JPWO2012002267A1 - インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態に係るインサートは、上面と、下面と、前記上面および前記下面にそれぞれ接続しており、第１側面を有する、側面と、前記上面と前記側面との交線部に位置しており、前記第１側面に対応して位置している第１切刃を有する、切刃とを備え、前記第１切刃は、側面視において前記上面側に凸状であり、上面視において内方に凹状である。本発明の実施形態に係る切削工具は、前記インサートと、前記インサートの前記第１切刃の少なくとも一部が、負のアキシャルレーキ角を有するように取り付けられるホルダとを備える。本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法は、前記切削工具を用いて切削加工物を製造する方法である。

Description

本発明は、インサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法に関する。

被削材を切削加工するための切削インサート（以下、「インサート」と言うことがある。）の一例として、特開２００４−２８４０１０号公報にはフライス工具に用いるカッタインサートが開示されている。特開２００４−２８４０１０号公報には、直方体形状の基本形を複式に捩ることによって、カッタインサートを工具体に装着する際に簡単にポジティブな軸方向すくい角を達成できることが開示されている。また、特開２００４−２８４０１０号公報には、カッタインサートの切刃を直線あるいはバルーン状に湾曲させることが開示されている。

しかしながら、特開２００４−２８４０１０号公報のカッタインサートでは、軸方向すくい角がポジティブであるため、周面切刃のうち切刃工具体の端面側に位置する端部、すなわち平面視における角部に当たる部分が、切削加工時に被削材に最初に接触する。そのため、高送り加工のように被削材との接触衝撃が大きい加工条件の場合には、周面切刃の端部に損傷を受けるおそれがあった。

本発明の課題は、切削加工時における被削材との接触に対する耐衝撃性に優れたインサートおよび切削工具、並びにそれらを用いた切削加工物の製造方法を提供することである。

本発明の実施形態に係るインサートは、上面と、下面と、前記上面および前記下面にそれぞれ接続しており、第１側面を有する、側面と、前記上面と前記側面との交線部に位置しており、前記第１側面に対応して位置している第１切刃を有する、切刃とを備え、前記第１切刃は、側面視において前記上面側に凸状であり、上面視において内方に凹状である。

本発明の実施形態に係る切削工具は、前記インサートと、前記インサートの前記第１切刃の少なくとも一部が、負のアキシャルレーキ角を有するように取り付けられるホルダとを備える。

本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法は、前記切削工具を回転させる第１工程と、回転している前記切削工具の前記第１切刃を被削材に接触させる第２工程と、前記切削工具と前記被削材とを離隔する第３工程とを備え、前記第２工程において、前記第１切刃のうち端部を除く部位を最初に前記被削材に接触させる。

本発明の実施形態に係るインサートによれば、第１切刃は側面視において上面側に凸状であることから、切削加工時における第１切刃と被削材との接触角を比較的小さくすることができるため、被削材との接触時に生じる衝撃力を低減あるいは分散することができ、結果として耐衝撃性が向上する。また、第１切刃を、側面視において上面側に凸状であると同時に上面視において内方に凹状としたことから、ホルダに取り付けて回転させた際に、第１切刃が描く回転軌跡のうちホルダの回転軸に平行な断面と交わる線分を直線状にすることができるため、被削材の被削面（壁面）を精度よく平坦状にすることが可能となる。

本発明の実施形態に係るインサートを示す斜視図である。 図１に示すインサートを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａの方向から見た側面図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｂの方向から見た側面図である。 本発明の実施形態に係るホルダを示す図であり、（ａ）はホルダ単体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のホルダにインサートを取り付けた状態（切削工具）を示す斜視図である。 図３（ｂ）のホルダ先端領域を拡大して示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図３（ｂ）の切削工具を用いて切削加工物を製造する方法を説明する工程図である。 図５における切削加工物を製造する工程において、インサートが被削材に接触する状態を示す要部拡大図である。 図５における切削加工物を製造する工程において、被削材における切削された部位の状態を示す説明図である。

