JPWO2013065347A1 - 切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態に係る切削インサートは、上面が、第1コーナーとその両側に隣接している第2コーナーおよび第3コーナーとを有するとともに、上切刃に沿って位置しているとともに上切刃から内方に向かうにつれて、上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして下面に向かってすくい角で傾斜しているすくい面と、すくい面よりも内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて垂直面を基準にして下面に向かってつなぎ角で傾斜しているつなぎ面とを順に有し、すくい面とつなぎ面との交線部は、副すくい面に対応している部位において最も高位である。この切削インサートを備える切削工具と、この切削工具を用いて切削加工物を製造する方法とを提供する。

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法に関する。
従来、正面フライス加工を行うために用いるカッティングプレートとして、コーナ切刃から内側に向かって、すくい面、段部および台座面が位置する構成が提案されている(例えば、特開2004−314301号公報参照)。
しかしながら、特開2004−314301号公報のカッティングプレートは、例えば、仕上げ切削などの切込み量が小さな切削条件下で使用すると、切屑がカール・分断されずに伸びて、被削材の加工面を傷つけるおそれがあった。
そこで、上述のような切屑による被削材の加工面の品質低下を抑制すべく、優れた切屑排出性を備えるインサートが求められている。
本発明の課題の1つは、優れた切屑排出性を備える、切削インサートおよび切削工具、並びにそれ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切削インサートは、多角形状の上面と、前記上面と同一形状の下面と、前記上面および前記下面のそれぞれと接続している側面と、前記上面と前記側面との交線部に位置している上切刃と、を備え、前記上面は、第1コーナーとその両側に隣接している第2コーナーおよび第3コーナーとを有するとともに、前記上切刃に沿って位置しているとともに前記上切刃から内方に向かうにつれて、前記上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして前記下面に向かってすくい角で傾斜しているすくい面と、前記すくい面よりも内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かってつなぎ角で傾斜しているつなぎ面とを順に有し、前記上切刃は、前記第1コーナーから前記第2コーナーおよび前記第3コーナーに向かってそれぞれ、コーナー切刃、前記コーナー切刃から離れるにつれて前記垂直面を基準にして前記下面側に向かって傾斜している副切刃および主切刃を順に有し、前記すくい面は、前記副切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第1すくい角で傾斜している副すくい面と、前記主切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第2すくい角で傾斜している主すくい面と、前記コーナー切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第3すくい角で傾斜しているコーナーすくい面と、を有し、前記すくい面と前記つなぎ面との交線部は、前記副すくい面に対応している部位において、最も高位である。
本発明の実施形態に係る切削工具は、上述した実施形態に係る切削インサートと、前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備え、前記切削インサートは、前記上切刃のうち前記第1コーナーから前記第2コーナーに渡る切削部のアキシャルレーキ角が正である。
本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法は、上述した実施形態に係る切削工具を前記ホルダの回転軸を基準に回転させる工程と、回転している前記切削工具の前記上切刃を被削材の表面に接触させる工程と、前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、を備える。
本発明の実施形態に係る切削インサートによれば、上面は、第1コーナーとその両側に隣接している第2コーナーおよび第3コーナーとを有するとともに、上切刃に沿って位置しているとともに上切刃から内方に向かうにつれて、上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして下面に向かってすくい角で傾斜しているすくい面と、すくい面よりも内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて垂直面を基準にして下面に向かってつなぎ角で傾斜しているつなぎ面とを順に有し、すくい面とつなぎ面との交線部は、副すくい面に対応している部位において最も高位であることから、主としてコーナー切刃および副切刃を用いた比較的切込み量が小さな切削条件下においても、生成された切屑を副すくい面に位置している高い部位によって安定的にカールさせることができ、優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。
本発明の実施形態に係る切削インサートを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図(上面図)である。 図1に示す切削インサートを示す側面図であり、(a)はX1矢視図、(b)はX2矢視図、(c)はX3矢視図である。 図1に示す切削インサートの一部を拡大して示す平面図(上面図)である。 図1に示す切削インサートを示す図であって図3の各線に沿って切削インサートを切断した状態を示す断面図であり、(a)はa−a線に沿って切断した断面図、(b)はb−b線に沿って切断した断面図、(c)はc−c線に沿って切断した断面図、(d)はd−d線に沿って切断した断面図、(e)はe−e線に沿って切断した断面図である。 図1に示す切削インサートの一部を拡大して示す平面図(上面図)である。 図5の切削インサートを第1側面側から見た図であり、(a)はX1矢視側面図、(b)はf−f線に沿って切断した断面図、(c)はg−g線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態に係る切削工具を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 図7の切削工具における切削インサートの取り付け状態を拡大して示す側面図であり、(a)は切削インサートを側面から見た図、(b)は切削インサートを上面から見た図である。 (a)〜(c)は、本発明の第1実施形態に係る切削加工物の製造方法を示す工程図である。 (a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る切削加工物の製造方法を示す工程図である。 図1の切削インサートにおけるすくい面の変形例を示す図であり、図6(c)に相当する断面図である。
