WO2010073681A1 - 切削用インサートおよびこれを用いた刃先交換式歯切工具 - Google Patents

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insert
cutting
cutting edge
tool
rake
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吉田悟
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株式会社タンガロイ
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    • B23F21/12—Milling tools
    • B23F21/14—Profile cutters of disc type
    • B23F21/143—Profile cutters of disc type with inserted cutting elements
    • B23F21/146—Profile cutters of disc type with inserted cutting elements in exchangeable arrangement
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    • Y10T407/24—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector
    • Y10T407/245—Cutters, for shaping with chip breaker, guide or deflector comprising concave surface in cutting face of tool

Definitions

  • the present invention relates to a cutting insert used for gear cutting for cutting a tooth gap such as a gear and the like, and particularly to a tool related to cutting of an involute gear, using an edge-changing gear cutting tool using the same.
  • a total shape cutting tool is used for gear cutting by a molding method in which the tooth profile of the gear is cut with a blade profile having the same contour as the gear profile of the gear to be processed.
  • a conventionally known full-cutting tool is a mechanical insert of a throw-away tip on a plurality of tip mounting seats arranged along the circumferential direction at the outer periphery of a substantially disc-shaped body that rotates about an axis. It is attached.
  • the throw-away tip attached to this throw-away gear cutting tool is typically a negative tip having a substantially rectangular flat plate shape.
  • the chip includes a cutting edge at a crossing ridge line portion between a flank surface provided on a quadrangular surface and a rake surface provided on a side surface orthogonal thereto.
  • the cutting edge has an involute curve shape corresponding to the involute tooth profile used in most gears.
  • the side surface 104c of the chip body 104 is changed from the upper surface 104a to the lower surface 104b of the chip body 104.
  • the tip of the tip body 104 is formed so as to incline gradually toward the inside, and the intersecting ridge line between the side surface 104c of the tip body 104 and the upper surface 104a of the tip body 104 cuts the tooth bottom and tooth surface portion of the involute gear.
  • the cutting edge ridges 105a and 105b are used.
  • the side surface 104c of the chip body 104 which is a rake face, is a flat surface inclined at a constant angle.
  • a cutting edge ridge 105a for cutting the tooth bottom portion of the involute gear disposed at a low blade tip height from the lower surface 104b of the tip body 104 to the cutting edge ridge 105 is obtained.
  • the cutting edge ridge 105b for cutting the tooth surface portion of the involute gear arranged at a position where the cutting edge height is high is the outside of the chip body 104 in a plan view as viewed from the direction facing the upper surface 104a of the chip body 104.
  • the radial rake angle ⁇ f in the vicinity of the cutting edge ridge 105a for cutting the tooth bottom portion of the gear becomes too negative, and the cutting edges of other parts The sharpness is worse than that of the ridge 105b. Therefore, this conventional type of chip has a disadvantage in that the inclination angle that can be attached to the side surface 104c of the chip body 104, which is a rake face, is limited.
  • This invention is made
  • the insert for cutting which can suppress the difference in the radial rake angle (gamma) f in each part of a cutting blade, and a blade-tip-exchange-type gear cutting tool using the same are provided. With the goal.
  • One aspect of the present invention is a cutting insert that is detachably attached to an insert mounting seat formed on an outer peripheral portion of a substantially disk-shaped tool body that rotates about an axis, and has a substantially rectangular shape in plan view.
  • a substantially flat insert body formed; a flank provided on an upper surface of the insert body; a rake face provided on a side surface of the insert body intersecting the flank; and an intersection of the rake face and the flank
  • a cutting edge provided on the ridge line portion, and the cutting edge is formed so as to form a substantially involute curve in a side view of the insert body, and the rake face extends from the upper surface to the lower surface of the insert body.
  • at least a tip portion disposed on the outer peripheral side of the tool main body is formed in a concave curved surface shape forming a part of a substantially conical side surface.
  • the rake face may be composed of a plurality of concave curved surfaces constituting a part of a substantially conical side face.
  • the cutting edge may be formed to be substantially linear in the plan view.
  • Another aspect of the present invention is a cutting edge replaceable cutting tool in which the cutting insert according to claim 1 is arranged, and a tool main body having a substantially disk shape rotated about an axis, and the tool main body And a plurality of insert mounting seats provided in a zigzag pattern along the circumferential direction, and the cutting insert is detachably mounted on the insert mounting seat so as to have a negative radial rake angle. It is characterized by being.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a gear cutter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of the gear cutter shown in FIG.
  • FIG. 3A is a side view of the gear cutter shown in FIG.
  • FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating a cutting state of the gear cutter shown in FIG.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3A.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 6A is a perspective view showing a cutting insert attached to the gear cutter of FIG. 6B is a plan view showing a cutting insert attached to the gear cutter of FIG.
  • FIG. 7A is a left side view showing the cutting insert of FIG.
  • FIG. 7B is a right side view showing the cutting insert of FIG. 6.
  • FIG. 7C is a front view showing the cutting insert of FIG. 6.
  • 7D is a rear view showing the cutting insert of FIG.
  • FIG. 8A is a conceptual diagram illustrating the shape of the cutting insert of FIG.
  • FIG. 8B is a conceptual diagram illustrating an inclined state of the rake face of the cutting insert in FIG. 6.
  • FIG. 9A is a side view showing a modification of the gear cutter shown in FIG.
  • FIG. 9B is a conceptual diagram illustrating a cutting state of a modification of the gear cutter shown in FIG.
  • FIG. 10A is a conceptual perspective view illustrating the shape of a throw-away tip attached to a conventional throw-away gear cutting cutter.
  • FIG. 10B is a conceptual plan view illustrating the shape of a throw-away tip attached to a conventional throw-away type gear cutting cutter.
  • FIG. 10C is a conceptual side view for explaining the shape of a throw-away tip attached to a conventional throw-away type gear cutting cutter.
