JPH11503674A - チップ制御機能を備えたカッティングインサート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 チップ制御機能を有する溝削り用カッティングインサート（１０）は、カッティングエッジ領域内にカッティングエッジ（２６、２８）を形成する周壁、サイド及び第一第二端壁からなるインサートボディ（１２）を有し、ツールホルダーアセンブリ（７０）のポケット（７４）に取り付けられるのに適する。ランド（３４）は該端壁から後方へ延出し幅を決定する。下降壁（５０）はランドから始まり前方エッジ（５２）、後方エッジ（６０）及び両側サイドエッジ（５４、５６）を含むフロア（５８）で終結する。バックランプ（６０）はフロアの後方エッジから上方に向かい各周壁（２２）まで延出してキャビティを形成する。一対の突起（６２、６４）はキャビティの両サイドに沿って縦に延出してチップ制御機能を高め、キャビティ後方の斜めに延出するサイドランプ（６６、６８）と交差する。サイドランプ（６６、６８）は加工された溝のエッジにチャンファーを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 チップ制御機能を備えたカッティングインサート 発明の分野 本発明は、カッティングインサートに関し、ことにチップ制御機能を備えた金 属のカッティングインサートに関する。 発明の背景 カッティングインサートは周知のものであり、その多くがスローアウェイ設計 である。こうしたインサートはホルダーに取り外し可能にクランプされており、 切れ味が鈍りもしくは消耗すると廃棄される。１つのスローアウェイインサート はカッティング部分に当てるエッジを選択できるように少なくとも２つのカッテ ィングエッジを有し、通常割り出し可能（位置決め可能）になっている。カッテ ィングエッジを多数備えた割り出し可能インサートはさらに経済的である。なぜ なら一つのエッジが消耗したら次の新しいエッジを割り出すだけでよいからであ る。こうした特性は、インサートの原料費が高いことを鑑みれば特別重要なこと である。 一般に、インサートはそのカッティング作業中はインサートホルダー内の所定 位置に確実かつ正確に保持されなければならない。ことにインサートは、正確に 配置され堅固に支持されたインサートにその精密度をゆだねているような数値制 御機械に配備されている場合は特にそうである。インサートが十分に大きければ 、インサートに中心孔を開け、ツールホルダにピン型クランピングデバイスを設 けることにより、インサートをツールホルダのポケット内に正確かつ堅固に固定 することも可能である。その他の場合にこれらのインサートはトップ（頂部）ク ランプによって適切な位置に保持されても良い。このようなホルダー例はアメリ カ 特許NO．3,754,309 、3,399,442 、3,762,005 及びイギリス特許明細書 1,363, 542 に開示されている。 メタルマシニング（金属の機械加工）の主たる目的は、新しい被削面を形削り することである。このマシニングプロセスにおけるチップの形成は非常に注目さ れるところである。なぜならば、このチップは廃物ではあるが、エネルギー消費 は主にチップの形成及び移動に関して発生するからである。したがってメタルカ ッティング作業の本質的な特色は、効果的なチップ制御にある。主要なチップの 種類は、カッティング領域から容易に取り除けるという実質的利点を有する不連 続チップである。ある種の金属および合金はカッティング作業において不連続チ ップを生成するが、多くはそうしない。したがって、該ワークピースの材質が何 であれカッティング作業中不連続チップを生成することは非常に望ましいことで ある。 従来よりインサートとこれをツールに固定するクランプ間に機械的チップブレ ーキング部材を配置しカッティング作業中にある程度はチップ制御が行えるのが 一般的であった。