<切削インサート>
以下、本発明の実施形態に係る切削インサート(以下、「インサート」と言うことがある。)について、上面視において六角形状であるインサート1を例にとって、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
本実施形態のインサート1は、図1および図2に示すように、大略、六角形状(多角形状)の上面2と、上面2と同一形状の下面3と、上面2および下面3のそれぞれと接続している側面4と、上面2から下面3まで貫通している貫通孔6(取付孔)と、上面2と側面4との交線部に位置している上切刃5と、下面3と側面4との交線部に位置している下切刃5Pと、を備えている。インサート1は、例えば、上面2の1辺が5mm〜100mm、上下面2、3の厚みが3mm〜100mmとすればよい。なお、図1に示すように、本実施形態の貫通孔6は、上面2および下面3のそれぞれの中央部に位置している。
本実施形態のインサート1は、上述のように、上面視において、図1(b)に示すような六角形状(略六角形)である。上面視とは、上面2側からインサート1を見た状態を意味するものとする。
そして、インサート1は、第1内角α1を備えている2つ以上の主コーナーとして3つの主コーナー21(第1〜第3主コーナー21a〜21c)と、第1内角α1よりも大きい第2内角α2を備えている2つ以上の副コーナーとして3つの副コーナー22(第1〜第3副コーナー22a〜22c)と、を交互に有している。また、主コーナー21は後述する第1コーナーを含むとともに、副コーナー22は後述する第2コーナーおよび第3コーナーを含む。なお、本実施形態の第1コーナーは、第1主コーナー21aに相当するため第1主コーナー21aと同じ符号を用いて説明する。同様に、本実施形態の第2コーナーは、第1副コーナー22aに相当するため第1副コーナー22aと同じ符号を用いて説明する。本実施形態の第3コーナーは、第2副コーナー22bに相当するため第2副コーナー22bと同じ符号を用いて説明する。
ここで、上述した六角形状とは、厳密な六角形(正六角形)の場合に限定されるのではなく、機能を発揮できる範囲において若干の変形を含む概念である。すなわち、本実施形態の六角形状は、例えば、各辺または各頂点部分がわずかな曲線状に設定されている場合を含む。
そして、本実施形態のインサート1は、上切刃5は上面2の全周に渡って位置しており、図1(b)に示すように、1つの主コーナー21から、その両側に隣接している2つの副コーナー22、22に向かって、同一形状の第1、第2主切削部5a、5c(切削部)を有するため、3つの主コーナー21のそれぞれにおいて右勝手および左勝手の双方向に回転させて切削加工を行うことができる。すなわち、本実施形態のインサート1によれば、3つの主コーナー21のそれぞれを右勝手および左勝手で用いることによって、実質的に6つの主コーナーを備えるインサートとして使用することが可能となる。
ここで、第1内角α1は略直角であるのが好ましい。略直角とは、実質的に直角であることを意味するものとする。具体的には、本実施形態の略直角は、90°±3°の範囲内を含む。特に、第1内角α1は、90°よりも大きいことが好ましい。また、第2内角α2は、140°〜150°の範囲内で設定することが好ましい。なお、全ての辺を切削加工に使用しつつ、切削に寄与する切刃の長さを大きく確保する観点からは、各辺の長さが等しいことが好ましい。
また、本実施形態のインサート1は、図1(a)および図2(a)に示すように、上面2および下面3の両面のそれぞれをすくいの機能を発揮する面として使用可能な、所謂ネガティブ型のインサートである。従って、下切刃5Pを用いて切削加工を行う場合には、下面3の一部をすくい面、上面2の一部、すなわち上面2が有する後述の上載置部26を着座面(載置部)として使用することができる。つまり、本実施形態のインサート1は、上面2と下面3とが同一形状を有しており、上下両面を切削加工に用いることができる構成を備えている。そして、上切刃5を用いて切削加工を行う場合には、下面3の一部、すなわち下面3が有する平面状の下載置部36がホルダ11に取り付けるための着座面(載置部)として機能する(図8参照)。以下、特記しない限り、上面2に関する説明は下面3にも適用されるものとする。
次に、本実施形態のインサート1の各構成要素について、詳細に説明する。
上面2は、切屑を排出するための所謂すくいの機能を有する面であり、上切刃5から内方に向かって順に、下面3側に傾斜しているすくい面23、下面3側に傾斜しているつなぎ面24、および、中心軸S1に略垂直な平面状の上載置部26を有している。内方とは、上切刃5に対してインサート1の内側であり、貫通孔6側(中心軸S1側)のことを意味するものとする。中心軸S1とは、上下面2、3を貫く軸であり、上面視において、インサート1を回転させたときに回転軸となる軸を意味するものとする。
そして、本実施形態においては、すくい面23、つなぎ面24、および、上載置部26が連続している。これによって、上載置部26の面積をより大きく確保することができるため、ホルダ11への取り付け安定性を向上させることができる。すなわち、例えば、上載置部26の頂部26tから後述するコーナー切刃51までの距離、つまりオーバーハング量を小さくできるため、インサート1が受ける曲げモーメントを低減することができる。その結果、切削加工時にインサート1が損傷を受けることを抑制することが可能となる。
すくい面23は、上述のすくいの機能を発揮する主たる部位であって、上切刃5に連続しており、上切刃5から中心軸S1に向かうにつれて下方、すなわち中心軸S1に垂直な垂直面S1bを基準にして下面3に向かってすくい角βで傾斜している(図4参照)。本実施形態において、すくい面23は、インサート1の全周に渡って位置している。すくい角βは、10°〜30°に設定されることが好ましい。
具体的には、すくい面23は、図3に示すように、コーナーすくい面23a、副すくい面23bおよび主すくい面23cを有している。図4に示すように、副すくい面23bは、後述する副切刃52に連続しており内方に向かうにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして下面3に向かって第1すくい角β1で傾斜している。主すくい面23cは、後述する主切刃53に連続しており内方に向かうにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして下面3に向かって第2すくい角β2で傾斜している。コーナーすくい面23aは、後述するコーナー切刃51に連続しており内方に向かうにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして下面3に向かって第3すくい角β3で傾斜している。なお、図3において、副すくい面23bおよび主すくい面23cの間の領域は、緩やかな曲面状の接続面である。
