WO2013089064A1 - 切削インサートのクランプ機構、切削工具、切削インサートおよびクランプ部材 - Google Patents
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Abstract
クランプ機構は、クランプ部材(20)と切削インサート(1)とのうちの第1の部材の主要部分から延在するプラグ要素(24)と、第2の部材の内部に延在する凹部(5)とを備える。プラグ要素(24)および凹部(5)は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分(24a,5a)と、膨大部分(24a,5a)よりも第1の部材の主要部分に近い領域に設けられ膨大部分(24a,5a)よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分(24b,5b)とを備える。凹部(5)の狭窄部分(5b)とプラグ要素(24)の膨大部分(24a)とが干渉し、これによって切削インサート(1)の案内方向(A)への分離が抑制される。
Description
本発明は、切削工具へ切削インサートを取り外し可能に装着するためのクランプ機構、切削工具、切削インサート、およびクランプ部材に関する。
特許文献1は、切削工具へ、切削インサートを取り外し可能に装着するためのクランプ機構を開示している。当該クランプ機構は、クランプ部材とねじ部材とを有する。切削インサートは、すくい面と逃げ面との交差稜線に切れ刃を備え、すくい面とは逆側に、ホルダと当接する当接面を備える。なおかつ、切削インサートは、クランプ部材と当接する1つの当接面を備える。ホルダは、ねじ部材と螺合するねじ穴とを備える。クランプ部材は、ねじ部材により進退可能とされる。特許文献1のクランプ機構は、主に、溝入れ切削加工に用いられる切削工具に適する。
特許文献2は、切削工具のボデーに、切削インサートを取り外し可能に装着するためのクランプ機構を開示している。当該クランプ機構は、クランプ部材とねじ部材とを有する。切削インサートは、すくい面と逃げ面との交差稜線に切れ刃を備え、すくい面とは逆側に、ボデーと当接する当接面を備える。なおかつ、クランプ部材と、切削インサートの2つの当接面とを当接させることができる。切削インサートの2つの当接面の一方は、ボデーとの当接面に対して垂直に配置され、もう一方は、ボデーとの当接面に対して平行に配置される。ボデーは、切削インサートと当接する当接面と、クランプ部材と当接する当接面と、ねじ部材と螺合するねじ穴とを備える。クランプ部材と当接する当接面は、切削インサートと当接する当接面に対して傾斜するように配置される。クランプ部材は、ねじ部材により進退可能とされる。特許文献2のクランプ機構も、主に、溝入れ切削加工に用いられる切削工具に適する。
特許文献1のクランプ機構では、クランプ部材およびねじ部材が、切削インサートのすくい面よりも上方に突出する。このため、溝入れ切削加工を行なうときに、クランプ部材およびねじ部材が、切りくずの流出を妨げる。切りくずの流出が妨げられると、切りくずが切削工具および被切削物に衝突したり、絡まったり、不安定になり、切りくず処理性の安定性が失われる。この結果、機械の頻繁な停止や工具寿命の著しい低下などが問題となる。
特許文献2のクランプ機構は、特許文献1のクランプ機構と比較して、クランプ部材およびねじ部材の上方への突出量が小さい。しかし、上方へ突出していることに変わりはなく、基本的には、特許文献1のクランプ機構と同様に、溝入れ切削加工を行なうときに、クランプ部材やねじ部材が、切りくずの流出を妨げる。それに加えて、このクランプ機構は、切削インサートを案内する案内面の方向に切削インサートが脱出する動きを抑える作用が弱い。このため、切削インサートの摺動面に細かい凹凸をつけることが必要である。このような切削インサートの細かい凹凸により、対応するボデーの当接面が損傷を受けるため、長期に亘って工具刃先の位置精度を保持できない問題がある。
本発明の目的は、切削インサートの上方への他の部品の突出量を抑制することにある。
本発明の一つの態様は、
切削工具に切削インサートを取り外し可能に装着するためのクランプ機構であって、
前記切削インサートを前記切削工具に固定するためのクランプ部材を備え、当該クランプ部材は所定の拘束方向に沿って進退可能とされ、
前記切削工具は、前記切削インサートを前記拘束方向と平行でない所定の案内方向に案内する第1の案内面を備え、
前記クランプ部材と前記切削インサートとのうちの第1の部材が、その主要部分から延在するプラグ要素を備え、前記クランプ部材と前記切削インサートとのうちの第2の部材が、その内部に延在する凹部を備え、
前記プラグ要素および前記凹部は、前記案内方向に平行な少なくともいずれかの断面において、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも前記第1の部材の主要部分に近い領域に設けられ前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とをそれぞれ備え、
前記凹部の前記狭窄部分と前記プラグ要素の前記膨大部分とが干渉し、これによって前記クランプ部材からの前記切削インサートの前記案内方向への分離が抑制されるクランプ機構である。
切削工具に切削インサートを取り外し可能に装着するためのクランプ機構であって、
前記切削インサートを前記切削工具に固定するためのクランプ部材を備え、当該クランプ部材は所定の拘束方向に沿って進退可能とされ、
前記切削工具は、前記切削インサートを前記拘束方向と平行でない所定の案内方向に案内する第1の案内面を備え、
前記クランプ部材と前記切削インサートとのうちの第1の部材が、その主要部分から延在するプラグ要素を備え、前記クランプ部材と前記切削インサートとのうちの第2の部材が、その内部に延在する凹部を備え、
前記プラグ要素および前記凹部は、前記案内方向に平行な少なくともいずれかの断面において、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも前記第1の部材の主要部分に近い領域に設けられ前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とをそれぞれ備え、
