JPWO2016186113A1 - 切削インサート、工具ボデーおよび切削工具 - Google Patents

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Abstract

本発明の切削インサートは、第1の端面と、第1の端面と対向する第2の端面と、第1および第2の端面の間をつなぐ周側面とを有する切削インサートであって、周側面は、すくい面と、前部逃げ面と、すくい面と前部逃げ面との交差稜線部に位置する第1の切れ刃とを含む。第1の端面は、中央面と、中央面に対して前部逃げ面側に位置する側部逃げ面とを含む。すくい面に対向する方向からみて、中央面と周側面との交差稜線部を第1の稜線とし、側部逃げ面と周側面との交差稜線部を第2の稜線とし、すくい面に対向する方向からみて、第1の切れ刃と第1の稜線とのなす角を第1の角度αとし、第1の切れ刃と第2の稜線とのなす角を第2の角度βとすると、第1の角度αは第2の角度βよりも小さい。

Description

本発明は、切削工具に着脱自在に装着される切削インサート、その切削インサートを装着する工具ボデーおよび切削工具に関する。
従来の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具には、特許文献1に示すようなものがある。すなわち、切削インサートは、2つの端面(上面2、下面3)と、それらの端面の間をつなぐ周側面(側面4)とを有する切削インサートであって、周側面は、直線状の前切れ刃(切刃5)と、すくい面と、前逃げ面9とを含む。前切れ刃と、一方の端面(下面3)とは鋭角をなしている。別の表現をすると、すくい面に対向する方向からみて、前切れ刃と、一方の端面(下面3)と周側面との交差稜線とは、90°から角度αだけ小さくされ、鋭角をなしている。また、この切削インサートを装着する工具ボデーおよび切削工具が開示される。特許文献1の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具は、溝入れ加工または突っ切り加工に適応する。
特開2003−11005号公報
特許文献1の従来の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具は、被加工物の隅部に溝加工をする場合などに、切削インサートの端面と被加工物との間に切りくずが挟まり、被加工物または切削インサートが損傷することがある。すなわち、すくい面に対向する方向からみて、前切れ刃と、下面と周側面との交差稜線と、のなす角が90°から僅かに(角度αは1°から2°程度)小さいだけなので、下面と被加工物との隙間が小さく、切りくずが挟まりやすい問題があった。
本発明の切削インサートは、第1の端面と、第1の端面と対向する第2の端面と、第1および第2の端面の間をつなぐ周側面とを有する切削インサートであって、周側面は、すくい面と、前部逃げ面と、すくい面と前部逃げ面との交差稜線部に位置する第1の切れ刃とを含む。第1の端面は、中央面と、中央面に対して前部逃げ面側に位置する側部逃げ面とを含む。すくい面に対向する方向からみて、中央面と周側面との交差稜線部を第1の稜線とし、側部逃げ面と周側面との交差稜線部を第2の稜線とし、すくい面に対向する方向からみて、第1の切れ刃と第1の稜線とのなす角を第1の角度αとし、第1の切れ刃と第2の稜線とのなす角を第2の角度βとすると、第1の角度αは第2の角度βよりも小さい。
本発明の工具ボデーは、本発明の切削インサートを着脱自在に装着するための切削工具の工具ボデーであって、切削インサートの第2の端面と当接するチップ座の底面を備える。
本発明の切削工具は、本発明の切削インサートを備える切削工具である。
この発明によれば、切削インサートと被加工物との間に切りくずが挟まることが抑制または防止される。