そして、本実施形態において、すくい面23は、図2(b)および図4に示すように、内方側に位置している端部、すなわち、つなぎ面24との交線部27が、副すくい面23bに対応している部位27aにおいて、最も高位である。ここで、高位とは、上載置部26を基準にした高さ、すなわちインサート1の中心軸S1方向の距離が大きいことを意味するものとする。より具体的には、図4に示すように、交線部27を通る垂直面S1bと、中心軸S1に垂直な垂線L1との間の距離Hが大きいことを意味するものとする。本実施形態の垂線L1は、インサート1の厚み方向における中点を通っている。
上述した構成によれば、上切刃5のうち主としてコーナー切刃51および副切刃52を用いた比較的切込み量が小さな切削条件下において、生成された切屑を副すくい面23bに位置している高い部位によって安定的にカールさせることができ、優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。より具体的には、図1(b)に示すように、第1主切削部5aにおけるコーナー切刃51および副切刃52によって生成された切屑が、相対的に高い第1主切削部5a側の副すくい面23bから相対的に低いコーナーすくい面23aを介して相対的に高い第2主切削部5b側の副すくい面23bを通過することによって、各すくい面23の高低差を利用した切屑のカールが可能となるのである。
また、本実施形態において、すくい面23とつなぎ面24との交線部27は、コーナーすくい面23aに対応している部位において、第1コーナー21aの垂直二等分線L2を通る部位27bが最も低位である。すなわち、交線部27のうちコーナーすくい面23aに対応している部位では、第1コーナー21aの垂直二等分線L2を通る部位27bが、最も低位である。ここで、低位とは、上載置部26を基準にした高さ、すなわちインサート1の中心軸S1方向の距離が小さいことを意味するものとする。より具体的には、上述した距離Hが小さいことを意味するものとする。なお、本実施形態では、第1〜第3主コーナー21a〜21cは同じ構成を有することから、図2(b)では、便宜上、第3主コーナー21cを例にとって第1コーナー21aを説明するものとする。上述した構成によれば、コーナーすくい面23aに位置している低い部位27bと上述のような副すくい面23bに位置している高い部位27aとの高低差によって、切屑がよりカールされ易くなるため切屑排出性をより向上させることができる。
また、本実施形態において、図3および図4に示すように、コーナーすくい面23aの第3すくい角β3は、副すくい面23bの第1すくい角β1よりも大きい。これによれば、コーナー切刃51の切削抵抗を低減することができるとともに、コーナーすくい面23aよりも副すくい面23bを高く設定し易いため上述のような比較的切込み量が小さな切削条件下においても優れた切屑排出性を発揮することができる。さらに、本実施形態において、コーナーすくい面23aの第3すくい角β3は、主すくい面23cの第2すくい角β2よりも大きく設定されている。
また、本実施形態において、すくい面23は、図5および図6に示すように、内方側に位置している端部、すなわち、つなぎ面24との交線部27を中心軸S1方向に沿って切断した断面の形状が、少なくとも副すくい面23bと主すくい面23cとを跨ぐ領域23Aにおいて直線状または凹状である。本実施形態のすくい面23は、上述した断面の形状が、領域23Aにおいて直線状である。これによれば、後述する上切刃5のうち副切刃52および主切刃53の部位によって生成された凸状の切屑を、すくい面23を通過する過程において直線状または凹状に変形させることができるため、その後の切屑排出過程において切屑を安定的にカールさせることによって優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。
なお、上述の断面の形状は、図6(c)に示すように、副すくい面23bおよび主すくい面23cの略全域において直線状または凹状であることが好ましい。これによれば、幅広い切込み量の条件下において、上述のような優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。また、すくい面23の内方側に位置している端部(交線部27)は、上面視において直線状であることが好ましい。これによって、切屑のカールの安定性をより高めることが可能となる。
また、図5に示すように、上面視において、すくい面23の幅W1は、第1コーナー21a側から第2コーナー22a側に向かうにつれて小さくなることが好ましい。これによれば、幅広い切込み量の条件下において、上述のような優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。
なお、本実施形態において、すくい面23は、図3および図4に示すように、上切刃5側の端部に位置しており垂直面S1bに略平行なランド面231をさらに有している。これによって、上切刃5の強度を向上させることができ、所謂重切削の加工条件においても好適に使用することが可能となる。
上載置部26は、図1などに示すように、上面2において、すくい面23よりも内方に位置している平面状の部位である。本実施形態のインサート1において、上載置部26は、全体として上面視した場合に多角形状、特に六角形状である。ここで、多角形状とは、厳密な意味で頂点を有している場合に限られるものではなく、所定の作用効果を得るために必要な限度において、例えば辺と辺との接続部分が若干湾曲している構成を含む概念である。
また、図1(b)に示すように、上面視において、貫通孔6の外周が、上載置部26のうち3つの主コーナー21に対応する頂部26tを結ぶ直線L3で囲まれる領域の内側に位置している。なお、頂部とは、多角形の頂点に対応する部位を言うが、図に示すように楕円状の点線で囲っている頂点の近辺領域を意味することがある。この点、以下においても同様である。
また、上載置部26は、図1(b)に示すように、各副コーナー22において互いに接続している3つの分離部26aを有することが好ましい。なお、3つの分離部26aはそれぞれ、上面視において三角形状である。特に、分離部26aの三角形状の1つの頂部が主コーナー21に最も隣接していることが好ましい。これによって、ホルダ11への取り付け安定性をより向上させることが可能となる。なお、上切刃5を用いて切削加工する場合には、下面3の下載置部36がホルダ11と当接する面となる。逆も同様である。