前記凹部の前記狭窄部分と前記プラグ要素の前記膨大部分とが干渉し、これによって前記クランプ部材からの前記切削インサートの前記案内方向への分離が抑制されるクランプ機構である。
本発明の別の一態様は、
請求項1に記載のクランプ機構を備える切削工具である。
請求項1に記載のクランプ機構を備える切削工具である。
本発明の別の一態様は、
クランプ部材によって切削工具に取り外し可能に装着される切削インサートであって、
クランプ部材と当接させるための凹部またはプラグ要素を備え、
前記凹部または前記プラグ要素は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とを備える切削インサートである。
クランプ部材によって切削工具に取り外し可能に装着される切削インサートであって、
クランプ部材と当接させるための凹部またはプラグ要素を備え、
前記凹部または前記プラグ要素は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とを備える切削インサートである。
本発明の別の一態様は、
切削工具に切削インサートを取り外し可能に装着するために、所定の拘束方向に沿って進退可能とされるクランプ部材であって、
前記切削インサートの凹部に当接させるために前記クランプ部材の主要部分から延在するプラグ要素、または前記切削インサートのプラグ要素と当接させるために前記クランプ部材の内部に延在する凹部を備え、
前記拘束方向と平行でない所定の案内方向に平行な少なくともいずれかの断面において、前記プラグ要素または前記凹部は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも前記クランプ部材の主要部分に近い領域に設けられ前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とを有するクランプ部材である。
切削工具に切削インサートを取り外し可能に装着するために、所定の拘束方向に沿って進退可能とされるクランプ部材であって、
前記切削インサートの凹部に当接させるために前記クランプ部材の主要部分から延在するプラグ要素、または前記切削インサートのプラグ要素と当接させるために前記クランプ部材の内部に延在する凹部を備え、
前記拘束方向と平行でない所定の案内方向に平行な少なくともいずれかの断面において、前記プラグ要素または前記凹部は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記膨大部分よりも前記クランプ部材の主要部分に近い領域に設けられ前記膨大部分よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分とを有するクランプ部材である。
本発明のクランプ機構では、切削インサートよりも上方への部品の突出を抑制できる。このため、溝入れ切削加工などで、切りくずの流出が妨げられず、安定した切りくず処理性を、長期間にわたって提供できる。また、切削インサートが引き抜かれる方向の力にも十分に対抗できるため、切削インサートの工具刃先の位置精度が、長期間にわたって維持される。このため、切削インサートや切削工具の工具寿命が延長される。
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1および図5に示すように、本実施形態のクランプ機構は、切削工具10に切削インサート1を取り外し可能に固定できる。このクランプ機構は、クランプ部材20とねじ部材30とを用いる。クランプ部材20は、ねじ部材30に駆動されて、ねじ部材30の回転軸C1の方向へ進退し、その方向に切削インサート1を拘束する(このため、以下必要に応じて、クランプ部材20による切削インサート1の拘束方向を「拘束方向C1」という)。組み立てられたとき、切削インサート1の上面より上(図3Aにおける上側)に突出する部品は一切ない。換言すれば、クランプ部材20およびねじ部材30のいずれも、切削インサート1の上面よりも上方には突出しない。
図20から図23に示すように、切削工具10のチップ座14付近には、ねじ部材30の第1のねじ部分31と螺合するねじ穴13が配置されている。図12から図17に示すように、クランプ部材20は、左ねじ(逆ねじ)である第2のねじ穴26を有する。これに対応するように、図18から図19に示すように、ねじ部材30は、第2のねじ穴26と螺合する第2のねじ部32を有する。
このようなクランプ部材20およびねじ部材30を用いると、ねじ部材30の回転動作により、クランプ部材20を通常の2倍の速度で動かすことができる。換言すると、クランプ部材20を同じ距離動かすために、同じピッチの通常のねじ部材と比較して、ねじ部材30に与えることが必要な回転角度を半分にできる。なお、ねじ部材30およびクランプ部材20は、左ねじ部分を必ずしも必要としない。ねじ部材30とクランプ部材20とが当接し、ねじ部材30の進退動作に対応して、クランプ部材20が進退可能な構造であればよい。すなわち、ねじ部材30とクランプ部材20との当接部分の形状は、本実施形態のような左ねじに限定されない。例えば、ねじ部材30として拡大した頭部を有する小ねじを使用し、クランプ部材20に小ねじの頭部に対応する座を設けてもよい。
本実施形態の切削インサート1は、図1および図6から図11に示すように、平面視で、略四角形とされる溝入れ切削加工または突っ切り切削加工に用いられるように適合された切削インサートである。切削インサート1は、その少なくとも一辺に切れ刃を備えている。本実施形態では、上面となるすくい面6と、側面の逃げ面7との交差稜線に、切れ刃8が形成されている。切れ刃8は正面側、右側面側および左側面側の3方向にわたり連続している。このように3方向にわたり連続した切れ刃8によって、溝入れ加工や突っ切り加工に加えて、横送り加工(トラバース加工)も可能である。