本発明の一実施形態における切削インサートの斜視図である。 図1に示す切削インサートの右側面図である。 図1に示す切削インサートの正面図である。 図1に示す切削インサートの平面図である。 図1に示す切削インサートの底面図である。 図1に示す切削インサートをすくい面に対向する方向からみた模式図である。 本発明の一実施形態における切削工具の斜視図である。 図7に示す切削工具の平面図である。 図8の部分拡大図である。 図7に示す切削工具の右側面図である。 図7に示す切削工具の正面図である。 図7に示す切削工具から切削インサートを取り外した状態の拡大斜視図である。
本発明を適用した一実施形態の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具について図面を参照しながら説明する。図1から図5に示すように、この実施形態における切削インサート1は、対向する2つの端面2、3と、周側面4とを有する。周側面4は、2つの端面2、3の間をつないでいる。2つの端面2、3のほぼ中央には、貫通穴を備える。図2に示すように、2つの端面2、3の輪郭形状は、4つの角部を有する。周側面4は、4つの角部に対応する位置に4つの切れ刃5を備える。切れ刃5は、すくい面6と逃げ面との交差稜線部に形成される。すくい面6は、周側面4に形成されている。4つの切れ刃のそれぞれは、互いに180°回転対称な形状とされている。2つの端面2、3のそれぞれに対向する方向からみて、切削インサート1は、180°回転対称な形状とされている。また切削インサート1は、2つの端面2、3を互いに入れ替えるように裏返す方向に対しても、180°回転対称な形状とされている。したがって、この切削インサート1は、1つの切れ刃5が損傷して使用できなくなっても、他の3つの切れ刃5と向きを入れ替えて、少なくとも4回使用することができ、経済的である。4つの切れ刃5は、その形状および機能が同様であるため、以降は1つの切れ刃5のみについて説明し、他の3つの切れ刃5に関する説明は省略する。図2において、各々の切れ刃5が形成された各々の角部の左右方向の距離は、約18mmとされている。各々の角部の上下方向の距離は、約20mmとされている。2つの端面2、3の間の寸法である厚さは、約4mmとされている。しかし、これらの寸法に限定されない。なお説明の中で、上下左右など空間内の位置や方向を示す用語を用いる場合があるが、それらの用語は本発明を限定するものではなく、それらの用語に基づいて本発明が限定的に解釈されることを意図しない。
周側面4は、前部逃げ面7aをさらに備える。ここでは、前部逃げ面7aとすくい面6との交差稜線部に形成される切れ刃5を、第1の切れ刃5aと呼称する。切れ刃5は、第1の切れ刃5aの一端に接続する第1のコーナ切れ刃5bおよび他端に接続する第2のコーナ切れ刃5cを含む。さらに切れ刃5は、第1のコーナ切れ刃5bに接続する第1の側部切れ刃5dと、第2のコーナ切れ刃5cに接続する第2の側部切れ刃5eとを含む。すなわち、切れ刃5は、順に第1の側部切れ刃5d、第1のコーナ切れ刃5b、第1の切れ刃5a、第2のコーナ切れ刃5cおよび第2の側部切れ刃5eによって構成されている。2つの端面の一方を第1の端面2とし、他方の端面を第3の端面3とする。ここでは、第1の側部切れ刃5d側の端面を第1の端面2とする。第1の切れ刃5aが作用切れ刃とされるとき、第3の端面3は、工具ボデー21のチップ座22と当接する着座面を有する。第2の端面2は、中央面2aを含む。中央面2aは、切削インサート1が第1の端面2と第2の端面3とを反転して使用されるとき、着座面として作用する。
第2の端面2は、中央面2aよりも前部逃げ面7a側に形成された側部逃げ面7bを含む。この実施形態における切削インサート1は、側部逃げ面7bとすくい面6との交差稜線部に第1の側部切れ刃5dが形成されている。なお、第1のコーナ切れ刃5bに対応する逃げ面を、コーナ逃げ面7cと呼称することができる。側部逃げ面7bは、コーナ逃げ面7cを挟んで前部逃げ面7aに隣接している。すなわち、側部逃げ面7bは、コーナ逃げ面7cを介して前部逃げ面7aに接続している。また側部逃げ面7bは、中央面2aへ接続面を介して接続している。この実施形態における切削インサート1の接続面は、段状に形成されているが、これに限定されない。この接続面は、側部逃げ面7bと中央面2aとを接続できれば、どのような形状とされても構わない。また接続面が形成されず、側部逃げ面7bと中央面2aとが直接接続されても構わない。すくい面6は、チップブレーカが形成されるように凹状に湾曲している。チップブレーカにより正のすくい角が付与され、切削抵抗を軽減することができる。チップブレーカの形状は、この実施形態の形状に限定されず、既知の様々な形状が適用できる。この実施形態における切削インサート1は、溝入れ加工または突っ切り加工に適する。