また、本実施形態において、上面2の上載置部26は、図2に示すように、側面視において、上切刃5のいずれの部位よりも(下方)下面3側に位置している。側面視とは、側面4側からインサート1を見た状態を意味するものとする。このような構成によれば、切削加工時に、上切刃5によって生成された切屑が上載置部26に衝突することを低減でき、上載置部26の損傷を抑制することが可能となる。具体的には、上切刃5と上載置部26との距離を大きく設定することで、切屑を生成するためのスペースを大きく確保することができ、切屑の排出性を向上させることができる。また、例えば、インサート1の製作過程の焼成工程において、上載置部26の形状が湾曲するなど変形した場合には、上載置部26が上切刃5よりも下面3側に位置している場合には研磨加工で整形することが困難であるが、上載置部26に傾斜を設けることで、当該研磨加工を経ることなく、ホルダ11の当接面に安定的に当接させることが可能となる。
なお、下面3の下載置部36は、下切刃5P側に位置している端部よりも中心軸S1側に位置している端部が、垂直面S1bを基準にして上面2側、すなわち上方に位置している。言い換えれば、下面3において、下載置部36は、中央領域よりも外周領域の方がインサート1の厚み方向において外側に位置している。これによって、上面2をホルダ11の回転方向の前方に向けた状態でホルダ11に取り付ける際に、下載置部36のうち下切刃5P側に位置している端部をホルダ11の対応する当接面に対して比較的強く当接させるとともに、中心軸S1側に位置している端部もホルダ11の対応する当接面に対して比較的弱く当接させることができるため、下切刃5P側に位置している端部によるホルダ11への取り付けを中心軸S1側に位置している端部によって補助することができ、ホルダ11に対する取り付け安定性を向上させることが可能となる。なお、下載置部36の中央領域から外周領域への傾斜角度は、中心軸S1を基準にして80°〜90°に設定することが好ましい。
つなぎ面24は、図1〜図5に示すように、上面2において、すくい面23と上載置部26との間に位置しており、且つ、すくい面23および上載置部26のそれぞれと連続している部位である。つなぎ面24は、すくい面23を通過する切屑の逃げ部として機能するとともに、上載置部26の面積を大きく確保する際に寄与する部位でもある。
つなぎ面24は、図4に示すように、内方に向かうにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして下面3に向かってつなぎ角γで傾斜している。そして、つなぎ面24のつなぎ角γは、すくい面23のすくい角βよりも大きい。すなわち、つなぎ面24のつなぎ角γは、副すくい面23bの第1すくい角β1、主すくい面23cの第2すくい角β2およびコーナーすくい面23aの第3すくい角β3のいずれよりも大きい。これによって、上述のような機能を効果的に発揮することが可能となる。
また、図5に示すように、上面視において、つなぎ面24の幅W2は、第1コーナー21a側から第2コーナー22a側に向かうにつれて小さくなることが好ましい。これによれば、幅広い切込み量の条件下において、上述のような優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。
本実施形態において、つなぎ面24は、図3および図4(e)に示すように、インサート1の全周に渡って設けられていない。具体的には、つなぎ面24は、副コーナー22の近傍においては存在しない。副コーナー22の近傍において、すくい面23と上載置部26との間には、内方に向かうにつれて垂直面S1bを基準にして上方に向かって傾斜している立ち上がり面28が形成されている。すなわち、すくい面23は、副コーナー22に対応する部位において立ち上がり面28を介して上載置部26と連続している。これによれば、切屑を排出する際に小径のカール状に変形させることが可能となり切屑排出性を向上させることができる。なお、立ち上がり面28の傾斜角度は、垂直面S1bを基準にして上面2に向かって40°〜70°に設定されることが好ましい。
なお、上面2は、図1に示すように、貫通孔6の周囲に上載置部26よりも下面3側、すなわち下方に位置している凹部25をさらに有していてもよい。そして、上述の3つの分離部26aは、貫通孔6および凹部25を介して互いに離隔している。これにより、3つの分離部26aのそれぞれを、ホルダ11の対応する当接面に対してより確実に当接させることができるため、上述のようなホルダ11への取り付け安定性をより向上させることが可能となる。
上切刃5は、図1および図2に示すように、コーナー切刃51、副切刃52および主切刃53を有している。具体的には、本実施形態において、上切刃5は、図1(b)および図2(a)に示すように、3つの主コーナー21のうちの例えば第1主コーナー(第1コーナー)21aから3つの副コーナー22のうちの第1主コーナー21aに隣接している第1副コーナー(第2コーナー)22aに向かって順に、コーナー切刃51、コーナー切刃51から離れるにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして第1傾斜角θ1で傾斜している副切刃52、および、副切刃52から離れるにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして副切刃52よりも下面3側に向かって第2傾斜角θ2で傾斜している主切刃53を有している。これにより、上述のように、上切刃5のうち副切刃52および主切刃53の部位によって生成される切屑は凸状となる。
このような上切刃5の各切刃領域の傾斜構成が、上述のような第1内角α1を備える主コーナー21および第2内角α2を備える副コーナー22と相まって、インサート1は低い切削抵抗と優れた耐欠損性を兼ね備えることが可能となる。同様に、上切刃5は、第1主コーナー(第1コーナー)21aから3つの副コーナー22のうちの他の隣接している第2副コーナー22bに向かって順に、コーナー切刃51、副切刃52および主切刃53を有している。すなわち、本実施形態のインサート1は、上述のように両勝手で使用可能な構成となっている。
コーナー切刃51は、図2に示すように、側面4のうち後述する主コーナー側面41と上面2との交線部に位置しており、切削加工時に加わる切削力によって上切刃5が欠損することを抑制する役割を有する。本実施形態において、コーナー切刃51は、垂直面S1bに平行である。