図20から図23に示すように、切削工具10は、切削インサート1を、所定の案内方向Aに案内するための第1の案内面11を備える。案内方向Aは、おおむね前後方向、すなわち、切削工具10の長手方向(すなわち、図21における左右方向)である。案内方向Aは、切削インサート1の拘束方向C1と平行でない。第1の案内面11は、4つの案内面部分11a,11b,11c,11dから構成される。第1の案内面11の断面形状は、山形とされる。すなわち、第1の案内面11は、山形の鉛直平面をおおむね前後方向にスイープすることによって生じる面形状にされるとよい。第1の案内面11には、山形の頂点に対応する稜線が形成される。山形がスイープされる方向は、側面視で、前後方向に対して傾斜する方向とされる。このスイープの方向が、切削インサート1を案内するための案内方向A(図5参照)を形成する。第1の案内面11は、切削工具10の後方に近づくほど、切削工具10の下面に近づく。この傾斜によって、前端の切れ刃8に切削力が作用するときに切削インサート1が下方かつ後方へ押される方向と、切削インサート1を装着するときに押す方向とが、同じ方向になる。
第1の案内面11の途中には、切削インサート1と当接しない凹部11e(図20参照)が設けられる。これは第1の案内面11の前後の端付近と切削インサート1との密着を促進するためである。なお、このような凹部11eは常に必要なものではない。
図9および図10に示すように、切削インサート1は、切削工具10の第1の案内面11と当接するための着座面2を備える。着座面2の断面形状は、切削工具10の第1の案内面11の山形に対応する谷形である。着座面2は、谷形の鉛直平面をおおむね前後方向にスイープすることによって生じる面形状にされるとよい。着座面2には、谷形の頂点に対応する谷が形成される。このように切削工具10に設けられる山形の断面形状の第1の案内面11と、切削インサート1に設けられる谷形の断面形状の着座面2とが当接することで、切削インサート1の左右方向への動きが抑制され、切削インサート1は、おおむね前後方向である案内方向Aにのみ摺動するように案内される。
なお、第1の案内面11と着座面2との断面形状は、本実施形態の形状に限定されない。切削インサート1の摺動方向を制限できる形状であれば、どのような形状でも採用できる。例えば、複数の山形と谷形とが交互に配置されたセレーション形状でもよい。また、切削工具10に谷形の断面形状の案内面を設け、切削インサート1に山形の断面形状の着座面を設けてもよい。なお、着座面2は、切削インサート1におけるすくい面6の逆側に形成されることが好ましい。案内方向Aは、切削インサート1の拘束方向C1と交差しているのが好適であるが、第1の案内面11の長手方向の延長面とねじ部材30の回転軸C1とは、交差せずにいわゆる「ねじれ」の関係にあってもよい。
図20,図21および図23に示されるように、切削工具10は、クランプ部材20を案内するための、一対の平坦な第2の案内面12を備える。第2の案内面12は、第1の案内面11に対して傾斜しており、且つ、第1の案内面11と平行でも垂直でもない。切削工具10の側面視において、第2の案内面12は、第1の案内面11に対して、内角で鋭角を形成する。図21に示されるように、本実施形態では、第2の案内面12は、切削工具10の長手方向に対しても、垂直ではない。後に詳細に説明するように、この傾斜によって、クランプ剛性が増強される。
図21に示されるように、第2の案内面12の延在する方向は、ねじ穴13の中心軸線C1と平行である。このように配置することによって、ねじ部材30の進退方向と、第2の案内面12によって案内される方向とが一致し、クランプ部材20がスムーズに摺動する。しかし、クランプ部材20がスムーズに摺動できる範囲で、第2の案内面12の延在する方向を、ねじ穴13の中心軸線C1と同じ方向からわずかに傾斜させてもよい。その場合は、クランプ部材20を締め付けるときに、第2の案内面12に対してクランプ部材20が押し付けられるような方向へ、第2の案内面12を傾斜させるのが好適である。
図12から図17に示すように、クランプ部材20は、切削工具10の2つの第2の案内面12と当接するための2つの平坦な摺動面21を備える。第2の案内面12と摺動面21とは、切削工具10の左右の両端で当接する。切削工具10の2つの第2の案内面12の間には、谷形の凹部12a(図20参照)が設けられ、クランプ部材20の2つの摺動面21の間には、概ね半円柱形のプラグ要素21aが設けられる。組み立てられたとき、この谷形の凹部12aとプラグ要素21aとの間には、適切な隙間が与えられる。すなわち、クランプ部材20の横方向(切削工具10の幅方向)の位置は、この谷形の凹部12aまたはプラグ要素21aによっては決定されない。この谷形の凹部12aやプラグ要素21aは、クランプ部材20を切削工具10に対して粗く位置決めすることを可能にしている。クランプ部材20の横方向の位置は、切削インサート1の横方向の位置に依存して決定される。
第2の案内面12と摺動面21とが、横方向の両端に設けられることは、切削中の切削インサート1の動きを抑えることに有効である。これは間隔の比較的広い2つの面で切削力を支えることができるからである。第2の案内面12と摺動面21とは平面であるため、制作が容易である。しかし、第2の案内面12および摺動面21の形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、両者の少なくとも一方を凹凸面としてもよい。その場合には、切削工具10とクランプ部材20との横方向の相対位置の精度を更に向上することができる。
クランプ部材20の切削工具10に対する前記案内方向Aの相対移動は、ねじ部材30によって制限されている。なお、クランプ部材20の切削工具10からの脱出方向への移動を制限または抑制するために、クランプ部材20と切削工具10とを係合させる要素を、両者の少なくとも一方に設けてもよい。