  • the gear cutting cutter according to the present embodiment includes a tool body 1, an insert body 10, and a mounting screw 20, as shown in FIGS.
  • the tool body 1 has a substantially disk shape that is rotated around an axis.
  • the insert main body 10 is detachably mounted on the outer peripheral portion of the tool main body 1 as a blade portion.
  • the attachment screw 20 is used for attaching the insert body 10 to the tool body 1.
  • the tool body 1 is made of steel or the like, and includes a through hole 2, a plurality of chip pockets 3, and a plurality of insert mounting seats 4.
  • the through hole 2 is formed through the central portion of the tool body 1 along the axis, and is used to attach the tool body 1 to the main shaft of the machine tool.
  • the plurality of chip pockets 3 are recessed in the zigzag shape along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the tool body 1, and facilitates generation, storage, and discharge of chips during cutting.
  • the plurality of insert mounting seats 4 are formed on a wall surface facing the tool rotation direction T in each insert pocket 3 and seat the insert body 10.
  • the insert mounting seat 4 includes a bottom surface 5 that is a flat surface on which the insert body 10 is placed, a side wall 6 that stands from the bottom surface 5 and faces the tool rotation direction T, and the tool body 1. And a side wall 7 facing the outer peripheral side.
  • the bottom surface 5 is formed with a female screw-like screw hole 8 to be screwed with the mounting screw 20.
  • the insert mounting seat 4 is formed so that the radial rake angle (radial rake) ⁇ f becomes negative when the insert body 10 is mounted on the insert mounting seat 4.
  • the insert mounting seats 4 configured in this way are alternately arranged at equal intervals along the circumferential direction on the left and right side surfaces of the tool body 1, and a plurality of insert mounting seats 4 are arranged in a staggered manner. Yes.
  • the insert body 10 is composed of high-speed steel, cemented carbide, cermet, ceramic, ultra-high pressure sintered body, etc., as shown in FIG. 6 and FIG. I am doing.
  • the insert body 10 is a so-called positive-shaped insert, and includes a flank surface 11, a pair of rake surfaces 12, 12, a pair of cutting edges 13, 13, a seating surface 14, and a mounting hole 15.
  • the flank 11 is provided on the upper surface of the insert body 10.
  • the pair of rake surfaces 12, 12 are provided on the left and right side surfaces on the long side intersecting the flank surface 11 at an acute angle.
  • the pair of cutting edges 13, 13 are provided at the intersection ridge line portion between the rake face 12, 12 and the flank face 11.
  • the seating surface 14 is provided on the lower surface facing the flank 11 and is a flat surface.
  • the attachment hole 15 is formed through the central portion in the thickness direction.
  • the insert body 10 is detachably fixed to the insert mounting seat 4 as shown in FIG. After the insert 10 is placed on the bottom surface 5 of the insert mounting seat 4 with the lower surface facing the flank 11 as a seating surface 14, one of the rake surfaces 12, 12 is connected to the insert mounting seat 4.
  • the mounting screw 20 is attached to the mounting hole 15 in a state where the flat contact surface 16 provided on the side surface on the short side is in contact with the side wall 7 of the insert mounting seat 4. It is fixed by screwing into the screw hole 8 through.
  • the insert body 10 can be mounted on either the left or right side of the insert mounting seat 4 arranged in a staggered manner.
  • the flank 11 is a convex curved surface that is slightly raised in a substantially semicircular shape that is substantially rectangular in plan view.
  • the rake face 12 has two concave portions that form a part of a substantially conical side surface that is inclined from the flank face 11 toward the seating face 14 toward the inside of the insert body 10. It consists of a curved surface.
  • the two concave curved surfaces are constituted by a concave curved surface provided at the tip portion 12a disposed on the outer peripheral side of the tool body 1 and a concave curved surface provided at the other portion 12b.
  • the conical buses L1 and L2 are formed along the cutting edge 13 by shifting P2.
  • the apexes P1 and P2 are on the upper side of the insert body 10, that is, on the flank 11 side.
  • the inclination angle of the front end portion 12a and the inclination angle of the other portion 12b are set to the same angle, and two concave curved surfaces are smoothly connected to form one rake face 12.
  • the inclination angle ⁇ of the rake face 12, that is, the angle formed by the conical axis M1 (M2) of the concave surface of the tip 12a and the generatrix L1 (L2) is set within a range of 10 ° to 20 °. For example, 15 °.
  • the rake face thus configured has an axial rake angle (axial rake) ⁇ p at least in most parts other than the tip end portion 12 a when the insert body 10 is attached to the insert attachment seat 4. Is positive.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p becomes smaller toward the outer peripheral side of the tool body 1.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p1 between the conical generatrix L1 and the axis O at the front end portion 12a is preferably set within a range of 0 ° to 10 °, for example, 0.0 ° to 6. It is set to 6 °.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p2 between the conical generatrix L2 and the axis O in the portion 12b other than the tip is preferably set within a range larger than 0 ° and smaller than 15 °. It is set between 6 ° and 9.0 °.
  • the angle formed by the line N that is, the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is negative.
  • the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is substantially constant over the entire length of the cutting edge 13, and is preferably set within a range of ⁇ 10 ° to 0 °, for example, ⁇ 3.8. ⁇ .
  • the vertical rake angle ⁇ o is positive at least in most parts other than the tip end portion 12 a, and the vertical rake angle ⁇ o is the same as that of the tool body 1. It becomes smaller toward the outer peripheral side.
  • the vertical rake angle ⁇ o1 at the distal end portion 12a is, for example, 5.5 ° to 9.4 °.
  • the vertical rake angle ⁇ o2 in the portion 12b other than the tip portion is, for example, 9.4 ° to 9.6 °.
  • the cutting edge inclination ⁇ is positive and increases toward the outer peripheral side of the tool body 1.