場合によっては、シムとインサートとチップブレーキング部材 を一緒にクランプすることが困難であるがゆえに、これは望ましい状態ではなか った。 金属のカッティング作業におけるチップ制御は考慮すべき大切な事柄であるた め、カッティングインサートと協働して使用する改良型チップブレーキング部材 の開発は当業界の積年の目的であった。チップブレーキング機能を備えたカッテ ィングインサートの一例としてＩＳＣＡＲのカットグリップインサート”ＧＩＰ ”がある。ＩＳＣＡＲインサートは一対のほぼ平行で細長い隆起した部材を有す るランドを備え、これらの部材が金属チップをワークピースから除去する際に変 形させる。チップ制御機能を有するカッティングインサートの他の一例は、ベー ルナイト社（Valenite Corporation）で製造されるエコノグローブ(Econ-o-grov e)インサートである。このインサートは、一続きの下降壁に沿って延出する平行 な二面の側壁と、フロアと、一定半径の後壁を有する。他のチップブレーカー様 式のカッティングインサートの例はサンドビク(Sandvik)で商品化されており、 ワークピースに削られた溝にフラット仕上げをほどこさない不連続フロントフェ イスが特徴である。 １９９１年７月１６日発行のアメリカ特許NO.5,032,050には、チップ制御のた めにカッティングエッジの背後にキャビティを有するカッティングインサートが 開示されている。しかし、キャビティ幅よりもカッティングエッジがかなり大き い場合には、カッティングエッジに接触する部分のワークピースはキャビティの 影響を受けない。この特許は本出願人に譲渡されておりその技術は参考として本 明細書に含まれる。 本発明の目的は、改良型チップ制御機能を有するインサートを提供することで ある。 本発明のもうひとつの目的は、インサートツールホルダーのクランピング要素 と協働するような改良型チップ制御インサートを提供することである。 本発明のさらにもうひとつの目的は、溝形成作業においてカッティングエッジ 幅を所望の溝幅にすることができさらにインサートのチップ制御機能が維持され る溝形成のためのインサートを提供することである。 本発明のさらにもうひとつの目的は、チャンファフィニッシュ（面取り仕上げ ）機能を有する溝形成インサートを提供することである。 発明の概要 この発明は、チップ制御機能を改善する独自の形状を有するカッティングイン サートを提供する。このカッティングインサートは、カッティングエッジ領域と 、サイド（側壁）と、これらのサイドに実質的に垂直に交わる少なくとも２つの 周壁を有するインサートボディを含む。周壁は、インサートをツールホルダ内に 固定するためのシート面として使用される。このインサートボディは、ひとつの カッティングエッジ領域が露出するようにホルダー内に取り付けられる。このイ ンサートボディはそれらのサイドに対して垂直な軸回りに割り出し可能（位置決 め可能）になっており、カッティングエッジ領域にカッティングエッジを有して い る。したがって、インサートボディの各割り出し位置にそれぞれのカッティング エッジが露出する。 インサートボディの周壁は、ダイアゴナル（傾斜）ノッチを画定する。各々の ダイアゴナルノッチはインサートのサイドとの角度を互いに同じに保ちなから表 面を横切るように延出している。 インサートの各カッティングエッジ領域はワークピースへの露出のためのカッ ティングエッジの少なくとも一部分を画定する。第一（主）ランドはカッティン グエッジ領域からそれぞれの周壁に向かって後方に延出し、あらかじめ定まった 幅と領域の表面領域を画定する。第二ランドは第一ランドから下方へ延出する。 下降壁は第二ランドの一部から始まりフロアで終結してキャビティを形成する。 下降壁はフロアの前方エッジおよびサイドエッジで終結し、後部ランプはフロア エッジから上昇してそれぞれの周壁まで延出する。 キャビティの両側のプライバシランドから突起するものは縦長の突起であり、 該突起はカッティングエッジから後方に延出してキャビティの後部ランプから斜 めに延出するサイドランプで終結する。 