ここでは、図4に示すようにすくい面6に対向する方向からみて、中央面2aと周側面4との交差稜線部を第1の稜線11と定め、側部逃げ面7bとすくい面6との交差稜線部を第2の稜線12と定める。また図6に模式的に示すように、すくい面6に対向する方向からみて、第1の切れ刃5aと第1の稜線11とのなす角を第1の角度αと定め、第1の切れ刃5aと第2の稜線12とのなす角を第2の角度βと定める。第1の角度αは第2の角度βよりも小さくされる。なお、この実施形態における切削インサート1で、第2の稜線12は、第1の側部切れ刃5dと一致する。第1の角度αが第2の角度βよりも小さくされることにより、すくい面6に対向する方向からみて、第1の側部切れ刃5dと、中央部2aの第1の稜線11とは屈曲するように配置される。なお、この実施形態における切削インサート1のように、すくい面6が湾曲面である場合、すくい面6に対向する方向とは、すくい面6を含む周側面4に対向する方向を意味し、すなわち図4に示す平面視を意味する。
切削インサート1の切れ刃5周辺の材料は、超硬合金、サーメット、セラミック、ダイヤモンド、立方晶窒化ほう素を含有する焼結体等の硬質材料又はこれら硬質材料の表面にPVD又はCVDコーティング膜を被膜したものの中から選ばれるとよい。また切れ刃5以外の切削インサート1の部分の材料も、同様の硬質材料などとされることが好ましい。
図7から図12に示すように、第2の端面3は、切削インサート1を工具ボデー21へ装着するときに、チップ座22の底面22aと当接し、周側面4は、チップ座の2つの壁面部分22b1、22b2と当接する。チップ座22の底面22aは、切削インサート1と最も広く接触する面である。チップ座22の壁面部分22b1、22b2は、底面22aに対して壁状に立ち上がる面である。切削インサート1の周側面4は、チップ座22の壁面部分22b1、22b2と当接する保持部分である第1および第2の保持部分8a、8bを備える。ここでは図10または図12において、下側に位置する保持部分8を、第1の保持部分8aとし、上側に形成される保持部分8を、第2の保持部分8bとする。したがって、作用切れ刃である第1の切れ刃5aに加わる切削抵抗の内、主分力を主に受ける保持部分8が、第1の保持部分8aとなる。切削抵抗の主分力は、作用切れ刃に対して、上側から下側に向かって主に作用するため、下側に形成される第1の保持部分8aが切削抵抗の主分力を主に受けるのである。第2の保持部分8bを第1の保持部分8aと協働させることで、切削インサート1を工具ボデー21のチップ座22へ固定する。第1の保持部分8aは、切削インサート1の周方向において離間配置された、少なくとも2つの当接面10を有する。2つの当接面10は、それぞれ凹部9の一部として形成され、互いに向かい合うように配置されている。また第2の保持部分8bは、少なくとも1つの当接面10を有する。第2の保持部分8bの当接面10も、凹部9の一部として形成されている。切削インサート1は、チップ座22の2つの壁面部分22b1、22b2と、3つの当接面10が当接することで工具ボデー21に安定的に固定される。前述のとおり、この実施形態における切削インサート1は、180°回転対称に形成されており、第2の保持部分8bの当接面10は、第1の保持部分8aの当接面10と、180°回転対称な形状および配置とされている。すなわち、4つの当接面10が形成され、そのうちの3つがチップ座22の2つの壁面部分22b1、22b2と当接する。