  • the cutting edge inclination angle ⁇ 1 at the distal end portion 12a is, for example, 7 ° to 15 °. Further, the cutting edge inclination angle ⁇ 2 in the portion 12b other than the tip is set to 0 ° to 7 °, for example.
  • the cutting edge 13 has a substantially involute curve shape that is convex in a side view of the insert body 10 as viewed from the direction facing the rake face 12, and the rotation trajectory of the cutting edge 13. Is formed to draw an involute curve. As shown in FIG. 6B, the cutting edge 13 is also formed to be substantially linear in a plan view of the insert body 10 viewed from the direction facing the flank 11.
  • the cutting edge 13 is provided at each of the side ridges of the pair of rake surfaces 12 and 12 to form a pair of cutting edges 13 and 13.
  • the cutting edge 13 includes a right cutting edge 13 a disposed on the right side toward the rake face 12 in a state where the insert body 10 is attached to the tool body 1, and a left side toward the rake face 12.
  • the left cutting edge 13b can be used properly. That is, the right cutting edge 13a and the left cutting edge 13b are alternately installed by attaching the insert body 10 having the same shape to each of the plurality of insert mounting seats 4 arranged in a staggered manner. As shown in FIG.
  • the left and right cutting edges 13a and 13b form a continuous series of cutting edges as the tool body 1 is rotated about the axis, and this series of cutting edges.
  • the involute curve drawn by is transferred to the workpiece and the involute tooth profile is cut out.
  • This gear cutting cutter is attached to the main shaft of a machine tool, is fed around the axis O while the tool body 1 is rotated around its axis O, and is used while being moved in contact with the workpiece. Is done. Then, as shown in FIG. 3B, the gear teeth are processed one by one so that the involute curve formed by the rotation trajectory of the cutting edge 13 is transferred to the workpiece. That is, it is mainly used as an overall shape cutting tool for cutting a tooth groove of an involute gear by a molding method, and is preferably used for gear cutting of a large module internal gear used in a large industrial machine such as a construction machine.
  • the insert main body 10 to be mounted on the gear cutter is used as the left cutting edge 13b by changing the mounting position on the insert mounting seat 4 left and right when the right cutting edge 13a is damaged due to cutting, for example.
  • one insert body 10 can be used twice.
  • it is possible to increase the number of times of use by regrinding the rake face 12, and since it is usually possible to regrind 2 to 3 times, one insert body can be used 6 to 8 times. It has become.
  • the rake face 12 is formed so as to incline toward the inside of the insert body 10 from the flank face 11 toward the seating face 14.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p at the time of attachment can be changed in the positive direction.
  • the tip portion 12a of the rake face 12 disposed on the outer peripheral side of the tool body 1 is formed of a concave curved surface that forms a part of the substantially conical side surface. Therefore, when the rake face 12 is inclined, the involute It is possible to prevent the involute curve formed by the cutting edge 13 at the portion corresponding to the roundness of the tooth bottom of the gear from being broken. Further, since the portion 12b other than the tip portion also has a concave curved surface that constitutes a part of the substantially conical side surface, the portion corresponding to the tooth surface of the involute gear when the inclination angle ⁇ of the rake face 12 is increased. It is possible to prevent the involute curve formed by the blade 13 from being broken.
  • the inclination angle ⁇ of the rake face 12 can be set to a desired angle, and the rake angle in the axial direction when the insert body 10 is attached to the tool body 1 by attaching the large inclination angle ⁇ to the rake face 12.
  • (Axial rake) ⁇ p can be made positive. Even if the insert body 10 is arranged so that the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is negative, by increasing the axial rake angle ⁇ p, the vertical rake angle ⁇ o and the cutting edge inclination angle ⁇ become positive. Since it changes, the sharpness is improved and the cutting resistance is reduced. As a result, chatter vibration is suppressed and cutting heat is reduced, so that excellent machining accuracy can be obtained and damage to the cutting edge can be prevented to extend the tool life.
  • the cutting edge 13 is formed so as to be substantially linear in a plan view as viewed from the direction facing the flank 11, a radial rake angle (radial) when the insert body 10 is attached to the tool body 1.
  • Rake) ⁇ f is substantially constant over the entire length of the cutting edge 13.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p decreases toward the outer peripheral side of the tool body 1, and the vertical rake angle ⁇ o1 at the tip 12a is smaller than the vertical rake angle ⁇ o2 at the other portion 13b. Therefore, it is possible to prevent damage to the cutting edge 13 at the portion that cuts the tooth bottom of the involute gear that is most easily damaged.
  • the rake face 12 is formed of a concave curved surface, the discharge direction of chips discharged by machining is directed toward the center of the tool body 1. As a result, it is possible to prevent chips from rubbing on the processed surface and reducing the quality of the processed surface.
  • the rake face 12 is composed of two concave curved surfaces constituting a part of the substantially conical side surface.
  • the distal end portion 12a has a substantially conical side surface.
  • the other portion 12b may be formed of an inclined surface formed of a flat surface.
  • the rake face 12 may be constituted by three or more concave curved surfaces constituting a part of a substantially conical side face.
  • the inclination angle ⁇ of the rake face 12 is constant without being different between the tip portion 12a and the other portion 12b, but instead, it may be set to a different inclination angle depending on the position. .
  • the inclination angle ⁇ of the rake face 12 is 15 °, but the inclination angle ⁇ is not limited to this and may be any other angle.
  • the inclination angle ⁇ of the rake face 12 is preferably set within a range of 10 ° to 20 °, and advantageously 12 ° to 18 °. It is preferable to set within the range. If the inclination angle ⁇ of the rake face 12 is less than 10 °, the insert mounting seat 4 is formed such that the radial rake angle (radial rake) ⁇ f when the insert body 10 is attached is negative.