別の実施形態においては、第一ランドは所望のカッティングエッジ幅を画定す るために拡張されることができ、インサートボディの幅とキャビティと隣の突起 との合計幅とのカッティングエッジの幅範囲を提供できる。 図面の簡単な説明 上記および他の特徴並びに利点はすべて複数の図に関する詳細な説明を考察す れば明らかになることである。これらの図は以下のとうりである： 図１はすべて本発明によるチップ制御形状を有するカッティングインサートの 等角図である。 図２は本発明によるカッティングインサートと共に使用されるホルダーおよび クランピングの典型的な構成を示す分解斜視図である。 図３は図１に示す本発明のカッティングインサートの平面図である。 図４は図１に示す本発明のインサートの側面図である。 図５は図１に示す本発明のインサートのカッティングエッジ領域の拡大部分平 面図である。 図６は図３の６ー６線に沿った断面図である。 図７は図３の７ー７線に沿った断面図である。 図８は図３の８ー８線に沿った断面図である。 図９はランドがインサートボディ幅のカッティングエッジを提供するように拡 張した本発明の実施形態の図である。 発明の詳細な説明 チップ制御機能を有するカッティングインサートは図１に示されており、参照 番号１０がそれを表している。インサート１０は、第一端壁１４と、それとは反 対側の第二端壁１６、第一及び第二サイド１８および２０、並びに第一及び第二 周壁２２及び２４を有するインサートボディ１２を含む。インサートボディ１２ はタングステン、炭化チタン、炭化チタンタングステンもしくは TiC-TiN等の固 い超硬合金で形成される。ひとつの端壁１４と第一周壁２２の接合点にはカッテ ィングエッジ領域２７内にカッティングエッジ２６がある。他端壁１６と第二周 壁２４の接合点にはカッティングエッジ領域２９内に第二カッティングエッジ２ ８がある。 インサート１０のインサートボディ１２にはインサートの第一壁２２のダイア ゴナル（斜め）ノッチ３０と第二壁２４のダイアゴナルノッチ３２が形成される 。各ノッチ３０および３２の断面図は”Ｖ”字型であってもよく以下に説明する ようにツールホルダーアセンブリに係合するよう適合されている。上記のインサ ート形状によればインサートボディ１２の各割り出し位置におけるそれぞれのカ ッティングエッジがツールホルダーの同じ位置で最上部に現れる。インサートボ ディ１２を横切るように延出するダイアゴナルノッチ３０および３２は、各ノッ チが最上位においてインサートボディ１２のサイド１８および２０と同じ角度に な るように配置される。また、各割り出し位置において、インサートボディ１２が ワークピースに対してカッティングエッジ領域２６もしくは２８を露出する。 本発明のインサートボディ１２は割り出し可能であるので、本発明において一 つのカッティングエッジ領域について記載される特徴は、他方のカッティングエ ッジ領域にも当てはまるものであることが明確である。したがってこれから一つ のカッティングエッジ領域２７およびこれに直接関連するインサート部分につい てのみ説明する。 図１に関連する図３、４、５により明確に示さるように、インサートボディ１ ２はカッティングエッジ領域２７内に端壁１４から第一壁２２方向へ後方に延出 する第一ランド３４を含む。第一ランド３４は表面３８をあらかじめ定めた幅と 領域を画定する。カッティングエッジ領域２７は後方に延出すると共に外方に向 かってテーパ付されてインサートボディ１２のサイド１６および１８へ連なる。 さらにカッティングエッジ領域２７はカッティングエッジ２６から下方に延出し て周壁２４へ連なる。 第一ランド３４の境界内には第一ランド３４から第二ランド４２までのキャビ ティ４０がある。第二ランド４２は第一ランド３４からキャビティ４０のエッジ まで延出し、フロントセクション４４と２つのサイドセクション４６、４８を有 する。キャビティ４０は下降壁５０からなる。