本実施形態の案内溝３４は、溝深さＧｄが、被削物Ｗの切取り厚さの半分である第１基準値から切取り厚さに第１基準値を加算した第２基準値までの範囲に設定されている。なお、第１基準値は、切取り厚さの“１／２”である。また、第２基準値は、切取り厚さの“３／２”である。なお、切りくずＣＨについてＸ_Ｂ＝４Ｙ_Ｂとしたが、例えば、Ｘ_Ｂ＝８Ｙ_Ｂ等の場合は、案内溝３４を２本設けることで、案内溝３４によるカール抑制効果が充分に得られる。

上記の切取り厚さは、切削工具１０の刃先３３１の形状および加工送り量等の加工条件に応じて定まる。刃先形状がＲ形状になっている場合等は、切取り厚さが一様でないことがある。このような場合、“切取り厚さ”は、案内溝３４に対応する位置での切取り厚さと解釈すればよい。なお、例えば、突っ切り加工では、切取り厚さは、加工送り量や切込み量ＣＡと同様の値となる。すなわち、突っ切り加工では、切取り厚さを加工送り量や切込み量ＣＡとして解釈することができる。なお、切込み量ＣＡは、被削物Ｗの中心方向に食い込ませる距離である。突っ切り加工では、被削物Ｗにチップ部３０の刃先３３１が当たり始めた瞬間の切込み量ＣＡは略ゼロとなる。このため、切込み量ＣＡは、被削物Ｗの加工時に被削物Ｗが一回転した後の値（すなわち、２回転目以降の値）である。

ところで、刃稜線部３３の刃先３３１に案内溝３４があると、図８に示すように、刃先３３１と案内溝３４の底部３４１との間に高低差（すなわち、段差）が生ずることで、被削物Ｗの表面に削り残し部分ＬＯが生ずる。この削り残し部分ＬＯの高さＨは、以下の数式Ｆ３で表すことができる。
Ｈ＝ｓｉｎβ×Ｇｄ／ｃｏｓ（α＋β） ・・・（Ｆ３）
但し、数式Ｆ３における“α”は、被削物Ｗの切削方向に直交する垂直面に対するすくい面３１の角度（すなわち、すくい角）である。また、数式Ｆ３における“β”は、被削物Ｗの切削方向に対する逃げ面３２の角度（すなわち、逃げ角）である。

削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの切取り厚さを上回っている場合、切りくずＣＨが幅方向に分割されてしまう。このことは、切りくずＣＨの流出方向が不安定となる要因になることから好ましくない。

そこで、案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの切取り厚さ以下となるように構成されている。換言すれば、案内溝３４の溝深さＧｄは、以下の数式Ｆ４を満たすように設定されている。
Ｇｄ≦ＴＨ×ｃｏｓ（α＋β）／ｓｉｎβ ・・・（Ｆ４）
但し、数式Ｆ４における“ＴＨ”は、被削物Ｗの切取り厚さである。

また、削り残し部分ＬＯの高さＨが、被削物Ｗの仕上げ面に求められる基準高さＲＨを上回っている場合、被削物Ｗの仕上げ面の品質が大きく低下する。この基準高さは、例えば、設計上許容される凹凸の寸法の最大値とされる。

そこで、案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの仕上げ面に求められる基準高さＲＨ以下となるように構成されている。換言すれば、案内溝３４の溝深さＧｄは、以下の数式Ｆ５を満たすように設定されている。
Ｇｄ≦ＲＨ×ｃｏｓ（α＋β）／ｓｉｎβ ・・・（Ｆ５）

次に、被削物Ｗの加工時の動作について簡単に説明する。被削物Ｗを保持する主軸が回転された状態で、工具台に取り付けられた切削工具１０が被削物Ｗの切削開始位置に移動されると、切削加工が開始される。この切削工程では、被削物Ｗに対して所定の加工送り量で切削工具１０を相対移動させることで、被削物Ｗが所望の形状に旋削される。

具体的には、チップ部３０の刃先３３１が被削物Ｗの外周部分に接触することで、被削物Ｗの外周部分が旋削される。この際、被削物Ｗの切りくずＣＨの一部が、チップ部３０に形成された案内溝３４に入り込むことで、切りくずＣＨが案内溝３４の延在方向に沿って流出する。

ここで、被削物Ｗの削り始めは、刃先３３１と被削物Ｗの接触幅が小さく、切りくずＣＨの幅が小さい。このため、案内溝３４が浅溝形状になっていると、切りくずＣＨに縦カールが生じ易く、切りくずＣＨの流出方向が安定しない。

これに対して、本実施形態の切削工具１０は、案内溝３４の溝深さＧｄが溝幅Ｇｗの半分以上となる深溝形状になっている。これによれば、切りくずＣＨが曲がり難い断面形状になることで切りくずＣＨの剛性を確保できるので、切りくずＣＨの流出方向を安定させることができる。