＜インサート＞
以下、本発明の実施形態に係るインサートについて、図１および図２を用いて詳細に説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態に係るインサート２は、上面視で長方形状（略長方形）のインサート本体（図示せず）を有しており、逃げ面を有する側面３と、すくい面４２を有する上面４と、着座面を有する下面５とを備えている。すなわち、上面視において、側面３が囲んでいる輪郭の形状が長方形状であり、側面３は、長辺に対応する第１側面３１（主側面）と、短辺に対応する第２側面３２（さらい側面）とを有する。側面３は、上面４および下面５のそれぞれと接続している。インサート２は、上面４と側面３との交線部に切刃６を有し、下面５と側面３との交線部に切刃７を有する。

本実施形態において、インサート本体は直方体状（略直方体）である。言い換えれば、側面３は、図２（ｃ）に示す第１側面３１を含む側面視において、上面４側に位置する上端部３ａと下面５側に位置する下端部３ｂとを結ぶ直線Ｌ１が、インサート２の上下面方向の中心軸Ｓ２に平行である。これにより、インサート２は、上面４側の切刃６と同様、下面５側の切刃７を用いて切削加工を行なうことができる。直線Ｌ１は、下面５の着座面に垂直な直線である。なお、本実施形態において、上面４および下面５の構成は同一であるため重複する内容については説明を適宜省略する。

インサート２は、上述したように、上面４と側面３との交線部に切刃６を有する。具体的には、インサート本体の角部にコーナ切刃６３（６３ａ，６３ｂ）が位置する。また、対角線上に位置する２つのコーナ切刃６３、６３の間に、インサート２の長手方向に位置する主切刃６１と短手方向に位置するさらい刃６２とが形成されている。言い換えると、主切刃６１とは、上面４と第１側面３１との交線部に位置する第１切刃６１であり、さらい刃６２とは、上面４と第２側面３２との交線部に位置する第２切刃６２であり、第１切刃６１と第２切刃６２とをつなぐようにコーナ切刃６３が位置している。以下、それぞれについてより詳細に説明する。なお、主切刃６１は切削加工を行うに当たって主要な役割を有する部位であり、さらい刃６２は主切刃６１によって切削された被削面を平滑に仕上げる役割を有する部位である。

コーナ切刃６３は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、上面視において一方の対角線上に位置する２つの高位コーナ切刃６３ａ、６３ａ（高位部）と、高位コーナ切刃６３ａよりもインサート本体の厚み方向において低位でありかつ他方の対角線上に位置する２つの低位コーナ切刃６３ｂ、６３ｂ（低位部）とを備えている。高位コーナ切刃６３ａは、切削加工に使用される切刃であり、その曲率半径は、切刃強度と加工形状とのバランスから、通常、０．４〜６．４ｍｍ程度であるのが好ましい。

主切刃６１は、図２（ｂ）に示すように側面視において上面４側に凸状であり、図２（ａ）に示すように上面視において内方に凹状である。このように、主切刃６１は側面視において上面４側に凸状であることから、切削加工時における主切刃６１と被削材２０との接触角を比較的小さくすることができるため、被削材２０との接触時に生じる衝撃力を低減あるいは分散することができ、結果として耐衝撃性が向上する（図６参照）。また、主切刃６１を、側面視において上面４側に凸状であると同時に上面視において内方に凹状としたことから、ホルダ１に取り付けて回転させた際に、主切刃６１が描く回転軌跡のうちホルダ１の回転軸Ｓ１に平行な断面と交わる線分を直線状にすることができるため、被削材２０の被削面（壁面）２０ａを精度よく平坦状にすることが可能となる（図７参照）。本明細書において「内方」とは、主切刃６１に対してインサート２の内側であり、後述する貫通孔５０側のことを意味する。