図6に示されるように、切削インサート1は、その上面の後方肩部に、凹部5を備える。切削インサート1はまた、その後面に、クランプ部材20に当接するための第1の当接面3を備える。凹部5は底面9を有する。図7に示されるように、凹部5は、クランプ部材20が切削工具10に近接する方向(C1)に見て、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分5aと、当該膨大部分5aよりも第1の当接面3に近い領域に設けられ膨大部分5aよりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分5bとを有する。より詳細には、凹部5は、図3Bに示される案内方向Aに平行な少なくともいずれかの断面、例えばD-D断面において、図3Cに示されるように、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分5aと、当該膨大部分5aよりも第1の当接面3に近い領域に設けられ膨大部分5aよりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分5bとを有する。
凹部5の内側の側方には、少なくとも一対の第2の当接面4が形成されている。第2の当接面4は、図7に示されるように、凹部5の内側に配置され且つ切削インサート1の前方(図7における下側)を向く面として定義される。すなわち、一対の第2の当接面4の間隔は、第1の当接面3から離れるにしたがい、広くなる。一対の第2の当接面4を有することにより、凹部5の少なくとも一部は、切削インサート1の後方の側面から離れるにしたがい、幅が大きくなる。
図12に示されるように、クランプ部材20は、切削インサート1の凹部5と当接するためのプラグ要素24を備える。プラグ要素24は、クランプ部材20のうちプラグ要素24を除いた部分である主要部分20aから延在する。図13に示されるように、プラグ要素24は、クランプ部材20が切削工具10に近接する方向(C1)に見て、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分24aと、当該膨大部分24aよりも主要部分20aに近い領域に設けられ膨大部分24aよりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分24bとを有する。より詳細には、プラグ要素24は、図3Bに示される案内方向Aに平行な少なくともいずれかの断面、例えばD-D断面において、図3Cに示されるように、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分24aと、当該膨大部分24aよりも主要部分20aに近い領域に設けられ膨大部分24aよりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分24bとを有する。プラグ要素24の第1および第2の寸法は、凹部5の第1および第2の寸法よりもそれぞれ小さい。
プラグ要素24は、少なくとも一対の第4の当接面23を有する。第2の当接面4は、図13に示されるように、クランプ部材20の後方(図13における上側)を向く面として定義される。すなわち、一対の第4の当接面23の間隔は、第3の当接面22から離れるにしたがい、広くなる。一対の第3の当接面22を有することにより、プラグ要素24の少なくとも一部は、第3の当接面22から離れるにしたがい、幅が大きくなる。なお、本明細書にいう「主要部分」とは、プラグ要素を有する第1の部材におけるプラグ要素を除いた部分をいい、プラグ要素との対比における相対的な大きさは大きくても小さくてもよい。
プラグ要素24と凹部5とにより、クランプ部材20の第1の案内面11から離間する方向の相対移動が許容され、且つ切削インサート1のクランプ部材20からの案内方向Aへの分離が抑制されるような、抜け止め構造(anti-escape structure)が提供される。なお、本実施形態とは逆に、切削インサート1にプラグ要素が形成され、クランプ部材20に凹部が形成されてもよい。この場合にも同様に、プラグ要素及び凹部が、切削インサート1の主要部分(すなわち、プラグ要素を除いた部分)から離れるに従い、幅が大きくなる部分を有するのが好適である。
切削インサート1を固定するとき、切削インサート1とクランプ部材20との間には、少なくとも2種類の当接が提供される。第1の種類の当接は、切削インサート1の第1の当接面3と、クランプ部材20の第3の当接面22との間に提供される。第1の当接面3は、着座面2に対して傾斜している。このため、第1の当接面3および第3の当接面22は、切削インサート1が切削中に受ける切削力のうち、主に後方向きの分力を支える。すなわち、第3の当接面22は、切削インサート1の前後方向の動きを抑制する。前述の通り、第2の案内面12は、クランプ部材20を、第1の案内面11に対して傾斜した方向に案内する。クランプ部材20の第3の当接面22もまた、第1の案内面11に対して傾斜している。この傾斜に起因して、前端の切れ刃8に切削力が作用するときに、切削インサート1が下方かつ後方へ押され、第1の当接面3が後方の第3の当接面22に押し付けられる。
第3の当接面22は、第1の案内面11との間で内角で鋭角を形成する。したがって、切削インサート1が第3の当接面22から受ける長手方向の反力は、第1の案内面11へ切削インサート1を下方へ押しつける方向に働く。したがって、切削インサート1の浮き上がりを抑制し、クランプ剛性が高まり、安定した切削加工ができる。また、第1の案内面11の傾斜によって、切削インサート1を前方に引き抜こうとする力に対抗できるため、クランプ剛性がさらに高まる。
第2の種類の当接は、前述のとおり、切削インサート1の凹部5と、クランプ部材20のプラグ要素24との間で提供される。切削インサート1の凹部5に設けられる一対の第2の当接面4は、クランプ部材20のプラグ要素24に設けられる一対の第4の当接面23と当接する。
平面視あるいは切削工具10に近接する方向(C1)に見て、図7に示されるように、切削インサート1の第1の当接面3の法線3nと、第2の当接面4の法線4nとのなす角αは、90°を超えている。より詳細には、図3Bに示される案内方向Aに平行な少なくともいずれかの断面、例えばD-D断面において、切削インサート1の第1の当接面3の法線3nと、第2の当接面4の法線4nとのなす角αは、90°を超えている。換言すれば、第2の当接面4は、第1の当接面3と少なくとも部分的に逆側を向き、互いに対向している。締結状態において、第1の当接面3の法線3nは、切削工具10の後方を向いている。第2の当接面4の法線4nは、切削工具10の前方を向いている。