これに加えて、本実施形態の切削工具１０は、以下の特徴を有する。

（１）案内溝３４の溝深さＧｄは、切取り厚さの半分である第１基準値から切取り厚さに第１基準値を加算した第２基準値までの範囲に設定されている。これによると、切りくずＣＨの厚み方向の幅を充分に確保して、案内溝３４によるカール抑制効果を充分に得ることができる。

（２）案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの切取り厚さ以下となるように構成されている。これによれば、切りくずＣＨの流出方向を安定させることが可能となる。

（３）案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの仕上げ面に求められる基準高さＲＨ以下となるように構成されている。これによれば、切りくずＣＨの流出方向を安定させつつ、被削物Ｗの仕上げ面の品質を確保することが可能となる。

（４）チップ部３０の刃稜線部３３は、刃先３３１の全体が丸く湾曲している。このように構成される切削工具１０は、被削物Ｗの削り始めの切りくずＣＨの幅が小さく、切りくずＣＨの剛性が低くなりがちであるが、案内溝３４が深溝形状となっていれば、切りくずＣＨが曲がり難い断面形状になることで切りくずＣＨの剛性を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図９、図１０を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図９に示すように、チップ部３０のすくい面３１は、案内溝３４の延在方向と直交する方向に湾曲している。すなわち、すくい面３１は、案内溝３４の幅方向に湾曲している。具体的には、すくい面３１は、案内溝３４の幅方向において上方に突き出る凸面となっている。

このように構成される切削工具１０は、切りくずＣＨの形状がすくい面３１に合わせて湾曲した形状となる。具体的には、切りくずＣＨは、図１０に示すように、一部が円弧状に湾曲していることで、断面二次モーメントが大きくなるので、充分なカール抑制効果を得ることができる。

その他については、第１実施形態と同様である。本実施形態の切削工具１０は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

（１）本実施形態のチップ部３０のすくい面３１は、案内溝３４の延在方向と直交する方向に湾曲している。これによれば、切りくずＣＨの断面形状がすくい面３１の形状に合わせて湾曲した形状となり、切りくずＣＨの剛性が向上し、切りくずＣＨのカールが抑制されるので、切りくずＣＨの流出方向を安定させることができる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態のチップ部３０のすくい面３１は、案内溝３４の幅方向において上方に突き出る凸面となっているが、これに限定されない。すくい面３１は、例えば、案内溝３４の幅方向において下方に窪んだ凹面になっていてもよい。なお、すくい面３１は、例えば、案内溝３４の延在方向に湾曲していてもよい。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態の如く、案内溝３４は、溝深さＧｄが第１基準値から第２基準値までの範囲に設定されていることが望ましいが、これに限らず、そのようになっていなくてもよい。

上述の実施形態の如く、案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの切取り厚さ以下となるように構成されていることが望ましいが、これに限らず、そのようになっていなくてもよい。

上述の実施形態の如く、案内溝３４は、被削物Ｗの加工時に案内溝３４によって生ずる削り残し部分ＬＯの高さＨが被削物Ｗの仕上げ面に求められる基準高さＲＨ以下となるように構成されている。

上述の実施形態では、チップ部３０の刃先３３１の全体が丸く湾曲しているものを例示したが、チップ部３０の刃先３３１は、これに限定されない。チップ部３０の刃先３３１は、例えば、角張った形状になっていてもよい。

上述の実施形態では、切削工具１０によって被削物Ｗの外周部分を旋削するものを例示したが、これ限らず、例えば、被削物Ｗの内周部分や被削物Ｗの端面を旋削するようになっていてもよい。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

１０ 切削工具
２０ ホルダ部
３０ チップ部
３１ すくい面
３２ 逃げ面
３３ 刃稜線部
３４ 案内溝

Claims (2)

1. 被削物（Ｗ）に対して所定の加工送り量で相対移動させて前記被削物を旋削する切削工具であって、
   ホルダ部（２０）と、
   前記ホルダ部に固定されるチップ部（３０）と、を備え、
   前記チップ部は、
   一面に設けられるすくい面（３１）と、
   前記すくい面に連なる逃げ面（３２）と、
   前記すくい面と前記逃げ面の間に位置する刃稜線部（３３）と、
   前記刃稜線部から前記すくい面に流出する切りくずを案内する案内溝（３４）と、を含み、
   前記案内溝の溝深さが、前記案内溝の溝幅の半分以上であり、
   前記すくい面は、前記切りくずに前記案内溝の形状に対応する凸部が形成されるとともに、前記切りくずが前記すくい面の形状に対応して湾曲するように、前記案内溝の延在方向と直交する方向において前記案内溝に近づくに伴って上方に突き出る凸面になっている、切削工具。
2. 前記刃稜線部は、刃先（３３１）の全体が丸く湾曲している、請求項１に記載の切削工具。