また、本実施形態において、コーナー切刃51は上面視で直線状であることが好ましい。これにより、コーナーRとした場合と比較して、上面視における刃先先端の幅が大きくなるため、高い切刃強度を確保することができる。その結果、主コーナー21で生成される切屑の厚みを薄くすることができ、比較的もろい被削材である鋳鉄の加工においても被削材の端部の欠け、所謂コバ欠けを効果的に抑制することが可能となる。そして、コーナー切刃51は、上切刃5のうち隣接している部位(例えば副切刃52)を基準にして約45°で傾斜していることが好ましい。これにより、インサート1を両勝手で使用することができる。
副切刃52は、図2に示すように、側面4のうち後述する第1側面42と上面2との交線部のうちコーナー切刃51側に位置している。また、副切刃52は、図1(b)に示すように、主切刃53とともに第1、第2主切削部5a、5cとしての役割を有する切刃である。それと同時に、副切刃52は、主として後述する被削材100の仕上げ面102の精度を向上させる役割を有する、所謂さらい刃として機能する切刃である。本実施形態において、副切刃52は、図2および図3に示すように、上面視および側面視のいずれにおいても直線状である。
ここで、副切刃52は、図2(a)に示すように、コーナー切刃51から離れるにつれて下方、すなわち垂直面S1bを基準にして、下面3に向かって、第1傾斜角θ1で傾斜していることが好ましい。これによれば、切削加工時における副切刃52の切削抵抗を低減することが可能となる。なお、副切刃52の第1傾斜角θ1は、垂直面S1bを基準にして上方、すなわち下面3から離れる方向に向かって傾斜していてもよい。
副切刃52の第1傾斜角θ1は、下面3に向かって、3°〜15°に設定することが好ましい。本実施形態において、第1傾斜角θ1とは、垂直面S1bと副切刃52の仮想延長線L4とがなす角の角度を意味するものとする。仮想延長線L4とは、副切刃52の開始点、すなわち副切刃52のうちコーナー切刃51側に位置している端部における接線を延長した直線のことを意味するものとする。
主切刃53は、図2に示すように、第1側面42と上面2との交線部のうち副切刃52よりも第1副コーナー22a側に位置しており、切削加工時において切屑生成に主な役割を有する切刃である。
主切刃53の第2傾斜角θ2は、下面3に向かって、7°〜19°に設定することが好ましい。本実施形態において、第2傾斜角θ2とは、垂直面S1bと主切刃53の仮想延長線L5とがなす角の角度を意味するものとする。仮想延長線L5とは、主切刃53の開始点、すなわち主切刃53のうち副切刃52側に位置している端部における接線を延長した直線のことを意味するものとする。
本実施形態において、主切刃53は側面視において下面3側に凹状である。すなわち、図2(a)や図6(a)に示すように、主切刃53は側面視において下面3側に湾曲している。
ここで、図2(a)に示すように、副切刃52の第1傾斜角θ1は、主切刃53の第2傾斜角θ2よりも小さいことが好ましい。これによれば、副切刃52側で高い切刃強度を有すると同時に、主切刃53側で低い切削抵抗を実現することが可能となる。
なお、主切刃53と副切刃52との接続部分54は、側面視で凸状、すなわち下面3から離れる方向(上方)にR1.0〜R10.0の範囲内で湾曲するように設定されることが好ましい。
なお、本実施形態のインサート1は、図2(a)に示すように、第1主コーナー(第1コーナー)21a側から第1副コーナー(第2コーナー)22a側に向かうにつれてインサート1の厚みが小さくなっているものの、図1(b)に示すように、第1コーナー21aの第1内角α1に対して第2コーナー22aの第2内角α2が大きいことから、上切刃5の各切刃領域において高い切刃強度を確保することが可能となる。
なお、上切刃5と同様に、下切刃5Pも、図2(a)に示すように、コーナー切刃51P、副切刃52Pおよび主切刃53Pを有している。コーナー切刃51P、副切刃52Pおよび主切刃53Pの構成は、コーナー切刃51、副切刃52および主切刃53と同様である。
側面4は、被削材100との接触を抑制するための所謂逃げ部として機能する面である。本実施形態においては、側面4は、図2に示すように、上面2と下面3とに垂直、すなわち中心軸S1を基準にして垂直である。それゆえ、側面4が上面2または下面3との間に逃げ角を有するインサートと比較して、中心軸S1に垂直な方向におけるインサート1の肉厚を確保することができるため、インサート1は優れた耐欠損性を備えることが可能となる。
具体的な構成としては、図2(a)に示すように、六角形状の上面2に接続している側面4は、第1主コーナー21aから第2主コーナー21bに向かって、主コーナー側面41、第1側面42、副コーナー側面43および第2側面44を順に有している。なお、第1側面42および第2側面44はいずれも平面である。そして、副コーナー側面43は曲面であるのに対して、主コーナー側面41は平面である。これは主コーナー側面41と上面2との交線部に位置しているコーナー切刃51が上面視で直線状であることに対応している。
貫通孔6は、図1などに示すように、上面2および下面3を貫通するものであり、インサート1を後述するホルダ11に固定する役割を有する。すなわち、取付ねじ12(固定部材)を、貫通孔6に挿入し、さらにホルダ11までねじ込むことによって、インサート1をホルダ11に固定し切削工具10が形成される。なお、貫通孔6の中心軸は、中心軸S1と同じ位置に存在している。
<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、図7および図8を参照して詳細に説明する。
図7に示すように、本実施形態の切削工具10は、複数の上述した実施形態に係るインサート1と、これら複数のインサート1が固定部材を用いて取り付けられるホルダ11と、を備えている。
ホルダ11は、その外周先端部に複数のインサートポケット11aを有している。そして、各インサートポケット11a内の外周位置にインサート1が取り付けられている。具体的には、切削工具10が図7(a)の矢印A方向に回転される場合に、インサート1は、回転方向である矢印Aの前方側に上面(すくい面)2を向けて、ホルダ11の最外周に主切刃53が位置するように取り付けられている。取り付け方法としては、取付ねじ12(固定部材)を、複数のインサート1の各々の貫通孔6に挿入してホルダ11までねじ込むことによって、複数のインサート1をホルダ11にそれぞれ固定している。
本実施形態において、インサート1は、図8(a)に示すように、ホルダ11の回転軸S2に平行な平行面S2aを基準として、上切刃5のうち第1主コーナー(第1コーナー)21aから隣接している第1副コーナー(第2コーナー)22aに渡る第1主切削部5aのアキシャルレーキ角θaが正であり、且つ、上切刃5のうち第1副コーナー22aから隣接している第2主コーナー21bに渡る非切削部5bのアキシャルレーキ角θbが負であるような状態で、ホルダ11に取り付けられている。