同様に、平面視あるいは切削工具10に近接する方向(C1)に見て、図13に示されるように、クランプ部材20の第3の当接面22の法線22nと、第4の当接面23の法線23nとのなす角βは、90°を超えている。より詳細には、図3Bに示される案内方向Aに平行な少なくともいずれかの断面、例えばD-D断面において、クランプ部材20の第3の当接面22の法線22nと、第4の当接面23の法線23nとのなす角βは、90°を超えている。換言すれば、第4の当接面23は、第3の当接面22と少なくとも部分的に逆側を向き、互いに対向している。締結状態において、第3の当接面22の法線22nは、切削工具10の前方を向いている。第4の当接面23の法線23nは、切削工具10の後方を向いている。このように法線3nと4nとのなす角α、および法線22nと23nとのなす角βが、いずれも90°を超えるため、切削インサート10とクランプ部材20との締結を促進することができる。
図3Bに示される案内方向Aに平行な少なくともいずれかの断面、例えばD-D断面において、プラグ要素24の幅の最大値は、凹部5の入り口付近の間隔の最小値よりも大きい。このような抜け止め構造によって、クランプ部材20のプラグ要素24が切削インサート1の凹部5と干渉し、したがって、凹部5の内側にプラグ要素24が挿入された状態から、クランプ部材20の進退方向(すなわち、案内方向A)および側方(すなわち、平面視における幅方向)のいずれにも、凹部5からプラグ要素24が抜き出せない。
図7に示されるように、一対の第2の当接面4は、左右対称に形成されるとよい。図13に示されるように、第4の当接面23も、左右対称に形成されるとよい。第2の当接面4および第4の当接面23がそれぞれ対称に形成されると、使用中の切削インサート1の平面視における回転が抑制され、切削インサート1とクランプ部材20との締結がより一層強固になる。ただし、第2の当接面4および第4の当接面23の少なくとも一方は左右非対称であってもよい。第2の当接面4と第4の当接面23とは、面接触することを必要とせず、点接触でもよい。第2の当接面4および第4の当接面23は、平面に限定されず、当接面4,23の少なくとも一方は、曲面であってもよい。第2の当接面4および第4の当接面23の少なくとも一方は、複数組、例えば2対以上(すなわち4箇所以上)設けられていてもよい。
クランプ部材20のプラグ要素24は、弾性変形を促進する手段を備えることができる。弾性変形を促進する手段としては、例えばスリット25が好適である。スリット25は、クランプ部材20の正中面に沿って形成されている。スリットは単数でも複数でもよい。プラグ要素24の弾性変形を促進するために、プラグ要素24を、クランプ部材20の主要部分と比べて弾性変形しやすい材料で形成してもよい。このようにプラグ要素24が弾性変形を促進する手段を備えると、第1の当接面3と第3の当接面22との当接、および第2の当接面4と第4の当接面23との当接を促進し、緩みを抑制することができる。すなわち、組み立てられていない状態では、切削インサート1の一対の第1の当接面3の間隔、および一対の第2の当接面4の間隔よりも、クランプ部材20の一対の第3の当接面22の間隔、および一対の第4の当接面23の間隔が、わずかに大きい。切削インサート1とクランプ部材20とが当接するときに、プラグ要素24が弾性変形することによって、お互いに密着する。
プラグ要素24と切削インサート1との間の当接を促進するために、切削インサート1の当接面3,4の間隔、および/またはクランプ部材20の当接面22,23の間隔を、摺動面21が延在する方向に関して変化させてもよい。例えば、切削インサート1の一対の第1の当接面3の間隔と、一対の第2の当接面4の間隔は、下面に近づくにしたがい漸次狭くするとよい。すなわち、着座面2に近づくにしたがい、第1の当接面3と第2の当接面4の面部分との面同士の間隔を漸次狭くするとよい。そのようにすると、クランプ部材20を締め付けたときに、第2の当接面4とクランプ部材の第4の当接面23とのギャップが徐々に狭くなり、また両者が当接した後にはプラグ要素24の変形量が徐々に増加するため、クランプ部材20のプラグ要素24は容易に弾性変形して切削インサート1と密着する。逆に、クランプ部材20の一対の第3の当接面22の間隔と、一対の第4の当接面23の間隔とを、下面に近づくにしたがい漸次狭くしてもよい。
切削インサート1の一対の第1の当接面3の間隔および一対の第2の当接面4の間隔と、クランプ部材20の一対の第3の当接面22の間隔および一対の第4の当接面23の間隔とを、互いにほぼ等しいテーパ角度で、着座面2に近づくに従い共に狭くしてもよい。そのような形状にすると、弾性変形したクランプ部材20の第4の当接面23と、切削インサート1の第2の当接面4との接触面積を、拡張することができる。すなわち、切削インサート1とクランプ部材20とを、より広い領域で接触させることができ、切削工具10へ固定されるときのクランプ剛性を向上させることができる。
クランプ部材20における第3の当接面22と第4の当接面23との側面視における間隔は、少なくとも一部において、クランプ部材20が切削工具10に近接する方向に向かうにしたがい大きくなる。このこともまた、プラグ要素24と切削インサート1との間の当接を促進する。
なお、前述のとおり、弾性変形を促進する目的で、プラグ要素24の材料を弾性変形しやすい材料で構成する場合には、例えば、切削インサート1の材料は超硬合金などの硬質金属とし、クランプ部材20の材料は鋼とするのが好適である。前述のとおり、切削インサート1にプラグ要素を設け、クランプ部材20に対応する凹部を設ける場合でも、切削インサート1は超硬合金などの硬質金属を材料とし、クランプ部材20は鋼を材料とすることで、クランプ部材20の凹部の弾性変形が促進される。