この下降壁５０は各々フロア５８ へ下降延出するフロントセクション５２と２つのサイドセクション５４、および ５６を有する。フロア５８は平面でよい。フロア５８はバックランプ（後方隆起 ）６０へ向かって後方に延出し、バックランプ６０は上方へ延出して周壁２２へ 合流する。キャビティ４０の両サイドには縦長の突起６２及び６４がある。各々 の突起６２と６４は第一ランド３４のカッティングエッジ２６後方から突起して そのまま後方に延出しサイドランプ６６及び６８と交差する。このサイドランプ ６６および６８は第一ランド３４から周壁２２へカッティングエッジ領域２７の テーパ部分に沿って延出する。トランジション（移行）表面６７と６９はサイド ランプ６６と６８を端壁１４と接続しさらにインサートの溝削りが深く行えるよ うなすきまを提供する。トランジション表面６７と６９はその向きによってさ らなるすきまを必要に応じて提供することができる。 図６、７、８に示すように、第一ランド３４と周壁２２はほぼ平行である。一 方、第二ランド４２はキャビティフロア５０に向かってほぼ５〜１５度の角度（ 好適には約１０度の角度）で下降する。また、図７に示すように、カッティング エッジ保護のため、非使用位置でツールホルダーに取り付けるときにはカッティ ングエッジ２６は周壁２２より低い位置にある。 さらに図６、７、および８に示すように、下降壁５０は第二ランド４２から周 壁２２に対しほぼ１５度から２１度（好適には１８度）の角度で下降する。さら に、後部ランプ６０はフロア５８から周壁２２に向かい該周壁に対しほぼ３０度 から５０度（好適には約４０度）の角度で上昇する。図６のように、下降壁５０ のサイドセクション５４及び５６は第二ランド４２からフロア５８に向かい該周 壁２２に対して約１５度から２１度（好適には約１８度）の角度で下降する。 第二ランド４２のサイドセクション４６及び４８がキャビティフロア４０に向 かい若干下降していることに注目しなければならない。従来よりこうした下降角 度が無くてもイサートの性能に悪影響はでないとされている。しかし、下降角度 はカッティング力を節約する効果があると信じられており、従って好適な特徴で ある。さらに、第一ランド３４と周壁２２が平行であることにも注目する。さら に、第二ランド４２の角度のような角度が好適ではあるが、そのような角度が無 くてもインサートの性能には大きな影響はない。 各突起６２と６４は第一ランド３４から円弧状に突出するが、この円弧は約０ ．００５インチの曲率半径を有する。大切なことは突起６２および６４が材料を キャビティ４０へと導くため、円弧以外の、三角形もしくは角度付け面等の形が 適当である。さらに、第一ランド３４と第二ランド４２はキャビティ４０の下降 壁５０に延出する第一ランド３４のように一つの平面ランドを有するひとつの連 続した表面であることもできるし、または両ランドが今の第二ランド３４のよう に若干傾いた一つの平面ランドであることもできる。第一ランド３４の表面が平 面であると、幅広の第一ランド３４を有する比較的大きなカッティングエッジを 作ってからランド３４を望みの幅に研削することにより、カッティングエッジ２ ６ の幅を調節できる利点がある。この方法で、平らな第一ランド３４はインサート の仕上げ形状により大きな汎用性を提供する。概して、キャビティ４０並びに突 起６２及び６４の合計幅はカッティングエッジ２６の幅の１／３以下でなければ ならない。 本発明によるインサートは、溝削り用インサートである。この点について、ワ ークピースに切り込んでカッティングエッジ２６がワークピースに侵入し、材料 がキャビティ４０に向かい後方へ撓む。本発明による設計の最終目標の一つは、 可能な限りの材料をキャビティ４０へ導き、ここでのライトフィード（薄い送り ）下で材料が第一ランド３４と第二ランド４２からはがれて後部ランプ６０に衝 突し、ここで材料が切断されて所望の大きさのチップになることである。あるい は、材料がそれ自身に当たるように湾曲されて破断され、チップを生成する。 