ここで、第1主切削部5aは副切刃52および主切刃53を含むものであり、本実施形態においては副切刃52および主切刃53のいずれにおいてもアキシャルレーキ角θaが正である。例えば、副切刃52のアキシャルレーキ角は0°〜10°に設定されることが好ましく、主切刃53のアキシャルレーキ角は5°〜20°に設定されることが好ましい。なお、アキシャルレーキ角θaは、例えば主切刃53のように曲線状の切刃については、主切刃53の開始点、すなわち副切刃52側に位置している端部における接線を延長した直線L6を用いて測定すればよい。また、アキシャルレーキ角θbは、例えば非切削部5bの開始点、すなわち第1副コーナー22a側に位置している端部における接線を延長した直線L7を用いて測定すればよい。
また、図8(a)に示すように、インサート1は、上切刃5のうち第1主コーナー21aと第2主コーナー21bとを結ぶ直線L8のアキシャルレーキ角θcが負であるような状態で、ホルダ11に取り付けられている。言い換えれば、上述の第1主切削部5aおよび非切削部5bを含めた全体としてのアキシャルレーキ角が負となっている。
以上のようにインサート1をホルダ11に取り付けることによって切削工具10が構成されている。このような切削工具10を矢印A方向に回転させることによって、後述するように、被削材100に対して正面フライス加工やプランジ加工などの各種切削加工を行うことができる。
例えば、図8(b)に示すように、正面フライス加工を行う場合には、インサート1の第1主切削部5aを用いて被削材100を切削して切削面101を形成するとともに、副切刃52を用いて被削材100を切削して仕上げ面102を形成することができる。この際、ホルダ11の回転軸S2に垂直な垂直面S2bに対して、副切刃52は略平行の関係に設定されている。
<切削加工物の製造方法>
次に、本発明の第1、第2実施形態に係る切削加工物の製造方法について、図9および図10を参照して、詳細に説明する。
第1、第2実施形態の切削加工物の製造方法は、上述した実施形態に係る切削工具10をホルダ11の回転軸S2を基準に回転させる工程と、回転している切削工具10の上切刃5を被削材100の表面に接触させる工程と、切削工具10を被削材100から離隔する工程とを備えている。以下、実施形態ごとに詳細に説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る切削加工物の製造方法として、いわゆる正面フライス加工を例にとって、図9を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る切削加工物の製造方法は、以下の(i)〜(iii)の工程を備える。なお、以下の説明において、各工程を実行する順序を明記していない場合には、その順序は適宜変更してもよい。
(i)図9(a)に示すように、切削工具10をホルダ11(切削工具10)の回転軸S2を中心に矢印A方向に回転させる工程。そして、切削工具10を矢印B方向に動かし、被削材100に近づける。
(ii)図9(b)に示すように、回転している切削工具10の上切刃5を、被削材100の表面に接触させる工程。ここで、本実施形態においては、(ii)の工程は、次の3つの工程を有する。
第1に、回転している切削工具10を、回転軸S2に対して垂直な方向である矢印C方向に移動させる工程。これによって、被削材100に対して正面フライス加工を行うことができる。
第2に、回転している切削工具10の上切刃5のうち第1主コーナー21aから隣接している第1副コーナー22aに渡る第1主切削部5aを、被削材100の表面に接触させる工程。これによって、第1主切削部5aと接触して切削された被削材100の被削面が、図9(b)に示すような切削面101となる。
第3に、回転している切削工具10の上切刃5のうち第1主コーナー21aと第2副コーナー22bとの間に位置している副切刃52を、第1主切削部5aと接触することによって形成された被削材100の被削面に接触させる工程。これによって、上述の第2の工程で第1主切削部5aによって切削された被削材100の被削面のうち第1主切削部5aによって直接切削されずに削り残された部位が、副切刃52によって平滑化されて、図9(b)に示すような仕上げ面102となる。
(iii)図9(c)に示すように、切削工具10を矢印C方向にそのまま動かし、切削工具10を被削材100から離隔する工程。
以上の各工程を経ることによって、被削材100を、図9(c)に示すような所望の形状に切削してなる切削加工物110が製造される。
また、切削加工を継続して実行する場合には、例えば、切削工具10を回転させた状態を維持して、被削材100の異なる箇所に切削工具10の上切刃5を接触させる工程を繰り返せばよい。
ここで、切削加工に用いている上切刃5の主コーナー21が摩耗した際には、インサート1を中心軸S1に対して120°回転させることによって、未使用の上切刃5の主コーナー21を用いればよい。あるいは、本実施形態においては、切削工具10の回転方向を矢印Aとは逆向きに回転させることによって、インサート1の1つの主コーナー21を逆勝手の切削加工に使用してもよい。以上のように、本実施形態によれば、3つの主コーナー21のそれぞれを右勝手および左勝手の両方に用いることによって、実質的に6つの主コーナーを備えるインサートとして使用することが可能となる。なお、切削工具10の回転方向を矢印Aと逆向きに変更することによって、第1主切削部5aにおける副切刃52が仕上げ面102を形成する切刃としての役割を有することになる。なお、以上においては、上切刃5について説明したが、下切刃5Pの場合も同様である。
なお、上述の各工程は、次のように変更することができる。例えば、上述の(i)の工程において、切削工具10を固定しつつ被削材100を回転させるようにしてもよい。また、切削工具10と被削材100とは相対的に近づけばよいため、例えば上述の工程とは逆に被削材100を切削工具10に近づけるようにしてもよい。同様に、上述の(iii)の工程では、被削材100と切削工具10とを相対的に遠ざければよいため、例えば所定位置に保持されている切削工具10から被削材100を遠ざけるようにしてもよい。なお、これらの変更については、次に説明する第2実施形態においても同様に適用することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る切削加工物の製造方法として、いわゆるプランジ加工(突き加工)を例にとって、図10を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る切削加工物の製造方法は、以下の(i)〜(iii)の工程を備える。なお、以下の説明において、各工程を実行する順序を明記していない場合には、その順序は適宜変更してもよい。
(i)図10(a)に示すように、切削工具10をホルダ11(切削工具10)の回転軸S2を中心に矢印A方向に回転させる工程。そして、切削工具10を矢印D方向に動かし、被削材100に近づける。