切削インサート1の第1の当接面3を含む後面は、凸状の屈折面または湾曲面とされる。すなわち、第1の当接面3は切削インサート1の上面付近に設けられ、これに隣接する低位退避部分3aは、クランプ部材20と接触しないように、下向きに偏向され、これによってクランプ部材20から退避させられている。他方、第1の当接面3におけるクランプ部材20との当接領域3b(図8参照)の着座面2からの距離は、第2の当接面4の当接領域4bの着座面2からの距離とは異なる。具体的には、第1の当接面3の当接領域3bは、第2の当接面4の当接領域4bよりも、着座面2から遠い。第1の当接面3の当接領域3bにおける拘束力の作用線は、第2の当接面4の当接領域4bにおける拘束力の作用線とは、側面視で互いに概ね逆向き且つ互いにシフトした位置にある。このため、切削インサート1とクランプ部材20とは、締結されるときは強固に固定されるが、切削インサート1を交換するときは、簡単に解放することができる。具体的には、クランプ部材20を緩めると、切削インサート1の下面側の低位退避部分3aがクランプ部材20と接近する方向へ、切削インサート1を(図8における反時計方向に)回転させることができ、簡単に切削インサート1とクランプ部材20との固定を解除することができる。低位退避部分3aは、クランプ部材20に設けてもよく、また、切削インサート1とクランプ部材20との両方に設けてもよい。
ここまで説明した実施形態では、切削インサートの第2の当接面4が、クランプ部材20の第4の当接面23と当接する。しかし、第2の当接面4が当接しなくてもよい。例えば、切削インサート1の凹部5は、クランプ部材20のプラグ要素24の下面27(図15参照)と当接させることもできる。つまり、第2の当接面4による当接に代えて、凹部5の底面9(図6,7参照)と、プラグ要素24の下面27とを当接させることができる。
また、第1の当接面3および第2の当接面4における当接に加えて、凹部5の底面9における第3の種類の当接をさせることもできる。このように3種類の当接をさせると、切削インサート1とクランプ部材20との締結が、より一層強固になる。
プラグ要素24の下面27、および凹部5の底面9のいずれか一方は、案内方向Aに対して傾斜するとよい。この傾斜の方向は、プラグ要素24の下面27と凹部5の底面9とが当接することによって、切削インサート1を後方へ引き付けるような方向が好適である。すなわち、切削インサート1の後方ほど、プラグ要素24の下面27および凹部5の底面9と、着座面2および案内面11との間の距離が大きくなるようにされるとよい。このような傾斜により、切削中に切削インサート1が引き抜かれる方向への力に対して対抗する機能が、より増大される。傾斜角度は、図示しないが、1°以上、30°以下の範囲が好ましい。図8において、本実施形態は、底面9は左右にほぼ水平に延び、着座面2は右から左に行くほど下に下がる傾斜面とされ、相対的な傾斜角度は、約5°とされる。下面27と底面9の案内方向Aに対する傾斜角度は、等しくても良く、互いに異なっていてもよい。
プラグ要素24は、切削インサート1を締結している様態において、その外周面(すなわち側面)が凹部5と接しないことを許容する。切削インサート1とクランプ部材20との当接は、凹部5の底面9と、プラグ要素24の下面27のみとすることもできる。この場合は、従来技術のクランプ機構と同様の使い方ができる。この場合の従来技術に対するメリットは、クランプ部材20を解放したときに、切削インサート1がクランプ部材20から抜けにくいことである。つまり切削インサート1の交換のときに、切削インサート1の意図しない落下の可能性が低減される。これは、クランプ部材20のプラグ要素24が切削インサート1の凹部5と干渉することにより、凹部5の内側にプラグ要素24が挿入された状態から、クランプ部材20の進退方向と交差する方向には、凹部5からプラグ要素24が抜き出せないためである。なお、凹部5からプラグ要素24が抜き出しを抑制するためには、凹部5の最小間隔がプラグ要素24の最大幅よりも小さいことが好適である。
クランプ部材20は、左側面または右側面からみて、くさび形状とされるとよい。すなわち、摺動面21の延在方向(すなわち摺動方向)と、第3の当接面22の延在方向とが平行ではなく、両者の間隔が下方に向かうほど小さくなるように、鋭角の角度を与えられるとよい。このようにくさび形状とされることで、切削インサート1を固定するときに、摺動面21は、切削工具10の第2の案内面12に強固に案内される。くさび角度は、図示しないが、1°以上、15°以下の範囲が好ましい。本実施形態で、くさび角度は5°とされる。
図21に示すように、切削工具10の第2の案内面12は、その法線が切削工具10の長手方向に対して傾斜している。第2の案内面12は、切削工具10の下面に近づくにしたがい、漸次後方に近づく。第1の案内面11は、前述のとおり、切削工具10の後方に近づくにしたがい漸次下面に近づくように傾斜する。したがって、第1の案内面11と第2の案内面12とは、内角で鋭角に交差する。このような形状とされると、切削インサート1とクランプ部材20とからなるブロックが、鋭角に交差する2つの案内面11,12によって、切削工具10に押し付けられる。すなわち、ねじ部材30による固定力の一部が、切削インサート1およびクランプ部材20をともに後方へ引き込む方向に作用し、クランプ剛性を高める。また、クランプ部材20の後方が、切削力によって浮き上がろうとする力に、第2の案内面12が対抗し、クランプ部材20の浮き上がりが抑制される。
切削インサート1の切れ刃周辺の部分の材料は、超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化硼素等の硬質材料またはこれら硬質材料の表面にPVDまたはCVDコーティング膜を被膜したもの、またはダイヤモンドの中から選択される。切削インサートの他の部分の材料は、切れ刃周辺の部分と同一材料とされてもよいが、超硬合金または超硬合金の表面にPVDまたはCVDコーティング膜を被膜したものとされることが、より望ましい。切削工具10およびクランプ部材20の材料は、工具鋼、高速度鋼、合金鋼、炭素鋼、または鋳鋼の中から選択される。
