JPWO2016006425A1 - 切削インサートと正面フライスカッタ - Google Patents

Abstract

すくい面（５）と側面（６）との交差稜で形成される切れ刃（４）を有し、その切れ刃は、主切れ刃（４ａ）、サラエ刃（４ｃ）及びその主切れ刃とサラエ刃間に配置されるチャンファー刃（４ｂ）を備えた正面フライスカッタ用の切削インサート（１）であって、前記サラエ刃側の側面を直視した図における前記チャンファー刃の設置領域長さＬ２と主切れ刃の設置領域長さＬ３の比率がＬ２：Ｌ３＝２：８〜５：５に設定され、かつ、前記チャンファー刃（４ｂ）の前記サラエ刃（４ｃ）に対する傾斜角θ１と前記主切れ刃（４ａ）の前記サラエ刃（４ｃ）に対する傾斜角θ２がθ１＜θ２の関係に設定された切削インサート。

Description

本発明は、切削インサートとそれを用いた正面フライスカッタに関する。

アルミニウムに代表される軟質材の切削加工では、単結晶ダイヤモンドなどを刃先に用いた切削インサートが使用されている。

単結晶ダイヤモンドの刃先を有する切削インサートは、アルミニウムなどの加工では優れた耐溶着性を発揮し、高速切削を可能ならしめる。

ところが、正面フライスカッタによる軟質材、例えば、アルミニウムの加工では、カッタが切り抜ける側のワーク側面と加工面の交差部（コーナ）にバリが生じることが問題となっている。

そのバリは、切屑の厚みを薄くすることや、カッタの切れ味を高めることで抑制することができる。

このうち、カッタの切れ味は、アキシャルレーキやラジアルレーキを正の角度に設定することによって高めることができる。

また、切屑厚みは、加工時のカッタ送りを小さくすれば薄くなるが、その方法では加工能率が低下することから、切屑厚みを薄くするための他の手法として、工具軸と平行な主切れ刃の先端（加工面を均すサラエ刃との間）にチャンファーと称される面取りを施すことが一般的に行われている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平８−１４１８２２号公報

上述したように、主切れ刃の先端（加工面を均すサラエ刃との間）にチャンファーを付すと、刃先にダイヤモンドなどの脆性の高い材料を用いたフライスカッタは特に、主切れ刃とチャンファー部の交点付近が欠け易くなる。

また、軸方向の切込みを大きくした加工では、主切れ刃によって削り取られた切屑が良好に分断されずに排出されてサラエ刃周辺に噛み込み、それが原因で切れ刃が損傷したり、加工面が傷つけられたりすることもある。

本発明は、正面フライスカッタによる軟質材加工でのバリの抑制と切屑排出性の改善を図りつつ、切削インサートの切れ刃に形成されるコーナの強度を高めることを目的とする。

本発明に一態様における切削インサートは、正面フライスカッタ用であって、すくい面と側面との交差稜で形成される切れ刃を有し、その切れ刃は、主切れ刃、サラエ刃及びその主切れ刃とサラエ刃間に配置されるチャンファー刃を備える。

その切削インサートの切れ刃は、前記サラエ刃側の側面を直視した図における前記チャンファー刃の設置領域長さＬ２と主切れ刃の設置領域長さＬ３の比率がＬ２：Ｌ３＝２：８〜５：５に設定され、かつ、前記チャンファー刃の前記サラエ刃に対する傾斜角θ_１と前記主切れ刃の前記サラエ刃に対する傾斜角θ_２がθ_１＜θ_２の関係に設定されたものになっている。

かかる切削インサートは、工具本体の前面にサラエ刃が、工具本体の外周に主切れ刃がそれぞれ配置され、さらに、前記傾斜角θ_２が４５°〜８０°となる姿勢にして工具本体の先端外周に装着する。