(ii)図10(b)に示すように、回転している切削工具10の上切刃5を、被削材100の表面に接触させる工程。ここで、本実施形態においては、(ii)の工程は、次の3つの工程を有する。
第1に、回転している切削工具10を、回転軸S2に対して平行な方向である矢印D方向に移動させる工程。これによって、被削材100に対してプランジ加工を行うことができる。
第2に、回転している切削工具10の上切刃5のうち第1主コーナー21aから隣接している第2副コーナー22bに渡る第2主切削部5cを、被削材100の表面に接触させる工程。これによって、第2主切削部5cと接触して切削された被削材100の被削面が、図10(b)に示すような切削面101となる。
第3に、回転している切削工具10の上切刃5のうち第1主コーナー21aと第1副コーナー22aとの間に位置している副切刃52を、第2主切削部5cと接触することによって形成された被削材100の被削面に接触させる工程。これによって、上述の第2の工程で第2主切削部5cによって切削された被削材100の被削面のうち第2主切削部5cによって直接切削されずに削り残された部位が、副切刃52によって平滑化されて、図10(b)に示すような仕上げ面102となる。
(iii)図10(c)に示すように、切削工具10を矢印E方向に動かし、切削工具10を被削材100から離隔する工程。
以上の各工程を経ることによって、被削材100を、図10(c)に示すような所望の形状に切削してなる切削加工物110が製造される。
また、切削加工を継続して実行する場合には、上述の第1実施形態において説明した内容と同様の方法を行えばよい。切削加工に用いている切刃部分が摩耗した場合についても上述の第1実施形態と同様の方法を行えばよい。
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、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。
例えば、上述の実施形態のインサート1は、上面視において、図1(b)に示すような六角形状(略六角形)であるが、これに代えて、四角形状、五角形状などの各種多角形状のインサートに適用することができる。その場合においても、上述の構成を有することによって上述のような作用効果を発揮することができる。
また、上述の実施形態においては、インサート1の上面2と下面3の形状を同一としたが、これに代えて、上面2と下面3とを異なる形状にしてもよい。例えば、上面2の上切刃5での切削加工用のいわゆる片面使いのインサートとして、上切刃5に対応する側面4の逃げ角を大きく確保できるような構成にしてもよい。このような構成は、例えば上面2の面積に対して下面3の面積を小さくすることによって実現することができる。
また、上述の実施形態に係るインサート1では、3つの分離部26aが互いに接続している上載置部26について説明したが、これに代えて、同様の効果を得ることができる限りにおいて、3つの分離部26aを互いに離隔するような構成を採用してもよい。これによって、ホルダ11に取り付ける際に、インサート1の3つの分離部26aのそれぞれをホルダ11の対応する当接面に対して別々に当接させることができるため、ホルダ11への取り付け安定性を向上させることが可能となる。例えば、インサート1の製作過程の焼成工程において、上載置部26の形状が湾曲するなど変形した場合においても、3つの分離部26aが互いに独立しているため、研磨加工などの別工程を経ることなく、ホルダ11の当接面に比較的強く当接させることが可能となる。
また、上述の実施形態の構成に代えて、副すくい面23bの第1すくい角β1が第1コーナー21a側の端部よりも第2コーナー22a側の端部において大きいとともに、主すくい面23cの第2すくい角β2が第2コーナー22a側の端部よりも第1コーナー21a側の端部において大きくなるように設定してもよい。これにより、本実施形態のインサート1においても、上切刃5のうち副切刃52および主切刃53の部位によって生成された凸状の切屑を、すくい面23を通過する過程において直線状または凹状に変形させることができるため、その後の切屑排出過程において切屑を安定的にカールさせることによって優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。この際、主すくい面23cの第2すくい角β2は、第2コーナー22a側から第1コーナー21a側に向かうにつれて大きく設定することが好ましい。このように、副すくい面23bと主すくい面23cとの接続部分(境界部分)に向かうにつれて、第1すくい角β1および第2すくい角β2が大きくなることによって、よりスムーズに切屑を排出することが可能となる。
また、上述の実施形態のインサート1において、すくい面23は、上述した断面の形状が、領域23Aにおいて直線状である構成としたが、これに代えて、領域23Aにおいて凹状である構成としてもよい(図11参照)。
また、上述の実施形態に係るインサート1においては特記していないが、上面2および下面3のそれぞれの色を互いに異ならせるようにしてもよい。具体的には、例えばインサート本体が銀色を示す超硬合金である場合に、上面2および下面3のいずれか一方を、例えば金色を示す窒化チタン(TiN)により被覆するのが好ましい。ネガティブ形のインサートにおいては、上面2および下面3は、いずれもすくい面として機能するため、インサートの取り付け間違いを生じる場合がある。上面2および下面3のいずれか一方をTiNで被覆すると、TiNで被覆した面と被覆していない面とが異なる色となる。それゆえ、それぞれの面を明確に区別できるようになり、インサート1を取り付ける際の誤認を抑制することができる。ここで、上面2および下面3のいずれかの被覆対象面は、その全面を被覆する必要はなく、例えば被覆対象面の一部(例えば切刃以外の部分)にTiNを被覆することによっても同様の効果を得ることができる。なお、上述の被覆に用いる材料としては、上面2および下面3の色の相違を認識することができれば、TiNに限定されるものではない。例えば、インサート本体が超硬合金である場合に、明るい赤褐色を示す炭窒化チタン(TiCN)、暗い赤褐色を示す窒化チタンアルミ(TiAlN)等を採用することもできる。

Claims (20)

  1. 多角形状の上面と、
    前記上面と同一形状の下面と、
    前記上面および前記下面のそれぞれと接続している側面と、
    前記上面と前記側面との交線部に位置している上切刃と、を備え、
    前記上面は、第1コーナーとその両側に隣接している第2コーナーおよび第3コーナーとを有するとともに、前記上切刃に沿って位置しているとともに前記上切刃から内方に向かうにつれて、前記上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして前記下面に向かってすくい角で傾斜しているすくい面と、前記すくい面よりも内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かってつなぎ角で傾斜しているつなぎ面とを順に有し、