本実施形態の切削工具10は、例えば旋盤などの工作機械へ取り外し可能に装着され、回転する被削材に対して相対運動を与えられ、鋼材などの被削材の切削加工を行う。本発明の切削工具は、マシニングセンタなどの工作機械用の回転工具にも応用可能である。ただし、本発明の切削インサートのクランプ機構は、旋盤加工用の切削工具に採用され、旋盤などの工作機械に装着されたときに、その特徴が有利となる。特に、溝入れ切削工具とされたときに、その特徴および効果が顕著になる。
本発明におけるクランプ部材による拘束は、直線方向のほか、旋回方向でもよい。
本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、構成の変更、追加および削除が可能であることはいうまでもない。
Claims (23)
- 切削工具(10)に切削インサート(1)を取り外し可能に装着するためのクランプ機構であって、
前記切削インサート(1)を前記切削工具(10)に固定するためのクランプ部材(20)を備え、当該クランプ部材(20)は所定の拘束方向(C1)に沿って進退可能とされ、
前記切削工具(10)は、前記切削インサート(1)を前記拘束方向(C1)と平行でない所定の案内方向(A)に案内する第1の案内面(11)を備え、
前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの第1の部材が、その主要部分から延在するプラグ要素(24)を備え、前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの第2の部材が、その内部に延在する凹部(5)を備え、
前記プラグ要素(24)および前記凹部(5)は、前記案内方向(A)に平行な少なくともいずれかの断面において、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分(24a,5a)と、前記膨大部分(24a,5a)よりも前記第1の部材の主要部分に近い領域に設けられ第1の寸法よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分(24b,5b)とをそれぞれ備え、
前記凹部(5)の前記狭窄部分(5b)と前記プラグ要素(24)の前記膨大部分(24a)とが干渉し、これによって前記クランプ部材(20)からの前記切削インサート(1)の前記案内方向(A)への分離が抑制されるクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記第2の部材は、前記第1の部材の主要部分と当接するための少なくとも一対の第1の当接面(3)と、前記凹部(5)内に設けられ前記プラグ要素(24)と当接する少なくとも一対の第2の当接面(4)とを備え、
前記案内方向(A)に平行な少なくともいずれかの断面において、前記第1の当接面(3)の法線(3n)と第2の当接面(4)の法線(4n)とのなす角(α)が90°を超えるクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記第1の部材は前記クランプ部材(20)であり、
前記第2の部材は前記切削インサート(1)であり、
前記切削インサート(1)は、前記クランプ部材(20)の主要部分(20a)と当接するための少なくとも一対の第1の当接面(3)と、前記凹部(5)内に設けられ前記プラグ要素(24)と当接する少なくとも一対の第2の当接面(4)とを備え、
前記第1の当接面(3)の前記クランプ部材(20)との当接領域(3b)の前記第1の案内面(11)からの距離は、前記第2の当接面(4)の前記クランプ部材(20)との当接領域(4b)の前記第1の案内面(11)からの距離と異なるクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの少なくとも一方は、前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの他方と当接するための第1の当接面(3)と、当該第1の当接面(3)の下方に隣接し且つ前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの他方から退避させられた低位退避部分(3a)とを有するクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記第1の部材は前記クランプ部材(20)であり、
前記第2の部材は前記切削インサート(1)であり、
前記切削インサート(1)は、前記クランプ部材(20)の主要部分と当接するための少なくとも一対の第1の当接面(3)と、前記凹部(5)内に設けられ前記プラグ要素(24)と当接する少なくとも一対の第2の当接面(4)とを備え、
前記第1の当接面(3)の前記クランプ部材(20)との当接領域(3b)の第1の案内面(11)からの距離は、前記第2の当接面(4)の前記クランプ部材(20)との当接領域(4b)の第1の案内面(11)からの距離よりも大きく、
前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの少なくとも一方は、前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの他方と当接するための第1の当接面(3)と、当該第1の当接面(3)の下方に隣接し且つ前記クランプ部材(20)と前記切削インサート(1)とのうちの他方から退避させられた低位退避部分(3a)とを有するクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記プラグ要素(24)または前記凹部(5)であって前記クランプ部材(20)に設けられたものは、弾性変形するように適合されているクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記プラグ要素(24)は下面(27)を有し、
前記凹部(5)は、前記下面(27)に当接するための底面(9)を有するクランプ機構。 - 請求項7に記載のクランプ機構であって、