主切刃６１についてより具体的に説明すると、本実施形態において、主切刃６１は、図２（ｂ）に示すように、側面視において、さらい刃６２側に位置している一端６１Ａと、一端６１Ａの反対側に位置している他端６１Ｂを有している。主切刃６１は、側面視において、一端６１Ａよりも他端６１Ｂがインサート本体の厚み方向において低位に位置している。また、主切刃６１は、一端６１Ａから他端６１Ｂに向かうにつれて下面５に近づくように傾斜している。さらに、主切刃６１は、直線部６１ａと、直線部６１ａに接続しており上面４側に凸状の曲線である凸曲線部６１ｂとを有する。凸曲線部６１ｂは、直線部６１ａよりも長さが大きい。そして、直線部６１ａは、インサート２の上下面方向の中心軸Ｓ２に垂直である。

言い換えると、直線部６１ａは、高位コーナ切刃６３ａと略同一高さであり、凸曲線部６１ｂは、高位コーナ切刃６３ａから低位コーナ切刃６３ｂに向かって漸次高さが低くなっている。直線部６１ａは、切削加工に使用される高位コーナ切刃６３ａの強度を保持する役割を有するものであり、切削加工時に被削材２０と比較的強く接触するため強度が必要とされ、強度と切刃角度の維持とを両立させる上で、高位コーナ切刃６３ａと略同一高さで形成される。また、凸曲線部６１ｂを設けることにより、インサート２自体に軸方向すくい角（アキシャルレーキ角）が付与されるので、ホルダ１の座面１２の部分をできるだけ厚く残しつつ、切削性を向上させ切削抵抗の低減を図ることができる。なお、他の実施形態として、直線部６１ａを、凸曲線部６１ｂに向かうにつれて下面５から遠ざかるように傾斜させてもよい。

また、図２（ａ）に示すように、主切刃６１は、上面視において、円弧状である凹曲線部６１ｃを有する。これにより、主切刃６１の形状が連続的に緩やかに変化するため、主切刃６１の強度を比較的大きく確保することができる。

なお、凸曲線部６１ｂは曲率半径Ｒ１を持ち、凹曲線部６１ｃは曲率半径Ｒ２を持ち、曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２よりも小さいことが好ましい。これにより、主切刃６１の強度を比較的大きく確保することができる。

さらい刃６２は、主切刃６１よりも長さが小さく、図２（ｃ）に示すように、傾斜部６２ａと、傾斜部６２ａに接続している直線部６２ｂとを有する。傾斜部６２ａは、直線部６２ｂに向かうにつれて下面５から遠ざかるように傾斜している。直線部６２ｂは、インサート２の上下面方向の中心軸Ｓ２に垂直である。

次に、上面４は、上述の通りすくい面４２を有する。すくい面４２とは、上面４のうち生成した切屑が擦過する面のことを意味する。また、上面４は、すくい面４２に連続する平坦な着座面４１をさらに有する。これにより、切屑がカールされるか、分断されるので、生成された切屑を良好に排出することができる。なお、本実施形態において、すくい面４２は、切刃６に沿って位置しており、上面視において、インサート２の内方に向かうにつれて下面５に近づくように傾斜し続けて、平坦な着座面４１に接続している（図１参照）。言い換えれば、上面４は、所謂立ち上がり面を有さない構成であることから、インサート２の上面４から下面５までの肉厚を大きく確保することができ、より優れた耐衝撃性を得ることが可能となる。

上面４の中央部には、下面５まで貫通した貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０は、インサート２をホルダ１に固定するためのものである。インサート２は、貫通孔５０の中心軸、すなわちインサート２の上下面方向の中心軸Ｓ２に対して１８０度回転対称な形状であり、これにより使用している一方の切刃６が摩耗した際には、インサート２を１８０度回転させ、使用していない他方の切刃６を用いることができるので使い勝手がよい。