  • the axial rake angle ⁇ p becomes negative also in the portion 12b other than the tip, and there is a possibility that the expected effect cannot be obtained. Further, if the inclination angle ⁇ exceeds 20 °, the strength of the blade edge may be lowered, and the seating surface 14 may be reduced, which may cause a problem that the size of the insert body 10 must be increased. There is.
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p1 at the tip 12a is 0.0 ° to 6.6 °
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p2 at the other portion 12b is 6.
  • the angle is 6 ° to 9.0 °
  • the axial rake angle (axial rake) ⁇ p is not limited to this and may be any other angle.
  • the axial rake angle ⁇ p1 of the tip 12a should be set within a range of 0 ° to 10 °. Is preferable, and it is preferably set within a range of 0 ° to 8 °.
  • the axial rake angle ⁇ p2 of the portion 12b other than the tip portion is preferably set within a range larger than 0 ° and smaller than 15 °, and advantageously larger than 0 ° and smaller than 10 °. It is preferable to set within the range. If the angle is 0 ° or less, so-called negative cutting may occur, and there is a possibility that the cutting resistance reduction effect cannot be expected. If the angle is 15 ° or more, the cutting edge angle becomes sharp, and chipping or chipping is likely to occur during machining. There is a fear.
  • the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is set to ⁇ 3.8 °.
  • the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is not limited to this, and any other arbitrary rake angle (radial rake) ⁇ f is used.
  • the angle can be Considering the effect of suppressing chipping and chipping that occur at the start of contact between the work material and the cutting edge 13, the radial rake angle (radial rake) ⁇ f is set within the range of ⁇ 10 ° to 0 °. It is preferably set within the range of ⁇ 8 ° to ⁇ 3 °.
  • the angle is less than -10 °, the cutting resistance increases, so there is a risk that the machining accuracy will decrease due to the occurrence of chatter vibration, etc., and the tool damage may be expanded. There is a risk of chipping or chipping at the start of contact.
  • the vertical rake angle ⁇ o1 at the distal end portion 12a is set to 5.5 ° to 9.4 °
  • the vertical rake angle ⁇ o2 at the other portion 12b is set to 9.4 ° to 9.6 °.
  • the vertical rake angle ⁇ o is not limited to this, and may be any other angle.
  • the vertical rake angle ⁇ o1 of the distal end portion 12a is preferably set within a range of ⁇ 5 ° to 20 °, and the vertical rake angle ⁇ o2 in the portion 12b other than the distal end portion is greater than 0 ° and smaller than 15 °. It is preferable to set within the range.
  • the cutting edge inclination angle ⁇ 1 at the tip 12a is set to 7 ° to 15 °
  • the cutting edge inclination angle ⁇ 2 at the other portion 12b is set to 0 ° to 7 °.
  • the cutting edge inclination angle ⁇ 1 of the tip end portion 12a is preferably set in the range of ⁇ 5 ° to 20 °
  • the cutting edge inclination angle ⁇ 2 in the portion 12b other than the tip portion is 0 ° to 10 °. It is preferable to set within the range.
  • the gear cutting cutter including the single-type tool body 1 that cuts tooth spaces of the internal gear one by one has been described as an example with reference to FIGS. 1 to 5.