前記プラグ要素(24)の下面(27)、および前記凹部(5)の底面(9)は、前記案内方向(A)において前記クランプ部材(20)に近づくほど、前記第1の案内面(11)から遠ざかる摺動面を提供するクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記切削工具(10)は、前記クランプ部材(20)を支持するための第2の案内面(12)を更に備え、
前記第2の案内面(12)は、前記第1の案内面(11)に対して、内角で鋭角を形成するクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記第1の部材は前記クランプ部材(20)であり、当該クランプ部材(20)は、
前記切削インサート(1)と当接するための少なくとも一対の第3の当接面(22)と、
前記プラグ要素(24)に設けられ前記切削インサート(1)の前記凹部(5)と当接する少なくとも一対の第4の当接面(23)とを備え、
前記第3の当接面(22)と前記第4の当接面(23)との側面視における間隔が、少なくとも一部において、前記拘束方向(C1)に向かうにしたがい大きくなるクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構であって、
前記クランプ部材(20)を進退させるためのねじ部材(30)を更に備え、
前記切削工具(10)は、右ねじである第1のねじ穴を備え、
前記クランプ部材(20)は、左ねじである第2のねじ穴を備え、
前記ねじ部材(30)は、前記第1のねじ穴と螺合する第1のねじ部と、前記第2のねじ穴と螺合する第2のねじ部とを備えるクランプ機構。 - 請求項1に記載のクランプ機構を備える切削工具。
- クランプ部材(20)によって切削工具(10)に取り外し可能に装着される切削インサート(1)であって、
クランプ部材(20)と当接させるための凹部(5)を備え、
前記凹部(5)は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分と、前記第1の寸法よりも小さい幅方向の寸法を有する狭窄部分とを備える切削インサート(1)。 - 請求項13に記載の切削インサート(1)であって、
前記クランプ部材(20)の主要部分と当接するための少なくとも一対の第1の当接面(3)と、前記凹部(5)内に設けられ前記クランプ部材(20)のプラグ要素(24)と当接する少なくとも一対の第2の当接面(4)とを更に備え、
平面視において、前記第1の当接面(3)の法線(3n)と第2の当接面(4)の法線(4n)とのなす角(α)が90°を超える切削インサート(1)。 - 請求項13に記載の切削インサート(1)であって、
前記クランプ部材(20)の主要部分と当接するための少なくとも一対の第1の当接面(3)と、着座面(2)とを更に備え、
前記第1の当接面(3)は、側面視において、前記着座面(2)の延在方向に対して傾斜している切削インサート(1)。 - 請求項14に記載の切削インサート(1)であって、
着座面(2)を更に備え、
前記少なくとも一対の第2の当接面(4)の少なくとも一部は、その間隔が、前記着座面(2)に近づくにしたがい漸次狭くなる切削インサート(1)。 - 請求項14に記載の切削インサート(1)であって、
着座面(2)を更に備え、
前記第1の当接面(3)の前記クランプ部材(20)との当接領域(3b)の前記着座面(2)からの距離は、前記第2の当接面(4)の前記クランプ部材(20)との当接領域(4b)の前記着座面(2)からの距離と異なる切削インサート(1)。 - 請求項13に記載の切削インサート(1)であって、
平面視で、略四角形であり、且つその少なくとも一辺に切れ刃を備え、溝入れ切削加工または突切り切削加工に用いられるように適合された切削インサート。 - 切削工具(10)に切削インサート(1)を取り外し可能に装着するために、所定の拘束方向(C1)に沿って進退可能とされるクランプ部材(20)であって、
前記切削インサート(1)の凹部(5)に当接させるために前記クランプ部材(20)の主要部分(20a)から延在するプラグ要素(24)、または前記切削インサート(1)のプラグ要素(24)と当接させるために前記クランプ部材(20)の内部に延在する凹部(5)を備え、
前記拘束方向(C1)と平行でない所定の案内方向(A)に平行な少なくともいずれかの断面において、前記プラグ要素(24)または前記凹部(5)は、幅方向の第1の寸法を有する膨大部分(24a,5a)と、前記膨大部分(24a,5a)よりも前記クランプ部材(20)の主要部分(20a)に近い領域に設けられ前記第1の寸法よりも小さい幅方向の第2の寸法を有する狭窄部分(24b,5b)とを有するクランプ部材(20)。 - 請求項19に記載のクランプ部材(20)であって、
前記プラグ要素(24)を備え、
前記切削インサート(1)の後面と当接するための少なくとも一対の第3の当接面(22)と、前記プラグ要素(24)に設けられ前記切削インサート(1)の前記凹部(5)と当接する少なくとも一対の第4の当接面(23)とを備え、
前記案内方向(A)に平行な少なくともいずれかの断面において、前記第3の当接面(22)の法線(22n)と第4の当接面(23)の法線(23n)とのなす角(β)が90°を超えるクランプ部材(20)。 - 請求項20に記載のクランプ部材(20)であって、
前記第3の当接面(22)と前記第4の当接面(23)との側面視における間隔が、少なくとも一部において、前記進退方向のうち締結の方向に向かうにしたがい大きくなるクランプ部材。 - 請求項19に記載のクランプ部材(20)であって、
前記プラグ要素(24)または前記凹部(5)であって前記クランプ部材(20)に設けられたものは、弾性変形するように適合されているクランプ部材。 - 請求項19に記載のクランプ部材(20)であって、
前記プラグ要素(24)または前記凹部(5)であって前記クランプ部材(20)に設けられたものは、スリット(25)と、間に前記スリット(25)を挟んで形成され前記切削インサート(1)と当接する少なくとも一対の当接面(23,4)とを備えたクランプ部材(20)。
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