次に、下面５は、上述の上面４と同様の構成を有する。したがって、下面５は、上述の上面４と同様の平坦な着座面（図示せず）を有する。ここで、下面視において、着座面から下面５と第２側面３２との交線部までの距離は、着座面のうち第１側面３１側に位置する一端よりも、一端の反対側に位置する他端の方が小さい。言い換えれば、図２（ａ）に示すように、上面視において、着座面４１から上面４と第２側面３２との交線部（さらい刃６２）までの距離は、着座面４１のうち第１側面３１側に位置する一端４Ａよりも、一端４Ａの反対側に位置する他端４Ｂの方が小さい。したがって、図２（ａ）に示すような拡張部４１ａが下面５にも形成されている。これにより、インサート２をホルダ１に取り付けて上面４側の切刃６を用いて切削加工を行う際に上述の他端側により大きな切削力が加わるが、着座面のうち他端側の領域を大きくすることによって、インサート２をホルダ１に取り付ける際に使用できる領域が大きくなり、取り付けの信頼性を向上させることが可能となる。同様に、下面５側の切刃７を用いて切削する場合には、上面４の着座面４１における拡張部４１ａによって、同様の効果を得ることができる。

次に、側面３は、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、上面４と下面５との間の中間領域に、内方に窪んでいる拘束部３１ａ、３２ａを有する。拘束部３１ａ、３２ａは、インサート２をホルダ１に取り付ける際にホルダ１に接合（拘束）される部位であり、切削加工時の振動の発生を抑制するために、取り付けの信頼性が求められる。なお、中間領域の位置は、側面３のうち上下の端部を除く領域であれば特に限定されない。

拘束部３１ａは、図２（ｂ）に示す第１側面３１を含む側面視において第１側面３１の幅方向の全長に渡って位置しており、拘束部３２ａは、図２（ｃ）に示す第２側面３２を含む側面視において第２側面３２の幅方向の全長に渡って位置している。拘束部３１ａ、３２ａはそれぞれ平面状の平面部を有していることが好ましく、本実施形態において拘束部３１ａ、３２ａはそれぞれ全長に渡って平面状になっている。これにより、ホルダ１に取り付ける際に利用できる領域が大きくなるため、取り付け態様の自由度が向上する。なお、他の実施形態として、拘束部３１ａ、３２ａを、側面の幅方向における中央領域が端部領域よりも外方に膨らんでいる構成にしてもよい。これにより、上面視において内方に凹状である主切刃６１の強度を高めることが可能となる。

また、側面３は、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、拘束部３１ａ、３２ａよりも上面４側に位置し拘束部３１ａ、３２ａと連続している肉厚部３１ｃ、３２ｃをさらに有している。そして、本実施形態において、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、拘束部３１ａ、３２ａと肉厚部３１ｃ、３２ｃとの交差部３１ｂ、３２ｂが側面視で凹状である。これにより、切削加工時の振動によって交差部３１ｂ、３２ｂに加わる力を分散することができ、交差部３１ｂ、３２ｂが欠損するのを抑制することができる。

＜切削工具＞
次に、本発明の実施形態に係る切削工具について、上述したインサート２を取り付けた切削工具を例に挙げ、図３および図４を参照しつつ説明する。本実施形態においては、切削工具の一種であるエンドミルを例にとって説明する。

図３に示すように、本実施形態に係る切削工具１０は、インサート２と、先端外周側に複数のインサート２を着脱自在に取り付けるためのインサートポケット（以下、「ポケット」と言う。）１１を複数設けた円柱状（略円柱）のホルダ１とを備えたエンドミルである。そして、切削工具１０は、ホルダ１を、その回転軸Ｓ１を中心に回転させて、インサート２によって切削加工を行う。

具体的には、図３（ａ）に示すように、ホルダ１の先端外周側に設けられているポケット１１は、ホルダ１の周方向に２つ設けられている。そして、図３（ｂ）および図４に示すように、上述したインサート２の貫通孔５０に締付けネジ５１を挿通し、締付けネジ５１の先端側をポケット１１の座面１２に形成されたネジ孔１２ａに螺合することにより、２つのインサート２を回転軸Ｓ１方向に設けられた各ポケット１１に着脱自在に取り付ける。