より厚みを持つような送り率(Under a heavier feel rate)下では、フロア５ ８と後部ランプ６０に衝突するチップと自分に当たるように湾曲するチップとの 組み合わせで切断される。キャビティ４０と接触することにより形成されるチッ プはほぼ”Ｕ”字型の断面を有するため、そのようなキャビティの影響を受けな いチップに比べて堅く破断しやすい。もしインサートが、サイドランプ６６及び ６８がワークピースと接触する深さまで入ると、該インサートによってワークピ ースにチャンファー（面取り）が形成される。この過程で、チャンファーが形成 される前にインサートはワークピースのエッチのばり(burrs)を除去する。 突起６２及び６４は、キャビティ４０の有効領域を増加するという独自の特徴 を本発明に提供する。ことにキャビティ４０のいずれかのサイドでカッティング エッジ２６とワークピースとが接触する部分が該突起６２及び６４の影響を受け る。各突起の内側半分すなわちキャビティ４０に向き合う側においては、材料は キャビティ４０へ向かい内側へ撓む。他方、突起６２と６４の外側半分に接触す る材料は突起の内側半分と接するところの材料から分離する傾向にあるため、材 料の破壊が促進される。図中ではサイドランプ６６および６８の位置まで延出し ている様子が示されているが、突起６２及び６４の延出がバックランプ６０のと ころまでだったとしてもなおその効果に変わりはない。 図２に戻ると、本発明のインサート１０との組合せの使用に理想的に適するツ ールホルダー７０が図示されている。ツールホルダー７０は棒状の鋼部材７２の 形状であり、あらゆる適切なタイプのツールサポート（支持部）にクランプされ るのに適する。該部材７２の一端には、底壁７６、側壁７８および後部壁８０を 有するインサートポケット７４がある。底壁と後部壁の接合部分には番号８２で 示されるアンダーカットが形成されるのが好ましく、これは、インサート１０の 各クランプされた位置においてカッティングエッジ２６及び２８がその領域に位 置するため、これらエッジを保護するためのものである。 ポケット７４の底壁７６と側壁７８は互いに直角に位置し、後部壁８０は側壁 ７８に対して直角であってもよいが、該後部壁８０が底壁７６にポケットの後部 方向へ近づいている（収束している）。このポケット７４はインサート１０を中 に収容するのに適する。既に述べたように、インサート１０には”Ｖ”字型のノ ッチ３０及び３２がある。これらの溝３０及び３２は、逆”Ｕ”形状のクランプ 部材８６の一つのレッグ（脚部）の一端に位置する丸形ノーズ８４と係合するの に適する。 クランピング部材８６は該ホルダー７０の頂部に形成された凹所（リセス）９ ０に収容されるのに適するもう一つのレッグ８８を有する。クランプスクリュー ９２はクランプ部材８６のレッグ間にある穴を通り、さらにホルダー頂壁にある ねじ穴９４へ挿入される。 インサートがポケットに置かれると、クランプ部材が定位置に置かれ、スクリ ュー９２が締められ、インサートはポケットの底壁７６に強く押圧され、同時に 壁７８及び８０方向に引き寄せられる。インサートはこうしてホルダーのポケッ トにしっかりクランプされ、ポケットの側壁に押圧されてホルダー内に正確に配 置される。 ポケットの側壁７８は好適にはホルダー７０の縦軸に対し３度程度の若干の傾 斜を有する。この理由で、インサートの両端部は、該ホルダー７０の縦軸に対し て壁７８の若干の傾斜を補償するような形になっている。 これらのさらに詳しい説明および本発明のカッティングインサートと共に有益 に利用される他のいくつかのクランピング装置およびツールホルダーは"Cutting Insert and Clamping Arrangement Therefor"の名称のＵＳ特許3,754,309 に開 示されており、該特許権は本発明と同じ出願人に譲渡されてその技術が参考とし て本明細書に組み込まれている。 