  • a cutting edge-replaceable gear cutting tool is not limited to this, but instead, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, a duplex-type tool that simultaneously cuts two gear teeth A gear cutter comprising the main body 30 may be adopted.
  • the present invention is not limited to the internal gear, and can also be used for a gear cutting tool such as a hobbing tool for cutting a tooth groove of another gear such as an external gear.
  • the insert body 10 has a substantially rectangular flat plate shape, more specifically, a substantially bowl shape.
  • the shape of the chip is not limited to this, and any other arbitrary shape such as a triangular flat plate shape may be used. A shape may be adopted.

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Abstract

　軸線Ｏ回りに回転される略円盤状をなす工具本体（１）の外周部に形成されたインサート取付座（４）に着脱可能に取り付けられる切削用インサートであって、平板状をなすインサート本体（１０）と、該インサート本体（１０）の上面に設けられた逃げ面（１１）と、該逃げ面（１１）と交差するインサート本体（１０）の側面に設けられたすくい面（１２）と、該すくい面（１２）と前記逃げ面（１１）との交差稜線部に設けられた切れ刃（１３）とを備え、該切れ刃（１３）が、前記インサート本体（１０）の側面視で略インボリュート曲線状をなすように形成されており、前記すくい面（１２）が、前記インサート本体（１０）の上面から下面に向けて内側に傾斜するとともに、少なくとも前記工具本体の外周側に配置される先端部（１２ａ）が略円錐の側面の一部を構成する凹曲面状に形成されている。

Description

切削用インサートおよびこれを用いた刃先交換式歯切工具
　本発明は、歯車等の歯溝を切削する歯切り加工に用いられる切削用インサートおよびこれを用いた刃先交換式歯切工具に関し、特に、主としてインボリュート歯車の切削に係るものに関する。
　加工すべき歯車の歯形と同じ輪郭の刃形により歯車の歯形を削り出す成形法による歯切り加工には、総形歯切工具が用いられる。従来知られている総形歯切工具は、軸線回りに回転される略円盤状をなすボデーの外周部において周方向に沿って複数配設されたチップ取付座に、スローアウェイチップを機械的に取り付けている。
　このスローアウェイ歯切工具に装着されるスローアウェイチップは、典型的には、略四角形平板状をなすネガティブチップである。チップは、四角形面に設けられた逃げ面とこれに直交する側面に設けられたすくい面との交差稜線部に、切れ刃を備えている。切れ刃は、ほとんどの歯車に用いられているインボリュート歯形に対応したインボリュート曲線状をなしている。
　このスローアウェイチップをチップ取付座に取り付けた場合、軸方向すくい角が負となるため、切れ味が悪く、加工時の切削抵抗が高くなってしまう。そのため、びびり振動が発生しやすく、加工精度の劣化や切れ刃の損傷による工具寿命の低下等を招く問題があった。
　この問題を解決するため、特許文献１が開示する歯切りカッタのためのスローアウェイチップでは、図１０Ａ～Ｃに示されるように、チップ本体１０４の側面１０４ｃがチップ本体１０４の上面１０４ａから下面１０４ｂに向かうにしたがってチップ本体１０４の内側へ漸次傾斜するように形成され、このチップ本体１０４の側面１０４ｃとチップ本体１０４の上面１０４ａとの交差稜線が、インボリュート歯車の歯底および歯面部分を切削する切れ刃稜１０５ａ，１０５ｂとされている。
　上記特許文献の発明では、すくい面となるチップ本体104の側面104cが、一定角度で傾斜する平坦面からなる。しかしながら、この傾斜角度を大きくしすぎると、チップ本体104の下面104bから切れ刃稜105までの刃先高さの低い位置に配されるインボリュート歯車の歯底部分を切削するための切れ刃稜105aが、チップ本体104の上面104aに対向する方向から見た平面視においてチップ本体104の内側に偏向してしまうおそれがある。一方、刃先高さの高い位置に配されるインボリュート歯車の歯面部分を切削するための切れ刃稜105bは、チップ本体104の上面104aに対向する方向から見た平面視においてチップ本体104の外側に向かって膨らんでしまうおそれがある。そのため、チップ本体１０４を工具本体に取り付けた状態において、歯車の歯底部分を切削するための切れ刃稜１０５ａの近傍における径方向すくい角γｆがネガティブになりすぎてしまい、他の部分の切れ刃稜１０５ｂに比して切れ味が悪くなってしまう。したがって、この従来の形式のチップでは、すくい面となるチップ本体１０４の側面104cに付すことのできる傾斜角度が制限されてしまうという不都合があった。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、切れ刃の各部分における径方向すくい角γｆの相違を抑制できる切削用インサートおよびこれを用いた刃先交換式歯切工具を提供することを目的とする。
日本国特開２００５－６６７８０号公報
　本発明の一態様は、軸線回りに回転される略円盤状をなす工具本体の外周部に形成されたインサート取付座に着脱可能に取り付けられる切削用インサートであって、平面視で略四角形状をなす略平板状のインサート本体と、該インサート本体の上面に設けられた逃げ面と、該逃げ面と交差するインサート本体の側面に設けられたすくい面と、該すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に設けられた切れ刃とを備え、該切れ刃が、前記インサート本体の側面視で略インボリュート曲線状をなすように形成されており、前記すくい面が、前記インサート本体の上面から下面に向けて内側に傾斜するとともに、少なくとも前記工具本体の外周側に配置される先端部が略円錐の側面の一部を構成する凹曲面状に形成されていることを特徴とする。
　上記発明においては、前記すくい面が略円錐の側面の一部を構成する複数の凹曲面から構成されることとしてもよい。
　また、上記発明においては、前記切れ刃が前記平面視で略直線状をなすように形成されていることとしてもよい。
　本発明の別の一態様は、請求項１に記載の切削用インサートが配置される刃先交換式歯切工具であって、軸線回りに回転される略円盤状をなす工具本体と、該工具本体の外周部に周方向に沿って千鳥状に設けられた複数のインサート取付座とを備え、前記切削用インサートが、前記インサート取付座に、径方向すくい角を負とするように着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。