図7から図12に示すように、この実施形態における切削工具20は、旋盤用のバイトとされる。より詳細には、自動盤とも呼ばれる小型旋盤用の小型バイト、すなわち小さな旋削工具とされる。前述のとおり、この実施形態における切削インサート1は、溝入れ加工や突っ切り加工に適するため、この切削工具20は、溝入れ加工や突っ切り加工に適する。この実施形態における切削工具20の工具ボデー21は、シャンクの断面形状が各辺12mmの正方形とされる。小型旋盤は、高能率な切削加工を可能とするため、多数の切削工具がくし型刃物台などに密集するように装着される。そのため使用される切削工具は、シャンクの断面形状が各辺10mmから16mm程度の小型バイトであることが好ましい。しかし、これに限定されない。本発明は、ねじ切り加工用など、様々な用途の切削工具に適用できる。また、小型旋盤用にも限定されず、シャンクの断面形状が各辺20mm以上のバイトにも適用することもできる。
この実施形態における切削工具20のクランプ部材30は、締め付けねじ30とされる。締め付けねじ30は、切削インサート1の貫通穴を通って、チップ座22に形成されるねじ穴と螺合する。しかし、クランプ部材30は、この実施形態に限定されない。レバーによるクランプ方法など、既知の様々な切削インサート1の装着方法が適用できる。
前述のとおり、チップ座22の壁面は、2つの面部分である壁面部分22b1、22b2を含む。すなわち、切削インサート1の第1の保持部分8aと当接する第1の壁面部分22b1と、第2の保持部分8bと当接する第2の壁面部分22b2とを含む。第1の壁面部分22b1と第2の壁面部分22b2との間の、図12で右側に示す壁面は、切削インサート1と接触しないように形成されている。また壁面の一部に、図12で左側に示す開放部が形成されている。この開放部から切削インサート1が突き出されることで、作用切れ刃である第1の切れ刃5aが工具ボデー21に対して突き出される。第1および第2の壁面部分22b1、22b2は、それぞれ第1および第2の保持部分8a、8bと対応して当接する形状とされている。すなわち、この実施形態における切削工具20の第1の壁面部分22b1は、凸曲面部を有する。また第2の壁面部分22b2も凸曲面部を有する。しかし、これらに限定されず、チップ座22の第1および第2の壁面部分22b1、22b2は、切削インサート1の第1および第2の保持部分8a、8bと当接し、切削インサート1を固定できる形状であれば、どのような形状でも構わない。チップ座22の第1および第2の壁面部分22b1、22b2は、作用切れ刃に加わる切削抵抗を受けても切削インサート1が動かないように、下側となる第1の壁面部分22b1が少なくとも2箇所で、切削インサート1の第1の保持部分8aに形成された2つの当接面10と、それぞれ当接するとよい。上側となる第2の壁面部分22b2は、少なくとも1箇所が、切削インサート1の第2の保持部分8bに形成された当接面10と、当接するとよい。そのように、お互いが離れた位置に配置され、なおかつ当接面10の向きが異なる3箇所で、切削インサート1とチップ座22の壁面とが当接すれば、切削インサート1がチップ座22へ強固に確実に固定される。
工具ボデー21の先端側、かつ上側には、切りくずポケット24が形成されている。切りくずポケットは、溝加工や突っ切り加工などの際の切りくずを、加工される溝の外にスムースに排出するための空間である。
次に、各構成の作用・効果について説明する。前述のとおり、すくい面6に対向する方向からみて、第1の角度αは第2の角度βよりも小さくされる。このように中央面2aが形成されると、フランジ部分などのある被加工物の隅部に溝加工をする場合などに、すくい面6に対向する方向からみて、前切れ刃とも称することが可能な第1の切れ刃5a、第1のコーナ切れ刃5bおよび第2のコーナ切れ刃5cによって定められる加工溝の幅に対して、まずは第2の角度βだけ逃げた後、さらに第1の角度αへ角度を変えて屈曲することにより、中央面2aが溝の加工面やフランジ部分などから大きく逃がされる。すなわち、角度が変化することによって、被加工物と中央面2aとの隙間を大きくすることができる。このため、被加工物と中央面2aとの間に切りくずなどが挟まりにくくなり、切削インサート1の損傷や被加工物の加工品位の低下が抑制または防止される。すなわち、切削インサート1の工具寿命が延長される。または、被加工物の加工品位が向上する。