これまで記載されたカッティングエッジ２６の幅では、突起６６及び６８並び にキャビティ６０がカッティングエッジ２６の背後のカッティング領域２７のほ ぼすべてを占拠する。このような設計は好適ではあるが、カッティングエッジ幅 が増加されるように拡張された第一ランドを有するインサートを提供することも 可能である。図９はこうした形状を図示している。第一ランド１３４が拡張され カッティングエッジ１２６の幅がインサートボディ１１２と同じであること以外 は前の実施の形態と同じ設計である。拡張されたランドがカッティングエッジ１ ２６と協働してカッティング作業を行っているのではあるが、最も効果的なカッ ティング作業は突起１６２と１６４及びキャビティ１４０の領域で行われる。こ の見地から、カッティングエッジ１２６の幅は図９に示される最大のものから図 １に示されるものまで可能である。 最後に、本発明はチップ制御機能にありこうした機能がここに図示されるイン サートボディにおいて示されるのは便宜上の理由にすぎないことに留意しなけれ ばならない。本発明のカッティングエッジ領域２７に示されるチップ制御機能を 他の形状のインサート、例えば三角形のインサート等で利用することは完全に可 能である。この場合カッティングエッジが三角形の３つの各々のエッジ部分に位 置し、チップ制御機能が各カッティングエッジの背後に位置することになる。従 ってこれらのチップ制御機能が他の溝削り用カッティングインサートのさまざま な形状にも適用可能であることは明らかである。 本出願によるカッティングインサートの製造は、ＥＤＭ（放電マシニング）と 接続した従来のピルプレス技術かあるいは射出成形技術により製造されるが、ど ちらも当業者では知られている技術である。ある焼結シリコンカーバイド組成物 を熱可塑性成形するひとつの技術は、"Thermoplastic Molding of Sinterable S ilicon Carbideと称するＵＳ特許4,551,496 に開示されている。 本発明明細書に記載されるチップ制御機能を組み込んだ金属カッティングイン サートの広範なメタルカッティング状況にわたってチップ制御に大きな改良を与 えられたことが明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インサートボディからなるチップ制御機能を備えたカッティングインサー トであって、このインサートボディは、 ａ）ほぼ平行な第一及び第二サイドを有し、 ｂ）該サイド間にほぼこれらと直交する周壁を有し、少なくとも一対の隣接す る周壁が互いに９０度以下の傾角を形成し、 ｃ）少なくともひとつのカッティングエッジ領域を有し、各領域はあらかじめ 定まった幅を有すると共に一対の隣接する周壁の接合部分に位置し、該一対の隣 接する周壁は互いに９０度以下の傾角を形成し、各カッティングエッジ領域は、 ｉ）該一対の隣接する周壁の接合点に位置するカッティングエッジを有 し、 ｉｉ）該一対の隣接する周壁に沿って該カッティングエッジから後方に 延出するランドを有し、該ランドは幅を画定し、 ｉｉｉ）前方部及び両側のサイド部を有する下降壁を有し、該下降壁は ランドから始まりフロアで終結し、前方エッジ、後方エッジ及び両サイドエッジ を有し、該下降壁は該フロアの前方エッジ及び両サイドエッジで終結し、 ｉｖ）該フロアの後方エッジから上昇するバックランプを有し、該バッ クランプは該下降壁の両サイド部分と交差し、該ランド表面で終結してキャビテ ィを形成し、 ｖ）ランドから始まり上後方へ周壁に向かって延出する一対のサイドラ ンプを有し、各サイドランプはさらにカッティングエッジ部分から該インサート ボディの最大幅に到るまで斜めに延出し、 ｖｉ）一対の長い突起を有し、該突起はキャビティの両側においてラン ドから該サイドランプの各一つに向かって後方に延出し、 該インサートボディはホルダーに取り付けられるのに適し、カッティング動作 のために一つのカッティングエッジが該ホルダー内に配置される、 カッティングインサート。