図１は、本発明の一実施形態に係る歯切りカッタを示す斜視図である。 図２は、図１に示す歯切りカッタの正面図である。 図３Ａは、図１に示す歯切りカッタの側面図である。 図３Ｂは、図１に示す歯切りカッタの切削状況を説明する概念図である。 図４は、図３Ａの部分拡大図である。 図５は、図２の部分拡大図である。 図６Ａは、図１の歯切りカッタに取り付けられる切削用インサートを示す斜視図である。 図６Ｂは、図１の歯切りカッタに取り付けられる切削用インサートを示す平面図である。 図７Ａは、図６の切削用インサートを示す左側面図である。 図７Ｂは、図６の切削用インサートを示す右側面図である。 図７Ｃは、図６の切削用インサートを示す正面図である。 図７Ｄは、図６の切削用インサートを示す背面図である。 図８Ａは、図６の切削用インサートの形状を説明する概念図である。 図８Ｂは、図６の切削用インサートのすくい面の傾斜状態を説明する概念図である。 図９Ａは、図１の歯切りカッタの変形例を示す側面図である。 図９Ｂは、図１の歯切りカッタの変形例の切削状況を説明する概念図である。 図１０Ａは、従来のスローアウェイ式歯切りカッタに取り付けられるスローアウェイチップの形状を説明する概念斜視図である。 図１０Ｂは、従来のスローアウェイ式歯切りカッタに取り付けられるスローアウェイチップの形状を説明する概念平面図である。 図１０Ｃは、従来のスローアウェイ式歯切りカッタに取り付けられるスローアウェイチップの形状を説明する概念側面図である。
　以下、本発明に係る切削用インサートおよびこれを用いた刃先交換式切削工具の一実施形態について、図１～図８を参照して説明する。
　本実施形態に係る歯切りカッタは、図１～図３に示されるように、工具本体１と、インサート本体１０と、取付ねじ２０とから構成されている。工具本体１は、軸線回りに回転される略円盤状をなす。インサート本体１０は、工具本体１の外周部に刃部として着脱可能に装着される。取付ねじ２０は、インサート本体１０を工具本体１に取り付けるために用いられる。
　前記工具本体１は、鋼材等から構成され、貫通穴２と、複数の切りくずポケット３と、複数のインサート取付座４とを備えている。貫通穴２は、工具本体１の中央部に軸線に沿って貫通形成され、工具本体１を工作機械の主軸に取り付けるために用いられる。複数の切りくずポケット３は、工具本体１の外周部に周方向に沿って千鳥状に凹設され、切削中の切りくずの生成、収容及び排出を容易にする。複数のインサート取付座４は、各インサートポケット３内の工具回転方向Ｔを向く壁面に形成され、インサート本体１０を着座させる。
　前記インサート取付座４は、図４に示されるように、インサート本体１０が載置される平坦面からなる底面５と、該底面５から起立する工具回転方向Ｔを向く側壁６と、工具本体１の外周側を向く側壁７とを備えている。前記底面５には、取付ねじ２０と螺合する雌ねじ状のねじ穴８が穿設されている。このインサート取付座４は、図５に示されるように、インサート本体１０をインサート取付座４に取り付けた際に径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆが負となるように形成されている。このように構成されたインサート取付座４は、工具本体１の左右側面に周方向に沿って等間隔で交互に配置され、複数のインサート取付座４が千鳥状に配設されるようになっている。
　前記インサート本体１０は、高速度鋼、超硬合金、サーメット、セラミック、超高圧焼結体等から構成され、図６および図７に示されるように、略長方形平板状、さらに詳しくは略蒲鉾形状をなしている。インサート本体１０は、いわゆるポジティブ形状のインサートであり、逃げ面１１と、一対のすくい面１２，１２と、一対の切れ刃１３，１３と、着座面１４と、取付穴１５とを備える。逃げ面１１は、インサート本体１０の上面に設けられる。一対のすくい面１２，１２は、逃げ面１１と鋭角に交差する長辺側の左右側面に設けられる。一対の切れ刃１３，１３は、すくい面１２，１２と逃げ面１１との交差稜線部に設けられる。着座面１４は、逃げ面１１と対向する下面に設けられ平坦面からなる。取付穴１５は、中央部に厚さ方向に向かって貫通形成される。
　このインサート本体１０は、図４に示されるように、インサート取付座４に着脱可能に固定されるようになっている。インサート１０は、逃げ面１１と対向する下面を着座面１４としてインサート取付座４の底面５上に載置した後、一対のすくい面１２，１２のうちの一方のすくい面１２をインサート取付座４の側壁６に当接させるとともに、短辺側の側面に設けられた平坦面からなる当接面１６を、インサート取付座４の側壁７に当接させた状態で、取付ねじ２０を取付穴１５を通してねじ穴８に螺入することにより固定される。また、このインサート本体１０は、千鳥状に配設されたインサート取付座４の左右どちら側にも装着できるようになっている。
　前記逃げ面１１は、図８Ａに示されるように、平面視で略長方形状をなす略半円形にやや盛り上がった凸曲面からなる。
　前記すくい面１２は、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、逃げ面１１から着座面１４に向かってインサート本体１０の内側に傾斜する略円錐の側面の一部を構成するような２つの凹曲面からなる。この２つの凹曲面は、工具本体１の外周側に配置される先端部１２ａに設けられた凹曲面と、その他の部分１２ｂに設けられた凹曲面とで構成され、夫々の円錐の頂点Ｐ１，Ｐ２をずらして各円錐の母線Ｌ１，Ｌ２が切れ刃１３に沿うように形成されている。頂点Ｐ１，Ｐ２は、インサート本体１０の上側、すなわち逃げ面１１側にある。先端部１２ａにおける傾斜角度とその他の部分１２ｂの傾斜角度は同じ角度に設定されており、２つの凹曲面が滑らかにつながって１つのすくい面１２を構成するようになっている。このすくい面１２の傾斜角度α、すなわち、先端部１２ａの凹曲面の円錐軸Ｍ１（Ｍ２）と母線Ｌ１（Ｌ２）とがなす角は、１０゜以上２０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、例えば、１５゜とされている。
　このように構成されたすくい面は、図４に示されるように、インサート本体１０をインサート取付座４に取り付けた際に、少なくとも先端部１２ａ以外の大部分において軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐが正となっている。そして、この軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐは工具本体１の外周側に向かうほど小さくなっている。先端部１２ａにおける円錐の母線Ｌ１と軸線Ｏとながす軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ１は、０゜以上１０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、例えば、０．０゜～６．６゜に設定されている。また、先端部以外の部分１２ｂにおける円錐の母線Ｌ２と軸線Ｏとながす軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ２は、０゜より大きく１５゜より小さい範囲内で設定されることが好ましく、例えば、６．６゜～９．０゜に設定されている。
　図５に示されるように、インサート本体１０をインサート取付座４に取り付けた際に、逃げ面１１に対向する方向から見た工具本体１の正面視において、切れ刃１３と軸線Ｏに垂直な直径線Ｎとがなす角、すなわち、径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆが負となっている。この径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆは、切れ刃１３全長に亘って略一定となっており、－１０゜以上０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、例えば、－３．８゜とされている。