第1の角度αは、75°以上、かつ87°以下の範囲に形成されることが好ましい。また第1の角度αと第2の角度βとの角度差は、1°以上、かつ10°以下の範囲に形成されることが好ましい。第2の角度βは、85°以上、かつ89°以下の範囲に形成されることが好ましい。これらの角度範囲に切削インサート1が形成されることで、被加工物と中央面2aとの隙間が必要かつ十分な大きさになり、切削インサート1の損傷や被加工物の加工品位の低下が抑制または防止される。第2の角度βは、85°未満にされると、すくい面6の幅が急激に狭くなり、切削インサート1の強度が不足する虞がある。切削インサート1の強度が不足すると、切削インサート1が折損する場合がある。このため、切削条件に制約が生じる場合がある。第2の角度βは、89°を超えて90°に近づくと、側部逃げ面7bと被加工物との隙間が小さくなり、切りくずが挟まりやすくなる。第1の角度αは、75°未満にされると、第2の角度βと同様に、切削インサート1の強度が不足する虞がある。第1の角度αは、87°を超えると、中央面2aと被加工物との隙間が小さくなり、切りくずが挟まりやすくなる。
切りくずポケット24は、内方に向かって凹む凹曲面として形成されることが好ましい。切りくずポケット24は、作用切れ刃である第1の切れ刃5aに対して、上方に突出する障害物を減ずるように形成される。上方凸部23がなければ、切りくずポケット24がなくても切りくずの排出はスムースに行われる。しかし前述のとおり、この実施形態における切削インサート1および切削工具20では、第2の保持部分8bと当接する第2の壁面部分22b2が必要であるため、工具ボデー21には、上方凸部23が必要である。このため、切りくずの排出のために、切りくずポケット24が形成される。凹曲面状の切りくずポケット24の曲率半径Rは、図10に示す側面視(右側面図)において、2mm以上、かつ20mm以下の範囲に形成されることがさらに好ましい。このような曲率半径Rとされると、切りくずの排出がよりスムースになる。曲率半径Rが2mm未満のときは、切りくずが切りくずポケット24に引っかかりやすくなり、切りくずのスムースな排出が阻害される。逆に、曲率半径Rが20mmを超えると、切りくずポケット24の深さが不足し、空間(ポケット)としての機能が不足する。
図8および図9に示す平面視において、上方凸部23の先端側の頂部は、先端に向かうにつれ幅が漸次小さくなるように形成されている。このような形状に上方凸部23が形成されると、切りくずポケット24との相乗効果が生じ、切りくず排出性がさらに向上する。平面視において、上方凸部23の先端側の頂部の輪郭形状は、流線形にされると、さらに好ましい。しかし、これに限定されず、切りくず排出のじゃまをしない形状であれば、どのような形状でも構わない。
本発明の切削インサート1は、粉末加圧成形および焼結で製造することができる。さらに、焼結後に研削加工を行って、寸法精度の高い切削インサートとすることもできる。本発明の工具ボデー21は、切削加工で製造することができる。
本発明の切削インサートおよび切削工具は、以上に説明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範囲内で種々の変更及び追加が可能である。例えば、旋盤用の切削工具に限定されず、回転切削工具にも適用できる。
1 切削インサート
2 第1の端面
2a 中央面
3 第2の端面
4 周側面
5 切れ刃
5a 第1の切れ刃
5b 第1のコーナ切れ刃
5c 第2のコーナ切れ刃
5d 第1の側部切れ刃
5e 第2の側部切れ刃
6 すくい面
7a 前部逃げ面
7b 側部逃げ面
7c コーナ逃げ面
8a 第1の保持部分
8b 第2の保持部分
9 凹部
10 当接面
11 第1の稜線
12 第2の稜線
20 切削工具
21 工具ボデー
22 チップ座
22a チップ座の底面
22b1、22b2 チップ座の第1および第2の壁面部分
23 上方凸部
24 切りくずポケット
30 締め付けねじ
R 切りくずポケットの曲率半径
α 第1の角度
β 第2の角度

Claims (14)