本発明は、そのような構造を有する正面フライスカッタも併せて提供する。

本発明の一態様にかかる切削インサートは、軟質材の加工におけるバリが抑制され、切屑の排出性も向上する。

また、サラエ刃とチャンファー刃が交差したコーナの強度も高まり、そのコーナの欠損が抑制される。

本発明の一態様にかかる切削インサートを示す斜視図である。 図１の切削インサートの前面図である。 図１の切削インサートの側面図である。 図１の切削インサートの正面図である。 図１の切削インサートの背面図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 図１の切削インサートを用いた正面フライスカッタの一例を示す斜視図である。 図７の正面フライスカッタの側面図である。 図７の正面フライスカッタの正面図である。 チャンファー刃の傾斜角θ_１とバリ、コバ欠けの発生状況の関係を示す図（ワークのカッタ切り抜け側のコーナ性状を示す写真）である。 主切れ刃の傾斜角θ_２と切屑の処理状況の関係を示す図である。 チャンファー刃の傾斜角θ_１と主切れ刃の傾斜角θ_２の関係の評価結果をまとめた図表である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様にかかる切削インサートは、正面フライスカッタ用の切削インサートであって、すくい面と側面との交差稜で形成される切れ刃を有し、その切れ刃は、主切れ刃、サラエ刃及びその主切れ刃とサラエ刃間に配置されるチャンファー刃を備える。

前記サラエ刃側の側面を直視した図における前記チャンファー刃の設置領域長さＬ２と主切れ刃の設置領域長さＬ３の比率はＬ２：Ｌ３＝２：８〜５：５となっている。ここで言うチャンファー刃と主切れ刃の設置領域長さは、それらの切れ刃の実寸よりも短い。

また、前記チャンファー刃の前記サラエ刃に対する傾斜角（以下では単に傾斜角と言う）θ_１と前記主切れ刃の前記サラエ刃に対する傾斜角θ_２は、θ_１＜θ_２の関係に設定されている。その傾斜角は、好ましい数値として、θ_１＝１０°〜３０°、θ_２＝４５°〜８０°が挙げられる。

なお、サラエ刃側の側面を直視した図とは、切削インサートをカッタ本体に装着した状態においてサラエ刃側の側面をカッタ軸方向に見た図を言う。

また、前記傾斜角θ_１とθ_２は、使用状態においてフェース角が０°（カッタの軸心と垂直）のサラエ刃を基準にした角度とする。

上記の関係を満たした切削インサートは、チャンファー刃が主切れ刃の一部として機能しながらワーク切り抜け側でのバリを抑制する。

そのチャンファー刃の前記傾斜角θ_１は、４５°では過大すぎてカッタ切り抜け側でのワークコーナにおけるバリやコバ欠け（欠損）の発生原因となるので傾斜角θ_１は３０°以下にするのがよい。

また、その傾斜角θ_１を１０°以上にすることでチャンファー刃が有効に機能する。これ等の作用により、傾斜角θ_１＝１０°〜３０°の場合、バリとコバ欠けが抑制されて性状のよい加工面が得られる。

また、上記の関係を満たすと、主切れ刃とチャンファー刃の２者からなる切れ刃のカッタ軸方向長さＬ４とその２者からなる切れ刃のカッタ径方向長さ（Ｌ２＋Ｌ３）について｛Ｌ４＞（Ｌ２＋Ｌ３）｝の関係が成立し、軸方向の切り込みの大きな加工にも対応可能となる。

さらに、チャンファー刃の傾斜角θ_１を１０°〜３０°、主切れ刃の傾斜角θ_２を４５°〜８０°にそれぞれ設定したことで、チャンファー刃と主切れ刃が交差したコーナＣのコーナ角（チャンファー刃と主切れ刃のなす角）θ３が１１０°以上になる。そのために、コーナＣが強化され、同コーナの耐欠損性が高まって耐久性が向上する。

このほか、主切れ刃の傾斜角θ_２を４５°以上にしたことで、切屑の流出方向が加工面から離反する方向になり、さらに、傾斜角θ_２＝９０°の切削インサートとの比較において、主切れ刃に削られてカールした切屑の径が小さくなってその切屑が細かく分断される。

これにより、サラエ刃周辺における切屑の噛み込みが起こり難くなり、切屑の噛み込みに起因した切れ刃の損傷や加工面の傷つきも抑制されるようになる。

また、主切れ刃の傾斜角θ_２を８０°以下にしたことで、主切れ刃に加工される切屑の厚みが、θ_２＝９０°の切れ刃による切屑厚みに比べて薄くなる。チャンファー刃も同様であり、そのチャンファー刃の傾斜角θ_１が仮に２５°に設定されているとしたら、θ_２＝９０°の切れ刃に比べて切屑厚みは８０％程度に減少する。このために、切削主分力が小さくなって切削抵抗が低減される。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施の形態にかかる切削インサートと正面フライスカッタの具体例を、添付図面の図１〜図９を参照しつつ説明する。