　インサート本体１０をインサート取付座４に取り付けた際に、少なくとも先端部１２ａ以外の大部分においては垂直すくい角（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｒａｋｅ　ａｎｇｌｅ）γｏが正となっており、この垂直すくい角γｏは工具本体１の外周側に向かうほど小さくなっている。先端部１２ａにおける垂直すくい角γｏ１は、例えば、５．５゜～９．４゜とされている。また、先端部以外の部分１２ｂにおける垂直すくい角γｏ２は、例えば、９．４゜～９．６゜とされている。また、切れ刃傾き角（ｃｕｔｔｉｎｇ　ｅｄｇｅ　ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ）λは正となっており、工具本体１の外周側に向かうほど大きくなっている。先端部１２ａにおける切れ刃傾き角λ１は、例えば、７゜～１５゜とされている。また、先端部以外の部分１２ｂにおける切れ刃傾き角λ２は、例えば、０゜～７゜とされている。
　前記切れ刃１３は、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、すくい面１２に対向する方向から見たインサート本体１０の側面視において凸状の略インボリュート曲線状をなし、切れ刃１３の回転軌跡がインボリュート曲線を描くように形成される。切れ刃１３はまた、図６Ｂに示されるように、逃げ面１１に対向する方向から見たインサート本体１０の平面視においては略直線状をなすように形成されている。
　この切れ刃１３は、一対のすくい面１２，１２のそれぞれの辺稜部に設けられて一対の切れ刃１３，１３を構成している。切れ刃１３は、図３Ａに示されるように、インサート本体１０が工具本体１に取り付けられた状態においてすくい面１２に向かって右側に配置される右切れ刃１３ａと、すくい面１２に向かって左側に配置される左切れ刃１３ｂとに使い分けることができるようになっている。つまり、同一形状のインサート本体１０を千鳥状に配設された複数のインサート取付座４の夫々に取り付けることにより、右切れ刃１３ａと左切れ刃１３ｂとが交互に設置されることとなる。これら左右の切れ刃１３ａ，１３ｂは、図３Ｂに示されるように、工具本体１が軸線回りに回転させられることで連続する一連の切れ刃を形成するようになっており、この一連の切れ刃が描くインボリュート曲線が被加工物に転写されてインボリュート歯形が切り出されるようになっている。
　この歯切りカッタは、工作機械の主軸に取り付けられて、工具本体１をその軸線Ｏ回りに回転させつつ軸線Ｏと交差する方向に送りが与えられ、被加工物に接触させながら移動させて使用される。そして、図３Ｂに示されるように、切れ刃１３の回転軌跡がなすインボリュート曲線を被加工物に転写させるようにして歯車の歯溝を１つずつ加工していくこととなる。つまり、主としてインボリュート歯車の歯溝を成形法により切削する総形歯切工具として用いられ、例えば、建設機械等の大型産業機械に使用される大モジュールの内歯車の歯切りに好適に用いられる。
　また、この歯切りカッタに装着されるインサート本体１０は、例えば、切削に伴い右切れ刃１３ａが損傷した場合には、インサート取付座４への取付位置を左右入れ替えて左切れ刃１３ｂとして使用される。つまり、１つのインサート本体１０を２度使用できるようになっている。また、すくい面１２を再研削することで、さらに使用回数を増やすことが可能であり、通常、２～３回の再研削が可能なことから、１つのインサート本体を６～８回使用できるようになっている。
　このように構成された本実施形態に係る歯切りカッタの作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る歯切りカッタによれば、すくい面１２が逃げ面１１から着座面１４に向かってインサート本体１０の内側に傾斜するように形成されているので、インサート本体１０を工具本体１に取り付けた際の軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐを正方向に変化させることができる。
　この場合において、工具本体１の外周側に配置されるすくい面１２の先端部１２ａが略円錐の側面の一部を構成するような凹曲面からなるので、すくい面１２を傾斜させた場合にインボリュート歯車の歯底の丸みに対応する部分の切れ刃１３がなすインボリュート曲線が崩れてしまうことを防止できる。また、先端部以外の部分１２ｂも略円錐の側面の一部を構成するような凹曲面からなるので、すくい面１２の傾斜角度αを大きくした場合にインボリュート歯車の歯面に対応する部分の切れ刃１３がなすインボリュート曲線が崩れてしまうことを防止できる。したがって、すくい面１２の傾斜角度αを所望の角度に設定することができ、すくい面１２に大きな傾斜角度αを付することによって、インサート本体１０を工具本体１に取り付けた際の軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐを正とすることが可能となる。径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆが負となるようにインサート本体１０が配置されていても、軸方向すくい角γｐを大きくすることによって、垂直すくい角γｏおよび切れ刃傾き角λが正方向に変化するので、切れ味が良くなり、切削抵抗が低減される。その結果、びびり振動が抑制され、切削熱が低減されるので、優れた加工精度を得ることができるとともに、切れ刃の損傷等を防止して工具寿命の延長を図ることができる。
　また、切れ刃１３が逃げ面１１に対向する方向から見た平面視で略直線状をなすように形成されているので、インサート本体１０を工具本体１に取り付けた際の径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆが、切れ刃１３の全長に亘って略一定となる。その結果、切れ刃１３の長手方向における切れ味のばらつきを抑制できる。また、被削材と切れ刃１３の接触開始ポイントがインサート本体１０の中心方向から外周方向へ向けて単調に変化するため、切れ刃１３のチッピングや欠損の発生を防止できる。また、軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐは工具本体１の外周側に向かうほど小さくなっており、先端部１２ａにおける垂直すくい角γｏ１がその他の部分１３ｂにおける垂直すくい角γｏ２よりも小さくなっているので、最も損傷しやすいインボリュート歯車の歯底を切削することとなる部分の切れ刃１３の損傷を防止できる。
　さらに、すくい面１２が凹曲面からなるので、加工によって排出される切りくずの排出方向が工具本体１の中心方向に向かうこととなる。これにより、加工面に切りくずが擦過して加工面品位を低下させることを防ぐことができる。
　なお、本実施形態においては、すくい面１２を略円錐の側面の一部を構成する２つの凹曲面から構成することとしたが、これに代えて、例えば、先端部１２ａについては略円錐の側面の一部を構成するような凹曲面から構成し、その他の部分１２ｂについては平坦面からなる傾斜面から構成することにしてもよい。また、すくい面１２を略円錐の側面の一部を構成する３つ以上の凹曲面から構成することとしてもよい。