  1. 第1の端面(2)と、該第1の端面(2)と対向する第2の端面(3)と、該第1および第2の端面(2、3)の間をつなぐ周側面(4)とを有する切削インサート(1)であって、
    前記周側面(4)は、すくい面(6)と、前部逃げ面(7a)と、該すくい面(6)と該前部逃げ面(7a)との交差稜線部に位置する第1の切れ刃(5a)とを含み、
    前記第1の端面(2)は、中央面(2a)と、該中央面(2a)よりも前記前部逃げ面(7a)側に位置する側部逃げ面(7b)とを含み、
    前記すくい面(6)に対向する方向からみて、前記中央面(2a)と前記周側面(4)との交差稜線部を第1の稜線(11)とし、前記側部逃げ面(7b)と前記周側面(4)との交差稜線部を第2の稜線(12)とし、
    前記すくい面(6)に対向する方向からみて、前記第1の切れ刃(5a)と前記第1の稜線(11)とのなす角を第1の角度(α)とし、前記第1の切れ刃(5a)と前記第2の稜線(12)とのなす角を第2の角度(β)とすると、
    前記第1の角度(α)は前記第2の角度(β)よりも小さい切削インサート(1)。
  2. 前記第2の角度(β)は、85°以上、かつ89°以下の範囲とされる請求項1に記載の切削インサート(1)。
  3. 前記第1の角度(α)は、75°以上、かつ87°以下の範囲とされる請求項1または2に記載の切削インサート(1)。
  4. 前記第1の角度(α)と第2の角度(β)との角度差は、1°以上、かつ10°以下の範囲とされる請求項1から3のいずれか一項に記載の切削インサート(1)。
  5. 前記第1の切れ刃(5a)の両側に、各々のコーナ切れ刃(5b、5c)を介して、側部切れ刃(5d、5e)を有する請求項1から4のいずれか一項に記載の切削インサート(1)。
  6. 突っ切り加工または溝入れ加工に用いられる請求項1から5のいずれか一項に記載の切削インサート(1)。
  7. 前記周側面(4)は、少なくとも2つの保持部分(8a、8b)を備え、
    前記保持部分(8a、8b)は、それぞれ当接面(10)を有する凹部(9)を有する請求項1から6のいずれか一項に記載の切削インサート(1)。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の切削インサート(1)を着脱自在に装着するための切削工具(20)の工具ボデー(21)であって、
    前記切削インサート(1)の前記第2の端面(3)と当接するチップ座(22)の底面(22a)を備える工具ボデー(21)。
  9. 前記切削インサート(1)の前記周側面(4)は、少なくとも2つの保持部分(8a、8b)を備え、
    前記2つの保持部分(8a、8b)は、それぞれ当接面(10)を有する凹部(9)を有し、
    該工具ボデー(21)のチップ座(22)は、前記当接面(10)に当接する少なくとも2つの壁面部分(22b1、22b2)を備える請求項8に記載の工具ボデー(21)。
  10. 前記切削インサート(1)の前記保持部分(8a、8b)のうち、第1の保持部分(8a)は、前記第1の切れ刃(5a)からみて、前記すくい面(6)側に配置され、
    前記第1の保持部分(8a)と当接する第1の壁面部分(22b1)は、該工具ボデー(21)の先端側、かつ上方に位置し、
    前記第1の壁面部分(22b1)を含む上方凸部(23)を有し、
    前記上方凸部(23)は、少なくとも1つの切りくずポケット(24)を備える請求項9に記載の工具ボデー(21)。
  11. 前記切りくずポケット(24)は、内方に向かって凹む凹曲面として形成される請求項10に記載の工具ボデー(21)。
  12. 側面視において、凹曲面状の前記切りくずポケット(24)の曲率半径(R)は、2mm以上、かつ20mm以下の範囲とされる請求項11に記載の工具ボデー(21)。
  13. 平面視において、上方凸部(23)の先端側の頂部は、先端に向かうにつれ幅が漸次小さくなる請求項10に記載の工具ボデー(21)。
  14. 請求項1から7のいずれかに記載の切削インサート(1)を備える切削工具。
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