本実施形態において、インサート２は、後述する図６に示すように、主切刃６１の少なくとも一部が、負のアキシャルレーキ角を有するような状態で、ホルダ１に取り付けられている。より具体的には、主切刃６１は、ホルダ１の先端側に位置する端部から中央部（例えば、中点）までの長さ領域において、負のアキシャルレーキ角を有していることが好ましい。これにより、切削加工時における主切刃６１と被削材２０との接触角を比較的小さくすることができ、被削材２０との接触時に生じる衝撃力を低減あるいは分散することができ、結果として切削工具１０の耐久性が向上する。

また、主切刃６１の残りの部位が正のアキシャルレーキ角を有するような状態にすることが好ましく、これによって、当該部位における切削抵抗を低減することができる。その結果、上述のような耐衝撃性と、切削抵抗の低減という２つのメリットを兼ね備えることが可能となる。なお、負のアキシャルレーキ角とは、切刃６の所定部位における接線Ｌ２が、ホルダ１の回転軸Ｓ１に平行な直線Ｌ３に対して図６のθ１で示されるような傾斜状態にあることを意味し、正のアキシャルレーキ角とは、同様に、図６のθ２で示されるような傾斜状態にあることを意味する。

ここで、図６に示すように、インサート２は、切削工具１０を回転させて被削材２０に接触させるときに、主切刃６１のうち端部を除く部位、すなわち接触開始点６１Ｓが最初に被削材２０と接触するようにホルダ１に取り付けられている。このような特定の配置でインサート２がホルダ１に取り付けられることによって、被削材２０との接触時に生じる衝撃力を低減あるいは分散することができるため、結果としてインサート２あるいは切削工具１０の耐衝撃性が向上する。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述したインサート２およびそれを取り付けた切削工具（エンドミル）１０を肩加工に適用する場合を例にとり、図５〜図７を参照しつつ説明する。

本実施形態の切削加工物の製造方法は、以下の（ｉ）〜（iv）の工程を備える。
（ｉ）図５（ａ）に示すように、切削工具１０をホルダ１の回転軸Ｓ１を中心に矢印Ｃ方向に回転させる工程（第１工程）。
（ii）図５（ａ）に示すように、切削工具１０を矢印Ｄ方向に動かし、回転している切削工具１０を被削材２０に近接させる工程（第１工程）。なお、被削材２０と切削工具１０とは相対的に近づけばよく、上述の態様に代えて、例えば被削材２０を切削工具１０に近づけてもよい。

（iii）図５（ｂ）および図６に示すように、回転している切削工具１０の主切刃６１を被削材２０に接触させる工程であって、主切刃６１のうち端部を除く部位を最初に被削材２０に接触させる工程（第２工程）。

本実施形態において、切削工具１０を矢印Ｅ方向に動かすことで肩加工が行われる。このように、図６に示すように、主切刃６１の端部を除く部位、すなわち接触開始点６１Ｓを最初に被削材２０に接触させることにより、被削材２０との接触時に生じる衝撃力を低減あるいは分散することができるため、結果としてインサート２あるいは切削工具１０の耐衝撃性が向上する。また、インサート２の主切刃６１を、上述のとおり、側面視において上面４側に凸状であると同時に上面視において内方に凹状としたことから、ホルダ１に取り付けて回転させた際に、主切刃６１が描く回転軌跡のうちホルダ１の回転軸Ｓ１に平行な断面と交わる線分を直線状にすることができるため、図７に示すように、被削材２０の被削面（壁面）２０ａを精度よく平坦状にすることが可能となる。

（iv）図５（ｃ）に示すように、切削工具１０を矢印Ｆ方向に動かし、切削した被削材２０から切削工具１０を離隔させる工程（第３工程）。なお、被削材２０と切削工具１０とは相対的に遠ざかればよく、上述の態様に代えて、例えば被削材２０を切削工具１０から遠ざけてもよい。

上述した（ｉ）〜（iv）の工程を実施することによって、壁面２０ａおよび仕上げ面２０ｂを有する切削加工物２１を得ることができる。なお、さらに切削加工を継続する場合には、切削工具１０を回転させた状態を保持したまま、被削材２０の異なる箇所に切削工具１０の切刃６を接触させて被削材２０を切削する工程を繰り返せばよい。なお、インサート２は、片面で２コーナ、上下両面で４コーナを使用可能な仕様である。したがって、使用している切刃６が摩耗した際には、未使用の切刃６、７を用いればよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