本発明の一態様にかかる切削インサートの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれ等の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１〜図６に示した切削インサート１は、台金２の上面の片方のコーナ部に、単結晶ダイヤモンドやダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）の刃先チップ３を接合して構成されている。

刃先チップ３には、切れ刃４が設けられている。図６に詳しく示すように、すくい面５と側面６との交差稜で形成されるその切れ刃４は、主切れ刃４ａと、チャンファー刃４ｂと、サラエ刃４ｃからなる。

チャンファー刃４ｂのサラエ刃４ｃに対する傾斜角（＝サラエ刃に加工される面に対する傾斜角）θ_１は、１０°〜３０°に設定されている。

また、フェース角＝０°のサラエ刃４ｃに対する主切れ刃４ａの傾斜角θ_２は、４５°〜８０°に設定され、チャンファー刃４ｂと主切れ刃４ａが交わったコーナＣのコーナ角θ_３は１１０°以上となっている。そのために、コーナＣの欠けが抑制される。

主切れ刃４ａとチャンファー刃４ｂは、サラエ刃４ｃ側の側面をカッタ軸方向に直視した図（図６の矢視Ａ方向視図）におけるチャンファー刃４ｂの設置領域長さをＬ２、主切れ刃４ａの設置領域長さをＬ３として両者の比率Ｌ２：Ｌ３が２：８〜５：５に設定されている。

Ｌ２：Ｌ３＝２：８よりもＬ２が小さくＬ３が大きい場合、チャンファー刃４ｂが有するバリを抑制する効果が小さくなるので、効率的にバリを抑制することができない。

Ｌ２：Ｌ３＝５：５よりもＬ２が大きくＬ３が小さい場合、チャンファー刃４ｂの切屑の排出方向への影響が大きくなるので、切屑が分断されずに排出されるという不具合が発生する。

上記の設定により、主切れ刃４ａとチャンファー刃４ｂの２者からなる切れ刃のカッタ軸方向長さＬ４と同切れ刃のカッタ径方向長さ（Ｌ２＋Ｌ３）について、｛Ｌ４＞（Ｌ２＋Ｌ３）｝の関係が成立している。

また、図６の矢視Ａ方向視図におけるサラエ刃４ｃの設置領域長さＬ１は、｛Ｌ１＞（Ｌ２＋Ｌ３）｝の関係が成立する長さにしており、そのために、サラエ刃４ｃが仕上げる加工面の面粗さを高めることができる。

なお、図示の切削インサートのサラエ刃４ｃはフェース角＝０°の直線の刃になっているが、そのサラエ刃４ｃは、フェース角の付された刃や凸円弧状に湾曲した刃であっても構わない。そのようなサラエ刃を有する切削インサートについては、サラエ刃がフェース角０°の刃と考えてチャンファー刃と主切れ刃の傾斜角を設定する。

次ぎに、上記切削インサート１を使用したこの発明の実施形態にかかる正面フライスカッタの具体例を添付図面の図７〜図９に基づいて説明する。

図示の正面フライスカッタ１０は、工具本体１１、切削インサート１、クランプ機構１２及び刃振れ調整機構１３を備えている。

工具本体１１には、切削インサート１を支持するインサート支持座１４と、そのインサート支持座に対面した切屑ポケット１５が周方向に定ピッチで外周に複数設けられている。

切削インサート１は、サラエ刃４ｃが工具本体１１の前面に、主切れ刃４ａが工具本体１１の外周にそれぞれ配置され、さらに、主切れ刃４ａがカッタの軸心と垂直な線に対してθ_２の傾きを有する姿勢にして工具本体１１の先端外周に設けられたインサート支持座１４に装着される。