    前記上切刃は、前記第1コーナーから前記第2コーナーおよび前記第3コーナーに向かってそれぞれ、コーナー切刃、前記コーナー切刃から離れるにつれて前記垂直面を基準にして前記下面側に向かって傾斜している副切刃および主切刃を順に有し、
    前記すくい面は、前記副切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第1すくい角で傾斜している副すくい面と、前記主切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第2すくい角で傾斜している主すくい面と、前記コーナー切刃の内方に位置しているとともに内方に向かうにつれて前記垂直面を基準にして前記下面に向かって第3すくい角で傾斜しているコーナーすくい面と、を有し、
    前記すくい面と前記つなぎ面との交線部は、前記副すくい面に対応している部位において、最も高位である、切削インサート。
  2. 前記すくい面と前記つなぎ面との前記交線部のうち前記コーナーすくい面に対応している部位においては、前記第1コーナーの垂直二等分線を通る部位が最も低位である、請求項1に記載の切削インサート。
  3. 前記コーナーすくい面の前記第3すくい角は、前記副すくい面の前記第1すくい角よりも大きい、請求項1または2に記載の切削インサート。
  4. 前記つなぎ面の前記つなぎ角は、前記すくい面の前記すくい角よりも大きい、請求項1〜3のいずれかに記載の切削インサート。
  5. 上面視において、前記つなぎ面の幅は、前記第1コーナー側から前記第2コーナー側に向かうにつれて小さくなる、請求項1〜4のいずれかに記載の切削インサート。
  6. 上面視において、前記すくい面の幅は、前記第1コーナー側から前記第2コーナー側に向かうにつれて小さくなる、請求項1〜5のいずれかに記載の切削インサート。
  7. 前記上面は、前記つなぎ面よりも内方に位置している平面状の上載置部をさらに有し、
    側面視において、前記上載置部は、前記上切刃のいずれの部位よりも下方に位置している、請求項1〜6のいずれかに記載の切削インサート。
  8. 前記副切刃の傾斜角は、前記主切刃の傾斜角よりも小さい、請求項1〜7のいずれかに記載の切削インサート。
  9. 前記主切刃は側面視において前記下面側に凹状である、請求項1〜8のいずれかに記載の切削インサート。
  10. 前記副切刃は直線状である、請求項1〜9のいずれかに記載の切削インサート。
  11. 前記コーナー切刃は前記垂直面に平行である、請求項1〜10のいずれかに記載の切削インサート。
  12. 前記下面と前記側面との交線部に位置している下切刃をさらに備え、
    前記下面は平面状の下載置部を有し、前記下載置部は、前記下切刃側に位置している端部よりも前記中心軸側に位置している端部が、前記垂直面を基準にして前記上面側に位置している、請求項1〜11のいずれかに記載の切削インサート。
  13. 前記上面は、第1内角を備えている2つ以上の主コーナーと、前記第1内角よりも大きい第2内角を備えている2つ以上の副コーナーとを交互に有し、
    前記2つ以上の主コーナーは前記第1コーナーを含むとともに、前記2つ以上の副コーナーは前記第2コーナーを含む、請求項1〜12のいずれかに記載の切削インサート。
  14. 前記上切刃は、前記2つ以上の主コーナーのうちの第1主コーナーから、前記2つ以上の副コーナーのうちの前記第1主コーナーに隣接している第1副コーナーおよび第2副コーナーのそれぞれに向かって順に、前記コーナー切刃、前記副切刃および前記主切刃を有している、請求項13に記載の切削インサート。
  15. 請求項1〜14のいずれかに記載の切削インサートと、
    前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備え、
    前記切削インサートは、前記上切刃のうち前記第1コーナーから前記第2コーナーに渡る切削部のアキシャルレーキ角が正である、切削工具。
  16. 請求項13または14に記載の切削インサートと、
    前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備え、
    前記切削インサートは、前記上切刃のうち前記第1主コーナーから隣接している前記第1副コーナーに渡る第1主切削部のアキシャルレーキ角が正であり、且つ、前記上切刃のうち前記第1副コーナーから隣接している第2主コーナーに渡る非切削部のアキシャルレーキ角が負である、切削工具。
  17. 前記切削インサートは、前記上切刃のうち前記第1主コーナーと前記第2主コーナーとを結ぶ直線のアキシャルレーキ角が負である、請求項16に記載の切削工具。
  18. 請求項15〜17のいずれかに記載の切削工具を前記ホルダの回転軸を基準に回転させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記上切刃を被削材の表面に接触させる工程と、
    前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、を備える、切削加工物の製造方法。
  19. 前記上切刃を被削材の表面に接触させる工程は、
    回転している前記切削工具を、前記回転軸に対して垂直な方向に移動させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記上切刃のうち前記第1主コーナーから隣接している前記第1副コーナーに渡る第1主切削部を、被削材の表面に接触させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記上切刃のうち前記第1主コーナーと前記第2副コーナーとの間に位置している副切刃を、前記第1主切削部と接触することによって形成された前記被削材の被削面に接触させる工程と、を有する、請求項18に記載の切削加工物の製造方法。
  20. 前記上切刃を被削材の表面に接触させる工程は、
    回転している前記切削工具を、前記回転軸に対して平行な方向に移動させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記上切刃のうち前記第1主コーナーから隣接している前記第2副コーナーに渡る第2主切削部を、被削材の表面に接触させる工程と、
    回転している前記切削工具の前記上切刃のうち前記第1主コーナーと前記第1副コーナーとの間に位置している副切刃を、前記第2主切削部と接触することによって形成された前記被削材の被削面に接触させる工程と、を有する、請求項18に記載の切削加工物の製造方法。
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