Claims (19)

1. 上面と、
   下面と、
   前記上面および前記下面にそれぞれ接続しており、第１側面を有する、側面と、
   前記上面と前記側面との交線部に位置しており、前記第１側面に対応して位置している第１切刃を有する、切刃と、を備えるインサートであって、
   前記第１切刃は、側面視において前記上面側に凸状であり、上面視において内方に凹状である、インサート。
2. 側面視において、前記第１切刃は、一端よりも他端が低位に位置している、請求項１に記載のインサート。
3. 側面視において、前記第１切刃は、前記一端から前記他端に向かうにつれて前記下面に近づくように傾斜している、請求項２に記載のインサート。
4. 側面視において、前記第１切刃は、直線部と、前記直線部に接続しており前記上面側に凸状の曲線である凸曲線部と、を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のインサート。
5. 前記直線部は、前記インサートの上下面方向の中心軸に垂直である、請求項４に記載のインサート。
6. 上面視において、前記第１切刃は、円弧状である凹曲線部を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のインサート。
7. 前記第１切刃は、側面視において曲率半径Ｒ１を持つ凸曲線部と、上面視において曲率半径Ｒ２を持つ凹曲線部と、を有しており、前記曲率半径Ｒ１は前記曲率半径Ｒ２よりも小さい、請求項１〜６のいずれかに記載のインサート。
8. 前記側面は、前記上面と前記下面との間の中間領域に、内方に窪んでいる拘束部をさらに有する、請求項１〜７のいずれかに記載のインサート。
9. 前記拘束部は、前記第１側面を含む側面視において前記第１側面の幅方向の全長に渡って位置している、請求項８に記載のインサート。
10. 前記拘束部は、平面部を有する、請求項８または９に記載のインサート。
11. 前記拘束部は、前記側面の幅方向における中央領域が端部領域よりも外方に膨らんでいる、請求項８〜１０のいずれかに記載のインサート。
12. 前記側面は、前記拘束部よりも前記上面側に位置しているとともに前記拘束部と連続している肉厚部をさらに有し、前記拘束部と前記肉厚部との交差部が側面視で凹状である、請求項８〜１１のいずれかに記載のインサート。
13. 前記側面は、前記第１側面を含む側面視において、前記上面側に位置している上端部と前記下面側に位置している下端部とを結ぶ直線が、前記インサートの上下面方向の中心軸に平行である、請求項１〜１２のいずれかに記載のインサート。
14. 上面視において、前記側面が囲んでいる輪郭の形状が長方形状であるとともに、
    前記側面は、前記第１側面に接続しているとともに上面視における長さが前記第１側面よりも短い第２側面をさらに有する、請求項１〜１３のいずれかに記載のインサート。
15. 前記下面は平坦な着座面を有し、
    下面視において、前記着座面から前記下面と前記第２側面との交線部までの距離は、前記着座面のうち前記第１側面側に位置している一端よりも、前記着座面のうち前記一端の反対側に位置している他端の方が小さい、請求項１４に記載のインサート。
16. 前記上面および前記下面の間を貫通している貫通孔をさらに備える、請求項１〜１５のいずれかに記載のインサート。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載のインサートと、
    前記第１切刃の少なくとも一部が負のアキシャルレーキ角を有するように前記インサートが取り付けられるホルダと、
    を備える、切削工具。
18. 前記第１切刃は、前記ホルダの先端側に位置している端部から中央部までの長さ領域において、負のアキシャルレーキ角を有している、請求項１７に記載の切削工具。
19. 請求項１７または１８に記載の切削工具を回転させる第１工程と、
    回転している前記切削工具の前記第１切刃を被削材に接触させる第２工程と、
    前記切削工具と前記被削材とを離隔する第３工程と、
    を備え、
    前記第２工程において、前記第１切刃のうち端部を除く部位を最初に前記被削材に接触させる、切削加工物の製造方法。

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