そして、クランプ機構１２によって工具本体１１に固定される。クランプ機構１２は、楔状のクランプ駒１２ａとそれを楔溝１２ｂに引き込むクランプねじ１２ｃ（図のそれは、工具本体１１にねじ込まれる一端側とクランプ駒１２ａにねじ込まれる他端側に逆ねじを切ったいわゆるＷねじ）を組み合わせた周知の機構である。

刃振れ調整機構１３は、インサート支持座１４のある側から工具本体１１にねじ込まれた調整ねじ１３ａによって構成されている。

調整ねじ１３ａは、回転操作用のピンスパナ（図示せず）を係合させるピン孔を頭部の外周に周方向に定ピッチで設けたねじである。その調整ねじ１３ａは、インサート支持座１４の後方に配置されている。

その調整ねじ１３ａの頭頂面にインサート支持座１４に着座させた切削インサート１を当接させ、工具本体１１に対する調整ねじ１３ａのねじ込み量を増減させることで、各切削インサート１の刃先の軸方向位置を揃えるようにしている。

このように構成された正面フライスカッタ１０は、既述の切削インサート１を採用したことで、加工面のカッタ切り抜け部のバリの抑制と切屑排出性の改善が図られ、併せて、切れ刃に形成されるコーナ部の強度も高められ、耐久性向上、加工の安定性向上、加工面の品質向上を期待できるものになる。

チャンファー刃の傾斜角θ_１と主切れ刃の傾斜角θ_２に関する評価試験の結果を以下に記す。

−試験１−
チャンファー刃の傾斜角θ_１の大きさと、バリ、コバ欠けの発生状況の関係を以下の条件で調べた。
評価設備：ＢＴ３０の主軸を有する縦型マシニングセンター
評価工具：住友電工ハードメタル社製ＲＦ４０８０Ｒ（刃数＝１）
切削インサート：単結晶ダイヤモンドの刃先チップに含ませたチャンファー刃の傾斜角θ_１を１０°、２０°、４５°、７５°に設定した４種（傾斜角θ_２の切れ刃は無し）。
被削材 ：ＡＣ４Ｃ−Ｔ５（幅５０ｍｍのアルミニウム合金）
切削条件：切削速度Ｖｃ＝１０００ｍ／ｍｉｎと２３００ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１５ｍｍ、切り込み深さａｐ＝０．５ｍｍ、切り取り幅ａｅ＝５０ｍｍ、湿式切削

この評価試験の結果を図１０に示す。この図１０は、加工したワークのカッタ切り抜け側のコーナをカメラで撮影し、得られた拡大写真の画像をなぞった図である。この図からわかるように、チャンファー刃の傾斜角θ_１が４５°、７５°では、ワークＷの加工面のカッタ切り抜け側のコーナにバリやコバ欠けが生じている。

そのバリやコバ欠けは、傾斜角θ_１が大きいほど顕著である。これに対し、チャンファー刃の傾斜角θ_１が１０°、２０°では、ワークＷの加工面のカッタ切り抜け側のコーナは、バリやコバ欠けの無い良好な性状が確保されている。

−試験２−
主切れ刃の傾斜角θ_２の大きさと、切屑の処理状況の関係を以下の条件で調べた。
評価設備：ＢＴ３０の主軸を有する縦型マシニングセンター
評価工具：住友電工ハードメタル社製カッタ（図７の工具）
切削インサート：単結晶ダイヤモンドの刃先チップに含ませた主切れ刃の傾斜角θ_２を４５°、７５°に設定した２種（傾斜角θ_１の切れ刃は無し）。
被削材 ：ＡＣＤ１２
切削条件：切削速度Ｖｃ＝２２６１ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝９０００ｍｉｎ^−１）、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１５ｍｍ、切り込み深さａｐ＝０．４ｍｍ、切り取り幅ａｅ＝５０ｍｍ、刃数：１枚、乾式切削（撮影のために乾式にした）

この評価試験の結果を図１１に示す。主切れ刃の傾斜角θ_２＝４５°では、切屑が良好にカールして細かく分断されているが、傾斜角θ_２＝７５°では、ストレートに近い状態に延びた切屑が発生している。

なお、図１１の実加工の写真は、撮影のためにｎ＝１０００ｍｉｎ^−１とした。その写真では、切屑の形状と流出方向が明確でないので、その形状と流出方向を模式化した図を図１１に併せて記載した。