　また、本実施形態においては、すくい面１２の傾斜角度αを先端部１２ａとその他の部分１２ｂとで異なることなく一定としたが、これに代えて、位置によって異なる傾斜角度に設定してもよい。
　また、本実施形態においては、すくい面１２の傾斜角度αを１５゜としたが、傾斜角度αとしてはこれに限定されるものではなく、他の任意の角度とすることができる。切れ味の向上、切削抵抗の低減の点を考慮すると、すくい面１２の傾斜角度αは、１０゜以上２０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、有利には１２゜以上１８゜以下の範囲内で設定されることが好ましい。もしすくい面１２の傾斜角度αが１０゜未満であると、インサート取付座４がインサート本体１０を取り付けた際の径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆが負となるように形成されているので、このインサート取付座４にインサート本体１０を取り付けた際に、先端部以外の部分１２ｂにおいても軸方向すくい角γｐが負となってしまい、期待するような効果が得られないおそれがある。また、もし傾斜角度αが２０゜を超えると、刃先強度が低下するおそれがあり、また、着座面１４が小さくなってしまうことからインサート本体１０のサイズを大きくしなければならないという問題が生じるおそれがある。
　また、本実施形態においては、先端部１２ａにおける軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ１を０．０゜～６．６゜とし、その他の部分１２ｂにおける軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ２を６．６゜～９．０゜としたが、軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐとしてはこれに限定されるものではなく、他の任意の角度とすることができる。切れ味の向上、切削抵抗の低減を図りつつ刃先強度を維持する点を考慮すると、先端部１２ａの軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ１は、０゜以上１０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、有利には０゜以上８゜以下の範囲内で設定されることが好ましい。また、先端部以外の部分１２ｂの軸方向すくい角（アキシャルレーキ）γｐ２は、０゜より大きく１５゜より小さい範囲内で設定されることが好ましく、有利には、０゜より大きく１０゜より小さい範囲内で設定されることが好ましい。もし０゜以下であると、いわゆるネガ切削となり、切削抵抗の低減効果が見込めないおそれがあり、もし１５゜以上であると刃先角が鋭角になり、加工中のチップングや欠損が発生しやすくなるおそれがある。
　また、本実施形態においては、径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆを－３．８゜としたが、径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆとしてはこれに限定されるものではなく、他の任意の角度とすることができる。被削材と切れ刃１３との接触開始時に発生するチッピングや欠損発生の抑制効果の点を考慮すると、径方向すくい角（ラジアルレーキ）γｆは－１０゜以上０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、有利には－８゜以上－３゜以下の範囲内で設定されることが好ましい。もし－１０゜より小さいと切削抵抗が大きくなるため、びびり振動の発生等による加工精度の低下、工具損傷の拡大等のおそれがあり、もし０゜より大きいと、被削材と切れ刃１３との接触開始時にチッピングや欠損が発生するおそれがある。
　また、本実施形態においては、先端部１２ａにおける垂直すくい角γｏ１を５．５゜～９．４゜とし、その他の部分１２ｂにおける垂直すくい角γｏ２を９．４゜～９．６゜としたが、垂直すくい角γｏとしてはこれに限定されるものではなく、他の任意の角度とすることができる。先端部１２ａの垂直すくい角γｏ１は－５゜以上２０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、また、先端部以外の部分１２ｂにおける垂直すくい角γｏ２は、０゜より大きく１５゜より小さい範囲内で設定されることが好ましい。
　また、本実施形態においては、先端部１２ａにおける切れ刃傾き角λ１を７゜～１５゜とし、その他の部分１２ｂにおける切れ刃傾き角λ２を０゜～７゜としたが、切れ刃傾き角λとしてはこれに限定されるものではなく、他の任意の角度とすることができる。先端部１２ａの切れ刃傾き角λ１は－５゜以上２０゜以下の範囲内で設定されることが好ましく、また、先端部以外の部分１２ｂにおける切れ刃傾き角λ２は、０゜以上１０゜以下範囲内で設定されることが好ましい。
　また、本実施形態においては、図１～図５を用いて内歯車の歯溝を１つずつ切削するシングル型の工具本体１からなる歯切りカッタを例に挙げて説明したが、本発明に係る刃先交換式歯切工具としてはこれに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、歯車の歯溝を２つ同時に切削するデュプレクス型の工具本体３０からなる歯切りカッタを採用してもよい。また、内歯車に限らず、外歯車等の他の歯車の歯溝を切削する、ホブ切り用工具等の歯切工具に用いることもできる。
　また、本実施形態においては、インサート本体１０を略長方形平板状、さらに詳しくは略蒲鉾形状としたが、チップの形状としてはこれに限定されるものではなく、三角形平板状等の他の任意の形状を採用してもよい。

Claims (4)

  1. 　軸線回りに回転される略円盤状をなす工具本体の外周部に形成されたインサート取付座に着脱可能に取り付けられる切削用インサートであって、
    　略平板状のインサート本体と、
    　該インサート本体の上面に設けられた逃げ面と、
    　該逃げ面と交差するインサート本体の側面に設けられたすくい面と、
    　該すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に設けられた切れ刃とを備え、
    　該切れ刃が、前記インサート本体の側面視で略インボリュート曲線状をなすように形成されており、
    　前記すくい面が、前記インサート本体の上面から下面に向けて内側に傾斜するとともに、少なくとも前記工具本体の外周側に配置される先端部が、略円錐の側面の一部を構成する凹曲面状に形成されていることを特徴とする切削用インサート。
  2. 　前記すくい面が、略円錐の側面の一部を構成する複数の凹曲面から構成されることを特徴とする請求項１に記載の切削用インサート。
  3. 　前記切れ刃が、前記平面視で略直線状をなすように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の切削用インサート。
  4. 　請求項１に記載の切削用インサートが配置される刃先交換式歯切工具であって、
    　軸線回りに回転される略円盤状をなす工具本体と、
    　該工具本体の外周部に周方向に沿って千鳥状に設けられた複数のインサート取付座とを備え、
    　前記切削用インサートが、前記インサート取付座に、径方向すくい角を負とするように着脱自在に取り付けられていることを特徴とする刃先交換式歯切工具。
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