試験１，２の評価結果を図１２にまとめる。

−試験３−
主切れ刃の傾斜角θ_２の大きさと、切屑の処理状況の関係を以下の条件で調べた。
評価設備：ＢＴ３０の主軸を有する縦型マシニングセンター
評価工具：住友電工ハードメタル社製カッタ（図７の工具）
切削インサート：単結晶ダイヤモンドの刃先チップに含ませたチャンファー刃の傾斜角θ_１＝１０°、Ｌ２：Ｌ３＝２：８に設定した１種およびチャンファー刃の傾斜角θ_１＝２０°、Ｌ２：Ｌ３＝５：５に設定したもう１種。主切れ刃の傾斜角θ_２はいずれも４５°に設定する。
被削材 ：ＡＣＤ１２
切削条件：切削速度Ｖｃ＝２２６１ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝９０００ｍｉｎ^−１）、１刃当たりの送り量ｆｚ＝０．１５ｍｍ、切り込み深さａｐ＝０．４ｍｍ、切り取り幅ａｅ＝５０ｍｍ、刃数：１枚、

いずれの切削インサートも、切屑が良好にカールして細かく分断されており、ワークＷの加工面のカッタ切り抜け側のコーナは、バリやコバ欠けの無い良好な性状が確保されている。

１ 切削インサート
２ 台金
３ 刃先チップ
４ 切れ刃
４ａ 主切れ刃
４ｂ チャンファー刃
４ｃ サラエ刃
５ すくい面
６ 側面
θ_１ チャンファー刃の傾斜角
θ_２ 主切れ刃の傾斜角
Ｃ チャンファー刃と主切れ刃が交わる位置のコーナ
θ_３ コーナＣのコーナ角
Ｌ１ サラエ刃側の側面を直視した図でのサラエ刃の設置領域長さ
Ｌ２ サラエ刃側の側面を直視した図でのチャンファー刃の設置領域長さ
Ｌ３ サラエ刃側の側面を直視した図での主切れ刃の設置領域長さ
Ｌ４ 切れ刃の切り込み方向設置領域長さ
１０ 正面フライスカッタ
１１ 工具本体
１２ クランプ機構
１２ａ クランプ駒
１２ｂ 楔溝
１２ｃ クランプねじ
１３ 刃振れ調整機構
１３ａ 調整ねじ
１４ インサート支持座
１５ 切屑ポケット

Claims (5)

1. すくい面と側面との交差稜で形成される切れ刃を有し、その切れ刃は、主切れ刃、サラエ刃及びその主切れ刃とサラエ刃間に配置されるチャンファー刃を備えた正面フライスカッタ用の切削インサートであって、
   前記サラエ刃側の側面を直視した図における前記チャンファー刃の設置領域長さＬ２と主切れ刃の設置領域長さＬ３の比率がＬ２：Ｌ３＝２：８〜５：５に設定され、かつ、前記チャンファー刃の前記サラエ刃に対する傾斜角θ_１と前記主切れ刃の前記サラエ刃に対する傾斜角θ_２がθ_１＜θ_２の関係に設定された切削インサート。
2. 前記サラエ刃に対する前記チャンファー刃の傾斜角θ_１＝１０°〜３０°、前記サラエ刃に対する前記主切れ刃の傾斜角θ_２＝４５°〜８０°である請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記サラエ刃側の側面を直視した図における前記サラエ刃の設置領域長さをＬ１として、Ｌ１＞（Ｌ２＋Ｌ３）の条件を満足させた請求項１又は請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記切れ刃の材質が単結晶ダイヤモンド又はダイヤモンド焼結体である請求項１〜請求項３のいずれかひとつに記載の切削インサート。
5. 工具本体と、請求項１〜請求項４のいずれかひとつに記載の切削インサートと、クランプ機構と、刃振れ調整を具備し、前記切削インサートが、工具本体の前面にサラエ刃が、工具本体の外周に主切れ刃がそれぞれ配置され、さらに、前記主切れ刃がカッタの軸心と垂直な線に対して４５°〜８０°の傾きを有する姿勢にして工具本体の先端外周に装着された正面フライスカッタ。

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